Леонид Черняк – История электронных компьютеров (страница 18)

Whirlwind I: первый компьютер реального времени

Особое место среди компьютеров первого поколения занимает Whirlwind I, разработанный в Лаборатории цифровых компьютеров MIT. Проект продолжал работы с тем же названием, начатые еще во время Второй мировой войны, когда возникла необходимость создать имитатор полетов, а также решать задачи стабилизации поведения самолетов и повышения точности бомбометания. Директором проекта был Джей Форрестер, его заместителем – Роберт Эверетт.

Изначально создавался аналоговый компьютер, который успешно справлялся с поставленными задачами, но он оказался крайне сложным при перепрограммировании для разных типов самолетов. В 1947 году, ознакомившись с ENIAC, Форрестер и Эверетт пришли к выводу, что решением проблемы может быть программируемый цифровой компьютер.

Работой над цифровой версией занималась команда из 175 человек. Первый экземпляр был собран в декабре 1950 года, а в апреле 1951 года машина была введена в эксплуатацию. Whirlwind создавался как лабораторный стенд и с самого начала был адаптирован для работы в реальном времени, что было уникально для начала 1950-х.

В качестве устройства ввода/вывода впервые использовался экран на электронно-лучевой трубке для визуализации процессов управления. Машина могла выполнять до 20 000 операций в секунду, что для начала 1950-х было значительным показателем.

Первоначально использовалась память на электронно-лучевых трубках Уильямса, обеспечивавшая быстрый доступ к данным с малой емкостью. В 1953 году ее заменили на магнитно-ядерную память на ферритовых сердечниках, вдвое увеличив производительность системы.

Архитектура и принципы работы

• Программа и данные находились в единой памяти;

• Инструкции выполнялись последовательно (fetch-decode-execute);

• Модульная конструкция позволяла расширять возможности машины и адаптировать ее под новые задачи.

В сочетании с памятью на сердечниках и работой в реальном времени Whirlwind стал прототипом всех управляющих компьютеров.

Влияние на последующее поколение компьютеров

Проект Whirlwind воспитал новое поколение инженеров. Среди них был великий Кен Олсен, который участвовал в разработке цифровых систем MIT и позже создал TX-0 (Transistorized Experimental Computer Zero) – первую транзисторную машину MIT, архитектурно наследующую идеи Whirlwind, но более компактную и удобную. Опыт, полученный на Whirlwind позволил Олсену в 1957 году основать Digital Equipment Corporation (DEC), корпорацию, занимавшую долгое время второе место в мире.

Все последующие модели DEC – от PDP-1 до легендарного VAX – сохраняли черты Whirlwind:

• модульность;

• реактивность;

• ориентацию на управление и взаимодействие с пользователем.

• Основные достижения и значение Whirlwind I

• Первый компьютер, работающий в реальном времени;

• Первая машина с графическим выводом на экран;

IBM: от калькулятора до империи

В 1930–1960-е годы корпорация IBM была столпом информационной инфраструктуры США. Ее технологии обеспечивали средствами обработки данных всех – от бизнеса до государственных структур. Томас Уотсон-старший, бессменный лидер компании на протяжении полувека, сформулировал кредо IBM так: «IBM – это не просто бизнес. Это глобальная институция, установленная навечно».

Уотсон был человеком эпохи электромеханических табуляторов и обладал монополией на перфокарты формата 80 колонок. Его отношение к вычислительной технике формировалось на этом опыте и не смог сразу поверить в ее потенциал. До своей частичной отставки в 1952 году Уотсон проводил независимую техническую политику, кульминацией которой стало решение 1946 года о создании Selective Sequence Electronic Calculator (SSEC). Руководил проектом Фрэнк Гамильтон, ранее совместно с Говардом Эйкеном работавший над Harvard Mark I.

SSEC – «калькулятор для витрины»

Проект SSEC находился под личным контролем Уотсона, который настойчиво называл устройство «калькулятором», привычно оставляя слово computer за «людьми-вычислителями». Машина сочетала электромеханическое наследие IBM и начальные наработки в электронике. SSEC был установлен в зале на первом этаже штаб-квартиры IBM на Мэдисон-авеню, в Нью-Йорке, три стеклянные стены машина открывали вид с улицы и SSEC мгновенно стала городской достопримечательностью. Она представляла собой стойки, расставленные буквой «П», общей длиной 55 метров, содержащие 21 400 реле и 12 500 электронных ламп. В машинном зале SSEC впервые применили фальшполы, скрывавшие кабельную разводку, а футуристический дизайн вдохновил кинематографистов.

Несмотря на визуальную эффектность, практическая отдача от машины была скромной. Главным приложением стали расчеты эфемерид Луны, которые пригодились в 1970-х в рамках программы «Аполлон». Были и внешние заказчики, но низкая надежность системы помешала широкому применению. Программист Джон Бэкус, будущий создатель Fortran, вспоминал: «Вы должны были присутствовать при выполнении вашей программы, потому что машина останавливалась каждые три минуты, и никто, кроме вас, не знал, с чего продолжить». Преспер Эккерт лаконично резюмировал: «SSEC превзошел пределы гигантизма – и не мог работать».

SSEC был установлен в январе 1948 года, а демонтирован – в июле 1952-го. На его месте IBM представила IBM 701 – первый серийный компьютер компании, выпущенный в количестве 19 экземпляров.

IBM 701 – рождение настоящего компьютера

1952 год стал поворотным для IBM. Корпорацию возглавил Томас Уотсон-младший, сумевший осознать угрозу со стороны UNIVAC и других электронных машин, способных обрабатывать данные с перфокарт значительно быстрее. IBM подошла к вопросу системно: входить в электронику, но с гарантированной выгодой. Начали с военного заказа – первым компьютером с хранимой программой стал Defense Calculator, позже переименованный в IBM 701.

Проект возглавил Натан Рочестер, ранее работавший над арифметическим устройством Whirlwind, его заместителем был Джерри Хаддад, впоследствии создавший массовую IBM 650. В роли научного консультанта выступал Джон фон Нейман, и неудивительно, что архитектура IBM 701 оказалась IAS-подобной.

В отличие от универсального UNIVAC, IBM 701 проектировалась под конкретные задачи – прежде всего решение дифференциальных уравнений в частных производных, необходимых для авиации и обороны. Для оперативной памяти использовались трубки Уильямса.

Работа над машиной началась в январе 1951 года и завершилась весной 1952-го. Презентация в стеклянном зале была столь же торжественной, как и SSEC, но теперь речь шла о машине для обработки данных (Electronic Data Processing Machines), подчеркивая ее практическую значимость. Гражданская версия под индексом IBM 702, начиная с 14-го экземпляра, оснащалась памятью на ферритовых сердечниках – революция в надежности и производительности.

Развитие серии IBM 700/7000 продолжалось более десяти лет. В этих машинах появлялись новые архитектуры, поддержка плавающей точки, переход с ламп на транзисторы, но программная несовместимость между моделями сохранялась. Только с появлением в 1964 году серии System/360 IBM создала единое совместимое семейство, объединившее промышленность, науку и бизнес под одним архитектурным стандартом.

IBM100 – SAGE

Стимулом к созданию системы управления ПВО SAGE (Semi-Automatic Ground Environment) стал испытательный взрыв первой советской атомной бомбы 29 августа 1949 года, являвшейся копией американского «Толстяка».

Появлению SAGE предшествовала созданная силами ВВС США сеть наблюдательных постов за воздушными объектами – Ground Observer Corps (GOC). В 1953 году в ее составе действовало более 8 тысяч постов, где участвовали свыше 305 тысяч добровольцев. Однако GOC не имела связи с системами раннего обнаружения самолетов противника, и ее решили заменить «Полуавтоматической наземной вычислительной средой» – SAGE.

На выбор стратегии создания SAGE повлияла система взглядов Ванневара Буша, формулировавшего правила взаимодействия государства, науки и бизнеса при решении крупных государственных задач. Буш разработал их, будучи руководителем National Defense Research Committee во время войны и в послевоенные годы. Позже он стал советником по науке президента Дуайта Эйзенхауэра.

Принципы Буша частично применялись в Манхэттенском проекте, но наиболее полно – в SAGE, а также при создании национальных лабораторий и координирующих ведомств вроде NASA и DARPA. Главная особенность гибкой научно-производственной модели Буша – ориентация на доверие к специалистам и на технологии двойного назначения, в отличие от жестко административной «оружейной» модели СССР.

Головной организацией стал MIT, а не министерство. Массачусетский технологический институт привлек частные компании в качестве субподрядчиков.

SAGE состояла из 23 центров, каждый оснащался компьютером A/N FSQ-7 (Army-Navy / Fixed Special eQuipment). Он был построен на базе незавершенного проекта Whirlwind II MIT и доработан IBM.

Компьютер A/N FSQ-7:

• вес – 250 тонн;

• потребление – 3 МВт;

• число вакуумных ламп – 60 тысяч;

• обслуживался около 100 операторами;

• к одному компьютеру подключалось до 50 мониторов, что позволяло одновременно отслеживать около 400 самолетов;

• данные поступали от сотен радаров и других источников, машина интегрировала их в единую картину воздушного пространства.