Атлас (компьютер)
 Атлас Манчестерского университета в январе 1963 года. | |
| Семейство продуктов | Манчестерские компьютеры |
|---|---|
| Дата выпуска | 1962 |
| Продано единиц | 3 (+ 3 Атлас 2 ) |
Атлас , использовавшихся с 1962 года ( был одним из первых в мире суперкомпьютеров когда он был объявлен самым мощным компьютером в мире) по 1972 год. [1] Возможности Атласа породили высказывание о том, что, когда он отключился от сети, половина компьютерных мощностей Соединенного Королевства была потеряна. [2] Он примечателен тем, что был первой машиной с виртуальной памятью (в то время называемой «одноуровневым хранилищем»). [3] ) с использованием пейджинга методов ; этот подход быстро распространился и теперь повсеместно распространен.
Атлас был компьютером второго поколения , в котором использовались дискретные германиевые транзисторы . Atlas был создан в результате совместных усилий разработчиков Манчестерского университета , Ферранти и Плесси . Были построены еще две машины Atlas: одна для BP и Лондонского университета , а также одна для компьютерной лаборатории Atlas в Чилтоне недалеко от Оксфорда .
Производная система была построена Ферранти для Кембриджского университета . Называется Титан , или Атлас 2, [4] у него была другая организация памяти и использовалась операционная система с разделением времени, разработанная компьютерной лабораторией Кембриджского университета. Еще два Atlas 2 были доставлены: один в Центр CAD в Кембридже (позже названный CADCentre, затем AVEVA ), а другой в Исследовательский институт атомного оружия (AWRE) в Олдермастоне.
Атлас Манчестерского университета был выведен из эксплуатации в 1971 году. [5] Последний Атлас, машина CADCentre, был отключен в конце 1976 года. [6] Части Чилтонского атласа хранятся в Национальных музеях Шотландии в Эдинбурге ; Сама основная консоль была вновь открыта в июле 2014 года и находится в лаборатории Резерфорда Эпплтона в Чилтоне, недалеко от Оксфорда .
История
[ редактировать ]Фон
[ редактировать ]В 1956 году росло осознание того, что Великобритания отстает от США в разработке компьютеров. В апреле Б. В. Поллард из Ферранти заявил на компьютерной конференции, что «в этой стране существует ряд среднескоростных компьютеров, и единственные две машины, которые действительно быстры, — это Cambridge EDSAC 2 и Manchester Mark 2, хотя обе они до сих пор работают». очень медленный по сравнению с самыми быстрыми американскими машинами». [7] За этим последовали аналогичные опасения, выраженные в майском отчете Департамента научных и промышленных исследований , более известному как Комитет Бранта. Консультативному комитету по высокоскоростным вычислительным машинам [8]
В этот период Тома Килберна команда из Манчестерского университета экспериментировала с транзисторными системами, создав две небольшие машины для проверки различных технологий. Это был явно путь вперед, и осенью 1956 года Килберн начал опрашивать возможных клиентов о том, какие функции они хотели бы видеть в новой машине на основе транзисторов. Большинство коммерческих заказчиков указали на необходимость поддержки широкого спектра периферийных устройств, а Управление по атомной энергии предложило машину, способную выполнять инструкцию каждую микросекунду. [9] или, как это было бы известно сегодня, производительность 1 MIPS. Этот более поздний запрос привел к названию предполагаемой конструкции микросекундного двигателя MUSE. [10]
Необходимость поддержки множества периферийных устройств и необходимость быстрой работы, естественно, противоречат друг другу. Например, программа, которая обрабатывает данные с устройства считывания карт , будет тратить большую часть своего времени на ожидание, пока устройство считывания отправит следующий бит данных. Чтобы поддерживать эти устройства и при этом эффективно использовать центральный процессор (ЦП), новой системе потребуется дополнительная память для буферизации данных и операционная система , которая могла бы координировать поток данных вокруг системы. [11]
Муза становится Атласом
[ редактировать ]Когда комитет Бранта услышал о новых и гораздо более быстрых американских разработках, Univac LARC и IBM STRETCH , они смогли привлечь внимание Национальной корпорации исследований и разработок (NRDC), ответственной за продвижение на рынок технологий исследовательских групп времен войны. . В течение следующих восемнадцати месяцев они провели многочисленные встречи с потенциальными клиентами, инженерными группами Ferranti и EMI , а также проектными группами в Манчестере и Королевском радарном учреждении . [11]
Несмотря на все эти усилия, к лету 1958 года от NRDC все еще не было финансирования. Килберн решил продвинуться вперед, построив Muse меньшего размера, чтобы экспериментировать с различными концепциями. Это было оплачено за счет средств Фонда компьютерных доходов Mark 1, который собирал средства за счет сдачи в аренду времени на университетском Mark 1. Вскоре после начала проекта, в октябре 1958 года, Ферранти решил принять в нем участие. В мае 1959 года они получили от NRDC грант в размере 300 000 фунтов стерлингов на создание системы, который должен был быть возвращен из доходов от продаж. В какой-то момент этого процесса машина была переименована в Atlas. [11]
К концу 1959 года рабочее проектирование было завершено, и строительство компиляторов продолжалось . Однако операционная система Supervisor уже сильно отставала. [12] Это привело к тому, что Дэвид Ховарт, недавно нанятый в Ferranti, расширил команду операционных систем с двух до шести программистов. В том, что называют геркулесовым усилием, [ кем? ] под руководством неутомимого и энергичного Ховарта (который защитил докторскую диссертацию по физике в 22 года) команда в конечном итоге создала Supervisor, состоящий из 35 000 строк ассемблерного языка , который поддерживал мультипрограммирование для решения проблемы управления периферийными устройствами. [13]
Инсталляции
[ редактировать ]Первый Атлас создавался в университете в течение 1962 года. График был еще более ограничен запланированным остановом машины Ферранти Меркурий в конце декабря. Атлас достиг этой цели и был официально сдан в эксплуатацию 7 декабря Джоном Кокрофтом , директором AEA. [13] В этой системе была только ранняя версия Supervisor, и единственный компилятор был для Autocode . Лишь в январе 1964 года была установлена окончательная версия Supervisor вместе с компиляторами для ALGOL 60 и Fortran . [14]
К середине 1960-х годов первоначальная машина использовалась постоянно по 20-часовому графику в день, в течение которого можно было запускать до 1000 программ. Время было разделено между Университетом и Ферранти, последняя из которых взимала со своих клиентов 500 фунтов стерлингов в час. Часть этой суммы была возвращена в Университетский фонд компьютерных доходов. [14] В 1969 году было подсчитано, что компьютерное время, полученное университетом, стоило бы 720 000 фунтов стерлингов, если бы оно было сдано в аренду на открытом рынке. Машина была остановлена 30 ноября 1971 года. [15]
Ферранти продал еще две установки Atlas: одну совместному консорциуму Лондонского университета и BP в 1963 году, а другую - Исследовательскому институту атомной энергии (Харвелл) в декабре 1964 года. Позже машина AEA была переведена в компьютерную лабораторию Atlas в Чилтоне. в нескольких ярдах от пограничного забора Харвелла, что помещало его на гражданские земли и, таким образом, значительно облегчало доступ. Эта установка превратилась в самый большой Атлас, содержащий 48 килобайт 48-битной основной памяти и 32 ленточных накопителя. Время было предоставлено всем университетам Великобритании. Он был закрыт в марте 1974 года. [16]
Титан и Атлас 2
[ редактировать ]В феврале 1962 года Ферранти передал некоторые части машины Атлас Кембриджскому университету , а взамен университет использовал их для разработки более дешевой версии системы. Результатом стала машина «Титан», которая вступила в строй летом 1963 года. Ферранти продал еще две машины этой конструкции под названием «Атлас 2», одну — Исследовательскому институту атомного оружия (Олдермастон) в 1963 году, а другую — спонсируемой правительством компании «Компьютер». Центр автоматизированного проектирования в 1966 году. [17]
Наследие
[ редактировать ]Атлас был разработан как ответ на программы США LARC и STRETCH. Оба в конечном итоге опередили официальное использование Atlas, LARC в 1961 году и STRETCH за несколько месяцев до Atlas. Atlas был намного быстрее, чем LARC, примерно в четыре раза, и работал немного медленнее, чем STRETCH — Atlas добавлял два числа с плавающей запятой примерно за 1,59 микросекунды. [14] в то время как STRETCH делал то же самое за 1,38–1,5 микросекунды. Тем не менее, глава подразделения программного обеспечения Ferranti Хью Девональд сказал в 1962 году: «Атлас фактически считается самой мощной вычислительной системой в мире. Под таким утверждением подразумевается, что если бы Атлас и любой из его конкурентов были представлены одновременно с аналогичными большими наборами репрезентативных вычислительных задач Atlas должен завершить свой набор раньше всех других компьютеров». [18] Никаких дальнейших попыток продажи LARC не предпринималось. [17] и неясно, сколько машин STRETCH в конечном итоге было произведено.
И только в 1964 году, когда появился CDC 6600 , Atlas был значительно лучше. Позже CDC заявила, что именно описание Muse 1959 года дало CDC идеи, которые значительно ускорили разработку 6600 и позволили доставить его раньше, чем первоначально предполагалось. [17] Это привело к тому, что компания выиграла контракт с CSIRO в Австралии, которая изначально обсуждала покупку Atlas. [17]
В начале 1960-х годов Ферранти испытывал серьезные финансовые трудности и в 1963 году решил продать компьютерное подразделение компании International Computers and Tabulators (ICT). ICT решила сосредоточиться на рынке среднего класса со своей серией ICT 1900 . [19] гибкий ассортимент машин на базе канадского Ferranti-Packard 6000 .
Атлас получил высокую оценку многих представителей компьютерной индустрии. Среди его поклонников был К. Гордон Белл из Digital Equipment Corporation , который позже похвалил его:
В архитектуре Манчестерский Атлас был образцовым не потому, что это была большая машина, которую мы собирались построить, а потому, что он иллюстрировал ряд хороших принципов проектирования. Atlas был мультипрограммным, с четко определенным интерфейсом между пользователем и операционной системой, имел очень большое адресное пространство и ввел понятие дополнительных кодов для расширения функциональности своего набора команд. [20]
В июне 2022 года веха IEEE была посвящена «Компьютеру Атласу и изобретению виртуальной памяти 1957–1962». [21]
Дизайн
[ редактировать ]Аппаратное обеспечение
[ редактировать ]Машина имела множество инновационных особенностей, но основные параметры работы были следующими (размер магазина соответствует манчестерской установке; остальные были крупнее):
- 48 бит Размер слова . Слово может содержать одно число с плавающей запятой, одну инструкцию, два 24-битных адреса или целые числа со знаком или восемь 6-битных символов.
- Быстрый сумматор , в котором использовалась новая схема для минимизации времени распространения переноса.
- 24-битное (2 миллиона слов, 16 миллионов символов) адресное пространство , охватывающее супервизорное («священное») хранилище, V-хранилище, фиксированное хранилище и пользовательское хранилище.
- 16 тыс. слов основного хранилища (эквивалентно 96 КБ ) с чередованием нечетных и четных адресов.
- 8 тыс. слов постоянной памяти (называемой фиксированной памятью). Он содержал подпрограммы супервизора и экстракода.
- 96 тысяч слов барабанного хранилища (эквивалент 576 КБ), разделенного на четыре барабана, но интегрированного с основным хранилищем с использованием виртуальной памяти . Размер страницы составил 512 слов, [22] т.е. 3072 байта. [23] [24]
- 128 высокоскоростных индексных регистров (B-линий), которые можно использовать для модификации адреса в инструкциях, в основном модифицированных дважды. Адресное пространство регистров также включало в себя специальные регистры, такие как адрес операнда экстракода и показатель степени с плавающей запятой аккумулятора . Три из 128 регистров были регистрами счетчиков программ : 125 — для управления супервизором (прерываниями), 126 — для управления экстракодом и 127 — для управления пользователем. Регистр 0 всегда содержал значение 0.
- Возможность добавления (на тот момент) сложных новых периферийных устройств, таких как магнитная лента , включая прямого доступа к памяти (DMA). средства
- Управление периферией через адреса V-хранилища ( ввод-вывод с отображением в памяти ), прерывания и процедуры экстракодирования путем чтения и записи специальных встроенных адресов хранилища.
- Ассоциативная память ( память с адресацией по содержимому ) регистров адресов страниц, позволяющая определить, находится ли желаемое место виртуальной памяти в основном хранилище.
- Конвейерная обработка инструкций
Атлас не использовал синхронный механизм тактирования — это был асинхронный процессор — поэтому замеры производительности были непростыми, но в качестве примера:
- с фиксированной точкой регистра Добавление – 1,59 микросекунды
- Добавление с плавающей запятой , без изменений — 1,61 микросекунды.
- Сложение с плавающей запятой, двойное изменение — 2,61 микросекунды.
- Умножение с плавающей запятой, двойное изменение — 4,97 микросекунды
Экстракод
[ редактировать ]Одной из особенностей Атласа был «Экстракод», метод, позволяющий реализовывать сложные инструкции в программном обеспечении. Специальное оборудование ускоряет вход в процедуру экстракода и выход из нее, а также доступ к операндам; кроме того, код подпрограмм экстракода хранился в ПЗУ, доступ к которому можно было получить быстрее, чем к основному хранилищу.
Первые десять битов 48-битной машинной инструкции Atlas представляли собой код операции . Если старший бит был установлен в ноль, это была обычная машинная инструкция, выполняемая непосредственно аппаратным обеспечением. Если самый верхний бит был установлен в единицу, это был экстракод и был реализован как особый вид подпрограммы перехода к ячейке в фиксированном хранилище ( ПЗУ ), причем его адрес определялся остальными девятью битами. Реализовано около 250 экстракодов из 512 возможных.
Экстракоды — это то, что сегодня назвали бы программными прерываниями или ловушками . Они использовались для вызова математических процедур , которые было бы слишком неэффективно реализовать на аппаратном уровне , например синус , логарифм и квадратный корень . Но около половины кодов были обозначены как функции Supervisor, которые вызывали операционной системы процедуры . Типичными примерами могут быть «Напечатать указанный символ в указанном потоке» или «Прочитать блок из 512 слов с логической ленты N». Экстракоды были единственным средством, с помощью которого программа могла общаться с Супервизором. Другие британские машины той эпохи, такие как Ferranti Orion , имели аналогичные механизмы обращения к службам своих операционных систем.
Программное обеспечение
[ редактировать ]Компания Atlas стала пионером многих концепций программного обеспечения, которые до сих пор широко используются, в том числе Atlas Supervisor , «которую многие считают первой узнаваемой современной операционной системой». [25]
Одним из первых языков высокого уровня , доступных в Atlas, был назван Atlas Autocode , который был современником Algol 60 и создан специально для устранения того, что Тони Брукер считал некоторыми дефектами в Algol 60. Однако Atlas поддерживал Algol 60 , а также Fortran и COBOL , а также ABL (Atlas Basic Language, язык символьного ввода, близкий к машинному языку). Будучи университетским компьютером, он пользовался покровительством большого числа студентов, имевших доступ к защищенной среде разработки машинного кода .
Некоторые компиляторы были написаны с использованием компилятора Brooker Morris Compiler Compiler (BMCC) , который считается первым в своем типе.
У него также был язык программирования под названием SPG (генератор системных программ). Во время выполнения программа SPG может скомпилировать для себя больше программ. Он мог определять и использовать макросы . Его переменные были заключены в <угловые скобки>, и у него был анализатор текста, что придавало тексту программы SPG сходство с формой Бэкуса-Наура .
С самого начала Atlas задумывался как суперкомпьютер, включающий комплексную операционную систему. Аппаратное обеспечение включало в себя специфические функции, облегчавшие работу операционной системы. Например, подпрограммы экстракода и подпрограммы обработки прерываний имели выделенную память, регистры и программные счетчики; из Поэтому переключение контекста пользовательского режима в режим экстракода или исполнительный режим или из режима экстракода в исполнительный режим происходило очень быстро.
См. также
[ редактировать ]- Манчестерские компьютеры - серия электронных компьютеров с хранимой программой.
- Atlas Supervisor – Первая операционная система
- История суперкомпьютеров
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лавингтон 1975 , с. 34
- ^ Лавингтон 1998 , стр. 44–45.
- ^ Хейс, Джон П. (1978), Компьютерная архитектура и организация , с. 21, ISBN 0-07-027363-4
- ^ «КОМПЬЮТЕРЫ И ЦЕНТРЫ ЗА РУБЕЖОМ: 2. Ferranti Ltd., Atlas 2 Computer, Лондон, Wl, Англия» . Информационный бюллетень о цифровых компьютерах . 16 (1): 13–15. 1964. Архивировано из оригинала 3 июня 2018 года.
- ^ Лавингтон 1998 , с. 43
- ^ Лавингтон 1998 , с. 44
- ^ Лавингтон 1975 , стр. 30–31.
- ^ Лавингтон 1975 , с. 30.
- ^ Лавингтон 1975 , с. 31.
- ^ Атлас , Манчестерский университет, заархивировано из оригинала 28 июля 2012 г. , получено 21 сентября 2010 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Лавингтон 1975 , с. 32.
- ^ Лавингтон 1975 , с. 33.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Лавингтон 1975 , с. 34.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Лавингтон 1975 , с. 35.
- ^ Лавингтон 1975 , с. 36.
- ^ Лавингтон 1975 , с. 37.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Лавингтон 1975 , с. 38.
- ^ Лавингтон, Саймон (2012), История Атласа (PDF) , стр. 7
- ^ Лавингтон 1975 , с. 39.
- ^ Белл и др. 1978 , стр. 491.
- ^ «Вехи: компьютер Атлас и изобретение виртуальной памяти, 1957–1962» . 19 декабря 2022 г.
- ^ Хейс, Джон П. (1978), Компьютерная архитектура и организация , с. 375, ISBN 0-07-027363-4
- ^ Кронин, Делавэр (31 января 1965 г.). ICT Atlas 1 Руководство по компьютерному программированию для базового языка Atlas (ABL) (PDF) . Лондон: International Computers and Tabulators Limited. п. 12.1/1.
- ^ «12. Дополнительные средства и методы» . Руководство по компьютерному программированию ICT Atlas I. Январь 1965 года.
- ^ Лавингтон 1980 , стр. 50–52.
Библиография
[ редактировать ]- Эдвардс, Дай (лето 2013 г.), «Атлас проектирования и создания» , Resurrection: The Bulletin of Computer Conservation Society , 62 : 9–18, ISSN 0958-7403
- Лавингтон, Саймон (1980), Ранние британские компьютеры , Издательство Манчестерского университета, ISBN 0-7190-0803-4
- Лавингтон, Саймон (1975), История компьютеров в Манчестере , Суиндон: Британское компьютерное общество, ISBN 978-1-902505-01-5
- Лавингтон, Саймон (1998), История компьютеров в Манчестере (2-е изд.), Суиндон: Британское компьютерное общество, ISBN 978-1-902505-01-5
- Белл, К. Гордон; Коток, Алан; Гастингс, Томас; Хилл, Ричард (1978). «Семейство PDP-10» (PDF) . Компьютерная инженерия: взгляд DEC на проектирование аппаратных систем . ДЕКАБРЬ.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Т. Килберн; ДБГ Эдвардс; Д. Аспиналл (сентябрь 1959 г.). «Параллельное сложение в цифровых компьютерах: новая схема быстрого переноса». Труды IEE – Часть B: Радио и электроника . 106 (29): 464–466. дои : 10.1049/pi-b-2.1959.0316 .
- Ф. Х. Самнер; Г. Хейли; ЭСИ Чен. «Центральный блок управления компьютером «Атлас». Обработка информации 1962, учеб. Конгресс ИФИП '62 . стр. 657–663.
- Килберн, Т.; Эдвардс, DBG; Ланиган, MJ; Самнер, Ф.Х. (апрель 1962 г.). «Одноуровневая система хранения» (PDF) . Транзакции IRE на электронных компьютерах (2): 223–235. дои : 10.1109/TEC.1962.5219356 . Проверено 16 июня 2023 г.
- Килберн, Т. (1 марта 1961 г.). «Операционная система Атласа Манчестерского университета, часть I: внутренняя организация» . Компьютерный журнал . 4 (3): 222–225. дои : 10.1093/comjnl/4.3.222 . ISSN 0010-4620 .
- Ховарт, ди-джей (1 марта 1961 г.). «Операционная система Atlas Манчестерского университета, часть II: описание пользователей» . Компьютерный журнал . 4 (3): 226–229. дои : 10.1093/comjnl/4.3.226 . ISSN 0010-4620 .
- Т. Килберн; РБ Пейн; DJ Ховарт (1962). «Супервайзер Атласа». Материалы Восточной объединенной компьютерной конференции, состоявшейся 12–14 декабря 1961 г.: Компьютеры – ключ к тотальному управлению системами . Макмиллан. стр. 279–294. дои : 10.1145/1460764.1460786 .
- диджей Ховарт; П.Д. Джонс; М. Т. Уайлд (ноябрь 1962 г.). «Система планирования Атлас» . Компьютерный журнал . 5 (3): 238–244. дои : 10.1093/comjnl/5.3.238 .
- Рауль Рохас; Ульф Хашаген, ред. (2000). Первые компьютеры: история и архитектура . МТИ Пресс. ISBN 0-262-18197-5 .
- М-Р Уильямс (1997). История вычислительной техники . Издательство Компьютерного общества IEEE. ISBN 0-8186-7739-2 .