IBM 704

IBM 704 — первый массово выпускавшийся компьютер с аппаратной поддержкой вычислений с плавающей точкой, представленный фирмой IBM в 1954 году. В руководстве по эксплуатации IBM 704 машина характеризуется следующим образом.

Электронная машина обработки данных типа 704 — это большой высокоскоростной электронный вычислитель, управляемый хранящейся внутри программой из инструкций одноадресного типа.

Оригинальный текст (англ.)  

The type 704 Electronic Data-Processing Machine is a large-scale, high-speed electronic calculator controlled by an internally stored program with instructions of the single address type.

Модель 704 была значительно улучшена по сравнению с более ранней IBM 701 в части архитектуры и реализации. Как и в 701 модели, логические цепи были построены на электронных лампах. Изменения по сравнению с 701 моделью включали использование памяти на магнитных сердечниках вместо трубок Уильямса и добавление трёх индексных регистров. Для поддержки новых возможностей, длина инструкций была увеличена до полного размера машинного слова (36 бит). Новый набор команд, несовместимый с набором команд модели 701, стал основой для машин IBM серий 700/7000 с «научной архитектурой».

Модель 704 могла выполнять до 12000 сложений или до 4000 умножений с плавающей точкой в секунду, темп выполнения простых инструкций мог достигать 40000 в секунду. IBM продала около 140 компьютеров модели 704 между 1955 и 1960 годами.

IBM 704 в истории вычислительной техники

Языки программирования Фортран и Лисп были впервые разработаны для IBM 704.

Для IBM 704 Максом Мэтьюсом была разработана первая компьютерная программа для цифрового синтеза звука MUSIC.

В 1962 году физик Джон Ларри Келли младший с использованием компьютера IBM 704 создал одну из самых ярких демонстраций компьютерного синтеза речи в истории компании Bell Labs. Вокодер (синтезатор речи), запрограммированный Келли, воспроизвел популярную песню Daisy Bell под музыкальный аккомпанемент, запрограммированный Максом Мэтьюсом. Оригинальная запись была сделана в 1961 году. Результат синтеза речи и музыки в цифровом виде записывался на магнитную ленту, а затем воспроизводился с использованием 12-разрядного лампового цифро-аналогового преобразователя. Артур Кларк, посещавший друга и коллегу Джона Пирса в отделении Bell Labs в Мюррей Хилл, по случаю оказался на этой демонстрации. Кларк был настолько впечатлен, что спустя шесть лет он использовал этот момент в романе и сценарии к фильму «Космическая одиссея 2001 года»: в сцене отключения астронавтом Дейвом Боуменом компьютера «HAL 9000» компьютер поёт ту же песню.

Эдвард Торп, профессор математики из Массачусетского технологического института, использовал IBM 704 при разработке своей теории игры в блэкджек в качестве исследовательского инструмента для изучения вероятности выигрыша. Свою исследовательскую модель Торп запрограммировал на Фортране.

IBM 704 использовался Смитсоновской астрофизической обсерваторией для вычисления орбиты первого советского спутника на основе данных, собранных астрономами любителями в рамках проекта Moonwatch осенью 1957 года. В вычислении параметров орбиты учёным и математикам Смитсоновской астрофизической обсерватории помогали четверо штатных сотрудников компании IBM.

Технические характеристики

• разрядность машинного слова — 36 бит
• разрядность шины адреса — 15 бит
• длина инструкции — 36 бит
• время операции сложения чисел с плавающей запятой — 84 микросекунды
• время умножения чисел с плавающей запятой — 240 микросекунд
• элементная база — электронные лампы
• память на магнитных сердечниках от 4K до 32K слов

Архитектура

Регистры

IBM 704 содержал 38-битный аккумулятор (2 дополнительных разряда Q и P, использовались для контроля переполнения), 36-битный регистр «множителя/остатка», и три 15-битных индексных регистра. Содержимое индексных регистров вычиталось из базового адреса, поэтому эти регистры также назывались «регистрами декремента». Все три регистра можно было использовать одновременно в одной инструкции: разряды 3-битного поля тега инструкции определяли, какие индексные регистры будут использованы. Перед выполнением декремента содержимое регистров не складывалось, а объединялось операцией логического ИЛИ. Такое поведение сохранилось и в более поздних машинах «научной архитектуры» (таких как IBM 709 и IBM 7090), вплоть до IBM 7094. В машине IBM 7094, представленной в 1962 году, число индексных регистров было увеличено до семи, а одновременно можно было использовать только один. Режим объединения содержимого регистров операцией логического ИЛИ остался доступен только в режиме совместимости.

Форматы инструкций

Поддерживалось два формата инструкций, называемых «Тип A» и «Тип B». Большинство инструкций относилось к типу B.

Инструкции типа A содержали последовательность из 3-битного префикса (кода инструкции), 15-битного поля декремента, 3-битного поля тега и 15-битного поля адреса. К типу A относились инструкции условных переходов, использующие значения из индексных регистров, задаваемых в поле тега. Некоторые из этих инструкций позволяли вычитать поле декремента из значения индексного регистра. Аппаратная реализация требовала, чтобы второй, либо третий биты кода инструкции были ненулевыми. Таким образом, было возможно закодировать до 6 инструкций типа A, но только в машине IBM 709 появилась шестая инструкция типа A (STR).

Инструкции типа B содержали последовательность из 12-битного кода инструкции (второй и третий биты должны были быть нулевыми, это был отличительный признак инструкций типа B), 2-битного поля флага, 4 неиспользуемых бит, 3-битного поля тега и 15-битного поля адреса.

Особенностью набора инструкций была возможность модифицировать части машинного слова. Машинное слово рассматривалось как структура, имеющая формат инструкции типа A. Имелись инструкции для модификации полей префикса, декремента и адреса, хотя для модификации поля тега в IBM 704 инструкции не было предусмотрено. Первая реализация языка Лисп использовала поля адреса и декремента для хранения головы и хвоста списка. Системные функции CAR (от англ. contents of the address part of register — «содержимое адресной части регистра») и CDR (от англ. contents of the decrement part of register — «содержимое декрементной части регистра») получили свои названия в соответствии с этими полями. В данном контексте под термином «регистр» подразумевается ячейка памяти . Известное объяснение названий функций CAR и CDR, как сокращений от contents of the address register («содержимое регистра адреса») и contents of the decrement register («содержимое регистра декремента») следует считать упрощением, не отражающим архитектуры IBM 704. В машине не было программно-доступного регистра адреса, а трём регистрам модификации адреса компанией IBM было дано название «индексных».

Форматы данных

• Числа с фиксированной запятой со знаком
• Числа с плавающей запятой, содержащие бит знака, 8 бит порядка со смещением 128 и 27-битную мантиссу
• Алфавитно-цифровые символы в 6-битной кодировке BCD, по 6 символов в одном машинном слове

Память и периферийные устройства

Периферийные устройства, входившие в комплект IBM 704, включали: один считыватель перфокарт модели 711, один алфавитно-цифровой принтер модели 716, один перфоратор перфокарт модели 721, пять накопителей на магнитной ленте модели 727 и один блок управления этими накопителями модели 753, один накопитель на магнитном барабане модели 733 и один блок памяти на магнитных сердечниках модели 737. Блок вычислителя 704 поставлялся с консолью оператора, содержащей 36 управляющих переключателей и 36 переключателей ввода данных (по одному для каждого бита регистра). Консоль оператора, фактически, обеспечивала только задание двоичных значений регистров с помощью переключателей и просмотр содержимого регистров с помощью неоновых лампочек, сгруппированных по 3 разряда. Для работы с компьютером предварительно необходимо было ввести программу с перфокарт, а не с консоли. Человекочитаемый результат работы программы направлялся на принтер. Также было доступно устройство вывода на электронно-лучевую трубку IBM 740, содержавшее 21-дюймовый векторный дисплей с временем послесвечения люминофора до 20 секунд для просмотра человеком и 7-дюймовый дисплей с малым временем послесвечения, отображающий то же самое изображение и предназначенный для фотографирования присоединяемым к нему фотоаппаратом.

Блок памяти на магнитных сердечниках модели 737 имел объём 4096 36-битных слов (18432 байта) и использовался как ОЗУ. Накопитель на магнитной ленте модели 727 позволял хранить более 5 миллионов шестибитных символов на одной катушке ленты.

См. также

• GM-NAA I/O
• Список ламповых компьютеров

Литература

• John McCarthy [www-formal.stanford.edu/jmc/recursive.html Recursive Functions of Symbolic Expressions and Their Computation by Machine, Part I] // Communications of the ACM. — ACM New York, 1960. — Т. 3, вып. 4. — С. 184-195. — DOI:10.1145/367177.367199.

Дополнительная литература

• Charles J. Bashe, Lyle R. Johnson, John H. Palmer, Emerson W. Pugh, IBM's Early Computers (MIT Press, Cambridge, 1986)  (англ.)
• Стивен Леви, Хакеры: Герои компьютерной революции

Внешние ссылки

• [purl.umn.edu/104341 Oral history interview with Gene Amdahl] Миннеаполис, Миннесотский Университет, Институт Чарльза Бэббиджа. Джин Амдал рассказывает о своей роли в разработке компьютеров в IBM, включая STRETCH, IBM 701, и IBM 704. Он обсуждает свою работу с Натаниэлем Рочестером и организацию процесса проектирования компьютеров в IBM  (англ.)
• [ed-thelen.org/comp-hist/BRL61-ibm0704.html Applications and installations of the IBM 704 Data Processing System] — Из Третьего обзора отечественных электронных цифровых вычислительных систем Мартина Уайка, отчёт № 1115, март 1961. Мэриленд, Абердинский испытательный полигон, Лаборатории Баллистических Исследований. Текстовая версия документа из Музея Компьютерной Истории (www.computerhistory.org)  (англ.)
• [www.vintchip.com/MAINFRAME/IBM704/IBM704.html Редкие фотографии деталей IBM 704]  (англ.)

Отрывок, характеризующий IBM 704

– Что за штиль, как он описывает мило! – говорила она, читая описательную часть письма. – И что за душа! Об себе ничего… ничего! О каком то Денисове, а сам, верно, храбрее их всех. Ничего не пишет о своих страданиях. Что за сердце! Как я узнаю его! И как вспомнил всех! Никого не забыл. Я всегда, всегда говорила, еще когда он вот какой был, я всегда говорила…
Более недели готовились, писались брульоны и переписывались набело письма к Николушке от всего дома; под наблюдением графини и заботливостью графа собирались нужные вещицы и деньги для обмундирования и обзаведения вновь произведенного офицера. Анна Михайловна, практическая женщина, сумела устроить себе и своему сыну протекцию в армии даже и для переписки. Она имела случай посылать свои письма к великому князю Константину Павловичу, который командовал гвардией. Ростовы предполагали, что русская гвардия за границей , есть совершенно определительный адрес, и что ежели письмо дойдет до великого князя, командовавшего гвардией, то нет причины, чтобы оно не дошло до Павлоградского полка, который должен быть там же поблизости; и потому решено было отослать письма и деньги через курьера великого князя к Борису, и Борис уже должен был доставить их к Николушке. Письма были от старого графа, от графини, от Пети, от Веры, от Наташи, от Сони и, наконец, 6 000 денег на обмундировку и различные вещи, которые граф посылал сыну.


12 го ноября кутузовская боевая армия, стоявшая лагерем около Ольмюца, готовилась к следующему дню на смотр двух императоров – русского и австрийского. Гвардия, только что подошедшая из России, ночевала в 15 ти верстах от Ольмюца и на другой день прямо на смотр, к 10 ти часам утра, вступала на ольмюцкое поле.
Николай Ростов в этот день получил от Бориса записку, извещавшую его, что Измайловский полк ночует в 15 ти верстах не доходя Ольмюца, и что он ждет его, чтобы передать письмо и деньги. Деньги были особенно нужны Ростову теперь, когда, вернувшись из похода, войска остановились под Ольмюцом, и хорошо снабженные маркитанты и австрийские жиды, предлагая всякого рода соблазны, наполняли лагерь. У павлоградцев шли пиры за пирами, празднования полученных за поход наград и поездки в Ольмюц к вновь прибывшей туда Каролине Венгерке, открывшей там трактир с женской прислугой. Ростов недавно отпраздновал свое вышедшее производство в корнеты, купил Бедуина, лошадь Денисова, и был кругом должен товарищам и маркитантам. Получив записку Бориса, Ростов с товарищем поехал до Ольмюца, там пообедал, выпил бутылку вина и один поехал в гвардейский лагерь отыскивать своего товарища детства. Ростов еще не успел обмундироваться. На нем была затасканная юнкерская куртка с солдатским крестом, такие же, подбитые затертой кожей, рейтузы и офицерская с темляком сабля; лошадь, на которой он ехал, была донская, купленная походом у казака; гусарская измятая шапочка была ухарски надета назад и набок. Подъезжая к лагерю Измайловского полка, он думал о том, как он поразит Бориса и всех его товарищей гвардейцев своим обстреленным боевым гусарским видом.
Гвардия весь поход прошла, как на гуляньи, щеголяя своей чистотой и дисциплиной. Переходы были малые, ранцы везли на подводах, офицерам австрийское начальство готовило на всех переходах прекрасные обеды. Полки вступали и выступали из городов с музыкой, и весь поход (чем гордились гвардейцы), по приказанию великого князя, люди шли в ногу, а офицеры пешком на своих местах. Борис всё время похода шел и стоял с Бергом, теперь уже ротным командиром. Берг, во время похода получив роту, успел своей исполнительностью и аккуратностью заслужить доверие начальства и устроил весьма выгодно свои экономические дела; Борис во время похода сделал много знакомств с людьми, которые могли быть ему полезными, и через рекомендательное письмо, привезенное им от Пьера, познакомился с князем Андреем Болконским, через которого он надеялся получить место в штабе главнокомандующего. Берг и Борис, чисто и аккуратно одетые, отдохнув после последнего дневного перехода, сидели в чистой отведенной им квартире перед круглым столом и играли в шахматы. Берг держал между колен курящуюся трубочку. Борис, с свойственной ему аккуратностью, белыми тонкими руками пирамидкой уставлял шашки, ожидая хода Берга, и глядел на лицо своего партнера, видимо думая об игре, как он и всегда думал только о том, чем он был занят.
– Ну ка, как вы из этого выйдете? – сказал он.
– Будем стараться, – отвечал Берг, дотрогиваясь до пешки и опять опуская руку.
В это время дверь отворилась.
– Вот он, наконец, – закричал Ростов. – И Берг тут! Ах ты, петизанфан, але куше дормир , [Дети, идите ложиться спать,] – закричал он, повторяя слова няньки, над которыми они смеивались когда то вместе с Борисом.
– Батюшки! как ты переменился! – Борис встал навстречу Ростову, но, вставая, не забыл поддержать и поставить на место падавшие шахматы и хотел обнять своего друга, но Николай отсторонился от него. С тем особенным чувством молодости, которая боится битых дорог, хочет, не подражая другим, по новому, по своему выражать свои чувства, только бы не так, как выражают это, часто притворно, старшие, Николай хотел что нибудь особенное сделать при свидании с другом: он хотел как нибудь ущипнуть, толкнуть Бориса, но только никак не поцеловаться, как это делали все. Борис же, напротив, спокойно и дружелюбно обнял и три раза поцеловал Ростова.
Они полгода не видались почти; и в том возрасте, когда молодые люди делают первые шаги на пути жизни, оба нашли друг в друге огромные перемены, совершенно новые отражения тех обществ, в которых они сделали свои первые шаги жизни. Оба много переменились с своего последнего свидания и оба хотели поскорее выказать друг другу происшедшие в них перемены.
– Ах вы, полотеры проклятые! Чистенькие, свеженькие, точно с гулянья, не то, что мы грешные, армейщина, – говорил Ростов с новыми для Бориса баритонными звуками в голосе и армейскими ухватками, указывая на свои забрызганные грязью рейтузы.
Хозяйка немка высунулась из двери на громкий голос Ростова.
– Что, хорошенькая? – сказал он, подмигнув.
– Что ты так кричишь! Ты их напугаешь, – сказал Борис. – А я тебя не ждал нынче, – прибавил он. – Я вчера, только отдал тебе записку через одного знакомого адъютанта Кутузовского – Болконского. Я не думал, что он так скоро тебе доставит… Ну, что ты, как? Уже обстрелен? – спросил Борис.
Ростов, не отвечая, тряхнул по солдатскому Георгиевскому кресту, висевшему на снурках мундира, и, указывая на свою подвязанную руку, улыбаясь, взглянул на Берга.
– Как видишь, – сказал он.
– Вот как, да, да! – улыбаясь, сказал Борис, – а мы тоже славный поход сделали. Ведь ты знаешь, его высочество постоянно ехал при нашем полку, так что у нас были все удобства и все выгоды. В Польше что за приемы были, что за обеды, балы – я не могу тебе рассказать. И цесаревич очень милостив был ко всем нашим офицерам.
И оба приятеля рассказывали друг другу – один о своих гусарских кутежах и боевой жизни, другой о приятности и выгодах службы под командою высокопоставленных лиц и т. п.
– О гвардия! – сказал Ростов. – А вот что, пошли ка за вином.
Борис поморщился.
– Ежели непременно хочешь, – сказал он.
И, подойдя к кровати, из под чистых подушек достал кошелек и велел принести вина.
– Да, и тебе отдать деньги и письмо, – прибавил он.
Ростов взял письмо и, бросив на диван деньги, облокотился обеими руками на стол и стал читать. Он прочел несколько строк и злобно взглянул на Берга. Встретив его взгляд, Ростов закрыл лицо письмом.
– Однако денег вам порядочно прислали, – сказал Берг, глядя на тяжелый, вдавившийся в диван кошелек. – Вот мы так и жалованьем, граф, пробиваемся. Я вам скажу про себя…
– Вот что, Берг милый мой, – сказал Ростов, – когда вы получите из дома письмо и встретитесь с своим человеком, у которого вам захочется расспросить про всё, и я буду тут, я сейчас уйду, чтоб не мешать вам. Послушайте, уйдите, пожалуйста, куда нибудь, куда нибудь… к чорту! – крикнул он и тотчас же, схватив его за плечо и ласково глядя в его лицо, видимо, стараясь смягчить грубость своих слов, прибавил: – вы знаете, не сердитесь; милый, голубчик, я от души говорю, как нашему старому знакомому.
– Ах, помилуйте, граф, я очень понимаю, – сказал Берг, вставая и говоря в себя горловым голосом.
– Вы к хозяевам пойдите: они вас звали, – прибавил Борис.
Берг надел чистейший, без пятнушка и соринки, сюртучок, взбил перед зеркалом височки кверху, как носил Александр Павлович, и, убедившись по взгляду Ростова, что его сюртучок был замечен, с приятной улыбкой вышел из комнаты.
– Ах, какая я скотина, однако! – проговорил Ростов, читая письмо.
– А что?
– Ах, какая я свинья, однако, что я ни разу не писал и так напугал их. Ах, какая я свинья, – повторил он, вдруг покраснев. – Что же, пошли за вином Гаврилу! Ну, ладно, хватим! – сказал он…
В письмах родных было вложено еще рекомендательное письмо к князю Багратиону, которое, по совету Анны Михайловны, через знакомых достала старая графиня и посылала сыну, прося его снести по назначению и им воспользоваться.
– Вот глупости! Очень мне нужно, – сказал Ростов, бросая письмо под стол.
– Зачем ты это бросил? – спросил Борис.
– Письмо какое то рекомендательное, чорта ли мне в письме!
– Как чорта ли в письме? – поднимая и читая надпись, сказал Борис. – Письмо это очень нужное для тебя.
– Мне ничего не нужно, и я в адъютанты ни к кому не пойду.
– Отчего же? – спросил Борис.
– Лакейская должность!
– Ты всё такой же мечтатель, я вижу, – покачивая головой, сказал Борис.
– А ты всё такой же дипломат. Ну, да не в том дело… Ну, ты что? – спросил Ростов.
– Да вот, как видишь. До сих пор всё хорошо; но признаюсь, желал бы я очень попасть в адъютанты, а не оставаться во фронте.
– Зачем?
– Затем, что, уже раз пойдя по карьере военной службы, надо стараться делать, коль возможно, блестящую карьеру.
– Да, вот как! – сказал Ростов, видимо думая о другом.
Он пристально и вопросительно смотрел в глаза своему другу, видимо тщетно отыскивая разрешение какого то вопроса.
Старик Гаврило принес вино.
– Не послать ли теперь за Альфонс Карлычем? – сказал Борис. – Он выпьет с тобою, а я не могу.
– Пошли, пошли! Ну, что эта немчура? – сказал Ростов с презрительной улыбкой.
– Он очень, очень хороший, честный и приятный человек, – сказал Борис.
Ростов пристально еще раз посмотрел в глаза Борису и вздохнул. Берг вернулся, и за бутылкой вина разговор между тремя офицерами оживился. Гвардейцы рассказывали Ростову о своем походе, о том, как их чествовали в России, Польше и за границей. Рассказывали о словах и поступках их командира, великого князя, анекдоты о его доброте и вспыльчивости. Берг, как и обыкновенно, молчал, когда дело касалось не лично его, но по случаю анекдотов о вспыльчивости великого князя с наслаждением рассказал, как в Галиции ему удалось говорить с великим князем, когда он объезжал полки и гневался за неправильность движения. С приятной улыбкой на лице он рассказал, как великий князь, очень разгневанный, подъехав к нему, закричал: «Арнауты!» (Арнауты – была любимая поговорка цесаревича, когда он был в гневе) и потребовал ротного командира.
– Поверите ли, граф, я ничего не испугался, потому что я знал, что я прав. Я, знаете, граф, не хвалясь, могу сказать, что я приказы по полку наизусть знаю и устав тоже знаю, как Отче наш на небесех . Поэтому, граф, у меня по роте упущений не бывает. Вот моя совесть и спокойна. Я явился. (Берг привстал и представил в лицах, как он с рукой к козырьку явился. Действительно, трудно было изобразить в лице более почтительности и самодовольства.) Уж он меня пушил, как это говорится, пушил, пушил; пушил не на живот, а на смерть, как говорится; и «Арнауты», и черти, и в Сибирь, – говорил Берг, проницательно улыбаясь. – Я знаю, что я прав, и потому молчу: не так ли, граф? «Что, ты немой, что ли?» он закричал. Я всё молчу. Что ж вы думаете, граф? На другой день и в приказе не было: вот что значит не потеряться. Так то, граф, – говорил Берг, закуривая трубку и пуская колечки.
– Да, это славно, – улыбаясь, сказал Ростов.