Komputery Manchester - Manchester computers

Seria siedmiu wysokich metalowych stojaków wypełnionych sprzętem elektronicznym stojących przed ceglaną ścianą.  Znaki nad każdym stojakiem opisują funkcje realizowane przez elektronikę, którą zawiera.  Trzech odwiedzających czytało ze stoisk informacyjnych po lewej stronie obrazu.
Replika Manchester Baby w Muzeum Nauki i Przemysłu w Manchester

Te komputery Manchester były innowacyjny serie przechowywane-programowych komputerów elektronicznych opracowanych w okresie 30 lat między 1947 i 1977 przez mały zespół z Uniwersytetu w Manchesterze , pod kierownictwem Tom Kilburn . Obejmowały one pierwszy na świecie komputer z pamięcią programu , pierwszy na świecie komputer tranzystorowy i najszybszy komputer na świecie w momencie jego inauguracji w 1962 roku.

Projekt rozpoczął się od dwóch celów: udowodnienia praktyczności lampy Williamsa , wczesnej formy pamięci komputerowej opartej na standardowych lampach katodowych (CRT); oraz skonstruować maszynę, która mogłaby posłużyć do zbadania, w jaki sposób komputery mogłyby pomóc w rozwiązywaniu problemów matematycznych. Pierwszy z serii, Manchester Baby , uruchomił swój pierwszy program 21 czerwca 1948 roku. Jako pierwszy na świecie komputer z pamięcią programu, Baby i stworzony na jego podstawie Manchester Mark 1 , szybko przyciągnął uwagę rządu Wielkiej Brytanii, który zlecił firmie elektrotechnicznej Ferranti wyprodukowanie wersji komercyjnej. Powstała maszyna, Ferranti Mark 1 , była pierwszym na świecie komercyjnie dostępnym komputerem ogólnego przeznaczenia.

Współpraca z Ferranti ostatecznie doprowadziła do partnerstwa przemysłowego z firmą komputerową ICL , która wykorzystała wiele pomysłów opracowanych na uniwersytecie, szczególnie przy projektowaniu ich serii komputerów 2900 w latach 70-tych.

Manchester Dziecko

Manchester niemowląt zaprojektowana jako badany łóżka do rury Williams , wczesne postaci pamięci komputera, a nie jako praktyczne komputera. Prace nad maszyną rozpoczęły się w 1947 r., a 21 czerwca 1948 r. komputer pomyślnie uruchomił swój pierwszy program, składający się z 17 instrukcji napisanych w celu znalezienia najwyższego właściwego współczynnika 2 18 (262 144), próbując każdą liczbę całkowitą od 2 18 − 1 w dół. Program trwał 52 minuty, po czym dał poprawną odpowiedź 131 072.

Dziecko miało 17 stóp (5,2 m) długości, 7 stóp 4 cale (2,24 m) wysokości i ważyło prawie 1  długą tonę . Zawierał 550  zaworów termionowych  – 300  diod i 250  pentod  – i miał pobór mocy 3,5 kilowata. Jego pomyślne działanie zostało opisane w liście do czasopisma Nature, opublikowanym we wrześniu 1948 r., ustanawiając go jako pierwszy na świecie komputer z programami przechowywanymi w pamięci. Szybko przekształcił się w bardziej praktyczną maszynę, Manchester Mark 1 .

Znak Manchesteru 1

Rozwój Manchester Mark 1 rozpoczął się w sierpniu 1948 r., a początkowym celem było zapewnienie uniwersytetowi bardziej realistycznej infrastruktury obliczeniowej. W październiku 1948 r. główny naukowiec brytyjskiego rządu, Ben Lockspeiser , był pod wrażeniem prototypu i był pod takim wrażeniem, że natychmiast zainicjował rządowy kontrakt z lokalną firmą Ferranti na wykonanie komercyjnej wersji maszyny, Ferranti Mark 1 .

Wyprodukowano dwie wersje Manchester Mark 1, z których pierwsza, wersja pośrednia, działała do kwietnia 1949 roku. Maszyna Final Specification, która była w pełni sprawna do października 1949 roku, zawierała 4050 zaworów i zużywała 25 kilowatów. Być może najważniejszą innowacją Manchester Mark 1 było włączenie rejestrów indeksowych , powszechnych we współczesnych komputerach.

Meg i Merkury

W wyniku doświadczenia zdobytego przy Mark 1, twórcy doszli do wniosku, że komputery będą wykorzystywane bardziej w naukach niż w czystej matematyce. Dlatego rozpoczęli projektowanie nowej maszyny, która zawierałaby jednostkę zmiennoprzecinkową ; prace rozpoczęły się w 1951 roku. Powstała maszyna, która swój pierwszy program uruchomiła w maju 1954, była znana jako Meg, czyli maszyna megacyklowa. Był mniejszy i prostszy niż Mark 1, a także szybszy w rozwiązywaniu problemów matematycznych. Ferranti wyprodukował komercyjną wersję sprzedawaną jako Ferranti Mercury , w której lampy Williamsa zastąpiono bardziej niezawodną pamięcią rdzenia .

Komputer tranzystorowy

Prace nad budową mniejszego i tańszego komputera rozpoczęły się w 1952 roku równolegle z ciągłym rozwojem Meg. Dwóm członkom zespołu Kilburna, Richardowi Grimsdale i DC Webb, przydzielono zadanie zaprojektowania i zbudowania maszyny wykorzystującej nowo opracowane tranzystory zamiast zaworów. Początkowo jedynymi dostępnymi urządzeniami były germanowe tranzystory stykowe , mniej niezawodne niż zamienione przez nich zawory, ale zużywające znacznie mniej energii.

Wyprodukowano dwie wersje maszyny. Pierwszym z nich był pierwszy na świecie komputer tranzystorowy, prototyp, który zaczął działać 16 listopada 1953 roku. „W 48-bitowej maszynie zastosowano 92 tranzystory stykowe i 550 diod”. Druga wersja została ukończona w kwietniu 1955 roku. Wersja z 1955 roku wykorzystywała 250 tranzystorów złączowych, 1300 diod półprzewodnikowych i miała pobór mocy 150 watów. Maszyna wykorzystała jednak zawory do generowania przebiegów zegarowych 125 kHz oraz w obwodach do odczytu i zapisu w pamięci bębna magnetycznego , więc nie był to pierwszy komputer całkowicie tranzystorowy, wyróżnienie, które otrzymał Harwell CADET z 1955 roku.

Problemy z niezawodnością wczesnych partii tranzystorów spowodowały, że średni czas między awariami maszyny wynosił około 90 minut, co poprawiło się, gdy stały się dostępne bardziej niezawodne tranzystory złączowe . Projekt komputera tranzystorowego został przyjęty przez lokalną firmę inżynieryjną Metropolitan-Vickers w swoim Metrovick 950 , w którym wszystkie obwody zostały zmodyfikowane tak, aby wykorzystywały tranzystory złączowe. Zbudowano sześć Metrovick 950, pierwszy ukończono w 1956 roku. Z powodzeniem wdrożono je w różnych działach firmy i były używane przez około pięć lat.

Muza i Atlas

Rozwój MUSE – nazwy wywodzącej się od „ silnika mikrosekundowego ” – rozpoczął się na uniwersytecie w 1956 roku. Celem było zbudowanie komputera, który mógłby działać z prędkością przetwarzania zbliżoną do jednej mikrosekundy na instrukcję, miliona instrukcji na sekundę. Mu (lub µ ) to przedrostek w SI i innych systemach jednostek oznaczający współczynnik 10 -6 (jedna milionowa).

Pod koniec 1958 roku Ferranti zgodził się współpracować przy projekcie z Manchester University, a wkrótce komputer został przemianowany na Atlas, a spółka joint venture kontrolowała Toma Kilburna. Pierwszy Atlas został oficjalnie oddany do użytku 7 grudnia 1962 roku i był wówczas uważany za najpotężniejszy komputer na świecie, odpowiednik czterech IBM 7094 . Mówiono, że za każdym razem, gdy Atlas przechodził w tryb offline, połowa mocy komputera w Wielkiej Brytanii była tracona. Wykonanie najszybszych instrukcji zajęło 1,59 mikrosekundy, a wykorzystanie przez maszynę wirtualnej pamięci masowej i stronicowania pozwoliło każdemu jednocześnie pracującemu użytkownikowi na dostęp do miliona słów. Atlas był pionierem wielu koncepcji sprzętu i oprogramowania, które są nadal powszechnie używane, w tym Atlas Supervisor , „uważany przez wielu za pierwszy rozpoznawalny nowoczesny system operacyjny”.

Zbudowano dwie inne maszyny: jedną dla wspólnego konsorcjum British Petroleum / Uniwersytetu Londyńskiego , a drugą dla Atlas Computer Laboratory w Chilton pod Oxfordem . System pochodny został zbudowany przez Ferranti dla Uniwersytetu Cambridge , zwany Titan lub Atlas 2 , który miał inną organizację pamięci i działał z systemem operacyjnym z podziałem czasu opracowanym przez Cambridge Computer Laboratory .

Atlas Uniwersytetu w Manchesterze został wycofany ze służby w 1971 roku, ale ostatni był używany do 1974 roku. Części Atlasu Chilton są przechowywane przez Narodowe Muzea Szkocji w Edynburgu.

MU5

Pełniejszy artykuł o MU5 można znaleźć na Wiki historii inżynierii i technologii .

Zarys propozycji następcy Atlasa został przedstawiony na konferencji IFIP w Edynburgu w 1968 r., chociaż prace nad projektem i rozmowy z ICT (którego częścią był Ferranti) mające na celu uzyskanie ich pomocy i wsparcia rozpoczęły się w 1966 r. Nowa maszyna , później znany jako MU5, miał znajdować się w czołówce gamy maszyn i być 20 razy szybszym od Atlasa.

W 1968 r. Rada ds. Badań Naukowych (SRC) przyznała Manchester University pięcioletnią stypendium w wysokości 630 466 funtów (równowartość 9,94 miliona funtów w 2019 r.) na opracowanie maszyny, a ICT , później przekształcona w ICL , udostępniła uniwersytetowi swoje zaplecze produkcyjne. W tym roku w projekt zaangażowana była grupa 20 osób: 11 pracowników Katedry Informatyki, 5 oddelegowanych pracowników ICT oraz 4 pracowników wspomaganych SRC. Szczytowy poziom zatrudnienia nastąpił w 1971 roku, kiedy liczba, w tym studentów, wzrosła do 60.

Najważniejszymi nowymi cechami procesora MU5 były jego zestaw instrukcji i użycie pamięci asocjacyjnej w celu przyspieszenia dostępu do operandów i instrukcji. Zestaw instrukcji został zaprojektowany w celu umożliwienia generowania wydajnego kodu obiektowego przez kompilatory, umożliwienia organizacji potoku procesora oraz dostarczenia do sprzętu informacji o naturze operandów, aby umożliwić ich optymalne buforowanie. W ten sposób nazwane zmienne były buforowane oddzielnie od elementów tablicy, do których dostęp odbywał się za pomocą nazwanych deskryptorów. Każdy deskryptor zawierał długość tablicy, która może być użyta w instrukcjach przetwarzania łańcuchów lub aby umożliwić sprzętowe sprawdzanie związane z tablicą. Mechanizm wstępnego pobierania instrukcji wykorzystywał asocjacyjny ślad skoku do przewidywania wyniku zbliżających się gałęzi.

System operacyjny MU5 MUSS został zaprojektowany tak, aby był wysoce adaptowalny i został przeniesiony do różnych procesorów w Manchesterze i innych miejscach. W gotowym systemie MU5 trzy procesory (sam MU5, ICL 1905E i PDP-11 ), a także szereg pamięci i innych urządzeń, zostały połączone ze sobą szybką wymianą. Wszystkie trzy procesory działały w wersji MUSS. MUSS zawierał również kompilatory dla różnych języków i pakiety wykonawcze do obsługi skompilowanego kodu. Miał strukturę małego jądra, które implementowało dowolny zestaw maszyn wirtualnych, analogiczny do odpowiedniego zestawu procesorów. Kod MUSS pojawił się we wspólnych segmentach, które stanowiły część wirtualnej przestrzeni adresowej każdej maszyny wirtualnej.

MU5 był w pełni operacyjny do października 1974 roku, co zbiegło się z ogłoszeniem przez ICL, że pracuje nad rozwojem nowej gamy komputerów, serii 2900 . W szczególności ICL 2980, dostarczony po raz pierwszy w czerwcu 1975 roku, wiele zawdzięczał projektowi MU5. MU5 działała na Uniwersytecie do 1982 roku.

MU6

Gdy MU5 był w pełni operacyjny, rozpoczęto nowy projekt, aby wyprodukować jego następcę, MU6. MU6 miał być szeregiem procesorów: MU6P, zaawansowana architektura mikroprocesorowa przeznaczona do użytku jako komputer osobisty, MU6-G, maszyna o wysokiej wydajności do zastosowań ogólnych lub naukowych oraz MU6V, równoległy system przetwarzania wektorów. Skonstruowano i przetestowano prototypowy model MU6V, oparty na mikroprocesorach 68000 z rzędami wektorów emulowanymi jako „kody dodatkowe”, ale nie rozwijano go dalej. MU6-G został zbudowany za dotacją z SRC i z powodzeniem działał jako maszyna serwisowa w Wydziale w latach 1982-1987, wykorzystując system operacyjny MUSS opracowany w ramach projektu MU5.

Spinaker

SpiNNaker: Spiking Neural Network Architecture to masowo równoległa , wielordzeniowa architektura superkomputera zaprojektowana przez Steve'a Furbera z grupy badawczej Advanced Processor Technologies Research Group (APT) Uniwersytetu w Manchesterze. Zbudowany w 2019 r. składa się z 57 600 procesorów ARM9 (w szczególności ARM968), każdy z 18 rdzeniami i 128 MB mobilnej pamięci DDR SDRAM , co daje łącznie 1036 800 rdzeni i ponad 7 TB pamięci RAM. Platforma obliczeniowa oparta jest na impulsowych sieciach neuronowych , przydatnych w symulowaniu ludzkiego mózgu (patrz Human Brain Project ).

Streszczenie

Chronologia rozwoju
Rok Prototyp uniwersytetu Rok Komputer komercyjny
1948 Manchester Baby , który przekształcił się w Manchester Mark 1 1951 Marka Ferrantiego 1
1953 Komputer tranzystorowy 1956 Metrovic 950
1954 Manchester Mark II aka „Meg” 1957 Ferrantiego rtęci
1959 Muza 1962 Atlas Ferranti , Tytan
1974 MU5 1974 Seria ICL 2900


Bibliografia

Uwagi