Одним из первых действующих
компьютеров с программным управлением является Марк I (первоначальное название — “Компьютер
с автоматическим управлением последовательностью
операций”), главным разработчиком которого был Говард
Эйкен из Гарвардского университета. В этой машине использовались
механические элементы для представления чисел и
электромеханические — для управления работой
машины [1]. “Реле, счетчики, контактные устройства, печатающие механизмы,
перфорирующие устройства, используемые в машине, были стандартными частями
табуляторов, выпускаемых в то время фирмой IBM” [2].Электромеханическое реле состоит из двух основных частей: якоря и сердечника с обмоткой. Якорь, сделанный из мягкого железа, удерживается с помощью металлической пружины в оттянутом от сердечника положении. Если же по обмотке пропустить электрический ток, то сердечник становится магнитом и притягивает к себе якорь, преодолевая сопротивление пружины. К одному концу пружины, являющейся проводником электрического тока, присоединяется провод. По нему идет ток, который должен быть пропущен через весь элемент. На другом конце пружины этот ток с помощью контактов направляется по одному из двух проводников — в зависимости от
положения якоря. “Таким образом, данный элемент является, по
существу, переключателем, которым управляет наличие тока (цифра 1) или его
отсутствие (цифра 0) в обмотке” сердечника [3].В основу компьютера Марк I легло описание Аналитической машины Чарльза Бэббиджа (1792—1871), с проектом которой Говард Эйкен познакомился спустя какое-то время после начала работы над компьютером. “Живи Бэббидж на 75 лет позже, я остался бы безработным”, — писал Эйкен [1, 2, 4].
Как и в Аналитической машине Бэббиджа, в машине Эйкена числа хранились в регистрах, состоящих из “десятизубых” счетных колес. Каждый регистр содержал 24 колеса, причем 23 из них использовались для представления числа, а одно — для его знака. Регистр имел механизм передачи десятков и потому употреблялся не только для хранения чисел; содержимое одного регистра “могло быть передано в другой регистр и добавлено к находящемуся там числу (или вычтено из него)” [1].
В компьютере было 72 регистра, а также имелась дополнительная память из 60 регистров, образованных механическими переключателями. В нее вручную вводились константы — числа, которые не менялись в процессе вычислений.
Умножение и деление производились в отдельном устройстве. Кроме того, машина имела встроенные релейные блоки для вычисления функций sinx, 10x и logx. Скорость выполнения арифметических операций в среднем составляла: сложение и вычитание — 0,3 с, умножение — от 3 до 6 с, деление — около 15 с. Таким образом, Марк I мог заменить примерно 20 операторов, работающих с ручными счетными машинами.
Для управления машиной использовались команды, вводимые с помощью перфоленты. Каждая команда кодировалась посредством пробивки отверстий в 24 колонках, идущих вдоль ленты, и считывалась с помощью контактных щеток. Совокупность электрических сигналов, полученных в результате “прощупывания” позиций данного ряда, определяла действие машины на данном шаге вычислений.
После завершения операции лента сдвигалась, и под контактные щетки попадал следующий ряд отверстий.
В качестве устройств вывода Эйкен использовал электрические пишущие машинки и перфораторы. Марк I содержал все основные блоки Аналитической машины — устройства ввода и вывода, устройство управления, память (“склад”) и арифметическое устройство (“мельница”).
Представленный в августе 1944 года широкой публике, компьютер вскоре был временно передан в распоряжение военно-морского флота США (для выполнения сложных баллистических расчетов под руководством Эйкена). Компьютер имел длину почти 17 м и высоту 2,5 м, весил примерно 5 т и содержал около 750 тыс. деталей. Машина выглядела весьма эффектно и внушительно [4, 5]. Тут определенную роль играли ее корпус из стекла и нержавеющей стали, “а также образцовая чистота и порядок, которые поддерживали морские офицеры, обслуживавшие машину”.
В дальнейшем Марк I “проработал еще 15 лет в Гарвардском университете, помогая составлять математические таблицы” и решать другие задачи — “от создания экономических моделей до конструирования электронных схем компьютеров” [4].
После компьютера Марк I гарвардская группа, образовавшая вычислительную лабораторию университета, возглавляемую Эйкеном, начала работу над новым компьютером. Представленная в 1947 году машина Марк II содержала около 13 000 специальных электромеханических реле и являлась чисто релейной вычислительной машиной.
Это были первые компьютеры из целого ряда машин, построенных под руководством Говарда Эйкена [6].