2005.02.24

Első generációs gépek: ENIAC

ENIAC építése
Az aberdeeni kísérleti loteret 1935-tol Herman H. Zornig vezette, aki Atanasoff mellett végezte el a Iowa State College-ot, majd katona lett. Vezetésével jött létre Aberdeenben a Ballisztikai Kutató Laboratórium.

1940-ben három tiszt: Simon, Zornig és Gillon felkereste a IBM-et lyukkártyás berendezések tudományos felhasználása ügyében. Ennek eredményeképpen az IBM épített két speciális szorzógépet, az egyiket Aberdeenben, a másikat Los Alamosban állították munkába. De a lőtéren folyó fejlesztés ekkor már az IBM-tol alapvetően külön indult el.

Nőket képeztek ki a kutatóállomás számára szükséges számítások elvégzésére, elsősorban a kutatók feleségeit, majd késobb Baltimore-ban és Philadelphiában is létrejött egy kiképző hely, ahol végül kb. 100 ember támogatta az Aberdeenben dolgozó másik száz ember munkáját.

A laboratórium fő feladata a tüzérség és a bombázók lőelem táblázatainak kiszámítása volt, így mint katonai cél államérdek is lett.

Relé vagy elektroncső?
A jelfogó gyorsítása lehetetlen, noha csak kb. 1 gramm körüli az érintkező, tehetetlensége miatt 1 ms időre van szükség a kapcsoláshoz. Ezzel szemben az elektroncső kapcsolási ideje 1s. (Ma már 1 tized ps-nál rövidebb idő alatt kapcsol az IC.)

A megbízhatóság volt a relé melletti fő érv. A csövek élettartama átlagosan 2500 óra volt ez időben. A majd 18 000 darab, 16 különböző típusú elektroncső egy központi órajelre dolgozott, amely másodpercenként 100 000 impulzust adott. Ez azt jelenti, hogy amikor a gép szinkron üzemben dolgozott, akkor egy másodperc alatt 1,8 milliárd hibalehetoség fordult elő, ami naponta majd 2×10¹⁴ hiba. Azaz a gépnek billiomod valószínuséggel volt csak szabad hibáznia!

Mégis a csövek mellett döntöttek, Eckertnek köszönhetően. A megoldás egyszeru volt. A szokásos 6,3 V helyett csak 5,2 V-on muködtették őket, sohasem kapcsolták ki a készüléket, így állandó hőmérsékleten tudták tartani az izzószálakat, ami kevesebb kiégést okozott, valamint az előírt feszültség szint 25%-án üzemeltették az anódot és a rácsokat. Így csak hetente egyszer történt nagyobb meghibásodás, és kellett hibás csöveket keresgélni, jóllehet naponta történt ellenorzés.

Eckert által személyesen végzett következetes minoségi válogatásnak és az alacsony feszültségi szintu üzemeltetésnek köszönhetoen a meghibásodási arány igen alacsony volt. Mauchly inkább a gép elméleti kidolgozásában játszott fontos szerepet, a fejlesztés problémás helyzeteiben sikerült új ötletekkel lendítenie a munkán, de az üzemeltetés már nem igen kötötte le.

Az előkészület
1941-ben Atanasoff korábbi gépeinek terveit Mauchly átvizsgálja és javítási terveket készít. 1942-ben ifjabb J. Presper Eckert beleveti magát a számolóáramkörök csekélyke irodalmába, és hamarosan a terület szakértőjévé válik. 1943. április 9-én Mauchly, Goldstine és Simon találkozik, megkötik az ENIAC megépítéséről szóló megállapodást. A gépbe építendő közel 18 ezer cső miatt van ugyan némi fenntartása továbbra is Simonnak a Laboratórium részéről, de ennek dacára 1943. május 31-én elkezdődik a munka.

A gép felépítése
30 egységből állt a gép, minden egység egy megkövetelt funkciónak tett eleget. A főleg aritmetikai műveletek végrehajtására tervezett egységek között 20 akkumulátor található az összeadáshoz és a kivonáshoz, továbbá egy szorzó egy osztó és egy négyzetgyökvonó egység is. A számokat egy IBM kártyaolvasóval összekapcsolt ún. konstans átviteli egységgel lehetett bevinni, amelyek szabványosak voltak, kártyánként 16 jelet és 80 számot lehetett bevinni. A konstans átviteli egység tárolt is, így a bevitt jel később is elérhető volt. Az eredményeket kártyára lyukasztva adta ki az ENIAC nyomtatója, amely egy IBM kártyalyukasztóval volt összekapcsolva. A kártyákról egy IBM tabulátor segítségével készült el automatikusan a nyomtatott táblázat.

Három függvénytábla egység tárolta a táblázatok adatait: 104 független változót , 12 jeggyel és 2 előjellel. A későbbi feldolgozáshoz szükséges részeredmények az akkumulátorban maradtak, ha ennek kapacitása kevésnek bizonyult, akkor azt kártyára lyukasztva a konstans átviteli egységen keresztül vissza lehetett tölteni. Az elektronikus gyűrűs számlálók a mechanikus gépekhez hasonlóan működtek. Két fo áramkör volt a: flip-flop és a trigger. Az ENIAC számlálója sorosan kapcsolt flip-flopokból állt. A gyurus számláló azt jelenti, hogy az utolsó állapot után újra az első következett. Ez működésében nagyon hasonlít a fordulatszámlálóhoz. A gép decimális volt, 10 darab 10-fokozatú és egy kétfokozatú gyűrűs számlálóval, utóbbi az előjel jelzésére szolgált. A 9. fokozat után a következő gyűrűsszámláló egy áramlökést kapott, jelezve hogy átvitel történt. Elsoként bevitték a számot egy megfelelő vezetéken, amit hozzáadtak az akkumulátor tartalmához. A kivonást összeadásként végezte el, komplementer-képzéssel.

A P (plusz) a pozitív, az M (mínusz) a negatív szám előjelét szimbolizálja, pozitív a szám, ha nem kap áramlökést és negatív ha kap.

P 0 0 0 0 0 0 1 3 4 5

M 9 9 9 9 9 1 4 5 6 5

Egy összeadás vagy kivonás 0,0002 s-ot vett igénybe, a szorzás 14 összadásnyi ideig tartott a szorzóegységgel, amelybe a gyorsítás érdekében egy szorzótáblára emlékeztető elektronikus eszköz volt beépítve. Az osztás 143 összeadásnyi ideig tartott, azaz kb. 30 ms-ig, a négyzetgyökvonás hasonlóan. A függvénytáblának nevezett rész szolgált a számok tárolására, ami az ENIAC-kal megegyezo sebességgel dolgozott, így lehetové tette a folyamatos munkát.

Az első számítások
1944-ben ugyan Goldstine fertőző májgyulladást kapott és kórházba került, de látható volt, hogy a gépet megadott határidore nélküle is be fogják fejezni. Egyetlen rész nem készült el időben: az adatok közvetlen be- és kiírására szolgáló egység. 1944. októberében kezdett el muködni a két akkumulátoregység, innentől mindenki derulátó lett, hogy 1945. január 1-ére a gép működésképes lesz. Goldstine 1944. júliusában állt újra szolgálatba. Neumann augusztus 7-én látogatta meg az ENIAC-et elsoként. Neumann az, aki Goldstine nyers továbbfejlesztési ötleteiben meglátta a fantáziát és segített őket letisztázni.

1945. őszére az ENIAC építése a befejezéséhez közeledett, de a tervezett szeptember 30-a helyett november közepére csúszott az indulás. Időközben átszállították a a pennsylvaniai Moore Intézetbe.

Az első feladat 1 000 000 IBM-kártyára lyukasztva érkezett, ami egy Los Alamosi probléma megoldásához kellett. 1945. november 23-án fogtak neki a probléma géprevitelének, ami már december 10-én futott. Egy 25-i gőzcsotörés miatt ugyan vízben úszott a gép, öt ember cserélgette a vödröket és törölte a vizet.

1945. júliusában kezdték el a programozók képzését. Ezt foként Adele Goldstine irányította, mivel ő és férje volt csak teljes egészében tisztában az ENIAC programozásával. Az utasításkészlet 51 utasításból állt, amelyet késobb 60, majd 92 utasításra növeltek meg. A teljes dokumentáció 301 oldal hosszúságú volt, 122 ábrát tartalmazott. 1946. február 15-én tartották a nyílt nappal egybekötött bemutatót és az ünnepélyes átadást. Ekorra az ENIAC már több mint 1000 órát futott. A kormány hivatalosan 1946. június 30-án vette át, és sorolta be a gépet a Philadelphiai Kerületi Hadianyag-ellátási Szolgálat Fonökségéhez.

1946 november 9-én visszavitték Aberdeenbe, ahol csak 1947. július 29-én helyezték újra üzembe. Ettől kezdve egészen 1955. október 2-ig működött, majd innen egy washingtoni múzeumba került.

Az ENIAC paraméterei:

• órajel - 100kHz
• 18000 elektroncső
• 1500 jelfogó
• 70000 ellenállás
• 10000 kondenzátor
• 6000 kapcsoló
• 200 mikrosec.-es összeadási sebesség
• 3 millsec.-es szorzási sebesség
• 30 millsec.-es osztási sebesség
• 30,5 méter hosszú
• 3 méter magas
• 1 méter széles
• 140 kW telj. felvétel