ИСТОРИЯ ВТ
"Фильм сделан, остается его снять", - говорил великий кинорежиссер Рене Клэр. С некоторой натяжкой то же самое можно сказать и об АСЕ. Но какая организация возьмется за "съемку фильма" - конструктивное воплощение логических идей группы Тьюринга, изготовление машины? Самостоятельно решение этих задач было НФЛ не под силу. Правда, в ней имелся радиотехнический департамент, но его сотрудники не были специалистами в области импульсной техники, а о ВТ знали лишь понаслышке. Впрочем, сэр Чарльз рассматривал АСЕ как "национальную вычислительную машину" и утверждал (1946 г.): "Весьма возможно, что одной этой машины будет достаточно, чтобы решить в масштабах всей страны проблемы, на которые она ориентирована"*1. Поэтому он полагал, что необходимо привлечь государственные организации, имеющие опыт работы с импульсной электронной техникой и создания сложных устройств на ее базе.
_____
*1 См. статью "Первая попытка", PC Week/RЕ, N 18/2006, c.35
Первой организацией, к которой обратился директор НФЛ, была Научно-исследовательская лаборатория британского почтового ведомства (POS) в Доллис-Хилле, в стенах которой, как мы помним, были созданы COLOSSUS’ы. Однако, как вспоминал их создатель Т. Г. Флауэрс, "необходимость послевоенной реконструкции телефонной связи в стране не оставляла места для работы над другими проектами, поэтому предложение [построить ЭВМ] отклонили; были изготовлены лишь экспериментальный образец РУЛЗ"*1 (Флауэрс здесь недоговаривает: в POS также вынашивали планы построения ЭВМ и с этой целью направили его в конце 1945 г. в школу Мура).
_____
*1 Контракт между НФЛ и POS был заключен в июне 1946 г. В соответствии с ним в Доллис-Хилле в январе 1947 г. был создан опытный образец памяти на РУЛЗ емкостью 1000 двоичных разрядов.
Неудачей закончилась попытка заинтересовать проектом машины и Научно-исследовательский институт дальней связи (TRE) - здесь также разрабатывали собственную ЭВМ под руководством д-ра Альберта М. Аттли (A. M. Uttley). Отказались от сотрудничества и университеты - Кембриджский и Манчестерский.
Руководству НФЛ ничего не оставалось, как организовать в рамках радиотехнического департамента секцию электроники (Electronics Section) из 12 человек, поручив ее руководство д-ру Г. А. Томасу (H. A. Thomas). "Это был энергичный человек, но, к несчастью, его интересы лежали в области промышленной электроники, а не конструирования вычислительных машин... В секцию набирали сотрудников НФЛ: некоторые из них ранее проявляли интерес к электронике, но другие новички не имели никакого представления об импульсной технике и приобретали полезный опыт уже в процессе работы над проектом... Плохо было и то, что Томас и Тьюринг были совершенно разными людьми и едва выносили присутствие друг друга. Возникла ситуация, при которой две группы разработчиков [математики и электронщики] с самого начала не смогли наладить сотрудничество" (Уилкинсон). Положение оказалось патовым: одни разрабатывали программы, которые нельзя было проверить, другие - "сырые" схемы.
В этой непростой ситуации на помощь руководству НФЛ пришел Д. Р. Хартри, по предложению которого в январе 1947 г. в качестве консультанта пригласили из США опытного компьютерщика Г. Д. Хаски, одного из разработчиков "железа" ENIAC и EDVAC. "К сожалению, у него не получилось сотрудничество с Тьюрингом, хотя отношения с другими членами группы были весьма сердечными" (Уилкинсон). Хаски не скрывал, что идея разработки и изготовления вычислительной машины сторонней организацией была ошибочной, и настоятельно рекомендовал усилить математический департамент инженерами-электронщиками. Тьюринг к рекомендациям Хаски отнесся индифферентно, может быть, еще и потому, что, разочаровавшись в политике руководства НФЛ, намеревался уйти в Кембриджский университет (что и сделал в июле 1947 г.).
ЭВМ Pilot ACE
С одобрения Дарвина и Уомерсли оставшимся членам группы (среди которых не было ни одного профессионального электронщика!) Хаски предложил построить небольшую модель машины (ее назвали Test Assembly) с целью проверки некоторых идей, заложенных в "версию V". Дело продвигалась довольно споро, но из-за интриг Г. А. Томаса сэр Чарльз неожиданно распорядился прекратить все работы Хаски и сосредоточить конструирование "железа" в секции электроники, закрепив за бывшей группой Тьюринга лишь вопросы программирования*1. Однако, как мы увидим, опыт, приобретенный математиками при работе над электроникой Test Assembly, не пропал даром.
_____
*1 Хаски улетел в Америку, где впоследствии возглавил разработку двух других исторических ЭВМ (о них речь пойдет в других статьях цикла)
Понимая профессиональную слабость вверенной ему группы сотрудников, Томас пригласил в НФЛ в сентябре 1947 г. двух опытных инженеров из исследовательской лаборатории компании Electric and Musical Industries Ltd. (EMI Ltd.) Эдварда А. Ньюмена (Edward A. Newmen, 1919-1992) и Дэвида Клейдена (David Clayden). Используя свой опыт конструирования телевизионных и радарных установок под руководством А. Д. Блумлейна, они возглавили разработку (и переработку) электронных цепей, следуя методике своего покойного шефа*1.
_____
*1 Алану Доуеру Блумлейну (Alan Dower Blumlein, 1903-1942) принадлежал патент на усилитель, в котором ток, проходящий через лампу, определялся катодным сопротивлением значительного номинала. Это позволяло, в частности, отказаться от предварительного отбора ламп с идентичными характеристиками и уменьшало время переключения в цифровых схемах. Блумлейн известен также как автор электронного репродуцирования звука от двух микрофонов и двух громкоговорителей, известного сейчас как стереофония. В годы войны он возглавлял разработку радара под кодовым названием "H2S" для "слепого" бомбометания самолетами британских ВВС и погиб 7 июня 1942 г., когда в испытательном полете разбился бомбардировщик, на борту которого он находился.
Однако проект двигался ни шатко ни валко, пока весной 1948 г. Томас не ушел в известную компанию Unilever PLC, изготовлявшую потребительские товары, и его место занял другой инженер Радиотехнического департамента - Ф. М. Коулбрук (F. M. Colebrook). "Примерно через две недели после назначения, - вспоминал Уилкинсон, - он пришел ко мне... и предложил четырем ведущим специалистам нашей группы (Олвею, Вуджеру, Дейвису и мне) временно присоединиться к его секции и попытаться объединенными усилиями сдвинуть проект с мертвой точки [по-видимому, предложение Коулбрука основывалось на информации о работе математиков над Test Assembly]... Мои коллеги единодушно поддержали идею Коулбрука. Он был исключительно тактичным администратором, руководил, не вмешиваясь в технические вопросы, и вскоре взаимная неприязнь между двумя группами исчезла... После месяца или двух, которые мы потратили на притирку математиков и электронщиков, Коулбрук сказал: "Почему бы нам не попытаться построить пилотный образец машины, успех которого продемонстрирует руководству нашу компетентность и, следовательно, позволит продолжить проект?".
ЭВМ DEUCE
Дарвин и Уомерсли поддержали этот план, и в середине 1948 г. (по другим данным - в начале следующего года) началась детальная разработка конструкции ЭВМ Pilot ACE, в основу которой был положен упрощенный вариант "версии V". Формально работой руководили Уилкинсон (ответственный за программную часть) и Ньюмен (главный конструктор "железа"), но - редкий случай в истории ВТ! - математики участвовали в конструировании и распайке макетов отдельных электронных узлов наравне с электронщиками*1. Конструктивно эти узлы располагались на взаимозаменяемых шасси, которые после отладки схем и чистовой пайки устанавливались в стойку машины (Уилкинсон с гордостью вспоминал, что схема первого шасси была разработана и распаяна Олвеем и им).
_____
*1 В окончательном виде Pilot ACE была изготовлена в мастерских НФЛ.
Осенью 1949 г. большая часть входящих в машину шасси была изготовлена и началась сборка Pilot ACE, которая завершилась в феврале следующего года. На этапе отладки группа столкнулась с многочисленными трудностями, связанными с синхронизацией работы отдельных блоков, поддержанием температурного режима РУЛЗ, нестабильным функционированием источника питания и т. д. В конце апреля секцию электроники посетил новый директор НФЛ физик-атомщик Эдвард Крисп Баллард (Edward Crisp Bullard, 1907-1980), поинтересовавшись сроком, когда "оживет" это нагромождение "железок" и "непричесанных" проводников. Уилкинсон вспоминал: "Я сказал, что мы рассчитываем пустить машину через одну или две недели. Баллард был прямым парнем, поэтому с изрядной долей скепсиса заметил: "Продолжайте, только не пытайтесь повесить мне лапшу на уши*1. Мне говорили, что дела у вас идут плохо". Я сказал: "Вы могли услышать такое мнение от многих, и оно и вправду соответствовало положению дел. Но сейчас мы значительно продвинулись вперед, и я вам твердо обещаю, что через неделю-другую все заработает". Естественно, когда это произошло, я пытался сообщить ему об этом, как и обещал, и многократно пытался связаться с ним по телефону. Но он был неуловим... Я мотался вверх и вниз по зданию НФЛ, бормоча: "Этот чертов директор никогда не бывает на месте, когда вам необходимо его повидать". Но в один из таких дней он появился в нашей комнате, перелезши через окно (!) со словами: "Вот вам чертов директор. Я прослышал, что Э Т О заработало". Я продемонстрировал ему программу, он поигрался с ней и согласился с тем, что машина работает. [Это событие произошло 10 мая. Программа состояла в следующем: с помощью одного из 32 переключателей в машину последовательно вводились двоичные числа, которые суммировались в аккумуляторе; когда последний переполнялся, загоралась контрольная лампочка. - Прим. автора]. Затем он повернулся ко мне и с усмешкой сказал: "Вы оказались правы, но ваша программа отнюдь не представляет собой эпохальное явление", с чем мы вынуждены были согласиться...".
_____
*1 В оригинале использовано аналогичное по смыслу выражение: "can’t pull the wool over my eyes".
Разработчики продолжали шлифовать свое творение, сложность решаемых задач увеличивалась, и по настоянию Балларда в ноябре (по другим данным - в декабре) 1950 г. была организована трехдневная публичная демонстрация Pilot ACE. Первый день отводился для популярной прессы, второй - для технической и третий - для специалистов (среди которых были Уилкс, Уильямс и Килберн) и VIP-публики. Однако потребовалось еще чуть более года, пока началась рабочая эксплуатация машины на коммерческой основе.
Pilot ACE была построена на 800 (!) лампах и работала на тактовой частоте 1 MГц; ее память состояла из одиннадцати длинных РУЛЗ, каждая из которых хранила 32 тридцатидвухразрядных двоичных числа с фиксированной запятой, пяти коротких линий на одно машинное слово и двух линий на два слова. Операции ввода-вывода осуществлялись с помощью перфорационного оборудования компании British Tabulating Machine Co. (BTM): перфокарты пробивались таким образом, чтобы одна линия пробоек соответствовала одному машинному слову (всего таких слов помещалось на перфокарте двенадцать); скорость ввода и вывода составляли соответственно 200 и 100 карт в минуту. Эти операции выполнялись параллельно с вычислениями: перфокарты считывались непрерывно, и за время считывания одной линии пробоек машина успевала преобразовать двоичный код в десятичный или выполнить другие операции*1. Нажатие кнопки "Пуск" машина интерпретировала как команду считывания первой перфокарты и направление ее содержимого в регистр команд.
_____
*1 Этот прием был хорошо известен специалистам ВТ (см. статью "Недостающее звено" в PC Week/RЕ, N 8/2006, c. 41).
Машина была снабжена дисплеем на ЭЛТ, который позволял просмотреть содержание памяти на РУЛЗ и проследить за ходом вычислений. Время сложения чисел с фиксированной запятой изменялось в интервале 64-1024 мкс в зависимости от положения команды в РУЛЗ. "Мы не планировали снабдить машину устройством умножения, - вспоминал Уилкинсон, - так как наши опыты показали, что благодаря оптимальному кодированию мы можем с помощью подпрограммы выполнить перемножение чисел с плавающей запятой за 10 мс" (но впоследствии устройство умножения все-таки было включено в состав оборудования Pilot ACE).
Возможности машины существенно расширял магнитный барабан емкостью 4К слов, включенный в ее состав в 1954 г. Скорость вращения барабана была подобрана так, что за один оборот можно было записать на него содержание одной "длинной" РУЛЗ (и аналогично выполнить передачу информации в оперативную память). Это сокращало объем оборудования, так как избавляло от необходимости иметь буферные регистры. Барабан имел 16 считывающих и столько же записывающих головок. Их положение регулировалось так, чтобы они занимали восемь позиций, что позволяло иметь в общей сложности 128 дорожек.
Pilot ACE была снята с эксплуатации в мае 1955 г. (по другим данным - в июне следующего года). Ее заменила полная версия АСЕ, которая разрабатывалась в НФЛ в период 1953-1957 гг. под руководством А. М. Аттли и была введена в действие в 1958 г. От прототипа она отличалась измененной системой команд, длиной машинного слова (40 разрядов) и некоторыми другими характеристиками, содержала около 7000 ламп и четыре НМБ, каждый с 256 дорожками, что позволяло хранить 32К машинных слов. Времена сложения и умножения составляли соответственно 0,33 мкс и 0,5 мс (по мнению некоторых экспертов, использование "оптимального кодирования" позволило в несколько раз увеличить быстродействие АСЕ).
Промышленную версию Pilot ACE под названием DEUCE (Digital Electronic Universal Computing Engine) построила компания English Electric Company Ltd. (EEC). История сотрудничества двух организаций началась в 1949 г., когда машиной заинтересовался глава EEC лорд Джордж Нельсон (George Nelson, 1887-1662), бывший в то время членом исполнительного комитета НФЛ. Он предложил помощь в проектировании машины, имея в виду ее последующий серийный выпуск силами своей компании, и командировал в январе в лабораторию группу инженеров во главе с А.С.Д. Хейли (А.С.Д. Haley). Последний весьма скептически отозвался о сделанных в НФЛ разработках, назвав их "собачьим завтраком", но тем не менее инженерный десант активно включился в работу команды Уилкинсона - Ньюмена.
Разработка серийного компьютера происходила в Нельсоновских исследовательских лабораториях (Nelson Research Laboratories) в Стаффорде и позднее в специально созданном Департаменте промышленной электроники (Industrial Electronics Department) в Кидсгоуве, графство Стаффордшир. Машины были программно совместимы, имели в целом одну и ту же внутреннюю структуру, однако некоторые схемотехнические и конструктивные решения, заложенные в Pilot ACE, были переработаны с целью повышения надежности и удобства в эксплуатации (например, операции умножения и деления чисел с фиксированной запятой выполнялись аппаратно). Первый экземпляр машины был поставлен в марте 1955 г., в НФЛ затем появились две модификации машины: DEUCE 2 (в конце того же года) и DEUCE 2А (в 1957-м).
DEUCE содержала 1450 ламп (почти в два раза больше, чем ее прототип) и работала на тактовой частоте 1 МГц; емкость памяти на "длинных" РУЛЗ составляла 400 тридцатидвухразрядных слов, кроме того, имелись "короткие" РУЛЗ - четыре из них предназначались для хранения одного машинного слова, три - для двух слов и две - для четырех слов. Одна РУЛЗ работала в режиме стека и содержала адреса приема и возврата в основную программу после выполнения подпрограмм. Емкость магнитного барабана*1, вращавшегося со скоростью 6500 об/мин, равнялась 8К, была предусмотрена возможность подключения накопителя на магнитной ленте, ввод-вывод информации осуществлялся с помощью перфокарт. Среднее время сложения и умножения чисел с фиксированной запятой занимало соответственно 32 мкс и примерно 2,1 мс. Машина была снабжена двумя дисплеями на ЭЛТ.
_____
*1 Барабан имел рекордно малые размеры - 10 см в диаметре и 15 см в высоту.
Руководство EEC опасалось, что сложность программирования отвратит потенциальных покупателей DEUCE, но этого, к счастью, не случилось. Ее охотно покупали государственные учреждения, крупные промышленные компании, оборонные предприятия и университеты. В период с 1955-го по 1961 г. было продано примерно 30 машин, что было для того времени значительным коммерческим успехом (стоимость машин лежала в диапазоне 50-60 тыс. фунтов)*1. Одна из машин в 1956 г. была поставлена в Австралию Техническому университету штата Новый Южный Уэллс (New South Wales Technological University, NSWTU) и введена в действие в только что открытом вычислительном центре университета. Инженеры NSWTU внесли в машину незначительные изменения (в основном касающиеся периферийных устройств) и переименовали ее в "Электронную вычислительную машину Технического университета" (University of Technology Electronic Computer, UTECOM). Под этим именем она вошла в историю ВТ.
_____
*1 В 60-е годы ЕЕС самостоятельно разработала ряд небольших ВМ, одна из которых (KDF 9) смело может быть отнесена к числу исторических.
Помимо DEUCE идеи, заложенные в Pilot ACE, нашли непосредственное воплощение еще в ряде ЭВМ: британских (EMI Business Machine, MOSAIC, PB250) и американской G-15, разработанной Г. Хаски в Государственном университете Уэйна и выпущенной компанией Bendix Corp. в количестве свыше 400 экземпляров.
