Docstoc

3-ENIAC-final

Document Sample
3-ENIAC-final Powered By Docstoc
					                           ENIAC
”Historien, människorna och tekniken bakom världens första digitala dator”


                        Fredrik Berglund, 811210, Datlo3
                        fbd01001@student.mdh.se

                        Mattias Naukkarinen, 820425, Datlo3
                        mnn01005@student.mdh.se




                           Vetenskapsmetodik, 5p

                                  CT3620
                                 SAMMANFATTNING
När USA 1941 drogs med in i andra världskriget ökade kraven på projektiltabeller för
försvarets vapen drastiskt. Teknikerna vid det amerikanska försvarets materielverk hade ingen
chans att med dåtidens teknik, med s.k. differentialanalysator eller för hand, beräkna dessa
tabeller i samma takt som de kom in. Svaret på detta problem blev världens första
”universaldator” ENIAC, Electronic Numerical Integrator and Computer.
Denna dator kom till på Moore School vid University of Pennsylvania under ledning av John
Grist Brainerd, direktör för avdelningen för krigsforskning vid Moore School. Från att kunna
utföra en utav dessa beräkningar på ca 20 timmar kunde nu tiden reduceras till ca 30 sekunder
med ENIACs hjälp, en betydande bedrift. Dock lyckades man inte färdigställa ENIAC innan
krigets slut men det amerikanska försvaret hade ändå flertalet uppgifter för ENIAC att
genomföra. ENIAC kom bland annat att spela en stor roll i utförandet av avancerade
algoritmer för utvecklandet av bl.a. atombomber och kärnenergi vid Los Alamos Laboratory.




                                              1
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
ENIAC ........................................................................................................................................ 0
INNEHÅLLSFÖRTECKNING ................................................................................................. 2
   Inledning............................................................................................................................. 3
ENIAC ........................................................................................................................................ 3
   Världens första dator? ........................................................................................................ 3
   Universaldatorn .................................................................................................................. 3
   ENIACs grundare ............................................................................................................... 4
   Tekniken bakom ENIAC .................................................................................................... 5
   ENIAC jämfört med dagens datorer ................................................................................... 6
   ENIAC vs Pentium ............................................................................................................. 8
   Förbättringar för att hänga med i tiden............................................................................... 9
   Slutsatser ............................................................................................................................ 9
   Referenser......................................................................................................................... 10




                                                                       2
Inledning
Under andra världskriget var det amerikanska försvarets materielverk bl.a. sysselsatt med att
framställa projektiltabeller för försvarets olika vapen. Då arbetsbördan ideligen ökade ju
längre in i kriget USA kom, nådde man till slut en punkt då man helt enkelt inte kunde
producera tabellerna i samma takt som de kom in. Forskare vid Moore School of Electrical
Engineering vid University of Pennsylvania försökte då övertyga armén att få sponsrat ett
projekt att utveckla en elektronisk maskin som skulle kunna framställa dessa tabeller betydligt
snabbare än tidigare. Detta är historien om ENIAC, världens första ”universaldator”.

ENIAC

Världens första dator?
Egentligen var ENIAC inte alls världens första dator. I England hade man redan 100 år
tidigare (1839) designat och utvecklat den första verkliga mekaniska digitala datorn. Den
tillverkades av Charles Babbage tillsammans med matematikern Ada Lovelace, som senare
kom att ge namn till programmeringsspråket Ada. Deras s.k. "differeringsmaskin" användes
till att lösa enklare differentialekvationer. Den fungerade på så sätt att den producerade
tabeller av värden där den beräknade den gemensamma differensen mellan olika tal i en
sekvens. Dess huvudändamål var att användas för att skapa mycket exakta tabeller över
stjärnors positioner vid specifika tidpunkter.
Inte heller var ENIAC världens första elektroniska beräkningsmaskin. Redan i början av 30-
talet fanns räknare, som använde samma typ av teknik som ENIAC och vid Bletchly Park i
England hade brittiska underrättelsetjänsten en specialbyggd "dator" för avkryptering av
Nazi-Tysklands Enigma-kodade meddelanden. Det som dock skiljer ENIAC från alla dessa
beräkningsmaskiner var att ENIAC inte var specialkonstruerad för ett specifikt område utan
kunde omprogrammeras till att utföra praktiskt taget vilka beräkningar som helst. Den var en
universaldator och kan därför räknas som anfadern till dagens moderna datorsystem.

Universaldatorn
Historien om världens således första "universaldator" börjar med andra världskriget. Året är
1939. I Europa har kriget just brutit ut och i USA är man mitt inne i en återhämtningsprocess
efter landets andra stora depression. Initialt finner sig därför USA tämligen likgiltig inför
händelserna i Europa och i armén har man vid krigsutbrottet endast 120 000 man.
När USA dras in i kriget 1941 i och med japanernas attack vid Pearl Harbor ökar arbetstempot
hos det amerikanska försvarets materielverk (Ordnance Department) dramatiskt. Vid
Aberdeen Proving Ground (APG) i Maryland utför nämligen materielverket sina vapentester
och som en del i detta arbete ingår bland annat att framställa tabeller över olika vapens
projektilbanor. Värden rörande vapnets vinkel, vindhastighet, vindriktning, temperatur,
lufttryck, luftfuktighet och typen av vapen skall beräknas för dessa tabeller vilket gör de
ytterst tidskrävande att sammanställa. Dessa tabeller framställs vid the Ballistic Research
Laboratory (BRL) i Aberdeen.
Redan innan krigsutbrottet hade BRL installerat en s.k. differentialanalysator som hjälpmedel
vid uträkningen av dessa värden. Från att ha tagit ca 20 timmar per beräkning (manuellt med
hjälp av kalkylator) kunde man med denna analysator reducera kalkyleringstiden till ungefär
15 minuter. Problemet var dock att denna mekaniska apparat först och främst krävde en hel
del manuella justeringar för varje kalkylering, samt att en s.k. vridmomentsförstärkare i
maskinen tenderade att gå sönder under långa kalkyleringar.


                                               3
Vid Moore School of Electrical Engineering vid University of Pennsylvania hade man vid
krigsutbrottet (för USA) en större och snabbare differentialanalysator än den vid BRL. När
arbete började läggas på hög vid BRL kontaktade man därför Moore School och begärde att få
tillsätta löjtnant Herman H. Goldstine som tillsynsman för maskinen vid universitetet och att
få använda deras maskin också. Trots att man nu använde två analysatorer hade man ändå inte
tillräcklig beräkningskapacitet till att sammanställa de sex stycken tabeller som kom in varje
dag. Goldstine fick lov att söka nya sätt att komma ikapp arbetet.
Vid institutionen på Moore School där differentialanalysatorn stod, jobbade vid den här tiden
bl.a. fysikern dr. John W Maunchly. Han hade ett brinnande intresse för meteorologi och hade
tidigare funderat över möjligheten att beräkna vädret med hjälp av en kalkylerande maskin.
Han hade dessutom tidigare 1941 besökt kollegan John Vincent Atanasoff vid Iowa State
College där de diskuterat Atanasoffs forskning om hur man kan använda elektronik vid
numeriska beräkningar. Maunchly skrev därför, under hösten 1942, en promemoria till
Goldstine om att han, tillsammans med kollegan J. Presper Eckert, skulle försöka utveckla en
elektronisk beräkningsmaskin, en dator, för att dramatiskt försöka öka hastigheten med vilken
man skulle kunna framställa projektiltabellerna. Goldstine som hade stor press på sig att
försöka öka tempot i arbetet, rapporterade genast detta tillbaka till sin överordnade, överste P.
N. Gillon, som gjorde detsamma till direktören för BRL, överste Leslie E. Simon. I juni 1943
skrevs således ett kontrakt mellan BRL och APG för utvecklandet av denna dator - ENIAC.
Projektet kallades "Project PX" och projektledare blev John Grist Brainerd, direktör för
avdelningen för krigsforskning vid Moore School.
ENIAC var en väldig maskin och när den var färdigkonstruerad hösten 1945 vägde den 30
ton, krävde luftkonditionering och upptog ett helt rum. Vid färdigställningen hade
utvecklingen av datorn kostat 486 804 dollar, knappt åtta gånger mer än vad som initialt var
beräknat. ENIAC, eller Electronic Numerical Integrator And Computer som förkortningen
står för, sattes genast i bruk och det första den användes till var lösa problem rörande
atomenergi för "the Manhattan Project" åt Los Alamos National Laboratory.
1947 flyttades ENIAC till Aberdeen där den så småningom började användas till att beräkna
projektilbanorna den var konstruerad för. Till en början hade man problem att hela tiden
behöva omprogrammera ENIAC men genom råd från dr. John von Neumann byggde man om
ENIAC så att den kunde lagra program i ett minne och därigenom slapp man mycket av det
långrandiga omprogrammerandet. Så småningom kopplades även en mycket snabb
elektronisk växel in i datorn vilket gjorde den ca 80 procent snabbare. Även en typ av
arbetsminne som ökade mängden data ENIACs program hade möjlighet att hantera
installerades.

ENIACs grundare
ENIAC, som står för Electronic Numerical Integrator and Computer, blev resultatet av ett
beställningsjobb som den amerikanska armén gjorde under början av andra världskriget.
Armén behövde ett verktyg för att snabbt kunna räkna ut projektiltabeller för kanoner och
missiler. På den tiden tog det 20 timmar för en ingenjör att räkna ut en 60 sekunder lång
projektilbana, vilket talar för sig själv. ENIAC kom att klara det på trettio sekunder. Två av de
mest betydelsefulla personerna bakom arbetet med ENIAC var John Mauchly och J. Presper
Eckert, som var aktiva vid University of Pennsylvania i USA. Deras idé om hur problemet
skulle lösas intresserade den amerikanska armén. Under andra omständigheter hade
antagligen förslaget ansetts som opraktiskt eftersom det kostade en hel del.
Ursprungskostnaden på 61 700 dollar som de båda parterna kom överens om den 5 juni 1943
kom att 1946 öka ända upp till 486 804 dollar.



                                                4
Tekniken bakom ENIAC
Det Mauchly och Eckert riktade in sig på var att försöka få hela maskinen elektronisk. De
enda mekaniska delarna i den färdiga maskinen var till slut de externa enheterna, som en
kortläsare för indata från IBM och en hålkortsstans för utdata och de 1500 reläer som tillhörde
dessa. Med dagens standard var ENIAC ett stort monster. Med dess trettio olika enheter, sitt
stora nätaggregat och sin luftkylning vägde ENIAC över trettio (30) ton. Med dess 17 480
vakuumrör, 70 000 resistorer, 10 000 kapacitorer, 6000 manuella kopplingar, 5 miljoner lödda
fogar, slukade den nästan 160 kilowatt. I stadsdelen i vilken den användes flämtade lamorna
till när den nya maskinen för första gången skulle startas. Den upptog en golvyta på 167 m2,
se figur1.




              Figur 1: Här kan ENIAC storlek skådas, det var ingen liten dator.
Ett annat mål var att samtidigt försöka göra all elektronik så enkel och pålitlig som möjligt.
Detta åstadkom man genom att använda sig av vakuumrör och enkla kretskombinationer. För
att försäkra sig om pålitligheten i olika operationer, konstruerades kretsarna på ihärdigt
testade standardkomponenter, som själva opererade i lägre voltantal än vanligtvis.
Noggrannheten av en beräkning säkerställdes genom att designa enkla strömkretsar, som
arbetade självständigt av variabeltoleransen på komponenten de satt på. Ett nummer
representerades inte av en elektrisk mängd, vilket skulle kunna påverkas av förändringar i
toleransen. Nummer representerades istället av närvaron eller frånvaron av dynamiska pulser.
Det första kritiska problemet var att konstruera en säker dekadräknare. Ett elektroniskt
maskinaggregat tillverkat för att spara och öka nummer från noll till nio. Dekadräknaren var
en viktig komponent, som användes i en större enhet kallad ackumulatorn, se figur2, som i
stort sett bestod av tio sådana räknare och deras tillhörande kontrollkretsar. Monterad på detta
sätt kunde ackumulatorn lägga till och spara tal från noll till tio miljarder.




                                               5
                              Figur2: Så här såg ackumulatorn ut.
Det stora hindret för skaparna var pålitligheten, eller med andra ord de vakuumrör som var
själva kärnan i elektroniken, vilket vissa ansåg som ett oöverkomligt problem. Till skillnad
från det lilla antalet vakuumrör som användes i t.ex. radioapparater och i telefonsystem för
långdistanssamtal, bestod ENIAC av väldigt många sådana rör, vilka oberäkneligt kunde slå
fel efter en lång tid av operationer. Med sina 17 480 rör som arbetade i en hastighet av
100 000 pulser per sekund, skulle det bli 1,8 miljarders chans att det inträffade ett fel varje
sekund. Om så bara en (1) av de tusen rören, resistorerna eller kondensatorerna hade börjat
krångla hade det kunnat förstöra hela projektet. Som med vilken digital beräkning som helst,
skulle ett fel kunna ändra ett tal drastiskt. En enda felräkning skulle kunna orsaka en
artilleripjäs som beräknats av ENIAC att plötsligt byta färdriktning neråt istället för uppåt,
eller ändra hastigheten så den missar sitt mål. Flera olika rör testades och undersöktes för att
hitta någon lösning som förlängde livslängden på dessa. Lägre strömnivåer och olika
designalternativ betraktades noggrant eftersom detta medförde minskad belastning för de
krävande rören. Man fann att de flesta rören slutade fungera i början eller i slutet utav deras
livslängd, vilket medförde att förebyggande underhåll försäkrade att bara de ”friskaste” rören
användes i ENIAC. Eckert instiftade ordentliga krav för design och konstruktion, som
noggrant skulle följas av alla ingenjörer och tekniker som arbetade med projektet, då även en
slarvigt sammanfogad lödning hade kunnat leda till att maskinen blev oanvändbar.
Under hela utvecklingsperioden var allt arbete som utfördes på ENIAC hemligstämplat. Inga
papper kunde publiceras och diskussioner begränsades till dem som arbetade med projektet.
Anledningen till detta är ganska uppenbar eftersom detta ägde rum under andra världskriget.
Ett bra exempel är Herman Lukoff, som var en inhyrd student, som fick uppdrag att tillverka
en puls generator. Enheten som genererade ettor och nollor, vilka var både data och kontroll
signaler på samma gång. Lukoff hade ingen som helst aning vad syftet med denna generator
var, eller till vad den skulle användas. Ett bra exempel på hur man arbetade på en ”need to
know” basis.
I maj 1944 demonstrerades ENIACs användningsförmåga genom ett test som kom att kallas
”the two accumulator test”. I det testet ökade man ena ackumulatorn från ett till fem och förde
sedan över resultatet till den andra ackumulatorn ett tusen gånger. Detta test tog en femtedel
av en sekund att utföra vilket var ett stort framsteg även om den matematiska beräkningen
kanske inte var i det tyngsta laget.

ENIAC jämförd med dagens datorer
ENIAC saknade som sagt monitor, tangentbord och pekdon, vilka idag används för att
kontrollera en ”modern” dator. Metoden att ge instruktioner till ENIAC baserades istället på
elektroniska pulser. Varje enhet i ENIAC var kapabel att utfärda en kontrollpuls som skulle
initiera en beräkning i en eller flera av de andra enheterna. Detta betydde att ett ”program” på
ENIAC i princip bestod av att manuellt dra ledningar till de olika enheterna så de kunde
utföra operationerna i önskad ordning. ENIACs största nackdel var att en omprogrammering,


                                                6
vilket kunde ta flera dagar för ett helt team. Det var dessutom en mardröm, med tanke på att
alla ledningar, kablar och hålkortsstansar måste bytas ut. För att kunna kontrollera själva
maskinen användes en kombination av strömbrytare och lampor. En ytterligare skillnad var att
ENIAC använde sig av 10-bassystemet istället för det binära talsystemet som dagens datorer
gör. Anledningen till detta var att spara på antalet elektronrör. Det faktum att maskinen var
uppbyggd av dessa rör, gjorde att ifall en av dem gick sönder, slutade ENIAC fungera, se
figur3. Om detta inträffade så fanns det 17 480 olika rör att leta bland. I den senare delen i
utvecklingsprocessen kom Eckert på ett sätt att byta ut minneshantering i ENIAC, eftersom
det var väldigt opraktiskt att bygga upp det av individuella rör (även kallade radiorör). Istället
använde han sig av ett system av akustiska kvicksilverfördröjningsledningar. Detta var en
komplex samling kvicksilvertankar, värmeaggregat och kontrollkretsar. Tankarna var ca två
meter långa, fyllda med kvicksilver. Data skickades in i ena änden av tanken i form av ett
antal pulser. Efter en viss tid, runt två millisekunder, kom sedan pulserna ut genom andra
änden av tanken. Genom att skicka in pulserna i början på tanken igen uppnådde man en
minneseffekt. Lösningen hade många nackdelar, som att minnets innehåll bara kunde kommas
åt i en viss ordning och dessutom var minnet långsamt på grund av fördröjningseffekten.
Tankarna var dessutom väldigt klumpiga att hantera p.g.a. sin storlek.




                Figur3: Mannen på bilden försöker hitta en av de trasiga rören.

ENIAC vs Pentium
      Snabbhet – en 150Mhz Pentium processor klarar av att bearbeta 300 miljoner
       additioner per sekund, jämfört med ENIACs 5000, vilket gör Pentium till ca 60 000
       gånger snabbare och ENIAC var 1000 gånger snabbare än någon räknemaskin före
       den.
      Minne – ENIAC kunde spara 200 tal, medan en modern dator med 16Mb RAM klarar
       av att spara 16 miljoner tal, vilket är 80 000 gånger större minneskapacitet än ENIAC.
      Storlek/Tyngd – ENIAC vägde 30 ton och var stor som en telefonväxel. En laptop
       idag (bärbar dator) går att ta med sig i handväskan eller ryggsäcken.




                                                7
Förbättringar för att hänga med i tiden
Efter många svårigheter stod ENIAC färdig 1946. Eftersom den blev klar först efter
krigsslutet hann den inte användas under kriget. Däremot användes den bland annat till
konstruktionen av den första vätebomben.
1948 kom John von Neumann på idén att val av program (koden) skulle göras med
strömbrytare istället, på så sätt kunde alla kabelanslutningar förbli permanenta i de flesta fall
med standardproblem. Vilket i sin tur medförde att mycket mindre tid gick åt att anpassa
maskinen för ett nytt problem. ENIAC dominerade helt åren 1949-1952, då den i första hand
användes till att lösa vetenskapliga problem. ENIAC låg långt före alla andra existerande
datorer på den tiden då det gällde att bearbeta stora mängder aritmetiska operationer.1953 då
EDVAC och ORDVAC togs i bruk, visade sig att ju längre tiden gick desto fler förbättringar
skulle bli nödvändiga. Speciellt då både EDVAC och ORDVAC båda var snabbare datorer än
ENIAC. Förbättringar rörande ENIACs strömförsörjning och minne är två exempel på
förbättringar som genomfördes för att det skulle bli ekonomiskt möjligt att fortsätta använda
ENIAC, eftersom den var väldigt dyr i drift. Men ingenting varar för evigt, inte ens ENIAC.
1955 stängdes ENIAC ner. Den amerikanska armén förklarade det hela mycket enkelt: ”It’s
death was a natural one, it had served its purpose.”

Slutsatser
Att säga att ENIAC var världens första dator är ganska klumpigt om man inte definierar vad
som menas med dator. Den generella definitionen idag är att en dator är en maskin som kan
programmeras till att utföra en speciell uppgift och då räknas ENIAC som den första datorn.
Detta eftersom det inte gick att programmera om räknemaskinerna innan ENIAC.
Trots att ENIAC tillverkades ca 50 år sedan, går det fortfarande att dra paralleller till den från
dagens datorer. Dagens datorer må vara mycket mindre och mycket snabbare än ENIAC, men
trots det finns det likheter. En modern dator utför sina beräkningar utifrån ett program, som i
sin tur består av instruktioner i form av kod. Datorn läser in programmet i ett minne och
arbetar sedan med delar av det. ENIAC utförde också beräkningar utifrån en given kod, d.v.s.
hur kablarna var kopplade och vilka strömbrytare som var på o.s.v. ENIAC hade också ett
minne, visserligen så var det två meter stora tankar jämfört med nutiden långfinger stora
RAM-minnesmoduler.




                                                8
Referenser
People and Discoveries, ENIAC is built (2003-10-09)
http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/dt45en.html

Datorhistoria – en populärvetenskaplig artikel av Anders Hägglund (2003-10-09)
http://www.e.kth.se/~e99_aha/tekinfo.html

Eniac – The history of the ENIAC computer (2003-10-09)
http://inventors.about.com/library/weekly/aa060298.htm

The ENIAC Museum Online (2003-10-09)
http://www.seas.upenn.edu/~museum/

ENIAC versus the Pentium (2003-10-09)
http://mbhs.bergtraum.k12.ny.us/cybereng/nyt/databox.htm

A Short History of the Second American Revolution (2003-10-09)
http://www.upenn.edu/almanac/v42/n18/eniac.html

Events in the History of Computing, 1946 (2003-10-09)
http://www.computer.org/history/development/1946.htm

John W. Mauchly and the Development of the ENIAC Computer (2003-10-09)
http://www.library.upenn.edu/exhibits/rbm/mauchly/jwmintro.html

The ENIAC Story (2003-10-09)
http://ftp.arl.mil/~mike/comphist/eniac-story.html

The Women of ENIAC (2003-10-09)
http://www.gecdsb.on.ca/d&g/women/women.htm

The ENIAC Story (2003-10-09)
http://ftp.arl.mil/~mike/comphist/eniac-story.html

The ENIAC (2003-10-09)
http://ei.cs.vt.edu/~history/ENIAC.Richey.HTML

ENIAC – The Army-Sponsored Revolution (2003-10-09)
http://ftp.arl.mil/~mike/comphist/96summary/




                                              9

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:6
posted:11/16/2011
language:Swedish
pages:10