Тьюринг. Компьютерное исчисление - Рафаэль Лаос-Бельтра

ВОПЛОЩЕНИЕ МЕЧТЫ: PILOT АСЕ

В компьютерах, созданных в начале 1950-х годов, было два вида запоминающих устройств: лучевая катодная и ртутные трубки — с их помощью была разработана память с линией задержки. Инженеры той эпохи разработали вид памяти для хранения данных, который в качестве базового принципа использовал время, требующееся для распространения сигнала в физической среде, например ртути. Тьюринг для Pilot АСЕ выбрал ртутные линии задержки, так как они имели более высокую скорость восстановления данных и были более надежными. На концах ртутной линии располагались пьезоэлектрические элементы, как у микрофонов и громкоговорителей, выполняющие роль преобразователей, превращающих электрические импульсы в ультразвуковую волну (с частотой звука примерно 20000 Гц). После того как волна проходила через ртуть к другому концу трубки, она снова превращалась в электрические импульсы, направляемые на экран. В других компьютерах — EDSAC, CSIRAC и UNIVACI — также использовались ртутные трубки. Например, UNIVAC I, один из первых коммерческих компьютеров 1950-х годов, обладал семью резервуарами памяти, в каждом из которых находились 18 ртутных трубок. Скорость доступа к данным составляла 222 микросекунды — настоящее чудо для той эпохи. Каждая трубка могла хранить в памяти десять слов, например команды программы, длиной 12 бит.

Позже ртутные трубки заменили более передовым устройством, барабанами памяти. Это устройство памяти представляло собой металлический цилиндр с поверхностью, покрытой ферромагнитным слоем, сверху располагалась серия головок для чтения и записи. Магнитные барабаны были в ходу вплоть до начала 1960-х годов. В этом запоминающем устройстве для контроля его применения использовался метод чередования: расположение информации на барабане оптимизировалось для последовательного доступа, этот прием применяется на некоторых жестких дисках, при спутниковой или ADSL-передаче данных. С таким запоминающим устройством Pilot АСЕ мог хранить до 4096 последовательностей единиц и нулей. С тех пор в память об этом виде запоминающего устройства некоторые версии операционной системы Unix используют для управления виртуальной памятью директорию /dev/drum (drum — по-английски «барабан»). Благодаря всем этим характеристикам компьютер Тьюринга был одним из самых передовых в ту эпоху: объем его памяти приближался к объему памяти первых компьютеров Macintosh Apple.

Тьюрингу необычайно нравилось исследовать какую-либо тему, отходя от установленных принципов. Обычно он начинал предварительную работу над определенным вопросом без каких-либо консультаций. Несомненно, эта привычка придавала его трудам такое характерное свойство, как оригинальность.

Морис В. Уилкс об Алане Тьюринге. «Компьютеры, вчера и сегодня»

Управление памятью — это еще один вклад Алана Тьюринга в развитие информатики. Запись данных происходила с помощью так называемого метода двух направлений. Память компьютера логически организована как состоящая из ячеек. Положение каждой ячейки идентифицируется числом — адресом памяти. Команды, входящие в программу, например на языке BASIC-256 — print, dim или input, — составляют текст или ключевой код, то, что пишет программист и хранится в памяти компьютера после перевода в машинный код, представляющий собой последовательность единиц и нулей.

В компьютере, разработанном Тьюрингом, каждая команда ассоциировалась с адресом ячейки, где она хранилась, и с адресом следующей для выполнения инструкции. Английский ученый подчеркивал, что компьютер должен соответствовать двум требованиям: быстро выполнять программы и располагать достаточным объемом памяти. С тех пор все компьютеры стремились к максимальному удовлетворению этих критериев. Конструкционно компьютер был основан на электронных лампах в количестве около 800 штук — это было не очень много и повышало надежность, так как снижался риск того, что при работе одна или несколько ламп расплавятся и выполнение программы прервется. Частота в 1 мегагерц делала этот компьютер одним из самых быстрых в Соединенном Королевстве. При выполнении арифметических операций использовалась плавающая точка, то есть можно было, как и на современном компьютере, представить число с множеством десятичных знаков следующим образом: 6,127456 х 10~2 представляло число 0,06127456. Еще одним инновационным решением Тьюринга стала замена части hardware на software. Первые компьютеры использовали для выполнения операций умножения или деления электронные схемы. Так, в американских компьютерах часть задач, например арифметические операции, выполнялась электронными схемами, специально разработанными для этой цели. Тьюринг же заменил схемы программами, хранящимися в памяти, и эта идея была по-настоящему новой и более экономичной. Если мы перенесем данную идею на современный компьютер, то он благодаря частям software, называемым модулями, подпрограммами или приложениями, предложит нам игры и развлечения, поможет совершить подсчеты или воспроизвести видеоклип. Эта особенность в современных машинах унаследована именно от британских компьютеров. В 1947 году Тьюринг изобрел язык программирования, который назвал Abbreviated Code Instructions. Естественно, так как компьютер является универсальной машиной Тьюринга, ему требовался язык программирования для записи программ по каждой задаче.

РЕТРОКОМПЬЮТИНГ: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ ИЗ ПРОШЛОГО

Для настоящего любителя компьютеров нет ничего более увлекательного, чем попробовать поработать на старых, известных в истории отрасли компьютерах. Ретрокомпьютинг — это сборка старых компьютеров, включая software и периферийные устройства. Многие такие машины представлены в музеях, например Pilot АСЕ; другие, существовавшие в коммерческой версии, входят в частные коллекции, например Macintosh Classic или ZX Spectrum, или хранятся в собраниях исследовательских институтов, например PDP-11 в Digital Equipment Corporation. Попробовать, как работает старый компьютер, можно также с помощью эмуляторов. Чаще всего с этой целью используется SIMH — кроссплатформенный эмулятор, с помощью которого можно увидеть в работе компьютеры разных моделей PDP или Vax от Digital Equipment Corporation, модели Hewlett-Packard, Honeywell, IBM (1130 7090/7094) и другие. Сегодня очень много людей в мире увлекаются ретрокомпьютингом, что способствует лучшему пониманию истории и эволюции этих устройств.

Эмулятор компьютера Pilot АСЕ, разработанный Аланом Тьюрингом.

Несмотря на то что оригинальная версия компьютера была разработана Аланом Тьюрингом, его создание происходило очень медленно, и в 1948 году ученый оставил этот проект, а вместе с проектом — Лондон и NPL. Его сменил Джим Уилкинсон (1919-1986), специалист по математическому анализу, и 10 мая 1950 года Pilot АСЕ выполнил первую программу. В конце года компьютер был представлен публике и хорошо принят, так что ежедневная газета The London Times посвятила ему статью, в которой сравнивались время и ресурсы, требующиеся для выполнения подсчетов человеку и компьютеру. Весной 1951 года компьютер был введен в эксплуатацию, а использовался он до весны 1955-го. Сейчас он выставлен в Музее науки Лондона.