Манчестерские компьютеры
Манчестерские компьютеры представляли собой инновационную серию с хранимой программой, электронных компьютеров разработанную в течение 30-летнего периода с 1947 по 1977 год небольшой командой Манчестерского университета под руководством Тома Килберна . [1] В их число входили 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 Вильямса , 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] Первый из серии, Manchester Baby , запустил свою первую программу 21 июня 1948 года. [2] Будучи первым в мире компьютером с хранимой программой, Baby и Manchester Mark 1 , разработанными на его основе, быстро привлекли внимание правительства Соединенного Королевства, которое заключило контракт с электротехнической фирмой Ferranti на производство коммерческой версии. Получившаяся в результате машина Ferranti Mark 1 стала первым в мире коммерчески доступным компьютером общего назначения. [7]
Сотрудничество с Ферранти в конечном итоге привело к промышленному партнерству с компьютерной компанией ICL , которая использовала многие идеи, разработанные в университете, особенно при разработке своих серии 2900 в 1970-х годах. компьютеров [8] [9] [10]
Манчестер Бэби
[ редактировать ]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, а 21 июня 1948 года компьютер успешно запустил свою первую программу, состоящую из 17 инструкций, написанных для нахождения наивысшего собственного коэффициента, равного 2. 18 (262,144), пробуя каждое целое число от 2 18 − 1 вниз. Программа проработала 52 минуты, прежде чем выдала правильный ответ 2. 17 (131,072). [11]
Малыш 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 термоэмиссионных ламп – 300 диодов и 250 пентодов – и имел потребляемую мощность 3,5 киловатта. [12] Об успешной работе было сообщено в письме в журнал Nature, опубликованном в сентябре 1948 года. [13] сделав его первым в мире компьютером с хранимой программой. [14] Он быстро превратился в более практичную машину — Manchester Mark 1 .
Манчестер Марк 1
[ редактировать ]Разработка Manchester Mark 1 началась в августе 1948 года с первоначальной целью предоставить университету более реалистичную вычислительную мощность. [15] В октябре 1948 года главному научному правительству Великобритании Бену Локспейзеру продемонстрировали прототип, и он был настолько впечатлен, что немедленно инициировал правительственный контракт с местной фирмой Ferranti на создание коммерческой версии машины Ferranti Mark 1 . [7]
Были произведены две версии Manchester Mark 1, первая из которых, промежуточная версия, поступила в эксплуатацию к апрелю 1949 года. [15] Машина окончательной спецификации, полностью заработавшая к октябрю 1949 года, [16] содержал 4050 клапанов и имел потребляемую мощность 25 киловатт. [17] Возможно, самым значительным нововведением Manchester Mark 1 было включение в него индексных регистров , обычных для современных компьютеров. [18]
В июне 2022 года веха IEEE была посвящена «Компьютеру «Малышка» Манчестерского университета и его производным, 1948–1951». [19]
Мэг и Меркьюри
[ редактировать ]В результате опыта, полученного при работе с Mark 1, разработчики пришли к выводу, что компьютеры будут использоваться больше в научных целях, чем в чистой математике. Поэтому они приступили к разработке новой машины, которая будет включать в себя блок вычислений с плавающей запятой ; работа началась в 1951 году. 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, а также быстрее решал математические задачи. Компания Ferranti выпустила коммерческую версию, продаваемую как Ferranti Mercury , в которой лампы Williams были заменены более надежной основной памятью . [20]
Транзисторный компьютер
[ редактировать ]Работа над созданием меньшего по размеру и более дешевого компьютера началась в 1952 году, параллельно с продолжающейся разработкой Мэг. Двум членам команды Килберна, Ричарду Гримсдейлу и Д.С. Уэббу, было поручено спроектировать и построить машину, использующую недавно разработанные транзисторы вместо ламп, которая стала известна как Manchester TC. [21] Первоначально единственными доступными устройствами были германиевые транзисторы с точечным контактом ; они были менее надежными, чем клапаны, которые они заменили, но потребляли гораздо меньше энергии. [22]
Было выпущено две версии машины. Первым в мире был создан транзисторный компьютер. [23] прототип и вступил в строй 16 ноября 1953 года. [3] [24] «В 48-битной машине использовались 92 точечных транзистора и 550 диодов». [25] Вторая версия была завершена в апреле 1955 года. В версии 1955 года использовалось 250 переходных транзисторов. [25] 1300 твердотельных диодов и имел потребляемую мощность 150 Вт. Машина [ нужны разъяснения ] однако он использовал лампы для генерации тактовых сигналов частотой 125 кГц, а также в схемах для чтения и записи в память на магнитном барабане , так что это был не первый полностью транзисторный компьютер - отличие, которое досталось Harwell CADET 1955 года. [26]
Проблемы с надежностью ранних партий транзисторов означали, что машина [ нужны разъяснения ] Среднее время наработки на отказ составляло около 90 минут, и оно улучшилось после того, как стали доступны более надежные переходные транзисторы . [27] Конструкция транзисторного компьютера была принята местной инженерной фирмой Metropolitan-Vickers в их Metrovick 950 , в котором все схемы были модифицированы для использования переходных транзисторов. Было построено шесть Metrovick 950, первый из которых был построен в 1956 году. Они успешно использовались в различных подразделениях компании и использовались около пяти лет. [23]
Муза и Атлас
[ редактировать ]Разработка MUSE – названия, происходящего от « микросекундного двигателя» – началась в университете в 1956 году. Целью было создание компьютера, который мог бы работать со скоростью обработки, приближающейся к одной микросекунде на инструкцию, то есть к одному миллиону инструкций в секунду. [28] Mu (или μ ) — префикс в СИ и других системах единиц, обозначающий коэффициент 10. −6 (одна миллионная).
В конце 1958 года Ферранти согласился сотрудничать с Манчестерским университетом в этом проекте, и вскоре после этого компьютер был переименован в «Атлас», а совместное предприятие оказалось под контролем Тома Килберна. Первый Атлас был официально введен в эксплуатацию 7 декабря 1962 года и на тот момент считался самым мощным компьютером в мире, эквивалентным четырем IBM 7094 . [29] Говорили, что всякий раз, когда Атлас отключался от сети, половина компьютерных мощностей Великобритании терялась. [30] 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. Компания Atlas стала пионером многих концепций аппаратного и программного обеспечения, которые до сих пор широко используются, включая Atlas Supervisor , «которую многие считают первой узнаваемой современной операционной системой». [31]
Две другие машины были построены: одна для совместного консорциума British Petroleum и Лондонского университета , а другая для компьютерной лаборатории Атлас в Чилтоне недалеко от Оксфорда . Производная система была построена Ферранти для Кембриджского университета под названием Titan или Atlas 2, которая имела другую организацию памяти и работала под управлением с разделением времени, операционной системы разработанной Кембриджской компьютерной лабораторией . [30]
Атлас Манчестерского университета был выведен из эксплуатации в 1971 году. [32] но последний находился на вооружении до 1974 года. [33] Части Чилтонского атласа хранятся в Национальных музеях Шотландии в Эдинбурге.
В июне 2022 года веха IEEE была посвящена «Компьютеру Атласу и изобретению виртуальной памяти 1957–1962». [34]
МУ5
[ редактировать ]Manchester MU5 стал преемником Atlas. Набросок предложения по преемнику Атласа был представлен на конференции ИФИП 1968 года в Эдинбурге. [35] хотя работа над проектом и переговоры с ICT (частью которых стал Ферранти), направленные на получение их помощи и поддержки, начались в 1966 году. Новая машина, позже ставшая известной как MU5, должна была стать вершиной рынка. диапазон машин и быть в 20 раз быстрее, чем Atlas.
В 1968 году Совет научных исследований (SRC) предоставил Манчестерскому университету пятилетний грант в размере 630 466 фунтов стерлингов (что эквивалентно 12 миллионам фунтов стерлингов в 2023 году). [а] для разработки машин и ИКТ , позже ставшая ICL , предоставила свои производственные мощности университету. В том году в проектировании была задействована группа из 20 человек: 11 сотрудников кафедры компьютерных наук, 5 прикомандированных сотрудников ИКТ и 4 сотрудника при поддержке НИЦ. Пик укомплектованности персоналом пришелся на 1971 год, когда их число, включая студентов-исследователей, выросло до 60. [36]
Наиболее важными новыми особенностями процессора MU5 были его набор команд и использование ассоциативной памяти для ускорения доступа к операндам и инструкциям. Набор команд был разработан, чтобы позволить компиляторам генерировать эффективный объектный код, обеспечить конвейерную организацию процессора и предоставить оборудованию информацию о природе операндов, чтобы обеспечить их оптимальную буферизацию. Таким образом, именованные переменные помещались в буфер отдельно от элементов массива, доступ к которым в свою очередь осуществлялся посредством именованных дескрипторов. Каждый дескриптор включал длину массива, которую можно было использовать в инструкциях обработки строк или для аппаратного выполнения проверки привязки к массиву. Механизм предварительной выборки инструкций использовал ассоциативную трассировку перехода для прогнозирования результата предстоящих ветвей. [37]
Операционная система MU5 MUSS [38] [39] был разработан с учетом высокой адаптируемости и был портирован на различные процессоры в Манчестере и других местах. В готовой системе MU5 три процессора (сам MU5, ICL 1905E и PDP-11 ), а также ряд запоминающих устройств и других устройств были соединены между собой высокоскоростным обменом. [40] [41] Все три процессора работали под управлением версии MUSS. MUSS также включает в себя компиляторы для различных языков и пакеты времени выполнения для поддержки скомпилированного кода. Он был структурирован как небольшое ядро, реализующее произвольный набор виртуальных машин, аналогичный соответствующему набору процессоров. Код MUSS появился в общих сегментах, которые составляли часть виртуального адресного пространства каждой виртуальной машины.
MU5 был полностью введен в эксплуатацию к октябрю 1974 года, что совпало с объявлением ICL о работе над разработкой новой линейки компьютеров серии 2900 . В частности, ICL 2980, впервые поставленный в июне 1975 года, во многом был обязан конструкции MU5. [42] MU5 оставался в эксплуатации в университете до 1982 года. [43] Более полную статью о MU5 можно найти в Wiki по истории техники и технологий. [44]
МУ6
[ редактировать ]Как только MU5 был полностью готов к эксплуатации, был начат новый проект по созданию его преемника, MU6. MU6 должен был представлять собой серию процессоров: MU6P, [45] передовая микропроцессорная архитектура, предназначенная для использования в качестве персонального компьютера, МУ6-Г, [46] высокопроизводительная машина для общего или научного применения и MU6V, [47] система параллельной векторной обработки. Прототип модели MU6V, основанный на 68000 микропроцессорах с векторными порядками, эмулируемыми как «экстракоды», был построен и протестирован, но не получил дальнейшего развития. MU6-G был построен по гранту SRC и успешно работал в департаменте в качестве сервисной машины с 1982 по 1987 год. [4] с использованием операционной системы MUSS, разработанной в рамках проекта MU5.
Спинакер
[ редактировать ]SpiNNaker: Spiking Neural Network Architecture — это с массовым параллелизмом , многоядерная суперкомпьютерная архитектура разработанная Стивом Фербером из Исследовательской группы передовых процессорных технологий (APT) Манчестерского университета. [48] Построенный в 2019 году, он состоит из 57 600 процессоров ARM9 (в частности, ARM968), каждый из которых имеет 18 ядер и 128 МБ мобильной DDR SDRAM , всего 1 036 800 ядер и более 7 ТБ оперативной памяти. [49] Вычислительная платформа основана на импульсных нейронных сетях , полезных при моделировании человеческого мозга (см. Human Brain Project ). [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58]
Краткое содержание
[ редактировать ]| Год | Прототип университета | Год | Коммерческий компьютер |
|---|---|---|---|
| 1948 | Manchester Baby , который превратился в Manchester Mark 1. | 1951 | Ферранти Марк 1 |
| 1953 | Транзисторный компьютер | 1956 | Метровик 950 |
| 1954 | Манчестер Марк II, он же «Мэг» | 1957 | Ферранти Меркьюри |
| 1959 | Муза | 1962 | Ферранти Атлас , Титан |
| 1974 | МУ5 | 1974 | Серия ICL 2900 |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лавингтон (1998) , с. 49
- ^ Перейти обратно: а б Энтикнап, Николас (лето 1998 г.), «Золотой юбилей вычислительной техники» , Resurrection (20), The Computer Conservation Society, ISSN 0958-7403 , заархивировано из оригинала 9 января 2012 г. , получено 19 апреля 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б Гримсдейл, Дик, «50 лет со дня рождения транзисторного компьютера» , curation.cs.manchester.ac.uk , получено 24 февраля 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Хронология Манчестерских вычислений» , Манчестерский университет, заархивировано из оригинала 5 июля 2008 г. , получено 25 февраля 2009 г.
- ^ «хронология» . 5 июля 2008 г. Архивировано из оригинала 5 июля 2008 г.
- ^ Лавингтон (1998) , с. 7
- ^ Перейти обратно: а б Лавингтон (1998) , с. 21
- ^ Лавингтон, Саймон (1980), Ранние британские компьютеры , Издательство Манчестерского университета, ISBN 978-0-7190-0803-0
- ^ Лавингтон, Саймон (1998), История компьютеров в Манчестере (2-е изд.), Британское компьютерное общество, ISBN 978-1-902505-01-5
- ^ Нэппер, RBE (2000), «Компьютеры Manchester Mark 1», Рохас, Рауль; Хашаген, Ульф (ред.), Первые компьютеры: история и архитектура , MIT Press, стр. 356–377, ISBN 978-0-262-68137-7
- ^ Тутилл, Джефф (лето 1998 г.), «Оригинальная оригинальная программа» , «Воскресение» (20), The Computer Conservation Society, ISSN 0958-7403 , заархивировано из оригинала 9 января 2012 г. , получено 19 апреля 2008 г.
- ^ Манчестерский музей науки и промышленности (2011 г.), «Младенец: первый в мире компьютер с хранимыми программами» (PDF) , MOSI, заархивировано из оригинала (PDF) 15 февраля 2012 г. , получено 3 апреля 2012 г.
- ^ Уильямс, ФК; Килберн, Т. (25 сентября 1948 г.), «Electronic Digital Computers» , Nature , 162 (4117): 487, Bibcode : 1948Natur.162..487W , doi : 10.1038/162487a0 , S2CID 4110351 , заархивировано из оригинала 6 апреля. 2009 , дата обращения 22 января 2009 г.
- ^ Нэппер (2000) , с. 365
- ^ Перейти обратно: а б Лавингтон (1998) , с. 17
- ^ Нэппер, RBE, "Манчестер Марк 1" , Манчестерский университет, заархивировано из оригинала 9 февраля 2014 г. , получено 22 января 2009 г.
- ^ Лавингтон, Ш. (июль 1977 г.), «Манчестер Марк 1 и Атлас: историческая перспектива» (PDF) , Университет Центральной Флориды , получено 8 февраля 2009 г. (Перепечатка статьи, опубликованной в журнале Communications of the ACM (январь 1978 г.) 21 (1)
- ^ Лавингтон (1998) , с. 18
- ^ «Компьютер «Бэби» Манчестерского университета и его производные, 1948–1951» .
- ^ Лавингтон (1998) , с. 31
- ^ «Транзисторный компьютер «Манчестер ТС» — CHM Revolution» .
- ^ Лавингтон (1998) , стр. 34–35.
- ^ Перейти обратно: а б Лавингтон (1998) , с. 37
- ^ Нойманн, Альбрехт Дж. (апрель 1955 г.). «КОМПЬЮТЕРЫ, ЗАРУБЕЖНЫЕ: 5. Манчестерский университет – МАЛЕНЬКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ЦИФРОВОЙ КОМПЬЮТЕР» . 7 (2): 16–17.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) [ мертвая ссылка ] - ^ Перейти обратно: а б «1953: Появление транзисторных компьютеров | Кремниевый двигатель | Музей истории компьютеров» . www.computerhistory.org . Проверено 2 сентября 2019 г.
- ^ Кук-Ярборо, Э.Х. (июнь 1998 г.), «Некоторые ранние применения транзисторов в Великобритании» , журнал Engineering Science & Education Journal , 7 (3), IEE: 100–106, doi : 10.1049/esej:19980301 , ISSN 0963-7346 , заархивировано из оригинала 5 июля 2020 г. , получено 7 июня 2009 г. (требуется подписка)
- ^ Лавингтон (1998) , стр. 36–37.
- ^ «Атлас» , Манчестерский университет, заархивировано из оригинала 28 июля 2012 г. , получено 21 сентября 2010 г.
- ^ Лавингтон (1998) , с. 41
- ^ Перейти обратно: а б Лавингтон (1998) , стр. 44–45.
- ^ Лавингтон (1980) , стр. 50–52.
- ^ Лавингтон (1998) , с. 43
- ^ Лавингтон (1998) , с. 44
- ^ «Вехи: компьютер Атлас и изобретение виртуальной памяти, 1957–1962» .
- ^ Килберн, Т.; Моррис, Д.; Рол, Дж. С.; Самнер, Ф.Х. (1969), «Предложение по проектированию системы», Information Processing 68 , vol. 2, Северная Голландия, стр. 806–811.
- ^ Моррис, Деррик; Иббетт, Роланд Н. (1979), Компьютерная система MU5 , Macmillan, стр. 1
- ^ Самнер, Ф.Х. (1974), «MU5 - Оценка дизайна», Information Processing 74 , Северная Голландия, стр. 133–136.
- ^ Фрэнк, GR; Тикер, CJ (1979), «Проект операционной системы MUSS», Software: Practice and Experience , 9 (8): 599–620, doi : 10.1002/spe.4380090802 , S2CID 1962276
- ^ Моррис и Иббетт (1979) , стр. 189–211.
- ^ Лавингтон, Шотландия; Томас, Г.; Эдвардс, DBG (1977), «Многокомпьютерная система связи MU5», IEEE Trans. Компьютеры , вып. C-26, стр. 19–28.
- ^ Моррис и Иббетт (1979) , стр. 132–140.
- ^ Бакл, Джон К. (1978), Серия ICL 2900 , The Macmillan Press
- ^ Иббетт, Роланд Н. (1999), «Компьютерный проект MU5 Манчестерского университета», Анналы истории вычислений , 21 , IEEE: 24–31, doi : 10.1109/85.759366
- ^ «Компьютерная система MU5 Манчестерского университета» . ethw.org . 10 июня 2022 г.
- ^ Вудс, СП; Когда, AJT (1983). «МУ6П: усовершенствованная микропроцессорная архитектура» . Компьютерный журнал . 26 (3): 208–217. дои : 10.1093/comjnl/26.3.208 .
- ^ Эдвардс, DBG; Ноулз, А.Е.; Вудс, СП (1980), «MU6-G: новая конструкция для достижения производительности мэйнфрейма на миниатюрном компьютере», 7-й ежегодный международный симпозиум по компьютерной архитектуре , стр. 161–167, doi : 10.1145/800053.801921 , S2CID 7224504
- ^ Иббетт, Р.Н.; Капон, ПК; Топхэм, Н. П. (1985), «MU6V: система параллельной векторной обработки», 12-й ежегодный международный симпозиум по компьютерной архитектуре , IEEE, стр. 136–144, ISBN 9780818606342
- ^ «Темы — Факультет компьютерных наук — Манчестерский университет» . www.cs.manchester.ac.uk .
- ^ «Проект SpiNNaker — Фишка SpiNNaker» . apt.cs.manchester.ac.uk . Проверено 17 ноября 2018 г.
- ^ Домашняя страница SpiNNaker , Манчестерский университет , получено 11 июня 2012 г.
- ^ Фурбер, Южная Каролина ; Галлуппи, Ф.; Темпл, С.; Плана, Луизиана (2014). «Проект СпиННакер» . Труды IEEE . 102 (5): 652–665. дои : 10.1109/JPROC.2014.2304638 .
- ^ Синь Цзинь; Фурбер, Южная Каролина ; Вудс, СП (2008). «Эффективное моделирование импульсных нейронных сетей на масштабируемом мультипроцессоре». 2008 Международная совместная конференция IEEE по нейронным сетям (Всемирный конгресс IEEE по вычислительному интеллекту) . стр. 2812–2819. дои : 10.1109/IJCNN.2008.4634194 . ISBN 978-1-4244-1820-6 . S2CID 2103654 .
- ^ Миллион ядер ARM для размещения симулятора мозга. Новостная статья о проекте в EE Times.
- ^ Темпл, С.; Фурбер, С. (2007). «Нейронная инженерия» . Журнал интерфейса Королевского общества . 4 (13): 193–206. дои : 10.1098/rsif.2006.0177 . ПМК 2359843 . ПМИД 17251143 . Манифест проекта SpiNNaker, обзор и обзор общего уровня понимания функций мозга и подходов к построению компьютерной модели мозга.
- ^ Плана, Луизиана; Фурбер, Южная Каролина ; Темпл, С.; Хан, М.; Ши, Ю.; Ву, Дж.; Ян, С. (2007). «Инфраструктура GALS для массово-параллельного мультипроцессора». IEEE Проектирование и тестирование компьютеров . 24 (5): 454. doi : 10.1109/MDT.2007.149 . S2CID 16758888 . Описание глобально асинхронной и локально синхронной (GALS) природы SpiNNaker с обзором аппаратного обеспечения асинхронной связи, предназначенного для передачи нейронных «пиков» между процессорами.
- ^ Наваридас, Дж.; Лухан, М.; Мигель-Алонсо, Ж.; Плана, Луизиана; Фёрбер, С. (2009). «Понимание взаимосвязи сети SpiNNaker». Материалы 23-й международной конференции Conference on Supercomputing-ICS'09 . п. 286. CiteSeerX 10.1.1.634.9481 . дои : 10.1145/1542275.1542317 . ISBN 9781605584980 . S2CID 3710084 . Моделирование и анализ межсоединения SpiNNaker на машине с миллионом ядер, показывающий пригодность сети с коммутацией пакетов для крупномасштабного моделирования импульсных нейронных сетей.
- ^ 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 реального времени». Нейронные сети . 24 (9): 961–978. дои : 10.1016/j.neunet.2011.06.014 . ПМИД 21778034 . Демонстрация способности SpiNNaker моделировать различные нейронные модели (при необходимости одновременно) в отличие от другого нейроморфного оборудования.
- ^ Шарп, Т.; Галлуппи, Ф.; Раст, А.; Фурбер, С. (2012). «Энергоэффективное моделирование детальных корковых микросхем на SpiNNaker». Журнал методов нейробиологии . 210 (1): 110–118. doi : 10.1016/j.jneumeth.2012.03.001 . ПМИД 22465805 . S2CID 19083072 . Четырехчиповое моделирование в реальном времени кортикальной цепи с четырьмя миллионами синапсов, демонстрирующее исключительную энергоэффективность архитектуры SpiNNaker.
Примечания
[ редактировать ]- ^ Соединенного Королевства Показатели дефлятора валового внутреннего продукта соответствуют «согласованному ряду» MeasuringWorth , представленному в Томас, Райланд; Уильямсон, Сэмюэл Х. (2024). «Какой тогда был ВВП Великобритании?» . Измерительная ценность . Проверено 15 июля 2024 г.