Первый “персональный” компьютер IBM 610

Статья перевод оригинала на английском: The IBM 610 Auto-Point Computer – The first “personal computer”.

Компьютер IBM 610 Auto-Point был разработан Джоном Ленцем на иллюминированном чердаке лаборатории Уотсона в Колумбийском университете в 1948-1954 гг. под названием Personal Automatic Computer (PAC) и анонсирован компанией IBM как 610 Auto-Point в 1957 г.[1]. IBM 610 стал первым персональным компьютером в том смысле, что это был первый компьютер, предназначенный для использования одним человеком (например, в офисе) и управляемый с клавиатуры[2]. Большой корпус IBM 610 содержит магнитный барабан, схему управления арифметикой, панель управления, отдельные устройства чтения и перфорации бумажных лент для программы и данных (по словам одного из бывших пользователей, Русса Дженсена, “машина программировалась перфорированной бумажной лентой, которая дублировала себя для выполнения дополнительных проходов через код”). Электрическая пишущая машинка IBM печатала вывод со скоростью 18 символов в секунду; другим устройством была клавиатура оператора для управления и ввода данных, в которую была встроена небольшая катодно-лучевая трубка (два дюйма, 32×10 пикселей), которая могла отображать содержимое любого регистра [4]. Регистр – это любая из 84 позиций барабана (31 цифра плюс знак). Панель управления обеспечивает дополнительное управление программированием (например, для создания подпрограмм, обычно для тригонометрических или других математических функций). Цена: 55 000,00 долл. (или аренда по цене 1150 долл. в месяц, 460 долл. академических). Было выпущено 180 единиц.

Ленц сказал о 610-й машине: “Новый подход к программированию и управлению компьютером, использованный в компьютере IBM 610, позволяет решать сложные задачи оператору, единственным опытом которого в вычислительной технике был настольный калькулятор. Структура команд машины построена таким образом, что оператор в любой момент времени может общаться с компьютером с помощью серии коротких инструкций типа предложений, очень похожих на шаги ручного арифметического решения. Разновидность операций с плавающей запятой, называемая режимом “автоточка”, позволяет вводить данные в ячейки памяти с автоматическим позиционированием десятичной точки без сложного программирования. При последующих вычислениях десятичная точка автоматически переставляется” (ссылка 1). 

По мнению пользователей (ссылка 2), машина была доступной по цене, надежной (типичное время безотказной работы – 95%), простой в программировании (это был один из первых, если не первый, компьютер, программируемый посимвольно с клавиатуры), естественно обрабатывала арифметику с плавающей точкой, не требовала кондиционеров и специального питания. Некоторые, правда, упрекали его за скорость выполнения (например, 20 секунд на вычисление синуса). Но, по словам Бреннана, “концептуально опережая свое время, 610-й предвосхитил “онлайновую” прямую связь между человеком и компьютером”. Когда модель 610 была снята с производства (она была технологически устаревшей с самого начала из-за длительной задержки с выводом ее на рынок), большинство пользователей заменили ее на модель 1620.

В последующие годы IBM выпустила еще несколько персональных компьютеров, в том числе 5100 и CS-9000, а в 1981 году выпустила ПК, завоевавший весь мир (CS-9000 был готов до появления ПК, но анонсирован после него).

1. Бреннан [9] говорит, что первый прототип 610 был “завершен в Лаборатории Уотсона в 1948 году”. Грош [59] утверждает, что “к моменту моего ухода в 1951 г. “610” Ленца не существовало даже в виде прототипа – если “под упаковкой”, то “упаковка” была гораздо позже”. Согласно Баше [4], первая инженерная модель компьютера Auto-Point Computer была готова в 1954 г., но ее выпуск был задержан из-за того, что IBM выпустила свои компьютеры серий 650 и 700. Компьютер 610 был предпоследним компьютером IBM с вакуумной трубкой.
2. Иногда “первым персональным компьютером” называют Bendix G-15 (1956 г.) размером с холодильник, однако модель 610 была выпущена по крайней мере двумя годами раньше. В любом случае, 610 предназначался для персонального использования, а G-15 – для недорогого [59]. (Другим устройством, которое иногда называют первым персональным компьютером, является Simon – также связанный с Колумбийским университетом! – Но это было демонстрационное устройство с ограниченной функциональностью.

По причинам, утерянным во времени, строительство первых прототипов было поручено компании Burroughs/ElectroData в Пасадене, штат Калифорния, которая также внесла свой вклад в разработку. В мае 2004 г. я получил следующие комментарии от Джона К. Алриха, который входил в группу разработчиков 610 в компании Burroughs и работал с Ленцем над проектом в течение 12-18 месяцев в Пасадене:

Я был в команде дизайнеров из Burroughs. Фактически, у меня был патент на часть конструкции барабана. Джон действительно был архитектором, но компания Burroughs в Пасадене, сыграла не последнюю роль в разработке и создании нескольких прототипов. Единственная печатная информация, которая у меня есть по этому проекту, – это мой патент, который был заполнен 14.04.1955 и выдан 17.09.1957, так что апрель 55-го, должно быть, был в середине нашей стадии проектирования в Пасадене. Других документов у меня нет. Я помню, как Херб Грош пришел посмотреть на машину, когда она была уже готова [Джон вместе с Джеком Палмером, также сотрудником IBM, пол ночи добивался работы функции квадратного корня для этой демонстрации; модель 610 стала первым продуктом IBM со встроенной функцией квадратного корня*.

Я не помню, были ли мы уже частью Burroughs или все еще дочерней компанией Consolidated Electrodynamics Corporation, которая называлась ElectroData. CEC производила масс-спектрометры, а наш первый компьютер был предназначен для инвертирования больших матриц, которые использовались в анализе соединений. Парнем, который подтолкнул CEC к компьютерному бизнесу, был Клиффорд Берри, который разрабатывал масс-спектрометры, и который – вы готовы к этому – получил докторскую степень под руководством Атанасова еще до Второй мировой войны и работал с Атанасовым над его первым компьютером там, в университете! Клифф не стал работать над нашим первым компьютером, который назывался Datatron 201, а продолжил разработку масс-спектрометров. Я думаю, что Клифф умер в конце пятидесятых годов в раннем возрасте.

Конструкция Джона радикально отличалась от знакомой мне конструкции CEC/фон Неймана тем, что схема была динамической, а не статической, т.е. он использовал для логики не статические флип-флопы, а свободно работающие мультивибраторы. Он не считал, что фли-флоп стабильны! Я могу рассказать об этом подробнее позже.

Другая странность конструкции (по крайней мере, для меня) заключалась в том, что “610” была, по сути, машиной Тьюринга, т.е. в принципе имела бесконечную емкость для входных данных, а также для промежуточных и конечных выходных данных. Средством, конечно, служила перфорированная бумажная лента, работавшая, насколько я помню, со скоростью 18 символов в секунду! Маленький пластинчатый барабан также использовался для хранения промежуточных результатов. В своей конструкции Джон также использовал множество проволочных реле.

Почему Л.П. Робинсон (Робби) поручил этот проект именно мне, я никогда не узнаю. Я не был специалистом по схемам, хотя в 1951-52 гг. работал под руководством блестящего математика Эрнста Селмера, который был математиком №2 в Норвегии и работал в группе фон Неймана до того, как он приехал на запад, чтобы преподавать в Калифорнийском технологическом институте в течение года или около того. Поэтому я хорошо знал логическое проектирование (в 1957 г. я разработал систему управления с плавающей точкой для Datatron – наиболее удовлетворительный проект за всю мою 40-летнюю карьеру).

Интересно было прочитать, что IBM произвела 180 единиц продукции, по поводу которой у меня есть только два замечания:

1. Из-за динамической схемы, если часы теряли синхронизацию, невозможно было удержать фиксированное изображение на экране прицела, чтобы выполнить отладку; и
2. Когда это происходило, Ленц был одним из немногих людей в мире, кто мог проанализировать проблему и устранить ее.

Интересно, как обстоят дела с полевой службой IBM? Переосмыслив 610-ю, я все еще нахожу ее загадкой. В ней было много умных идей, в основном принадлежавших Джону, но я думаю, что Джон пошел не по той ветви дерева эволюции компьютеров. В принципе, его машина могла решить любую математическую задачу, которую можно решить за конечное время, но благодаря использованию релейных деревьев и бумажно-ленточного ввода-вывода скорость выполнения была невыносимо низкой даже по меркам 1955 года.

* Калькулятор Aberdeen Relay Calculator (1944) тоже вычислял квадратные корни, но он не был продуктом на открытом рынке.

Фотографии в этом разделе взяты из статьи Джона Ленца о 610-м компьютере (ссылка 1 ниже); щелкните на изображении, чтобы получить увеличенную версию. На верхнем рисунке показан компьютер в раскрытом виде, чтобы увидеть его внутренности. В шкафу слева находится электронный арифметический блок с накопителем на магнитном барабане и электромеханическими органами управления, сверху – вход/выход с бумажной ленты. На столе – электрическая пишущая машинка для вывода печатной продукции и “клавиатура ручного управления, обеспечивающая отображение на катодно-лучевой трубке в кодированном виде содержимого любого нужного машинного регистра” (рис. в центре). Вся система весит 750 фунтов и потребляет менее 20 ампер от одной 120-вольтовой сети. Панель управления (нижний рисунок) может использоваться для программирования часто используемых функций, таких как синус или косинус, что позволяет не считывать их многократно с контрольной ленты.

Джон Алрич комментирует (июнь 2004 г.): “Во многих отношениях “610” был уникальным или почти уникальным для своего времени или любого другого дня. В частности, одной из особенностей был метод кодирования цифр. Насколько я помню, каждое слово состояло из пятнадцати цифр и использовало позиционное импульсное кодирование. То есть каждая из пятнадцати цифр состояла из двенадцати последовательных слотов. В зависимости от места появления импульса или импульсов в каждом разряде определялось значение этого разряда, знак слова и десятичная позиция. Таким образом, последовательный индикатор был довольно прост – ЭЛТ с одним модулированным лучом. Прозрачный гравированный прицел с 180 маленькими прорезями, расположенный перед ЭЛТ, позволял пользователю сразу же считывать числовое значение отображаемого слова.

“Я думаю, что при импульсно-позиционной модуляции становится достаточно очевидным, как выполняются определенные арифметические операции. Поскольку 610-й был небулевым, арифметические операции обычно выполнялись не с помощью булевой логики, а путем счета. При использовании барабана для временного хранения, например, во время сложения, сумма и аугенд одновременно доступны в последовательной форме. Вероятно, операция сложения выполнялась примерно следующим образом: Адденд и аугенд считывались с барабана синхронно последовательно, младший разряд первым. В промежутках между тактами на барабане (составляющих полное слово) каждый разряд дополнения отсчитывался с высокой скоростью до нуля, а каждый разряд слагаемого отсчитывался вверх, при этом перенос отмечался для включения при отсчете следующего разряда. Таким образом, сумма определялась за одно слово за время оборота барабана. Аналогичным образом можно было производить вычитание, заменяя перенос на заимствование; умножение, деление и возведение в квадратный корень, конечно, были более сложными.”

Джон рассказывает, что в компании Burroughs компьютер 610 называли CADET (“Can’t Add, Doesn’t Even Try”) – тот же термин, которым IBMовцы обозначали модель 1620. Подробнее об опыте работы Джона в компании Burroughs см:

• http://www.smecc.org/jack_l__aldridge.htm
• http://www.smecc.org/john_alrich_-_burroughs.htm
• http://www.smecc.org/burroughs.htm

Компьютер IBM 610 широко использовался в военных и научных кругах для решения научных задач. Эти фотографии сделаны в Лаборатории баллистических исследований армии США (BRL), Aberdeen Proving Ground, Maryland, около 1961 г., где 610-й использовался для расчетов теплопередачи, анализа масс-спектрометрических данных, оценки формул, расчета аэроупругости, анализа напряжений, флаттера и вибраций, сокращения данных, проектирования шоссе, мостов, геодезических задач, матричной арифметики, корреляционного и регрессионного анализа, прогнозирования продаж, актуарных расчетов, анализа дисперсии, подгонки кривых, экспериментального проектирования и многих других приложений.

В число инсталляций входили BRL, Командование транспортных исследований армии США, Военно-морская академия США, лаборатория QE на складе боеприпасов ВМС США, ракетный полигон Уайт-Сэндс, Управление долины Теннесси, DuPont, General Tire and Rubber, Lockheed Aircraft, Карлтон-колледж, Университет Луисвилля, Университет Род-Айленда, Университет Ватерлоо, Вустерский политехнический институт и, конечно, Колумбийский университет, где он использовался для работ по физической химии примерно до 1965 года. На военных объектах часто находилось по 3-4 прибора; их можно было поместить на грузовик и отвезти на место, а также установить на самолет.

Фотографии: Из справочника 2, отсканированы Эдом Теленом. Нажмите на изображения для увеличения.

Комментарии читателей

Билл Маккиман пишет 5 января 2021 г:

Я прочитал вашу статью о IBM 610. Вот некоторые личные впечатления.

Военно-морская академия США получила IBM 610 в 1960/1961 годах.

В то время я был офицером-преподавателем физики. Сам компьютер был установлен в зале Дальгрена (не в научном корпусе). Я сам учился программировать компьютер. Не помню, чтобы в то время кто-то еще умел им пользоваться. Как упоминается в Вашей статье, синусоидальная функция, поставляемая IBM, была очень медленной. На самом деле там была панелька, в которой были различные средства для ускорения вычислений. Оказалось, что IBM 610 может гораздо быстрее вычислять синус по ряду Тейлора, чем по панели. В итоге я сделал серию коротких лент, которые можно было вставить в любую программу, нуждающуюся в тригонометрических функциях, вместо того чтобы использовать возможности IBM. Скотч использовался для склеивания сегментов между собой, чтобы создавать более длинные программы. Цикл получался путем склеивания концов перфоленты за одну итерацию. Циклы выходили из строя, когда штифты для выборки отверстий окончательно протирали бумагу. Поэтому хранились резервные ленты, которые затем копировались для следующих запусков.

В 1961 году я закончил магистратуру по математике в Университете Джорджа Вашингтона. Среди программ, которые я написал для IBM 610, были вычисление объема N-мерного симплекса и N-мерной сферы при возрастании N. Профессор Пинкстон, заведующий кафедрой физики, попросил меня напечатать таблицы для равномерной корректировки оценок студентов, которые должны были иметь среднее значение 2,8 (оценка C) независимо от реальных оценок на экзаменах. Он дал мне формулы, а я ему – набор таблиц, которые затем использовались сотрудниками для приведения оценок к допустимым значениям. После каждого экзамена студенты (второкурсники) группировались вокруг Джо Беллино, американского квотербека. Если они сдавали экзамен лучше, чем он, то зачет им был гарантирован.

/s/ Bill (Dr. William Marshall McKeeman)

Ссылки и публикации:

1. Video:: IBM Auto-Point Computer History 1957 – A Rare Look Back – IBM’s First Personal Computer?, Computer History Archive Project, 2019.
2. Lentz, John, “A New Approach to Small-Computer Programming and Control”, IBM Journal of Research and Development, Vol.2, No.1, p.72 (1958).
3. Weik, Martin H., A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems, Report No. 1115, US Army Ballistic Research Laboratories, Aberdeen Proving Ground, Maryland (March 1961).
4. Grosch, Herbert R.J., Computer: Bit Slices from a Life, Third Millenium Books, Novato CA (1991), ISBN 0-88733-085 [3rd ed mss)].
5. Brennan, Jean Ford, The IBM Watson Laboratory at Columbia University: A History, IBM, Armonk NY (1971)
6. Bashe, Charles J.; Lyle R. Johnson; John H. Palmer; Emerson W. Pugh, IBM’s Early Computers, MIT Press (1985).
7. IBM 610, in Martin H. Weik, A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems, Ballistic Research Laboratories Report No. 1115, March 1961, Aberdeen Proving Ground, Maryland.
8. The Charles Babbage Institute lists an IBM 610 manual among its holdings.