Moderní Dějiny Práce Na Počítači

2023 Autor: Noah Black | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-11-26 16:06

Toto je soubor v archivech Stanfordské encyklopedie filozofie.

Moderní dějiny práce na počítači

První publikováno po 18. prosince 2000; věcná revize Pá 9. června 2006

Historicky byly počítače lidskými úředníky, kteří počítali podle účinných metod. Tyto lidské počítače dnes prováděly nejrůznější výpočty prováděné elektronickými počítači a mnoho tisíc z nich bylo zaměstnáno v obchodních, vládních a výzkumných zařízeních. Termín výpočetní stroj, používaný stále více od 20. let, označuje jakýkoli stroj, který vykonává práci lidského počítače, tj. Jakýkoli stroj, který počítá v souladu s účinnými metodami. V pozdních čtyřicátých a začátcích padesátých let, s příchodem elektronických výpočetních strojů, se věta „výpočetní stroj“postupně uvolňovala jednoduše „počítači“, zpočátku obvykle s předponou „elektronický“nebo „digitální“. Tato položka shrnuje historii těchto strojů.

• Babbage
• Analogové počítače
• Univerzální Turingův stroj
• Elektromechanický versus elektronický výpočet
• Atanasoff
• Kolos
• Turingův automatický výpočetní modul
• Manchesterský stroj
• ENIAC a EDVAC
• Další významné rané počítače
• Vysokorychlostní paměť
• Bibliografie
• Další internetové zdroje
• Související záznamy

Babbage

Charles Babbage byl profesorem matematiky na Cambridge University v letech 1828 až 1839 (dříve zastávaný Isaacem Newtonem). Babbageův navrhovaný Difference Engine byl speciální digitální počítačový stroj pro automatickou výrobu matematických tabulek (jako jsou logaritmické tabulky, tabulky přílivu a astronomické tabulky). Diferenční motor se skládal výhradně z mechanických součástí - mosazná ozubená kola, tyče, rohatky, pastorky atd. Čísla byla v desetinném systému reprezentována pozicemi 10 ozubených kovových kol namontovaných ve sloupcích. Babbage vystavoval malý pracovní model v 1822. Nikdy nedokončil plnohodnotný stroj, který navrhl, ale dokončil několik fragmentů. Největší - jedna devátina celé kalkulačky - je k vidění v London Science Museum. Baabage to používal k vykonávání seriózní výpočetní práce, výpočtu různých matematických tabulek. V roce 1990 byl Babbageův diferenciální motor č. 2 postaven z návrhů společnosti Babbage a je také vystaven v London Science Museum.

Švédové Georg a Edvard Scheutz (otec a syn) vytvořili upravenou verzi Babbage's Difference Engine. Byly vyrobeny tři prototypy a dva komerční modely, z nichž jeden byl prodán do observatoře v Albany v New Yorku a druhý do kanceláře generálního tajemníka v Londýně, kde vypočítával a tiskl pojistněmatematické tabulky.

Babbageův analytický motor, podstatně ambicióznější než diferenciální motor, měl být univerzální mechanický digitální počítač. Analytický stroj měl mít paměť paměti a centrální procesorovou jednotku (nebo „mlýn“) a byl by schopen vybrat z alternativních akcí v důsledku výsledku svých předchozích akcí (zařízení dnes známé jako podmíněné větvení). Chování analytického motoru by bylo řízeno programem instrukcí obsažených na děrných kartách spojených se stuhami (myšlenka, kterou Babbage převzal z tkalcovského stavu tkalcovského stavu). Babbage zdůraznil obecnost analytického motoru s tím, že „podmínky, které umožňují konečnému stroji provádět výpočty v neomezeném rozsahu, jsou v analytickém motoru splněny“(Babbage [1994],str. 97).

Babbage úzce spolupracoval s Adou Lovelace, dcerou básníka Byrona, po kterém je pojmenován moderní programovací jazyk ADA. Lovelace předvídal možnost použití analytického motoru pro nečíselné výpočty, což naznačuje, že by Engine mohl být schopen skládat komplikované hudební skladby.

Velký model analytického motoru byl ve výstavbě v době Babbageovy smrti v roce 1871, ale nikdy nebyla vytvořena úplná verze. Babbageova myšlenka univerzálního výpočetního motoru nebyla nikdy zapomenutá, zejména v Cambridge, a byla příležitostně živým tématem diskuse o jídle na válečném ústředí vládního zákoníku a Cypher School, Bletchley Park, Buckinghamshire, rodiště elektronické digitální počítač.

Analogové počítače

Nejstarší výpočetní stroje v širokém použití nebyly digitální, ale analogové. V analogové reprezentaci vlastnosti reprezentačního média opičího (nebo reflektujícího nebo modelového) vlastnosti reprezentovaného stavu. (Na rozdíl od toho, řetězce binárních číslic používaných v digitální reprezentaci nepředstavují vlastněním nějaké fyzické vlastnosti - jako je délka -, jejíž velikost se mění v poměru k velikosti zobrazené vlastnosti.) Analogové reprezentace tvoří rozmanitá třída. Některé příklady: čím delší je čára na mapě, tím delší je cesta, kterou tato čára představuje; čím větší je počet průhledných plastových čtverců v modelu architekta, tím větší je počet zobrazených oken v budově; čím vyšší je rozteč měřiče akustické hloubky, tím menší je voda. V analogových počítačíchnumerické veličiny jsou představovány například úhlem otáčení hřídele nebo rozdílem elektrického potenciálu. Tedy výstupní napětí stroje v čase může představovat okamžitou rychlost objektu, který je modelován.

Jak je zřejmé z modelu architekta, analogové znázornění může být diskrétní povahy (neexistuje nic jako zlomkový počet oken). Mezi počítačovými vědci je termín „analog“někdy používán úzce, k označení reprezentace jedné nepřetržitě oceňované veličiny jinou (např. Rychlost podle napětí). Jak poznamenal Brian Cantwell Smith:

„Analog“by měl být… predikátem reprezentace, jejíž struktura odpovídá struktuře, kterou reprezentuje… Tato nepřetržitá reprezentace by se měla historicky nazvat analogem, pravděpodobně zradí uznání, že na úrovni, na které nám záleží, svět je více základně kontinuální než diskrétní. (Smith [1991], s. 271)

James Thomson, bratr lorda Kelvina, vynalezl mechanický integrátor kola a disku, který se stal základem analogového výpočtu (Thomson [1876]). Oba bratři vytvořili zařízení pro výpočet integrálu produktu dvou daných funkcí a Kelvin popsal (i když nestavěl) univerzální analogové stroje pro integraci lineárních diferenciálních rovnic jakéhokoli řádu a pro řešení současných lineárních rovnic. Kelvinův nejúspěšnější analogový počítač byl stroj na předpovídání přílivu a odlivu, který zůstal v přístavu v Liverpoolu až do šedesátých let. Mechanická analogová zařízení založená na integrátoru kol a disků byla používána během první světové války pro výpočty střelby. Po válce byl návrh integrátoru značně vylepšen Hannibalem Fordem (Ford [1919]).

Stanley Fifer uvádí, že první poloautomatický mechanický analogový počítač byl postaven v Anglii firmou Manchester Metropolitan Vickers před rokem 1930 (Fifer [1961], s. 29); tento požadavek jsem však dosud nemohl ověřit. V roce 1931 postavil Vannevar Bush, pracující v MIT, diferenciální analyzátor, první velkoplošný automatický univerzální mechanický analogový počítač. Bushův design byl založen na integrátoru kola a disku. Brzy byly kopie jeho stroje používány po celém světě (včetně, na Cambridge a Manchester University v Anglii, diferenciálních analyzátorů vyrobených ze sady Meccano, kdysi populární strojírenské hračky).

Vyžadovalo od kvalifikovaného mechanika vybaveného olověným kladivem nastavení Bushova mechanického diferenciálního analyzátoru pro každou novou práci. Následně Bush a jeho kolegové nahradili integrátory kol a disků a další mechanické komponenty elektromechanickými a konečně elektronickými zařízeními.

Diferenční analyzátor může být pojat jako soubor „černých skříňek“spojených dohromady tak, aby umožňoval značnou zpětnou vazbu. Každé pole provádí základní proces, například sčítání, násobení proměnné konstantou a integraci. Při nastavování stroje pro danou úlohu jsou krabice vzájemně propojeny tak, aby byla provedena požadovaná sada základních procesů. V případě elektrických strojů to bylo obvykle provedeno zapojením vodičů do soketů na propojovacím panelu (výpočetní stroje, jejichž funkce je tímto způsobem určena, jsou označovány jako „řízené programem“).

Protože všechny krabice pracují paralelně, elektronický diferenciální analyzátor řeší sady rovnic velmi rychle. Proti tomu musí být stanoveny náklady na masírování problému, který má být vyřešen, do formy, kterou vyžaduje analogový stroj, a na nastavení hardwaru pro provedení požadovaného výpočtu. Hlavní nevýhodou analogového výpočtu jsou vyšší náklady na přesnost, vzhledem k digitálním strojům. Během šedesátých a sedmdesátých let byl značný zájem o „hybridní“stroje, kde je analogová sekce řízena a programována prostřednictvím digitální sekce. Takové stroje jsou však nyní vzácností.

Univerzální Turingův stroj

V 1936, na Cambridge univerzitě, Turing vynalezl princip moderního počítače. Popsal abstraktní digitální výpočetní stroj skládající se z neomezené paměti a skeneru, který se pohybuje vzad a vpřed v paměti, symbol po symbolu, čtení toho, co najde, a psaní dalších symbolů (Turing [1936]). Činnosti skeneru jsou diktovány programem instrukcí, který je uložen v paměti ve formě symbolů. Toto je Turingův koncept uloženého programu a implicitně v něm je možnost stroje pracovat a upravovat svůj vlastní program. (V Londýně v roce 1947, během toho, co bylo známo, byla nejstarší veřejná přednáška o počítačové inteligenci, Turing řekl: „Chceme stroj, který se může poučit ze zkušeností“,k tomu dodává, že „možnost nechat stroj změnit své vlastní pokyny poskytuje mechanismus pro tento účel“(Turing [1947] s. 393). Turingův počítačový stroj z roku 1936 je nyní známý jednoduše jako univerzální Turingův stroj. Cambridge matematik Max Newman poznamenal, že hned od začátku se Turing zajímal o možnost vybudování výpočetního stroje takového druhu, jaký popsal (Newman v rozhovoru s Christopherem Evansem v Evansu [197?]). Cambridge matematik Max Newman poznamenal, že hned od začátku se Turing zajímal o možnost vybudování výpočetního stroje takového druhu, jaký popsal (Newman v rozhovoru s Christopherem Evansem v Evansu [197?]). Cambridge matematik Max Newman poznamenal, že hned od začátku se Turing zajímal o možnost vybudování výpočetního stroje takového druhu, jaký popsal (Newman v rozhovoru s Christopherem Evansem v Evansu [197?]).

Od začátku druhé světové války byl Turing předním kryptanalyzátorem vládního zákoníku a Cypher School v Bletchley Park. Zde se seznámil s prací Thomase Flowersa zahrnující rozsáhlé vysokorychlostní elektronické přepínání (popsáno níže). Až do zastavení nepřátelství v Evropě v roce 1945 se však Turing nemohl obrátit na projekt výstavby elektronického výpočetního stroje s uloženým programem.

Během válečných let Turing věnoval značnou pozornost otázce strojové inteligence. Kolegové v Bletchley Parku si vzpomínají na četné mimosmluvní diskuse s ním na toto téma a v jednom okamžiku Turing rozešel psací zprávu (nyní ztracenou), v níž uvedl některé z jeho myšlenek. Jeden z těchto kolegů, Donald Michie (který později založil Katedru strojní inteligence a vnímání na University of Edinburgh), si pamatuje Turinga, který často mluví o možnosti počítačů (1) poučit se ze zkušeností a (2) řešit problémy pomocí prohledáváním prostoru možných řešení, řízených zásadami „palce“(Michie v rozhovoru s Copelandem, 1995). Moderní termín pro poslední myšlenku je „heuristické vyhledávání“,heuristická bytost je jakýkoli princip pravidla „palce“, který omezuje množství vyhledávání potřebného k nalezení řešení problému. V Bletchley Park Turing ilustroval své myšlenky na strojovou inteligenci odkazem na šachy. Michie vzpomíná na Turingovo experimentování s heuristikou, která se později stala běžnou v šachovém programování (zejména minimax a nejlepší-první).

Další informace o Turingovi a počítači, včetně jeho válečné práce na kodexu a jeho přemýšlení o umělé inteligenci a umělém životě, lze nalézt v Copelandu 2004.

Elektromechanický versus elektronický výpočet

Až na některé výjimky - včetně čistě mechanických motorů Babbage a národního účetního stroje poháněného prstem - byly rané digitální počítačové stroje elektromechanické. Jejich základní komponenty byly malé, elektricky poháněné mechanické spínače nazývané „relé“. Fungují relativně pomalu, zatímco základní komponenty elektronického počítače - původně vakuové trubice (ventily) - nemají žádné pohyblivé části, které by ukládaly elektrony, a tak pracují velmi rychle. Elektromechanické digitální výpočetní stroje byly postaveny před druhou světovou válkou a během ní (mimo jiné) Howard Aiken na Harvardské univerzitě, George Stibitz v Bell Telephone Laboratories, Turing na Princetonské univerzitě a Bletchley Park a Konrad Zuse v Berlíně. Mezi Zuse patří čest, že postavil první funkční univerzální programově řízený digitální počítač. Tento stroj, později nazývaný Z3, fungoval v roce 1941. (Počítač řízený programem, na rozdíl od počítače s uloženým programem, je nastaven na nový úkol přesměrováním vodičů, pomocí konektorů atd.)

Relé byla příliš pomalá a nespolehlivá jako médium pro rozsáhlé univerzální digitální výpočty (i když Aiken vynaložil statečné úsilí). Moderní vývoj počítače umožnil vývoj vysokorychlostních digitálních technik pomocí vakuových trubic.

Nejdříve rozsáhlé použití vakuových zkumavek pro digitální zpracování dat se zdá být inženýrem Thomasem Flowersem, který pracoval v Londýně na British Post Office Research Station v Dollis Hill. Elektronická zařízení navržená společností Flowers v roce 1934 pro řízení spojení mezi telefonními ústřednami byla uvedena do provozu v roce 1939 a zahrnovala nepřetržitě tři až čtyři tisíce vakuových trubic. V letech 1938–1939 pracoval na stroji experimentální elektronický digitální počítač. … Některá z těchto čísel nebo „slov“jsou čtena, jedna po druhé, jako příkazy. U jednoho možného typu stroje se objednávka skládá ze čtyř čísel, například 11, 13, 27, 4. Číslo 4 označuje „add“, a když se ovládací posuny k tomuto slovu spojí „domy“H11 a H13 s adder jako vstupy a H27 jako výstup. Čísla uložená v H11 a H13 procházejí sčítačem, sečtou se a součet se předá H27. Ovládací prvek pak přejde na další pořadí. Ve většině skutečných strojů by byl právě popsaný proces proveden třemi samostatnými objednávkami, první přivedením [H11] (= obsah H11) do centrálního akumulátoru, druhým přidáním [H13] do akumulátoru a třetí odesláním výsledku do H27; v každé objednávce by tedy byla vyžadována pouze jedna adresa. … Stroj s úložným prostorem, s tímto uspořádáním automatické výměny telefonů as potřebnými sčítacími jednotkami, odečítacími jednotkami atd., Je v jistém smyslu již univerzálním strojem. (Newman [1948], s. 271–272)Ve většině skutečných strojů by byl právě popsaný proces proveden třemi samostatnými objednávkami, první přivedením [H11] (= obsah H11) do centrálního akumulátoru, druhým přidáním [H13] do akumulátoru a třetí odesláním výsledku do H27; v každé objednávce by tedy byla vyžadována pouze jedna adresa. … Stroj s úložným prostorem, s tímto uspořádáním automatické výměny telefonů as potřebnými sčítacími jednotkami, odečítacími jednotkami atd., Je v jistém smyslu již univerzálním strojem. (Newman [1948], s. 271–272)Ve většině skutečných strojů by byl právě popsaný proces proveden třemi samostatnými objednávkami, první přivedením [H11] (= obsah H11) do centrálního akumulátoru, druhým přidáním [H13] do akumulátoru a třetí odesláním výsledku do H27; v každé objednávce by tedy byla vyžadována pouze jedna adresa. … Stroj s úložným prostorem, s tímto uspořádáním automatických telefonních ústředen as potřebnými sčítacími zařízeními, odečítacími jednotkami atd., Je v jistém smyslu již univerzálním strojem. (Newman [1948], s. 271–272)subdodavatelé atd., je v jistém smyslu již univerzální stroj. (Newman [1948], s. 271–272)subdodavatelé atd., je v jistém smyslu již univerzální stroj. (Newman [1948], s. 271–272)

Po tomto vysvětlení Turingova konceptu tří adres (zdroj 1, zdroj 2, cíl, funkce) Newman pokračoval v popisu programového ukládání („příkazy musí být v řadě domů X1, X2,…“) a podmíněné větvení. Poté shrnul:

Z tohoto vysoce zjednodušeného účtu vyplývá, že podstatnými vnitřními částmi stroje jsou nejprve úložiště pro čísla (což mohou být také objednávky). … Za druhé, sčítání, multiplikátory atd. Za třetí, „automatická telefonní ústředna“pro výběr „domů“, jejich připojení k aritmetickému orgánu a psaní odpovědí v jiných předepsaných domech. Konečně, prostředky pro řízení pohybu v kterékoli fázi k libovolnému zvolenému pořadí, je-li splněna určitá podmínka, jinak přechází na další řád v normální sekvenci. Kromě toho musí existovat způsoby, jak nastavit stroj na začátku a extrahovat konečnou odpověď v použitelné formě. (Newman [1948], s. 273–4)

V dopise napsaném v roce 1972 Williams podrobně popsal, co on a Kilburn řekli Newman:

Přibližně v polovině roku [1946] vznikla možnost schůzky na Manchesterské univerzitě a já jsem si promluvil s profesorem Newmanem, který se již zajímal o možnost vývoje počítačů a získal na to od Královské společnosti grant ve výši 30 000 GBP. účel. Protože rozuměl počítačům a já jsem rozuměl elektronice, možnosti plodné spolupráce byly zřejmé. Vzpomínám si na Newmana, který nám přednesl několik přednášek, ve kterých nastínil organizaci počítače z hlediska čísel identifikovaných adresou domu, ve kterém byly umístěny, az hlediska počtu přenesených z této adresy, jedna po druhé, do akumulátoru, kde každé zadané číslo bylo přidáno k tomu, co již bylo. Kdykoli bylo možné číslo v akumulátoru přenést zpět na přiřazenou adresu v úložišti a akumulátor se vyčistil pro další použití. Přenosy měly být provedeny uloženým programem, ve kterém byl seznam pokynů dodržován postupně. Řadový postup v seznamu by mohl být přerušen testovací instrukcí, která zkoumala znaménko čísla v akumulátoru. Poté byla operace zahájena od nového bodu v seznamu pokynů. To byla první informace, kterou jsem dostal o organizaci počítačů. … Náš první počítač byl nejjednodušším provedením těchto principů, s jediným rozdílem, že používal spíše odčítání než přidávání akumulátoru. (Dopis od Williamsa Randellovi, 1972; v Randellu [1972], s. 9)Přenosy měly být provedeny uloženým programem, ve kterém byl seznam pokynů dodržován postupně. Řadový postup v seznamu by mohl být přerušen testovací instrukcí, která zkoumala znaménko čísla v akumulátoru. Poté byla operace zahájena od nového bodu v seznamu pokynů. To byla první informace, kterou jsem dostal o organizaci počítačů. … Náš první počítač byl nejjednodušším provedením těchto principů, s jediným rozdílem, že používal spíše odčítání než přidávání akumulátoru. (Dopis od Williamsa Randellovi, 1972; v Randellu [1972], s. 9)Přenosy měly být provedeny uloženým programem, ve kterém byl seznam pokynů dodržován postupně. Řadový postup v seznamu by mohl být přerušen testovací instrukcí, která zkoumala znaménko čísla v akumulátoru. Poté byla operace zahájena od nového bodu v seznamu pokynů. To byla první informace, kterou jsem dostal o organizaci počítačů. … Náš první počítač byl nejjednodušším provedením těchto principů, s jediným rozdílem, že používal spíše odčítání než přidávání akumulátoru. (Dopis od Williamsa Randellovi, 1972; v Randellu [1972], s. 9)Poté byla operace zahájena od nového bodu v seznamu pokynů. To byla první informace, kterou jsem dostal o organizaci počítačů. … Náš první počítač byl nejjednodušším provedením těchto principů, s jediným rozdílem, že používal spíše odčítání než přidávání akumulátoru. (Dopis od Williamsa Randellovi, 1972; v Randellu [1972], s. 9)Poté byla operace zahájena od nového bodu v seznamu pokynů. To byla první informace, kterou jsem dostal o organizaci počítačů. … Náš první počítač byl nejjednodušším provedením těchto principů, s jediným rozdílem, že používal spíše odčítání než přidávání akumulátoru. (Dopis od Williamsa Randellovi, 1972; v Randellu [1972], s. 9)

Turingův časný vstup do vývoje v Manchesteru, na který upozornil Williams ve svém výše citovaném odkazu na Turing, mohl být prostřednictvím přednášek o počítačovém designu, které dal Turing a Wilkinson v Londýně v období od prosince 1946 do února 1947 (Turing a Wilkinson) [1946–7]). Přednášek se zúčastnili zástupci různých organizací, které plánují používat nebo stavět elektronický počítač. Kilburn byl v publiku (Bowker a Giordano [1993]). (Kilburn obvykle říkal, když se zeptal, odkud získal základní znalosti o počítači, že si nepamatuje (dopis od Briana Nappera do Copelandu, 2002); například v rozhovoru z roku 1992 uvedl: „Mezi začátkem roku 1945 a brzy 1947, v tom období, nějak nebo tak, jsem věděl, co je digitální počítač … Odkud jsem tyto znalosti získalnemám tušení “(Bowker a Giordano [1993], s. 19).)

Ať už Turingovy přednášky hrály jakoukoli roli při informování Kilburnové, není pochyb o tom, že kredit za počítač Manchester - zvaný „Newman-Williamsův stroj“v současném dokumentu (Huskey 1947) - patří nejen Williamsovi a Kilburnovi, ale také Newmanovi, a že vliv na papír Newmana Turinga z roku 1936 byl rozhodující, stejně jako vliv květinového kolosu.

První pracovní program AI, návrhář (dáma), napsaný Christopherem Stracheyem, běžel na Ferranti Mark I v Manchester Computing Machine Laboratory. Strachey (v té době učitel na Harrow School a amatérský programátor) napsal program s Turingovým povzbuzením a využíval nedávno dokončenou Příručku programátorů pro Ferranti. (Strachey se později stal ředitelem Programové výzkumné skupiny na Oxfordské univerzitě.) Do léta 1952 mohl program, Strachey hlásil, „zahrát celou hru návrhů přiměřenou rychlostí“. (Stracheyův program tvořil základ pro známý program dámy Arthura Samuela.) První šachový program také napsal pro Manchester Ferranti Dietrich Prinz; program byl poprvé spuštěn v listopadu 1951. Program byl navržen pro řešení jednoduchých problémů odrůdy mate-in-two a prozkoumal všechny možné kroky, dokud nebylo nalezeno řešení. Turing začal programovat svůj šachový hráč „Turochamp“na Ferranti Mark I, ale úkol nikdy nedokončil. Na rozdíl od Prinzova programu, Turochamp mohl hrát úplnou hru (když simuloval ruku) a operoval ne vyčerpávajícím hledání, ale pod vedením heuristiky.

ENIAC a EDVAC

Prvním plně fungujícím elektronickým digitálním počítačem, který byl postaven v USA, byl ENIAC, konstruovaný na Moore School of Electrical Engineering, University of Pennsylvania, pro Army Ordnance Department, J. Presper Eckert a John Mauchly. Dokončený v roce 1945, ENIAC byl poněkud podobný předchozím Colossus, ale značně větší a pružnější (ačkoli daleko od obecného účelu). Primární funkcí, pro kterou byl navržen ENIAC, byl výpočet tabulek používaných při zaměřování dělostřelectva. ENIAC nebyl počítač s uloženým programem a jeho nastavení pro novou úlohu spočívalo v opětovné konfiguraci stroje pomocí konektorů a přepínačů. Po mnoho let byl ENIAC považován za první fungující elektronický digitální počítač, přičemž Kolos byl všem neznámý, kromě několika.

V roce 1944 se John von Neumann připojil ke skupině ENIAC. Když byl Turing na Princetonské univerzitě v letech 1936–1938, stal se „zajímavým“(Goldstinovo slovo, [1972], s. 275) Turingovým univerzálním strojem. Ve škole Moore von Neumann zdůraznil význam konceptu uloženého programu pro elektronické výpočetní systémy, včetně možnosti umožnit stroji, aby během chodu upravil svůj vlastní program užitečným způsobem (například za účelem řízení smyček a větvení). Turingův dokument z roku 1936 („O kompatibilních číslech, s aplikací u Entscheidungsproblem“) byl vyžadován četba pro členy von Neumannovy poválečného počítačového projektu na Institutu pro pokročilé studium na Princetonské univerzitě (dopis Juliana Bigelowa do Copelandu, 2002; viz také Copeland [2004], s. 23). Zdá se, že Eckert si uvědomil,a před vstupem von Neumanna do skupiny ENIAC, že způsob, jak plně využít rychlosti zpracování dat elektronickými obvody, je umístit vhodně kódované instrukce pro řízení zpracování ve stejných vysokorychlostních paměťových zařízeních, která data uchovávají. sám (dokumentováno v Copelandu [2004], s. 26–7). V roce 1945, zatímco byl ENIAC stále ve výstavbě, von Neumann vypracoval výše zmíněný návrh zprávy, v němž uvedl myšlenky skupiny ENIAC pro elektronický univerzální digitální počítač s uloženým programem, EDVAC (von Neuman [1945]). EDVAC byl dokončen o šest let později, ale ne jeho původci, kteří opustili školu Moore, aby stavěli počítače jinde. Přednášky na Moore School v roce 1946 o navrhovaném EDVAC byly hojně navštěvovány a významně přispěly k šíření nových myšlenek.

Von Neumann byl prestižní postavou a díky svým spisům a veřejným adresám proslul koncept vysokorychlostního digitálního počítače s uloženým programem. V důsledku jeho vysokého profilu v oboru se stalo obvyklým, byť historicky nevhodným, označovat elektronické digitální počítače s uloženým programem za „von Neumannovy stroje“.

Fyzik Los Alamos Stanley Frankel, zodpovědný s von Neumannem a dalšími za mechanizaci rozsáhlých výpočtů podílejících se na návrhu atomové bomby, popsal von Neumannův pohled na důležitost Turingova papíru z roku 1936 v dopise:

Vím, že v roce 1943 nebo okolo roku 4444 si von Neumann dobře uvědomoval zásadní význam Turingova papíru z roku 1936… Von Neumann mě uvedl do tohoto dokumentu a při jeho naléhání jsem ho pečlivě studoval. Mnoho lidí uznalo von Neumanna jako „otce počítače“(v moderním slova smyslu), ale jsem si jist, že by se nikdy sám nedopustil této chyby. Možná by se dalo nazvat porodní asistentkou, ale pevně zdůraznil mě a ostatním jsem si jistý, že základní pojetí je Turingem, pokud to Babbage neočekává… Turing i von Neumann, samozřejmě, také významně přispěly k „redukci na praxi“těchto pojmů, ale nepovažoval bych je za srovnatelně důležitý se zavedením a vysvětlením pojmu počítač, který je schopen uložit do své paměti svůj program činností a modifikovat tento program v průběhu těchto činností. (Citováno v Randellovi [1972], s. 10)

Další významné rané počítače

Jiné pozoruhodné brzy uložené elektronické digitální počítače byly:

• EDSAC, 1949, postavený na Cambridge University Maurice Wilkes
• BINAC, 1949, postavený společností Eckert's a Mauchly's Electronic Control Co., Philadelphia (názory se liší v tom, zda BINAC skutečně fungoval)
• Whirlwind I, 1949, digitální počítačová laboratoř, Massachusetts Institute of Technology, Jay Forrester
• SEAC, 1950, americký úřad standardů východní divize, Washington DC, Samuel Alexander, Ralph Slutz
• SWAC, 1950, americký úřad pro standardy Western Division, Institut pro numerickou analýzu, Kalifornská univerzita v Los Angeles, Harry Huskey
• UNIVAC, 1951, Eckert-Mauchly Computer Corporation, Philadelphia (první počítač komerčně dostupný v USA)
• počítač IAS, 1952, Institut pro pokročilé studium, Princetonská univerzita, Julian Bigelow, Arthur Burks, Herman Goldstine, von Neumann a další (díky von Neumannově publikování specifikací stroje IAS se stal vzorem pro skupinu počítačů známý jako stroje třídy Princeton; počítač IAS měl také silný vliv na IBM 701)
• IBM 701, 1952, první sériově vyráběný elektronický počítač s uloženým programem.

Vysokorychlostní paměť

Návrhy EDVAC a ACE obhajovaly použití zkumavek naplněných rtutí, nazývaných „zpožďovací vedení“, pro vysokorychlostní interní paměť. Tato forma paměti je známá jako akustická paměť. Zpožděné linky byly původně vyvinuty pro potlačení ozvěny v radaru; Myšlenka jejich použití jako paměťových zařízení vznikla u Eckerta na Moore School. Turingův popis:

Navrhuje se postavit jednotky „zpožďovacího vedení“sestávající z rtuti… trubic o délce asi 5 'a průměru 1 ″, které jsou na každém konci v kontaktu s křemenným krystalem. Rychlost zvuku v… rtuti… je taková, že zpoždění bude 1,024 ms. Informace, které mají být uloženy, lze považovat za sekvenci 1024 „číslic“(0 nebo 1)… Tyto číslice budou představovány odpovídající sekvencí impulsů. Číslice 0… bude představována nepřítomností pulsu ve vhodném čase, číslice 1… její přítomností. Na tuto řadu impulzů působí jeden konec piezo-krystalu na konci řádku, je přenášen po linii ve formě nadzvukových vln a na druhém konci je krystalem přeměněn na měnící se napětí. Toto napětí je dostatečně zesíleno, aby poskytlo výstup řádově 10 voltů od vrcholu k vrcholu, a používá se k bráně standardního impulzu generovaného hodinami. Tento impuls může být znovu přiveden do vedení pomocí přenášejícího krystalu, nebo můžeme přivádět zcela jiný signál. Máme také možnost vést hradlový puls do jiné části kalkulačky, pokud v tuto chvíli potřebujeme tyto informace. Využití informací samozřejmě nevylučuje jejich uchování. (Turing [1945], s. 375)Využití informací samozřejmě nevylučuje jejich uchování. (Turing [1945], s. 375)Využití informací samozřejmě nevylučuje jejich uchování. (Turing [1945], s. 375)

Rtuťová zpožďovací paměť byla použita v EDSAC, BINAC, SEAC, pilotním modelu ACE, EDVAC, DEUCE a ACE v plném měřítku (1958). Hlavní výhodou zpožďovací linky jako paměťového média bylo, jak řekl Turing, že zpožďovací linky byly „již v provozu“(Turing [1947], s. 380). Zásadní nevýhodou zpožďovací linky bylo to, že náhodný přístup je nemožný, a navíc, čas potřebný k tomu, aby se instrukce nebo číslo objevily z zpožďovací linky, závisí na tom, kde v linii se stane.

Aby se minimalizovala čekací doba, Turing uspořádal, aby instrukce byly uloženy ne v po sobě jdoucích pozicích v zpožďovací lince, ale v relativních pozicích vybraných programátorem tak, aby se každá instrukce objevila přesně v okamžiku, kdy byla požadována, v pokud to bylo možné. Každá instrukce obsahovala specifikaci umístění další. Tento systém se následně stal známým jako „optimální kódování“. Byla nedílnou součástí každé verze designu ACE. Optimální kódování umožňovalo obtížné a neupravené programování, ale výhoda z hlediska rychlosti byla značná. Díky optimálnímu kódování byl pilotní model ACE schopen provádět násobení s pohyblivou řádovou čárkou za 3 milisekundy (Wilkesova EDSAC vyžadovala 4,5 milisekundy k provedení jediného násobení s pevným bodem).

V Williamsově trubici nebo elektrostatické paměti, jak již bylo zmíněno, bylo na přední straně komerčně dostupné katodové trubice uloženo dvourozměrné obdélníkové pole binárních čísel. Přístup k datům byl okamžitý. Williamsovy trubkové paměti byly použity v sérii strojů Manchester, SWAC, IAS a IBM 701 a v modifikované formě Williamsovy trubice ve Whirlwind I (do nahrazení magnetickým jádrem v roce 1953).

Na obou stranách Atlantiku byly vyvinuty bubnové vzpomínky, ve kterých byla data magneticky uložena na povrchu kovového válce. Zdá se, že počáteční myšlenka byla Eckertova. Buben poskytoval přiměřeně velké množství střední rychlosti paměti a byl použit k doplnění vysokorychlostní akustické nebo elektrostatické paměti. V roce 1949 byl Manchesterův počítač úspěšně vybaven bicí pamětí; toto bylo konstruováno Manchester inženýry na modelu bubnu vyvinutého Andrewem Boothem na Birkbeck College v Londýně.

Poslední významnou událostí v rané historii elektronického výpočtu byl vývoj paměti s magnetickým jádrem. Jay Forrester si uvědomil, že hysterezní vlastnosti magnetického jádra (běžně používané v transformátorech) půjčují samy o sobě implementaci trojrozměrného pevného pole náhodně přístupných úložných bodů. V roce 1949 na Massachusetts Institute of Technology začal tuto myšlenku zkoumat empiricky. Forresterovy prvotní experimenty s kovovým jádrem ho brzy vedly k vývoji vynikající feritové jádrové paměti. Společnost Digital Equipment Corporation se zavázala postavit počítač podobný Whirlwind I jako testovací vozidlo pro feritovou jádrovou paměť. Paměťový testovací počítač byl dokončen v roce 1953. (Tento počítač byl použit v roce 1954 pro první simulace neuronových sítí, Belmont Farley a Wesley Clark z MIT 's Lincoln Laboratory (viz Copeland a Proudfoot [1996]).

Jakmile se projevila absolutní spolehlivost, relativní laskavost, vysoká kapacita a trvalá životnost feritové jádrové paměti, jádro brzy nahradilo jiné formy vysokorychlostní paměti. Počítače IBM 704 a 705 (oznámené v květnu a říjnu 1954) přinesly široké využití základní paměti.

Bibliografie

Citované práce

• Babbage, C. (ed. Campbell-Kelly, M.), 1994, Pasáže ze života filozofa, New Brunswick: Rutgers University Press
• Bennett, S., 1976, 'FC Williams: jeho příspěvek k vývoji automatického řízení', Národní archiv pro historii výpočetní techniky, University of Manchester, Anglie. (Toto je strojopis založený na rozhovorech s Williamsem v roce 1976.)
• Bowker, G., a Giordano, R., 1993, 'Interview with Tom Kilburn', Annals of the History of Computing, 15: 17–32.
• Copeland, BJ (ed.), 2004, The Essential Turing Oxford University Press
• Copeland, BJ (ed.), 2005, automatický výpočetní stroj Alana Turinga: Boj mistra Codebreakera o vybudování moderního počítače Oxford University Press
• Copeland, BJ a další, 2006, Colossus: The Secrets of Bletchley Park Codebreaking Computers Oxford University Press
• Copeland, BJ, a Proudfoot, D., 1996, „O Alan Turingově očekávání konekcionismu “Synthese, 108: 361–377
• Evans, C., 197?, Rozhovor s MHA Newman v „Průkopníci práce na počítači: orální historie práce na počítači“, Londýn: Science Museum
• Fifer, S., 1961, Analog Computation: Theory, Techniques, Applications New York: McGraw-Hill
• Ford, H., 1919, „Mechanické hnutí“, Úřední věstník patentového úřadu Spojených států, 7. října 1919: 48
• Goldstine, H., 1972, Počítač od Pascala k von Neumann Princeton University Press
• Huskey, HD, 1947, „Nejmodernější elektronický digitální výpočetní systém v Británii a ve Spojených státech“, [Copeland 2005]
• Newman, MHA, 1948, „Obecné zásady návrhu univerzálních výpočetních strojů“, řízení Královské společnosti v Londýně, série A, 195 (1948): 271–274
• Randell, B., 1972, „O Alanu Turingovi a původech digitálních počítačů“, v Meltzer, B., Michie, D. (eds), Machine Intelligence 7, Edinburgh: Edinburgh University Press, 1972
• Smith, BC, 1991, 'Sova a elektrická encyklopedie', Artificial Intelligence, 47: 251–288
• Thomson, J., 1876, „Na integračním stroji s novým kinematickým principem“, řízení Královské společnosti v Londýně, 24: 262–5
• Turing, AM, 1936, „O kompatibilních číslech, s aplikací u Entscheidungsproblem“, sborníku London Mathematical Society, Series 2, 42 (1936–37): 230–265. Přetištěno v The Essential Turing (Copeland [2004]).
• Turing, AM, 1945, „Navržená elektronická kalkulačka“, v automatickém výpočetním motoru Alana Turinga (Copeland [2005])
• Turing, AM, 1947, „Přednáška o automatickém výpočetním enginu“, v Essential Turing (Copeland [2004])
• Turing, AM, a Wilkinson, JH, 1946–7, „The Luring-Wilkinson Lecture Series (1946-7)“, v automatickém výpočetním motoru Alana Turinga (Copeland [2005])
• von Neumann, J., 1945, „První návrh zprávy o EDVAC“, ve Stern, N. Od ENIAC po UNIVAC: Posouzení počítačů Eckert-Mauchly Bedford, Mass.: Digital Press (1981), str. 181–246
• Williams, FC, 1975, „Early Computers at Manchester University“, The Radio and Electronic Engineer, 45 (1975): 237–331
• Wynn-Williams, CE, 1932, 'Thyratron "Scale of Two" Automatic Counter' Proceedings of Royal Society of London, series A, 136: 312–324

Další čtení

• Copeland, BJ, 2004, 'Colossus - jeho původ a původci' Annals of the History of Computing, 26: 38–45
• Metropolis, N., Howlett, J., Rota, GC (eds), 1980, Historie práce na počítači ve dvacátém století v New Yorku: Academic Press
• Randell, B. (ed.), 1982, Počátky digitálních počítačů: Vybrané papíry Berlín: Springer-Verlag
• Williams, MR, 1997, Historie výpočetní techniky Los Alamitos: IEEE Computer Society Press

Další internetové zdroje

• Turingův archiv pro historii výpočetní techniky
• Domovská stránka Alana Turinga
• Charles Babbage Institute
• Computational Logic Group ve společnosti St. Andrews
• The Computer Conservation Society (UK)
• Domovská stránka CSIRAC (aka CSIR MARK I)
• CryptoCellar Frode Weierud
• Logic and Computation Group ve společnosti Penn
• Virtuální muzeum výpočetní techniky