Манчестер Марк 1 - Manchester Mark 1

Эта статья о раннем британском компьютере. Для самолета см. Авро Манчестер и Avro 533 Манчестер.
Манчестер Марк 1
Манчестер Mark2.jpg
Manchester Mark 1 был одним из первых в мире компьютеров с хранимой программой.
Семейство продуктовМанчестерские компьютеры
ПредшественникМанчестер Бэби
ПреемникФерранти Марк 1

В Манчестер Марк 1 был одним из первых компьютеры с хранимой программой, разработанный в Университет Виктории в Манчестере от Манчестер Бэби (введен в эксплуатацию в июне 1948 г.). Работа началась в августе 1948 года, и первая версия была готова к апрелю 1949 года; программа, написанная для поиска Простые числа Мерсенна в ночь с 16 на 17 июня 1949 г. проработал без ошибок девять часов.

Об успешной работе машины широко сообщалось в британской прессе, которая использовала фразу «электронный мозг», описывая ее своим читателям. Это описание вызвало реакцию главы отделения нейрохирургии Манчестерского университета, положив начало длительной дискуссии о том, может ли электронный компьютер быть действительно творческим.

Mark 1 должен был предоставить вычислительные ресурсы в университете, чтобы исследователи могли получить опыт практического использования компьютеров, но очень быстро он также стал прототипом, на котором был разработан дизайн Ферранти коммерческая версия могла быть основана. Разработка прекратилась в конце 1949 г., и к концу 1950 г. машина была списана и заменена в феврале 1951 г. Ферранти Марк 1, первый в мире коммерчески доступный электронный компьютер общего назначения.[1]

Компьютер имеет особое историческое значение из-за того, что он впервые включил в себя индексные регистры, нововведение, упростившее программе последовательное чтение массива слова в памяти. Тридцать четыре патента явились результатом разработки машины, и многие идеи, лежащие в основе ее конструкции, были включены в последующие коммерческие продукты, такие как IBM 701 и 702 а также Ferranti Mark 1. Главные конструкторы, Фредерик К. Уильямс и Том Килберн, пришли к выводу из своего опыта с Mark 1, что компьютеры будут использоваться больше в научных ролях, чем в чистой математике. В 1951 году они начали разработку Meg, преемницы Mark 1, которая будет включать в себя блок с плавающей запятой.

Его еще называли Манчестерская автоматическая цифровая машина, или же MADM.[2]

Фон

Основная статья: История вычислительной техники

В 1936 году математик Алан Тьюринг опубликовал определение теоретической "универсальной вычислительной машины", компьютера, который хранит свою программу на магнитной ленте вместе с данными, над которыми работает. Тьюринг доказал, что такая машина способна решить любую мыслимую математическую задачу, для которой алгоритм можно было написать.[3] В 1940-х годах Тьюринг и другие, такие как Конрад Зузе разработал идею использования собственной памяти компьютера для хранения программы и данных вместо ленты,[4] но это был математик Джон фон Нейман который получил широкое признание за определение этого компьютерная архитектура с хранимой программой, на котором был основан Manchester Mark 1.[5]

Практическая конструкция компьютера фон Неймана зависела от наличия подходящего запоминающего устройства. В Манчестерский университет с младенец, первый в мире электронный компьютер с хранимой программой, успешно продемонстрировал практичность подхода с хранимой программой и Трубка Вильямса, ранняя форма компьютерной памяти, основанная на стандарте электронно-лучевая трубка (CRT), запустив свою первую программу 21 июня 1948 года.[6] Ранние электронные компьютеры обычно программировались путем переподключения проводов или через заглушки и патч-панели; не было отдельной программы, хранящейся в памяти, как в современном компьютере. Перепрограммирование может занять несколько дней. ENIAC, например.[7] Компьютеры с сохраненными программами также разрабатывались другими исследователями, в частности Национальная физическая лаборатория с Пилотный ACE, Кембриджский университет с EDSAC, а Армия США с EDVAC.[8] Baby и Mark 1 различались в первую очередь использованием Трубки Вильямса как запоминающие устройства, вместо ртути линии задержки.[9]

Примерно с августа 1948 года Baby интенсивно разрабатывался как прототип Manchester Mark 1, первоначально с целью предоставить университету более реалистичное вычислительное оборудование.[10] В октябре 1948 г. главный научный сотрудник правительства Великобритании Бен Локспайзер был продемонстрирован прототип Mark 1 во время визита в Манчестерский университет. Локспайзер был настолько впечатлен увиденным, что немедленно заключил государственный контракт с местной фирмой Ферранти сделать коммерческую версию машины Ferranti Mark 1.[11] В своем письме компании от 26 октября 1948 года Локспайзер уполномочил компанию «продолжить рассмотренные нами направления, а именно сконструировать электронную вычислительную машину по инструкциям профессора Ф. К. Уильямса».[12] С этого момента разработка Mark 1 имела дополнительную цель - снабдить Ferranti конструкцией, на которой будет основана их коммерческая машина.[13] Государственный контракт с Ferranti заключался на пять лет с ноября 1948 года и предполагал около 35000 фунтов стерлингов в год (что эквивалентно 1,06 миллиона фунтов стерлингов.[14] в год в 2016 году).[15][а]

Разработка и дизайн

Функциональная схема, показывающая трубки Вильямса зеленым цветом. Трубка C содержит текущую инструкцию и ее адрес; А - аккумулятор; M используется для хранения множимого и множителя для операции умножения; а B содержит индексные регистры, используемые для изменения инструкций.

Baby был разработан командой Фредерик К. Уильямс, Том Килберн и Джефф Тотилл. Для разработки Mark 1 к ним присоединились два студента-исследователя, Д. Б. Г. Эдвардс и Г. Э. Томас; всерьез работа началась в августе 1948 года. Вскоре проект преследовал двойную цель: предоставить Ферранти рабочий проект, на котором они могли бы создать коммерческую машину, Ferranti Mark 1, и создать компьютер, который позволил бы исследователям получить опыт того, как такая машина могла быть использована на практике. Первая из двух версий Manchester Mark 1, известная как Intermediary Version, была введена в эксплуатацию к апрелю 1949 года.[10] Однако в этой первой версии отсутствовали такие функции, как инструкции, необходимые для программной передачи данных между основным хранилищем и его недавно разработанным магнитным резервным хранилищем, что приходилось делать путем остановки машины и ручного запуска передачи. Эти недостающие функции были включены в окончательную версию спецификации, которая полностью работала к октябрю 1949 года.[13] Машина вмещала 4050 клапаны и имел энергопотребление 25 киловатты.[16] Для повышения надежности специализированные ЭЛТ производства GEC были использованы в машине вместо стандартных устройств, используемых в Baby.[1]

32-битный ребенок длина слова был увеличен до 40 биты. Каждое слово могло содержать либо одно 40-битное число, либо две 20-битные программные инструкции. Основное хранилище первоначально состояло из двух трубок Вильямса двойной плотности, каждая из которых содержала два массива 32 x 40 бит. слова - известный как страницы - с резервным копированием на магнитном барабане, способном хранить еще 32 страницы. Емкость была увеличена в окончательной версии спецификации до восьми страниц основного хранилища на четырех трубках Williams и 128 страниц магнитного барабана резервного хранилища.[17] Барабан диаметром 12 дюймов (300 мм),[18] Первоначально известное как магнитное колесо, имело ряд параллельных магнитных дорожек вокруг своей поверхности, каждая из которых имела собственную головку чтения / записи. Каждая дорожка содержит 2560 бит, что соответствует двум страницам (2 × 32 × 40 бит). На один оборот барабана ушло 30миллисекунды, в течение которого обе страницы могут быть перенесены в ЭЛТ основная память, хотя фактическое время передачи данных зависело от задержки, время, необходимое для того, чтобы страница попала под головку чтения / записи. Запись страниц в барабан занимала примерно вдвое больше времени, чем чтение.[13] Скорость вращения барабана была синхронизирована с главной центральной частота процессора, что позволило добавить дополнительные барабаны. Данные записывались на барабан с помощью фазовая модуляция техника, все еще известная сегодня как Манчестерское кодирование.[19]

Машины Набор инструкций изначально было увеличено с 7 младенцев до 26, включая аппаратное умножение. В окончательной версии спецификации это увеличилось до 30 инструкций. Десять бит каждого слова были выделены для хранения код инструкции. Стандартное время инструкции составляло 1,8 миллисекунды, но умножение было намного медленнее, в зависимости от размера операнд.[20]

Наиболее значительным нововведением машины обычно считается включение в нее индексные регистры, обычное дело на современных компьютерах. В Baby было два регистра, реализованных в виде ламп Вильямса: аккумулятор (A) и счетчик команд (С). Поскольку A и C уже были назначены, трубка, содержащая два индексных регистра, первоначально известная как B-строки, получила имя B. Содержимое регистров можно было использовать для изменения программных инструкций, что позволяло удобную итерацию по массиву числа, хранящиеся в памяти. Mark 1 также имел четвертую трубку (M), чтобы удерживать умножаемое и множитель для операции умножения.[19]

Программирование

Отрезок перфоленты, показывающий, как одно 40-битное слово было закодировано как восемь 5-битных символов.

Из 20 бит, выделенных для каждой программной инструкции, 10 использовались для хранения код инструкции, что позволило произвести 1024 (210) разные инструкции. В машине изначально было 26,[10] увеличивается до 30, когда были добавлены функциональные коды для программного управления передачей данных между магнитным барабаном и основным накопителем электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). В промежуточной версии программы вводились с помощью клавишных переключателей, а выходные данные отображались в виде серии точек и тире на электронно-лучевой трубке, известной как устройство вывода, точно так же, как на Baby, из которого был разработан Mark 1. Тем не менее, машина Final Specification, завершенная в октябре 1949 года, была дополнена дополнительным телетайп с пятью лунками устройство чтения бумажных лент и дырокол.[13]

Математик Алан Тьюринг, который был назначен на номинальную должность заместителя директора Лаборатории вычислительных машин Манчестерского университета в сентябре 1948 г.[10] разработал база 32 схема кодирования на основе стандарта ITA2 5-битный код телетайпа, который позволял записывать и читать программы и данные с бумажной ленты.[21] Система ITA2 отображает каждое из 32 возможных двоичных значений, которые могут быть представлены в 5 битах (25) до одного символа. Таким образом, «10010» представляет «D», «10001» представляет «Z» и так далее. Тьюринг изменил лишь несколько стандартных кодировок; например, 00000 и 01000, которые означают «без эффекта» и «перевод строки» в коде телетайпа, были представлены символами «/» и «@» соответственно. Двоичный ноль, представленный косой чертой, был наиболее распространенным символом в программах и данных, что приводило к последовательностям, записанным как «///////////////». Один из первых пользователей предположил, что выбор Тьюринга косой черты был подсознательным выбором с его стороны, представлением дождя, видимого через грязное окно, отражающим «знаменито мрачную» погоду Манчестера.[22]

Поскольку Mark 1 имел длину слова 40 бит, для кодирования каждого слова требовалось восемь 5-битных символов телетайпа. Например, двоичное слово:

10001 10010 10100 01001 10001 11001 01010 10110

будет представлен на бумажной ленте как ZDSLZWRF. Содержимое любого слова в магазине также можно было установить с клавиатуры телетайпа и вывести на его принтер. Машина работала внутренне в двоичном формате, но она могла выполнять необходимые преобразования из десятичного в двоичное и из двоичного в десятичное для ввода и вывода соответственно.[18]

Не было язык ассемблера определено для Mark 1. Программы должны были быть написаны и представлены в двоичной форме, закодированной как восемь 5-битных символов для каждого 40-битного слова; программистов поощряли запоминать модифицированную схему кодирования ITA2, чтобы облегчить их работу. Данные считывались и записывались с перфоратора для бумажной ленты под управлением программы. У Mark 1 не было системы аппаратные прерывания; программа продолжалась после того, как была инициирована операция чтения или записи, до тех пор, пока не встретилась другая инструкция ввода / вывода, после чего машина ждала завершения первой.[23]

У Mark 1 не было Операционная система; его единственное системное программное обеспечение было несколькими базовыми процедурами для ввода и вывода.[1] Как и в случае с младенцем, из которого он был разработан, и в отличие от установленного математического соглашения, хранилище машины было расположено так, чтобы младшие разряды располагались слева; таким образом, единица была представлена ​​в пяти битах как «10000», а не как более обычное «00001». Отрицательные числа были представлены с использованием два дополнения, как и большинство компьютеров сегодня. В этом представлении значение самого старшего бита обозначает знак числа; положительные числа имеют ноль в этой позиции, а отрицательные числа - единицу.[23] Таким образом, диапазон чисел, которые можно было содержать в каждом 40-битном слове, составлял -2.39 до +239 - 1 (десятичное: от -549,755,813,888 до +549,755,813,887).

Первые программы

Первой реалистичной программой, запускаемой на Mark 1, был поиск Простые числа Мерсенна, в начале апреля 1949 г.[24] который работал без ошибок девять часов в ночь с 16 на 17 июня 1949 года.

Алгоритм уточнял Макс Ньюман, заведующий кафедрой математики Манчестерский университет, а программу написали Килберн и Тотилл. Позже Алан Тьюринг написал оптимизированную версию программы, получившую название Mersenne Express.[19]

Manchester Mark 1 продолжал выполнять полезные математические работы до 1950 года, включая исследование Гипотеза Римана и расчеты в оптика.[25][26]

Более поздние разработки

Основная статья: Манчестерские компьютеры

В августе 1949 года Тутил был временно переведен из Манчестерского университета в Ферранти, чтобы продолжить работу над дизайном Ferranti Mark 1, и проработал с компанией четыре месяца.[27] Manchester Mark 1 был разобран и отправлен на слом в августе 1950 года.[28] несколько месяцев спустя его заменил первый Ferranti Mark 1, первый в мире коммерчески доступный универсальный компьютер.[1]

Между 1946 и 1949 годами средний размер команды дизайнеров, работавших над Mark 1 и его предшественником, Baby, составлял около четырех человек. За это время на основании работы команды было получено 34 патента, либо Министерство снабжения или его преемником, Национальная корпорация развития исследований.[2] В июле 1949 г. IBM пригласил Уильямса в Соединенные Штаты в полностью оплаченную поездку, чтобы обсудить дизайн Mark 1. Впоследствии компания лицензировала несколько запатентованных идей, разработанных для машины, в том числе трубку Вильямса, в собственной конструкции. 701 и 702 компьютеры.[29] Самым значительным наследием дизайна Manchester Mark 1 было, пожалуй, включение индексных регистров, патент на которые был получен на имена Уильямса, Килбурна, Тоттилла и Ньюмана.[2]

Килберн и Уильямс пришли к выводу, что компьютеры будут использоваться больше в научных ролях, чем в чистой математике, и решили разработать новую машину, которая будет включать блок с плавающей запятой. Работа началась в 1951 году, и получившаяся машина, первая программа которой была запущена в мае 1954 года, была известна как Мэг, или мегацикловая машина. Он был меньше и проще, чем Mark 1, и намного быстрее справлялся с математическими задачами. Ферранти выпустила версию Мэг с замененными трубками Вильямса на более надежные основная память, проданный как Ферранти Меркьюри.[30]

Культурное влияние

Смотрите также: История искусственного интеллекта

Об успешной эксплуатации Manchester Mark 1 и его предшественника Baby широко сообщалось в британской прессе, где для описания машин использовалась фраза «электронный мозг».[31] господин Луи Маунтбеттен ранее представил этот термин в речи, произнесенной в Британском институте радиоинженеров 31 октября 1946 года, в которой он размышлял о том, как могли развиваться доступные тогда примитивные компьютеры.[32] Ажиотаж вокруг сообщения в 1949 году о том, что был первым узнаваемым современным компьютером, вызвал неожиданную реакцию его разработчиков; сэр Джеффри Джефферсон, профессор нейрохирургии Манчестерского университета, когда его попросили доставить Lister Oration 9 июня 1949 г. выбрал своей темой «Разум механического человека». Его целью было «развенчать» манчестерский проект.[33] В своем обращении он сказал:

Только когда машина сможет написать сонет или сочинить концерт из-за пережитых мыслей и эмоций, а не из-за случайного выпадения символов, мы не сможем согласиться с тем, что машина равна мозгу, то есть не только написать его, но и знать, что она его написала. . Ни одна машина не может испытывать удовольствие от своего успеха, горе, когда ее клапаны срабатывают, согреваться лести, становиться несчастной из-за своих ошибок, очаровываться сексом, злиться или становиться несчастной, когда она не может получить то, что хочет.[33]

Времена сообщил о выступлении Джефферсона на следующий день, добавив, что Джефферсон предсказал, что «никогда не наступит день, когда прекрасные комнаты Королевское общество будут превращены в гаражи для размещения этих новых товарищей ". Это было истолковано как преднамеренное пренебрежение к Ньюману, который получил грант от общества на продолжение работы манчестерской команды. В ответ Ньюман написал дополнительную статью для Времена, в котором он утверждал, что существует близкая аналогия между структурой Mark 1 и человеческим мозгом.[34] Его статья включала интервью с Тьюрингом, который добавил:

Это только предвкушение того, что должно произойти, и только тень того, что будет. Мы должны иметь некоторый опыт работы с машиной, прежде чем мы действительно узнаем ее возможности. Могут пройти годы, прежде чем мы освоимся с новыми возможностями, но я не понимаю, почему они не должны входить ни в одну из областей, обычно охватываемых человеческим интеллектом, и в конечном итоге конкурировать на равных.[35]

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ объединенное Королевство Дефлятор валового внутреннего продукта цифры следуют за Стоимость измерения "последовательные серии" поставляются в Томас, Райланд; Уильямсон, Сэмюэл Х. (2018). "Каков тогда был ВВП Великобритании?". Оценка. Получено 2 февраля, 2020.

Цитаты

  1. ^ а б c d "Манчестер Марк 1", Университет Манчестера, архив из оригинал 21 ноября 2008 г., получено 24 января 2009
  2. ^ а б c Лавингтон (1998), п. 20
  3. ^ Тьюринг, А. М. (1936), "О вычислимых числах в приложении к Entscheidungsproblem" (PDF), Труды Лондонского математического общества, 2 (опубликовано в 1936–1937 гг.), 42, стр. 230–265, Дои:10.1112 / плмс / с2-42.1.230.
  4. ^ Ли (2002), п. 67
  5. ^ Лавингтон (1998), п. 7
  6. ^ Энтикнап, Николас (лето 1998 г.), "Золотой юбилей информатики", Воскрешение, Бюллетень Общества сохранения компьютеров (20), ISSN  0958-7403, заархивировано из оригинал на 2012-01-09, получено 19 апреля 2008
  7. ^ "Ранние электронные компьютеры (1946–51)", Университет Манчестера, архив из оригинал 5 января 2009 г., получено 16 ноября 2008
  8. ^ Лавингтон (1998), п. 9
  9. ^ Лавингтон (1998), п. 8
  10. ^ а б c d Лавингтон (1998), п. 17
  11. ^ Лавингтон (1998), п. 21 год
  12. ^ «Вклад Ньюмана в машины Mark 1», Университет Манчестера, архив из оригинал 11 мая 2008 г., получено 23 января 2009
  13. ^ а б c d Нэппер, Р. Б. Э., "Манчестер Марк 1", Университет Манчестера, архив из оригинал 29 декабря 2008 г., получено 22 января 2009
  14. ^ объединенное Королевство Дефлятор валового внутреннего продукта цифры следуют за Стоимость измерения "последовательные серии" поставляются в Томас, Райланд; Уильямсон, Сэмюэл Х. (2018). "Каков тогда был ВВП Великобритании?". Оценка. Получено 2 февраля, 2020.
  15. ^ Лавингтон (1980), п. 39
  16. ^ Лавингтон, С. Х. (июль 1977 г.), Манчестер Марк 1 и Атлас: историческая перспектива (PDF), Университет Центральной Флориды, получено 8 февраля 2009. (Перепечатка статьи, опубликованной в Коммуникации ACM (Январь 1978 г.) 21 (1)
  17. ^ "Манчестер Марк I", Манчестерский университет, архив из оригинал 9 февраля 2014 г., получено 5 января 2014
  18. ^ а б Килберн, Том (1949), "Универсальная высокоскоростная цифровая вычислительная машина Манчестерского университета", Природа, Манчестерский университет, 164 (4173): 684–7, Bibcode:1949Натура.164..684K, Дои:10.1038 / 164684a0, PMID  15392930, S2CID  19412535. (Перепечатка Тома Килберна (1949). «Универсальная высокоскоростная цифровая вычислительная машина Манчестерского университета». Природа 164).
  19. ^ а б c Лавингтон (1998), п. 18
  20. ^ Лавингтон (1998), стр. 17–18
  21. ^ Ливитт (2007), п. 232
  22. ^ Ливитт (2007), п. 233
  23. ^ а б "Справочник программиста (2-е издание) для Manchester Electronic Computer Mark II", Университет Манчестера, архив из оригинал 26 мая 2009 г., получено 23 января 2009
  24. ^ Наппер (2000), п. 370
  25. ^ Лавингтон (1998), п. 19
  26. ^ "Вычислительная машина Манчестерского университета". curation.cs.manchester.ac.uk. Вычислительная машина Манчестерского университета (Digital 60). Гипотеза Римана, трассировка лучей. Большая машина. Получено 2018-05-21.CS1 maint: другие (связь)
  27. ^ Лавингтон (1998), стр. 24–25
  28. ^ Лавингтон (1980), п. 38
  29. ^ Лавингтон (1998), п. 23
  30. ^ Лавингтон (1998), п. 31 год
  31. ^ Филдс, Джонатан (20 июня 2008 г.), «Одна тонна Baby» знаменует его рождение », Новости BBC, получено 10 февраля 2009
  32. ^ «Электронный мозг», Времена, п. 2, 1 ноября 1946 г.
  33. ^ а б Ливитт (2007), п. 236
  34. ^ Ливитт (2007), п. 237
  35. ^ Ливитт (2007), стр. 237–238

Библиография

  • Лавингтон, Саймон (1980), Ранние британские компьютеры, Издательство Манчестерского университета, ISBN  978-0-7190-0810-8
  • Лавингтон, Саймон (1998), История компьютеров Manchester (2-е изд.), Британское компьютерное общество, ISBN  978-1-902505-01-5
  • Ливитт, Дэвид (2007), Человек, который слишком много знал: Алан Тьюринг и изобретение компьютера, Феникс, ISBN  978-0-7538-2200-5
  • Ли, Дж. А. Н. (2002), «Некоторые великие мифы истории вычислительной техники», у Брунштейна, Клаус; Берлер, Жак (ред.), Выбор человека и компьютеры: проблемы выбора и качества жизни в информационном обществе, Спрингер, ISBN  978-1-4020-7185-0
  • Нэппер, Р. Б. Э. (2000), «Компьютеры Manchester Mark 1», в Рохасе, Рауль; Хашаген, Ульф (ред.), Первые компьютеры: история и архитектура, MIT Press, стр. 356–377, ISBN  978-0-262-68137-7

дальнейшее чтение

  • Лавингтон, Саймон Х. (июль – сентябрь 1993 г.), «Компьютерная архитектура Манчестера, 1948–1975 гг.», IEEE Annals of the History of Computing, IEEE, 15 (3): 44–54, Дои:10.1109/85.222841, S2CID  14847352

внешняя ссылка