Когда была создана первая в мире эвм eniac была создана под руководством

Время на прочтение
4 мин

Количество просмотров 5.4K

Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC) был одним из первых в мире компьютеров общего назначения. В этом году ENIAC исполняется 75 лет. Его создания считается одной из важнейшей вех развития компьютерной техники, в частности, потому, что этот компьютер был Тьюринг-полным.

В ходе создания ENIAC ученые и инженеры предложили множество новых идей, которые в дальнейшем стали базой для построения электронно-вычислительных машин уже гораздо более совершенных, чем ENIAC.

Кому и зачем понадобился такой компьютер

Вопрос довольно простой, с ответом, который лежит на поверхности — конечно же, военным. Он потребовался, в частности, для расчета траекторий полета баллистических ракет и других снарядов. Просчитать вручную все это было можно, но процесс занимал крайне много времени. В некоторых случаях военным требовалась информация по нескольким тысячам траекторий полета снаряда, причем на расчет каждой из них требовалось по 1000 и более операций. Соответственно, у одного человека на выполнение всего этого комплекса вычислительных задач уходило около 2 недель, а иногда — и месяцев.

После проведения расчетов военные составляли специальные таблицы, которые помогали метко стрелять по вражеским целям.

ENIAC создали для ускорения всей этой работы. Разработка системы началась в 1942 году, а в 1945 компьютер уже приступил к работе, избавляя сотрудников от необходимости выполнять рутинную работу на протяжении нескольких недель.

Готовый аппаратный комплекс занимал помещение площадью в 140 м². Масса устройства составляла 30 тонн, в состав его входило около 18 000 электронных ламп и 1500 реле, плюс сотни тысяч других элементов, включая сотни тысяч резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности.

Сначала у ENIAC не было внутренней памяти, все данные хранились на перфокартах. Но в 1953 году инженеры смогли добавить к системе память на 100 слов.

А что насчет мощности?

Несмотря на то, что сейчас характеристики ENIAC выглядят не особо впечатляюще, для своего времени система была просто феноменально быстрой. Компьютер был в состоянии выполнять 357 операций умножения в секунду или 5000 операций сложения за то же время. Кроме того, компьютер позволял решать дифференциальные уравнения второго порядка.

Не обошлось и без проблем. Поскольку в ENIAC содержалось почти 18 000 радиоламп, они регулярно выходили из строя, из-за чего работы приостанавливались примерно раз в день. Лампы приходилось заменять, на что требовалось время. В самом начале на поиск неисправной лампы требовалось несколько часов, но через некоторое время команда компьютера смогла ускорить процесс — на него стало уходить не более 15 минут. Инженеры ввели «предиктивное обслуживание» и тщательно мониторили состояние разных модулей.

Компьютер потреблял около 160 кВт энергии, а во время его работы температура в машзале поднималась вплоть до 50 градусов Цельсия. При всем при этом система была крайне сложной. Даже у опытного программиста на ввод новой задачи уходило много времени. Чаше всего несколько дней — ведь сначала нужно было согласовать планирование, а потом уже внедрять.

В 1948 году команда ENIAC приняла решение ввести в память таблицы функций, что ускорило процесс «программирования». Кстати, система была сделана масштабируемой и изменяемой — как раз то, что было нужно.

ENIAC — весьма интересная тема, но у нас есть и другие статьи, оцените — мы рассказываем о:

→ Экспериментируем с шаблонами литералов в TypeScript: как покрыть типами DSL
→ Оценка RISC-ов: когда ожидать серверы на ARM в дата-центрах
→ Selectel File Storage (Beta): места много не бывает

Траектории просчитывать не пришлось

К тому времени, когда ENIAC заработал, подошла к концу Вторая мировая война. Поэтому команде проекта пришлось срочно адаптировать свое детище для решения новых задач, включая сельское хозяйство.

В итоге ENIAC выполнял вот такие задачи:
• Расчет конструкции водородной бомбы.
• Прогнозы погоды.
• Исследования космических лучей.
• Изучение случайных чисел.
• Проектирование аэродинамических труб.

Прогнозы погоды, выдаваемые системой, были довольно точными, но приоритет отдавался, конечно, созданию водородной бомбы.

К слову, использовался компьютер не так и долго вплоть до 1955 года, когда в мире появились более мощные системы. Тем не менее, за все время существования инженеры внедрили немало новейших и эффективных для того времени решений. ENIAC очень сильно изменился по сравнению с тем, что он собой представлял в начале существования.

Потеря ENIAC и восстановление системы

Когда компьютер перестал быть актуальным, его просто разобрали. Элементы системы разбирали и складывали не самым аккуратным образом. Часть элементов увезли, другие — оставили.

С течением времени элементы ENIAC расходились все дальше друг от друга — их могли просто перескладировать, увезя за десятки километров от предыдущей дислокации. Причина — размеры элементов компьютера.

При этом документация по перевозу системы велась не самым тщательным образом. Когда ученые решили восстановить ENIAC, оказалось, что мало знает где находятся критически важные элементы. Просто потому, что руководство организаций, где складировался ENIAC, было не в курсе, что происходит в подвале. Например, в Форта Силл оказалась четверть компьютера.

Но в итоге проблему решили, блоки смогли свезти в одно место и началась дополнительная работа — восстановление. На эту задачу потратили несколько месяцев, после чего систему решили переместить полностью в Форт Сиил (правда, случилось это уже в 2000-х.

К сожалению, реставрационные работы носили чисто косметический характер, восстановить функции компьютера реставраторы не смогли — слишком много времени и ресурсов потребовалось бы потратить.

Первая ЭВМ — универсальная машина на электронных лампах построена в США в 1945 году.

Эта машина называлась ENIAC (расшифровывается так: электронный цифровой интегратор и вычислитель). Конструкторами ENIAC были Дж.Моучли и Дж.Эккерт.

Скорость счета этой машины превосходила скорость релейных машин того времени в тысячу раз.

Первый электронный компьютер ENIAC программировался с помощью штеккерно-коммутационного способа, то есть программа строилась путем соединения проводниками отдельных блоков машины на коммутационной доске.

Эта сложная и утомительная процедура подготовки машины к работе делала ее неудобной в эксплуатации.

Основные идеи, по которым долгие годы развивалась вычислительная техника, были разработаны крупнейшим американским математиком Джоном фон Нейманом

В 1946 году в журнале «Nature» вышла статья Дж. фон Неймана, Г. Голдстайна и А. Беркса «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства».

В этой статье были изложены принципы устройства и работы ЭВМ. Главный из них — принцип хранимой в памяти программы, согласно которому данные и программа помещаются в общую память машины.

Принципиальное описание устройства и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Идеи, изложенные в упомянутой выше статье, получили название «архитектура ЭВМ Дж. фон Неймана».

В 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой Неймана — английская машина EDSAC.

Годом позже появилась американская ЭВМ EDVAC. Названные машины существовали в единственных экземплярах. Серийное производство ЭВМ началось в развитых странах мира в 50-х годах.

В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ — малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев

Под руководством С.А. Лебедева в 50-х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина), БЭСМ-2, М-20.

В то время эти машины были одними из лучших в мире.

В 60-х годах С.А. Лебедев руководил разработкой полупроводниковых ЭВМ БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4, М-220, М-222.

Выдающимся достижением того периода была машина БЭСМ-6. Это первая отечественная и одна из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в секунду. Последующие идеи и разработки С.А. Лебедева способствовали созданию более совершенных машин следующих поколений.

Научитесь: Профессия DevOps-инженер
Узнать больше

ЭНИАК (англ. ENIAC, сокр. от Electronic Numerical Integrator and Computer — Электронный числовой интегратор и вычислитель) — первый электронный цифровой компьютер общего назначения, который можно было перепрограммировать для решения широкого спектра задач.

История создания

Архитектуру компьютера начали разрабатывать в 1943 году Джон Преспер Экерт (англ.) и Джон Уильям Мокли, учёные из Пенсильванского университета (Институт Мура (англ.)) по заказу Лаборатории баллистических исследований (англ.) Армии США для расчётов таблиц стрельбы. В отличие от созданного в 1941 году немецким инженером Конрадом Цузе комплекса Z3, использовавшего механические реле, в ЭНИАКе в качестве основы компонентной базы применялись вакуумные лампы.

Расчеты таблиц стрельбы в то время проводились вручную на настольных арифмометрах. Эту работу в Лаборатории выполняли особые клерки — «компьютеры» — в основном женщины. Таблицы стрельбы рассчитывались для каждого отдельного типа снаряда и орудия перед отправкой на фронт, и при различных комбинациях множества параметров (температура воздуха, скорость ветра, плотность почвы под орудием, возвышение ствола, скорость снаряда, температура ствола орудия) требовался кропотливый расчет около 3000 траекторий полета снаряда. Расчет каждой траектории требовал примерно 750 операций. Один вычислитель был способен выполнить это расчет за 12 дней, а на вычисление всей таблицы потребовалось бы 4 года. Без этих таблиц артиллеристам просто невозможно было точно попасть в цель. В условиях Второй Мировой войны на фронт в Европу отправлялось все больше и больше орудий и снарядов к ним, в 1943 году союзные войска высадились в Африке, где условия стрельбы были совершенно новыми и требовали новых таблиц, а Лаборатория не справлялась со своевременным их расчетом.

В Институте Мура имелся один из немногих «дифференциальных анализаторов (англ.)» — механический вычислитель, к помощи которого прибегала Лаборатория для выполнения хотя бы части расчетов. В этом институте Мокли работал преподавателем, а Экерт — был простым студентом с незаурядными способностями инженера. В августе 1942 года Мокли написал 7-страничный документ «The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation», в котором предлагал Институту построить электронную вычислительную машину основанную на вакуумных лампах. Руководство Института работу не оценило и сдало документ в архив, где он вообще был утерян.

Сотрудничество Института Мура с Баллистической Лабораторией по вычислению таблиц стрельбы осуществлялось через капитана Германа Голдстайна, который до поступления на службу в армию работал профессором математики в Университете штата Мичиган. Лишь в начале 1943 года один из работников Института в случайной беседе сообщил Голдстайну об идее электронного вычислителя, с которой носился Мокли. Использование электронной вычислительной машины позволило бы Лаборатории сократить время расчета с нескольких месяцев до нескольких часов. Голдстайн встретился с Мокли и предложил ему обратиться с заявкой в Лабораторию на выделение средств для постройки задуманной машины. Мокли по памяти восстановил утерянный 7-страничный документ с описанием проекта.

9 апреля 1943 года проект был представлен Баллистической Лаборатории на заседании Комиссии по науке. В проекте машина называлась «электронный дифф. анализатор» (electronic diff. analyzer). Это была уловка, чтобы новизна проекта не вызвала отторжение у военных. Все они были уже знакомы с дифференциальным анализатором, и проект в их представлении просто предлагал сделать его не механическим, а электрическим. Проект обещал, что построенный компьютер будет вычислять одну траекторию за 5 минут.

После короткой презентации научный консультант комиссии Освальд Веблен (англ.) одобрил идею, и деньги (61.700 долларов США на первые 6 месяцев исследовательских работ) были выделены. В контракте под номером W-670-ORD-4926, заключенном 5 июня 1943 года, машина называлась «Electronic Numerical Integrator» («Электронный числовой интегратор»), позднее к названию было добавлено «and Computer» («и компьютер»), в результате чего получилась знаменитая аббревиатура ENIAC. Куратором проекта «Project PX» со стороны Армии США выступил опять-таки 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». 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^[1], 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.

Британский физик Дуглас Хартри в апреле и июле 1946 года решал на ЭНИАКе проблему обтекания воздухом крыла самолета, движущегося быстрее скорости звука. ЭНИАК выдал ему результаты расчетов с точностью до седьмого знака. Об этом опыте работы Хартри написал в статье в сентябрьском выпуске журнала Nature за 1946 год^[2].

В 1949 году фон Нейман использовал ЭНИАК для расчета числа пи и е 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 е 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 е все обстояло значительно хуже»^[3].

Первый успешный численный прогноз погоды был произведен в 1950 году командой американских метеорологов — Жюлем Чарни (англ.), Филипом Томсоном, Ларри Гейтсом, норвежцем Рагнаром Фьюртофтом (англ.) и математиком Джоном фон Нейманом с использованием ENIAC. Они использовали упрощенные модели атмосферных потоков на основе баротропного уравнения вихря скорости. Это упрощение понизило вычислительную сложность задачи и позволило произвести расчеты с использованием доступных в то время вычислительных мощностей^[4]. Описание расчетов и анализ результатов были представлены в работе «Numerical Integration of Barotropic Vorticity Equation»^[5], опубликованной 1 ноября 1950 года в журнале Tellus. В статье упоминается, что прогноз погоды на следующие 24 часа на ЭНИАКе был выполнен за 24 часа, то есть прогноз едва успевал за реальностью. Большая часть времени уходила на распечатку перфокарт и их сортировку. При должной оптимизации работы ЭНИАКа, говорилось в работе, расчет можно было бы выполнить за 12 часов, а при использовании более совершенных машин — за 30 минут. Для прогноза использовались карты погоды над территорией США и Канады за 5, 30, 31 января и 13 февраля 1949 года. После расчетов прогнозные карты сравнивались с реальными для оценки качества прогноза.

Характеристики, архитектура и программирование

На создание ENIAC ушло 200.000 человеко-часов и 486.804,22 доллара США. Всего комплекс включал 17468 ламп 16 различных типов, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70000 резисторов и 10000 конденсаторов.

• Вес — 27 тонн
• Объём памяти: 20 число-слов
• Потребляемая мощность — 174 кВт
• Вычислительная мощность — 357 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду
• Тактовая частота — 100 kHz, то есть один импульс каждые 10 микросекунд. Основной вычислительный такт состоял из 20 импульсов и занимал 200 микросекунд. Сложение выполнялось за 1 такт, умножение — за 14 тактов. Умножение заменялось многократным сложением, так что 1 умножение равнялось 14 операциям сложения и выполнялось соответственно за 2.800 микросекунд
• Устройство ввода-вывода данных: табулятор перфокарт компании IBM — 125 карт/минуту на ввод, 100 карт/минуту на вывод^[6]

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 ^[7].

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^[8]. 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.

До 1948 года для перепрограммирования ENIAC нужно было перекоммутировать его заново, в то время как Z3 умел считывать программы с перфорированной ленты. Программирование задачи на ЭНИАКе могло занимать до двух дней, а на её решение — несколько минут. При перекоммутировании ЭНИАК превращался как бы в новый специализированный компьютер для решения специфической задачи. Ещё на этапе конструирования ЭНИАКа Экерт и Мокли понимали недостатки своего детища, но на этапе проектирования они не считались критическими, поскольку компьютер изначально предназначался для выполнения однотипных баллистических расчетов^[9].

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

• Некоторые детали компьютера ENIAC выставлены в Национальном Музее Американской истории (англ.) в Вашингтоне.
• В честь компьютера назван астероид (229777) ENIAC^[10].
• В 1995 году был создан миниатюрный кремниевый чип ENIAC-on-A-Chip рамерами 7.44 мм х 5.29 мм, на котором с помощью 250 000 (в других источниках 174 569^[9]) транзисторов была реализована логика, аналогичная 30-тонному ЭНИАКу. Чип работал на частоте 20Мгц, то есть значительно быстрее, чем ЭНИАК.^[11]

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. The First Computers: History and Architectures. — MIT Press, 2002. — 471 p. — ISBN 9780262681377 (англ.)

Примечания

	ЭНИАК на Викискладе?

15 февраля 1946 года в Пенсильванском университете состоялось торжественное открытие ЭНИАКа — первого в истории компьютера. Его создатели Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли считаются отцами современного компьютера. А вот девушки, которые программировали ЭНИАК, оказались почти забыты. В День ЭНИАКа восстанавливаем справедливость и рассказываем о шести девушках, создавших программирование.

Живые «компьютеры»

Оксфордский словарь английского языка датирует первое упоминание слова computer 1613 годом. Конечно, речь идет не о вычислительной машине, а о человеке, производящем расчеты (в русском языке таких людей называли счетчиками и вычислителями). До середины 20 века компьютерами были люди. Вооруженные бумагой и карандашом, они рассчитывали пути небесных тел и статистику переписей населения, навигационные и логарифмические таблицы.

К концу 19 века расчетов, которые нужно было производить, стало слишком много. Одновременно с этим женщины начали получать научное образование, в том числе в области математики. Из-за предубеждений они почти не могли работать по специальности. А вот на работу вычислителей их нанимали с радостью. Например, к 1880 году в обсерватории Гарвардского университета все расчеты вели женщины. Созданная астрономом Эдуардом Пикерингом команда «гарвардских вычислителей» (Harvard Computers) классифицировала звезды, издавала звездные каталоги и участвовала в открытии Плутона.

Во время Второй мировой войны у американской армии резко увеличилась потребность в расчетах. Чтобы выпущенный из орудия снаряд попал в цель, орудие необходимо на нее навести. Однако на точность наводки и траекторию снаряда влияет очень много факторов: расстояние до цели и ее скорость, высота над уровнем моря, температура и влажность воздуха, ветер.

Каждый фактор вносит искажение, которое необходимо учесть при наводке. К счастью, необходимую корректировку для разных факторов можно заранее вычислить. Но работа по расчету таблиц была невероятно сложна. Даже в самых простых случаях нужно было рассчитать от двух до четырех тысяч траекторий. При этом расчет одной траектории занимал порядка трех рабочих дней.

Расчетами баллистических таблиц занимались и в Электротехнической школе Мура Пенсильванского университета. Работой были заняты десятки вычислителей, по большей части девушек, вооруженных механическими счетными машинами. Труд девушек использовался по двум причинам: мужчины были нужны на фронте, и девушкам можно было меньше платить.

ЭНИАК

К тому времени идея автоматической вычислительной машины не была новой. Еще в первой половине 19 века Чарльз Бэббидж попытался построить полностью механически компьютер — «аналитическую машину». В 1940-х годах вычислительные машины, более или менее напоминающие современный компьютер, строили Джон Атанасов и Клиффорд Берри, Конрад Цузе, Говард Айкен.

8 апреля 1943 года ученые из Электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли предложили Лаборатории баллистических исследований Армии США создать вычислительную машину, которая могла вычислять баллистические таблицы.

У проекта Эккерта и Мокли были два ключевых отличия от других проектов вычислительных машин: их машина была электронной, а не электромеханической; и ее можно было программировать, то есть программа не была заложена в аппаратное обеспечение машины.

Не то, чтобы идея электронной вычислительной машины не появлялась раньше: в 1938 году Конрад Цузе и Гельмут Шреер предложили создать компьютер из двух тысяч радиоламп. Коллеги подняли их на смех: радиолампы потребляют много энергии, часто перегорают и не отличаются прочностью. Но Эккерт и Мокли понимали, что электронная машина будет намного быстрее, чем электромеханическая.

Армия США выделила финансирование, и 31 мая 1943 года был заложен электронный числовой интегратор и вычислитель — ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer). В группу конструкторов кроме Эккерта и Мокли вошли Томас Шарплесс, Роберт Шоу, Джеффри Чу, Джек Дэвис, Гарри Хаски и Артур Беркс. Проект консультировал великий математик Джон фон Нейман, в честь которого названа компьютерная архитектура фон Неймана.

Работа шла медленно. Постройка ЭНИАКа была закончена только к весне 1945 года. Но собрать «железо» было мало, требовалось еще и научить машину считать.

Шестерка ЭНИАКа

Пока инженеры строили ЭНИАК, девушки продолжали вычислять баллистические таблицы. Эккерт и Мокли поняли, эти девушки, хорошо знающие математику и умеющие работать с механическими счетными машинами, смогут помочь и наладить работу электронного компьютера.

Они обратились к Адели и Герману Голдстейнам, супружеской паре математиков, которые курировали работу девушек-вычислителей. С их помощью нашли шесть самых способных девушек, которых и пригласили работать с ЭНИАКом. Одна из них отказалась, но ей быстро нашли замену. Так сложилась «Шестерка ЭНИАКа» (ENIAC Six):

В это время ЭНИАК был засекреченным военным проектом. Девушек даже не пускали в помещение, где стоял компьютер. Их работа началась с изучения чертежей и диаграмм. Так как ЭНИАК был первым компьютером, который можно было запрограммировать, никаких учебников по работе с ним не было. Девушкам пришлось с нуля изобрести программирование.

Создавая программирование

К завершению постройки в мае 1945 года ЭНИАК представлял собой нечто невероятное. Компьютер занимал площадь в 167 м2 и весил больше 27 тонн. Он состоял из 17 500 электронных ламп, 7000 полупроводниковых диодов, 1500 реле, 70 000 сопротивлений и 10 000 конденсаторов.

ЭНИАК состоял из отдельных блоков, которые отвечали за память, вычисления, ввод и вывод результатов. Эти блоки были соединены двумя видами связей — для инструкций и для чисел. Фактически ЭНИАК представлял собой набор отдельных устройств, связанных между собой. Для каждой новой задачи приходилось изменять последовательность их соединения, как бы создавая новый компьютер.

Чтобы «запрограммировать» ЭНИАК, нужно было с помощью физических проводов и переключателей соединить разные части компьютера в нужном порядке. Расчеты, которые у людей-вычислителей занимали часы, ЭНИАК выполнял за секунды — но на программирование могли требоваться дни.

Историк Кэти Клейман пишет: «Им (программистам) нужно было найти каждую величину, направить ее в соответствующий блок, например, умножитель или “извлекатель квадратного корня”, а затем перенести результат — с помощью физического провода — в другой блок для хранения».

Но девушки-программисты справлялись со сложными задачами. Бетти Холбертон особенно хорошо умела решать такие задачи… во сне! Ее коллега Джин Дженнигс (в замужеств Бартик) вспоминала:

Еще одной особенностью ЭНИАКа была его ненадежность. Как предсказывали немецкие ученые, отвергшие проект Конрада Цузе, электронные лампы перегревались и перегорали. Поначалу это случалось почти каждый день, так что половину рабочего времени занимал ремонт. С этим девушки тоже научились бороться — иногда приходилось забираться внутрь машины, чтобы заменить испорченную лампу. «Так как мы знали и задачу, и машину, мы научились находить неисправности не хуже инженеров, а может и лучше», — вспоминала Джин Бартик. Благодаря усилиям девушек и новым, более надежным лампам, в 1954 году был поставлен рекорд — ЭНИАК проработал без поломок 116 часов.

Работа, работа, работа

Испытания ЭНИАКа начались в мае 1945 года. С окончанием войны нужда в баллистических таблицах отпала, зато возникла другая задача — компьютер начал моделировать взрыв термоядерной бомбы. Тогда же руководитель математического отдела Бюро научных исследований и развития Уоррен Уивер попросил Джона Брайндера, руководителя проекта по созданию ЭНИАКа, написать отчет об ЭНИАКе и другом компьютере, ЭДВАКе. Этот секретный отчет был закончен 30 ноября 1945 года. Он содержал первое описание ЭНИАКа и принципов его программирования.

Испытания закончились 10 декабря 1945 года, когда ЭНИАК начали использовать для прикладных расчетов. Физик Дуглас Хартри решал на ЭНИАКе проблему обтекания воздухом крыла сверхзвукового самолета, Джон фон Нейман вычислял числа π и e и, вместе с командой метеорологов, сделал первый в истории численный прогноз погоды (вычисления прогноза на следующие 24 часа заняли… 24 часа).

После окончания войны американская армия приняла решение рассекретить ЭНИАК. 1 февраля 1946 года состоялась пресс-конференция, а 14 февраля работа компьютера была впервые показана журналистам. Старший инженер Артур Беркс продемонстрировал, что компьютер способен сложить пять тысяч числе за одну секунду, а вычисление траектории снаряда занимает меньше времени, чем полет снаряда до цели.

15 февраля состоялось торжественное открытие ЭНИАКа и парадный обед. Девушки, создавшие программирование, ни на церемонию, ни на обед приглашены не были.

Конец и начало

В июле 1946 года Армия США завершила приемку ЭНИАКа. Через год компьютер отправили на Абердинский испытательный полигон. За ним последовали Кэтлин Макналти, Рут Тейтельбаум и Франсис Спенс. После нескольких обновлений ЭНИАК успешно работал, пока не был в последний раз остановлен в 23:45 2 октября 1955 года.

Тогда же Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли ушли из Пенсильванского университета и основали свою компанию. В 1951 году они выпустили UNIVAC — первый в США компьютер, который можно было купить.

К тому времени Кэтлин Макналти вышла замуж за Мокли. Она принимала участие в работе над программным обеспечением компьютеров BINAC и UNIVAC. Вместе с ней трудилась и Джин Бартик (она вышла замуж за инженера Уильяма Бартика). А Рут Тейтельбаум стала одним из первых преподавателей программирования — она обучала новичков работе с ЭНИАКом.

Бетти Холбертон оказалась еще теснее связана с развитием компьютеров. Помимо работы над UNIVAC, она вместе со знаменитой Грейс Хоппер создавала языки программирования Кобол и Фортран. В 1997 году она единственной из всех «шестерки ЭНИАКа» получила Приз Августы Ады Лавлейс, названный в честь соратницы Чарльза Бэббиджа и первого в истории программиста.

Признание и слава все же пришли к девушкам ЭНИАКа. В 1997 году все шестеро были включены в международный Зал славы женщин в технике. Сегодня три суперкомпьютера Армии США называются Джин, Кей и Бетти — в честь Джин Бартик, Кэтлин Макналти и Бетти Холбертон. В 2010 году вышел фильм Top Secret Rosies: The Female «Computers» of WWII, который рассказывал о работе девушек от вычисления баллистических таблиц до программирования ЭНИАКа.