Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из Манчестера Mark I )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о раннем британском компьютере. Для самолетов см Avro Manchester и Avro 533 Manchester .
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

Манчестер Mark 1 было один из самых ранних запасенных программных компьютеров , разработанный в Университете Виктории в Манчестере из Манчестера Бэби (оперативного в июне 1948 года). Работа началась в августе 1948 года, и первая версия была введена в эксплуатацию к апрелю 1949 года; программа, написанная для поиска простых чисел Мерсенна, работала без ошибок в течение девяти часов в ночь с 16 на 17 июня 1949 года.

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 давней дискуссии о том, может ли электронный компьютер когда-либо быть по-настоящему 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 могла быть основана коммерческая версия Ферранти . Разработка прекратилась в конце 1949 года, и к концу 1950 года машина была списана, а в феврале 1951 года ее заменил Ferranti Mark 1 , первый в мире коммерчески доступный электронный компьютер общего назначения. [1]

Компьютер особенно исторически важен из-за того, что он впервые включил индексные регистры , нововведение, которое упростило программе последовательное чтение массива слов 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 модуль с плавающей запятой .

Его также называли Манчестерской автоматической цифровой машиной или MADM . [2]

Фон [ править ]

Основная статья: История вычислительного оборудования

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 решать любую мыслимую математическую задачу, для которой можно написать алгоритм . [3] В 1940-х годах Тьюринг и другие, такие как Конрад Цузе, разработали идею использования собственной памяти компьютера для хранения как программы, так и данных вместо магнитной ленты [4], но именно математику Джону фон Нейману широко приписывали определяя ту компьютерную архитектуру с хранимой программой , на которой был основан Manchester Mark 1.[5]

Практическая конструкция компьютера фон Неймана зависела от наличия подходящего запоминающего устройства. В Университете Манчестера «сек младенца , первая в мире электронная запасенной компьютерная программа, успешно продемонстрировала практичность подхода , хранящий программу и из трубки Williams , ранняя форма компьютерной памяти на основе стандартной электронно - лучевой трубки (ЭЛТ) , запустив свою первую программу 21 июня 1948 года. [6] Ранние электронные компьютеры обычно программировались путем переподключения или с помощью разъемов и патч-панелей ; не было отдельной программы, хранящейся в памяти, как в современном компьютере. Перепрограммирование ENIAC может занять несколько дней., например. [7] , хранящая программа компьютеров разрабатываются также другими исследователями, в частности, Национальная физическая лаборатория «s Pilot ACE , Кембриджский университет » S EDSAC , и армия США «ы EDVAC . [8] Baby и Mark 1 различались прежде всего тем, что в качестве запоминающих устройств использовались лампы Вильямса , а не ртутные 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 года главный ученый правительства Великобритании Бен Локспайзер продемонстрировал прототип Mark 1 во время визита в Манчестерский университет. Локспайзер был настолько впечатлен увиденным, что немедленно заключил государственный контракт с местной фирмой Ферранти на производство коммерческой версии 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 в соответствии с инструкциями профессора Ф. К. Уильямса». [12] С этого момента разработка Mark 1 имела дополнительную цель - снабдить Ferranti конструкцией, на которой будет базироваться их коммерческая машина. [13] Государственный контракт с Ferranti заключался на пять лет с ноября 1948 года и предполагал около 35 000 фунтов стерлингов в год (что эквивалентно 1,08 миллиона фунтов стерлингов [14] в год в 2016 году). [15] [а]

Разработка и дизайн [ править ]

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 Фредерика К. Уильямса , Тома Килберна и Джеффа Тотилла . Для разработки Mark 1 к ним присоединились два студента-исследователя, Д. Б. Г. Эдвардс и Г. Е. 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 промежуточная версия, 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 необходимо было сделать путем остановки машины и запуска передачи вручную. Эти недостающие особенности были включены в окончательную версию спецификации, которая полностью работала к октябрю 1949 года. [13] Машина содержала 4050 клапанов и потребляла мощность 25 киловатт . [16] Для повышения надежности в машине были использованы ЭЛТ, изготовленные компанией GEC, вместо стандартных устройств, используемых в Baby. [1]

Длина 32-битного слова Baby была увеличена до 40 бит . 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-битных слов,  известных как страницы, с  резервным копированием на магнитном барабане, способном хранить дополнительные 32 страницы. Емкость была увеличена в версии Окончательной спецификации до восьми страниц основного хранилища на четырех трубках Вильямса 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 содержала 2560 бит, что соответствовало двум страницам (2 × 32 × 40 бит). Один оборот барабана занимал 30  миллисекунд , в течение которых обе страницы могли быть переданы в основную память ЭЛТ , хотя фактическое время передачи данных зависело от задержки, времени, которое потребовалось 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 часами основного центрального процессора , что позволило добавить дополнительные барабаны. Данные записывались на барабан с использованием фазовой модуляции.метод, все еще известный как манчестерское кодирование . [19]

Первоначально набор команд машины был увеличен с 7 младенцев до 26, включая аппаратное умножение. В окончательной версии спецификации это увеличилось до 30 инструкций. Для хранения кода инструкции было выделено десять бит каждого слова . Стандартное время инструкции составляло 1,8 миллисекунды, но умножение было намного медленнее, в зависимости от размера операнда . [20]

Самым значительным нововведением машины обычно считается включение индексных регистров , что является обычным явлением на современных компьютерах. В Baby было два регистра, выполненных в виде ламп Вильямса: аккумулятор (A) и счетчик программ (C). 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. У Mark 1 также была четвертая трубка (M) для хранения множимого и множителя для операции умножения. [19]

Программирование [ править ]

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

Из 20 битов, выделенных для каждой программной инструкции, 10 использовались для хранения кода инструкции , что позволяло использовать 1024 (2 10 ) различных инструкций. Первоначально у машины было 26, [10] увеличившись 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 ряда точек и тире на электронно-лучевой трубке, известной как устройство вывода, так же, как на Baby, из которого был разработан Mark 1. Тем не менее, машина для окончательной спецификации, завершенная в октябре 1949 года, была дополнена телетайпом с пятью отверстиями.устройство чтения бумажных лент и перфорация . [13]

Математик Алан Тьюринг , который был назначен на номинальную должность заместителя директора Лаборатории вычислительных машин в Манчестерском университете в сентябре 1948 года [10], разработал схему кодирования base 32 , основанную на стандартном 5-битном коде телетайпа ITA2 , который позволяли 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 (2 5) 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. Так, например, двоичное слово:

10001 10010 10100 01001 10001 11001 01010 10110

будет представлен на бумажной ленте как ZDSLZWRF. Содержимое любого хранимого слова 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]

Для Mark 1 не был определен язык ассемблера . 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 свою работу. Данные считывались и записывались с перфоратора для бумажной ленты под управлением программы. В Mark 1 не было системы аппаратных прерываний ; программа продолжалась после того, как была инициирована операция чтения или записи, пока не встретилась другая инструкция ввода / вывода, после чего машина ожидала завершения первой. [23]

У Mark 1 не было операционной системы ; его единственное системное программное обеспечение состояло из нескольких основных процедур ввода и вывода. [1] Как и в случае с младенцем, из которого он был разработан, и в отличие от установленного математического соглашения, память машины была устроена 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 дополнения до двух , как и сегодня большинство компьютеров. В этом представлении значение самого старшего бита обозначает знак числа; положительные числа имеют ноль в этой позиции, а отрицательные числа - единицу.на +2 39  - 1 (десятичное: от -549,755,813,888 до +549,755,813,887).

Первые программы [ править ]

Первой реалистичной программой, запущенной на Mark 1, был поиск простых чисел Мерсенна в начале апреля 1949 года [24], который работал без ошибок в течение девяти часов в ночь с 16 на 17 июня 1949 года.

Алгоритм был разработан Максом Ньюманом , главой математического факультета Манчестерского университета , а программа написана Килбурном и Тотиллом. Позже Алан Тьюринг написал оптимизированную версию программы, получившую название Mersenne Express. [19]

Manchester Mark 1 продолжал выполнять полезную математическую работу до 1950 года, включая исследование гипотезы Римана и расчеты в оптике . [25] [26]

Более поздние разработки [ править ]

Основная статья: Манчестерские компьютеры

В августе 1949 года Тутилла временно перевели из Манчестерского университета в Ферранти, чтобы продолжить работу над дизайном Ferranti Mark 1, и он провел четыре месяца, работая с компанией. [27] Manchester Mark 1 был разобран и утилизирован в августе 1950 года, [28] через несколько месяцев заменен первым Ferranti Mark 1, первым в мире коммерчески доступным компьютером общего назначения. [1]

С 1946 по 1949 год 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 Министерством снабжения, либо его преемницей, Национальной корпорацией развития исследований . [2] В июле 1949 года IBM пригласила Уильямса в Соединенные Штаты в поездку с оплатой всех расходов, чтобы обсудить дизайн Mark 1. Впоследствии компания лицензировала несколько запатентованных идей, разработанных для машины, в том числе трубку Вильямса, при разработке собственных компьютеров 701 и 702 . [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 в себя 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 решал математические задачи. Ферранти произвел версию Мэг с замененными лампами Вильямса более надежной основной памятью , продаваемой как Ferranti Mercury . [30]

Культурное влияние [ править ]

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] Лорд Луи Маунтбэттен ранее представил этот термин в речи, произнесенной в Британском институте радиоинженеров 31 октября 1946 года, в которой он размышлял о том, как примитивные компьютеры, доступные тогда, могли развиваться. [32] Ажиотаж вокруг публикации в 1949 году первого узнаваемого современного компьютера вызвал неожиданную реакцию его разработчиков; Сэр Джеффри Джефферсон , профессор нейрохирургии в Университете Манчестера, после того, как его попросили доставить Lister Oration9 июня 1949 г. выбрал своим предметом «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 написала . Ни одна машина не могла испытывать удовольствие от своего успеха, горевать, когда ее клапаны сливаются, согреваться лесть, становиться несчастной из-за своих ошибок, очаровываться сексом, злиться или становиться несчастной, когда она не может получить то, что она хочет. [33]

The Times сообщила о выступлении Джефферсона на следующий день, добавив, что Джефферсон предсказал, что «никогда не наступит день, когда милые комнаты Королевского общества будут преобразованы в гаражи для размещения этих новых людей». Это было истолковано как преднамеренное пренебрежение к Ньюману, который получил грант от общества на продолжение работы манчестерской команды. В ответ Ньюман написал следующую статью для The Times , в которой утверждал, что существует близкая аналогия между структурой Mark 1 и человеческим мозгом. [34] Его статья содержала 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]

См. Также [ править ]

  • История вычислительной техники
  • Список компьютеров с вакуумной трубкой
  • Манчестерские компьютеры

Ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ^ Показатели дефлятора валового внутреннего продукта Соединенного Королевствасоответствуют «последовательному ряду» измерения стоимости, представленному в Томасе, Риланд; Уильямсон, Сэмюэл Х. (2018). «Каков тогда был ВВП Великобритании?» . Измерительная ценность . Проверено 2 февраля 2020 года .

Цитаты [ править ]

  1. ^ a b c d "Манчестерский знак 1" , Манчестерский университет, заархивировано из оригинала 21 ноября 2008 г. , извлечено 24 января 2009 г.
  2. ^ a b c Lavington (1998) , стр. 20
  3. ^ Turing, AM (1936), "О вычислимых числах, с приложением к" проблема разрешения (PDF) , Труды Лондонского математического общества , 2 (опубликовано 1936-1937), 42 , стр 230-265,. DOI : 10,1112 /plms/s2-42.1.230 .
  4. ^ Ли (2002) , стр. 67
  5. ^ Лавингтон (1998) , стр. 7
  6. ^ Enticknap, Николас (лето 1998), «Computing Золотой Юбилей» , Воскресенский , Бюллетень Общества охраны компьютера (20), ISSN 0958-7403 , архивируются с оригинала на 2012-01-09 , получен 19 апреля +2008 
  7. ^ «Ранние электронные компьютеры (1946–51)» , Манчестерский университет, заархивировано из оригинала 5 января 2009 г. , извлечено 16 ноября 2008 г.
  8. ^ Лавингтон (1998) , стр. 9
  9. ^ Лавингтон (1998) , стр. 8
  10. ^ а б в г Лавингтон (1998) , стр. 17
  11. ^ Лавингтон (1998) , стр. 21 год
  12. ^ «Вклад Ньюмана в машины Mark 1» , Манчестерский университет, архив с оригинала 11 мая 2008 г. , извлечен 23 января 2009 г.
  13. ^ a b c d Нэппер, RBE, "Манчестерский знак 1" , Манчестерский университет, заархивировано из оригинала 29 декабря 2008 г. , извлечено 22 января 2009 г.
  14. ^ Показатели дефлятора валового внутреннего продукта Соединенного Королевствасоответствуют «последовательному ряду» измерения стоимости, представленному в Томасе, Риланд; Уильямсон, Сэмюэл Х. (2018). «Каков тогда был ВВП Великобритании?» . Измерительная ценность . Проверено 2 февраля 2020 года .
  15. ^ Лавингтон (1980) , стр. 39
  16. ^ Лавингтон, SH (июль 1977 г.), Манчестер Марк 1 и Атлас: историческая перспектива (PDF) , Университет Центральной Флориды , получено 8 февраля 2009 г. . (Перепечатка статьи, опубликованной в Сообщениях ACM (январь 1978 г.) 21 (1)
  17. ^ "Манчестер Марк I" , Университет Манчестера, заархивировано из оригинала 9 февраля 2014 г. , извлечено 5 января 2014 г.
  18. ^ a b Килберн, Том (1949), "Универсальная высокоскоростная цифровая вычислительная машина Манчестерского университета ", Nature , Манчестерский университет, 164 (4173): 684–7, Bibcode : 1949Natur.164..684K , doi : 10.1038 / 164684a0 , PMID 15392930 , S2CID 19412535  . (Перепечатка Тома Килберна (1949). «Универсальная высокоскоростная цифровая вычислительная машина Манчестерского университета». Nature 164 ).
  19. ^ a b c Lavington (1998) , стр. 18
  20. ^ Lavington (1998) , стр. 17-18
  21. ^ Ливитт (2007) , стр. 232
  22. ^ Ливитт (2007) , стр. 233
  23. ^ a b «Справочник программиста (2-е издание) для Манчестерского электронного компьютера Mark II» , Университет Манчестера, заархивировано из оригинала 26 мая 2009 г. , извлечено 23 января 2009 г.
  24. ^ Нэппер (2000) , стр. 370
  25. ^ Лавингтон (1998) , стр. 19
  26. ^ "Вычислительная машина Манчестерского университета" . curation.cs.manchester.ac.uk . Вычислительная машина Манчестерского университета (Digital 60). Гипотеза Римана, трассировка лучей. Масштабная машина . Проверено 21 мая 2018 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  27. ^ Lavington (1998) , стр. 24-25
  28. ^ Лавингтон (1980) , стр. 38
  29. ^ Лавингтон (1998) , стр. 23
  30. ^ Лавингтон (1998) , стр. 31 год
  31. ^ Филдс, Джонатан (20 июня 2008), «Одна тонна„младенца“отмечает свое рождение» , BBC News , извлекаться 10 февраля 2 009
  32. ^ "Электронный мозг", The Times , стр. 2, 1 ноября 1946 г.
  33. ^ a b Ливитт (2007) , стр. 236
  34. ^ Ливитт (2007) , стр. 237
  35. Перейти ↑ Leavitt (2007) , pp. 237–238

Библиография [ править ]

  • Лавингтон, Саймон (1980), Ранние британские компьютеры , Manchester University Press, ISBN 978-0-7190-0810-8
  • Лавингтон, Саймон (1998), История компьютеров Манчестера (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, Ян (2002), «Некоторые великие мифы истории вычислительной техники», в Брунштейне, Клаус; Берлёр, Жак (ред.), Выбор человека и компьютеры: проблемы выбора и качества жизни в информационном обществе , Springer, ISBN 978-1-4020-7185-0
  • Нэппер, RBE (2000), «Компьютеры Manchester Mark 1», в Рохасе, Рауль; Ульф Хашаген (ред.), Первые компьютеры: история и архитектура , MIT Press, стр. 356–377, ISBN 978-0-262-68137-7

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Lavington, Саймон Г. (июль-сентябрь 1993), "Манчестер Компьютер Архитектура, 1948-1975", IEEE Анналы истории вычислительной техники , IEEE, 15 (3): 44-54, DOI : 10,1109 / 85,222841 , S2CID  14847352

Внешние ссылки [ править ]

  • Манчестер Марк 1
  • Ранние компьютеры в Манчестерском университете в воскрешении (Бюллетень Общества сохранения компьютеров) 1 (4), лето 1992 г., ISSN 0958-7403