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延遲存儲電子自動計算器

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EDSAC
EDSAC佔地5×4米

電子延遲存儲自動計算器（英文：Electronic Delay Storage Auto-matic Calculator、EDSAC）是英國的早期計算機。1946年，英國劍橋大學數學實驗室的莫里斯·威爾克斯教授和他的團隊受馮·諾伊曼的First Draft of a Report on the EDVAC[1]的啟發，以EDVAC為藍本，設計和建造EDSAC，1949年5月6日正式運行，是世界上第一台實際運行的存儲程序式電子計算機[2]。

項目的投資方是英國的J. Lyons & Co. Ltd.，該公司後來推出基於EDSAC設計的第一代商業應用電子計算機LEO I（英語：LEO I）。

物理組件

EDSAC使用了約3000個真空管，排在12個櫃架上，佔地5×4米，功率消耗12Kw [3]。

EDSAC的內存槽5英尺長，內含32個內存位置

存儲器

使用水銀延遲線作存儲器，分佈在32個槽中，每個槽5英尺長，裡面包含32個內存位置，共1024個位置。 [4][5]

建造時只實現了一半，512個字，第二組於1952年添加.[3] 1952年增加一個磁帶存儲，但實際使用中不能良好工作。[6]

輸入輸出

陰極射線管

輸入採用5路的穿孔紙帶，使用電子紙帶讀入機，速度為每秒個字符，1949年10月改進為每秒16字符，1950年使用光電閱讀器，達到50字符每秒。 [3]

輸出使用電傳打字機，速度字符每秒，1951年添加一個16字符每秒的紙帶打孔機 [3]

另外，EDSAC可以外接陰極射線管（CRT），可以用來觀察寄存器的值。


體系結構

EDSAC的原始設計基於EDVAC，概念上是一台十分簡單的機器，這是它的一個良好特徵，與1960-1970年代的RISC體系很相似。[7]

包含5部分：運算器（ALU）、控制器、存儲器、輸入和輸出。運算器和控制器現在一般合稱CPU。

工作在500kHz[8]，平均每秒運行650指令[3]

內存

共1024字（word），每字18位（bit）。但一般只能使用17bit，第一個bit由於電路的建立時間（set-up time）而不能使用。

存放指令時，包含如下結構：

     5       1            10            1 
指令代碼 保留 內存地址 長度
指令格式
5bit的指令代碼，11bit內存地址（由於EDSAC內存只有1024，所以實際有1bit保留），餘下1bit在某些指令中，用於指示操作子是單字還是雙字（word）。

存放數據時，EDSAC採用二進制補碼，可表示正負整數和正負真分數。 單字17bit，其中第一個bit用於符號位；雙字35bit，此時，第二個字可用滿18bit。

如下圖所示：

             16          
a.短整數
             16                        17            
b.長整數
隱含的小數點在最低有效位上
             16          
c.短分數
             16                        17            
d.長分數
隱含的小數點在符號位後面。
   表示符號位    表示中間位

寄存器

EDSAC的內部結構

EDSAC的處理器包含5個基本寄存器：

  • 指令地址寄存器
  • 順序存儲器
  • 被乘數寄存器
  • 乘數寄存器
  • 累加器

EDSAC和同時代的計算機均沒有變址寄存器（英語：Index_register）。[7]

指令集

平均每條指令運行時間1.5ms，乘法4.5ms，軟件除法大約需要200ms。[3]

完整的指令集可以在這裏的p41找到。

轉移指令只有E-和G-（分別表示累加器的符號位為0和1時轉移），而沒有無條件轉移。因此無條件轉移就需要使用兩條指令；同樣的原因，使得判斷兩個數相等需要八條指令。[7] 1952年，指令集添加了無條件轉移，但許多程序和子程序庫需要重寫。
加法指令將存放的數據按整數處理。而乘法指令將數據解釋為真分數，兩個17bit的分數相乘得到一個35bit的分數存入累加器。
EDSAC缺少邏輯運算指令，只有AND，也缺少字符處理指令。[7]

軟件

作業系統

作業系統，或者稱之為初始化指令，使用了31條指令，存放在機械結構的只讀存儲器中。這些指令將紙帶上的程序讀入內存，然後運行。

第二個版本在1949年8月安裝，佔用了41條指令，使得子程序的重定位和協作變得簡單易用（D.J. Wheeler的重要發明）。[3]

應用軟件

1949年5月6日，第一個在EDSAC程序是打印0-99的平方表。

EDSAC的非凡的特徵是提供了大量的子程序。到1951年，EDSAC含有87個子程序，涵蓋：

浮點運算、複數運算、檢測、除法、冪、微分方程、特殊函數、冪級數、對數、正交、輸入輸出、n次方根、三角函數、向量和矩陣、循環（模擬repeat，while和for）。

EDSAC的應用

EDSAC的應用

EDSAC早期應用集中在解決氣象學、遺傳學和X光結晶學等方面的問題。


後續發展

EDSAC的後繼機型EDSAC2於1958年投入使用。EDSAC2引入了微程序（microprogramme）和位片（英語：bit-slice）的概念。[6]

參考


相關條目

外部連結

維基共享資源上的相關多媒體資源：延遲存儲電子自動計算器

腳註

  1. ^ http://www.virtualtravelog.net/entries/2003-08-TheFirstDraft.pdf 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2004-04-23.
  2. ^ EDVAC是第一個設計為馮·諾伊曼結構的電子計算機，但直到1952年該計算機才首次正式運行。
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Martin Campbell-Kelly: Programming the EDSAC, IEEE Annals of the History of Computing, Vol 2(1), 1980.
  4. ^ Report of a Conference on High Speed Automatic Calculating-machines, University Mathematical Laboratory, Cambridge, June 1949; M.R. Williams與M. Campbell-Kelly的修改版於1989年由MIT/Tomash historical series重印（報告也包含了EDSAC與曼徹斯特與美國的同時期電子計算機的比較報告。）
  5. ^ Peter Robinson and Karen Sparck Jones: EDSAC 99 commemorative booklet, University of Cambridge Computer Laboratory, April 1999. 在線版本 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
  6. ^ 6.0 6.1 Karen Sparck Jones: Brief informal history of the Computer Laboratory 在線版本 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 EDSAC模擬器的文檔 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 馬丁·坎貝爾-凱利編寫
  8. ^ M.V. Wilkes, Memoirs of a Computer Pioneer, MIT Press, 1985.
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