Manchester Mark 1 - Manchester Mark 1
 Manchester Mark 1 byl jedním z prvních počítačů s uloženým programem na světě
| |
| Produktová řada | Manchesterské počítače |
|---|---|
| Předchůdce | Manchester Baby |
| Nástupce | Ferranti Mark 1 |
Manchester Mark 1 byl jedním z prvních skladoval-počítače programu , který byl vypracován na Victoria University of Manchester z Manchesteru dítě (operativní v červnu 1948). Práce začaly v srpnu 1948 a první verze byla v provozu do dubna 1949; program napsaný k hledání Mersennských prvočísel běžel bez chyb po dobu devíti hodin v noci ze dne 16. na 17. června 1949.
O úspěšném provozu stroje široce informoval britský tisk, který k popisu svých čtenářů použil výraz „elektronický mozek“. Tento popis vyvolal reakci vedoucího neurochirurgického oddělení Univerzity v Manchesteru, což je začátek dlouhodobé debaty o tom, zda může být elektronický počítač někdy skutečně kreativní.
Značka 1 měla poskytnout na univerzitě výpočetní zdroj, aby umožnila výzkumným pracovníkům získat zkušenosti s praktickým používáním počítačů, ale velmi rychle se také stala prototypem, na kterém mohl být založen návrh komerční verze Ferrantiho . Vývoj přestal na konci roku 1949 a stroj byl vyřazen na konci roku 1950 a nahrazen v únoru 1951 Ferranti Mark 1 , prvním komerčně dostupným univerzálním elektronickým počítačem na světě.
Počítač je obzvláště historicky významný díky svému průkopnickému začlenění indexových registrů , což je inovace, která programu usnadnila sekvenční čtení prostřednictvím řady slov v paměti. Z vývoje stroje vyplynulo třicet čtyři patentů a mnoho myšlenek, které stojí za jeho designem, bylo začleněno do následujících komerčních produktů, jako jsou IBM 701 a 702 , stejně jako Ferranti Mark 1. Hlavní konstruktéři, Frederic C. Williams a Tom Kilburn , dospěli k závěru ze svých zkušeností s Markem 1, že počítače by se používaly více ve vědeckých rolích než v čisté matematice. V roce 1951 zahájili vývojové práce na Meg , nástupci Mark 1, který by zahrnoval jednotku s plovoucí desetinnou čárkou .
Také se tomu říkalo Manchester Automatic Digital Machine nebo MADM .
Pozadí
V roce 1936 publikoval matematik Alan Turing definici teoretického „univerzálního výpočetního stroje“, počítače, který držel svůj program na pásku, spolu s daty, na kterých se pracovalo. Turing dokázal, že takový stroj byl schopen vyřešit jakýkoli myslitelný matematický problém, pro který by bylo možné napsat algoritmus . Ve čtyřicátých letech 20. století vyvinul Turing a další, jako je Konrad Zuse, myšlenku využití vlastní paměti počítače k uchování programu i dat namísto pásky, ale definici tohoto počítače s uloženým programem si přisvojil matematik John von Neumann. architektura , na které byl založen Manchester Mark 1.
Praktická konstrukce počítače von Neumann závisela na dostupnosti vhodného paměťového zařízení. The University of Manchester ‚s baby , první elektronický skladoval-počítač programu na světě, úspěšně prokázala praktičnost přístupu skladoval-programové a na Williams trubky , časná forma paměti počítače založeného na standardní katodové trubice (CRT) spuštěním prvního programu dne 21. června 1948. Brzy elektronické počítače byly obecně programovány přepojováním nebo pomocí zástrček a patch panelů ; v paměti nebyl uložen žádný samostatný program, jako v moderním počítači. Například přeprogramování ENIAC může trvat několik dní . Skladoval-počítače programu byly rovněž vyvíjeny jinými výzkumníky, pozoruhodně National Physical Laboratory 's Pilot ACE , Cambridge University ' s EDSAC , a americká armáda ‚s EDVAC . Baby a Mark 1 se primárně lišily v použití Williamsových trubic jako paměťových zařízení, místo rtuťových zpožďovacích linek .
Asi od srpna 1948 bylo dítě intenzivně vyvíjeno jako prototyp Manchester Mark 1, původně s cílem poskytnout univerzitě realističtější výpočetní zařízení. V říjnu 1948 předvedl hlavní vědecký pracovník britské vlády Ben Lockspeiser demonstraci prototypu Marka 1 na návštěvě univerzity v Manchesteru. Lockspeiser byl tak ohromen tím, co viděl, že okamžitě zahájil vládní smlouvu s místní firmou Ferranti na výrobu komerční verze stroje, Ferranti Mark 1. Ve svém dopise společnosti ze dne 26. října 1948 Lockspeiser povolil společnost „pokračovat v liniích, o kterých jsme diskutovali, konkrétně postavit elektronický počítací stroj podle pokynů profesora FC Williamse“. Od té chvíle měl vývoj Mark 1 další účel, a to dodávat Ferranti design, na kterém by bylo možné založit jejich komerční stroj. Vládní smlouva s Ferranti trvala pět let od listopadu 1948 a zahrnovala odhadem 35 000 GBP ročně (ekvivalent 1,14 milionu GBP ročně v roce 2019).
Vývoj a design
Dítě navrhl tým Frederic C. Williamse , Toma Kilburna a Geoffa Tootilla . K vývoji Mark 1 se k nim přidali dva studenti výzkumu, D. B. G. Edwards a GE Thomas; práce začaly vážně v srpnu 1948. Projekt měl brzy dvojí účel - dodat Ferranti pracovní návrh, na kterém by mohli založit komerční stroj, Ferranti Mark 1, a postavit počítač, který umožní výzkumným pracovníkům získat zkušenosti s tím, jak takový stroj by mohl být použit v praxi. První ze dvou verzí Manchester Mark 1 - známá jako Intermediary Version - byla v provozu do dubna 1949. V této první verzi však chyběly funkce, jako jsou pokyny nezbytné k programovému přenosu dat mezi hlavním obchodem a jeho nově vyvinutou magnetickou podporou úložiště, což bylo nutné provést zastavením stroje a ručním zahájením přenosu. Tyto chybějící funkce byly začleněny do verze Final Specification, která plně fungovala do října 1949. Stroj obsahoval 4 050 ventilů a měl spotřebu energie 25 kilowattů . Pro zvýšení spolehlivosti byly ve stroji použity standardní CRT vyrobené společností GEC namísto standardních zařízení používaných v Baby.
32bitová délka slova dítěte byla zvýšena na 40 bitů . Každé slovo mohlo obsahovat buď jedno 40bitové číslo nebo dvě 20bitové programové instrukce. Hlavní sklad se původně skládal ze dvou Williamsových zkumavek s dvojitou hustotou, z nichž každá obsahovala dvě pole 32 x 40bitových slov - známá jako stránky - zálohovaná magnetickým bubnem schopným uložit dalších 32 stránek. Ve verzi Final Specification byla kapacita zvýšena na osm stránek hlavního obchodu na čtyřech Williamsových tubách a 128 stránek magnetického bubnu doprovodného obchodu. Buben o průměru 12 palců (300 mm), původně známý jako magnetické kolo, obsahoval kolem svého povrchu řadu paralelních magnetických stop, každá s vlastní čtecí / zapisovací hlavou. Každá stopa obsahovala 2 560 bitů, což odpovídá dvěma stránkám (2 × 32 × 40 bitů). Jedna revoluce bubnu trvala 30 milisekund , během nichž bylo možné obě stránky přenést do hlavní paměti CRT , ačkoli skutečná doba přenosu dat závisela na latenci, době, kterou trvalo, než stránka dorazila pod čtecí / zapisovací hlavu. Psaní stránek do bubnu trvalo asi dvakrát déle než čtení. Rychlost otáčení bubnu byla synchronizována s hodinami hlavního centrálního procesoru , což umožnilo přidání dalších bubnů. Data byla zaznamenávána na buben pomocí techniky fázové modulace, která je dnes známá jako Manchesterské kódování .
Sada instrukcí stroje byla původně zvýšena ze 7 Baby na 26, včetně násobení provedeného v hardwaru. To se ve verzi Final Specification zvýšilo na 30 pokynů. Deset bitů každého slova bylo přiděleno k uložení instrukčního kódu . Standardní doba instrukce byla 1,8 milisekund, ale násobení bylo mnohem pomalejší, v závislosti na velikosti operandu .
Za nejvýznamnější inovaci stroje se obecně považuje začlenění indexových registrů , které jsou na moderních počítačích běžné. Dítě zahrnovalo dva registry, implementované jako Williamsovy zkumavky: akumulátor (A) a počítadlo programu (C). Protože A a C již byly přiřazeny, trubice obsahující dva indexové registry, původně známé jako linie B, dostala název B. Obsah registrů bylo možné použít k úpravě instrukcí programu, což umožnilo pohodlnou iteraci pomocí řady čísla uložená v paměti. Mark 1 měl také čtvrtý tubus (M), který držel multiplikátor a multiplikátor pro operaci násobení.
Programování
Z 20 bitů přidělených pro každou programovou instrukci bylo 10 použito k uložení instrukčního kódu , což umožnilo 1024 (2 10 ) různých instrukcí. Stroj měl zpočátku 26, což se zvýšilo na 30, když byly přidány funkční kódy pro programové řízení přenosu dat mezi magnetickým bubnem a hlavním úložištěm katodové trubice (CRT). Na verzi Intermediary byly programy zadávány pomocí klíčových spínačů a výstup byl zobrazen jako série teček a pomlček na katodové trubici známé jako výstupní zařízení, stejně jako na Baby, ze kterého byla vyvinuta Značka 1. Stroj pro konečnou specifikaci, dokončený v říjnu 1949, však těží z přidání dálnopisu s čtečkou papírových pásků a razníkem .
Matematik Alan Turing , který byl v září 1948 jmenován na nominální místo zástupce ředitele Laboratoře výpočetních strojů na univerzitě v Manchesteru, vytvořil základní kódovací schéma 32 založené na standardním 5bitovém dálnopisovém kódu ITA2 , který umožňoval programy a data, která se mají zapisovat a číst z papírové pásky. Systém ITA2 mapuje každou z možných 32 binárních hodnot, které lze reprezentovat v 5 bitech (2 5 ), na jeden znak. Takže „10010“ představuje „D“, „10001“ představuje „Z“ atd. Turing změnil jen několik standardních kódování; například 00000 a 01000, což v kódu dálnopisu znamená „žádný efekt“ a „řádkový posuv“, byly reprezentovány znaky „/“ a „@“. Binární nula, představovaná lomítkem, byla nejběžnějším znakem v programech a datech, což vedlo k posloupnostem psaným jako „/////////////////“. Jeden z prvních uživatelů navrhl, že Turingova volba lomítka byla z jeho strany podvědomá, představa deště viděného špinavým oknem, odrážející „skvěle neutěšené“ počasí Manchesteru.
Protože značka 1 měla 40bitovou délku slova, bylo k zakódování každého slova zapotřebí osm 5bitových znaků dálnopisu. Například binární slovo:
bude na papírové kazetě zastoupen jako ZDSLZWRF. Obsah libovolného slova v obchodě lze také nastavit pomocí klávesnice dálnopisu a odeslat jej na tiskárnu. Stroj pracoval interně v binárním formátu, ale pro svůj vstup a výstup dokázal provést potřebné převody z desítkové soustavy na binární a binární na desítkovou.
Pro Mark 1 nebyl definován žádný jazyk sestavení . Programy musely být psány a předkládány v binární podobě, kódované jako osm 5bitových znaků pro každé 40bitové slovo; programátoři byli vyzváni, aby si upravené schéma kódování ITA2 zapamatovali, aby si usnadnili práci. Data byla čtena a zapisována z děrovače papírové pásky pod kontrolou programu. Mark 1 neměl žádný systém hardwarových přerušení ; program pokračoval po zahájení operace čtení nebo zápisu, dokud nenarazila na další vstupní / výstupní instrukci, kdy stroj čekal na dokončení první.
Mark 1 neměl žádný operační systém ; jeho jediným systémovým softwarem bylo několik základních rutin pro vstup a výstup. Stejně jako v Baby, ze kterého bylo vyvinuto, a na rozdíl od zavedené matematické konvence byla paměť stroje uspořádána s nejméně významnými číslicemi nalevo; tedy jeden byl reprezentován v pěti bitech jako „10 000“, spíše než běžnější „00001“. Záporná čísla byla zastoupena pomocí dvojkového doplňku , jak to dělá většina počítačů dodnes. V této reprezentaci hodnota nejvýznamnějšího bitu označuje znaménko čísla; kladná čísla mají na této pozici nulu a záporná čísla jednu. Rozsah čísel, která bylo možné držet v každém 40bitovém slově, byl tedy −2 39 až +2 39 - 1 (desítkově: -549 755 813 888 až + 549 755 813 887).
První programy
Prvním realistickým programem, který měl být spuštěn na Marku 1, bylo pátrání po Mersennových prvočíslech začátkem dubna 1949, které běželo bez chyb po dobu devíti hodin v noci ze 16. na 17. června 1949.
Algoritmus specifikoval Max Newman , vedoucí katedry matematiky na univerzitě v Manchesteru , a program napsali Kilburn a Tootill. Alan Turing později napsal optimalizovanou verzi programu nazvanou Mersenne Express.
Manchester Mark 1 pokračoval v užitečné matematické práci až do roku 1950, včetně zkoumání Riemannovy hypotézy a výpočtů v optice .
Pozdější vývoj
Tootill byl dočasně převeden z University of Manchester na Ferranti v srpnu 1949, aby pokračoval v práci na designu Ferranti Mark 1, a strávil čtyři měsíce prací se společností. Manchester Mark 1 byl demontován a vyřazen v srpnu 1950, o několik měsíců později nahrazen prvním Ferranti Mark 1, prvním komerčně dostupným univerzálním počítačem na světě.
V letech 1946 až 1949 byla průměrná velikost návrhářského týmu pracujícího na Mark 1 a jeho předchůdci, Baby, asi čtyři lidé. Během této doby bylo na základě práce týmu vyřazeno 34 patentů, a to buď ministerstvem zásobování, nebo jeho nástupcem, společností National Research Development Corporation . V červenci 1949 IBM pozvala Williamse do Spojených států na cestu se všemi výdaji, aby projednala design Mark 1. Společnost následně získala licenci na několik patentovaných nápadů vyvinutých pro tento stroj, včetně trubice Williams, v konstrukci vlastních počítačů 701 a 702 . Nejvýznamnějším designovým dědictvím Manchesteru Mark 1 bylo snad jeho začlenění indexových registrů, jejichž patent byl vyňat pod jmény Williamse, Kilburna, Tootilla a Newmana.
Kilburn a Williams dospěli k závěru, že počítače budou více využívány ve vědeckých rolích než v čisté matematice, a rozhodli se vyvinout nový stroj, který by obsahoval jednotku s plovoucí desetinnou čárkou . Práce začaly v roce 1951 a výsledný stroj, který spustil svůj první program v květnu 1954, byl znám jako Meg neboli megacycle machine. Byl menší a jednodušší než Mark 1 a mnohem rychlejší pro matematické úlohy. Ferranti vyrobil verzi Meg s trubicemi Williams nahrazenými spolehlivější jádrovou pamětí , prodávanou jako Ferranti Mercury .
Kulturní dopad
O úspěšném provozu Manchesteru Mark 1 a jeho předchůdce Baby se široce hovořilo v britském tisku, který k popisu strojů použil výraz „elektronický mozek“. Lord Louis Mountbatten tento pojem dříve představil v projevu předneseném britskému Instituci rádiových inženýrů dne 31. října 1946, ve kterém spekuloval o tom, jak by se mohly vyvíjet primitivní počítače, které jsou tehdy k dispozici. Vzrušení kolem zpráv z roku 1949 o tom, co bylo prvním, zřetelně moderním počítačem, vyvolalo reakci neočekávanou jeho vývojáři; Sir Geoffrey Jefferson , profesor neurochirurgie na univerzitě v Manchesteru, poté, co byl požádán o přednesení Listerovy řeči dne 9. června 1949, si jako předmět zvolil „The Mind of Mechanical Man“. Jeho cílem bylo „odhalit“ manchesterský projekt. Na jeho adresu řekl:
Dokud stroj nedokáže napsat sonet nebo sestavit koncert kvůli pociťovaným myšlenkám a emocím, a ne náhodným pádem symbolů, mohli bychom souhlasit s tím, že se stroj rovná mozku - to znamená nejen psát, ale vědět, že to napsal . Žádný stroj nemohl cítit potěšení ze svého úspěchu, zármutek, když se jeho ventily spojily, zahřál lichocením, nechal se ukojit svými chybami, nechal se okouzlit sexem, byl naštvaný nebo ubohý, když nemůže dosáhnout toho, co chce.
The Times informoval o Jeffersonově projevu následující den a dodal, že Jefferson předpovídal, že „den nikdy nesvítil, když by se laskavé místnosti Královské společnosti proměnily v garáže, kde by mohli být ubytováni tito noví kolegové“. To bylo interpretováno jako záměrné nepatrné pro Newmana, který si od společnosti zajistil dotaci na pokračování práce manchesterského týmu. V reakci na to Newman napsal následný článek pro The Times , ve kterém tvrdil, že existuje úzká analogie mezi strukturou Mark 1 a lidským mozkem. Jeho článek zahrnoval rozhovor s Turingem, který dodal:
To je jen předzvěst toho, co má přijít, a jen stín toho, co bude. Než skutečně poznáme jeho schopnosti, musíme mít nějaké zkušenosti se strojem. Může trvat roky, než se usadíme v nových možnostech, ale nechápu, proč by neměl vstoupit do žádné z oblastí normálně pokrytých lidským intelektem a nakonec soutěžit za stejných podmínek.
Viz také
Reference
Poznámky
Citace
Bibliografie
- Lavington, Simon (1980), Brzy britské počítače , Manchester University Press, ISBN 978-0-7190-0810-8
- Lavington, Simon (1998), A History of Manchester Computers (2. vyd.), The British Computer Society, ISBN 978-1-902505-01-5
- Leavitt, David (2007), The Man Who Knew Too Much: Alan Turing and the Invention of the Computer , Phoenix, ISBN 978-0-7538-2200-5
- Lee, JAN (2002), „Some Great Myths of the History of Computing“, Brunnstein, Klaus; Berleur, Jacques (eds.), Human Choice and Computers: Issues of Choice and Quality of Life in the Information Society , Springer, ISBN 978-1-4020-7185-0
- Napper, RBE (2000), „The Manchester Mark 1 Computers“, Rojas, Raúl; Hashagen, Ulf (eds.), The First Computers: History and Architectures , MIT Press, str. 356–377, ISBN 978-0-262-68137-7
Další čtení
- Lavington, Simon H. (červenec – září 1993), „Manchester Computer Architectures, 1948–1975“, IEEE Annals of the History of Computing , IEEE, 15 (3): 44–54, doi : 10,1109 / 85,222841 , S2CID 14847352
externí odkazy
- Značka Manchester 1
- Počáteční počítače na Manchester University in Resurrection (The Bulletin of the Computer Conservation Society) 1 (4), léto 1992, ISSN 0958-7403