stringtranslate.com

Манчестерские компьютеры

Ряд из семи высоких металлических стоек, заполненных электронным оборудованием, стоящих перед кирпичной стеной. Надписи над каждой стойкой описывают функции, выполняемые электроникой, которую они содержат. Три посетителя читают информационные стенды слева от изображения.
Копия Manchester Baby в Музее науки и промышленности в Манчестере

Манчестерские компьютеры были инновационной серией электронных компьютеров с хранимой программой, разработанных в течение 30-летнего периода с 1947 по 1977 год небольшой группой в Университете Манчестера под руководством Тома Килберна . [1] Они включали в себя первый 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 начался с двух целей: доказать практичность трубки Уильямса , ранней формы компьютерной памяти , основанной на стандартных электронно-лучевых трубках (ЭЛТ); и построить машину, которую можно было бы использовать для исследования того, как компьютеры могут помочь в решении математических задач. [6] Первая машина из серии, Manchester Baby , запустила свою первую программу 21 июня 1948 года . [2] Как первый в мире компьютер с хранимой программой, Baby и Manchester Mark 1, разработанный на его основе, быстро привлекли внимание правительства Соединенного Королевства, которое заключило контракт с электротехнической фирмой Ferranti на производство коммерческой версии. Получившаяся машина, Ferranti Mark 1 , стала первым в мире коммерчески доступным компьютером общего назначения. [7]

Сотрудничество с Ferranti в конечном итоге привело к промышленному партнерству с компьютерной компанией ICL , которая использовала многие идеи, разработанные в университете, в частности, при проектировании своих компьютеров серии 2900 в 1970-х годах. [8] [9] [10]

Манчестер Бэби

Manchester Baby был разработан как испытательный стенд для трубки Уильямса , ранней формы компьютерной памяти, а не как 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 нахождения наибольшего собственного множителя 2 18 (262 144), перебирая каждое целое число от 2 18 − 1 и ниже. Программа работала в течение 52 минут, прежде чем выдала правильный ответ 2 17 (131 072). [11]

Baby был 17 футов (5,2 м) в длину, 7 футов 4 дюйма (2,24 м) в высоту и весил почти 1  длинную тонну . Он содержал 550  термоэлектронных ламп  — 300  диодов и 250  пентодов  — и имел потребляемую мощность 3,5 киловатта. [12] О его успешной работе сообщалось в письме в журнал Nature, опубликованном в сентябре 1948 года, [13] утверждая, что он является первым в мире компьютером с хранимой программой. [14] Он быстро превратился в более практичную машину, Manchester Mark 1 .

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 года главный научный сотрудник правительства Великобритании Бен Локспайзер получил возможность продемонстрировать прототип и был настолько впечатлен, что немедленно заключил государственный контракт с местной фирмой Ferranti на создание коммерческой версии машины, Ferranti Mark 1. [7 ]

Было выпущено две версии Manchester Mark 1, первая из которых, Intermediary Version, была введена в эксплуатацию к апрелю 1949 года. [15] Машина Final Specification, которая была полностью работоспособна к октябрю 1949 года, [16] содержала 4050 ламп и имела потребляемую мощность 25 киловатт. [17] Возможно, наиболее значительным нововведением Manchester Mark 1 было включение в нее индексных регистров , обычных для современных компьютеров. [18]

В июне 2022 года IEEE Milestone был посвящен «Компьютеру Манчестерского университета «Baby» и его производным, 1948-1951». [19]

Мэг и Меркьюри

В результате опыта, полученного с Mark 1, разработчики пришли к выводу, что компьютеры будут использоваться больше в научных ролях, чем в чистой математике. Поэтому они приступили к проектированию новой машины, которая включала бы блок с плавающей точкой ; работа началась в 1951 году. Получившаяся машина, которая запустила свою первую программу в мае 1954 года, была известна как Meg, или мегацикловая машина. Она была меньше и проще, чем Mark 1, а также быстрее решала математические задачи. Ferranti выпустила коммерческую версию, продаваемую как Ferranti Mercury , в которой трубки Уильямса были заменены более надежной сердечниковой памятью . [20]

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, были назначены на задачу проектирования и создания машины, использующей недавно разработанные транзисторы вместо ламп, которая стала известна как Manchester TC. [21] Первоначально единственными доступными устройствами были германиевые точечные транзисторы ; они были менее надежными, чем лампы, которые они заменили, но потребляли гораздо меньше энергии. [22]

Было выпущено две версии машины. Первая была первым в мире транзисторным компьютером, [23] прототипом, и вступила в строй 16 ноября 1953 года. [3] [24] « 48-битная машина использовала 92 точечных транзистора и 550 диодов». [25] Вторая версия была завершена в апреле 1955 года. Версия 1955 года использовала 250 транзисторов с точечным контактом, [25] 1300 твердотельных диодов и имела потребляемую мощность 150 Вт. Однако машина [ необходимо разъяснение ] использовала лампы для генерации своих 125 кГц тактовых сигналов и в схеме для чтения и записи на свой магнитный барабан памяти , поэтому она не была первым полностью транзисторным компьютером, отличие, которое досталось Harwell CADET 1955 года. [26]

Проблемы с надежностью ранних партий транзисторов привели к тому, что [ требуется разъяснение ] среднее время между отказами машины составляло около 90 минут, что улучшилось, когда стали доступны более надежные транзисторы с переходом . [27] Конструкция транзисторного компьютера была принята местной инженерной фирмой Metropolitan-Vickers в их Metrovick 950 , в которой все схемы были изменены для использования транзисторов с переходом. Было построено шесть Metrovick 950, первый из которых был завершен в 1956 году. Они были успешно развернуты в различных отделах компании и использовались около пяти лет. [23]

Муза и Атлас

Разработка MUSE — название, произошедшее от « микросекундный двигатель» — началась 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. [28] Мю (или μ ) — префикс в СИ и других системах единиц, обозначающий множитель 10 −6 (одна миллионная).

В конце 1958 года Ферранти согласился сотрудничать с Манчестерским университетом в проекте, и вскоре компьютер был переименован в Atlas, а совместное предприятие находилось под контролем Тома Килберна. Первый Atlas был официально введен в эксплуатацию 7 декабря 1962 года и считался в то время самым мощным компьютером в мире, эквивалентным четырем IBM 7094. [ 29] Было сказано, что всякий раз, когда Atlas отключался, половина вычислительной мощности Великобритании терялась. [30] Его самые быстрые инструкции выполнялись за 1,59 микросекунды, а использование машиной виртуального хранилища и подкачки позволяло каждому одновременно работающему пользователю иметь до одного миллиона слов доступного пространства для хранения. Atlas стал пионером многих аппаратных и программных концепций, которые до сих пор широко используются, включая Atlas Supervisor , «которую многие считают первой узнаваемой современной операционной системой». [31]

Были построены еще две машины: одна для совместного консорциума British Petroleum / Лондонского университета , а другая для Atlas Computer Laboratory в Чилтоне около Оксфорда . Производная система была построена Ferranti для Кембриджского университета , названная Titan или Atlas 2, которая имела другую организацию памяти и работала под управлением операционной системы с разделением времени, разработанной Cambridge Computer Laboratory . [30]

Атлас Манчестерского университета был выведен из эксплуатации в 1971 году, [32] но последний оставался в эксплуатации до 1974 года. [33] Части Атласа Чилтона хранятся в Национальном музее Шотландии в Эдинбурге.

В июне 2022 года IEEE Milestone был посвящен «Компьютеру Atlas и изобретению виртуальной памяти 1957–1962». [34]

МУ5

Manchester MU5 был преемником Atlas. Набросок предложения по преемнику Atlas был представлен на конференции IFIP 1968 года в Эдинбурге [35] , хотя работа над проектом и переговоры с ICT (частью которой стал Ferranti) с целью получения их помощи и поддержки начались еще в 1966 году. Новая машина, позже получившая название MU5, должна была стать топовой в ряду машин и быть в 20 раз быстрее Atlas.

В 1968 году Совет по научным исследованиям (SRC) выделил Манчестерскому университету пятилетний грант в размере 630 466 фунтов стерлингов (что эквивалентно 12 миллионам фунтов стерлингов в 2023 году) [a] на разработку машины, а ICT , позже ставшая ICL , предоставила свои производственные мощности в распоряжение университета. В том году в разработке участвовала группа из 20 человек: 11 сотрудников кафедры компьютерных наук, 5 прикомандированных сотрудников ICT и 4 сотрудника, поддерживаемых SRC. Пик численности персонала пришелся на 1971 год, когда число сотрудников, включая студентов-исследователей, возросло до 60. [36]

Наиболее значимыми новыми функциями процессора MU5 были его набор инструкций и использование ассоциативной памяти для ускорения доступа к операндам и инструкциям. Набор инструкций был разработан для того, чтобы позволить компиляторам генерировать эффективный объектный код, чтобы обеспечить конвейерную организацию процессора и предоставить оборудованию информацию о природе операндов, чтобы обеспечить их оптимальную буферизацию. Названные таким образом переменные буферизовались отдельно от элементов массива, к которым, в свою очередь, осуществлялся доступ посредством именованных дескрипторов. Каждый дескриптор включал длину массива, которая могла использоваться в инструкциях по обработке строк или для того, чтобы разрешить проверку границ массива, выполняемую оборудованием. Механизм предварительной выборки инструкций использовал ассоциативную трассировку перехода для прогнозирования результата предстоящих ветвлений. [37]

Операционная система MU5 MUSS [38] [39] была разработана с расчетом на высокую степень адаптации и была перенесена на множество процессоров в Манчестере и других местах. В завершенной системе MU5 три процессора (сам MU5, ICL 1905E и PDP-11 ), а также ряд запоминающих устройств и других устройств были соединены между собой высокоскоростным Exchange. [40] [41] Все три процессора работали под управлением версии MUSS. MUSS также включала компиляторы для различных языков и пакеты времени выполнения для поддержки скомпилированного кода. Она была структурирована как небольшое ядро, которое реализовывало произвольный набор виртуальных машин, аналогичных соответствующему набору процессоров. Код MUSS появлялся в общих сегментах, которые составляли часть виртуального адресного пространства каждой виртуальной машины.

MU5 был полностью готов к работе к октябрю 1974 года, что совпало с объявлением ICL о том, что она работает над разработкой новой серии компьютеров — серии 2900. В частности, модель 2980 от ICL, впервые поставленная в июне 1975 года, во многом обязана дизайну MU5. [42] MU5 оставался в эксплуатации в университете до 1982 года. [43] Более полную статью о MU5 можно найти на вики-сайте Engineering and Technology History. [44]

MU6

После того, как MU5 был полностью готов к работе, был начат новый проект по созданию его преемника, MU6. MU6 должен был представлять собой ряд процессоров: MU6P, [45] усовершенствованная архитектура микропроцессора, предназначенная для использования в качестве персонального компьютера, MU6-G, [46] высокопроизводительная машина для общих или научных приложений и MU6V, [47] параллельная система векторной обработки. Была создана и испытана прототипная модель MU6V, основанная на 68000 микропроцессорах с векторными порядками, эмулируемыми как «экстракоды», но не получившая дальнейшего развития. MU6-G был построен с грантом от SRC и успешно работал в качестве сервисной машины в Департаменте между 1982 и 1987 годами, [4] используя операционную систему MUSS, разработанную в рамках проекта MU5.

Спинакер

SpiNNaker: Архитектура нейронной сети Spiking — это массивно-параллельная многоядерная архитектура суперкомпьютера , разработанная Стивом Фербером в Исследовательской группе передовых процессорных технологий (APT) Манчестерского университета. [48] Построенная в 2019 году, она состоит из 57 600 процессоров ARM9 (в частности, ARM968), каждый из которых имеет 18 ядер и 128 МБ мобильной памяти DDR SDRAM , что в общей сложности составляет 1 036 800 ядер и более 7 ТБ оперативной памяти. [49] Вычислительная платформа основана на нейронных сетях Spiking , полезных для моделирования человеческого мозга (см. Проект «Человеческий мозг» ). [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58]

Краткое содержание

Ссылки

  1. ^ Лавингтон (1998), стр. 49
  2. ^ ab Enticknap, Nicholas (лето 1998 г.), "Computing's Golden Jubilee", Resurrection (20), The Computer Conservation Society, ISSN  0958-7403, архивировано из оригинала 9 января 2012 г. , извлечено 19 апреля 2008 г.
  3. ^ ab Grimsdale, Dick, "50th Birthday of Transistor Computer", curation.cs.manchester.ac.uk , получено 24 февраля 2018 г.
  4. ^ ab "A Timeline of Manchester Computing", Манчестерский университет, архивировано из оригинала 5 июля 2008 г. , извлечено 25 февраля 2009 г.
  5. ^ "timeline". 5 июля 2008 г. Архивировано из оригинала 5 июля 2008 г.
  6. ^ Лавингтон (1998), стр. 7
  7. ^ ab Lavington (1998), стр. 21
  8. ^ Лавингтон, Саймон (1980), Ранние британские компьютеры , Manchester University Press, ISBN 978-0-7190-0803-0
  9. ^ Лавингтон, Саймон (1998), История Манчестерских компьютеров (2-е изд.), Британское компьютерное общество, ISBN 978-1-902505-01-5
  10. ^ Napper, RBE (2000), «Компьютеры Manchester Mark 1», в Rojas, Raúl; Hashagen, Ulf (ред.), Первые компьютеры: история и архитектура, MIT Press, стр. 356–377, ISBN 978-0-262-68137-7
  11. ↑ Тутилл, Джефф (лето 1998 г.), "The Original Original Program", Resurrection (20), The Computer Conservation Society, ISSN  0958-7403, архивировано из оригинала 9 января 2012 г. , извлечено 19 апреля 2008 г.
  12. ^ Манчестерский музей науки и промышленности (2011), «The "Baby": The World's First Stored-Program Computer» (PDF) , MOSI, архивировано из оригинала (PDF) 15 февраля 2012 г. , извлечено 3 апреля 2012 г.
  13. ^ Уильямс, ФК; Килберн, Т. (25 сентября 1948 г.), «Электронные цифровые компьютеры», Nature , 162 (4117): 487, Bibcode : 1948Natur.162..487W, doi : 10.1038/162487a0 , S2CID  4110351
  14. ^ Нэппер (2000), стр. 365
  15. ^ ab Lavington (1998), стр. 17
  16. ↑ Napper, RBE, «The Manchester Mark 1», Манчестерский университет, архивировано из оригинала 9 февраля 2014 г. , извлечено 22 января 2009 г.
  17. ↑ Lavington, SH (июль 1977 г.), «Манчестер Марк 1 и Атлас: историческая перспектива» (PDF) , Университет Центральной Флориды , получено 8 февраля 2009 г.. (Перепечатка статьи, опубликованной в Communications of the ACM (январь 1978 г.) 21 (1)
  18. ^ Лавингтон (1998), стр. 18
  19. ^ «Компьютер «Малыш» Манчестерского университета и его производные, 1948-1951».
  20. ^ Лавингтон (1998), стр. 31
  21. ^ "Транзисторный компьютер "Манчестер TC" - CHM Revolution".
  22. ^ Лавингтон (1998), стр. 34–35.
  23. ^ ab Lavington (1998), стр. 37
  24. ^ Нойманн, Альбрехт Дж. (апрель 1955 г.). «КОМПЬЮТЕРЫ, за рубежом: 5. Манчестерский университет — МАЛЕНЬКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ЦИФРОВОЙ КОМПЬЮТЕР». 7 (2): 16–17. Архивировано из оригинала 10 мая 2024 г. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  25. ^ ab "1953: Появление транзисторных компьютеров | Кремниевый двигатель | Музей истории компьютеров". www.computerhistory.org . Получено 2 сентября 2019 г. .
  26. ^ Cooke-Yarborough, EH (июнь 1998 г.), «Некоторые ранние применения транзисторов в Великобритании», Engineering Science & Education Journal , 7 (3), IEE: 100–106, doi :10.1049/esej:19980301, ISSN  0963-7346, архивировано из оригинала 5 июля 2020 г. , извлечено 7 июня 2009 г. (требуется подписка)
  27. ^ Лавингтон (1998), стр. 36–37.
  28. ^ "The Atlas", Манчестерский университет, архивировано из оригинала 28 июля 2012 г. , извлечено 21 сентября 2010 г.
  29. ^ Лавингтон (1998), стр. 41
  30. ^ ab Lavington (1998), стр. 44–45
  31. ^ Лавингтон (1980), стр. 50–52.
  32. ^ Лавингтон (1998), стр. 43
  33. ^ Лавингтон (1998), стр. 44
  34. ^ «Вехи: Atlas Computer и изобретение виртуальной памяти, 1957–1962». 12 февраля 2024 г.
  35. ^ Килберн, Т.; Моррис, Д.; Рол, Дж. С.; Самнер, Ф. Х. (1969), «Предложение по проектированию системы», Information Processing 68 , т. 2, Северная Голландия, стр. 806–811
  36. ^ Моррис, Деррик; Иббетт, Роланд Н. (1979), Компьютерная система MU5, Macmillan, стр. 1
  37. ^ Самнер, Ф. Х. (1974), «MU5 — Оценка проекта», Information Processing 74 , Северная Голландия, стр. 133–136
  38. ^ Фрэнк, GR; Тикер, CJ (1979), «Проектирование операционной системы MUSS», Программное обеспечение: практика и опыт , 9 (8): 599–620, doi :10.1002/spe.4380090802, S2CID  1962276
  39. ^ Моррис и Иббетт (1979), стр. 189–211.
  40. ^ Лавингтон, SH; Томас, G.; Эдвардс, DBG (1977), «Система связи между несколькими компьютерами MU5», IEEE Trans. Computers , т. C-26, стр. 19–28
  41. ↑ Моррис и Иббетт (1979), стр. 132–140.
  42. ^ Бакл, Джон К. (1978), Серия ICL 2900 , The Macmillan Press
  43. ^ Иббетт, Роланд Н. (1999), «Проект компьютера MU5 Манчестерского университета», Анналы истории вычислительной техники , 21 , IEEE: 24–31, doi : 10.1109/85.759366
  44. ^ «Компьютерная система MU5 Манчестерского университета». ethw.org . 10 июня 2022 г.
  45. ^ Вудс, Дж. В.; Уин, А. Дж. Т. (1983). «MU6P: усовершенствованная архитектура микропроцессора». The Computer Journal . 26 (3): 208–217. doi :10.1093/comjnl/26.3.208.
  46. ^ Эдвардс, DBG; Ноулз, AE; Вудс, JV (1980), «MU6-G: новая конструкция для достижения производительности мэйнфрейма из мини-компьютера», 7-й ежегодный международный симпозиум по компьютерной архитектуре , стр. 161–167, doi :10.1145/800053.801921, S2CID  7224504
  47. ^ Иббетт, Р. Н.; Капон, П. К.; Топхэм, Н. П. (1985), «MU6V: параллельная система векторной обработки», 12-й ежегодный международный симпозиум по архитектуре компьютеров, IEEE, стр. 136–144, ISBN 9780818606342
  48. ^ "Темы - Кафедра компьютерных наук - Манчестерский университет". www.cs.manchester.ac.uk .
  49. ^ "Проект SpiNNaker - Микросхема SpiNNaker". apt.cs.manchester.ac.uk . Получено 17 ноября 2018 г. .
  50. ^ Домашняя страница SpiNNaker, Манчестерский университет , получено 11 июня 2012 г.
  51. ^ Фурбер, С.Б.; Гэллаппи, Ф.; Темпл, С.; Плана, Л.А. (2014). «Проект SpiNNaker». Труды IEEE . 102 (5): 652–665. doi : 10.1109/JPROC.2014.2304638 .
  52. ^ Xin Jin; Furber, SB ; Woods, JV (2008). «Эффективное моделирование импульсных нейронных сетей на масштабируемом чипе многопроцессорного процессора». 2008 IEEE Международная объединенная конференция по нейронным сетям (IEEE Всемирный конгресс по вычислительному интеллекту) . стр. 2812–2819. doi :10.1109/IJCNN.2008.4634194. ISBN 978-1-4244-1820-6. S2CID  2103654.
  53. ^ Миллион ядер ARM для размещения симулятора мозга Новостная статья о проекте в EE Times
  54. ^ Temple, S.; Furber, S. (2007). «Нейронная системная инженерия». Журнал интерфейса Королевского общества . 4 (13): 193–206. doi :10.1098/rsif.2006.0177. PMC 2359843. PMID  17251143 . Манифест проекта SpiNNaker, изучающий и анализирующий общий уровень понимания функций мозга и подходов к построению компьютерной модели мозга.
  55. ^ Plana, LA; Furber, SB ; Temple, S.; Khan, M.; Shi, Y.; Wu, J.; Yang, S. (2007). «Инфраструктура GALS для массивно-параллельного мультипроцессора». IEEE Design & Test of Computers . 24 (5): 454. doi :10.1109/MDT.2007.149. S2CID  16758888.Описание глобально асинхронной, локально синхронной (GALS) природы SpiNNaker с обзором асинхронного коммуникационного оборудования, предназначенного для передачи нейронных «импульсов» между процессорами.
  56. ^ Наваридас, Х.; Лухан, М.; Мигель-Алонсо, Х.; Плана, Л.А.; Фурбер, С. (2009). «Понимание сети взаимосвязей SpiNNaker». Труды 23-й международной конференции по суперкомпьютерам - ICS '09 . стр. 286. CiteSeerX 10.1.1.634.9481 . doi :10.1145/1542275.1542317. ISBN  9781605584980. S2CID  3710084.Моделирование и анализ межсоединений SpiNNaker на машине с миллионом ядер, демонстрирующие пригодность сети с коммутацией пакетов для крупномасштабного моделирования импульсных нейронных сетей.
  57. ^ Раст, А.; Галлуппи, Ф.; Дэвис, С.; Плана, Л.; Паттерсон, К.; Шарп, Т.; Лестер, Д.; Фурбер, С. (2011). «Параллельное моделирование гетерогенной нейронной модели на нейромиметическом оборудовании в реальном времени». Нейронные сети . 24 (9): 961–978. doi :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.
  58. ^ Sharp, T.; Galluppi, F.; Rast, A.; Furber, S. (2012). «Энергоэффективное моделирование подробных корковых микросхем на SpiNNaker». Journal of Neuroscience Methods . 210 (1): 110–118. doi :10.1016/j.jneumeth.2012.03.001. PMID  22465805. S2CID  19083072.Четырехчиповое моделирование в реальном времени кортикальной цепи с четырьмя миллионами синапсов, демонстрирующее исключительную энергоэффективность архитектуры SpiNNaker

Примечания

  1. ^ Данные дефлятора валового внутреннего продукта Соединенного Королевства следуют «согласованному ряду» MeasuringWorth , предоставленному в Thomas, Ryland; Williamson, Samuel H. (2024). «What Was the UK GDP Then?». MeasuringWorth . Получено 15 июля 2024 г.