eniac – prvi elektronski raČunalnik - presek - issn ...· eniac - prvi elektronski raČunalnik

Download ENIAC – PRVI ELEKTRONSKI RAČUNALNIK - Presek - ISSN ...· ENIAC - PRVI ELEKTRONSKI RAČUNALNIK

Post on 12-Feb-2019

213 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

ii

1174-Gustin-0 2010/7/19 11:53 page 1 #1 ii

ii

ii

List za mlade matematike, fizike, astronome in racunalnikarje

ISSN 0351-6652Letnik 21 (1993/1994)tevilka 3Strani 148153

Veselko Gutin:

ENIAC PRVI ELEKTRONSKI RACUNALNIK

Kljucne besede: racunalnitvo.

Elektronska verzija: http://www.presek.si/21/1174-Gustin.pdf

c 1993 Drutvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenijec 2010 DMFA zalonitvo

Vse pravice pridrane. Razmnoevanje ali reproduciranje celote aliposameznih delov brez poprejnjega dovoljenja zalonika ni dovo-ljeno.

ENIAC - PRVI ELEKTRONSKI RAUNALNIK

1. Uvod

Dolgo sem razmiljal, ali je tovrstni prispevek primeren za dananji as .Ker se zelo radi vraamo k taknim in druganim dogodkom iz preteklosti,menim, da je potreben pogled tudi v ta del zgodovine. Letos mineva 36 let odsmrti madarskega matematika Janosa Neumanna (1903 - 1957), bolj poz-nanega kot Johna von Neumanna, ki je veliko pripomogel k uspeni realizacijimatematinih operacij v ENIACu. Kar zadeva samo delovanje raunalnika,priznajmo, da bi nam tovrstni pristop tudi danes delal precejnje teave.Nartovalci vezij so se odloili za vzporedni nain prenaanja impulzov inraunanja z njimi. Le-to jim je omogoilo preslikavo "mehanskega tevnika" ,kakrnega si je e pred ve kot 150 leti zamislil Angle Charles Babbage (1792- 1871), v elektronski pomikaini tevni register. Sicer pa moramo vedeti , daje bil ENIAC plod tako teoretinega kot strokovnega dela. Nartovalci patudi znanstveniki so eleli svoja obirna znanja potrditi in preizkusiti. ENIACni bil samo model, ki bi doivel alosten konec v kotu kakega laboratorija,pa pa stroj, ki so ga uporabljali e dobrih 5 let, eprav bi ga danes uspenonadomestil e nekoliko bolji epni raunalnik.

ENIAC danes uiva zaslueni poitek . Njegove dele lahko obudujernopo raznih muzejih, med drugim tudi v British Science Museum v Londonu.

Opisali bomo, kaken je bil leta 1946 namen nartovalcev prvega elek-tronskega raunalnika ENIAC (elektronski numerini integrator in raunalnik)in kakne vrste problemov je znal reevati. Z gradnjo r a u n a l n i ka so zaelina Univerzi v Pensylvaniji v ZDA pod vodstvom Johna Presperja Eckerta insvetovanjem Johna Mauchlyja.

Odgovor je naslednji : ENIAC je reeval probleme, ki se jih je dalo spre-meniti v niz preprostih raunskih operacij - toje v konna zaporedja setevanj,odtevanj, mnoenj, deljenj, kvadriranj in korenjenj . Tako je znal raunati di-ference in integrirati . Znal je numerino reevati sisteme algebrainih in tran-scendentnih enab ter sisteme parcialnih diferenc ialnih enab. Hitrost raunanja je bila pri tem zelo pomembna, kajti veliko je problemov, ki jih je bilomono hitro in preprosto formulirati, a se jih je dalo reiti le z veliko truda .Diferencialne enab e balistike projektila so e tak primer, saj je bil ENIACprvotno nartovan za reevanje prav tovrstnih enab .

al nekaterih funkcij, ki reijo te enab e, ni mo preprosto matematinoizraziti. Za uporabo jih lahko podamo le v obliki tabel. ki jih dobimo z eksperi-

149

mentalnimi meritvami (na primer izstreljenih projektilov) ali pa z numerinimreevanjem pripadajoih enab .

Slika 1. Elekronski raunalnik ENIAC

Numerina reitev diferencialne enab e je dala podatke o poti izstrelkav obliki tabele. Vsaka taka pot se je imenovala trajektorija . Izdelava eneeljene poti izstrelka je zahtevala izraun nekaj sto trajektorij za razlinezaetne parametre (na primer hitrost in kot izstrelitve).

Tako je na primer specialni balistini elektro-mehanski raunalnik, ki soga imeli takrat na razpolago, iz raunal 60- sekundno trajektorijo v dvajsetihurah . Le so uporabili diferencialni analizator (nekaken elektronski analognir a u n a l n i k ) , so jo lahko izraunali v petnajstih minutah , ENIAC pa je tonaredil v nekaj sekundah. Torej je znal izraunati trajektorijo hitreje, kot jeprojektil letel. Se ve ! ENIAC je bil veliko bolj natanen kot diferencialniana lizator, saj je vrnil rezultat v obliki deset ali dvajsetmestnih tevil. Bilpa je tudi 1000-krat hitreji kot katerakoli takratna naprava, ki je raunala zenako natannostjo. .

150

2. Navodila nartovalcem vez ij

Druga svetovna vojna je zahtevala gradnjo ENIACa s kar n aj ve ob i ajnimi elekt ronskimi vezji (komponen tami) in s i m manj novostmi. Te zahteveskupaj z eljami po veliki hit rosti , zmogljivosti in zan esljivost i ra u nanja soimele za posledico izjemno obse no elektron sko napravo. ENIACje uporablj al18000 elekt ronk , 70000 uporov , 10000 konden za to rjev in 6000 relejev. Napra-va je v dolino me rila 30 ,5 m, visoka j e bila 3 m in iroka 0,9 m. Potrebovalaje 80 kW moi , od tega je bilo samo za hlajenje pot rebnih 20 kW moi.

Za uspeno delovanje "izuma" z 18000 elekt ronkami so bile pot rebneizredno zaneslji ve komponente. To je e kako veljalo za digitaln i raun a l nik,saj bi okvara ene same elektron ke povz roi la nap ako ene tevke in s temtudi napaen rezultat. Nartovalci ENIACa so se dral i dveh na el , ki stazagotavljali zanesljivost delovanja :

- Vezja so bila izdelana iz komponent, ki so bile izbrane rono in izrednopazljivo. Bila so tudi skrbno testirana v obmoj i h delovanja, ki so bila(obiajno) pod predpisanimi vrednost mi. Tako je na primer naprava , ki jesicer delovala pri napetosti 6,3 V, bila p riklju en a na 5,7 V. N ajvekra t se niizklapljala, saj seje tako poveala njena ivljenjska doba. Napajalne (anod ne)napetosti in zaslo ni so deloval i le s et rti no prvot no predpisane moi .

- Uporab ili so take metode, pri kate rih na predpis ano natannost ra unanja ni vplivala raznolikost izbranih komponen t. Tako, na primer , je bila izbiraelekt ronk e poseb no pestra . Not ranje upornost i so se spreminjale tu di do 40%, zato so vse elektron ke delale le kot stika la: ali so prevajale ali pa ne.

ENIAC je deloval kot sinhron sist em , ki ga je vodila cent ralna ura .Dopua l je manje asovne zamike, ki so bili posledica kasnit ev razlinodolgih povezav .

3. Vrste raunalnikih vezij

Pred seboj res nimamo na rtov vezij , ki so bila v ENIACu. Teh tud ine pot rebujemo za razumevanje osnov delovanja elektronskega raunalnika .Sicer pa ENIACova vezja niso bila sesta vljena po e znanih n arti h.

Na prvem mestu so bila vezja za pomnjenje. Tako digit alni podatki kotprogramski ukazi so morali biti shranjeni. Ra una l ni k si je zapomnil t evke,s katerimi je rau nal, in (tevilske) kode ukazov za operacijo, ki jo je bilopotrebno opravi ti. V ENIACu so bile t ri vrste pomnilnikih vezij , ki so se medseboj razlikovala po hit rosti pisanja informacije vanje in branja le-te iz njih:

151

a) Najprej omenimo bistabilno pomnil no celico ali f1ip-f1op . Informacijase je vanjo lahko vpisala in iz nje prebrala elektronsko , in to z veliko hitrostjo .Ta vezja pa so bila draga, saj so zahtevala tri elektron ke za bit.

b) Tabele funkcijsk ih vrednosti so bile shranjene z matrikami uporov, kiso bili povezani tako , da so hranil i informacijo. To je bila veliko bolj eko-nomina vrsta pomnilnikega vezja kot f1ip-flop. Ker je bilo potrebno ronoprevezovanje uporov, je bil zapis informacije poasen , medtem ko je biloelektronsko itanje relativno hitro . Funkcijske tabele so v ENIACu uporabljaliza shranjevanje tabel mnoenja in vrednosti pomonih funkcij .

c) Posebno obliko pomnilnikega vezja so predstavljala stikala in pove-zave . Enote ENIACa so bile povezane tako , da so izvajale razne operacije.Kako so se operacije setevanje, odtevanje, mnoenje, deljenje, korenjenje iniskanje funkcijskih vrednosti v tabeli izvajale in v kaknem vrstnem redu ,je bilo odvisno predvsem od tega , kako so bile enote povezane in kakoso bila postavljena razna stikala . Nastavljanje stika l je bilo rono in zatopoasno. ENIACje bil najuspeneji pri reevanju problemov, pri katerih so seoperacije, potem ko smo s stikali nastavili njihov vrstni red, ponavljale. ENIACso namre programirali tako , da so z ustreznimi stikali nastavili zaporedjeprogramskih ukazov .

Na drugem mestu so bila tista vezja v elektronskem raunalniku, kiso bila sposobna setevati desetike tevke. Setevanje je bilo izvedeno zelektronskimi tevni ki - kronimi pomikaln imi registri. Ti so vsebovali f1ip-flope, ki so bili povezani tako , da so teli (pomikali) skupine impulzov, kjerje vsaka skupina pomenila desetiko tevko.

Trdimo lahko, da so bila elektronska vezja za pomnjenje in setevanje os-novni del raunalnika . Ostala vezja so jih le krmilila , tako da smo z vekratnimsetevanjem dobili e odtevanje, deljenje in korenjenje . Krmiljenje so oprav-ljala preprosta vezja , kot so "in", "ali" ter "ne" . Logini operaciji "in" in"ne" so naredili z eno stikalno elektronko, operacijo "ali" pa z dvema .

4. Sestavni deli ENIACa

ENIAC je sestavljalo trideset posameznih enot , pri emer je vsaka vse-bovala od 500 do 1500 elektronk . Devet elektronskih enot je bilo takih , daso samostojno izvajale nekatere operacije, ostale enote pa so sluile za krmi-ljenje. Predstavitev (programiranje) problema je seveda vplivala na izvajanjein tevilo posameznih operacij . Enote so bile postavljene v obliki rke U.Povezane so bile s koaksia lnimi kabli, ki so bili speljani pred enotami . Enajst

152

takih linij je od ene enote k drugi posredovalo "vlak" impulzov, ki je pomenilpredzna ceno desetiko tevko. To so bile "podatkovne linije". Dodatna"programska linija" pa je povezovala prvo enoto z drugo , drugo s tretjo itd.

Enote , kot so hitri mnoilnik, delilnik in vezja za izraun kvadratnegakorena , so izvajale aritrnetine operacije s podatki , ki so jih dobile iz dvaj-setih akumulatorjev. Vsak akumulator je bil sposoben hraniti desetmestnodesetiko predznaeno tevilo, sprejeti prav tolikno tevilo impulzov ter j ihdodati k hranjeni vrednosti , ali pa oddati hranjeno tevilo v obliki zapored-nih impulzov . Setevanje