延遲存儲電子自動計算器

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]。

EDSAC

EDSAC佔地5×4米

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${\displaystyle 6{\frac {2}{3}}}$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${\displaystyle 6{\frac {2}{3}}}$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

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。

• 算術指令

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。

• 1951年，Miller和Wheeler利用EDSAC發現了一個當時最大的79位素數。
• 1951年，A.S. Douglas開發出OXO（井字遊戲），輸出到陰極射線管，是最早的電子計算機遊戲。
• 1960年代，EDSAC用於收集橢圓曲線解的數值現象，這引出了貝赫和斯維訥通-戴爾猜想。

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

• The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer 莫里斯·威爾克斯, 大衛·惠勒和斯坦利·吉爾, Addison-Wesley, 第一版, 1951年
• John von Neumann. First Draft of a Report on the EDVAC (PDF). （原始內容 (PDF)存檔於2004-04-23）.

相關條目

• 莫里斯·威爾克斯
• EDVAC
• 馮·諾伊曼結構

外部連結

• EDSAC模擬器（英文） 英國華威大學計算機科學系馬丁·坎貝爾-凱利開發
• EDSAC50周年 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） （英文）
• Nicholas Enticknap and Maurice Wilkes, Cambridge's Golden Jubilee （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） （英文）

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. 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. 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. 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.