Манчестерские компьютеры - Manchester computers

Серия из семи высоких металлических стоек, заполненных электронным оборудованием, стоящих перед кирпичной стеной. Знаки над каждой стойкой описывают функции, выполняемые содержащейся в них электроникой. Трое посетителей читают с информационных стендов слева от изображения.
Реплика Manchester Baby в Музей науки и промышленности в Манчестере

В Манчестерские компьютеры были инновационной серией сохраненная программа электронные компьютеры разработан в течение 30-летнего периода с 1947 по 1977 год небольшой командой в Манчестерский университет под руководством Том Килберн.[1] В их число вошли первые в мире компьютер с хранимой программой, первый в мире транзисторный компьютер и самый быстрый компьютер в мире на момент его открытия в 1962 году.[2][3][4][5]

Проект начинался с двух целей: доказать практичность Трубка Вильямса, ранняя форма память компьютера на основе стандарта электронно-лучевые трубки (ЭЛТ); и сконструировать машину, которую можно было бы использовать для исследования того, как компьютеры могут помочь в решении математических задач.[6] Первый из серии, Манчестер Бэби, запустила свою первую программу 21 июня 1948 года.[2] Как первый в мире компьютер с хранимой программой, Baby, and the Манчестер Марк 1 развилась на его основе, быстро привлекла внимание правительства Соединенного Королевства, которое заключило контракт с электротехнической фирмой Ферранти произвести коммерческую версию. Получившаяся машина, Ферранти Марк 1, был первым в мире коммерчески доступным компьютером общего назначения.[7]

Сотрудничество с Ферранти в конечном итоге привело к промышленному партнерству с компьютерной компанией. ICL, которые использовали многие идеи, разработанные в университете, в частности, при разработке своих 2900 серии компьютеров в 1970-е годы.[8][9][10]

Манчестер Бэби

Основная статья: Манчестер Бэби

В Манчестер Бэби был разработан как испытательный стенд для Трубка Вильямса, ранняя форма компьютерной памяти, а не практический компьютер. Работа над машиной началась в 1947 году, и 21 июня 1948 года компьютер успешно выполнил свою первую программу, состоящую из 17 инструкций, написанных для поиска наивысшего правильный фактор из 218 (262,144), пробуя каждое целое число от 218 - 1 вниз. Программа работала 52 минуты, прежде чем выдала правильный ответ - 131 072 человека.[11]

Ребенок был 17 футов (5,2 м) в длину, 7 футов 4 дюйма (2,24 м) в высоту и весил почти 1 метр.длинная тонна. Он содержал 550термоэмиссионные клапаны  – 300 диоды и 250пентоды - и имел потребляемую мощность 3,5 киловатта.[12] Об его успешной работе сообщается в письме в журнал. Природа опубликовано в сентябре 1948 г.,[13] сделав его первым в мире компьютером с хранимой программой.[14] Он быстро превратился в более практичную машину, Манчестер Марк 1.

Манчестер Марк 1

Основная статья: Манчестер Марк 1

Разработка Manchester Mark 1 началась в августе 1948 года с первоначальной целью предоставить университету более реалистичное вычислительное оборудование.[15] В октябре 1948 г. главный научный сотрудник правительства Великобритании Бен Локспайзер получил демонстрацию прототипа, и был настолько впечатлен, что немедленно инициировал государственный контракт с местной фирмой Ферранти чтобы сделать коммерческую версию машины, Ферранти Марк 1.[7]

Были произведены две версии Manchester Mark 1, первая из которых, Intermediary Version, была в эксплуатации к апрелю 1949 года.[15] Машина Final Specification, которая полностью работала к октябрю 1949 г.,[16] содержал 4050 клапанов и имел потребляемую мощность 25 киловатт.[17] Возможно, самым значительным нововведением Manchester Mark 1 было включение в него индексные регистры, обычное дело на современных компьютерах.[18]

Мэг и Меркурий

В результате опыта, полученного с помощью Mark 1, разработчики пришли к выводу, что компьютеры будут использоваться больше в научных целях, чем в математике. Поэтому они приступили к разработке новой машины, которая будет включать блок с плавающей запятой; Работа началась в 1951 году. Получившаяся в результате 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, а также быстрее решал математические задачи. Ферранти произвела коммерческую версию, продаваемую как Ферранти Меркьюри, в котором трубки Williams были заменены на более надежные основная память.[19]

Транзисторный компьютер

Работа над созданием меньшего и более дешевого компьютера началась в 1952 году параллельно с продолжающейся разработкой Мэг. Двое из команды Килберна, Ричард Гримсдейл и Д. К. Уэбб, получили задание спроектировать и построить машину с использованием недавно разработанного транзисторы вместо клапанов. Изначально доступными были только устройства. германий точечные транзисторы, менее надежны, чем клапаны, которые они заменили, но потребляют гораздо меньше энергии.[20]

Было выпущено две версии машины. Первым был первый в мире транзисторный компьютер,[21] прототип и вступил в строй 16 ноября 1953 г.[3][22] "The 48 бит В машине использовано 92 точечных транзистора и 550 диодов ».[23] Вторая версия была завершена в апреле 1955 года. Версия 1955 года использовала 250 переходных транзисторов,[23] 1,300 твердое состояние диоды, и имел потребляемую мощность 150 Вт. Машина[требуется разъяснение ] однако использовали клапаны для генерации сигналов тактовой частоты 125 кГц и в схемах для чтения и записи на магнитные барабанная память, так что это был не первый полностью транзисторный компьютер. Харвелл КАДЕТ 1955 г.[24]

Проблемы с надежностью ранних партий транзисторов означали, что машина[требуется разъяснение ] среднее время наработки на отказ около 90 минут, что улучшилось, когда стало более надежным переходные транзисторы стал доступен.[25] Конструкция транзисторного компьютера была принята местной инженерной фирмой в г. Метрополитен-Виккерс в их Метровик 950, в котором вся схема была изменена для использования переходных транзисторов. Было построено шесть Metrovick 950, первый из которых был построен в 1956 году. Они были успешно развернуты в различных подразделениях компании и использовались около пяти лет.[21]

Муза и Атлас

Основная статья: Атлас (компьютер)

Развитие MUSE - название, производное от "микросекунда двигатель »- началось в университете в 1956 году. Целью было создание компьютера, который мог бы работать со скоростью обработки, приближающейся к одной микросекунде на инструкцию, один миллион инструкций в секунду.[26] Му (или µ) - это приставка в СИ и других системах единиц, обозначающая коэффициент 10.−6 (одна миллионная).

В конце 1958 года Ферранти согласился сотрудничать с Манчестерским университетом в этом проекте, и вскоре компьютер был переименован в Atlas, и совместное предприятие находилось под контролем Тома Килберна. Первый Атлас был официально введен в эксплуатацию 7 декабря 1962 года и в то время считался самым мощным компьютером в мире, эквивалентным четырем. IBM 7094s.[27] Было сказано, что всякий раз, когда Atlas отключался, половина компьютерных мощностей Великобритании терялась.[28] Его самые быстрые инструкции выполнялись за 1,59 микросекунды, а использование машиной виртуальное хранилище а разбиение по страницам позволяло каждому одновременному пользователю иметь доступное пространство для хранения до одного миллиона слов. Компания Atlas является пионером в разработке многих концепций аппаратного и программного обеспечения, которые все еще широко используются сегодня, включая Atlas Supervisor, «который многие считают первой узнаваемой современной операционной системой».[29]

Были построены еще две машины: одна для стыка. British Petroleum /Лондонский университет консорциум, а другой - для Компьютерная лаборатория Атлас в Чилтоне около Оксфорд. Производная система была построена Ферранти для Кембриджский университет, называется Титан или Атлас 2, который имел другую организацию памяти и запускал совместное времяпровождение Операционная система разработан Кембриджская компьютерная лаборатория.[28]

Атлас Манчестерского университета был выведен из эксплуатации в 1971 г.[30] но последний находился на вооружении до 1974 года.[31] Части Атласа Чилтона сохраняются Национальные музеи Шотландии в Эдинбурге.

MU5

Более полную статью о MU5 можно найти на Вики по истории инженерии и технологий .

Эскизное предложение по преемнику Атласа было представлено на конференции IFIP 1968 года в Эдинбурге.[32], хотя работа над проектом и переговоры с ICT (частью которых стал Ферранти), направленные на получение их помощи и поддержки, начались в 1966 году. Новая машина, впоследствии получившая название MU5, должна была быть в верхней части целый ряд машин и быть в 20 раз быстрее, чем Atlas.

В 1968 г. Научно-исследовательский совет (SRC) предоставила Манчестерскому университету пятилетний грант в размере 630 466 фунтов стерлингов (что эквивалентно 9,3 миллиона фунтов стерлингов в 2016 году).[а] разработать машину и ИКТ, позже стать ICL, предоставила университету свои производственные мощности. В том году к проектированию была привлечена группа из 20 человек: 11 сотрудников Департамента компьютерных наук, 5 прикомандированных сотрудников по ИКТ и 4 сотрудника, обслуживаемого SRC. Пик укомплектованности персоналом пришелся на 1971 год, когда их количество, включая студентов-исследователей, возросло до 60.[33]

Наиболее значительными нововведениями процессора MU5 были набор команд и использование ассоциативная память для ускорения доступа к операндам и инструкциям. Набор команд был разработан, чтобы позволить компиляторам генерировать эффективный объектный код, чтобы обеспечить конвейерную организацию процессора и предоставить информацию аппаратному обеспечению о природе операндов, чтобы обеспечить их оптимальную буферизацию. Именованные таким образом переменные буферизировались отдельно от элементов массива, доступ к которым осуществлялся посредством именованных дескрипторов. Каждый дескриптор включал длину массива, которую можно было использовать в инструкциях по обработке строк или для обеспечения возможности аппаратной проверки границ массива. Механизм предварительной выборки инструкций использовал трассировку ассоциативного перехода для прогнозирования результатов предстоящих переходов.[34]

Операционная система MU5 MUSS[35][36] был разработан с учетом высокой адаптируемости и был портирован на различные процессоры в Манчестере и других странах. В завершенной системе MU5 три процессора (сам MU5, ICL 1905E и PDP-11 ), а также ряд запоминающих устройств и других устройств были связаны между собой высокоскоростным обменом.[37][38]. На всех трех процессорах была установлена ​​версия MUSS. MUSS также включает компиляторы для различных языков и пакеты времени выполнения для поддержки скомпилированного кода. Он был структурирован как небольшое ядро, в котором реализован произвольный набор виртуальных машин, аналогичный соответствующему набору процессоров. Код MUSS появлялся в общих сегментах, которые составляли часть виртуального адресного пространства каждой виртуальной машины.

MU5 был полностью введен в эксплуатацию к октябрю 1974 года, что совпало с объявлением ICL о том, что компания работает над разработкой новой линейки компьютеров - компьютеров. 2900 серии. В частности, ICL 2980, впервые поставленный в июне 1975 года, во многом обязан конструкции MU5. [39]. MU5 оставался в эксплуатации в университете до 1982 года.[40]

MU6

Когда MU5 был полностью введен в эксплуатацию, был начат новый проект по созданию его преемника, MU6. MU6 должен был быть линейкой процессоров: MU6P[41], усовершенствованная микропроцессорная архитектура, предназначенная для использования в качестве персонального компьютера, MU6-G[42], высокопроизводительная машина для общих или научных приложений и MU6V[43], система параллельной векторной обработки. Прототип модели MU6V, основанный на 68000 микропроцессоров с векторными порядками, эмулируемыми как «экстракоды», был сконструирован и испытан, но дальнейшее развитие дальше этого не производилось. MU6-G был построен на грант SRC и успешно эксплуатировался в качестве обслуживающей машины в Департаменте с 1982 по 1987 год.[4], используя операционную систему MUSS, разработанную в рамках проекта MU5.

Спинакер

Основная статья: Спинакер

SpiNNaker: Архитектура нейронной сети Spiking - это массивно параллельный, многоядерный суперкомпьютерная архитектура разработано Стив Фербер в Исследовательской группе передовых процессорных технологий (APT).[44] Он состоит из 57600 человек. ARM9 процессоры (в частности, ARM968), каждый с 18 ядрами и 128 МБ мобильная DDR SDRAM, всего 1 036 800 ядер и более 7 ТБ оперативной памяти.[45] Вычислительная платформа основана на всплески нейронных сетей, полезно при моделировании человеческий мозг (увидеть Проект человеческого мозга ).[46][47][48][49][50][51][52][53][54]

Резюме

Хронология развития
ГодУниверситетский прототипГодКоммерческий компьютер
1948Манчестер Бэби, который превратился в Манчестер Марк 11951Ферранти Марк 1
1953Транзисторный компьютер1956Метровик 950
1954Manchester Mark II a.k.a. "Мэг"1957Ферранти Меркьюри
1959Муза1962Ферранти Атлас, Титан
1974MU51974ICL 2900 серии


использованная литература

  1. ^ Лавингтон (1998), п. 49
  2. ^ а б Энтикнап, Николас (лето 1998 г.), "Золотой юбилей информатики", Воскрешение, Общество сохранения компьютеров (20), ISSN  0958-7403, заархивировано из оригинал 9 января 2012 г., получено 19 апреля 2008
  3. ^ а б Гримсдейл, Дик, «50 лет Транзисторной ЭВМ», curation.cs.manchester.ac.uk, получено 24 февраля 2018
  4. ^ а б «Хронология Manchester Computing», Университет Манчестера, архив из оригинал 5 июля 2008 г., получено 25 февраля 2009
  5. ^ Виртуальный музей Manchester Computing: хронология Manchester Computing
  6. ^ Лавингтон (1998), п. 7
  7. ^ а б Лавингтон (1998), п. 21 год
  8. ^ Лавингтон, Саймон (1980), Ранние британские компьютеры, Издательство Манчестерского университета, ISBN  978-0-7190-0803-0
  9. ^ Лавингтон, Саймон (1998), История компьютеров Manchester (2-е изд.), Британское компьютерное общество, ISBN  978-1-902505-01-5
  10. ^ 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
  11. ^ Тотилл, Джефф (лето 1998), "Оригинальная оригинальная программа", Воскрешение, Общество сохранения компьютеров (20), ISSN  0958-7403, заархивировано из оригинал 9 января 2012 г., получено 19 апреля 2008
  12. ^ Манчестерский музей науки и промышленности (2011 г.), "Ребенок": первый в мире компьютер с хранимой программой " (PDF), MOSI, заархивировано из оригинал (PDF) 15 февраля 2012 г., получено 3 апреля 2012
  13. ^ Williams, F.C .; Килбурн, Т. (25 сентября 1948 г.), «Электронно-цифровые компьютеры», Природа, 162 (4117): 487, Bibcode:1948Натура 162..487Вт, Дои:10.1038 / 162487a0, заархивировано из оригинал 6 апреля 2009 г., получено 22 января 2009
  14. ^ Наппер (2000), п. 365
  15. ^ а б Лавингтон (1998), п. 17
  16. ^ Нэппер, Р. Б. Э., "Манчестер Марк 1", Университет Манчестера, архив из оригинал 9 февраля 2014 г., получено 22 января 2009
  17. ^ 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)
  18. ^ Лавингтон (1998), п. 18
  19. ^ Лавингтон (1998), п. 31 год
  20. ^ Лавингтон (1998), стр. 34–35
  21. ^ а б Лавингтон (1998), п. 37
  22. ^ Нойман, Альбрехт Дж. (Апрель 1955 г.). «КОМПЬЮТЕРЫ, зарубежные: 5. Манчестерский университет - МАЛЕНЬКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ЦИФРОВОЙ КОМПЬЮТЕР». 7 (2): 16–17. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  23. ^ а б "1953: Появление транзисторных компьютеров | Кремниевый двигатель | Музей истории компьютеров". www.computerhistory.org. Получено 2 сентября 2019.
  24. ^ Кук-Ярборо, Э. Х. (июнь 1998 г.), «Некоторые ранние применения транзисторов в Великобритании», Журнал инженерной науки и образования, IEE, 7 (3): 100–106, Дои:10.1049 / esej: 19980301, ISSN  0963-7346, получено 7 июн 2009 (требуется подписка)
  25. ^ Лавингтон (1998), стр. 36–37
  26. ^ "Атлас", Университет Манчестера, архив из оригинал 28 июля 2012 г., получено 21 сентября 2010
  27. ^ Лавингтон (1998), п. 41 год
  28. ^ а б Лавингтон (1998), стр. 44–45
  29. ^ Лавингтон (1980), стр. 50–52
  30. ^ Лавингтон (1998), п. 43
  31. ^ Лавингтон (1998), п. 44
  32. ^ Kilburn, T .; Morris, D .; Rohl, J.S .; Самнер, Ф.Х. (1969), "Предложение системного дизайна", Обработка информации 68, 2, Северная Голландия, стр. 806–811.
  33. ^ Моррис, Деррик; Иббетт, Роланд Н. (1979), Компьютерная система MU5, Macmillan, стр. 1
  34. ^ Самнер, Ф.Х. (1974), "MU5 - Оценка дизайна", Обработка информации 74, Северная Голландия, стр. 133–136.
  35. ^ Франк, G.R .; Theaker, C.J. (1979), «Дизайн операционной системы MUSS», Практика и опыт работы с программным обеспечением, 9 (8): 599–620, Дои:10.1002 / spe.4380090802
  36. ^ Моррис и Иббетт (1979), стр. 189-211
  37. ^ Lavington, S.H .; Thomas, G .; Эдвардс, Д.Б.Г. (1977), "Многокомпьютерная система связи MU5", IEEE Trans. Компьютеры, С-26, стр. 19–28
  38. ^ Моррис и Иббетт (1979) С. 132-140.
  39. ^ Пряжка, Джон К. (1978), Серия ICL 2900, Макмиллан Пресс
  40. ^ Иббетт, Роланд Н. (1999), "Компьютерный проект MU5 Манчестерского университета", Анналы истории вычислительной техники, IEEE, 21: 24–31, Дои:10.1109/85.759366
  41. ^ Woods, J.V .; Уин, A.J.T. (1983). «MU6P: передовая микропроцессорная архитектура». Компьютерный журнал. 26 (3): 208–217. Дои:10.1093 / comjnl / 26.3.208.
  42. ^ Эдвардс, Д.Б.Г .; Ноулз, A.E .; Вудс, Дж. В. (1980), «MU6-G: новый дизайн для достижения производительности мэйнфрейма от миниатюрного компьютера», 7-й ежегодный международный симпозиум по компьютерной архитектуре, стр. 161–167, Дои:10.1145/800053.801921
  43. ^ Ibbett, R.N .; Capon, P.C .; Топхэм, Н. (1985), «MU6V: система параллельной векторной обработки», 12-й ежегодный международный симпозиум по компьютерной архитектуре, IEEE, стр. 136–144
  44. ^ Исследовательская группа передовых процессорных технологий
  45. ^ «Проект SpiNNaker - чип SpiNNaker». apt.cs.manchester.ac.uk. Получено 17 ноября 2018.
  46. ^ Домашняя страница SpiNNaker, Манчестерский университет, получено 11 июн 2012
  47. ^ Фурбер, С.Б.; Galluppi, F .; Храмы.; Плана, Л. А. (2014). «Проект SpiNNaker». Труды IEEE. 102 (5): 652–665. Дои:10.1109 / JPROC.2014.2304638.
  48. ^ Синь Цзинь; Фурбер, С.Б.; Вудс, Дж. В. (2008). «Эффективное моделирование пиковых нейронных сетей на масштабируемом мультипроцессоре». 2008 г. Международная совместная конференция IEEE по нейронным сетям (Всемирный конгресс IEEE по вычислительному интеллекту). С. 2812–2819. Дои:10.1109 / IJCNN.2008.4634194. ISBN  978-1-4244-1820-6.
  49. ^ Миллион ядер ARM для симулятора мозга Новостная статья о проекте в EE Times
  50. ^ Храмы.; Фурбер, С. (2007). «Инженерия нейронных систем». Журнал интерфейса Королевского общества. 4 (13): 193–206. Дои:10.1098 / rsif.2006.0177. ЧВК  2359843. PMID  17251143. Манифест проекта SpiNNaker, посвященный обзору и обзору общего уровня понимания функций мозга и подходов к построению компьютерной модели мозга.
  51. ^ Plana, L.A .; Фурбер, С.Б.; Храмы.; Хан, М .; Shi, Y .; Wu, J .; Ян, С. (2007). «Инфраструктура GALS для многопроцессорной системы с параллельным параллелизмом». Дизайн и тестирование компьютеров IEEE. 24 (5): 454. Дои:10.1109 / MDT.2007.149. Описание глобального асинхронного, локально синхронного (GALS) характера SpiNNaker с обзором оборудования асинхронной связи, предназначенного для передачи нейронных «всплесков» между процессорами.
  52. ^ Navaridas, J .; Luján, M .; Miguel-Alonso, J .; Plana, L.A .; Фурбер, С. (2009). «Понимание межсетевой сети SpiNNaker». Материалы 23-й международной конференции Conference on Supercomputing - ICS '09. п. 286. CiteSeerX  10.1.1.634.9481. Дои:10.1145/1542275.1542317. ISBN  9781605584980. Моделирование и анализ межсоединения SpiNNaker на машине с миллионами ядер, показывающие пригодность сети с коммутацией пакетов для крупномасштабного моделирования нейронных сетей с пиковыми импульсами.
  53. ^ Раст, А .; Galluppi, F .; Дэвис, С .; Plana, L .; Patterson, C .; Sharp, T .; Lester, D .; Фурбер, С. (2011). «Параллельное моделирование гетерогенной нейронной модели на нейромиметическом оборудовании в реальном времени». Нейронные сети. 24 (9): 961–978. Дои:10.1016 / j.neunet.2011.06.014. PMID  21778034. Демонстрация способности SpiNNaker моделировать различные нейронные модели (одновременно, если необходимо) в отличие от другого нейроморфного оборудования.
  54. ^ Sharp, T .; Galluppi, F .; Раст, А .; Фурбер, С. (2012). «Энергоэффективное моделирование детальных кортикальных микросхем на SpiNNaker». Журнал методов неврологии. 210 (1): 110–118. Дои:10.1016 / j.jneumeth.2012.03.001. PMID  22465805. Четырехчиповое моделирование в реальном времени кортикальной цепи с четырьмя миллионами синапсов, демонстрирующее исключительную энергоэффективность архитектуры SpiNNaker

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.