История вычислительной техники за рубежом. Самый первый компьютер - ENIAC Эниак 1946 кто создал

70 лет назад сотрудники Пенсильванского университета Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли по заказу Лаборатории баллистических исследований армии США создали первый электронный универсальный компьютер для расчета таблиц артиллерийской стрельбы.
Еще в 1941 году в США гарвардским математиком Говардом Эйкеном по контракту с компанией IBM на основе идей английского математика Чарльза Бэббиджа был построен компьютер «Марк I», состоящий из электромеханических реле и переключателей. Созданная Бэббиджем в 1822 году вычислительная машина состояла из шестеренок и рычагов и использовалась для вычисления логарифмических и тригонометрических таблиц.

Машина Бэббиджа

«Марк I» был запущен 7 августа 1941 года в Гарвардском университете.
Справка:
«Марк I» (Automatic Sequence Controlled Calculator - автоматический вычислитель) первый американский программируемый компьютер. Машина была заключена в корпус из стекла и нержавеющей стали. Компьютер содержал около 765 тысяч деталей (электромеханических реле, переключателей и т. п.) достигал в длину почти 17 м (машина занимала в Гарвардском университете площадь в несколько десятков квадратных метров), в высоту - более 2,5 м и весил около 4,5 тонн. Общая протяжённость соединительных проводов составляла почти 800 км. Основные вычислительные модули синхронизировались механически при помощи 15-метрового вала, приводимого в движение электрическим двигателем, мощностью в 5 л. с. (4 кВт).
Компьютер оперировал 72 числами, состоящими из 23 десятичных разрядов, делая по 3 операции сложения или вычитания в секунду. Умножение выполнялось в течение 6 секунд, деление - 15,3 секунды, на операции вычисления логарифмов и выполнение тригонометрических функций требовалось больше минуты.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Марк_I_(компьютер)

«Марк I»

«Марк I» являлся всего лишь усовершенствованным арифмометром и заменял труд 20 операторов с обычными ручными арифмометрами, однако из-за наличия возможности его программирования «Марк I» иногда называют первым реально работавшим компьютером. Но уж если быть точным, то на самом деле немецкий изобретатель Конрад Цузе создал вычислительную машину Z3 еще в 1939 году.
Машина Цузе состояла из телефонных реле. Через год Цузе предложил усовершенствовать ее, заменив реле электронными лампами. Если бы его идея осуществилась, то он опередил бы американцев с их ЭНИАКом. Но из-за запрета на долговременные научные исследование предложение Цузе было отклонено. Сегодня отреставрированную Z3 могут видеть посетители Мюнхенского музея.

Машина Z3 в мюнхенском музее

Джон Мокли еще до начала второй мировой войны сконструировал несколько простых вычислительных машин на электронных лампах. В августе 1942 года он написал небольшую работу «The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation», в которой он обосновал возможность построить мощную электронную вычислительную машину, основу которой составляли бы вакуумные лампы. Но тогда его предложение никого не заинтересовало.
Лишь в начале 1943 года капитан армии США Герман Голдстайн из случайного разговора узнал об идее электронного вычислителя, оценил ее военное значение и встретился с Мокли. Объединив усилия, им удалось добиться заключения контракта с военными. К Мокли присоединился способный студент Эккерт, и работа закипела.
К февралю 1944 года они сделали технический проект и приступили к его воплощению «в железо». Под их руководством к этому времени уже работало 50 человек. Мокли был главным генератором идей, а осторожный и вдумчивый Эккерт - главным конструктором.
ЭНИАК еще не был создан, а американские ученые уже разрабатывали более совершенные машины. В январе 1944 года Эккерт сделал эскизный проект компьютера, в котором программы хранились в памяти ЭВМ, а не формировалась с помощью коммутации и перестановки блоков, как в ЭНИАКе. Летом 1944 года армейский куратор проекта Герман Голдстайн познакомился со знаменитым математиком Джоном фон Нейманом и привлёк его к работе над ЭВМ. Фон Нейман внёс серьезный теоретический вклад в проект. В итоге был создан теоретический фундамент для проекта Эккарта - следующей модели вычислительной машины под названием EDVAC(ЭДВАК) с хранимой в памяти программой.

Конструкция машины была крайне сложной. Вначале предполагалось, что она будет содержать около 17,5 тысяч ламп, так как ЭНИАК должен был работать с десятичной системой счисления, потому что Мокли считал, что его компьютер должен был понятен любому человеку. Электронные лампы часто перегревались и выходили из строя, что останавливало работу всей машины. В ЭНИАКе существовало около двух миллиардов различных вариантов отказа. В итоге за неделю перегорало примерно 2-3 лампы, среднее время работы лампы составляло 2500 часов. Мокли и Эккерту удалось добиться 20-часовой непрерывной работы ЭНИАКа без поломок. За каждые 20 часов работы вычислительная машина выполняла месячный объём работы операторов с механическими арифмометрами.
Когда ЭНИАК прошел все испытания, война уже закончилась и его переориентировали для расчетов параметров термоядерной бомбы.

Эккерт и Мокли у ЭНИАКа

По быстродействию ЭНИАК опережал «Марк-I» в тысячу раз. На нем стали выполнять расчеты по всем проблемам, связанным с термоядерным оружием, в частности по прогнозам погоды в Советском Союзе для предсказания направления выпадения ядерных осадков в случае ядерной войны, а также составлялись таблицы стрельбы ядерными боеприпасами.
В 1950 году на ЭНИАКе под руководством фон Неймана был впервые сделан численный прогноз погоды, на что ушло целых пять недель.
ЭНИАК проработал 10 лет и был выведен из строя лишь в 1955 году.
Как известно, первым термоядерную (водородную) бомбу создал СССР, у которого тогда не было таких вычислительных машин, как американский ЭНИАК. Параметры отечественной супербомбы рассчитывались следующим образом: стояло три длинных ряда столов, за каждым из них сидел оператор и на арифмометре «Феликс» выполнял только одно действие. Результат записывался в карточку и передавался следующему оператору в ряду.
Все три ряда выполняли одинаковые вычисления, результаты которых сравнивались. В случае расхождения определялся оператор, который сделал ошибку, и с этого места вычисления повторялись еще раз.
Точно так же рассчитывались орбиты первых советских спутников.
Первая советская ЭВМ была разработана лабораторией С. А. Лебедева на базе киевского Института электротехники АН УССР и запущена 6 ноября 1950 года.
Хотелось бы обратить внимание на некоторые характерные для американского инновационного процесса особенности разработки ЭНИАКа.
Во-первых, куратором разработки был назначен капитан Герман Голдстайн, «первооткрыватель» Мокли и его идеи электронного вычислителя. Никому не пришло в голову назначить на его место какого-нибудь четырехзвездного генерала, не было никаких откатов и кумовства. Во-вторых, сам Мокли признавал превосходство студента Эккарта как конструктора и никогда не подсиживал своего напарника.
Сегодня традиции добросовестной конкуренции во многом утеряны на высших уровнях американского ВПК. Оттого и рождаются такие непригодные к реальным боевым действиям «демонстраторы технологий», как эсминцы «Замволт» или злосчастный стелс-истребитель F-111, а бюджеты на их создание вырастают до космических размеров.
Возможно, поэтому самые мощные современные компьютеры находятся сегодня в Китае. Что касается всем известного отставания отечественной компьтерной инженерии, то она, на мой взгляд, стала следствием не научно-технического застоя (талантливых конструкторов в СССР хватало во все времена), а исчезновением стратегического целеполагания. И эта проблема не преодолена, как мне кажется, и до сих пор.
Автор: Владимир Прохватилов, Президент Фонда реальной политики (Realpolitik), эксперт Академии военных наук

ЭВМ 1-ого поколения. Эниак (ENIAC)

Начиная с 1943 года, группа специалистов под руководством Говарда Эйкена, Дж. Моучли и П. Эккерта в США начала конструировать вычислительную машину на основе электронных ламп, а не на электромагнитных реле. Эта машина была названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) и работала она в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1». ENIAC содержал 18 тысяч вакуумных ламп, весил 30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт. ENIAC имел и существенный недостаток - управление им осуществлялось с помощью коммутационной панели, у него отсутствовала память, и для того чтобы задать программу приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. Худшим из всех недостатков была ужасающая ненадежность компьютера, так как за день работы успевало выйти из строя около десятка вакуумных ламп.

Чтобы упростить процесс задания программ, Моучли и Эккерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 году к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. В этом докладе фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров. Это первая действующая машина, построенная на вакуумных лампах, официально была введена в эксплуатацию 15 февраля 1946 года. Эту машину пытались использовать для решения некоторых задач, подготовленных фон Нейманом и связанных с проектом атомной бомбы. Затем она была перевезена на Абердинский полигон, где работала до 1955 года.

ENIAC стал первым представителем 1-го поколения компьютеров. Любая классификация условна, но большинство специалистов согласилось с тем, что различать поколения следует исходя из той элементной базы, на основе которой строятся машины. Таким образом, первое поколение представляется ламповыми машинами.

Практически все рекомендации фон Неймана впоследствии использовались в машинах первых трех поколений, их совокупность получила название «архитектура фон Неймана». Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 года Джон фон Нейман.

Новые машины первого поколения сменяли друг друга довольно быстро. В 1951 году заработала первая советская электронная вычислительная машина МЭСМ, площадью около 50 квадратных метров. МЭСМ имела 2 вида памяти: оперативное запоминающее устройство, в виде 4 панелей высотой в 3 метра и шириной 1 метр; и долговременная память в виде магнитного барабана объемом 5000 чисел.

Всего в МЭСМ было 6000 электронных ламп, а работать с ними можно было только после 1,5-2 часов после включения машины. Ввод данных осуществлялся с помощью магнитной ленты, а вывод - цифропечатающим устройством сопряженным с памятью. МЭСМ могла выполнять 50 математических операций в секунду, запоминать в оперативной памяти 31 число и 63 команды (всего было 12 различных команд), и потребляла мощность равную 25 киловаттам.

В 1952 году на свет появилась американская машина EDWAC. Стоит также отметить построенный ранее, в 1949 году, английский компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) - первую машину с хранимой программой. В 1952 году советские конструкторы ввели в эксплуатацию БЭСМ - самую быстродействующую машину в Европе, а в следующем году в СССР начала работать «Стрела» - первая в Европе серийная машина высокого класса.

Среди создателей отечественных машин в первую очередь следует назвать имена С.А. Лебедева, Б.Я. Базилевского, И.С. Брука, Б.И. Рамеева, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, А.Н. Мямлина. В 50-х годах появились и другие ЭВМ: «Урал», М-2, М-3, БЭСМ-2, «Минск-1», - которые воплощали в себе все более прогрессивные инженерные решения.

ЭВМ первого поколения, эти жесткие и тихоходные вычислители, были пионерами компьютерной техники. Они довольно быстро сошли со сцены, так как не нашли широкого коммерческого применения из-за ненадежности, высокой стоимости, трудности программирования.

На чтение 6 мин. Просмотров 182 Опубликовано 23.02.2018

История создания современного компьютера не насчитывает даже ста лет, хотя первые попытки облегчить счёт были предприняты человеком 3000 лет до нашей эры в Древнем Вавилоне. Тем не менее сегодня не каждому пользователю известно как выглядел . Стоит отметить, что он имел мало общего с современным персональным устройством.

Экскурс в историю

Несмотря на то что первый компьютер был представлен общественности только в конце Второй мировой войны, работа над этим началась в начале XX века. Но все вычислительные машины, созданные до ENIAC, так и не нашли практического применения, тем не менее они тоже стали определёнными этапами в движении прогресса.

• Российский исследователь и учёный А. Крылов разработал первую машину, решающую дифференциальные уравнения её в 1912 году.
• 1927 год США, учёные разработали первый аналоговый аппарат.
• 1938 год Германия, Конрад Цзуе создал модель компьютера Z1. Через три года, этот же учёный разработал следующую версию ЭВМ Z3, которая более других была похожа на современные устройства.
• 1941 год США, создан первый автоматический вычислитель «Марк 1» по субподрядному договору с компанией IBM. Последовательно с интервалом в несколько лет были созданы следующие модели: «Марк II», «Марк III/ADEC», «Марк IV».
• 1946 год США, публике представлен самый первый компьютер в мире - ЭНИАК, который был практически применим в военных расчётах.
• 1949 год Россия, Сергей Лебедев представил на чертежах первую советскую ЭВМ, к 1950 году МЭСМ была построена и запущена в массовое производство.
• 1968 год Россия, А. Горохов создал проект машины, содержащей материнскую плату, устройство ввода, видеокарту и память.
• 1975 год США, создан первый серийный ЭВМ Альтаир 8800. В основе устройства был использован микропроцессор Intel

Как видно, разработки не стояли на месте и прогресс двигался семимильными шагами. Прошло совсем немного времени и массивные нелепые устройства трансформировались в привычные нам современные персональные компьютеры.

ENIAC - самый первый компьютер в мире

Этому устройству хочется уделить немного больше внимания. Именно ему присвоено звание первого в мире ЭВМ, несмотря на то, что до него были разработаны некоторые модели. Это связано с тем, что ЭНИАК стал первой ЭВМ, нашедшей практическое применение. Стоит отметить, что машина была запущена в эксплуатацию в 1945 году и окончательно отключена от питания в октябре 1955 года. Согласитесь, 10 лет непрерывной службы, немалый срок для первой вычислительной машины, нашедшей практическое применение.

Как использовалась ЭВМ

Изначально самый первый компьютер в мире создавался для расчёта таблиц стрельбы, требующихся для артиллерийских войск. Команды вычислителей не справлялись со своей работой, так как на расчёты требовалось время. Тогда в 143 году военной комиссии был представлен проект электронного вычислителя, который был одобрен, и началось активное построение машины. Процесс был завершён только в 1945 году, поэтому применить ЭНИАК в военных целях не удалось и его забрали в университет Пенсильвании для проведения вычислений при разработке термоядерного оружия.

Математическое моделирование стало сложной задачей для первой ЭВМ, поэтому формирование моделей происходило по максимально упрощённым схемам. Тем не менее нужного результата удалось добиться и возможность создания водородной бомбы была доказана именно с помощью ЭНИАКа. В 1947 году машину стали использовать для расчётов методом Монте Карло.

Кроме того, в 1946 году на ENIAC решалась задача аэродинамического характера, физик Д. Хартри разбирал проблему обтекания воздухом крыла самолета при сверхзвуковых скоростях.

В 1949 году, Фон Нейман рассчитывал на компьютере константы Пи и e. ЭНИАК представил данные с точностью до 2 тысяч знаков после запятой.

В 1950 году на ЭВМ произвели численный расчёт прогноза погоды, который оказался довольно точным. Несмотря на то что сами вычисления занимали очень много времени.

Создатели машины

Назвать единственного создателя первой вычислительной машины сложно. Над ЭНИАК-ом трудилась большая команда инженеров и программистов. Изначально создателями проекта стали Джон Мокли и Джон Эккерт. Мокли в то время был преподавателем института Мура, а Эккерт числился в нём как студент. Они занялись разработкой архитектуры компьютера и представили комиссии проект ЭВМ.

Кроме того, в создании машины принимали участие следующие люди:

• разработка аккумуляторов – Джек Деви;
• модуль ввода-вывода данных – Гарри Хаски;
• модуль умножения – Артур Бёркс;
• модуль деления и извлечение корня – Джефри Чуан Чу;
• ведущий программист – Томас Кайт Шарплес;
• функциональные таблицы – Роберт Шоу;
• научный консультант – Джон фон Нейман.

Также над машиной трудился целый штат программистов

Параметры устройства

Как уже было сказано выше, самый первый в мире компьютер был совсем непохож на современные устройства. Это была очень массивная конструкция, состоящая более чем из 17 тысяч ламп 16 типов, более 7 тысяч кремниевых диодов, 1,5 тысячи реле, 70 тысяч резисторов и 10 тысяч конденсаторов. В итоге вес первой действующей ЭВМ составлял 27 тонн.

Технические характеристики:

• объем памяти устройства – 20 число-слов;
• мощность, которую потребляла машина – 174 кВт;
• вычислительная мощность 5000 операций сложения в секунду. Для умножения машина применяла множественное сложения, поэтому тут производительность падала и составляла всего 357 операций.
• тактовая частота – 100 кГц;
• табулятор перфокарт для ввода и вывода информации.

Для проведения вычислений использовалась десятичная система счисления, хотя двоичный код уже был известен учёным.

Стоит отметить, что в процессе вычислений ЭНИАК требовал столько электроэнергии, что ближайший город часто оставался без электроснабжения на многие часы. Для смены алгоритма вычисления требовалось перекоммутирование устройства. Фон Нейман после усовершенствовал ЭВМ и добавил в неё память, содержащую основные вычислительные программы, чем значительно упростил процесс работы программистов.

ЭНИАК стал компьютером нулевого поколения. В его конструкции никак нельзя угадать предпосылки для создания современных устройств. Процессы вычислений также были налажены не настолько продуктивно как, возможно, хотелось учёным. Тем не менее именно эта машина доказала, что создать полностью электронную вычислительную машину можно и дала толчок к дальнейшему развитию.

Сегодня некоторые детали самого первого компьютера в мире хранятся в Национальном музее американской истории. Полная конструкция занимает слишком много места, чтобы была возможность предоставить её к обзору. Несмотря на то что это был один из первых опытов по созданию действующей машины, компьютер оставался в рабочем состоянии целых 10 лет и в момент своего создания сыграл огромную и незаменимую роль в развитии компьютерных технологий.

В дальнейшем машины становились всё меньше, а их возможности все обширнее. В 1976 году вышел первый Apple-1. А первая компьютерная игра увидела свет в недалёком 1962 году. Даже сейчас развитие компьютерных технологий не стоит на месте. А как вы думаете, что нас ждёт в будущем?

Компьютер общего назначения, программируемый для решения широкого спектра задач, хотя первоначально предназначался для решения задач баллистики, т.е. задач военного характера.

В 1939 году началась Вторая Мировая война, а любая война - это не только противостояние армий, но и гонка учёных умов и технологий. Так, сотрудники Лаборатории баллистических исследований министерства обороны США, что в районе Абердинского полигона (штат Мэриленд), работали над созданием таблиц баллистики, в которых нуждались артиллеристы на полях сражений. Значение таблиц было очень велико: они помогали солдатам корректировать наводку орудия с учётом расстояния до цели, её высоты над уровнем моря, метеорологических условий, таких как температура воздуха, скорость и направление ветра и др.

В те времена, вышеупомянутые расчёты баллистических таблиц (т.е. таблиц стрельбы) проводились вручную на настольных арифмометрах силами особых клерков – компьютеров, преимущественно женщин. Чтобы рассчитать всего одну траекторию приходилось выполнять от 750 до 1000 арифметических операций, в то время как любая таблица включала в себя почти 2000 траекторий. С помощью дифференциального анализатора стало возможно ускорить расчёты, однако они были приближёнными, после чего уточнять их приходилось уже десяткам людей вручную.

В войну втягивались новые государства, площадь боевых действий разрасталась. Лаборатория, проводившая баллистические расчёты не справлялась и в итоге запросила помощь. Так, в расположенном неподалёку Высшего технического училища Пенсильванского университета, появился вспомогательный вычислительный центр. В училище был свой дифференциальный анализатор, однако, учёные вышеупомянутого университета, Джон Уильям Мокли (преподаватель, иногда пишут Мочли) и Джон Преспер Экерт (студент с отличными инженерными способностями) предложили более совершенное решение… Инженеры – воистину ленивые, но гениальные люди!

Джон Мокли, физик, по совместительству занимающийся метеорологией, давно задумывался о создании устройства, способного применить методы статистики для прогнозирования погоды. Ещё перед Второй Мировой он сконструировал несколько несложных цифровых счётных устройств на электронных лампах . Вполне вероятно, что его интерес к вычислительным машинам появился после визита к американскому учёному Джону Атанасову : в течении 5 дней Мокли мог наблюдать за работой Атанасова и его помощника Клиффорда Берри , которые трудились над прототипом компьютера с почти 300 электронных ламп.

Позже компьютер Атанасова-Берри спорил с ЭНИАКом за право называться первым компьютером, Атанасов утверждал, что Мокли, находясь у него в гостях заимствовал некоторые идеи, которые тот воплотил в своём компьютере. Так это или иначе на 100% неизвестно, а вот то, что именно Джон Экерт убедил Мосли в реалистичности воплотить в компьютере его идеи – чистая правда.

В августе 1942 года Мокли написал семистраничный труд «The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation», в котором он предлагал Институту построить электронную вычислительную машину, основу которой составляли бы вакуумные лампы. К сожалению, руководство Института не уделило вниманием работу и отправило её в архив, после чего следы труда теряются.

Сотрудничество Института Мура с Лабораторией Баллистики по вычислению таблиц стрельбы велось через Германа Голдстайна, капитана армии США, который до поступления на службу работал профессором математики в Университете штата Мичиган. В начале 1943 года из случайной беседы с работником Института Голдстайн узнал об идее электронного вычислителя Мокли и сразу же оценив значение предлагаемого проекта компьютера, начал хлопотать от имени военного командования, чтобы проект приняли к разработке. Они встретились и Герман предложил Джону составить и подать заявку в Лабораторию, ведь для постройки вычислительной машины требовались немалые средства. Мокли смог восстановить свой документ из 7 страниц, после чего работа закипела.

9 апреля 1943 года, в день, когда Д.Экерту исполнилось 24 года, армия заключила с учёными контракт почти на 400 тысяч долларов на создание компьютера ЭНИАК. По контракту машина называлась «Electronic Numerical Integrator» («Электронный числовой интегратор»), чуть позже к названию было добавлено «and Computer» («и компьютер»), в итоге получилась знаменитая аббревиатура ENIAC. Куратором проекта «Project PX» со стороны Армии США выступил уже знакомый Герман Голдстайн .

К февралю 1944 года были готовы все диаграммы и чертежи будущего компьютера, и группа инженеров под руководством Экерта и Мокли приступила к воплощению замысла в «железо». Сама группа, трудившаяся над проектом постепенно пополнялась и в итоге выросла до 50 человек. Главным консультантом проекта был, разумеется, Мокли, а Экерт, - главным конструктором. Коммуникабельный Мокли бил фонтаном идеи, а главные «практические руки», сдержанный и осторожный Джон Экерт, анализировал все мысли, те, что считал действенными, доводил до ума.

В январе 1944 года Экерт делает первый набросок уже второго компьютера с более совершенным дизайном, в котором хранение программы осуществлялось в памяти компьютера, а не формировалась с помощью коммутаторов и перестановки блоков, как в ЭНИАКе.

Летом 1944 года военный куратор проекта Герман Голдстайн знакомится со знаменитым математиком Джоном фон Нейманом и привлёк его к работе над машиной. Фон Нейман внёс свой теоретический вклад в проект. В итоге был создан теоретический и инженерный фундамент для преемника ЭНИАКа - следующей модели вычислительной машины под названием EDVAC (ЭДВАК) с хранимой в памяти программой.

В середине июля 1944 года Экерт и Мокли собрали первую пару модулей для сложения чисел. Соединив их, они выполнили простое умножение двух чисел: 5 и 1000. Получив верный результат, учёные продемонстрировали руководству Института и Лаборатории, а также всем скептикам, что электронная вычислительная машина может быть построена.

Конструкция машины выглядела довольно сложной. Планировалось, что она будет содержать почти 17,5 тысяч ламп. Такое большое количество ламп было связано с тем, что ЭНИАК должен был работать с десятичной системой счисления . Именно её предпочитал Мокли, считая что компьютер должен был понятен человеку. Однако, с этим были и свои проблемы: ламп было очень много, они перегревались и гасли. Выход из строя одной лампы, одного конденсатора или резистора влёк за собой остановку работы всей машины, а всего существовало ~1,75 миллиарда различных вариантов отказа в каждую секунду. До сих пор человечество не создавало ни одного подобного прибора такой сложности и с такими жёсткими требованиями к надёжности. Чтобы хоть как-то понизить частоту выхода из строя вакуумных ламп, Экерт предложил подавать на них минимальное напряжение - 5.7 вольт вместо номинальных 6.3 вольта, а после выполнения расчётов ЭНИАК продолжал работать, поддерживая лампы в нагретом состоянии, чтобы перепад температуры при охлаждении и накаливании не приводил к их перегоранию. Результатом стало то, что за неделю сгорало примерно 2-3 лампы, а среднее время работы лампы составляло 2500 часов. Довольно высокие требования предъявлялись к отбору радиодеталей и качеству сборки. Тем не менее инженеры добились как минимум 20-часовой непрерывной работы ЭНИАКа без поломок. Это, конечно, не так много по нынешним меркам, но за каждые 20 часов работы вычислительная машина выполняла месячный объём работы механических вычислителей!

Для того, чтобы контролировать исправность аппаратуры, Джон Экерт разработал специальную программу: каждый из великого множества электронных компонентов 27-тонной вычислительной машины подвергался тщательной проверке, после чего они все аккуратно расставлялись по определённым местам, потом запаивались (а иногда далеко не один раз перепаивались). Конечно, такая работа напрягала каждого члена команды, включая даже Джона Мокли.

К осени 1945 года завершилась сборка ЭНИАКа, машина была готова к проведению первого испытания. Война к тому времени закончилась, к счастью для людей, однако машина не стала стоять без дела. Для ЭНИАКа была подобрана новая задача: расчёты возможности создания водородной бомбы. Характер задачи как раз показывал, что роль подобных вычислительных машин будет только возрастать.

Дж. Преспер Эккерт и Джон У. Мокли с компьютером ENIAC. Университет Пенсильвании, 1946

)) по заказу Лаборатории баллистических исследований (англ. ) Армии США для расчётов таблиц стрельбы . В отличие от созданного в 1941 году немецким инженером Конрадом Цузе комплекса , использовавшего механические реле , в ЭНИАКе в качестве основы компонентной базы применялись вакуумные лампы .

К февралю 1944 года были готовы все диаграммы и чертежи будущего компьютера, и группа инженеров под руководством Экерта и Мокли приступила к воплощению замысла в «железо». В группу вошли также:

• Роберт Шоу (Robert F. Shaw} (функциональные таблицы)
• Джеффри Чуан Чу (Jeffrey Chuan Chu) (модуль деления/извлечения квадратного корня)
• Томас Кайт Шарплес (Thomas Kite Sharpless) (главный программист)
• Артур Бёркс (Arthur Burks) (модуль умножения)
• Гарри Хаски (Harry Huskey) (модуль чтения вывод данных)
• Джек Дэви (Jack Davis) (аккумуляторы)

В середине июля 1944 года Мокли и Эккерт собрали два первых «аккумулятора» - модули, которые использовались для сложения чисел. Соединив их вместе, они перемножили два числа 5 и 1000 и получили верный результат. Этот результат был продемонстрирован руководству Института и Баллистической Лаборатории и доказал всем скептикам, что электронный компьютер действительно может быть построен.

Компьютер был полностью готов лишь осенью 1945 года. Так как война к тому времени уже была закончена, и острой необходимости в быстром расчете таблиц стрельбы уже не было, военное ведомство США решило использовать ENIAC в расчетах по разработке термоядерного оружия.

Будучи сверхсекретным проектом Армии США, компьютер был представлен публике и прессе лишь много месяцев спустя после окончания войны - 14 февраля 1946 года. Через несколько месяцев - в ноябре 1946 года - ENIAC был разобран и перевезен из Университета Пенсильвании в г. Абердин в Лабораторию баллистических исследований Армии США, где с августа 1947 года он успешно проработал ещё много лет и был окончательно выключен 2 октября 1955 года.

В Баллистической Лаборатории на ENIAC выполнялись расчеты по проблеме термоядерного оружия, прогнозам погоды в СССР для предсказания направления выпадения ядерных осадков на случай ядерной войны, инженерные расчеты, и конечно же таблиц стрельбы , включая таблицы стрельбы ядерными боеприпасами.

Использование

В качестве испытания ЭНИАКу первой была поставлена задача по математическому моделированию термоядерного взрыва супер-бомбы по гипотезе Улама-Теллера. фон Нейман, который одновременно работал консультантом и в Лос-Аламосской лаборатории и в Институте Мура, предложил группе Теллера использовать ЭНИАК для расчетов ещё в начале 1945 года. Решение проблемы термоядерного оружия требовало такого огромного объёма вычислений, что справиться с ним не могли никакие электромеханические калькуляторы, имевшиеся в распоряжении Лаборатории. В августе 1945 физики Лос-Аламосской лаборатории Николас Метрополис и Стенли Френкель (англ. ) посетили институт Мура, и Герман Голдстайн вместе со своей женой Адель, которая работала в команде программистом и была автором первого руководства по работе с ЭНИАКом , познакомили их с техникой программирования ЭНИАКа. После этого они вернулись в Лос-Аламос, где стали работать над программой под названием «The Los Alamos Problem».

Производительность ЭНИАКа был слишком мала для полноценной симуляции, поэтому Метрополис и Френкель сильно упростили уравнение, игнорируя многие физические эффекты и стараясь хотя бы приблизительно рассчитать лишь первую фазу взрыва дейтерий-тритиевой смеси в одномерном пространстве. Детали и результаты выполненных в ноябре-декабре 1945 года расчетов до сих пор засекречены. Перед ЭНИАКом была поставлена задача решить сложнейшее дифференциальное уравнение, для ввода исходных данных к которому понадобилось около миллиона перфокарт. Вводная задача была разбита на несколько частей, чтобы данные могли поместиться в память компьютера. Промежуточные результаты выводились на перфокарты и после перекоммутации снова заводились в машину. В апреле 1946 года группа Теллера обсудила результаты и расчетов и сделала вывод, что они достаточно обнадеживающе хотя и очень приблизительно доказывают возможность создания водородной бомбы.

На обсуждении результатов расчета присутствовал Станислав Улам . Пораженный скоростью работы ЭНИАКа он предложил сделать расчеты по термоядерному взрыву методом Монте-Карло . В 1947 году на ЭНИАКе было выполнено 9 расчетов этим методом с различными исходными параметрами. После этого метод Монте-Карло стал использоваться во всех вычислениях, связанных с разработкой термоядерного оружия.

В 1949 году фон Нейман использовал ЭНИАК для расчета числа пи и с точностью до 2000 знаков после запятой. фон Неймана интересовало статистическое распределение цифр в этих числах. Предполагалось, что цифры в этих числах появляются с равной вероятностью, а значит компьютеры могут генерировать действительно случайные числа, которые можно использовать как вводные параметры для вычислений методом Монте-Карло. Вычисления для числа были выполнены в июле 1949 года, а для числа пи - за один день в начале сентября. Результаты показали, что «цифры в числе пи идут в случайном порядке, а вот с числом все обстояло значительно хуже» .

Вычисления производились в десятичной системе , после тщательного анализа ей было отдано предпочтение перед двоичной системой в связи с тем, что для реализации устройств оперирующих с двоичными числами требовалось значительно меньшее количество ламп. Компьютер оперировал числами максимальной длинной в 20 разрядов .

Многие специалисты Института скептически предсказывали, что при таком количестве ламп в системе компьютер просто не сможет работать сколь-нибудь продолжительное время, чтобы выдать стоящий результат - слишком много точек отказа. Выход из строя одной лампы, одного конденсатора, или резистора, значил останов работы всей машины, и по теории вероятности существовало 1.8 миллиардов вероятностей отказа в каждую секунду . Для того, чтобы вакуумные лампы реже перегорали, Экерт придумал подавать на них минимальное напряжение, а после произведения вычислений ЭНИАК продолжал работать, поддерживая лампы в «теплом» состоянии, чтобы перепад температуры при охлаждении и накаливании не приводил к их перегоранию. Так инженеры добились того, чтобы ЭНИАК работал минимум 20 часов между поломками. Не так много по нынешним меркам, но за каждые 20 часов работы ЭНИАК выполнял месячный объём работы механических вычислителей.

В январе 1944 года, Экерт сделал первый набросок второго компьютера с более совершенным дизайном, в котором программа хранилась в памяти компьютера, а не формировалась с помощью коммутаторов и перестановки блоков, как в ЭНИАКе. Летом 1944 года военный куратор проекта Герман Голдстайн случайно познакомился со знаменитым математиком фон Нейманом и привлек его к работе над машиной. Фон Нейман внес свой вклад в проект с точки зрения строгой теории. Так был создан теоретический и инженерный фундамент для следующей модели компьютера под названием EDVAC с хранимой в памяти программой. Контракт с Армией США на создание этой машины был подписан в апреле 1946 года.

Научная работа фон Неймана «Первый проект отчёта о EDVAC (англ. )», обнародованная 30 июня 1945 года, послужила толчком к созданию вычислительных машин в США (EDVAC , BINAC , UNIVAC I) и в Англии (EDSAC). Из-за огромного научного авторитета идея о компьютере с программой, хранимой в памяти, приписывается фон Нейману («архитектура фон Неймана »), хотя приоритет на самом деле принадлежит Экерту, предложившему использовать память на ртутных акустических линиях задержки. Фон Нейман подключился к проекту позднее и просто придал инженерным решениям Мокли и Экерта академический научный смысл.

В июле 1953 года к ЭНИАКу подключен был модуль памяти на магнитных сердечниках, увеличивший объём оперативной памяти компьютера с 20 до 120 число-слов.

Влияние

ЭНИАК нельзя было назвать совершенным компьютером. Машина создавалась в военное время в большой спешке с нуля при отсутствии какого-либо предыдущего опыта создания подобных устройств. ЭНИАК был построен в единственном экземпляре, и инженерные решения, реализованные в ЭНИАКЕ, не использовались в последующих конструкциях компьютеров. ЭНИАК скорей компьютер не первого, а «нулевого» поколения. Значение ЭНИАКа заключается просто в его существовании, которое доказало возможность построения полностью электронного компьютера, способного работать достаточно продолжительное время, чтобы оправдать затраты на его постройку и принести ощутимые результаты.

В марте 1946 года Экерт и Мокли из-за споров с Пенсильванским университетом о патентах на ЭНИАК и на EDVAC , над которым они в то время работали, решили покинуть институт Мура и начать частный бизнес в области построения компьютеров. В качестве «прощального подарка» и по просьбе Армии США они прочитали в институте серию лекций о конструировании компьютеров под общим названием «Теория и методы разработки электронных цифровых компьютеров», опираясь на свой опыт построения ENIAC и проектирования EDVAC. Эти лекции вошли в историю как «Лекции Института Мура (англ. )». Лекции - по сути первые в истории человечества компьютерные курсы - читались летом 1946 года с 8 июля по 31 августа только для узкого круга специалистов США и Великобритании, работавших над той же проблемой в разных правительственных ведомствах и научных институтах, всего 28 человек. Лекции послужили отправной точкой к созданию в 40-х и 50-х года успешных вычислительных систем CALDIC, SEAC , SWAC, ILLIAC, машина Института перспективных исследований (англ. ) и компьютер Whirlwind (англ. ), использовавшийся ВВС США в первой в мире компьютерной системе ПВО SAGE.

Память о компьютере

См. также

• EDSAC - британский компьютер, первый реализовавший «архитектуру фон Неймна» (1948)
• EDVAC - следующий компьютер Института Мура, созданный для Армии США на принципах «архитектуры фон Неймана » (1949)

Литература

• Herman H. Goldstine. The Computer from Pascal to von Neumann . - Princeton University Press, 1980. - 365 p. - ISBN 9780691023670 (англ.)

• Scott McCartney. ENIAC: The Triumphs and Tragedies of the World"s First Computer . - Berkley Books, 2001. - 262 p. - ISBN 9780425176443 (англ.)

• Raúl Rojas, Ulf Hashagen.