2.2. Первые компьютеры

В 40-ходах XX в. сразу несколько групп исследователей повторили попытку Бэббиджа на основе техники XX в. - электромеханических реле. Некоторые из этих исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и переоткрыли его идеи заново. Первым из них был немецкий инженер Конрад Цузе, который в 1941 г. построил небольшой компьютер Z3 на основе электромеханических реле. Но из-за войны работы Цузе не были опубликованы.

А в США в 1943 г. на одном из предприятий фирмы IBM (International Business Machines), американец Говард Эйкен (9/03/1900 - 14/03/1973) создал более мощный компьютер под названием “Марк-1”. Он уже позволял проводить вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью арифмометра), и реально использовался для военных расчетов. Компьютер содержал около 765 тысяч деталей (электромеханических реле, переключателей и т. п.) достигал в длину почти 17 м, в высоту - более 2,5 м и весил около 4,5 т. 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, затрачивая по 3 секунды на операции сложения и вычитания. Умножение выполнялось в течение 6 секунд, деление - 15,3 секунды, на операции вычисления логарифмов и выполнение тригонометрических функций требовалось больше минуты.

Однако электромеханические реле работают весьма медленно и недостаточно надежно. Поэтому, начиная с 1943 г. в США группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать компьютер ENIAC на основе электронных ламп. Созданный ими компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем Марк-1. Однако обнаружилось, что большую часть времени этот компьютер простаивал - ведь для задания метода расчетов (программы) в этом компьютере приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. А сам расчет после этого мог занять всего лишь несколько минут или даже секунд.

Э НИАК (ENIAC, сокр. от англ. Electronic Number Integrator And Computer - Электронный числовой интегратор и компьютер) - первый широкомасштабный, электронный, цифровой компьютер, который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач (предыдущие компьютеры имели только часть из этих свойств). Построен в 1946 году по заказу Армии США в Лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. Запущен 14 февраля 1946 года.

Архитектуру компьютера разработали в 1943 году Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мочли, учёные из Университета Пенсильвании. 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. Всего комплекс включал 17468 ламп, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70000 резисторов и 10000 конденсаторов. Потребляемая мощность - 150 кВт. Вычислительная мощность - 300 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду. Вес - 27 тонн. Вычисления производились в десятичной системе.

В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый физик и математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, т.е. универсальных вычислительных устройств. И до сих пор подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман. Мы рассмотрим принципы фон Неймана в следующем параграфе.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом (1913-). EDSAC (англ. Electronic Delay Storage Automatic Computer) - электронная вычислительная машина. Компьютер состоял из примерно 3000 электронных ламп. Основная память компьютера состояла из 32-х ртутных ультразвуковых линий задержки (РУЛЗ), каждая из которых хранила 32 слова по 17 бит, включая бит знака - всего это даёт 1024 ячеек памяти. Была возможность включить дополнительные линии задержки, что позволяло работать со словами в 35 двоичных разрядов (включая бит знака). Вычисления производились в двоичной системе со скоростью от 100 до 15 000 операций в секунду. Потребляемая мощность - 12 кВт, занимаемая площадь - 20 м².