Вікіпедія

IAS-машина

IAS-машина (англ. IAS machine, дослівно: Машина Інституту перспективних досліджень) — одна з перших електронних обчислювальних машин, побудована в Інституті перспективних досліджень (англ. IAS, Institute of Advanced Studies) в Принстоні, штат Нью-Джерсі, США. Комп'ютер також іноді називають «машиною Фон Неймана», оскільки вона створювалася під керівництвом Джона фон Неймана[1], коли він працював одночасно в Інституті перспективних досліджень і професором математики в Принстонському університеті. Комп'ютер будувався в період з 1945 по 1951.

Загальна конструкція комп'ютера почала називатися «Архітектура фон Неймана» (чи «принстонська архітектура» в протилежність «гарвардській архітектурі») і слугувала зразком для створення інших аналогічних комп'ютерів у США і у всьому світі.

Історія створення ред.

 
Джуліан Бігелоу, Герман Голдстайн, Роберт Оппенгеймер і Джон фон Нейман на тлі комп'ютера IAS[2]

Ідея створення машини обмірковувалася фон Нейманом в листопаді 1945, коли в інституті Мура[en] щойно закінчилися роботи над першим електронним комп'ютером ENIAC і почалися роботи над наступним комп'ютером — EDVAC. У зв'язку із закінченням Другої світової війни зобов'язання учасників проєкту перед військовим відомством вичерпувалися і після демобілізації кожен з них був вільний продовжувати свою кар'єру на власний розсуд. Внаслідок суперечок з Інститутом Мура щодо авторських прав на винаходи, у березні 1946 проєкт покинули Екерт і Моклі, які вирішили створити Eckert–Mauchly Computer Corporation[en]. Фон Нейман вирішив повернутися до Інституту перспективних досліджень (IAS), де хотів продовжити роботи над новим науковим напрямом — електронними обчислювальними машинами і їхнім застосуванням у науці. Іншими місцями, які фон Нейман розглядав влітку 1945, були Массачусетський технологічний інститут і Чиказький університет[3].

Вибір IAS як місця для створення комп'ютера був дуже незвичайним, оскільки Інститут перспективних досліджень займався винятково теоретичною наукою і не мав лабораторій і устаткування для проведення експериментів, не було навіть приміщення для роботи інженерів[4]. Проєкт електронного комп'ютера («Electronic Computer Project» так офіційно називався проєкт в Інституті) був підтриманий провідними вченими Інституту, зокрема, Освальдом Вебленом і керівником Інституту — Френком Айделоттом[en][5], а також отримав фінансову підтримку з боку компанії RCA, яка брала на себе усі питання забезпечення проєкту вакуумними лампами, і армійського (Army Ordnance Department) і морського (Office of Naval Research) відомств США: фон Нейман переконав військово-морське відомство, що IAS-машину можна буде використати для чисельного прогнозу погоди. Фон Нейман запропонував створити IAS-машину як дослідний зразок, на якому відпрацьовуватимуться різні способи обчислень і технології. На взірець IAS-машини різні установи, що потребують комп'ютерів, будуватимуть свої машини, економлячи таким чином свої засоби на дослідження[6].

У березні 1946 головним інженером проєкту був призначений Джуліан Бігелоу (Julian Bigelow). Фон Нейман став директором проєкту. З Інституту Мура[en], покинувши проєкт EDVAC, перейшли Герман Голдстайн[en] (заступник директора проєкту), Артур Беркс[en], Роберт Шоу і Джон Девіс. Фон Нейман пропонував посаду головного інженера Екерту, але потім відкликав свою пропозицію, коли зʼясувалося, що Екерт планує зайнятися бізнесом. У проєкті також брали участь Джеймс Померен[en], Ральф Шлуц, Віліс Вейр[en]. Загальна кількість людей в команді не перевищувала шести[7]. Планувалося проєкт виконати за 3 роки. Для прискорення роботи було вирішено виконувати усі роботи над комп'ютером паралельно, тому команда розбилася на чотири групи, які досліджували різні напрями проєкту:

  1. логічне облаштування комп'ютера (Беркс, Голдстайн, фон Нейман)
  2. технічний пристрій (Бігелоу, з 1951 — Померен)
  3. математичні питання (Голдстайн і фон Нейман)
  4. група чисельного прогнозу погоди (Meteorology Project, Жуль Чарні[en]).

Розробка теорії ред.

У липні 1946 Беркс, Голдстайн і фон Нейман написали знамениту монографію під назвою «Попередній розгляд логічного облаштування електронного обчислювального приладу» (англ. Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument)[8], яка детально описала пристрій і технічні характеристики майбутнього комп'ютера, які пізніше почали називатися «Архітектура фон Неймана»[9]. Ця робота розвивала ідеї, викладені фон Нейманом в травні 1945 в рукописі «Перший проєкт звіту про EDVAC»[en], який не призначався для широкої публікації, у ньому описувалася лише логічна структура «ідеального» комп'ютера, в роботі «Попередній розгляд» були описані усі технічні подробиці. У другій частині монографії під назвою «Планування і кодування завдань для електронного обчислювального приладу» (англ. Planning and Coding Problems for Electronic Computing Instrument), представленою в трьох частинах (частина I — квітень 1947, частина II — 15 квітня 1948, частина III — 16 серпня 1948, частина IV не надрукована, були детально описані способи програмування майбутнього комп'ютера. Ця фундаментальна монографія офіційно була передана її авторами в громадське надбання, і її копія зберігається з афідевітом Беркса, Голдстайна і фон Неймана в Патентному відомстві США[en] і у Бібліотеці Конгресу США[10].

Голдстайн і фон Нейман як учені розглядали свою роботу над комп'ютером як наукове дослідження і нехтували комерційними вигодами від відкриттів і винаходів, зроблених в процесі його створення.

Створення комп'ютера ред.

Головною інженерною проблемою при створенні комп'ютера виявилася проблема з оперативною пам'яттю. Було вирішено не використовувати ртутні лінії затримки, як це було зроблено в конкурентному проєкті EDVAC. Для необхідної високої швидкості роботи IAS-машини (2000-4000 множень в секунду) пам'ять мала бути з довільним доступом. Ртутні лінії затримки робили пам'ять послідовною[en] і повільною.

Спочатку передбачалося скористатися пропозицією компанії RCA, яка обіцяла забезпечити проєкт статичною ламповою пам'яттю під назвою Selectron. Але у RCA виникли проблеми з розробкою цієї технології, і до обіцяного терміну Selectronʼи не надійшли. Влітку 1948 інженери IAS-машини вирішили використати для оперативної пам'яті трубки Вільямса і успішно це зробили до січня 1950[11].

Офіційний урочистий запуск IAS-машини відбувся 10 червня 1952, але машина була доступна для проведення обчислень з весни 1951. Перше своє велике завдання машина виконала влітку 1951 для Лос-Аламойської національної лабораторії[12]. Увесь 1952 рік комп'ютер працював в дві-три зміни до середини 1953 року. У грудні 1953 його розібрали і перевезли в інше просторіше і добре охолоджуване приміщення. 1954 до комп'ютера додали графічний дисплей з 7-дюймовою електронно-променевою трубкою роздільністю 512х512 точок, 1955 — новий об'ємніший магнітний барабан ERA Model 1107.

Чисельний прогноз погоди ред.

Група науковців напрямку прогнозу погоди була готова до розрахунків наприкінці літа 1949, але на той час IAS-машина не була готова. Щоб не марнувати час в очікуванні закінчення робіт над IAS-машиною, і враховуючи важливість напрямку прогнозу погоди для стратегічних потреб країни, фон Нейман запропонував скористатися ЕНІАКом. Підготовка програми до розрахунку тривала 5 тижнів, а сам розрахунок прогнозу погоди на наступні 24 години на ЕНІАЦі тривав 24 години.

Виконання програми за тією ж моделлю і з тими ж даними на IAS-машині 30 червня 1953 тривало 6 хвилин, тобто в 240 разів швидше[13].

Створення похідних комп'ютерів ред.

На початку 1950-х років зі вступом СРСР в ядерну гонку різко зросла потреба уряду США в обчислювальних машинах. Не чекаючи завершення IAS-машини, були побудовані за її зразком машини MANIAC[en] в Лос-Аламоській національній лабораторії і AVIDAC[ru] — в Аргонській національній лабораторії. Завдяки накопиченому досвіду при створенні IAS-машини, творцям MANIAC[en] і AVIDAC[ru] вдалося уникнути безлічі помилок і безвихідних рішень і запустити свої комп'ютери на кілька місяців раніше свого пращура.

Сама IAS-машина почала розглядатися як інструмент для проведення термінових обчислень з оборонної тематики, попри те, що вона будувалася як експериментальний прототип.

Опис ред.

  • Елементна основа: вакуумні лампи, 2300 шт. 5 типів і 5 діодів.
  • Синхронізація: відсутній тактовий генератор, що синхронізував роботу усіх вузлів, наступна команда виконувалася після того, як була виконана попередня.
  • Розрядність: двійкова.
  • Розмір слова: 40 біт.
  • Формат команди: одноадресний.
  • Розмір команди: 20 біт, 2 команди на 40-бітове слово для прискорення вибірки команд, передвісник «look-ahead»[14].
  • Кількість команд: 67, використовувалося тільки 44.
  • Представлення чисел: відʼємні числа представлялися у доповняльному коді. Дійсні числа представлялися числами з фіксованою комою, щоб спростити конструкцію машини і її програмування[15].
  • Запамʼятовувальний пристрій: трубки Вільямса. Всього використовувалося 40 трубок Вільямса.
  • Розмір пам'яті: 1024 слова (5,1 кБ). Пам'ять була з довільним доступом і паралельною, тобто кожен біт числа зберігався в окремій трубці Вільямса і складання бітів могло відбуватися одночасно[16].
  • Тривалість доступу до пам'яті: 25 мікросекунд.
  • Постійна пам'ять: магнітний барабан — 2.048 слів, тривалість доступу — 140.000 мікросекунд (власна розробка в травні-червні 1953) і пізніше 12.288 слів, тривалість доступу — 17.000 мікросекунд (у 1955 — магнітний барабан від компанії Engineering Research Associates[en])[17].
  • Пристрій введення-виведення: модифікований телетайп[18], пізніше — зчитувач перфокарт IBM.
  • Швидкості: додавання — 62 мікросекунди, множення — 620—713 мікросекунди, ділення — 920 мікросекунд.
  • Енергоспоживання: 28 кВт.
  • Маса машини: 450 кілограмів.
  • Маса охолоджувальної системи: 15 тонн.
  • Обслуговування: 1 інженер + 1 оператор при 8-годинній зміні, 1 інженер + 2 оператори при двох 8-годинних змінах.
  • Надійність: середня тривалість роботи за зміну — 4-8 годин. 70 % надійності з початку 1952 року до початку 1955 року. 80 з початку 1955 року[19].

Машина мала «новинку» у вигляді регістрів загального призначення: регістр AC — акумулятор, і регістр MQ — множник/дільник.

Подальша доля ред.

Після смерті фон Неймана 1957, IAS-машина пропрацювала в Інституті до 15 липня 1958, після чого було вирішено, що комп'ютер виконав своє завдання, і проєкт («Electronic Computer Project») був закритий[20].

Впродовж кількох днів його розібрали і перевезли до Національного музею Американської історії Смітсонівського інституту в м. Вашингтон, де зберігається досі як неробочий експонат[21]. Інститут перспективних досліджень більше комп'ютерами ніколи не займався, а приміщення, відведене під IAS-машину, було перероблене в дитячий садок.

Похідні IAS-машини ред.

 
Дерево родинних зв'язків ранніх комп'ютерів 50-х і 60-х років XX століття. Права гілка має в основі IAS-машину

IAS-машина будувалася як експериментальна, на якій відпрацьовувалися різні технології і ідеї, проводилися дослідження і випробування. Передбачалося, що IAS-машина стане готовим зразком, за яким (з різними варіаціями) швидко створюватимуться інші машини для різних зацікавлених організацій. Усі комп'ютери, створені за подібністю IAS-машини, належали до «сімейства IAS-машин», оскільки будувалися за «архітектурою фон Неймана», хоча і не були сумісні один з одним на рівні програмного забезпечення[22].

Примітки ред.

  1. ↑ The IAS Computer, 1952, http://americanhistory.si.edu/collections/search/object/nmah_334741 [Архівовано 4 грудня 2013 у Wayback Machine.]
  2. ↑ Світлина з сайту Computer History Museum, де IAS-машину краще видно, http://www.computerhistory.org/revolution/supercomputers/10/28/47 [Архівовано 23 вересня 2015 у Wayback Machine.]
  3. ↑ Aspray, 1990, с. 51.
  4. ↑ Goldstine, 1980, p. 220
  5. ↑ Goldstine, 1980, p. 243
  6. ↑ Aspray, 1990, с. 56.
  7. ↑ Aspray, 1990, с. 57.
  8. ↑ Burks A. W., Goldstine H. H., Neumann J. Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument. — Institute for Advanced Study, Princeton, N. J., July 1946.
  9. ↑ Goldstine, 1980, p. 255
  10. ↑ Goldstine, 1980, p. 256
  11. ↑ Aspray, 1990, с. 79-84.
  12. ↑ Aspray, 1990, с. 85.
  13. ↑ см. «Final report on contract no. DA-36-034-ORD-1023», стр. II-134
  14. ↑ Goldstine, 1980, p. 265
  15. ↑ Aspray, 1990, с. 66.
  16. ↑ Goldstine, 1980, p. 263
  17. ↑ Goldstine, 1980, p. 315
  18. ↑ Goldstine, 1980, p. 315
  19. ↑ Aspray, 1990, с. 87.
  20. ↑ Dyson, George (March 2003),http://www.ted.com/talks/george_dyson_at_the_birth_of_the_computer [Архівовано 29 жовтня 2015 у Wayback Machine.], «TED (Technology Entertainment Design)», TED Conferences, LLC
  21. ↑ IAS Computer | National Museum of American History,http://americanhistory.si.edu/collections/search/object/nmah_334741 [Архівовано 4 грудня 2013 у Wayback Machine.]
  22. ↑ а б Electronic Computer Project. Інститут перспективних досліджень. Архів оригіналу за 10 червня 2011. Процитовано 26 травня 2011.

Література ред.

Посилання ред.

Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=IAS-машина&oldid=38568329