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하버드 마크 I

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하버드 마크 I (Harvard Mark I)
입출력 및 제어 판독기 근접 촬영
개발사하워드 에이컨 / IBM
전원5 hp (3.7 kW)
크기
  • 816 cu ft (23.1 m3):
  • 너비: 51 ft (16 m)
  • 높이: 8 ft (2.4 m)
  • 깊이: 2 ft (0.61 m)
무게9,445 lb (4,284 kg)
후속 기종하버드 마크 II
왼쪽 끝부분은 전기기계식 계산 부품들로 구성되었다.
오른쪽 끝부분에는 데이터 및 프로그램 판독기와 자동 타자기가 포함되었다.

하버드 마크 I(Harvard Mark I) 또는 IBM 자동 순차 제어 계산기(Automatic Sequence Controlled Calculator, ASCC)는 제2차 세계 대전 후반기에 전쟁 노력을 위해 사용된 초기 범용 전기기계식 컴퓨터 중 하나이다.

마크 I에서 실행된 최초의 프로그램 중 하나는 1944년 3월 29일[1] 존 폰 노이만에 의해 시작되었다. 당시 존 폰 노이만은 맨해튼 계획에 참여하고 있었으며, 1년 후에 사용될 원자폭탄을 폭발시키기 위해 내폭 방식이 실행 가능한 선택인지 결정해야 했다. 마크 I은 또한 수학 표를 계산하고 인쇄했는데, 이는 1837년 영국 발명가 찰스 배비지가 자신의 해석기관을 통해 목표했던 초기 목적이기도 했다.

에드먼드 버클리에 따르면, 마크 I의 운영자들은 종종 이 기계를 베셀 함수의 이름을 따서 "베시(Bessy, the Bessel engine)"라고 불렀다.[2]

마크 I은 1959년에 해체되었다. 일부는 IBM에 기증되었고, 일부는 스미스소니언 협회로 갔으며, 나머지 일부는 하버드 역사 과학 기구 컬렉션에 들어갔다. 수십 년 동안 하버드 소유분은 에이컨 계산 연구소 로비에 전시되어 있었다. 1997년경에 하버드 사이언스 센터로 옮겨졌다. 2021년에는 매사추세츠주 올스턴에 있는 하버드의 새로운 과학 및 공학 복합 단지(Science and Engineering Complex) 로비로 다시 한번 이전되었다.[3]

기원

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하버드 마크 I의 기원은 하버드 대학교에서 물리학 대학원 과정을 밟고 있던 하워드 에이컨이 강력한 대규모 계산기를 제작하려는 구상을 했던 1935년으로 거슬러 올라간다. 에이컨은 1937년 11월에 자동 계산기에 대한 제안서를 IBM에 제출했다.[4][5] 이 개념은 고급 수학 문제를 해결하기 위한 목적이었다.[6] IBM 엔지니어들의 타당성 조사 이후, 회장 토머스 왓슨 시니어는 1939년 2월에 프로젝트와 자금 지원을 개인적으로 승인했다.

하워드 에이컨은 1937년 초에 자신의 계산기를 설계하고 제작할 회사를 찾기 시작했다. 두 번의 거절 끝에,[7] 그는 70년 전 찰스 배비지의 아들이 하버드 대학교에 기증한 시연 세트를 보게 되었다. 이를 계기로 그는 배비지를 연구하게 되었고 제안서에 해석기관에 대한 언급을 추가했다. 그 결과물인 기계는 "중요한 새로운 기능을 추가하면서도 배비지의 해석기관 원리를 거의 완벽하게 실현했다."[8]

1941년에 에이컨은 제2차 세계 대전으로 해군 현역 복무 소집을 받으면서 프로젝트를 일시 중단해야 했다.[6] ASCC는 1943년 초 뉴욕주 엔디콧 공장에서 IBM에 의해 개발 및 제작되었으며, 1944년 2월에 하버드로 운송되었다.[5] 5월에 미국 해군 함선국을 위한 계산을 시작했으며, 1944년 8월 7일에 대학에 공식적으로 증정되었다.[9]

비록 최초의 작동하는 컴퓨터는 아니었지만, 이 기계는 복잡한 계산 실행을 자동화한 최초의 기계였으며, 이는 컴퓨팅 분야에서 중요한 진전이었다.[10]

설계 및 구조

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ASCC는 스위치, 계전기, 회전축 및 클러치로 제작되었다. 765,000개의 전기기계식 부품과 수백 마일의 전선을 사용했으며, 부피는 816 cubic feet (23 m3) (길이 51 피트 (16 m), 높이 8 피트 (2.4 m), 깊이 2 피트 (0.61 m))에 달했다. 무게는 약 9,445 파운드 (4.7 short ton; 4.3 t)였다.[11] 기본 계산 장치들은 기계적으로 동기화되고 전력을 공급받아야 했기에, 주 전원이자 시스템 클럭 역할을 하는 5 horsepower (3.7 kW) 전기 모터에 연결된 50-피트 (15 m) 구동축에 의해 작동되었다. IBM 아카이브의 기록에 따르면 다음과 같다:

자동 순차 제어 계산기(하버드 마크 I)는 긴 계산을 자동으로 실행할 수 있는 최초의 작동 기계였다. 하버드 대학교의 하워드 에이컨 박사가 구상한 프로젝트인 마크 I은 뉴욕주 엔디콧에서 IBM 엔지니어들에 의해 제작되었다. 길이 51피트, 높이 8피트의 강철 프레임이 계산기를 지탱했으며, 이는 작은 기어, 계수기, 스위치 및 제어 회로가 서로 연결된 패널로 구성되었고 깊이는 불과 몇 인치에 불과했다. ASCC는 3백만 개의 연결점이 있는 500 마일 (800 km)의 전선, 35,000개의 접점이 있는 3,500개의 다극 계전기, 2,225개의 계수기, 1,464개의 10극 스위치, 그리고 각각 23개의 유효 숫자를 가진 72대의 가산기 층을 사용했다. 이는 업계 최대 규모의 전기기계식 계산기였다.[12]

마크 I의 외장 케이스는 IBM의 비용 부담으로 미래주의적인 미국의 산업 디자이너 노먼 벨 게디스가 설계했다. 에이컨은 그 비용(그레이스 호퍼에 따르면 5만 달러 이상)이 추가 컴퓨터 장비를 구축하는 데 사용되지 않은 것에 대해 불쾌해했다.[13]

작동

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마크 I은 수동 데이터 입력을 위해 24개의 스위치 60세트를 갖추었으며, 각각 23자리의 10진수 길이를 가진 숫자 72개를 저장할 수 있었다.[14] 1초에 3번의 덧셈 또는 뺄셈을 수행할 수 있었다. 곱셈에는 6초, 나눗셈에는 15.3초, 로그나 삼각 함수 계산에는 1분 이상이 소요되었다.[15]

마크 I은 24채널 천공 종이 테이프로부터 명령어를 읽어 들였다. 현재 명령어를 실행한 다음 다음 명령어를 읽는 방식이었다. 입력을 위한 숫자를 포함하는 별도의 테이프를 사용할 수 있었으나, 테이프 형식은 서로 호환되지 않았다. 저장용 레지스터에서는 명령어를 실행할 수 없었다. 명령어가 작업 메모리에 저장되지 않았기 때문에 하버드 마크 I이 하버드 아키텍처의 기원이라고 널리 알려져 있다. 그러나 이는 《IEEE Annals of the History of Computing》에 발표된 〈하버드 아키텍처의 신화〉(The Myth of the Harvard Architecture)에서 논쟁의 여지가 있는데,[16] 해당 논문은 '하버드 아키텍처'라는 용어가 1970년대(마이크로컨트롤러의 맥락에서)까지 사용되지 않았으며 하버드 기계들에 소급 적용된 것일 뿐이라고 설명한다. 또한 이 용어는 마크 I이나 II가 아닌 마크 III와 IV에만 적용될 수 있다고 주장한다.

주요 순차 메커니즘은 단방향이었다. 이는 복잡한 프로그램의 물리적 길이가 매우 길어야 함을 의미했다. 프로그램 루프는 루프 언롤링을 사용하거나 프로그램을 포함한 종이 테이프의 끝을 테이프의 시작 부분에 연결하여(말 그대로 루프를 만듦으로써) 구현되었다. 처음에 마크 I의 조건 분기는 수동으로 수행되었다. 이후 1946년 수정을 통해 (서브루틴 호출에 의한) 자동 프로그램 분기가 도입되었다.[17][18][19][20][21] 마크 I의 최초 프로그래머들은 컴퓨팅의 선구자들인 리처드 밀턴 블로크(Richard Milton Bloch), 로버트 캠벨(Robert Campbell), 그리고 그레이스 호퍼였다.[22] 또한 기계를 실제로 조작하는 임무를 맡은 소규모 기술팀이 있었는데, 일부는 기계 작업을 위해 해군에 입대하기 전 IBM 직원이었다.[23] 이 기술팀은 하버드에 있는 동안 자신들이 하는 작업의 전체적인 목적에 대해 듣지 못했다.

명령어 형식

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입력 테이프의 24개 채널은 각각 8개 채널로 구성된 3개의 필드로 나뉘었다. 각 저장 위치, 각 스위치 세트, 그리고 입출력, 산술 논리 장치와 연관된 레지스터에는 고유한 식별 인덱스 번호가 할당되었다. 이 번호들은 제어 테이프에 이진수로 표현되었다. 첫 번째 필드는 작업 결과의 이진 인덱스였고, 두 번째 필드는 작업을 위한 소스 데이터, 세 번째 필드는 수행할 작업에 대한 연산 코드였다.[14]

맨해튼 계획에 대한 기여

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1928년 L. J. 콤리는 IBM "천공 카드 장비를 과학적 용도로 전환한 최초의 인물로, 100년 전 배비지가 차분기관을 위해 구상했던 유한 차분법에 의한 천문 표 계산을 수행했다."[24] 그 직후 IBM은 이러한 종류의 계산을 용이하게 하기 위해 태뷸레이터(집계기)를 수정하기 시작했다. 1931년에 제작된 이러한 태뷸레이터 중 하나가 '컬럼비아 차분 태뷸레이터'(The Columbia Difference Tabulator)였다.[25]

존 폰 노이만은 로스앨러모스에 "수정된 IBM 천공 카드 기계"를 사용하여 내폭의 효과를 결정하는 팀을 두고 있었다.[26] 1944년 3월, 그는 내폭과 관련된 특정 문제를 마크 I에서 실행할 것을 제안했고, 두 명의 수학자와 함께 하버드에 도착하여 최초의 원자폭탄 내폭을 연구하기 위한 시뮬레이션 프로그램을 작성했다.[1]

로스앨러모스 그룹은 케임브리지 그룹보다 훨씬 짧은 시간에 작업을 완료했다. 그러나 천공 카드 기계 작업은 소수점 이하 6자리까지 값을 계산한 반면, 마크 I은 소수점 이하 18자리까지 계산했다. 또한 마크 I은 훨씬 더 작은 간격 크기(또는 더 작은 메시)로 편미분 방정식을 적분했기 때문에... 훨씬 더 큰 정밀도를 달성했다.[26]

"폰 노이만은 1943년 맨해튼 계획에 합류하여 원자폭탄 제작에 필요한 막대한 양의 계산 작업을 수행했다. 그는 나중에 트리니티와 팻 맨 폭탄에 사용될 내폭형 설계가 포신형(gun) 설계보다 더 빠르고 효율적일 가능성이 높다는 것을 보여주었다."[27]

에이컨과 IBM

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에이컨은 마크 I을 발표하는 보도 자료에서 자신을 유일한 발명가로 기재했다. 클레어 레이크(Clair Lake)와 프랭크 해밀턴(Frank Hamilton)을 포함한 여러 IBM 엔지니어들이 다양한 요소의 구축을 도왔음에도 불구하고, IBM 측 인물로는 제임스 W. 브라이스만이 언급되었다. IBM 회장 토머스 J. 왓슨은 격노했고, 1944년 8월 7일 봉헌식에 마지못해 참석했다.[28][29] 이에 에이컨은 IBM의 도움 없이 추가 기계를 제작하기로 결정했고, ASCC는 일반적으로 "하버드 마크 I"으로 알려지게 되었다. IBM은 새로운 기술을 테스트하고 회사의 노력에 대한 더 많은 홍보를 제공하기 위해 자체적으로 선택 순차 전자 계산기(SSEC)를 구축했다.[28]

후속작

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마크 I의 뒤를 이어 하버드 마크 II(1947년 또는 1948년), 마크 III/ADEC(1949년 9월), 마크 IV(1952년)가 등장했으며 모두 에이컨의 작품이었다. 마크 II는 여전히 전기기계식 계전기를 기반으로 했지만 마크 I보다 개선된 형태였다. 마크 III는 주로 진공관과 수정 다이오드 같은 전자 부품을 사용했으나, 저장용 자기 드럼과 드럼 간 데이터 전송을 위한 계전기 등 기계적 부품도 포함하고 있었다. 마크 IV는 남은 기계적 부품들을 자기코어 메모리로 교체한 완전 전자식이었다. 마크 II와 마크 III는 버지니아주 달그렌에 있는 미국 해군 기지에 인도되었다. 마크 IV는 미국 공군을 위해 제작되었으나 하버드에 남았다.

마크 I은 1959년에 해체되었으며, 그 일부는 하버드 역사 과학 기구 컬렉션의 일부로 사이언스 센터에 전시되었다. 2021년 7월에 올스턴에 있는 새로운 사이언스 및 엔지니어링 복합 단지로 이전되었다.[30] 원형 기계의 다른 섹션들은 훨씬 이전에 IBM과 스미스소니언 협회로 이전되었다.[31]

같이 보기

[편집]

각주

[편집]
  1. 1 2 Cohen (2000), 164쪽.
  2. ↑ Berkeley, Edmund Callis. Giant Brains, or, Machines That Think (Classics To Go) (p. 6). Otbebookpublishing. Kindle Edition.
  3. ↑ Powell, Alvin (2021년 7월 23일). “Harvard's Mark 1 finds its new home”. 《Harvard Gazette》. 2023년 8월 17일에 확인함.
  4. ↑ Cohen (2000), 53쪽.
  5. 1 2 하워드 에이컨 및 그레이스 호퍼. “Key Aspects of the Development of the Harvard Mark 1 and its Software”. 《History of Information》. 2025년 4월 7일에 확인함.
  6. 1 2 Computer History Archives Project (2024년 6월 2일). 《Harvard Secret Computer Lab》. 《유튜브》.
  7. ↑ Cohen (2000), 39쪽: 처음에는 먼로 계산기 회사(Monroe Calculator Company)에서 거절당했고, 그다음에는 하버드 대학교에서 거절당했다.
  8. ↑ “IBM's ASCC introduction 2”. 2003년 1월 23일. 2005년 3월 8일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2013년 12월 14일에 확인함.
  9. ↑ “Proposed automatic calculating machine (Abstract)”. 《IEEE Spectrum》 (IEEE Xplore) 1 (8): 62–69. August 1964. doi:10.1109/MSPEC.1964.6500770. ISSN 0018-9235. S2CID 51652725.
  10. ↑ “The History of Harvard Mark 1: A Complete Guide”. 2021년 9월 21일. 2023년 7월 28일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2023년 7월 28일에 확인함.
  11. ↑ “IBM Archives: Feeds, speeds and specifications ASCC Statistics”. 《www-03.ibm.com》. 2003년 1월 23일. 2005년 12월 6일에 원본 문서에서 보존된 문서.
  12. ↑ IBM Archives: FAQ / Products and Services
  13. ↑ “Grace Murray Hopper Interview” (PDF). Computer Oral History Collection, 1969–1973, 1977. Archives Center, National Museum of American History. 1969년 1월 7일. 7–8쪽. 2012년 2월 23일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2012년 10월 21일에 확인함.
  14. 1 2 Maurice Vincent Wilkes (1956). 《Automatic Digital Computers》. New York: John Wiley & Sons. 16–20쪽.
  15. ↑ Campbell (1999), 43쪽.
  16. ↑ Pawson, Richard (2022년 9월 30일). “The Myth of the Harvard Architecture”. 《IEEE Annals of the History of Computing》 44 (3): 59–69. Bibcode:2022IAHC...44c..59P. doi:10.1109/MAHC.2022.3175612. S2CID 252018052.
  17. ↑ Beyer, Kurt W. (2015). 《Grace Hopper and the Invention of the Information Age》 (영어). BookBaby. 78–79쪽. ISBN 9781483550497.
  18. ↑ Bloch, Richard (1984년 2월 22일). 《Oral history interview with Richard M. Bloch》 (미국 영어). 9–10쪽. hdl:11299/107123.
  19. ↑ “The Erwin Tomash Library on the History of Computing: An Annotated and Illustrated Catalog” (영어). 《www.cbi.umn.edu》. CBI Hosted Publications. 1948. Image: Harvard.Vol 16.1948.subsiderary sequence mechanism, description: H Chapter, pp. 577–578. 2018년 5월 8일에 확인함.
  20. ↑ A Manual of Operation (1946): subsidiary sequence control, pp. 22, 50, 57, 73, 91
  21. ↑ Campbell (1999), 53쪽.
  22. ↑ Wexelblat, Richard L. (Ed.) (1981). History of Programming Languages, p. 20. New York: Academic Press. ISBN 0-12-745040-8
  23. ↑ Williams, Kathleen (2012). 《Grace Hopper: Admiral of the Cyber Sea》. Naval Institute Press. 33–34쪽. ISBN 9781612512655. 2019년 8월 7일에 확인함.
  24. ↑ “Columbia University Computing History: L.J. Comrie”. 2013년 12월 15일에 확인함.
  25. ↑ “The Columbia Difference Tabulator – 1931”. 2013년 12월 15일에 확인함.
  26. 1 2 Cohen (2000), 166쪽
  27. ↑ “Atomic Heritage Foundation: John von Neumann”. 2019년 5월 12일에 확인함.
  28. 1 2 Emerson W. Pugh (1995). 《Building IBM: Shaping an Industry and Its Technology》. MIT Press. ISBN 978-0-262-16147-3.
  29. ↑ Martin Campbell-Kelly; William Aspray (1996). 《Computer: A History of the Information Machine》. Basic Books. 74쪽. ISBN 0-465-02989-2.
  30. ↑ Powell, Alvin. “Mark 1, rebooted”. 《Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)》. Cambridge, Massachusetts: President and Fellows of Harvard College. 2021년 7월 28일에 확인함.
  31. ↑ “Collection of Historical Scientific Instruments Mark I”. 《Atlas Obscura》. 2016년 5월 24일에 확인함.
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