Американский ученый Говард Эйкен взялся за разработку машины, в основе которой были использованы смелые идеи XIX и технологии XX века. Заручившись поддержкой командования военно-морского флота США и финансово-техническим обеспечением от фирмы IBM, Эйкен создал первый американский компьютер — Марк I. В качестве переключающих устройств в машине Эйкена использовались простые электромеханические реле; инструкции программ обработки данных были записаны на перфоленте. Данные вводись в машину в виде десятичных чисел, закодированных на перфокартах фирмы IBM.
Американский ученый Говард Хэтауэй Эйкен (англ. Howard Hathaway Aiken, 1900 — 1973 г.г.) родился в Хобокене, штат Нью-Джерси, США. Этот человек обладал чрезвычайно широким кругозором и интересовался различными научными направлениями, в круг которых входили физика, математика и множество естественных наук. Эйкен закончил военно-инженерную школу города Индианаполис и получил степень бакалавра. В университете штата Висконсин он успешно защитил диплом по направлению «электротехника». Но останавливаться на полпути Эйкен не собирался и продолжил свое обучение поступив в 1939 году в магистратуру чикагского университета. И вскоре он перешел в знаменитый Гарвард, чтобы там завершить обучение. Эйкен получил степень доктора философии по физике в 1939 году и приступил к работе над диссертацией, посвященной методикам решения нелинейных дифференциальных уравнений. Примерно в то время у него и возникла идея создать автоматическое вычислительное устройство, которое могло бы избавить от необходимости проводить утомительные математические расчеты. В процессе размышлений и разработки конструкции нескольких простых вычислителей, каждый из которых мог бы решать определенную задачу узкой специализации, Эйкен пришел к выводу о необходимости создания универсального устройства, способного осуществлять любые математические расчеты. Загоревшись этой идеей, он заручился поддержкой Гарвардского университета и одной из крупнейших американских коммерческих компаний тех времен — International Business Machines (IBM). Ученый приступил к практической реализации своих замыслов. Занимая должность инженера IBM, Эйкен руководил работами по созданию первого американского компьютера Марк I.
Говард Эйкен наблюдает за работой Марк I (1944 г.)
К работе над компьютером Эйкена вдохновила разностная машина Чарльза Бэббиджа. Описание этой аналитической машины, которое осталось от самого Бэббиджа, оказалось достаточно основательным и полным.
Как в последствии заявлял Эйкен:
разностная машина Бэббиджа
После плодотворной работы Эйкену удалось воплотить в реальность свою идею. Первоначально проект имел название «Automatic Sequence Controlled Calculator» (ASCC), то есть — «вычислительное устройство, управляемое автоматическими последовательностями». Но на слуху первый американский компьютер закрепился под именем «Гарвардский Марк I».
Реализация проекта
Процесс создания машины Марк I проходил спокойно, гладко и без эксцессов. В начале 1943 года устройство успешно прошло первые испытания и было перенесено в Гарвардский университет. А вот отношения между создателем устройства и его спонсором были далеко не так гармоничны. Марк I стал причиной разногласий Эйкена с главой компании IBM Томасом Уотсоном.
Томас Уотсон — председатель совета директоров IBM
Эти два человека обладали сильным, но невероятно упрямым характером. Они оба любили делать все исключительно по-своему. Прежде всего их мнения разошлись из-за внешнего вида машины. Марк I достигал в длину почти 17 метров, а по высоте превышал 2,5 метра. Он содержал около 750 000 деталей, которые соединялись проводами общей протяженностью примерно 800 км. Можно представить, каким монстром представлялась для инженера такая махина. Эйкену хотелось оставить открытыми внутреннее содержимое Марка, чтобы при необходимости специалисты могли видеть состав и работу устройства. Уотсону же, как главе компании и бизнесмену, хотелось сделать Марк I наиболее привлекательным для покупателей. Поэтому он активно настаивал на том, чтобы машину заключили в корпус из стекла и блестящей нержавеющей стали. В этом споре победил Уотсон. Собственно и все последующие разногласия решались также в его пользу. Последнее слово оставалось за IBM, ведь компания финансировала разработку машины и могла диктовать собственные условия. Но Эйкен удалось «отыграться» на презентации Марка I перед прессой и общественностью в августе 1944 г. Рассказывая про устройство и процесс разработки, он едва упомянул о вкладе корпорации IBM в создание компьютера. А о самом Томасе Уотсоне не сказал ни слова. Естественно, это привело в бешенство главу компании.
Возмущению Уотсона не было предела, что он даже не побоялся резких высказываний в сторону Эйкена перед СМИ:
Его сын и преемник Уотсон-младший говорил позже, что если бы Эйкен и Уотсон-старший жили в другом веке, то непременно бы стрелялись на дуэли и убили друг друга.
Военная служба
Вскоре после этого Уотсон на время передал Марк I в распоряжение военно-морского флота США. Там машину использовали для выполнения сложных баллистических расчетов, которыми руководил сам Эйкен. Марк I мог работать с числами длиной до 23 разрядов. На сложение и вычитание тратилось 0,3 секунды, а на умножение — около 3 секунд. Подобная скорость была необычной и даже потрясающей, хотя совсем незначительно превосходило показатели, изначально запланированы Бэббиджем. Марк I за один день проводил исчисления, на которые раньше уходило до полугода.
Эйкен с ученой Грейс Хопер и участниками команды ВМФ США, обслуживающими Марк I
Компьютер Марк I выглядел весьма впечатляюще. Дизайнерская задумка Уотсона реализовалась должным образом и сыграла свою роль — прозрачное стекло и сверкающая нержавеющая сталь привлекали внимание как со стороны прессы, так и со стороны технических специалистов. Кроме того, машину обслуживали морские офицеры, поддерживающие ее образцовую чистоту и порядок. Серьезные, деловые, они ходили вокруг Марк I отдавая друг другу честь. Как вспоминали гарварские ученые — создавалось такое впечатление, будто офицеры управляют машиной, стоя по стойке смирно. Вот только шум компьютера слегка портил идиллию — включающиеся и выключающиеся реле (3304 шт.) громко щелкали, управляя вращением валиков и шестеренок.
матрос, обслуживающий работу машины Марк I
Ссора с компанией IBM в лице ее директора не помешала Эйкену продолжить работу по созданию новых компьютеров. И уже в 1947 году он закончил «Гарвардский Марк II», в след за которым вышли «Гарвардский Марк III» (1949 год) и «Гарвардский Марк IV» (1952 год). В компьютере Марк III уже использовались отдельные электронные компоненты, а Марк IV был полностью электронным устройством. В машинах имелась память на основе магнитных барабанов. Кроме того, в «Марк IV» применялась ещё одна разновидность компьютерной памяти, основанная на использовании магнитных сердечников.
Поскольку Марк I приносил неоцененную пользу, неудивительно, что финансированием дальнейших разработок вычислительных машин занималось Министерство обороны США. Американские специалисты в области кибернетики очень сильно заинтересовались проектами Эйкена. Собственно Марк II был построен ученым специально для военно-морского флота, он стал первым на планете многозадачным вычислительным устройством: предусмотренные в его конструкции параллельные сумматоры позволяли одновременно выполнять несколько математических операций и передавать результат из одного модуля машины в другой.
Первые компьютер, такие как Марк I были основаны на электромеханических переключателях, широко применяющихся в те времена в технике телефонной связи. Когда переключатель находился в открытом состоянии, цепь была обесточена. Но если на обмотку железного сердечника подавался ток низкого напряжения (изображен красным на схеме), то в сердечнике создавалось магнитное поле, притягивающее один конец вращающегося на шарнире рычажка. В этот момент другой его конец сжимал контакты: цепь замыкалась и по ней начинал проходить электрический ток (изображен зеленым на схеме).
схема действия электромеханических переключателей
Обрабатываемые машиной числа хранились в специальных регистрах, реализованных в виде металлических зубчатых колес, которые приводились в движение специальным механизмом. Каждый регистр включал 24 колеса, из которых 23 использовались для представления самих разрядов числа, а 24-е — его знака. Помимо этого, каждый регистр имел устройство, позволявшее сохранять значения десятков и передавать результат вычислений в другой регистр. Всего архитектура Марк I насчитывала 72 регистра для обработки цифровых значений и 60 дополнительных регистров для хранения математических постоянных — в них при помощи системы переключателей вручную записывались неизменные в процессе вычислений константы. В составе Марк I находился основной математический блок, а также имелось несколько отдельных модулей, предназначенных для выполнения операций умножения, деления, подсчета степени числа, значения синуса и вычисления логарифма. В качестве операторского пульта была панель, содержащая 420 механических переключателей, не считая нескольких контрольных панелей, позволявших оператору управлять режимами работы машины. Аппарат потреблял около 160 киловатт мощности в процессе своей работы.
вид регистров Марк I
Настоящим технологическим новаторством было устройство, предложенное Эйкеном, которое предназначалось для программирования выполняемой счетной машиной последовательности операций. В качестве носителя информации изобретатель использовал перфоленту из диэлектрического целлулоида, в которой пробивались отверстия, расположенные в 24 параллельных рядах. Полученные данные разделялись на две категории: операционные команды, описывавшие, что должна делать машина в данный момент времени, и команды вычислений, управлявшие самими математическими операциями. Перфоленту, содержащую описание последовательности операций, можно было хранить отдельно от самого математического устройства и многократно использовать по мере необходимости. Таким образом, в вычислительной машине Марк I был впервые реализован принцип независимо хранимой программы. Данные с перфоленты считывались специальными контактными щетками, которые при попадании в отверстие замыкали электрическую цепь. После выполнения операции перфолента смещалась на одну позицию и подставляла под щетки новый ряд отверстий.
Грейс Хопер (1906-1992 г.г.)
Любопытно и то, что современный термин «баг» (от английского «bug» — «жучек»), обозначающий ошибку или сбой в программе, в те времена имел буквальное значение. В процессе работы вычислительные машины Марк I и Марк II достаточно сильно нагревались, так, что некоторые их узлы испускали неяркое свечение. На свет и тепло слетались всякие насекомые — мошкара, мотыльки, мелкие бабочки и т.д… Они забирались внутрь и часто вызывали короткие замыкания электрических схем. По одной из версий термин «баг» ввела в обиход сотрудница вычислительного центра береговой службы ВМФ США Грейс Хоппер. Она работала в команде Марк II. Позже эта женщина стала всемирно известным компьютерным аналитиком и программистом, а кроме этого получила за свои заслуги почетное звание контр-адмирала военно-морского флота.
Ей приписывают появление еще одного термина «debugging» («отладка»), обозначающего процесс исправления ошибок, допущенных программистом во время написания программного кода.
Грейс Хоппер описывала этот эпизод следующим образом:
Около 16 лет Марк I работал на математическом поприще в Гарвардском университете. Он помогал составлять математические таблицы и решал самые разнообразные задачи, от создания экономических моделей до конструирования электронных схем компьютеров. Но успех его в полной мере не оправдал ожидания Уотсона. Методы разработки компьютера уступали более перспективным методам немецких и английских изобретателей. По сути, Марк I устарел еще до того, как его построили.
Американский ученый Говард Хэтауэй Эйкен (англ. Howard Hathaway Aiken, 1900 — 1973 г.г.) родился в Хобокене, штат Нью-Джерси, США. Этот человек обладал чрезвычайно широким кругозором и интересовался различными научными направлениями, в круг которых входили физика, математика и множество естественных наук. Эйкен закончил военно-инженерную школу города Индианаполис и получил степень бакалавра. В университете штата Висконсин он успешно защитил диплом по направлению «электротехника». Но останавливаться на полпути Эйкен не собирался и продолжил свое обучение поступив в 1939 году в магистратуру чикагского университета. И вскоре он перешел в знаменитый Гарвард, чтобы там завершить обучение. Эйкен получил степень доктора философии по физике в 1939 году и приступил к работе над диссертацией, посвященной методикам решения нелинейных дифференциальных уравнений. Примерно в то время у него и возникла идея создать автоматическое вычислительное устройство, которое могло бы избавить от необходимости проводить утомительные математические расчеты. В процессе размышлений и разработки конструкции нескольких простых вычислителей, каждый из которых мог бы решать определенную задачу узкой специализации, Эйкен пришел к выводу о необходимости создания универсального устройства, способного осуществлять любые математические расчеты. Загоревшись этой идеей, он заручился поддержкой Гарвардского университета и одной из крупнейших американских коммерческих компаний тех времен — International Business Machines (IBM). Ученый приступил к практической реализации своих замыслов. Занимая должность инженера IBM, Эйкен руководил работами по созданию первого американского компьютера Марк I.
Говард Эйкен наблюдает за работой Марк I (1944 г.)
К работе над компьютером Эйкена вдохновила разностная машина Чарльза Бэббиджа. Описание этой аналитической машины, которое осталось от самого Бэббиджа, оказалось достаточно основательным и полным.
Как в последствии заявлял Эйкен:
Если бы Чарльз Бэббидж жил на 75 лет позже, я бы точно остался без работы…
разностная машина Бэббиджа
После плодотворной работы Эйкену удалось воплотить в реальность свою идею. Первоначально проект имел название «Automatic Sequence Controlled Calculator» (ASCC), то есть — «вычислительное устройство, управляемое автоматическими последовательностями». Но на слуху первый американский компьютер закрепился под именем «Гарвардский Марк I».
Реализация проекта
Процесс создания машины Марк I проходил спокойно, гладко и без эксцессов. В начале 1943 года устройство успешно прошло первые испытания и было перенесено в Гарвардский университет. А вот отношения между создателем устройства и его спонсором были далеко не так гармоничны. Марк I стал причиной разногласий Эйкена с главой компании IBM Томасом Уотсоном.
Томас Уотсон — председатель совета директоров IBM
Эти два человека обладали сильным, но невероятно упрямым характером. Они оба любили делать все исключительно по-своему. Прежде всего их мнения разошлись из-за внешнего вида машины. Марк I достигал в длину почти 17 метров, а по высоте превышал 2,5 метра. Он содержал около 750 000 деталей, которые соединялись проводами общей протяженностью примерно 800 км. Можно представить, каким монстром представлялась для инженера такая махина. Эйкену хотелось оставить открытыми внутреннее содержимое Марка, чтобы при необходимости специалисты могли видеть состав и работу устройства. Уотсону же, как главе компании и бизнесмену, хотелось сделать Марк I наиболее привлекательным для покупателей. Поэтому он активно настаивал на том, чтобы машину заключили в корпус из стекла и блестящей нержавеющей стали. В этом споре победил Уотсон. Собственно и все последующие разногласия решались также в его пользу. Последнее слово оставалось за IBM, ведь компания финансировала разработку машины и могла диктовать собственные условия. Но Эйкен удалось «отыграться» на презентации Марка I перед прессой и общественностью в августе 1944 г. Рассказывая про устройство и процесс разработки, он едва упомянул о вкладе корпорации IBM в создание компьютера. А о самом Томасе Уотсоне не сказал ни слова. Естественно, это привело в бешенство главу компании.
Возмущению Уотсона не было предела, что он даже не побоялся резких высказываний в сторону Эйкена перед СМИ:
Вы не смеете так пренебрежительно относиться к IBM! Для меня эта компания значит не меньше, чем для вас, выпускников Гарварда, ваш университет!
Его сын и преемник Уотсон-младший говорил позже, что если бы Эйкен и Уотсон-старший жили в другом веке, то непременно бы стрелялись на дуэли и убили друг друга.
Военная служба
Вскоре после этого Уотсон на время передал Марк I в распоряжение военно-морского флота США. Там машину использовали для выполнения сложных баллистических расчетов, которыми руководил сам Эйкен. Марк I мог работать с числами длиной до 23 разрядов. На сложение и вычитание тратилось 0,3 секунды, а на умножение — около 3 секунд. Подобная скорость была необычной и даже потрясающей, хотя совсем незначительно превосходило показатели, изначально запланированы Бэббиджем. Марк I за один день проводил исчисления, на которые раньше уходило до полугода.
Эйкен с ученой Грейс Хопер и участниками команды ВМФ США, обслуживающими Марк I
Компьютер Марк I выглядел весьма впечатляюще. Дизайнерская задумка Уотсона реализовалась должным образом и сыграла свою роль — прозрачное стекло и сверкающая нержавеющая сталь привлекали внимание как со стороны прессы, так и со стороны технических специалистов. Кроме того, машину обслуживали морские офицеры, поддерживающие ее образцовую чистоту и порядок. Серьезные, деловые, они ходили вокруг Марк I отдавая друг другу честь. Как вспоминали гарварские ученые — создавалось такое впечатление, будто офицеры управляют машиной, стоя по стойке смирно. Вот только шум компьютера слегка портил идиллию — включающиеся и выключающиеся реле (3304 шт.) громко щелкали, управляя вращением валиков и шестеренок.
матрос, обслуживающий работу машины Марк I
Ссора с компанией IBM в лице ее директора не помешала Эйкену продолжить работу по созданию новых компьютеров. И уже в 1947 году он закончил «Гарвардский Марк II», в след за которым вышли «Гарвардский Марк III» (1949 год) и «Гарвардский Марк IV» (1952 год). В компьютере Марк III уже использовались отдельные электронные компоненты, а Марк IV был полностью электронным устройством. В машинах имелась память на основе магнитных барабанов. Кроме того, в «Марк IV» применялась ещё одна разновидность компьютерной памяти, основанная на использовании магнитных сердечников.
Поскольку Марк I приносил неоцененную пользу, неудивительно, что финансированием дальнейших разработок вычислительных машин занималось Министерство обороны США. Американские специалисты в области кибернетики очень сильно заинтересовались проектами Эйкена. Собственно Марк II был построен ученым специально для военно-морского флота, он стал первым на планете многозадачным вычислительным устройством: предусмотренные в его конструкции параллельные сумматоры позволяли одновременно выполнять несколько математических операций и передавать результат из одного модуля машины в другой.
Первые компьютер, такие как Марк I были основаны на электромеханических переключателях, широко применяющихся в те времена в технике телефонной связи. Когда переключатель находился в открытом состоянии, цепь была обесточена. Но если на обмотку железного сердечника подавался ток низкого напряжения (изображен красным на схеме), то в сердечнике создавалось магнитное поле, притягивающее один конец вращающегося на шарнире рычажка. В этот момент другой его конец сжимал контакты: цепь замыкалась и по ней начинал проходить электрический ток (изображен зеленым на схеме).
схема действия электромеханических переключателей
Обрабатываемые машиной числа хранились в специальных регистрах, реализованных в виде металлических зубчатых колес, которые приводились в движение специальным механизмом. Каждый регистр включал 24 колеса, из которых 23 использовались для представления самих разрядов числа, а 24-е — его знака. Помимо этого, каждый регистр имел устройство, позволявшее сохранять значения десятков и передавать результат вычислений в другой регистр. Всего архитектура Марк I насчитывала 72 регистра для обработки цифровых значений и 60 дополнительных регистров для хранения математических постоянных — в них при помощи системы переключателей вручную записывались неизменные в процессе вычислений константы. В составе Марк I находился основной математический блок, а также имелось несколько отдельных модулей, предназначенных для выполнения операций умножения, деления, подсчета степени числа, значения синуса и вычисления логарифма. В качестве операторского пульта была панель, содержащая 420 механических переключателей, не считая нескольких контрольных панелей, позволявших оператору управлять режимами работы машины. Аппарат потреблял около 160 киловатт мощности в процессе своей работы.
вид регистров Марк I
Настоящим технологическим новаторством было устройство, предложенное Эйкеном, которое предназначалось для программирования выполняемой счетной машиной последовательности операций. В качестве носителя информации изобретатель использовал перфоленту из диэлектрического целлулоида, в которой пробивались отверстия, расположенные в 24 параллельных рядах. Полученные данные разделялись на две категории: операционные команды, описывавшие, что должна делать машина в данный момент времени, и команды вычислений, управлявшие самими математическими операциями. Перфоленту, содержащую описание последовательности операций, можно было хранить отдельно от самого математического устройства и многократно использовать по мере необходимости. Таким образом, в вычислительной машине Марк I был впервые реализован принцип независимо хранимой программы. Данные с перфоленты считывались специальными контактными щетками, которые при попадании в отверстие замыкали электрическую цепь. После выполнения операции перфолента смещалась на одну позицию и подставляла под щетки новый ряд отверстий.
Грейс Хопер (1906-1992 г.г.)
Любопытно и то, что современный термин «баг» (от английского «bug» — «жучек»), обозначающий ошибку или сбой в программе, в те времена имел буквальное значение. В процессе работы вычислительные машины Марк I и Марк II достаточно сильно нагревались, так, что некоторые их узлы испускали неяркое свечение. На свет и тепло слетались всякие насекомые — мошкара, мотыльки, мелкие бабочки и т.д… Они забирались внутрь и часто вызывали короткие замыкания электрических схем. По одной из версий термин «баг» ввела в обиход сотрудница вычислительного центра береговой службы ВМФ США Грейс Хоппер. Она работала в команде Марк II. Позже эта женщина стала всемирно известным компьютерным аналитиком и программистом, а кроме этого получила за свои заслуги почетное звание контр-адмирала военно-морского флота.
Ей приписывают появление еще одного термина «debugging» («отладка»), обозначающего процесс исправления ошибок, допущенных программистом во время написания программного кода.
Грейс Хоппер описывала этот эпизод следующим образом:
В один из летних дней 1945 года в помещениях лаборатории стояла невыносимая жара, как вдруг неожиданно произошла аварийная остановка компьютера. Когда мы стали разбираться с проблемой, выяснилось, что сбой был вызван очередным мотыльком, замкнувшим накоротко контакты одного из тысяч реле. И как раз в этот момент к нам зашел офицер. Он поинтересовался, чем мы занимаемся. Мы ответили, что очищаем компьютер от насекомых (debuging). Этот термин прижился и с тех пор используется для обозначения поиска неисправностей в компьютере, в частности, в программном обеспечении
Около 16 лет Марк I работал на математическом поприще в Гарвардском университете. Он помогал составлять математические таблицы и решал самые разнообразные задачи, от создания экономических моделей до конструирования электронных схем компьютеров. Но успех его в полной мере не оправдал ожидания Уотсона. Методы разработки компьютера уступали более перспективным методам немецких и английских изобретателей. По сути, Марк I устарел еще до того, как его построили.
