Релейные машины

В конце 30-х годов нашего столетия появляются первые проекты электронных вычислительных машин. В 1937 г. в США в университете штата Айова профессор Дж. В. Атанасов, болгарин по происхождению, начал работу по созданию электронной вычислительной машины, предназначенной для решения некоторых задач математической физики. Атанасовым были разработаны и запатентованы первые электронные схемы, которые применялись при создании устройств ЭВМ. Начавшаяся вторая мировая война не позволила ученому и его сотрудникам полностью завершить проект. После войны работа над проектом уже не возобновлялась.

Первые универсальные вычислительные машины с программным управлением были построены на базе электромагнитных реле. В 1941 г. немецкий инженер К. Цузе закончил работу над третьим вариантом своей универсальной машины Ц-3 на электромагнитных реле. Она выполняла восемь команд, в том числе четыре арифметических действия и извлечение квадратного корня. Все действия выполнялись над десятичными числами, каждая цифра которых представлялась в двоичной системе счисления. Машина состояла из 2600 реле. Программа для работы машины задавалась с помощью двухдорожечной перфоленты.

В 1944 г. в США завершалась работа над созданием машины «Марк-1» по проекту американского физика Говарда Айкена из Гарвардского университета. Проект большой релейной машины был предложен Айкеном еще в 1937 г. независимо от Цузе.

Как и в аналитической машине Бэббиджа, числа в машине «Марк-1» хранились в регистрах из десятичных счетных колес. Таких регистров было 72. Кроме них, машина имела 60 дополнительных регистров, куда можно было вручную вводить числа перед началом вычислений, но они должны были оставаться там неизменными.

Для управления операциями использовались электромеханические элементы реле -переключатели. Машина управлялась специальной программой, задаваемой на 24-дорожечной управляющей перфоленте. Быстродействие машины «Марк-1» от 0,3 до 15 секунд на одну операцию. Это была очень большая машина, приводившаяся в действие молотом в 5 лошадиных сил.

Одной из наиболее совершенных релейных вычислительных машин была советская релейная вычислительная машина РВМ-1, сконструированная в начале пятидесятых годов талантливым инженером Н. И. Бессоновым (1906-1963) и построенная в 1956 г. Машина содержала пять с половиной тысяч реле. Скорость работы ее составляла 50 сложений или 20 умножений в секунду.

Из-за ряда недостатков релейные машины просуществовали недолго. Главными же недостатками можно считать отсутствие хранимой в памяти программы, что обусловливалось небольшим объемом оперативной памяти, и невысокую скорость работы, вызванную низким быстродействием электромеханических релейных переключателей. Несмотря на это, в истории вычислительной техники релейные машины занимают почетное место среди первых автоматически действовавших универсальных вычислительных машин с программным управлением.

«Эниак» - первенец эвм

Электроника дала вычислительной технике качественно отличные от всех ранее известных элементы. Так, в 1913 г. русским ученым М. А. Бонч-Бруевичем была сконструирована электронная управляющая схема с двумя устойчивыми состояниями, названная триггером.

Триггер по принципу действия можно сравнить с обычным двухпозиционным выключателем, с которым мы ежедневно сталкиваемся при пользовании электронными приборами, с той лишь разницей, что управляется он не вручную, а электрическим сигналом, поступающим на его вход. Но это только принцип действия триггера. На самом же деле триггер представляет собой двухламповый симметричный усилитель с так называемой положительной обратной связью. В триггере обе лампы (под лампой здесь понимается электронная вакуумная лампа - троид) соединены таким образом: если левая открыта, то правая обязательно закрыта, и наоборот. Такое соединение ламп обеспечивается подачей напряжения с анода одной лампы на сетку другой. Так, например, если правая лампа открыта, т. е. через нее течет ток и происходит падение напряжения на аноде, то ее низкое анодное напряжение подается на сетку левой лампы и держит последнюю закрытой. Это первое устойчивое состояние триггера. Если же подать на сетку правой лампы отрицательный импульс, то лампа закроется и напряжение на ее аноде возрастет. Возросшее анодное напряжение правой лампы будет подано на сетку левой лампы, откроет последнюю, и триггер перейдет во второе устойчивое состояние. Состояние триггера запоминается на сколь угодно долгое время до прихода нового импульса, попадающего на сетку одной из ламп.

Создание триггера, который из-за своих свойств по праву носит название электронного реле, сделало реальным конструирование в середине 40-х годов быстродействующих вычислительных машин.

Вычислительные машины, построенные на электронных триггерных схемах, открыли новое направление в вычислительной технике, их стали называть электронными вычислительными машинами (ЭВМ).

Первой электронное вычислительной машиной принято считать машину ЭНИАК, которая была разработана американскими учеными Дж. В. Моучли и Д. П. Эккертом. Работа над машиной началась в середине 1943 г. и была закончена в 1945 г. Она предназначалась для военных целей: для расчета траекторий полетов снарядов.

Машина ЭНИАК представляла собой сложнейшее для середины XX в. инженерное сооружение длиной более 30 м, содержащее примерно 18 тысяч электронных ламп и полторы тысячи реле. Она потребляла мощность около 150 киловатт, достаточную для освещения целого рабочего поселка. Использование электронных ламп вместо механических и электромеханических элементов позволило резко увеличить скорость выполнения машинных операций. Так, ЭНИАК тратил на умножение всего 0,0028 секунды.

Ввод чисел в машину производился с помощью перфокарт, а программное управление последовательностью выполнения операций осуществлялось, как и в счетно-аналитических машинах, с помощью штекерно-коммутационного способа. Хотя такой способ программирования и требовал много времени для подготовки машины, т. е. для соединения отдельных блоков машины на коммутационной доске, но зато позволял реализовать высокие способности ЭНИАКа.