EDSAC 2

EDSAC 2 — это электронная вычислительная машина второго поколения, разработанная в Кембриджском университете (Великобритания) и введённая в эксплуатацию в 1958 году. Она стала первой в мире компьютерной системой, в которой в качестве основного элемента памяти использовалась ферритовая память, а также одной из первых машин, реализовавших концепцию микропрограммирования. EDSAC 2 была создана как преемник более ранней машины EDSAC (1949) и предназначалась для решения широкого круга научных и инженерных задач.

История создания

Разработка EDSAC 2 началась в 1952 году под руководством Мориса Уилкса, который ранее возглавлял проект по созданию первого EDSAC. Основной целью было создание более быстрой, надёжной и удобной в эксплуатации машины, способной заменить устаревшую ламповую EDSAC. Ключевым нововведением стал переход от ртутных линий задержки к ферритовой памяти, что значительно увеличило скорость доступа к данным и объём оперативной памяти.

Проект финансировался Министерством снабжения Великобритании, а также частично — компанией J. Lyons & Co., которая уже использовала первую EDSAC для коммерческих расчётов. Строительство машины велось в Лаборатории математических вычислений Кембриджского университета. Первый запуск системы состоялся в 1957 году, а полная эксплуатация началась в 1958 году. EDSAC 2 проработала до 1965 года, после чего была заменена более современными машинами, такими как Titan (Atlas 2).

Архитектура и технические характеристики

EDSAC 2 относилась к классу компьютеров второго поколения, в которых вакуумные лампы были частично заменены полупроводниковыми диодами и транзисторами. Однако основная логика оставалась ламповой, что делало машину крупной и энергоёмкой.

Основные компоненты

• Центральный процессор: работал на тактовой частоте около 500 кГц. Выполнял арифметические и логические операции над 40-разрядными словами.
• Оперативная память: ферритовая память объёмом 1024 слова (40-битных). Время доступа к памяти составляло около 2 микросекунды.
• Вторичная память: магнитный барабан, на котором хранились программы и данные. Объём барабана — 16 384 слова.
• Ввод-вывод: использовались перфоленты (считыватель и перфоратор), а также электромеханический принтер для вывода результатов. Позднее был добавлен магнитофон на магнитной ленте.

Система команд

EDSAC 2 имела одноадресную систему команд, аналогичную архитектуре EDSAC. Каждая команда занимала одно 40-битное слово и содержала код операции (5 бит), адрес (15 бит) и служебные биты. Всего было реализовано около 30 команд, включая арифметические (сложение, вычитание, умножение, деление), логические (И, ИЛИ, НЕ), операции сдвига и условные переходы.

Микропрограммирование

Одной из ключевых особенностей EDSAC 2 была реализация микропрограммного управления, предложенного Морисом Уилксом в 1951 году. В машине использовалась постоянная память на основе диодной матрицы, которая хранила последовательности микрокоманд, управляющих работой процессора. Это позволяло гибко изменять систему команд, исправлять ошибки и добавлять новые функции без переделки аппаратуры. Микропрограммирование стало важным шагом в развитии компьютерной архитектуры и впоследствии было использовано в таких машинах, как IBM System/360.

Программное обеспечение

EDSAC 2 работала под управлением операционной системы, которая обеспечивала загрузку программ с перфоленты, управление памятью и вводом-выводом. Основным языком программирования был машинный код, однако для упрощения разработки использовались ассемблеры и библиотеки подпрограмм.

Библиотека подпрограмм

Как и её предшественник, EDSAC 2 имела обширную библиотеку стандартных подпрограмм, хранящихся на перфолентах. Программисты могли вызывать готовые функции для вычисления тригонометрических, логарифмических и других математических операций. Это значительно ускоряло разработку и снижало количество ошибок.

Первые компиляторы

В 1960-х годах для EDSAC 2 был разработан один из первых компиляторов языка Autocode — предшественника современных языков высокого уровня. Autocode позволял писать программы в более удобной форме, близкой к алгебраической записи, и автоматически транслировал их в машинный код.

Применение

EDSAC 2 использовалась для решения широкого круга научных и инженерных задач, как в Кембриджском университете, так и по заказам внешних организаций.

Научные расчёты

• Вычислительная физика: моделирование ядерных реакций, расчёт траекторий частиц в ускорителях.
• Аэродинамика: решение уравнений Навье-Стокса для проектирования самолётов и ракет.
• Кристаллография: расшифровка структур сложных молекул, включая белки.

Инженерные задачи

• Проектирование мостов и зданий: расчёт нагрузок и деформаций.
• Электротехника: анализ электрических цепей и проектирование трансформаторов.

Коммерческие расчёты

По заказу компании J. Lyons & Co. на EDSAC 2 выполнялись расчёты для оптимизации логистики, управления запасами и бухгалтерского учёта. Однако коммерческое применение было ограничено из-за высокой стоимости эксплуатации и сложности программирования.

Значение и наследие

EDSAC 2 стала важной вехой в истории вычислительной техники по нескольким причинам:

1. Первая машина с ферритовой памятью: ферритовая память стала стандартом для компьютеров второго и третьего поколений, обеспечив высокую скорость и надёжность.
2. Пионер микропрограммирования: концепция, реализованная в EDSAC 2, легла в основу архитектуры многих последующих компьютеров, включая IBM System/360.
3. Развитие программного обеспечения: библиотеки подпрограмм и ранние компиляторы, созданные для EDSAC 2, заложили основы современного программирования.
4. Образовательная роль: на EDSAC 2 обучались многие будущие учёные и инженеры, работавшие в области компьютерных наук.

Машина была выведена из эксплуатации в 1965 году, когда её заменил компьютер Titan (Atlas 2), также разработанный в Кембридже. В настоящее время не сохранилось ни одного действующего экземпляра EDSAC 2, однако её архитектура и принципы работы изучаются в курсах истории вычислительной техники.

Интересные факты

• EDSAC 2 потребляла около 30 кВт электроэнергии, что было значительно меньше, чем у ламповых машин первого поколения, но всё ещё велико по современным меркам.
• Машина занимала площадь около 50 квадратных метров и весила несколько тонн.
• Морис Уилкс за свои работы по микропрограммированию и созданию EDSAC 2 был удостоен премии Тьюринга в 1967 году.
• EDSAC 2 использовалась для расчётов при проектировании первого британского ядерного реактора.

Источники

• Wilkes, M. V. (1956). The Design of EDSAC 2. Proceedings of the IEE.
• Wilkes, M. V. (1969). The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer. Addison-Wesley.
• Campbell-Kelly, M. (1989). The Development of the EDSAC 2 Computer. Annals of the History of Computing.
• Lavington, S. (1980). Early British Computers: The Story of Vintage Computers and the People Who Built Them. Manchester University Press.