Дж. Маучли (J. Mauchly) и его проект eniac

С самого начала войны сотрудники Лаборатории баллистических исследований министерства обороны США, расположенной в районе Абердинского полигона, шт. Мэриленд, трудились над созданием баллистических таблиц, столь необходимых артиллеристам на полях сражений. Значение этих таблиц трудно переоценить. С их помощью артиллеристы могли делать поправки при наводке орудия с учетом расстояния до цели, ее высоты над уровнем моря, а также метеорологических условий - ветра и температуры воздуха. Однако для построения таблиц требовались очень длинные и утомительные вычисления - для расчета лишь одной траектории приходилось выполнять минимум 750 операций умножения, а каждая таблица включала не менее 2000 траекторий. Правда, дифференциальный анализатор позволил несколько ускорить расчеты, но это устройство давало лишь приближенные результаты, для уточнения которых привлекались затем десятки людей, работавших с обычными настольными калькуляторами.

Война разрасталась, военные разработки требовали ускорения, лаборатория не справлялась с работой и, в конце концов, вынуждена была обратиться за помощью. В расположенном неподалеку Высшем техническом училище Пенсильванского университета был создан вспомогательный вычислительный центр. Училище располагало дифференциальным анализатором, однако двое сотрудников вычислительного центра, Джон У. Маучли и Дж. Преспер Экерт, вознамерились придумать кое-что получше.

Маучли, физик, увлекавшийся метеорологией, давно мечтал о создании устройства, которое позволило бы применить статистические методы для прогнозирования погоды. Перед войной он смастерил несколько простых цифровых счетных устройств на электронных лампах. Возможно, интерес к электронным вычислительным машинам возник у него под влиянием идей Джона Атанасоффа, работавшего в шт. Айова. В июне 1941 г. Маучли в течение пяти дней гостил у Атанасоффа, наблюдая, как тот вместе со своим помощником Клиффордом Берри трудился над прототипом компьютера, содержащим около З00 электронных ламп. [2]

Существенным или нет, оказалось влияние Атанасоффа - позже этот вопрос стал предметом судебной тяжбы, - но вдохновил Маучли на эту работу Экерт. Моложе Маучли на 12 лет Экерт был поистине виртуозом в технике. В возрасте восьми лет он построил миниатюрный приемник. Как вспоминал позднее Маучли, Экерт убедил его, что «мечты о компьютере можно осуществить на практике».

В августе 1942 г. Маучли написал нечто вроде заявки на пяти страничках, где вкратце изложил их совместное с Экертом предложение о создании быстродействующего компьютера на электронных лампах. Заявка затерялась в инстанциях. Однако через несколько месяцев лейтенант Герман

Голдстейн, прикомандированный к училищу военный представитель, случайно услышал об этой идее.

Голдстейн, до войны преподававший математику в Мичиганском университете, сразу же оценил значение предлагаемого проекта компьютера и начал хлопотать от имени военного командования, чтобы проект приняли к разработке. Наконец, 9 апреля 1943 г. - армия заключила с училищем контракт на 400 тыс. долл., предусматривающий создание компьютера Эниак(ENIAK).[2]

Группа специалистов, работавшая над этим проектом, в конечном счете, выросла до 50 человек. Маучли был главным консультантом проекта, Экерт - главным конструктором. Разные по своему характеру и привычкам эти два человека прекрасно дополняли друг друга. Быстрый и общительный Маучли генерировал идеи, а сдержанный, хладнокровный и осторожный Экерт подвергал эти идеи строгому анализу, желая убедиться, что они действенны.

Новая машина имела впечатляющие "параметры": применено 17 тысяч электронных ламп и 1500 реле. Потребовалось помещение площадью 9x15 квадратных метров, масса - 30 т. Машина потребляла около 150 кВт энергии - мощность, достаточная для небольшого завода. ENIAC работал с тактовой частотой 100 кГц  и выполнял операцию сложения за 0,2 мс, а умножения - за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. Быстро обнажились недостатки новой машины. При 17 тыс. ламп, одновременно работающих с частотой 100 тыс. импульсов в секунду, ежесекундно возникало 1,7 млрд. ситуаций, в которых хотя бы одна из ламп могла не сработать. Экерт разрешил эту проблему, позаимствовав прием, который широко использовался при эксплуатации больших электроорганов в концертных залах: на лампы стали подавать несколько меньшее напряжение, и количество аварий снизилось до одной-двух в неделю.[4]

Использовалась десятичная система счисления вместо двоичной. Программа задавалась схемой коммутации триггеров на 40 наборных полях, на каждую требовалось несколько коммутационных шнуров. На перенастройку коммутационных полей уходили недели. При пробной эксплуатации выяснилось, что надежность машины очень низка - поиск неисправностей занимал от нескольких часов до нескольких суток. Экерт разработал программу строгого контроля исправности аппаратуры. Каждый из более чем 100 тыс. электронных компонентов 30-тонной машины подвергался тщательной проверке, затем все они аккуратно расставлялись по местам и запаивались, а иногда и перепаивались не раз. Эта работа потребовала большого напряжения сил всех членов группы, включая Маучли, ее «мозговой центр».

Основными схемами машины были так называемые ячейки "и", действовавшие как переключатели, ячейки "или", предназначавшиеся для объединения на одном выходе импульсов, идущих от разных источников, и, наконец, триггеры. В ENIAC'е 10 триггеров соединялись в кольцо, образуя десятичный счетчик, который исполнял роль счетного колеса механической машины. 10 таких колец плюс 2 триггера для представления знака числа образуют запоминающий регистр. Всего в ENIAC'e было 20 таких регистров. Каждый регистр снабжен схемой передачи десятков и мог быть использован для операций суммирования и вычитания. Другие арифметические операции выполнялись в специализированных блоках. Помимо памяти, на триггерных ячейках в машине имелся блок механических переключателей, на котором вручную могло быть установлено до 300 чисел. Числа передавались из одной части машины в другую посредством 11 проводников, по одному для каждого десятичного разряда и знака числа. Значение передаваемой цифры равнялось числу импульсов, прошедших по данному проводнику. Работой отдельных блоков машины управлял задающий генератор, который определял последовательность тактовых и синхронизирующих импульсов, эти импульсы "открывали" и "закрывали" соответствующие электронные блоки машины.[3]

Ввод чисел в машину производился с помощью перфокарт, а программное управление последовательностью выполнения операций осуществлялось, как в счетно-аналитических машинах, с помощью штеккеров и наборных полей. Хотя такой способ программирования и требовал много времени для подготовки машины, то есть для соединения на наборном поле (коммутационной доске) отдельных блоков машины, он позволял реализовывать счетные "способности" ENIAC'а и тем выгодно отличался от способа программной перфоленты, характерного для релейных машин.

В конце 1945 г., когда Эниак (ENIAC) был, наконец собран и готов к проведению первого официального испытания, война, нуждам которой он был призван служить, окончилась. Однако сама задача, выбранная для проверки машины, - расчеты, которые должны были ответить на вопрос о принципиальной возможности создания водородной бомбы, - указывала на то, что роль компьютера в послевоенные годы и годы «холодной войны» не снижалась, а скорее возрастала

Эниак успешно выдержал испытания, обработав около миллиона перфокарт фирмы IBM. Спустя два месяца машину продемонстрировали представителям прессы. По своим размерам этот компьютер более чем вдвое превосходил Марк-1 Говарда Эйкена. Однако двойное увеличение в размерах сопровождалось тысячекратным увеличением в быстродействии. По словам одного восхищенного репортера, Эниак работал «быстрее мысли».[2]

Не успел Эниак вступить в эксплуатацию, как Маучли и Экерт уже работали по заказу военных над новым компьютером. Главным недостатком компьютера Эниак были трудности, возникавшие при изменении вводимых в него инструкций, т. е. программы. Объема внутренней памяти машины едва хватало для хранения числовых данных, используемых в расчетах. Это означало, что программы приходилось буквально «впаивать» в сложные электронные схемы машины. Если требовалось перейти от вычислений баллистических таблиц к расчету параметров аэродинамической трубы, то приходилось бегать по комнате, подсоединяя и отсоединяя сотни контактов, как на ручном телефонном коммутаторе. В зависимости от сложности программы такая работа занимала от нескольких часов до двух дней. Это было достаточно веским аргументом, чтобы отказаться от попыток использовать Эниак в качестве универсального компьютера.

1. 
   Джон Маучли - http://www.fio.by/vypusk/Potok_63/group_1/user_5/Mauchli.htm
   

2. 
   История компьютера – ENIAC и EDVAC - http://chernykh.net/content/view/47/101/
   

3. 
   ENIAC - http://compzed.narod.ru/history.htm
   

4. 
   ENIAС - http://schools.techno.ru/sch758/HIST/ENIAC.HTM