EDVAC

EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) — одна из первых электронных вычислительных машин, созданная в США в конце 1940-х годов. Относится к классу компьютеров первого поколения, построенных на вакуумных лампах. EDVAC вошла в историю как машина, в архитектуре которой впервые была последовательно реализована концепция хранимой программы (программа и данные хранятся в одной оперативной памяти), что стало основой для архитектуры фон Неймана.

История создания

Предпосылки и проект

Разработка EDVAC началась в 1944 году в Муровской школе электротехники Пенсильванского университета (США). Заказчиком выступил Артиллерийский департамент Армии США, который финансировал создание более ранней машины ENIAC. ENIAC, хотя и был первым полностью электронным компьютером, имел существенный недостаток: для смены программы требовалась физическая перекоммутация кабелей и переключателей. Это было крайне неудобно и замедляло вычисления.

В 1945 году математик Джон фон Нейман, привлечённый к проекту в качестве консультанта, подготовил черновик отчёта «First Draft of a Report on the EDVAC». В этом документе впервые была подробно описана архитектура компьютера, где программа и данные хранятся в общей памяти, а процессор последовательно выполняет команды, извлекая их из этой памяти. Хотя в отчёте были указаны имена других участников проекта (Дж. Преспер Эккерт, Джон Мокли), именно фон Нейман стал автором окончательной формулировки, и эта архитектура получила его имя.

Строительство и завершение

Строительство EDVAC велось с 1946 по 1949 год. В отличие от ENIAC, который был построен в кратчайшие сроки из-за военной необходимости, EDVAC проектировалась более тщательно, с учётом новых принципов. Машина была завершена и впервые продемонстрирована в 1949 году, но официально принята в эксплуатацию Армией США только в 1951 году. Задержка была связана с техническими сложностями, в частности, с разработкой надёжной системы памяти на ртутных линиях задержки.

Эксплуатация

EDVAC использовалась в Баллистической исследовательской лаборатории Армии США (Aberdeen Proving Ground, Мэриленд) для решения научных и военных задач, включая расчёты баллистических таблиц, метеорологические прогнозы и численное моделирование. Машина проработала до 1962 года, когда была заменена более совершенными компьютерами.

Архитектура и устройство

Архитектура фон Неймана

EDVAC стала первой машиной, в которой была реализована архитектура фон Неймана. Её ключевые принципы:

• Принцип хранимой программы: программа и данные хранятся в одной и той же оперативной памяти.
• Последовательное выполнение: команды программы выполняются одна за другой (в порядке, заданном программой).
• Двоичная система счисления: в отличие от ENIAC, который использовал десятичную систему, EDVAC работала с двоичными числами, что упростило конструкцию и повысило надёжность.

Основные компоненты

EDVAC состояла из следующих функциональных блоков:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ): выполняло арифметические операции (сложение, вычитание, умножение, деление) и логические операции.
• Устройство управления: интерпретировало команды программы и управляло последовательностью операций.
• Память (оперативное запоминающее устройство): использовала ртутные линии задержки. Данные хранились в виде акустических импульсов, распространяющихся по ртутной трубке. Время задержки позволяло циклически считывать и записывать информацию. Объём памяти составлял 1024 44-битных слова (около 5,5 килобайт).
• Устройство ввода: перфорированная бумажная лента (перфолента).
• Устройство вывода: перфолента и электрическая пишущая машинка.

Технические характеристики

• Элементная база: около 6000 вакуумных ламп, 12 000 диодов.
• Тактовая частота: 1 МГц (мегагерц).
• Скорость вычислений: около 1000 операций в секунду (сложение/вычитание).
• Разрядность слова: 44 бита (двоичных разряда).
• Потребляемая мощность: около 50 кВт.
• Площадь: около 45,5 м² (490 квадратных футов).

Программирование

Программирование для EDVAC велось на машинном языке. Программа записывалась в виде последовательности двоичных кодов команд, которые затем наносились на перфоленту. Из-за малого объёма памяти и отсутствия операционной системы программисты должны были тщательно планировать размещение данных и команд. Отладка программ была крайне трудоёмкой и часто требовала физического вмешательства в работу машины.

Значение и влияние

Вклад в развитие вычислительной техники

EDVAC, хотя и не стала первым работающим компьютером с хранимой программой (этот титул принадлежит британской машине Manchester Baby, 1948 год, и американской BINAC, 1949 год), является ключевой вехой в истории информатики. Её значение заключается в следующем:

1. Документирование архитектуры фон Неймана: отчёт фон Неймана стал «библией» для разработчиков компьютеров на десятилетия вперёд. Практически все последующие компьютеры (от IBM 701 до современных ПК) основаны на этой архитектуре.
2. Переход к двоичной системе: EDVAC показала преимущества двоичного кодирования для электронных вычислителей, что стало стандартом.
3. Концепция хранимой программы: позволила создавать гибкие, перепрограммируемые машины, что открыло путь к созданию универсальных компьютеров.

Отличие от ENIAC

EDVAC была не просто усовершенствованием ENIAC, а принципиально новой машиной. Основные отличия:

• ENIAC — десятичная, EDVAC — двоичная.
• ENIAC — программировалась перекоммутацией, EDVAC — хранимой программой.
• ENIAC — память на электронных триггерах, EDVAC — на ртутных линиях задержки.
• ENIAC — огромная (около 18 000 ламп), EDVAC — более компактная (6000 ламп).

Критика и ограничения

• EDVAC была медленнее, чем ожидалось, из-за задержек в разработке памяти.
• Ртутные линии задержки были ненадёжны и требовали постоянного обслуживания.
• Машина была построена уже после того, как другие проекты (например, Manchester Mark I) продемонстрировали работающие компьютеры с хранимой программой, поэтому её историческая роль как «первой» была оспорена.

Интересные факты

• Название EDVAC расшифровывается как «Electronic Discrete Variable Automatic Computer» (Электронный дискретный переменный автоматический компьютер).
• В 1946 году, после завершения ENIAC, группа разработчиков (Эккерт, Мокли и фон Нейман) покинула Пенсильванский университет из-за споров о патентах, что задержало завершение EDVAC.
• Машина использовалась для расчётов, связанных с созданием водородной бомбы.
• В 1961 году EDVAC была передана в Смитсоновский институт, где её части хранятся в коллекции Национального музея американской истории.

Источники

• Goldstine, H. H. (1972). The Computer from Pascal to von Neumann. Princeton University Press.
• Burks, A. W., Goldstine, H. H., & von Neumann, J. (1946). Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument.
• Stern, N. (1981). From ENIAC to UNIVAC: An Appraisal of the Eckert-Mauchly Computers. Digital Press.
• IEEE Annals of the History of Computing. Статьи о проекте EDVAC.
• История вычислительной техники в лицах (сборник статей, под ред. В. М. Пономарёва).