eniac

ENIAC

Vesa-Matti Mä[email protected]

Ennen toista maailmansotaa

Vuosi 1939, ennen toista maailmansotaa Yhdysvaltojen armeijan vahvuus vain 120 000 miestä Sotateknologia pääosin ikääntynyttä ->

teknologisena kehityspisteenä ensimmäisen maailmansodan aikainen Aberdeen Proving Ground

Sodan uhan korostuessa Yhdysvalloilla kova kiire armeijan ja aseteknologian kehittämisessä

Asetaulukkojen laskentaa 1/2

Ilmavoimien ja pitkän kantamien aseiden kohdistus monimutkaista

Huomioitava: aseen ja ammuksen ominaisuudet tuuli ilman kosteus lämpötila

Uusien asetyyppien kohdistustaulukkojen laskennasta vastasi Ballistic Research Laboratory

Asevarustelun kiihtyessä taulukkojen tarve kasvoi merkittävästi

Asetaulukkojen laskentaa 2/2

Kohdistustaulukkojen laskenta pääosin henkilöstön ja pöytälaskinten varassa Kokeneeltakin laskijalta saattoi mennä yhden taulukon

laskentaan jopa 20 tuntia

Ballistic Research Laboratoryn käytössä yksi pöytälaskinta järeämpi apuväline: Bush Differential Analyzer

Bush Differential Analyzer 1/3

Analoginen tietokone Laskenta tapahtui mekaanisesti rattaiden avulla

Suoritti pöytälaskimella 20 tuntia vieneen laskennan noin 15 minuutissa

Kuva: http://tardis.union.edu/~hemmendd/Encyc/Articles/Difanal/difanal.html

Bush Differential Analyzer 3/3

Ongelmia: Laskennassa tarvittavan

mekaanisen voiman tuottaminen

Torque amplifier-komponentti (ks. kuva) vikaantumisherkkä


Tarve tehokkaammille laskentamenetelmille

Vuonna 1940 armeijan käyttöön Moore School:n järeämpi Bush Differential Analyzer –kone

Moore School tukena Ballistic Research Laboratory:n henkilöstön koulutuksessa

1942 asetaulukkojen tuottaminen ei pysynyt enää asekehityksen perässä – tarvittiin tehokkaampia laskumenetelmiä Armeija valmis investoimaan myös kokeellisempiin

projekteihin

Idea

Digitaalinen tietokone mekaaniset laskentaosat korvataan putkilla (vacuum tube) ja muilla

elektronisilla komponenteilla

Ei mekaanisia rajoitteita laskennan vaativuuden suhteen Mahdollisuus nopeuttaa laskentaa merkittävästi

Kuva: http://www.pbs.org/transistor/science/events/vacuumt.html

Riskejä

Luotettavuus Putkiteknologiaa käytetty tyypillisesti huomattavasti

yksinkertaisimmissa laitteissa Putket vikaantumisherkkiä

Uutuus Vastaavaa konetta ei rakennettu aiemmin

Ajatuksia koneen toteuttamiskelpoisuudesta

National Defense Research Committee Mukana useita analogiteknologian pioneereja Hyvin vastahakoinen suhtautuminen (”gatekeepers”)

Taisteluvälineosasto kuitenkin valmis ottamaan riskejä, koska tarve tehokkaalle laskentavälineelle välitön

John Mauchly

Tohtori, Moore School:n apulaisprofessori Kiinnostunut elektronisesta laskennasta ja

putkiteknologian hyödyntämisestä jo 1930-luvulla

Julkaisi raportin Use of High Speed Vacuum Tube Devices for Calculating vuonna 1942

Tällöin raportista ei kiinnostuttu Moore School:n eikä armeijan taholla

Vastasi lopulta paljolti ENIAC-koneen arkkitehtuuritason suunnitelusta – principal consultant

Kuva: http://web.mit.edu/invent/iow/mauchly-eckert.html

John Presper Eckert Jr.

Toimi Moore School:ssa ohjaajana Erityisesti tekninen asiantuntija, tunsi

syvällisesti laskentaelektroniikan komponentit

Vastasi ENIAC-koneen useista teknisesti vaativista ja yksityiskohtaisista suunnittelutehtävistä – chief engineer

Kuva: http://web.mit.edu/invent/iow/mauchly-eckert.html

Herman H. Goldstein

Luutnantti, ansioitunut matemaatikko

Sai vakuutettua armeijan päättäjät idean toteuttamiskelpoisuudesta

Projektissa yhdyshenkilönä armeijan ja Moore School:n välillä Osallistui vahvasti myös projektin teknisten ongelmien

ratkomiseen

ENIAC-sopimus

Allekirjoitettiin 7.6.1943 Puolivuotisbudjetti $61 700 Kokonaiskustannusarvio $150 000

Laitteen nimeksi Electronic Numerical Integrator And Computer, ENIAC

Toteutus Moore School:n ja armeijan yhteisprojektina

ENIAC

Yli 19 000 putkea ja 1500 relettä

Paino 30 tonnia Virrankulutus 200kw Lämmöntuotto vaati

koneellisen ilmastoinnin

Normaalikäytössä 6 työntekijää / vuoro

Pöytälaskimen avulla 20 tuntia vaatinut laskenta 30 sekunnissa

Kuva: http://www.computer.org/history/development/1946.htm

ENIAC-koneen tekniikka

Useiden teknisten ratkaisujen pohjana olemassa olevat komponentit -> tavoitteena luotettavuus ja nopea käyttöönotto

Osa ideoista samankaltaisia kun John Atanasoff:n ja Clifford Berry:n ABC-koneessa

Tiedon tallennus

Flip-flop –piiri 2 putkea, virta kulkee toisen

läpi – tilat 0 ja 1

Rengaslaskuri Kymmenen peräkkäistä flip

flop –piiriä Yksi kokonaisluku väliltä 0-9

Kuva: Nancy Stern: From ENIAC to UNIVAC, s. 25

Ohjaus

Toiminta synkroonista Kellojakson pituus 200 mikrosekuntia – sama kuin yhden

yhteen- tai vähennyslaskuoperaation kesto

Synkronoinnista vastasi ohjaussignaaleja lähettämällä jaksotusyksikkö (cycling unit)

Suorituksen hallinnasta vastasi pääohjelmointiyksikkö (master programmer)

Myös suorituksen käynnistykselle oma yksikkönsä (initiation unit)

Laskenta

Aritmeettiset laskentayksiköt (Accumulator) Tallennukseen 10 peräkkäistä rengaslaskuria ja 1 lisälaskuri

etumerkeille ENIAC-koneessa yhteensä 20 aritmeettista laskentayksikköä Yhteen ja vähennyslaskut suoritettiin suoraan näissä

yksiköissä

Kertolasku Sisäänrakennetut kertotaulut Laskennan osittaminen osatuloiksi, ja näiden tuottamien

tulosten yhteenlasku

Jakolasku ja neliöjuuri Laskennan osittaminen yhteen ja vähennyslaskuiksi

Syötteet ja tulosteet Pysyvän tiedon esitys kytkentätaulujen

avulla Kytkinpaneeleja, jotka kytkettiin

laskentayksiköihin koaksiaalikaapelein

IBM-reikäkorttilaitteet Pitkien laskentojen väliaikaistuloksia

voitiin tulostaa korteille ja syöttää jatkolaskentaa varten myöhemmin

Hitaita laitteita – valittiin yhteensopivuuden ja yksinkertaisuuden takia

ENIAC-koneen ja reikäkorttilaitteiden välistä nopeuseroa kompensoitiin erillisillä tietoa puskuroivilla komponenteilla

• Constant transmitter• Printer

Kuva: http://www.cs.umass.edu/~weems/CmpSci535/Discussion2.html

ENIAC-ohjelmointi

Ohjelmointi todella työlästä Alkutilan ja asetus kytkinten ja kaapelointien avulla

Yhteensä yli 3000 kytkintä

Monimutkaisen laskennan asettelu koneeseen saattoi viedä päiviä, jopa viikkoja

Ohjelmoinnin automatisointia harkittiin, mutta ideasta luovuttiin alun perin sen vaativuuden takia

Vuonna 1948 yksiköiden väliset kaapeloinnit muutettiin kiinteiksi – ohjelmointi helpottui merkittävästi

Koneen elinkaari 1/2

1943 Eniac-sopimus, kehitystyö alkaa

1945 Ensimmäinen testiajo: ydinaseen toteutuskelpoisuusarvioon

liittyvien matemaattisten mallien ratkominen• Vaikea ja laaja ongelma: miljoona reikäkorttia välitallennuksille• Erinomaiset tulokset

1946 Asetaulukkojen laskentaa, ilmastoennustuksia, astronomista

laskentaa, satunnaislukututkimuksia

Koneen elinkaari 2/2

1947 Koneen siirto Moore School:n tiloista taisteluvälineosaston

tiloihin. Asetaulukkojen laskentaa. Parannuksia ja laajennuksia koneen tekniikkaan.

• Ohjelmoinnin automatisointi• Laskennan tehostaminen

1955 ENIAC-kone poistetaan käytöstä

Patenttiepäselvyydet

Yhtäläisyydet Vincent Atanasoff:n ja Clifford Berryn ABC-koneeseen johtivat myöhemmin epäselvyyksiin ja oikeudenkäyntiin ENIAC-koneen patentointikelpoisuudesta

ABC-kone ei aidosti yleiskäyttöinen – ainoastaan lineaaristen yhtälöiden ratkomiseen

ABC-konetta ei myöskään koskaan rakennettu, ainoastaan luonnosteltiin ja tehtiin prototyyppejä

Tuomio vuonna 1973: ENIAC-kehitysryhmällä ei patentointioikeutta

Kuva: http://www.luckbealady.com/eckertproject/accumulator_decade_plug.htm

eniac

Documents