Кіріспе

Ертедегі американдық электромеханикалық компьютер (1944)

Гарвард Mark I, немесе IBM автоматты реттілікпен басқарылатын есептегіш (ASCC) – Екінші дүниежүзілік соғыстың соңғы кезеңіндегі соғысқа жәрдемдесу үшін қолданылған ең алғашқы көп мақсатты электромеханикалық компьютерлердің бірі. Mark I-дегі алғашқы бағдарламалардың бірі 1944 жылғы 29 наурызда Джон фон Нойман бастады. Ол кезде фон Нойман Манхэттен жобасында жұмыс істеп, бір жылдан кейін қолданылатын атом бомбасын жарылысқа келтіру үшін имплозиялық әдіс қолайлы ма екенін анықтау қажеттігі болды. Mark I математикалық кестелерді есептеп, басып шығарды, бұл 1837 жылы британдық өнертапқыш Чарльз Бэббидждің «талдамалық машинасы» үшін алғашқы мақсат болған. Эдмунд Берклидің сөзіне сәйкес, Mark I операторлары көбінесе машинаны Бессел функцияларының атымен «Бесси, Бессел машинасы» деп атаған. Mark I 1959 жылы демонтаждалды; оның бір бөлігі IBM-ге берілді, бір бөлігі Смитсонов институтына, ал бір бөлігі Гарвардтың тарихи ғылыми құралдар жинағына қосылды. Он жылдар бойы Гарвардқа тиесілі бөлігі Айкен есептеу зертханасының вестибюлінде қойылды. 1997 жылы ол Гарвард ғылыми орталығына көшірілді. 2021 жылы ол тағы да Массачусетс штатының Аллстон қаласындағы Гарвардтың жаңа ғылым және инженерия кешенінің вестибюліне көшірілді.

Шығу тегі

1937 жылғы қарашада Говард Эйкен бастапқы тұжырымдаманы IBM-ге ұсынды. IBM инженерлерінің жүзеге асыру мүмкіндігін зерттеуінен кейін, компания төрағасы Томас Уотсон аға 1939 жылғы ақпанда жобаны және оның қаржыландырылуын жеке мақұлдады. Говард Эйкен 1937 жылдың басында өзінің есептегішін жобалап, құрастыру үшін компания іздеуді бастаған еді. Екі рет бас тартылғаннан кейін, оған Чарльз Бэббидждің ұлы 70 жыл бұрын Гарвард университетіне сыйлаған демонстрациялық жиынтық көрсетілді. Бұл оны Бэббиджді зерттеуге және өзінің ұсынысына Аналитикалық машинаға сілтемелер қосуға жетеледі; нәтижесіндегі машина "Бэббидждің Аналитикалық машинаның принциптерін дерлік толыққанды іске асырып, сонымен қатар маңызды жаңа мүмкіндіктер қосты". ASCC IBM компаниясының Эндикотт зауытында жасалып, 1944 жылғы ақпанда Гарвардқа жіберілді. Ол АҚШ Әскери-теңіз кемелері бюросы үшін мамыр айында есептеулерді бастады және 1944 жылғы 7 тамызда университетте ресми түрде таныстырылды. Бұл жұмыс істейтін алғашқы компьютер болмаса да, машина күрделі есептеулерді автоматтандыруға мүмкіндік берді, бұл есептеулер саласындағы маңызды қадам болды.

Дизайн және құрылыс

ASCC коммутаторлар, релелер, айналмалы валдар және біріктіргіштерден құралған. Ол 765 000 электромеханикалық компоненттер мен жүздеген шақырым сымдарды пайдаланды, көлемі – 16 метр (51 фут) ұзындығы, 2 метр (8 фут) биіктігі және 1 метр (2 фут) тереңдігі. Оның салмағы шамамен ... болды. Негізгі есептеу бірліктерін механикалық түрде синхрондау және қуатпен қамтамасыз ету қажет болды, сондықтан олар 15 метрлік (50 фут) жетекші вал арқылы жұмыс істеді, ол электрмоторға қосылып, негізгі қуат көзі және жүйе сағаты ретінде қызмет етті. IBM архивінен: Автоматты тізбекті басқару калькуляторы (Гарвард Марк I) – ұзақ есептеулерді автоматты түрде орындай алатын алғашқы операциялық машина. Гарвард университетінің докторы Говард Эйкен жасаған Mark I-ді Нью-Йорк штатының Эндикотт қаласында IBM инженерлері құрастырды. 51 фут (16 метр) ұзындығы және 8 фут (2 метр) биіктігі бар болаттан жасалған каркас калькуляторды ұстады, ол кішкентай тісті дөңгелектерден, есептегіштерден, коммутаторлардан және басқару тізбектерінен тұратын, барлығы бірнеше сантиметр тереңдікте. ASCC үш миллион қосылыспен 805 километр (500 миль) сым, 35 000 контактісі бар 3500 көп полюсті реле, 2225 есептегіш, 1464 онполюсті коммутатор және әрқайсысында 23 маңызды саны бар 72 қосу машинасынан тұрды. Бұл өнеркәсіптегі ең ірі электромеханикалық калькулятор болды. Mark I-дің корпусын IBM есебінен болашаққа бағытталған американдық индустриялық дизайнер Норман Бел Геддес жобалады. Эйкенге Грейс Хоппердің айтуынша, 50 000 доллар немесе одан да көп шығынның қосымша компьютерлік жабдықтарды жасауға жұмсалмағанына ренжіді.

Операция

Mark I-де деректерді қолмен енгізу үшін 24 коммутатордың 60 жиынтығы болған, және әрқайсысы 23 ондық таңбадан тұратын 72 санды сақтай алатын. Бұл "Гарвард архитектурасы" термині 1970 жылдары ғана (микроконтроллерлер контекстінде) қолданыла бастағанын, және тек Гарвард машиналарына кейіннен қолданылғанын, ал бұл термин Mark III және IV машиналарына ғана емес, Mark I және II машиналарына да қатысты емес екенін көрсетеді. Негізгі тізбектелген механизм бір бағытты болды. Бұл күрделі бағдарламалар физикалық тұрғыдан ұзақ болуы керек дегенді білдірді. Бағдарламалық циклды циклды жаю арқылы немесе бағдарламаны қамтитын қағаз лентасының соңын лентаның басына қосу арқылы (әдеби түрде цикл жасау) жүзеге асыруға болады. Бастапқыда Mark I-дегі шартты тармақтану қолмен орындалды. Кейінірек, 1946 жылы енгізілген өзгерістер автоматты бағдарламалық тармақтануды (подпрограмма шақыру арқылы) енгізді. Mark I-дің алғашқы бағдарламалаушылары – Ричард Милтон Блох, Роберт Кэмпбелл және Грейс Хоппер болды. Машинаны іске қосуға жауапты шағын техникалық команда да болды; олардың кейбіреулері машинада жұмыс істеу үшін Әскери-теңіз күштеріне қосылу талабына дейін IBM қызметкерлері болған. Бұл техникалық команда Гарвардта жұмыс істеген кезде олардың жұмысының жалпы мақсаты туралы хабардар болған жоқ.

Нұсқаулық форматы

Кіріс таспасының 24 арнасы сегіз арнадан тұратын үш өріске бөлінді. Әр сақтау орны, әрбір ауыстырғыштар жиынтығы және кіріс, шығыс және арифметикалық блоктармен байланысты тіркелгілерге бірегей идентификациялық индекс нөмірі берілді. Бұл нөмірлер басқару таспасында екілік кодта жазылды. Бірінші өріс операция нәтижесінің екілік индексін, екіншісі операция үшін бастапқы деректерді, ал үшінші өріс орындалатын операцияның коды болды.

Манхэттен жобасына үлес

1928 жылы Л. Дж. Комри алғаш рет IBM-нің "перфокарта жабдықтарын ғылыми мақсатта пайдаланды: Бэббидждің 100 жыл бұрынғы айырмашылықтар машинасы үшін көзделгендей, шекті айырмашылықтар әдісімен астрономиялық кестелерді есептеу". Одан кейін көп ұзамай, IBM осы типтегі есептеулерді жеңілдету үшін өз кестелеу машиналарын жаңартуға кірісті. 1931 жылы салынған осы кестелеу машиналарынң бірі – Колумбия айырмашылық кестелеуіш болды. Джон фон Нейман Лос-Аламоста имплозияның әсерін анықтау үшін "өзгертілген IBM перфокарта машиналарын" қолданған команда басқарды. 1944 жылдың наурыз айында ол Mark I имплозиясына қатысты белгілі бір мәселелерді шешуді ұсынды, ал 1944 жылы ол екі математикпен бірге алғашқы атом бомбасының имплозиясын зерттеу үшін модельдеу бағдарламасын жазуға келді. <blockquote>Лос-Аламос тобы Кембридж тобына қарағанда әлдеқайда жылдам жұмысын аяқтады. Дегенмен, перфокарта машинасы мәндерді алты ондық таңбаға дейін есептесе, Mark I он сегіз ондық таңбаға дейін есептеді. Сонымен қатар, Mark I жартылай дифференциалдық теңдеуді әлдеқайда кішкентай интервалмен [немесе кішкентай тормен] интеграциялады, соның арқасында әлдеқайда жоғары дәлдікке қол жеткізді.

Айкен және IBM

Айкен баспасөз хабарламасында Mark I-ді жариялап, өзін жалғыз "ойып табушы" деп көрсетті. Джеймс В. Брайс IBM-нен аталған жалғыз адам болды, тіпті Клэр Лейк және Фрэнк Хамильтон сияқты бірнеше IBM инженерлері түрлі элементтерді құруға көмектескенімен. IBM төрағасы Томас Дж. Уотсон ашуға булып, 1944 жылдың 7 тамызындағы салтанатты ашылу рәсіміне тек қана мәжбүрлі түрде қатысты. Айкен өз кезегінде IBM-нің көмегінсіз тағы машиналар жасауға шешім қабылдады, соның нәтижесінде ASCC жалпы түрде "Гарвард Марк I" деп танылды. IBM компаниясы жаңа технологияны сынап көру және компанияның еңбегін кеңінен жариялау мақсатында өзінің таңдамалы тізбекті электрондық есептегішін (SSEC) құрастырды. Алғашқы машинаның басқа бөліктері одан бұрын IBM мен Смитсониан институтына берілген болатын.