2005.02.24

Első generációs gépek: EDVAC

A hibák áthidalására egy új gép gondolata fogalmazódott meg, amit késobb EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) néven emlegettek. Az első beszélgetésre 1945. márciusában került sor, ahol jelen volt Mauchly, Arthur Burks, Goldstine és Neumann is. Ezen a megbeszélésen Neumann közölte, hogy néhány héten belül előterjeszti az EDVAC logikai vezérlésére vonatkozó elemzéseit és néhány példát is szolgáltat.

A második nagyobb megbeszélési kört záró jelentésre június 24-én került sor, amit Neumann maga állított össze. A 101 oldalas jelentés címe: "First Draft of a Report on the EDVAC by John von Neumann", azaz az első vázlat az EDVAC-ról. Neumann színrelépése elott a Moore Intézetben dolgozó csoport tagjai a súlyos technikai problémákra koncentráltak, nem folytattak szerzoi jogi vitákat. A jelentés viszont megosztotta a csoportot, technológusokra - Mauchly és Eckert - illetve logikával foglalkozókra - Burks, Goldstine és Neumann -, ez a megosztottság később kettészakadást is jelentett.

A művonal alapötlete kétségkívül Eckerté volt, de mi is ez. Pierre és Jacques Curie fedezte fel 1880-ban, hogy egy megfelelően metszett kvarckristályban nyomás hatására elektromos feszültség ébred, és megfordítva, elektromos feszültség hatására a kristály mechanikai alakváltozást szenved. Ezek a kristályok akár több millió rezgésre is képesek másodpercenként. (A piezein: nyomni görög szóból származóan piezoelektromos jelenség lett a neve.) Az elektromosság a vezetékben közel hangsebességgel terjed (3 10⁸ m/s) míg a lökéshullámok a higanyban csak 1450 m/s sebességgel terjednek. Ha tehát fogunk e higannyal teli 1,45 m hosszú edényt, a két végére piezokristályokat szerelünk, akkor egy ezred másodperc késést lehet elérni a vonalon, ha a hullám a higanyon halad keresztül. Azaz a jelet 1 ezred másodpercig eltároltuk! Természetesen a jelet visszacsatolhatjuk, így hosszabb ideig tárolhatjuk, de kell erősítés is, ha lényegesen hosszabb ideig akarjuk tárolni a jelet.

Az új eszköz nemcsak egy jelet képes tárolni, hanem ha bináris módban 0,5 s-os jellel tárolva az 1-et, 0-t pedig szünettel, akkor 1000 darab bináris jegyet raktároz el, és kb. 10 elektroncső elegendő a kiegészítő berendezéseihez. Az eszköz addig tárol, amíg áram alatt van! Az ENIAC-ban alkalmazott csöves tárolási móddal szemben századrésznyi cső elegendő, mivel ott minden cső csak egy bináris jegyet tárolt. Ha ezeken a művonalakon nemcsak az adatokat, hanem az eddig lyukkártyán vagy papírszalagon tárolt utasításokat is tároljuk, akkor a feldolgozás sebessége és az utasítás bevitel összemérheto, elkerülhető a holtidő. Egy további alkalmazott megoldás a mágnesdobos utasítástárolás volt, amit végül kipróbáltsága miatt alkalmaztak is az EDVAC-ban.

Az EDVAC volt az első elektronikus digitális komputer, amit belső programtárolási koncepciónak megfelelően építettek meg. Az EDVAC-ot a Moore School of Electrical Engineering munkatársai tervezték, hasonlóan mint az ENIAC-et, de az EDVAC igen jelentősen különbözött attól. A legfontosabb eltérés az volt, hogy ez a gép tárolt programozású volt. Másik eltérés, hogy egy összeadás ideje 0,864 ms, egy szorzásé 2,880 ms, és egy osztásé 2,930 ms volt. A belső tár is lényegesen különbözött. Az alkalmazott művonal 1040 szót tárolt és egy mikroszekundum alatt 48384-et. A mágneses dob ebben az esetben külső tárként muködött, 4608 szót tárolhatott, és egy mikroszekundum alatt 17000-et. A beviteli berendezései különböző sebességűek voltak. Például a fotocellás szalagolvasók sebessége 942 hexadecimális karakter másodpercenként vagy 78 szó másodpercenként, Az IBM kártyaolvasók sebessége 15 sor másodpercenként vagy 100 kártya percenként. A perforált papírszalagos kiviteli berendezés 6 hexadecimális karakter másodpercenként vagy 30 szó percenként jelenített meg a Teletypewriter írógép 6 hexadecimális karaktert másodpercenként vagy 30 szó percenként, és egy IBM kártyalyukasztó 100 kártyát percenként vagy 800 szót percenként írt ki.

Az EDVAC-ba beépítettek 19 különbözo típusú, 3563 vákuumcsövet, 8000 kristály diódát, 1325 mágneses elemet, közelítőleg. 5500 kondenzátort, 12000 rezisztort és 320 neont. Az EDVAC 50 kW-ot fogyasztott és közel 50 négyzetméter területet foglalt el. A berendezés közel 8 tonna súlyú volt. A gép megépítési költsége 467 000 $ volt, az üzemeltetése hasonlóan alakult az ENIAC-éhoz: IBM kártyaolvasók 82,5 $-nyit fogyasztottak havonta, és az IBM kártyalyukasztók havonta 77 $-t.

Miért volt fontos a tárolás? Az új MARK-IBM gép számára egy bonyolultabb parciális egyenlet megoldásához 80 órára volt szükség, ugyanerre az ENIAC-nek fél órára, de ebbol 28 perc az előkészítés volt, 2 perc a számítási rész. Egy hatványsor hét tagjának kiszámításához a Harvard gépnek 15 percre volt szüksége, amibol 3 perc előkészítés volt, de az ENIAC-nek is 15 perc kellett az előkészítésre és csak egy másodperc a futáshoz! Ez az aránytalanság szinte követelte a program központi tárolását.

Az első ténylegesen megépült hangsebességű késleltetésű művonalat használó ilyen elvű gép az EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer) volt, amit angolok csináltak meg 1949. június 25-ére, Wilkes és munkatársai Cambrigde-ben.

Az ENIAC-rol még elkészülte előtt kiderült ugyan, hogy elavult, de a háború miatt be kellett fejezni a gépet. Az EDVAC programot S. Reid Warren fiatal professzorra bízták, s mindenki az ENIAC-re koncentrált. 1945. tavaszán megérkezett a közel 2 tonnás vasmagú transzformátor, ami az áramellátást volt hivatott biztosítani, emiatt nem is szállították át Aberdeenbe azonnal, hanem Philadelphiában építették meg. Az időközben véget érő háború miatt sokan otthagyták a csapatot, de Aberdeenben felkészültek az ENIAC fogadására, külön épületet emelnek számára, ahol 100 ember számára volt munkatér, s az EDVAC építésére is volt hely.

Az EDVAC struktúrája
Az ENIAC párhuzamos működésével és 20 összeadás elvégzésére képes akkumulátorával, valamint külön szorzó, osztó és négyzetgyökvonó egységével szemben az EDVAC csak egy aritmetikai egységet tartalmazott, s határozottan soros végrehajtású, binárisan muködo volt. Ily módon az összeadó egységet 20-nál kevesebb elektroncsőből el lehetett készíteni. Az aritmetikai egység felépítése a következő:

Egy öt láb hosszú késleltető művonal 30 darab 32 jegyu bináris számot képes tárolni, s a hidrosztatikai problémák megoldásához minimum 2000-8000 szám tárolására alkalmas memóriájának kellett lennie. A rendszer többi részéhez maximum 1000 csore volt szükség, azaz összesen 1000-4000 csore, a memória nagyságától függoen. Neumann felismerte, hogy a készülék sebességét, árát és megbízhatóságát a memória határozza majd meg.

Az EDVAC tényleges megépítésekor végül is az Atanasoff-féle forgódobos, kondenzátoros tároló mágneses megfelelojét használták, mivel a művonal előtt Eckert és Mauchly ezt jobb gondolatnak tartotta és megbízhatóbbnak vélte.

A Moore Intézet munka morálját nagyban megrázták az EDVAC-kal kapcsolatos jogi viták. 1946-ban Eckert és Mauchly kivált és megalakította saját vállalatát az Electronic Control Co.-t, majd Neumann, Burks és Goldstine is elment Princetonba a Moore Intézetből. Végül az új dékánnak kellett kimondania, hogy az intézet alapfeladatából származóan alkalmatlan az EDVAC befejezésére. Ezért minden részét átszállították Aberdeenbe, ahol 1950 végére befejezték építését.