Calculatorul mark 1 - primul calculator programabil din america: dimensiuni, capacități, anul introducerii pe piață

În 1936, fizicianul american Howard Aiken, viitorul creator al calculatorului "Marcu 1", a început să facă planuri pentru un dispozitiv de calcul automat. Schimbarea a avut loc în timp ce făcea cercetări pentru teza sa. Subiectul tezei sale a fost sarcina spațială. Lucrările sale de disertație au constat în curând în principal în rezolvarea ecuațiilor (diferențiale) neliniare. Singurele metode disponibile la acel moment pentru rezolvarea numerică a problemelor erau dezvoltarea calculatoarelor electromagnetice de birou. Această lucrare se va concentra pe În ce an a luat naștere primul computer și căruia ar trebui să i se mulțumească pentru că a pus bazele tehnologiei moderne.

Istoria dispozitivului

Deoarece Aiken era pe deplin conștient că ar fi fost nevoie de foarte mulți bani pentru a construi un astfel de computer, a decis să se adreseze unuia dintre cei mai mari producători de calculatoare din lume cei mai mari producători de calculatoare mecanice și electromecanice din SUA - Monroe Calculating Machine Company. La 22 aprilie 1937, i-a prezentat inginerului șef Chase planurile sale de calcul automat în următoarele domenii:

• "cele patru reguli de aritmetică";
• controlul secvențial prestabilit;
• stocarea și memorarea valorilor stabilite sau calculate;
• control secvențial, care poate reacționa automat la rezultate sau simboluri calculate, împreună cu o înregistrare tipărită a tot ceea ce se întâmplă în mașină;
• înregistrarea tuturor rezultatelor calculate.

Aiken a fost încurajat de sprijinul entuziast al lui Chase. Asta a mers la superiorii săi din "Monroe" și a făcut tot ce i-a stat în putință pentru a-i convinge de alegerea sa și de ideile lui Aiken. Chase a asigurat că designul "va trage", deși ar necesita o investiție considerabilă în punerea în aplicare a ideii. El a avut clarviziunea și viziunea de a recunoaște că mașina propusă va fi de neprețuit pentru afacerile companiei în anii următori. În ciuda persuasiunii, crearea mașinii a fost refuzată.

Sprijinul pentru proiect și eșecul ideii

Soluție "Monroe" nu a sprijinit proiectul lui Aiken a fost cu siguranță o lovitură, dar omul de știință trebuie să fi fost încurajat de entuziasmul lui Chase pentru noua idee. Tot Chase a fost cel care i-a sugerat lui Aiken să ceară ajutorul profesorului Theodore Brown de la Harvard, un apropiat al lui Thomas J. Watson. Watson, președintele IBM.

Aiken a stabilit astfel un contact de succes cu IBM. Brown l-a recomandat pe Aiken unui inginer IBM senior, Bryce, care i-a aprobat proiectul și l-a sfătuit cum să construiască calculatorul și mașina visurilor sale. Opinia lui Bryce a fost crucială pentru decizia IBM, iar omul de știință a obținut sprijinul președintelui Watson pentru proiectul de la Harvard.

Dezvoltarea calculatoarelor

Aiken a pregătit o propunere oficială intitulată "Proposed Automated Computing Machine". Avea 22 de pagini tipărite la două rânduri. Lucrarea a început cu un scurt istoric al ajutoarelor de calcul, o discuție despre mecanismele lui Babbage, mențiuni despre mașinile diferențiale ale lui Scheutz, Wieberg și Grant. A fost descrisă pe scurt invenția mașinilor de numărare, numărare, sortare și aritmetică cu cartele perforate.

Henry Babbage, fiul lui Charles Babbage, este cunoscut pentru că a asamblat aproximativ șase modele mici de demonstrație pentru o mașină - cum ar efectua operații și lucrări secvențiale. A trimis una la Harvard. Aiken remarcă, de asemenea, că mașinile produse de IBM permiteau departamentelor de contabilitate ale companii industriale în întreaga lume ceea ce Babbage dorea să realizeze de foarte mult timp.

Aiken trece apoi la necesitatea unor metode de calcul mai puternice în științele matematice și fizice. El a schițat utilizările computerului său - fizică teoretică, radio și televiziune, astronomie, teoria relativității și chiar știința în plină expansiune a economiei și sociologiei matematice.

De ce are nevoie știința?

Aiken a identificat patru trăsături de proiectare care disting mecanismele convenționale cu cartele perforate și cele de calcul ca fiind necesare în știință:

1. O mașină concepută pentru matematică trebuie să fie capabilă să gestionează atât numere pozitive, cât și negative, precum și valori negative, în timp ce tehnologia contabilă este aproape în întregime concepută pentru sarcini cu numere pozitive.
2. Ingineria calculatoarelor în scopuri matematice trebuie să furnizeze și să utilizeze mai multe tipuri de funcții transcendentale (de exemplu, trigonometrice), eliptice, funcții Bessel și funcții de probabilitate.
3. Pentru matematică, o mașină de calcul trebuie să fie complet automată în funcționare. Atunci când se calculează valoarea unei funcții în expansiunea în serie, estimarea formulei sau integrarea numerică (la rezolvarea unei ecuații diferențiale), procesul, odată stabilit, trebuie să continue la nesfârșit până când se acoperă intervalul de variabile independente.
4. Mașinile de calcul concepute pentru matematică trebuie să poată calcula rânduri în loc de coloane, deoarece, adesea, atunci când se rezolvă numeric o ecuație diferențială, calculul unei valori depinde de valorile anterioare. Acest lucru este de fapt considerat invers față de modul în care echipamentele de calcul existente sunt capabile să estimeze funcția în etape.

Primele două sarcini atribuite noii mașini au fost calcularea unor integrale și a unor tabele.

Dezvoltarea și introducerea de dispozitive în scopuri militare

În 1944, aparatul a fost predat Marinei Militare pentru toată durata războiului. După aceea, a devenit un instrument oficial de unitate de măsură "Biroul de nave" sub comanda lui Aiken. Până în luna august calculatorul "Marcu 1" a lucrat cu un mare personal naval, inclusiv cu un număr de ofițeri, printre care Grace Hopper și Richard Bloch. Ei au devenit mințile.

O poveste amuzantă spune că Grace Hopper, care a programat computerul Mark I, a fost cea care a descoperit primul "bug" al computerului: o molie moartă care a intrat în Mark I, ale cărei aripi au blocat citirea găurilor din banda de hârtie. Cuvântul "bug" a fost folosit pentru a descrie un defect cel puțin din 1889, dar lui Hopper i se atribuie cuvântul "debugging" pentru a descrie activitatea de corectare a erorilor de program.

În 1944 și 1945, calculatorul "Marcu 1" a lucrat aproape continuu, 24 de ore pe zi, șapte zile pe săptămână. Problemele din timpul războiului pe care mașina trebuia să le rezolve includeau cercetări asupra câmpurilor magnetice legate de protecția navelor împotriva minelor magnetice, precum și aspecte matematice ale proiectării și utilizării radarului. De departe, cea mai importantă problemă din timpul războiului a fost setul de calcule de implozie adus de la Los Alamos de John von Neumann.

Abia un an mai târziu, personalul a aflat că aceste calcule au fost făcute în legătură cu dezvoltarea bombei atomice. Succesul remarcabil și numărul mare de calculatoare au determinat Marina să îi ceară lui Aiken, la începutul anului 1945, să proiecteze și să construiască o a doua mașină de acest tip. Aiken a făcut exact acest lucru. Calculatorul a devenit cunoscut sub numele de Mark II.

Caracteristicile primului dispozitiv

Calculatorul Mark 1 avea dimensiuni gigantice - 2,5 metri înălțime. 16 metri lungime și aproape 1 metru adâncime. Dimensiunea primelor computere nu a surprins pe nimeni, dimpotrivă, acestea i-au inspirat pe alții cu capacitățile lor:

• Cântărea cinci tone.
• Acesta conținea 760.000 de piese.
• A folosit 530 de mile de sârmă.
• 3.000.000 de conexiuni de cabluri.
• 3500 de relee multiple cu 35000 de contacte.
• 2.225 de contoare.
• 1.484 de întrerupătoare cu zece poli.

Bazându-se pe tehnologia dezvoltată de IBM în 1944, componentele tradiționale IBM, cum ar fi relee electromagnetice, contoare, contacte cu came, perforatoare și mașini de scris electrice, au fost folosite pentru mașini de statistică și contabilitate. De asemenea, au fost prezente elemente noi de design, inclusiv relee și contoare care nu fuseseră folosite anterior în mașina IBM.

Erau mai mici și mai rapide. Intrarea consta într-un card perforat, iar ieșirea era o serie de carduri perforate sau o imprimare de la o mașină de scris electrică IBM standard.

Computerul era alimentat de un arbore lung, orizontal, care se rotea continuu și care emitea un zgomot descris ca fiind cel al unui uriaș mașină de cusut. Arborele a făcut aproximativ 3 rotații pe secundă. Dispozitive pentru depozitare iar calculele au produs o lungime a cuvântului de 23 de zecimale, iar cea de-a douăzeci și patra zecimală a fost rezervată pentru semnul algebric. Calculele au fost efectuate în numere zecimale cu virgulă fixă.

Ce putea face o mașină din secolul trecut?

Mașina era compusă din 7 module de bază dispuse de la stânga la dreapta:

1. Două secțiuni cu 60 de registre pentru introducerea datelor numerice (constante care apar în orice ecuație algebrică sau diferențială), fiecare conținând 24 de comutatoare, corespunzând la 23 de cifre și 1 pentru semn (plus/minus). Fiecăruia dintre aceste 60 de registre i s-a atribuit un număr, astfel încât oamenii să poată folosi această locație în funcție de instrucțiune pentru a identifica numărul apelat în calcul. Pentru orice problemă, acestea trebuie să fie setate manual.
2. Șapte partiții care conțin 72 de registre suplimentare (numite acumulatori, deoarece nu numai că pot stoca numere, ci și adăuga și scădea; de fapt, scăderea se face prin adunare).
3. Fiecare registru era format din 24 de cercuri electromagnetice, oferind din nou o capacitate pentru numere de 23 de cifre, cu un spațiu rezervat pentru un semn. Acest al doilea set de panouri include în sine ca unitate de stocare și procesare. Pentru adunare și scădere Este necesar 1 ciclu de mașină (aproximativ 330ms).
4. 70 baterii de uz general, 2 baterii de uz special. Foarte interesantă este ultima baterie, care poate fi folosită pentru a face ceva de genul unui semnal purtător condiționat (după compararea a două numere).

Cu toate acestea, un semnal mai puternic a fost adăugat calculatorului programabil după 1945, când a fost încorporat un al doilea cititor de bandă pentru comenzile.

În părțile din dreapta se află mașini de scris electrice, un cititor de benzi pentru comenzi și o mașină de perforat. Mașinile de scris au tipărit finalul soluția problemei. Perforatorul de carduri perforă automat cardurile de date. Banda avea 24 de coloane (adică 24 de găuri pe rând). Un rând de date a necesitat 4 rânduri (23 de poziții numerice și 1 pentru fiecare număr, fiecare poziție a necesitat 4 puțuri, 24 x 4 = 96).

Funcțiile principale ale dispozitivului

Prima generație de calculatoare avea patru cititoare. S-a folosit unul pentru hrănire instrucțiuni către mașină, în timp ce celelalte trei conțineau tabele de funcții și puteau furniza valori în funcție de necesități. De asemenea, a fost asigurată interpolarea valorilor indicate pe casete. Astfel, existau "subrutine" încorporate (așa cum le numea Aiken) care implicau convertirea unui număr folosind o funcție inerentă (cum ar fi sinus, exponent, logaritm sau exponențializare).

Caracteristici "Marcu 1" se așteaptă ca mașina să dureze aproximativ 10 ani. Cu toate acestea, a continuat să funcționeze la Harvard timp de 14 ani după război, producând lucrări utile. Abia în 1959, dispozitivul a fost în cele din urmă "pensionat". În această perioadă a servit și ca materie practică pentru mai mulți studenți de la Harvard, unde Aiken a creat un program de pionierat care a fost numit mai târziu informatică - cu cursuri pentru Studenți universitari și postuniversitari în drum spre un masterat sau doctorat. Multe figuri importante din lumea computerelor au fost prezentate în acest Harvard și "Mark I".

Progresul a depășit tehnologia - apariția de noi "inteligent" mașini

O retrospectivă a anului în care a apărut de fapt primul computer. Dar cel mai mare importanță "Mark I" A fost prima mașină de calcul complet automată care nu a necesitat nicio intervenție umană în fluxul de lucru, a efectuat o secvență automată de calcule conform unui program și a făcut-o fără erori.

Howard Aiken a continuat să dezvolte noi mașini de calcul. Calculatorul Mark 1 a fost urmat de Mark II» a fost urmat de Mark II, apoi de Mark III/ADEC în 1949 și de Mark IV în 1952. IBM a început să construiască un nou calculator SSEC fără Howard Aiken.

Îmbunătățiri și inovații în tehnologie

Deoarece primul computer folosea o tehnologie mecanică și de releu, lucrul era foarte lent. Noul "Mark" producea rezultate mai rapid decât tehnicile de calcul convenționale, dar nu la fel de rapid ca mașinile care au fost introduse în lume mai târziu, mai târziu. Printre acestea se numără și ENIAC. Adăugarea sau scăderea necesită un ciclu al mașinii care durează aproximativ 0,3 secunde. Înmulțirea a necesitat 20 de cicluri sau 6 secunde, iar împărțirea putea dura până la 51 de cicluri sau mai mult de 15 secunde. Din această cauză, în modelele ulterioare, împărțirea a fost înlocuită cu înmulțirea valorilor reciproce.

Deși Mark I era lent, nu era programat doar pentru o operațiune specifică, ci era și versatil. În timp ce ENIAC a fost limitat, în concepția sa inițială, la misiunea de calculare a tabelelor balistice, "Mark I" a fost capabil să se adapteze la mai multe firmware.