Računalnik mark 1: velikost, zmogljivosti, leto izdelave

Leta 1936 je ameriški fizik Howard Aiken, bodoči ustvarjalec računalnika "Oznaka 1", začel oblikovati načrte za avtomatsko računalniško napravo. Sprememba se je zgodila, ko je raziskoval za svojo disertacijo. Tema njegove diplomske naloge je bila vesoljski naboj. Kmalu je njegovo disertacijsko delo obsegalo predvsem reševanje nelinearnih (diferencialnih) enačb. Edina metoda, ki je bila takrat na voljo za numerično reševanje problemov, je bil razvoj elektromagnetnih namiznih kalkulatorjev. Ta članek se osredotoča na katero leto se je pojavil prvi računalnik in komu se je treba zahvaliti za temelje današnje tehnologije.

Zgodovina naprave

Ker se je Aiken zavedal, da bi bilo za izdelavo takšnega računalnika potrebnih veliko denarja, se je odločil, da se bo obrnil na enega od glavni proizvajalci mehanski in elektromehanski kalkulatorji v ZDA - podjetje Monroe Calculating Machine Company. 22. aprila 1937 je glavnemu inženirju Chasu predstavil svoje načrte za samodejne izračune na naslednjih področjih:

• "štiri pravila aritmetike";
• vnaprej nastavljen nadzor zaporedja;
• shranjevanje in pomnjenje nastavljenih ali izračunanih vrednosti;
• zaporedni nadzor, ki se lahko samodejno odzove na izračunane rezultate ali simbole, skupaj z natisnjenim zapisom vsega, kar se zgodi v stroju;
• beleženje vseh izračunanih rezultatov.

Aikena je spodbudila Chaseova navdušena podpora. Odšel je k svojim nadrejenim v "Monroe" in storil vse, kar je bilo v njegovi moči, da bi jih prepričal o svoji izbiri in Aikenovih idejah. Chase je zagotovil, da je projekt "Shot", čeprav bi bilo za uresničitev ideje o. Bil je dovolj daljnoviden in uvideven, da je spoznal, da bo predlagani stroj v prihodnjih letih neprecenljiv za poslovanje podjetja. Kljub prepričevanju je bila izdelava stroja zavrnjena.

Podpora projektu in neuspeh zamisli

Odločitev "Monroe" da ni podprl Aikenovega projekta, je bil nedvomno udarec, vendar je znanstvenika gotovo spodbudilo Chaseovo navdušenje nad novo zamislijo. Prav tako je Chase Aikenu predlagal, da bi mu pomagal profesor Theodore Brown s Harvarda, tesen sodelavec Thomasa J. Watsona, predsednika podjetja IBM. Watson, predsednik družbe IBM.

Aiken je tako vzpostavil uspešen stik z IBM-om. Brown je Aikena priporočil višjemu IBM-ovemu inženirju Bryceu, ki je odobril njegov projekt in mu svetoval, kako izdelati računalnik in zgraditi njegov sanjski stroj. Bryceovo mnenje je bilo ključno za IBM-ovo odločitev, znanstvenik pa je pridobil podporo predsednika Watsona za harvardski projekt.

Razvoj računalništva

Aiken je pripravil uradni predlog z naslovom "Predlagani avtomatizirani računalniški stroj". Imela je 22 natisnjenih strani z dvojnim presledkom. Prispevek se je začel s kratko zgodovino računalniških pripomočkov, razpravo o Babbageovih mehanizmih, omembo Scheutzovih, Wibergovih in Grantovih razlikovalnih strojev. Na kratko je bil opisan izum tabelaričnih luknjanih kartic, strojev za štetje, razvrščanje in aritmetičnih strojev.

Henry Babbage, sin Charlesa Babbagea, je sestavil približno šest majhnih demonstracijskih modelov stroja - kako bi opravljal zaporedne operacije in opravila. Enega od teh je poslal na Harvard. Aiken poudarja tudi, da so stroji, ki jih je izdelal IBM, omogočali opravljanje vsakodnevnih opravil v računovodskih pisarnah industrijski obrati po vsem svetu, kar je Babbage želel doseči že zelo dolgo.

Aiken se nato posveti potrebi po zmogljivejših metodah izračunavanja v matematičnih in fizikalnih znanostih. Opisal je področja uporabe svojega računalnika - teoretično fiziko, radio in televizijo, astronomijo, teorijo relativnosti in celo hitro razvijajočo se znanost matematične ekonomije in sociologije.

Kaj potrebuje znanost?

Aiken je opredelil štiri značilnosti zasnove, ki razlikujejo običajne luknjače in računalniške mehanizme, kot jih zahteva znanost

1. Stroj, namenjen matematiki, mora biti sposoben Postopek kot pozitiven, kot tudi negativne vrednosti, medtem ko je računovodska tehnologija skoraj v celoti zasnovana za naloge s pozitivnimi števili.
2. Računalništvo za matematične namene mora zagotavljati in uporabljati številne vrste transcendentnih funkcij (npr. trigonometrične), eliptične in Besselove funkcije ter verjetnostne funkcije.
3. Pri matematiki mora biti računski stroj popolnoma samodejen. Pri izračunu vrednosti funkcije v njeni vrstični razširitvi, ocenjevanju po formuli ali numeričnem integriranju (pri reševanju diferencialne enačbe) se mora postopek, ko je enkrat vzpostavljen, nadaljevati v nedogled, dokler ni pokrito območje neodvisnih spremenljivk.
4. Računski stroji, namenjeni matematiki, morajo biti sposobni računati vrstice namesto stolpcev, saj je pri numeričnem reševanju diferencialne enačbe izračun vrednosti pogosto odvisen od prejšnjih vrednosti. To je pravzaprav obratno od načina, na katerega lahko obstoječa računalniška oprema ocenjuje funkcijo po stopnjah.

Prvi dve nalogi, ki sta bili dodeljeni novemu stroju, sta bili izračun nekaterih integralov in tabel.

Razvoj in uvedba instrumenta v vojaške namene

Leta 1944 je bil stroj predan mornarici za čas vojne. Nato je postal uradni instrument v razdelitvi "Urad za ladje" pod Aikenovim poveljstvom. Do avgusta je računalnik "Oznaka 1" je sodeloval z velikim mornariškim osebjem, ki je vključevalo številne častnike, med njimi Grace Hopper in Richarda Blocha. Postali so glavni programerji.

Obstaja zabavna zgodba, da je Grace Hopper, ki je programirala računalnik Mark I, odkrila prvega računalniškega "hrošča": mrtvega molja, ki je prišel v računalnik Mark I in s svojimi krili preprečil branje lukenj v papirnatem traku. Beseda "bug" se za opis napake uporablja že vsaj od leta 1889, vendar je Hopper zaslužen za besedo "debugging" za opis dela pri odpravljanju programskih napak.

V letih 1944 in 1945 je računalnik "Oznaka 1" delali skoraj neprekinjeno, 24 ur na dan, sedem dni na teden. Vojni problemi, ki jih je moral reševati ta stroj, so vključevali raziskave magnetnih polj za zaščito ladij pred magnetnimi minami ter matematične vidike načrtovanja in uporabe radarjev. Daleč najpomembnejši vojni problem je bil niz izračunov implozije, ki jih je iz Los Alamosa prinesel John von Neumann.

Šele leto pozneje je osebje ugotovilo, da so bili ti izračuni opravljeni v povezavi z razvojem atomske bombe. Zaradi izjemnega uspeha in neizkoriščenih računalnikov je mornarica v začetku leta 1945 zaprosila Aikena, naj načrtuje in izdela drugi takšen stroj. Aiken je to storil. Računalnik je postal znan kot Mark II.

Značilnosti prve naprave

Računalnik Mark 1 je bil velikanski - visok je bil kar 2,5 metra. Dolga je 16 metrov in globoka skoraj meter. Velikost prvih računalnikov ni nikogar presenetila - nasprotno, s svojo močjo so navdušili druge:

• Tehtala je pet ton.
• Vseboval je 760.000 delov.
• Uporabljenih 530 milj žice.
• 3.000.000 žičnih priključkov.
• 3.500 več relejev s 35.000 kontakti.
• 2.225 števcev.
• 1.484 desetpolnih stikal.

Na podlagi tehnologije, ki jo je IBM razvil leta 1944, so bile za statistične in računovodske poslovne stroje uporabljene tradicionalne IBM-ove komponente, kot so elektromagnetni releji, števci, odmični kontakti, perforatorji in električni pisalni stroji. Na voljo so bile tudi nove konstrukcijske funkcije, vključno z releji in števci, ki jih IBM-ov stroj še ni uporabljal.

Bili so manjši in hitrejši. Vhodi so bili sestavljeni iz luknjanih kartic, izhodi pa iz serije luknjanih kartic ali izpisa iz IBM-ovega standardnega električnega pisalnega stroja.

Delovanje računalnika je poganjala dolga, vodoravna, neprekinjeno vrteča se gred, ki je oddajala šum, opisan kot hrup velikanskega šivalni stroj. Gred je naredila približno tri obrate na sekundo. Naprave za shranjevanje in izračuni so dali besede s 23 decimalnimi mesti, štiriindvajseto mesto pa je bilo rezervirano za algebrski znak. Izračuni so bili izvedeni s fiksno decimalno vejico.

Kaj je zmogel stroj iz prejšnjega stoletja?

Stroj je bil sestavljen iz 7 glavnih modulov, razporejenih od leve proti desni:

1. Dva dela s 60 registri za vnos numeričnih podatkov (konstant, ki se pojavljajo v algebrski ali diferencialni enačbi), od katerih vsak vsebuje 24 stikal, ki ustrezajo 23 številkam, in 1 stikalo za znak (plus/minus). Lokaciji vsakega od teh 60 registrov je bila dodeljena številka, tako da lahko ljudje to lokacijo uporabijo v skladu z navodili za identifikacijo številke, ki se kliče pri izračunu. Pri vseh težavah jih je treba nastaviti ročno.
2. sedem razdelkov, ki vsebujejo 72 dodatnih registrov (tako imenovani akumulatorji, ker lahko ne le shranjujejo števila, temveč tudi seštevajo in odštevajo; dejansko se odštevanje izvaja s seštevanjem).
3. Vsak register je bil sestavljen iz 24 elektromagnetnih števnih vezij, ki so ponovno zagotavljala zmogljivost za 23-mestne številke, pri čemer je bilo eno mesto rezervirano za znak. Ta drugi sklop plošč vključuje sami kot enota za shranjevanje in obdelavo. Za Seštevanje in odštevanje Potreben je 1 strojni cikel (približno 330 ms).
4. 70 baterij za splošne namene, 2 bateriji za posebne namene. Zelo zanimiv je zadnji akumulator, ki ga lahko uporabite za nekaj podobnega kot signal pogojnega operaterja (po primerjavi dveh številk).

Vendar je bil programabilnemu računalniku po letu 1945 dodan močnejši signal, ko je bil vgrajen drugi bralnik trakov za ukaze.

Na skrajnem desnem delu so električni pisalni stroji, čitalnik magnetnih trakov za ukaze in naprava za luknjanje. Na pisalnih strojih so natisnjeni končni reševanje problemov. Kartica za luknjanje samodejno luknjanje kartic s podatki. Trak je imel 24 stolpcev (tj. 24 lukenj v vrstici). Za eno vrstico podatkov so bile potrebne 4 vrstice (23 številčnih položajev in 1 za vsako številko, za vsak položaj so bile potrebne 4 luknje, 24 x 4 = 96).

Glavne funkcije naprave so

Prva generacija računalnikov je bila opremljena s štirimi bralniki. Ena je bila uporabljena za hranjenje navodila v stroj, ostali trije pa so vsebovali funkcijske tabele in so lahko po potrebi zagotavljali vrednosti. Prav tako je bila izvedena interpolacija vrednosti, prikazanih na trakovih. Tako so bili vgrajeni "podprogrami" (kot jih je imenoval Aiken), ki so vključevali pretvorbo števila z uporabo neke vgrajene funkcije (kot so sinus, eksponent, logaritem ali eksponent).

Značilnosti "Oznaka 1" Predvideva se, da bo stroj deloval približno 10 let. Vendar je na Harvardu delovala še 14 let po vojni in opravljala koristno delo. Šele leta 1959 je bila naprava končno "upokojeni". V tem času je bil tudi predmet praktičnega študija za več študentov na Harvardu, kjer je Aiken ustvaril pionirski program, ki se je pozneje imenoval računalništvo - z tečaji za diplomantov in podiplomskih študentov na poti do magistrskega ali doktorskega študija. Številne pomembne osebnosti iz računalniškega sveta so bile predstavljene na Harvardu in "Marka I".

Napredek je prehitel tehnologijo - pojav novih "pametno" stroji

Katerega leta se je za nazaj dejansko pojavil prvi računalnik?. Toda največji vrednost "Mark I" je bil prvi popolnoma samodejni računski stroj, ki ni zahteval človeškega posredovanja v delovnem procesu, saj je izvajal samodejno zaporedje izračunov po programu in to brez napak.

Howard Aiken je razvijal nove računalniške stroje. Za računalnikom Mark 1» sledil je model Mark II, leta 1949 Mark III/ADEC in leta 1952 Mark IV. IBM se je lotil izdelave novega računalnika SSEC brez Howarda Aikena.

Tehnološki napredek in inovacije

Ker je prvi računalnik uporabljal mehansko in relejno tehnologijo, je bilo delo zelo počasno. Novo "Mark" dajala rezultate hitreje kot običajne računalniške tehnike, vendar ne tako hitro kot stroji, ki so se v svetu pojavili pozneje. Med njimi so bili stroji, kot je ENIAC. Za seštevanje ali odštevanje je bil potreben en strojni cikel, ki je trajal približno 0,3 sekunde. Za množenje je bilo potrebnih 20 ciklov oziroma 6 sekund, za deljenje pa do 51 ciklov oziroma več kot 15 sekund. Zaradi tega so v poznejših modelih deljenje nadomestili z vzajemnim množenjem.

Čeprav je bil Mark I počasen, ni bil programiran le za določeno operacijo, temveč je bil tudi vsestranski. Čeprav je bil ENIAC v svoji prvotni zasnovi omejen na nalogo izračuna balističnih tabel, "Mark I" Lahko se je prilagodil več vdelani programski opremi.