延迟存储电子自动计算器

电子延迟存储自动计算器（英文：Electronic Delay Storage Auto-matic Calculator、EDSAC）是英国的早期计算机。1946年，英国剑桥大学数学实验室的莫里斯·威尔克斯教授和他的团队受冯·诺伊曼的First Draft of a Report on the EDVAC^[1]的启发，以EDVAC为蓝本，设计和建造EDSAC，1949年5月6日正式运行，是世界上第一台实际运行的存储程序式电子计算机^[2]。

项目的投资方是英国的J. Lyons & Co. Ltd.，该公司后来推出基于EDSAC设计的第一代商业应用电子计算机LEO I（英语：LEO I）。

物理组件

EDSAC使用了约3000个真空管，排在12个柜架上，占地5×4米，功率消耗12Kw ^[3]。

存储器

使用水银延迟线作存储器，分布在32个槽中，每个槽5英尺长，里面包含32个内存位置，共1024个位置。 ^[4]^[5]

建造时只实现了一半，512个字，第二组于1952年添加.^[3] 1952年增加一个磁带存储，但实际使用中不能良好工作。^[6]

输入输出

输入采用5路的穿孔纸带，使用电子纸带读入机，速度为每秒 $6{\frac {2}{3}}$ 个字符，1949年10月改进为每秒16字符，1950年使用光电阅读器，达到50字符每秒。 ^[3]

输出使用电传打字机，速度 $6{\frac {2}{3}}$ 字符每秒，1951年添加一个16字符每秒的纸带打孔机 ^[3]

另外，EDSAC可以外接阴极射线管（CRT），可以用来观察寄存器的值。

体系结构

EDSAC的原始设计基于EDVAC，概念上是一台十分简单的机器，这是它的一个良好特征，与1960-1970年代的RISC体系很相似。^[7]

包含5部分：运算器（ALU）、控制器、存储器、输入和输出。运算器和控制器现在一般合称CPU。

工作在500kHz^[8]，平均每秒运行650指令^[3]

内存

共1024字（word），每字18位（bit）。但一般只能使用17bit，第一个bit由于电路的建立时间（set-up time）而不能使用。

存放指令时，包含如下结构：

`5`	`1`	`10`	`1`
指令代码	保留	内存地址	长度
指令格式

5bit的指令代码，11bit内存地址（由于EDSAC内存只有1024，所以实际有1bit保留），余下1bit在某些指令中，用于指示操作子是单字还是双字（word）。

存放数据时，EDSAC采用二进制补码，可表示正负整数和正负真分数。单字17bit，其中第一个bit用于符号位；双字35bit，此时，第二个字可用满18bit。

如下图所示：

	`16`
a.短整数

	`16`		`17`
b.长整数

隐含的小数点在最低有效位上

	`16`
c.短分数

	`16`		`17`
d.长分数

隐含的小数点在符号位后面。

表示符号位 表示中间位

寄存器

EDSAC的处理器包含5个基本寄存器：

指令地址寄存器
顺序存储器
被乘数寄存器
乘数寄存器
累加器

EDSAC和同时代的计算机均没有变址寄存器（英语：Index_register）。^[7]

指令集

平均每条指令运行时间1.5ms，乘法4.5ms，软件除法大约需要200ms。^[3]

完整的指令集可以在这里的p41找到。

转移指令

转移指令只有E-和G-（分别表示累加器的符号位为0和1时转移），而没有无条件转移。因此无条件转移就需要使用两条指令；同样的原因，使得判断两个数相等需要八条指令。^[7] 1952年，指令集添加了无条件转移，但许多程序和子程序库需要重写。

算术指令

加法指令将存放的数据按整数处理。而乘法指令将数据解释为真分数，两个17bit的分数相乘得到一个35bit的分数存入累加器。

EDSAC缺少逻辑运算指令，只有AND，也缺少字符处理指令。^[7]

软件

操作系统

操作系统，或者称之为初始化指令，使用了31条指令，存放在机械结构的只读存储器中。这些指令将纸带上的程序读入内存，然后运行。

第二个版本在1949年8月安装，占用了41条指令，使得子程序的重定位和协作变得简单易用（D.J. Wheeler的重要发明）。^[3]

应用软件

1949年5月6日，第一个在EDSAC程序是打印0-99的平方表。

EDSAC的非凡的特征是提供了大量的子程序。到1951年，EDSAC含有87个子程序，涵盖：

浮点运算、复数运算、检测、除法、幂、微分方程、特殊函数、幂级数、对数、正交、输入输出、n次方根、三角函数、向量和矩阵、循环（模拟repeat，while和for）。

EDSAC的应用

EDSAC早期应用集中在解决气象学、遗传学和X光结晶学等方面的问题。

1951年，Miller和Wheeler利用EDSAC发现了一个当时最大的79位素数。
1951年，A.S. Douglas开发出OXO（井字游戏），输出到阴极射线管，是最早的电子计算机游戏。
1960年代，EDSAC用于收集椭圆曲线解的数值现象，这引出了贝赫和斯维讷通-戴尔猜想。

后续发展

EDSAC的后继机型EDSAC2于1958年投入使用。EDSAC2引入了微程序（microprogramme）和位片（英语：bit-slice）的概念。^[6]

参考

The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer 莫里斯·威尔克斯, 大卫·惠勒和斯坦利·吉尔, Addison-Wesley, 第一版, 1951年
John von Neumann. First Draft of a Report on the EDVAC (PDF). （原始内容 (PDF)存档于2004-04-23）.

外部链接

EDSAC模拟器（英文）英国华威大学计算机科学系马丁·坎贝尔-凯利开发
EDSAC50周年（页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）
Nicholas Enticknap and Maurice Wilkes, Cambridge's Golden Jubilee （页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）

脚注

^ http://www.virtualtravelog.net/entries/2003-08-TheFirstDraft.pdf 互联网档案馆的存档，存档日期2004-04-23.
^ EDVAC是第一个设计为冯·诺伊曼结构的电子计算机，但直到1952年该计算机才首次正式运行。
^ ^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.
^ Report of a Conference on High Speed Automatic Calculating-machines, University Mathematical Laboratory, Cambridge, June 1949; M.R. Williams与M. Campbell-Kelly的修改版于1989年由MIT/Tomash historical series重印（报告也包含了EDSAC与曼彻斯特与美国的同时期电子计算机的比较报告。）
^ Peter Robinson and Karen Sparck Jones: EDSAC 99 commemorative booklet, University of Cambridge Computer Laboratory, April 1999. 在线版本（页面存档备份，存于互联网档案馆）.
^ ^6.0 ^6.1 Karen Sparck Jones: Brief informal history of the Computer Laboratory 在线版本（页面存档备份，存于互联网档案馆）
^ ^7.0 ^7.1 ^7.2 ^7.3 EDSAC模拟器的文档（页面存档备份，存于互联网档案馆）马丁·坎贝尔-凯利编写
^ M.V. Wilkes, Memoirs of a Computer Pioneer, MIT Press, 1985.

[1] ttp://www.virtualtravelog.net/entries/2003-08-TheFirstDraft.pdf 互联网档案馆的存档，存档日期2004-04-23.

[2] EDVAC是第一个设计为冯·诺伊曼结构的电子计算机，但直到1952年该计算机才首次正式运行。

[ref3-3] 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.

[ref1-4] Report of a Conference on High Speed Automatic Calculating-machines, University Mathematical Laboratory, Cambridge, June 1949; M.R. Williams与M. Campbell-Kelly的修改版于1989年由MIT/Tomash historical series重印（报告也包含了EDSAC与曼彻斯特与美国的同时期电子计算机的比较报告。）

[ref2-5] Peter Robinson and Karen Sparck Jones: EDSAC 99 commemorative booklet, University of Cambridge Computer Laboratory, April 1999. 在线版本（页面存档备份，存于互联网档案馆）.

[ref4-6] 6.0 ^6.1 Karen Sparck Jones: Brief informal history of the Computer Laboratory 在线版本（页面存档备份，存于互联网档案馆）

[ref7-7] 7.0 ^7.1 ^7.2 ^7.3 EDSAC模拟器的文档（页面存档备份，存于互联网档案馆）马丁·坎贝尔-凯利编写

[ref5-8] M.V. Wilkes, Memoirs of a Computer Pioneer, MIT Press, 1985.

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