НИ НА ЧТО НЕ ПОХОЖАЯ…

Юрий Полунов

Окончание. Начало см. http://www.computer-museum.ru/frgnhist/turing_p.htm

“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.

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 COLOSSUSы. 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 РУЛЗ2” (Флауэрс здесь не договаривает: в POS также вынашивали планы построения ЭВМ и с этой целью направили его в конце 1945 г. в школу Мура).

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 оказалась 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” ENIACа и EDVACа. “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 программирования3. Однако, как мы увидим, опыт, приобретенный математиками при работе над электроникой Test Assembly, не пропал даром.

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 шефа4.

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?””.

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 электронщиками5. 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).

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 уши6. 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…”.

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 Килбёрн) 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 операции7. Нажатие кнопки “Пуск” машина интерпретировала как команду считывания первой перфокарты и направление ее содержимого в регистр команд.

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.

ЭВМ DEUCE

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 барабана8, 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.

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 по 1961 гг. было продано примерно 30 машин, что было для того времени значительным коммерческим успехом (стоимость машин лежала в диапазоне 50—60 тыс. фунтов)9. 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.

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.

Примечания

1. См. статью “Первая попытка”

2. 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.

3. Хаски улетел в Америку, где впоследствии возглавил разработку двух других исторических ЭВМ (о них речь пойдет в других статьях цикла).

4. 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.

5. В окончательном виде Pilot ACE была изготовлена в мастерских НФЛ.

6. В оригинале использовано аналогичное по смыслу выражение: “can't pull the wool over my eyes”.

7. Этот прием был хорошо известен специалистам ВТ (см. статью “Недостающее звено” ).

8. Барабан имел рекордно малые размеры — 10 см в диаметре и 15 см в высоту.

9. В 60-е годы ЕЕС самостоятельно разработала ряд небольших ВМ, одна из которых (KDF 9) смело может быть отнесена к числу исторических.

Из Цикла статей Ю. Полунова "Исторические машины".
Статья опубликована в PCWeek/RE №36 2006 г.

Статья помещена в музей 24.10.2006 года