Размышления о думающих машинах. Тьюринг. Компьютерное исчисление - Rafael Lahoz-Beltra

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.

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.

У Pilot АСЕ было несколько модификаций, которые продавались населению. Компьютеры DEUCE или Bendix G15, признанные первым персональным компьютером (ПК) в мире, продавались до 1970-х годов. Другим компьютером, унаследовавшим от Pilot АСЕ многие решения, был MOSAIC, использовавшийся Соединенным Королевством во время холодной войны. Любопытно, что требования Тьюринга к компьютерам стали стандартом для производителей. Так, Packard-Bell РВ250 был разработан на основе спецификаций ученого.

После Второй мировой войны Соединенное Королевство было самой развитой страной в сфере создания компьютеров. Британия обладала такими моделями, как уже упомянутый Pilot АСЕ, а также Baby, Ferranti Mark I, созданные в Манчестерском университете.

Однако, несмотря на это технологическое превосходство, британцы быстро сдавали позиции как в развитии компьютерной индустрии, так и в разработке и продаже периферийных и программных продуктов. Почему же Соединенное Королевство уступило лидерство США? Эндрю Ходжес, биограф, который сегодня лучше всех знаком с жизнью и работами Алана Тьюринга, высказывает гипотезу о том, что британское правительство любой ценой хотело получить атомную бомбу. Это может показаться странным, однако две атомные бомбы, сброшенные США в 1945 году на японские города Хиросима и Нагасаки, стали не только одним из последних аккордов войны, но и положили конец британской гегемонии в мире, закат которой начался в викторианскую эпоху. Возникли две новые сверхдержавы: Советский Союз и Соединенные Штаты Америки. После окончания войны единственной страной, которая смогла сконструировать атомный реактор и атомное оружие, стали США. В 1946 году Штаты внесли в ООН предложение о контроле деятельности, связанной с ядерной энергией, и в него были включены пункты о геологоразведке урана и радиоактивных материалов. Это предложение было отвергнуто Советским Союзом, началась холодная война. Ответ американской стороны не заставил себя ждать: был принят закон Макмагона, предусматривавший смертную казнь для американских граждан, нарушивших секретность по ядерной программе. Этот закон также прекращал традиционное сотрудничество с Соединенным Королевством и другими союзниками в рамках ядерной программы. Британцы, со своей стороны, приступили к созданию собственной ядерной бомбы. По сути, Соединенное Королевство обладало достаточными компьютерными мощностями для проведения расчетов, необходимых для создания ядерного оружия.

Расхождения между двумя странами привели к тому, что в 1949 году британцы построили EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). Этот компьютер был разработан специалистом по информатике Манчестерского университета Морисом Уилксом (1913-2010) и имел невероятное сходство с американским соперником — EDVAC, новой версией ENIAC, разработанной в Пенсильванском университете. EDSAC использовал электронные схемы и примерно три тысячи электронных ламп, мог выполнять суммирование за 1,4 миллисекунды. Его можно было программировать с помощью подпрограмм, то есть порций кода, представленных алгоритмами.