История компьютера | Компьютеры серии Z Конрада Цузе и язык программирования Планкалкюль
Предыдущая часть:
Конрад Цузе был инженером-строителем, который незадолго до начала Второй мировой войны начал разрабатывать и производить собственные универсальные компьютеры. Он запустил линейку компьютеров Z, начав с модели Z1, которая, по сути, являлась двоичным механическим вычислителем с плавающей запятой с ограниченными функциями программирования. Вместо просторной лаборатории Цузе собрал Z1 в родительской квартире в Берлине. И это с учетом того, что его размеры были отнюдь не маленькими. К сожалению, в начале 1944 года Z1 и чертежи были уничтожены вместе с квартирой во время авианалета. Много лет спустя Цузе воссоздал Z1 с помощью трех инженеров. Ему потребовалось два года и $500 000, чтобы выполнить задачу.
Компьютер Z2 Цузе создал во время военной службы в 1940 году, а в 1941 году он представил Z3, который полностью соответствовал идеологии “Машины Тьюринга”. Из-за трудностей послевоенного времени и нехватки ресурсов в Германии Z4 был представлен спустя многие годы. Стоит упомянуть, что Цузе основал компанию Zuse KG в 1949 году, которая создала много компьютеров, прежде чем в конце 1960-х ее купила Siemens.
Помимо разработки и изготовления компьютеров Цузе неплохо разбирался в программном обеспечении. Он быстро понял, что программирование с помощью машинного кода может быть чрезвычайно трудным и для решения проблемы требуется высокоуровневый язык. В своей докторской диссертации он описал первый алгоритмический язык под названием Планкалкюль (Plankalkul), который был реализован лишь много лет спустя в 1975 году, потому что диссертация Цузе была отклонена из-за того, что он забыл внести вступительный взнос.
Некоторые люди задаются вопросом, как много бы успел сделать Цузе для информатики, если бы его первые компьютеры и работа не были уничтожены во время “Второй мировой войны”, и если бы он внес плату, и его диссертация была бы опубликована намного раньше. Цузе, без сомнения, был блестящим изобретателем, который создал первый управляемый программой электромеханический компьютер и описал первый высокоуровневый язык программирования.
История компьютера | Первый баг
Термин “баг” сегодня распространен в информатике и обычно означает ошибку или дефект в компьютерной программе или системе, которая приводит к неправильному результату. Слово “баг” (bug) дословно переводится как “жук” и им называют шпионское оборудование для прослушивания (жучок).
Первое официальное упоминание слова “баг” в отношении компьютеров имело место в 1945 году. В то время компьютер Harvard Mark II использовался в исследовательском центре оружейных разработок ВМС в Далгрене, Вирджиния. 9 сентября 1945 мотылек заполз в одно из компьютерных реле, нарушив его работу.
Дежурным инженерам удалось восстановить работу компьютера. Они убрали мотылька и вклеили его с помощью липкой ленты в технический дневник. В официальном отчете прямо под мотыльком было написано: “Первый реальный случай обнаружения жучка” (англ. First actual case of bug being found)”. Так автор Грэйс Мюррей Хоппер (известная также как “Удивительная Грэйс” за ее прижизненные достижения), очевидно, хотела разъяснить, что первый найденный баг являлся насекомым, а не шпионским “жучком”.
Теперь вы знаете, почему ошибки в работе компьютерных программ называют “багами”!
История компьютера | Компьютеры ENIAC и EDVAC
ENIAC (сокр. от англ. Electronic Numerical Integrator And Computer – Электронный числовой интегратор и вычислитель) считают первым универсальным компьютером. Он был создан профессором физики Джоном Уильямом Мокли и его аспирантом Джоном Преспером Экертом-младшим. ENIAC собирали три года (с 1943 по 1946 год) в “Электротехнической школе Мура”, которая является частью “Пенсильванского Университета”.
Компьютер ENIAC был огромным. Он был почти три метра в высоту, занимал площадь более 93 квадратных метров и весил приблизительно 30 тонн, почти как танк! Для его изготовления потребовалось 18000 вакуумных ламп, 10000 конденсаторов, 70000 резисторов и 6000 коммутаторов. Потребляемая мощность этого монстра составляла 150 кВт! Существует городская легенда, что в Филадельфии тускнел свет, когда запускался ENIAC, но это не правда.
Главным недостатком ENIAC была его невысокая надежность, потому что лампы часто ломались, из-за чего останавливалась вся система. Среди 18000 вакуумных ламп найти дефектную было довольно трудно. По меркам того времени производительность была весьма высока. ENIAC мог выполнять 5000 операций сложения и вычитания или 30 операций умножения в секунду, а в памяти могло храниться двадцать 10-разрядных чисел.
Помимо проблем с надежностью у ENIAC был еще один существенный недостаток: его было очень трудно программировать. В отличие от современных компьютеров для программирования ENIAC или изменения существующей программы требовалось поменять сотни проводов. Процедура программирования могла продлиться до нескольких дней, хотя на решение задачи ENIAC мог потратить всего несколько минут.
Любопытный факт: понятие “хакер” возникло в ранние дни работы с ENIAC. Когда опытный программист значительно сокращал время программирования компьютера, уменьшая число соединений проводов для решения поставленной задачи, говорили, что он сделала “хак” (англ. hack – рубить, кромсать), а самого человека называли хакером. Некоторые оспаривают источник термина и утверждают, что его начали использовать спустя несколько лет после ENIAC в 1960-х годах.
В 1995 году, спустя 50 лет после создания ENIAC, команда из “Пенсильванского Университета” уменьшила этот гигантский компьютер до размеров одного чипа. Целый грузовик вакуумных ламп и других электронных компонентов, для работы которых требовалась маленькая электростанция, мог теперь поместиться на ладони, и все благодаря технологии интегральных схем и огромному технологическому прогрессу.
EDVAC
Создатели ENIAC знали о его главных недостатках, поэтому уже во время его постройки они начали разрабатывать новый улучшенный компьютер, который позже назовут EDVAC (сокр. от англ. Electronic DiscreteVariable Automatic Computer). В EDVAC появилась память для хранения кода выполнения (программы). Память EDVAC была представлена ртутными акустическими линиями задержки. Для упрощения конструкции вместо десятичной системы счисления использовалась двоичная.
Принцип интеграции памяти в компьютер для хранения программ был впервые описан Джоном фон Нейманом в опубликованной им статье, которая впоследствии стала известна как “Первый Проект”. Современные компьютеры по-прежнему придерживаются структуры, описанной в той статье.
Проектирование EDVAC началось в 1944 году, а в 1949 году он был доставлен в “Лабораторию баллистических исследований”. Однако из-за некоторых проблем его эксплуатация началась только через два года. EDVAC был заметно быстрее, чем ENIAC, и потреблял 56 кВт энергии – приблизительно треть от потребляемой мощности ENIAC! В целом EDVAC был надежным компьютером и проработал до 1961 года.
История компьютера | UNIVersal Automatic Computer I – UNIVAC I
Создатели компьютеров ENIAC и EDVAC Экерт и Мокли покинули “Школу Мура” в 1946 году и основали компанию Eckert-Mauchly Computer Corporation, которую позже купила компания Remington Rand, известная своими печатающими машинами. Два изобретателя продолжили работу и приступили к проектированию и созданию первого в мире коммерческого компьютера под названием BINAC (сокр. от англ. Binary Automatic Computer — двоичный автоматический компьютер), а два года спустя они создали UNIVAC I.
UNIVAC I имел много общего с EDVAC. Известность он получил после сбывшегося предсказания победы Дуайта Д. Эйзенхауэра на президентских выборах США 1952 года.
UNIVAC I имел 5200 вакуумных ламп, весил приблизительно 13 тонн и потреблял 125 кВт. Тактовая частота достигала 2,25 МГц, а оперативная память могла хранить 1000 слов из 12 символов. К компьютеру можно было подключить периферийные устройства: UNITYPER и UNISERVO, а также осциллограф, который использовался в качестве монитора. UNITYPER – это устройство ввода на базе модифицированной печатной машинки Remington. Его использовали программисты для написания кода для компьютера, а UNISERVO мог считывать и записывать совместимые ленты UNITYPER, являясь прообразом накопителей на магнитной ленте.
Преемником первого UNIVAC стал UNIVAC II, создание которого было завершено в 1958 году. Вторая версия имела обновленную память и улучшенные магнитные накопители, которые могли использовать как старые, так и новые ленты. Кроме того, некоторые платы использовали вместо вакуумных ламп транзисторы – это было типичное для тех лет решение. Новая модель была полностью совместима с программами, которые работали на UNIVAC I, так что переход со старого на новый компьютер был безболезненным.
UNIVAC III появился в 1962 году и был последним компьютером в этой серии. Он работал в двоичной системе счисления, хотя первоначально разрабатывался с поддержкой всех форматов данных (двоичных, десятичных и алфавитно-цифровых). Но набор команд и размер слова были абсолютно другими, поэтому для совместимости все предыдущие программы пришлось бы переписывать. Это вынудило многих клиентов отказаться от UNIVAC.
В 1960-х годах было восемь американских производителей компьютеров, обычно их звали “IBM и семь гномов”, так как IBM по сравнению с остальными была огромной компанией. К “гномам” относились UNIVAC, CDC, NCR, GE, RCA, Burroughs и Honeywell. Конкуренция была ожесточенной. И хотя у IBM было больше ресурсов, во многих случаях ее суперкомпьютеры не могли обойти соперников по производительности. В 1970-х из семи осталось пять, поскольку некоторые компании решили продать свои компьютерные отделы. Эту пятерку называли “BUNCH” (досл. англ. банда), по первым буквам фирм Burroughs, UNIVAC, NCR, Control Data и Honeywell.
История компьютера | IBM вступает на рынок компьютеров
До начала 1950-х IBM производила только автоматические вычислительные машины, использовавшие для ввода и вывода данных перфокарты. В 1953 году компания решила войти на компьютерный рынок и представила IBM 701. Из-за продолжающейся войны в Корее армия США за три года купила 18 таких машин.
В 1954 году IBM представила более доступный компьютер средних размеров IBM 650, который быстро стал лидером продаж. Всего было продано 1000 компьютеров этого типа, хотя первоначально компания ожидала продать только 50. Благодаря IBM 650 компании удалось занять выгодную позицию на рынке больших ЭВМ и оказать существенное влияние на развитие компьютерных технологий.
После IBM 650 появились модели 702 и 709, а в 1959 году модель 7090. В отличие от предыдущего компьютера в нем использовались транзисторы вместо вакуумных ламп. Компьютеры 7090 были очень дорогими. Их цена достигала $2,9 миллионов (приблизительно $23 миллиона сегодня). Несмотря на высокую цену, было продано много систем 7090, а компании, которые не могли позволить покупку, брали их в аренду. Спустя три года после выпуска 7090 постепенно заменялись моделями 7094. В 1962-1963 годах IBM выпустила несколько моделей более низкого класса, включая 7044 и 7040, которые стоили намного меньше систем 7094 и 7090.
IBM 7030 также называли Stretch. Это был первый суперкомпьютер IBM, который использовал только транзисторы. Первый IBM 7030 с 1961 года работал в Национальной лаборатории Лос-Аламоса. Его производительность не оправдала надежды IBM, и ей пришлось снизить цену с $13,5 миллионов до $7,78. Вот это скидка!
Хотя производительность IBM 7030 не достигла ожидаемого уровня, он целых три года (с 1961 по 1964) был самым быстрым компьютером в мире, пока в эксплуатацию не ввели CDC 6600 производства Control Data Corporation. CDC 6600 был приблизительно в три раза быстрее, чем IBM 7030. Кстати, в проектировании и создании суперкомпьютера CDC 6600, в котором использовалось фреоновое охлаждение, принимал участие отец суперкомпьютеров Сеймур Крэй.
Благодаря линейке компьютеров IBM 360, анонсированной 1964 году, компании удалось хорошо зарекомендовать себя на рынке больших ЭВМ. Эти машины использовали интегральные схемы с низкой степенью интеграции (SSI) и стали очень популярными благодаря доступной цене и инновационной конструкции, которая заметно повлияла на конструкцию компьютеров последующих лет.
В Музее компьютерной истории есть два рабочих образца систем обработки данных IBM 1401. Модель 1401 использовалась предприятиями малого бизнеса для обработки данных. В некоторых случаях этот компьютер также применялся для передачи данных с медленных периферийных устройств, например с устройства считывания перфокарт на ленточный накопитель и обратно. Таким образом, в супердорогих мейнфреймах, таких как IBM 7090, устранялось узкое место, связанное с медленной периферией. IBM 1401 был представлен в 1969 и снят с производства в 1971 году.
Чтобы восстановить два компьютера IBM 1401 потребовалось много усилий. Теперь они демонстрируются в “Музее компьютерной истории” и фактически находятся в исправном состоянии. Хвала команде реставраторов и музею за то, что они поддерживают в рабочем состояние столь исторически значимую электронную технику.
История компьютера | Semi-Automatic Ground Environment (SAGE)
Система ПВО Semi-Automatic Ground Environment (SAGE) была создана в 1951 году и полностью введена в эксплуатацию в 1963 году. Проект был огромен и обошелся дороже “Манхэттенского проекта”, в рамках которого создавалось первое ядерное оружие! Описание концепции системы SAGE выполнили профессора MIT Джордж Уолли и Джей Форрестер в техническом циркуляре, опубликованном в 1953 году:
“Система будет состоять из (1) сети радаров и других источников данных и (2) цифровых компьютеров, которые (a) получают данные радара и другую информацию касательно обнаружения и отслеживания самолета, (b) обрабатывают данные слежения для формирования полной воздушной картины и (c) наводят вооружение для уничтожения вражеского самолета.”
Система SAGE постоянно работала с 1963 по 1983 год. Для своего времени система она была довольно продвинута, а ее концепция и архитектура очень близки к современным системам ПВО. Данные слежения с развернутых радаров передавались по телефонным линиям в ближайший центр наведения, где компьютер AN/FSQ-7 обрабатывал данные. Затем центр наведения отправлял уведомления и данные наведения на ближайшую авиабазу или на ракетные системы земля-воздух, которые должны были препятствовать угрозам.
Поскольку SAGE работала в период холодной войны, наиболее вероятными угрозами были ядерные бомбардировщики. Другими словами, SAGE представляла собой огромную сеть радаров и компьютеров, которые обрабатывали все поступающие данные, обозначали цели и приоритеты, обеспечивая защиту воздушного пространства наряду с возможностью быстрого реагирования на возможные угрозы. Стоит отметить, что даже военные самолеты этого периода (все кроме F-104 Starfighter) несли на бору аппаратуру для передачи данных в систему SAGE и могил передавать информацию в режиме реального времени во время перехвата или распознавания угрозы.
При полном развертывании SAGE включала сотни радаров и имела 23 центра наведения (один из них располагался в Канаде) и три боевых центра, разбросанные по всей территории США. Каждый из центров наведения был связан с ракетными батареями и авиабазами. В каждом центре наведения системы SAGE размещался огромный компьютер AN/FSQ-7 (самый большой из когда-либо построенных). В нем использовалось 60000 вакуумных ламп, потребляемая мощность составляла 3 МВт, весил компьютер 250 тонн, а для обслуживания требовалось более 100 человек!
Центры управления были оборудованы компьютерами AN/FSQ-8. В целях обеспечения бесперебойной работы каждый компьютер состоял из двух систем, одна из которых являлась резервной и использовалась, когда первая не работала или находилась на обслуживании. Таким образом достигалось очень малое время простоя – это крайне важный параметр для вооруженных сил и систем обороны. Согласно статистическим данным время одновременного простоя обеих систем в год не превышало четырех часов. Учитывая, что в этих компьютерах было установлено огромное число ламп, это очень хороший показатель!
Другой значительный вклад системы SAGE связан с рождением новой концепции программного обеспечения. Такая огромная система требовала сложного программного обеспечения, и для достижения оптимальных результатов программирование должно было быть более эффективным. В разработке программного обеспечения для SAGE участвовало несколько сотен программистов и было создано много методов программирования. Трудность заключалась в том, что все кодирование должно было быть выполнено в чистом машинном коде, так как высокоуровневые языки еще не были изобретены, когда система SAGE находилась в стадии проектирования и построения.
История компьютера | TX-0, DEC PDP-1, хакерская этика и другие компьютеры DEC
Одним из первых компьютеров, которые использовали транзисторы, был TX-0 (Transistorized Experimental computer zero) или Tixo, как его называли первые хакеры, которые с ним работали. Он был создан в 1955 году в “Лаборатории Линкольна” – это была лаборатория военных разработок, имевшая тесную связь с “Массачусетским технологическим институтом” (MIT).
TX-0 был сделан для одной единственной цели: тестирование гораздо более крупного компьютера TX-2, который был настолько сложным, что проверить его функционирование можно было только с помощью другого компьютера. После того как TX-0 выполнил свою задачу, его отправили в “Научно-исследовательскую лабораторию электроники” в MIT (RLE). TX-0 сразу привлек внимание студентов MIT и помог им погрузиться в мир компьютерных вычислений.
PDP-1 или Programmed Data Processor (программно-управляемый процессор обработки данных) был первым образцом знаменитой линейки PDP, представленной Digital Equipment Corporation (DEC) в 1959 году. Второй PDP-1 от DEC был пожертвован лаборатории RLE. Поскольку получить доступ к нему было проще, чем к TX-0, он поспособствовал развитию культуры хакерства (напомним, что тут это термин обозначает программистов-системщиков) в MIT. Не можем не упомянуть, что первая видеоигра под названием Spacewar! Стива “Snag” Рассела дебютировала именно на PDP-1 в начале 1962 года. Рассел ничего не заработал на своей видеоигре, потому что хакеры того времени раздавали свои творения бесплатно, поскольку полагали, что вся информация должна быть бесплатной.
Через лабораторию RLE прошли такие легендарные хакеры или мастера, как Билл Госпер, Ричард Гринблатт, Питер Сэмсон, Алан Коток, Стюарт Нельсон, Роберт Вагнер и многие другие. Их работа и идеи сформировали Хакерскую этику, которая, помимо бесплатного распространения информации поощряла групповую работу и сотрудничество среди хакеров.
Начинающим мастерам кодирования удалось создать первые дружественные среды программирования, которые сделали компьютеры более доступными для более широкой массы пользователей, что в свою очередь помогло распространению культуры хакерства. В наше время слово хакинг обычно ассоциируется незаконной деятельностью (взломом), но в ранние годы компьютерных технологий слово “хакер” считали титулом, которого заслуживали лишь самые талантливые и неугомонные люди.
Помимо широко известного PDP-1, DEC производила и другие компьютеры. Они очень хорошо продавались и стали очень популярны благодаря доступным ценам, высокой производительности и повышенной надежности. На фотографиях выше показаны две версии компьютера PDP-8. Количество проданных экземпляров этих систем за 25 лет достигло 10000. Это был относительно доступный компьютер с ценой $18000.
Модели линейки PDP-11 были совместимыми с приложениями (программным обеспечением) предыдущих компьютеров PDP. Выпуск первых моделей этого семейства начался в 1970 году по цене около $11000.
В середине 1970-х годов DEC решила обновить архитектуру PDP-11 до разрядности 32 бит (вместо 16 бит) и добавить новую систему виртуальной памяти. Так появилась компьютерная архитектура VAX, а первый компьютер на ее основе назывался VAX-11/780, поступивший в продажу в 1978 году. Системы VAX были очень успешны, а сама архитектура продолжала развиваться до начала 1990-х.
История компьютера | Cray Supercomputers
Сеймура Крэя считают создателем суперкомпьютеров, потому что он посвятил свою жизнь созданию высокопроизводительных систем. Карьера Крэя началась в 1957 году в компании Control Data Corporation (CDC), где он участвовал в создании компьютера CDC 1604, использовавшего транзисторы вместо вакуумных ламп, которые широкого применялась в те дни, но были ненадежны и не могли обеспечить высокие скорости обработки. Следующим детищем Крэя был потрясающий компьютер CDC 6600, которому удалось превзойти самый мощный компьютер IBM 7030 Stretch. Крэй также работал над другими суперкомпьютерами CDC, но в 1972 году он решил основать собственную компанию Cray Research Inc. в городе Чиппева-Фоллз, штат Висконсин.
Первый суперкомпьютер компания выпустила в 1976 году и назвала Cray-1. Вместо транзисторов в нем применялись интегральные схемы, а производительность достигала 170 мегафлопс – это был самый быстрый компьютер своего времени. Всего было продано более 80 суперкомпьютеров Cray-1, и Cray Research стала очень успешной компанией.
В этой записной книжке Сеймур Крэй хранил рабочие чертежи Cray-1. В своих примечаниях он использовал логический тип данных, с помощью которого инженеры напрямую могли собирать и тестировать систему без необходимости в схемах и диаграммах.
Cray-2 появился в 1985 году, однако он был не так успешен как его предшественник, хотя несколько лет удерживал звание самого быстрого компьютера в мире с пиковой производительностью 1,9 гигафлопс. Следует упомянуть, что Крэй ушел из компании и работал как независимый специалист, чтобы найти время на разработку и создание Cray 2. Этот компьютер первым использовал теплообменники с холодной водой для охлаждения печатных плат, которые были установлены так близко друг к другу, что обычное воздушное охлаждение просто не могло справиться с теплоотведением.
Чтобы дать общее представление о скорости вычислений Cray-2, в 2012 году Петр Лузжек (Piotr Luszczek) используя бенчмарк LINPACK доказал, что Apple iPad 2 мог соответствовать по производительности векторному суперкомпьютеру Cray-2.
Преемником Cray-2 был Cray-3, который использовал микросхемы на арсениде галлия(GaAs) вместо кремниевых полупроводников. Этот проект потерпел неудачу, и Крэю пришлось основать другую компанию Cray Computer Corporation, чтобы создать компьютер Cray-3, на который он в итоге так и не получил денег из-за проблем с надежностью. Несмотря на это, Крэй решил начать работу над Cray-4, но компания обанкротилась, прежде чем он был завершен.
Последняя компания, которую основал Крэй, называлась SRC Computers. В ней он работал над проектом машины с массовым параллелизмом, сфокусировавшись на работе памяти и шинах. Однако Крэй погиб в автокатастрофе и не смог воплотить в жизнь очередную блестящую идею. Последний продукт компании SRC Computers появился в 2015 году. Он относится к реконфигурируемым системам и имеет отношение к “Реконфигурируемому гипермасштабируемому серверу”.
История компьютера | Революция в информационных технологиях – создание первых процессоров (CPU)
В этом разделе мы рассмотрим одни из самых значимых разработок в сфере “Информационных технологий” (IT) с начала 1970-х, включая первые компьютерные процессоры.
В 1969 году японская компания Busicom сделала Intel заказ на проектирование 12 интегральных схем особого назначения (ICS), который должны были использоваться в новой линейке программируемых электронных калькуляторов. Intel поручила разработку проекта Busicom Маршиану Эдварду “Теду” Хоффу. После изучения вопроса Хофф решил отойти от первоначального проекта Busicom и предложил новую архитектуру, включающую одну IC с характеристиками процессора общего назначения.
Новая архитектура Хоффа была использована руководителем исполнительной группы Федерико Фагхином, в результате появился первый микропроцессор или “Центральный процессор” (CPU или ЦП) под названием 4004. Он имел 4-битную архитектуру, то есть мог обработать данные длиной 4 бита. Также он включал 256 байт постоянной памяти (ROM или ПЗУ), 32 бита оперативной памяти (RAM или ОЗУ) и 10-битный регистр сдвига. 4004 использовал 2300 транзисторов и мог выполнять 60000 операций в секунду. Максимальная рабочая частота этого ЦП составляла 740 кГц.
Но самым сильным преимуществом ЦП 4004 была его применимость в разнообразных задачах, достаточно было лишь задать другую программу. В наше время эта концепция выглядит очень просто, но в те времена ЦП общего назначения, который можно запрограммировать для работы с различными задачами, являлся настоящей инновацией.
Вскоре после выпуска процессора 4004 в 1972 году Intel представила ЦП 8008, который, по сути, являлся 8-разрядной версией своего предшественника. 8008 были первым ЦП с поддержкой компилятора высокого уровня PL/M. В 1974 году появился Intel 8080, сохранивший 8-битную архитектуру. Силами 4500 транзисторов он мог выполнять 200000 операций в секунду.
Подробнее об этом в статье: История процессоров Intel
В 1974 Motorola представила центральной процессор 6800. В 1975 появился 6502 от MOS Technology, а в 1976 году дебютировал легендарный Zilog Z80!
Продолжение следует…
