Created with Sketch. 0203 9500 830

Электронный вычислитель селективной последовательности от IBM

Электронный вычислитель селективной последовательности от IBM

Оригинал статьи доступен на сайте columbia.edu

Электронный вычислитель селективной последовательности (ЭВСП) был построен на заводе IBM в Эндикотте персоналом научно-вычислительной лаборатории Уотсона под руководством профессора Колумбийского университета Уоллеса Эккерта в 1946-47 гг. На фотографии изображен ЭВСП, после того как он был перенесен в штаб-квартиру IBM по адресу Мэдисон-авеню, 590, в Манхэттене, где он занимал комнату размером 60 х 30 футов (18 х 9 метров) [42]. (По оценкам, Херба Гроша [59], полная длина ЭВСП, который имел U-образную форму, составляла 60 + 40 + 80 = 180 футов (54 метра), т.е. больше половины длины футбольного поля!)

 

На этой фотографии у дальней стены можно увидеть блок хранения бумажной ленты, состоящий из трёх перфораторов, над каждым из которых висит по большому рулону ленты, и 30 считывателей. Рулоны представляли собой неразрезанные перфокарты в виде ленты шириной 7 дюймов (17,5 см) и весом около 180 кг [57, 59]. Вдоль левой стены расположены цепи вакуумных трубок для считывания карт и управления последовательностью из 36 считывателей бумажных лент, содержащих секцию поиска таблиц, многие из которых загружены пользовательскими ленточными петлями для часто используемых данных. Бо́льшая часть панелей вдоль правой стены занята электронным арифметическим блоком и запоминающим устройством. В центре комнаты располагаются считыватели карт, перфораторы, принтеры и пульт оператора (на фото он не виден).

 

ЭВСП, спроектированный, построенный и введенный в эксплуатацию за два года, включал в себя 21400 реле и 12500 вакуумных трубок. Он мог работать вечно по заданной программе, в которую могли вноситься изменения. В среднем, он мог перемножить два 14-значных числа за 1/50 секунды, поделить их за 1/30 секунды, и выполнить операцию сложения или вычитания двух 19-значных чисел за 1/35 секунды. За 4 года работы ЭВСП выполнил пожелание Уотсона, высказанное при запуске вычислительного комплекса – служить человечеству, решая наиболее значимые проблемы науки. Благодаря ЭВСП Уоллес Эккерт значительно уточнил расчёты лунной эфемериды, что позже позволило осуществить полёт на Луну [4].  «Для расчёта каждого положения Луны требовалось произвести 11 тыс. операций сложения и вычитания, 9 тыс. операций умножения и 2 тыс. сверок со справочными данными. Каждое уравнение, которое требовалось решить, включало в себя 1,6 тыс. элементов. Весь этот огромный массив вычислений, ЭВСП выполнил за 7 минут, чем существенно облегчил задачу учёных» [9].

 

Управление компьютером осуществлялось с помощью письменных инструкций, которые машина считывает и исполняет. Типичными командами формулировались следующим образом:

– «Прочитать число из конкретного блока и сохранить его в определённой ячейке памяти;

– Взять число из определённой ячейки, перемножить с числом из другой конкретной ячейки, округлить с заданной точностью и сохранить в указанной третьей ячейке» [83].

new-yorker

 

Изобретение ЭВСП стало настолько заметным явлением, что вдохновило целое поколение карикатуристов изображать компьютер в виде настенных панелей, увешанных лампочками, циферблатами, переключателями и вращающихся рулонов ленты. ЭВСП проработал с января 1948 года по июль 1952 года, когда был заменён новеньким IBM 701, который стал первым «массовым» компьютером в том смысле, что он был произведён не в единственном экземпляре.

working

 

Бэтси Стюарт [57] за пультом оператора ЭСВП на церемонии запуска ЭСВП 27-го января 1948 года. Слева направо позади пульта стоят: Роберт Сибер (главный конструктор ЭСВП), профессор Колумбийского университета Уоллес Эккерт (управляющий проектом), Томас Уотсон (глава IBM) и Франк Хэмилтон (главный инженер) [42].

 

А вот фото ЭСВП из брошюры, которую выдавали на церемонии открытия (получена благодаря Хербу Грошу):

IBM History

 

Это знаменитое ретушированное фото из операторской комнаты ЭСВП: слева Билл МакКелланд стоит у блока справочных таблиц, инженер Бэтси Стюарт за пультом управления. Никаких колонн не видно [59]. А здесь можно посмотреть неотретушированную фотографию.

 

Уотсон-старший, на предварительном показе ЭСВП перед церемонией открытия бросил небрежно: «Эти большие черные колонны в центре скрадывают пространство комнаты. Уберите их до начала церемонии». Однако это были несущие колонны, поэтому их пришлось оставить. Вместо этого, фотографию, помещённую потом в брошюру, тщательно отретушировали, чтобы скрыть следы колонн [57].

tape memory

Ещё несколько изображений ЭСВП из статьи Эккерта, вышедшей в Scientific Monthly в 1948-м году.

Принтеры

 

computer

Вычислительный блок

 

Перфорированная лента

 

program card

Карточка с программой

 

reference tables

А вот сканы двух стеклянных фотопластинок, найденных Хербом Грошем в 2004-м году.

Блок справочных таблиц

 

Персонал ЭСВП

 

Подписанная лично Уотсоном-старшим металлическая табличка на каменной опоре в правом верхнем углу (не видна на фото):

signature

 

(Эта машина поможет учёным в исследовательских институтах, правительстве и промышленности исследовать плоды человеческой мысли в отношении самых дальних пределов времени, пространства и физических условий)

 

В биографии Джона Бакуса, который помимо прочих достижений разработал язык Фортран встречаем:

Весной 1949-го года Бакус приезжал в компьютерный центр IBM на Мэдисон-авеню, где осматривал ЭСВП, одну из первых вычислительных машин компании. Бакус вскользь сказал гиду, что ищет работу. Та спросила, почему бы ему не поговорить об этом с управляющим проектом. Так Бакус был принят на работу в IBM.

ЭСВП не был компьютером в современном смысле слова. У него не было памяти для установки программ, поэтому программы задавались машине при помощи перфокарт. ЭСВП состоял из многих тысяч электромеханических деталей, что делало его ненадёжных и медленным. Одной из задач Бакуса было обслуживать машину и проводить ремонт в случае неполадок. Постановка задач для ЭСВП также была непростым делом, поскольку не существовало чётких шаблонов.

Бакус проработал с ЭСВП три года, в течение которых разработал программу быстрого кодирования. Это была первая программа, которая включала в себя коэффициент масштабирования, а потому могла хранить и обрабатывать как большие, так и малые числа.

ЭСВП применялся для множества масштабных научных вычислений в лаборатории Уотсона, включая работы Эккерта в астрономии, Томаса в физике и Гроша в оптике. Он также использовался в одних из первых курсов обучения компьютерным наукам начиная с 1946-го года. Вот выписка из каталога курсов Колумбийского университета за 1951-й год:

Астрономия 111 – Машинные методы научных вычислений, часть 1.

2 – 4 балла. Зимняя Сессия. Доктор Эккерт и ассистенты

М. 2:10-3.

Часы лабораторных занятий – по согласованию.

Использование современных машин для научных вычислений: клавишные калькуляторы, оборудование для использования перфокарт, реле и электронные вычислители, не-цифровые машины. Лекции, демонстрации и лабораторные работы.

Курсы, которые требуется пройти до или параллельно с данным курсом: 281 и как минимум еще один курс из данного списка или его эквивалент. Требуется согласование с преподавателем.

Астрономия 111 – Машинные методы научных вычислений, часть 2.

2 – 4 балла. Весенняя сессия. Мистер Сибер.

Данный курс основан на работе с ЭВСП; устройство вычислительной машины и возможные проблемы в работе.

Курсы, которые необходимо предварительно пройти: Астрономия 111.

Следующие фотографии взяты из статьи, вышедшей в ноябре 1952-го года в журнале «Инженерная химия», которая описывает расчёт Л. Томасом с помощью ЭВСП стабильности плоского течения Пуазо, который не могли выполнить 64 года. Этот расчёт был выполнен на основе аналитического решения Джона фон Неймана и программы специалистов Уотсоновского центра Ф. Брауна и Д. Кворлза-младшего.

newspaper article

 

На фотографиях: слева Дон Кворлз и Филлис Браун (сидят на переднем плане), Льюэлин Томас (склонился над столом)

 

Был ли ЭВСП первым компьютером с хранением программ?

ЭВСП часто не упоминают, когда заходит речь о первом компьютере или о компьютере с хранением программ, поскольку сама IBM не называла своё детище компьютером. Баше [4, с. 143] утверждает, что Т. Уотсон не хотел, чтобы про него говорили, будто он создаёт устройства, которые заменят людей-расчётчиков. В 1951-м году на BBC вышла серия из 5 лекций, в четырёх из которых использовался термин «автоматическая вычислительная машина», хотя в пятой Алан Тьюринг говорил о «цифровом компьютере».

Первыми компьютерами с функцией хранения данных принято считать созданные в 1949-м году в Кэмбриджском университете «АКОХД» (Автоматический Компьютер с Отложенным Хранением Данных), и «Малышку», собранную в Манчестерском университете. Обе эти машины управлялись программами, которые хранились в основной памяти случайного доступа. Хотя если считать ЭВСП компьютером этого же класса, то он был первым, так как опередил своих последователей на год. Мнения разделяются в зависимости от того, как эти компьютеры классифицируются. В статье Американской Энциклопедии 1958-го года Эккерт утверждает, что ЭВСП «совмещал электронную скорость вычисления с большим объёмом памяти (почти миллион чисел, записанных последовательно) и возможности управления машиной с помощью записанных программ. Память случайного доступа помещалась на реле, а хранилище последовательных чисел – на очень быстрых бумажных лентах. Машина помогла в решении многих задач небесной механики, гидродинамики, геофизики и теории атомов» [81]. Мнения других авторов разделились. По сути, ЭВСП был гибридным устройством, которое могло выполнять команды как с бумажных носителей, так и программ, записанных в релейную память (пусть и небольшого размера). Во втором случае ЭВСП подпадает под определение «архитектуры фон Ноймана». Если именно этот критерии является главным при определении, является ли устройство компьютером или нет, тогда ЭВСП, наверно, можно считать первым компьютером в мире, пусть он и являлся «причудливым сочетанием вакуумных трубок, реле и считывателей-перфораторов бумажной ленты» или «огромным рекламным трюком», а не полноценной машиной. Сторонниками версии, что именно ЭВСП был первым компьютером, являются компьютерный историк Эмерсон Пью [40], Р. Морсо [1981], а также несколько сайтов, посвященных истории компьютеров. В предисловии статьи Баше 1982-го года в «Анналах» говорится:

ЭВСП был первой машиной, которая сочетала в себе электронные вычисления с заложенной программой, могущей использовать собственные инструкции в качестве данных. После запуска в 1948-м году ЭВСП какое-то время являлся самым гибким и мощным из существующих компьютеров. IBM публиковала не так много информации о нём, поэтому компьютерные историки часто обходят его вниманием.

Джон Бакус [102] говорил мне: «Все же я считаю, что называть ЭВСП компьютером можно лишь с большой натяжкой, хотя одна из его рабочих программ использовала некоторые ячейки памяти в качестве инструкций после того, как туда сохраняли данные». С другой стороны, главный инженер разработки ЭВСП Уэйн Брук утверждал, что ЭВСП был первым электронным компьютером благодаря встроенной памяти. Джон Савард добавлял:

Как уже говорилось, ЭВСП имел несколько типов памяти. Он использовал бумажную ленту, которая перфорировалась и могла считываться заново для использования уже посчитанных операций. Также имелись 8 регистров, построенных на вакуумных трубках, которые могли отображать одно из двух состояний – 1. Вряд ли они могли быть использованы для сохранения программ.

Однако у машины также были установлены реле памяти в 150 местах. Хотя настройка этих локаций в памяти была электромеханическим процессом, определение того, проходит ли ток через реле, по-видимому, не было связано с запаздыванием. Можно ли было заставить ЭВСП работать на электронных скоростях путём размещения короткой петли в реле? Увы, нет. Поскольку в ЭВСП отсутствовал механизм, работающий по принципу совпадающего тока основной памяти, большое количество мест в релейной памяти означало, что ее адресация также должна была выполняться с помощью релейной логики ретрансляции. Поэтому считывание чисел или инструкции из релейной памяти занимало те же 20 миллисекунд, что и при считывании с бумажной ленты.

Джон также отметил, что «Ранние компьютеры IBM» [4] показывают, что программа, с которой ЭВСП была впервые продемонстрирована, определяла синус угла, используя измененную инструкцию; ссылка дана как Фелпс, 1980: по-видимому, интервью.

 

 

Ссылки:

  • МакФерсон, Джон, “ЭВСП – Универсальный электронный цифровой калькулятор для масштабных вычислений” (1948), Анналы Института инженеров электротехники и электроники, 4 (4) (Октябрь, 1984), сс. 313-326.
  • Баше[4], Пью [40], и Бреннан [9].
  • Баше, К. “ЭВСП в исторической перспективе “, Анналы Института инженеров электротехники и электроники, 4 (4), сс. 296-312 (1982).
  • ЭВСП, Брошюра IBM 52-3927-0, Нью-Йорк (1948), 16с.
  • Грош, Херберт, Компьютер: Кусочки битов из жизни, Third Millenium Books, Novato CA (1991) [57].
  • Эккерт, У., “Электроны и вычисления”, The Scientific Monthly, 67, (5) (Ноябрь, 1948).
  • Полачек, Гарри, “Расчёт преломления ударной волны на ЭВСП”, Proceedings, Scientific Computation Forum, IBM, Нью-Йорк (1948), сс. 107-122.
  • Андерсон, Дэн, “Математика в век электроники – Молниеносный вычислитель IBM’s сделает всё, разве что кроме кофе “, New York Sun, 28 января, 1948.
  • Джонс, Алан “Пять эфиров BCC об автоматических вычислителях “, Анналы Института инженеров электротехники и электроники, 26 (2), сс. 3-15 (2004).
  • Джонс, Стивен, Роберто Буса и появление вычислений в гуманитарных науках: Священник и перфокарта, Routledge (2016). Включает главу об ЭВСП.
  • Олли, Алан, ” Существование предшествует сущности – суть идеи о хранении программ в памяти”, IHPST, Университет Торонто: Достижения Международной ассоциации хранения информации в информационных и коммуникационных технологиях, 325, ISSN 1868-4238 (2010), Springer, Бостон, сс. 169-178:

«ЭВСП хранил инструкции и данные в памяти в одном и том же формате и мог, автоматически обращаясь к инструкциям, варьировать производимые операции в зависимости от промежуточных результатов. Поэтому ЭВСП подпадает под узкое определение компьютера с хранением программ. Однако эта особенность часто оставалась незамеченной даже в тех отчётах, которые считали возможность хранения программ ключевым свойством современного компьютера. При этом ЭВСП использовал реле для большинства операций, а потому его вычислительная скорость была много ниже по сравнению со следующими компьютерами и даже более ранним ENIAC».

Ссылки на веб-ресурсы:

Ссылки на другие источники (от 26 января 2019 года): 

[Выражаю благодарность Алану Олли за предоставление некоторых из них]

“Колумбийский университет был колыбелью компьютерной технологии. Он может похвастаться первыми компьютерными лабораториями в США, а в 1945 году совместно с IBM открыл Научную лабораторию Уотсона, которую возглавил астроном У. Эккерт. Поначалу лаборатория использовалась в качестве вычислительного центра для сил союзников в последние месяцы II Мировой войны. По окончании войны она стала плацдармом разработки первых суперкомпьютеров, включая ЭВСП, который Эккерт позже использовал для расчёта лунной орбиты в проекте «Аполлон». Имея эту технологию под рукой, Дейхофф объединила свой интерес к химии с вычислениями с помощью перфокартных машин – по сути, первых цифровых компьютеров. Машины дали возможность Дэйхофф автоматизировать вычисления, поскольку алгоритм хранился в одном наборе перфокарт, а данные – в другом. Поэтому она произвела более точные и быстрые вычисления, чем если бы делала их без использования машин”.

  • Записи Уэйна Брука 1948-1986, MC 00268, Секции 1-3, Исследовательский центр специальных коллекций, Библиотека Университета Северной Каролины, Ралей. “Фокус на ЭВСП, построенном IBM, и истории компьютеров в целом… Брук пришёл в IBM сразу после войны и поначалу работал только с ЭВСП, расположенным в штаб-квартире компании в Нью-Йорке. Брук был главным инженером по электронике в этом проекте, под его руководством работала целая команда инженеров… Отмечали, и Брук в том числе, что ЭВСП был первым электронным компьютером именно благодаря его уникальной емкости запоминающего устройства”.
  • Бейкер, Дженнифер, “ЭВСП: «Электронный мозг» IBM и полёт на Луну“, Новостной вестник Университета Северной Каролины (без даты).