Manchester-Marke 1 - Manchester Mark 1
 Der Manchester Mark 1 war einer der ersten speicherprogrammierbaren Computer der Welt
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| Produktfamilie | Manchester-Computer |
|---|---|
| Vorgänger | Manchester Baby |
| Nachfolger | Ferranti Mark 1 |
Der Manchester Mark 1 war einer der frühesten speicherprogrammierbaren Computer , der an der Victoria University of Manchester aus dem Manchester Baby entwickelt wurde (im Juni 1948 in Betrieb genommen). Die Arbeiten begannen im August 1948, und die erste Version war im April 1949 einsatzbereit; ein Programm zur Suche nach Mersenne-Primzahlen lief in der Nacht vom 16. auf den 17. Juni 1949 neun Stunden lang fehlerfrei.
Über den erfolgreichen Betrieb der Maschine wurde in der britischen Presse ausführlich berichtet, die den Ausdruck "elektronisches Gehirn" verwendete, um sie ihren Lesern zu beschreiben. Diese Beschreibung löste eine Reaktion des Leiters der Abteilung für Neurochirurgie der Universität Manchester aus, der Beginn einer lang andauernden Debatte darüber, ob ein elektronischer Computer jemals wirklich kreativ sein könnte.
Der Mark 1 sollte eine Rechenressource innerhalb der Universität bereitstellen, um Forschern zu ermöglichen, Erfahrungen im praktischen Umgang mit Computern zu sammeln, wurde aber sehr schnell auch zu einem Prototyp, auf dem das Design der kommerziellen Version von Ferranti basieren konnte. Die Entwicklung wurde Ende 1949 eingestellt, und die Maschine wurde Ende 1950 verschrottet und im Februar 1951 durch einen Ferranti Mark 1 ersetzt , den weltweit ersten kommerziell erhältlichen elektronischen Mehrzweckcomputer.
Der Computer ist aufgrund seiner bahnbrechenden Aufnahme von Indexregistern von besonderer historischer Bedeutung , eine Innovation, die es einem Programm erleichterte, sequentiell eine Reihe von Wörtern im Speicher zu lesen . Aus der Entwicklung der Maschine gingen 34 Patente hervor, und viele der Ideen hinter ihrem Design wurden in spätere kommerzielle Produkte wie die IBM 701 und 702 sowie die Ferranti Mark 1 eingearbeitet. Die Chefdesigner Frederic C. Williams und Tom Kilburn , schlossen aus ihren Erfahrungen mit dem Mark 1, dass Computer eher in wissenschaftlichen Rollen als in reiner Mathematik eingesetzt würden. 1951 begannen sie mit der Entwicklung von Meg , dem Nachfolger des Mark 1, der eine Gleitkommaeinheit beinhalten sollte .
Es wurde auch Manchester Automatic Digital Machine oder MADM genannt .
Hintergrund
1936 veröffentlichte der Mathematiker Alan Turing eine Definition einer theoretischen "Universal Computing Machine", eines Computers, der sein Programm zusammen mit den Daten, an denen gearbeitet wurde, auf Band hielt. Turing bewies, dass eine solche Maschine in der Lage ist, jedes denkbare mathematische Problem zu lösen, für das ein Algorithmus geschrieben werden kann. In den 1940er Jahren entwickelten Turing und andere wie Konrad Zuse die Idee, den eigenen Speicher des Computers zu verwenden, um sowohl das Programm als auch die Daten zu speichern, anstatt auf Band, aber es war der Mathematiker John von Neumann , dem weithin zugeschrieben wurde, dass er diesen speicherprogrammierten Computer definierte Architektur , auf der der Manchester Mark 1 basiert.
Der praktische Aufbau eines von Neumann-Computers hing von der Verfügbarkeit eines geeigneten Speichergeräts ab. Die University of Manchester ‚s - Baby , die ersten elektronische speicherprogrammierbaren Computer der Welt, hatte erfolgreich die Praktikabilität des gespeicherten Programmansatzes und der nachgewiesenen Williams Röhre , eine frühe Form des Computerspeichers basierend auf einer Standard - Kathodenstrahlröhre (CRT) , indem es sein erstes Programm am 21. Juni 1948 ausführte. Frühe elektronische Computer wurden im Allgemeinen durch Umverdrahten oder über Stecker und Patchfelder programmiert ; Es gab kein separates Programm, das im Speicher gespeichert war, wie in einem modernen Computer. Die Neuprogrammierung von ENIAC kann beispielsweise mehrere Tage dauern . Speicherprogrammierbaren Computer wurden auch von anderen Forschern entwickelt, insbesondere der National Physical Laboratory 's Pilot ACE , Cambridge University ' s EDSAC , und der US - Armee ‚s EDVAC . Das Baby und das Mark 1 unterschieden sich hauptsächlich durch die Verwendung von Williams-Röhren als Speichergeräte anstelle von Quecksilber- Verzögerungsleitungen .
Ab etwa August 1948 wurde das Baby als Prototyp für den Manchester Mark 1 intensiv entwickelt, zunächst mit dem Ziel, der Universität eine realistischere Rechenanlage zur Verfügung zu stellen. Im Oktober 1948 wurde dem leitenden Wissenschaftler der britischen Regierung, Ben Lockspeiser, während eines Besuchs an der Universität von Manchester eine Demonstration des Prototyps Mark 1 gegeben. Lockspeiser war von dem, was er sah, so beeindruckt, dass er sofort einen Regierungsvertrag mit der lokalen Firma Ferranti über die Herstellung einer kommerziellen Version der Maschine, der Ferranti Mark 1, abschloss. In seinem Brief an das Unternehmen vom 26. Oktober 1948 autorisierte Lockspeiser die Unternehmen, "in dem von uns besprochenen Sinne fortzufahren, nämlich eine elektronische Rechenmaschine nach den Anweisungen von Professor FC Williams zu bauen". Von diesem Zeitpunkt an hatte die Entwicklung des Mark 1 den zusätzlichen Zweck, Ferranti ein Design zu liefern, auf dem seine kommerzielle Maschine basieren konnte. Der Vertrag der Regierung mit Ferranti lief ab November 1948 über fünf Jahre und umfasste schätzungsweise 35.000 Pfund pro Jahr (entspricht 1,14 Millionen Pfund pro Jahr im Jahr 2019).
Entwicklung und Design
Das Baby wurde vom Team von Frederic C. Williams , Tom Kilburn und Geoff Tootill entworfen . Bei der Entwicklung des Mark 1 wurden sie von zwei Forschungsstudenten, D. B. G. Edwards und GE Thomas, unterstützt; Die Arbeiten begannen im August 1948 ernsthaft. Das Projekt hatte bald den doppelten Zweck, Ferranti ein funktionierendes Design zu liefern, auf dem sie eine kommerzielle Maschine, den Ferranti Mark 1, aufbauen konnten, und einen Computer zu bauen, der es Forschern ermöglichen würde, Erfahrungen zu sammeln, wie eine solche Maschine könnte in der Praxis verwendet werden. Die erste der beiden Versionen des Manchester Mark 1 – bekannt als die Zwischenversion – war im April 1949 betriebsbereit. Dieser ersten Version fehlten jedoch Funktionen wie die notwendigen Anweisungen, um programmgesteuert Daten zwischen dem Hauptgeschäft und seiner neu entwickelten magnetischen Rückseite zu übertragen speichern, was durch Anhalten der Maschine und manuelles Einleiten des Transfers erfolgen musste. Diese fehlenden Funktionen wurden in die endgültige Spezifikationsversion aufgenommen, die bis Oktober 1949 voll funktionsfähig war. Die Maschine enthielt 4.050 Ventile und hatte eine Leistungsaufnahme von 25 Kilowatt . Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, wurden anstelle der Standardgeräte des Babys speziell entwickelte CRTs von GEC in der Maschine verwendet.
Die 32-Bit- Wortlänge des Babys wurde auf 40 Bit erhöht . Jedes Wort könnte entweder eine 40-Bit-Zahl oder zwei 20-Bit-Programmbefehle enthalten. Der Hauptspeicher bestand zunächst aus zwei Williams-Röhren mit doppelter Dichte, die jeweils zwei Arrays von 32 x 40-Bit- Wörtern – sogenannten Seiten – enthielten, die von einer Magnettrommel unterstützt wurden, die weitere 32 Seiten speichern konnte. Die Kapazität wurde in der Version Final Specification auf acht Seiten des Hauptlagers auf vier Williams-Röhren und 128 Magnettrommelseiten des Backing-Lagers erhöht. Die Trommel mit einem Durchmesser von 12 Zoll (300 mm), die ursprünglich als Magnetrad bekannt war, enthielt eine Reihe paralleler Magnetspuren um ihre Oberfläche, jede mit ihrem eigenen Lese-/Schreibkopf. Jede Spur enthielt 2.560 Bits, was zwei Seiten (2×32×40 Bits) entsprach. Eine Trommelumdrehung dauerte 30 Millisekunden , während dieser Zeit konnten beide Seiten in den CRT -Hauptspeicher übertragen werden, obwohl die tatsächliche Datenübertragungszeit von der Latenz abhing, der Zeit, die eine Seite brauchte, um unter dem Schreib-/Lesekopf anzukommen. Das Schreiben von Seiten auf die Trommel dauerte etwa doppelt so lange wie das Lesen. Die Rotationsgeschwindigkeit der Trommel wurde mit dem Takt des Hauptprozessors synchronisiert , wodurch zusätzliche Trommeln hinzugefügt werden konnten. Die Daten wurden unter Verwendung einer Phasenmodulationstechnik , die heute noch als Manchester-Codierung bekannt ist, auf der Trommel aufgezeichnet .
Der Befehlssatz der Maschine wurde ursprünglich von der 7 des Babys auf 26 erhöht, einschließlich der Multiplikation in Hardware. Dies erhöhte sich auf 30 Anweisungen in der Version der endgültigen Spezifikation. Zehn Bits jedes Wortes wurden zugewiesen, um den Befehlscode zu halten . Die Standardbefehlszeit betrug 1,8 Millisekunden, aber die Multiplikation war abhängig von der Größe des Operanden viel langsamer .
Die bedeutendste Neuerung der Maschine wird allgemein als die Integration von Indexregistern angesehen , die bei modernen Computern üblich sind. Das Baby hatte zwei Register, ausgeführt als Williams-Röhren, eingebaut: den Akkumulator (A) und den Programmzähler (C). Da A und C bereits zugewiesen waren, erhielt die Röhre mit den beiden Indexregistern, die ursprünglich als B-Zeilen bekannt war, den Namen B. Der Inhalt der Register konnte verwendet werden, um Programmbefehle zu ändern, was eine bequeme Iteration durch ein Array von im Speicher abgelegte Zahlen. Der Mark 1 hatte auch eine vierte Röhre (M), um den Multiplikanden und den Multiplikator für eine Multiplikationsoperation zu halten .
Programmierung
Von den 20 Bits, die jedem Programmbefehl zugewiesen wurden, wurden 10 verwendet, um den Befehlscode zu halten , der 1.024 (2 10 ) verschiedene Befehle zuließ . Die Maschine hatte anfangs 26 und stieg auf 30 an, als die Funktionscodes zur programmgesteuerten Steuerung der Datenübertragung zwischen der Magnettrommel und dem Hauptspeicher der Kathodenstrahlröhre (CRT) hinzugefügt wurden. Bei der Zwischenversion wurden Programme über Schlüsselschalter eingegeben, und die Ausgabe wurde als eine Reihe von Punkten und Strichen auf einer als Ausgabegerät bezeichneten Kathodenstrahlröhre angezeigt, genau wie bei dem Baby, aus dem der Mark 1 entwickelt worden war. Die im Oktober 1949 fertiggestellte Maschine für die endgültige Spezifikation profitierte jedoch von der Hinzufügung eines Fernschreibers mit einem Fünf-Loch- Papierstreifenleser und einem Locher .
Der Mathematiker Alan Turing , der im September 1948 zum stellvertretenden Direktor des Computermaschinenlabors der Universität Manchester ernannt worden war, entwickelte ein Basis-32- Codierungsschema auf der Grundlage des standardmäßigen ITA2 5-Bit-Fernschreibercodes, der Programme und Daten zum Schreiben und Lesen von Papierstreifen. Das ITA2-System bildet jeden der möglichen 32 Binärwerte, die in 5 Bit (2 5 ) dargestellt werden können, auf ein einzelnes Zeichen ab. Somit steht "10010" für "D", "10001" steht für "Z" und so weiter. Turing hat nur einige der Standardcodierungen geändert; beispielsweise wurden 00000 und 01000, die im Fernschreibercode "keine Wirkung" und "Zeilenvorschub" bedeuten, durch die Zeichen "/" bzw. "@" dargestellt. Binäre Null, dargestellt durch den Schrägstrich, war das häufigste Zeichen in Programmen und Daten und führte zu Sequenzen, die als "///////////////" geschrieben wurden. Ein früher Benutzer schlug vor, dass Turings Wahl eines Schrägstrichs eine unbewusste Entscheidung seinerseits war, eine Darstellung von Regen, der durch ein schmutziges Fenster gesehen wird und das "berühmt trostlose" Wetter in Manchester widerspiegelt.
Da der Mark 1 eine Wortlänge von 40 Bit hatte, waren acht 5-Bit-Fernschreiberzeichen erforderlich, um jedes Wort zu codieren. So zum Beispiel das Binärwort:
würde auf Papierband als ZDSLZWRF dargestellt. Der Inhalt jedes gespeicherten Wortes könnte auch über die Tastatur des Fernschreibers eingestellt und auf seinem Drucker ausgegeben werden. Die Maschine arbeitete intern binär, konnte aber die notwendigen Umrechnungen von Dezimal in Binär und Binär in Dezimal für ihre Ein- bzw. Ausgabe durchführen.
Für Mark 1 war keine Assemblersprache definiert. Programme mussten in binärer Form geschrieben und übermittelt werden, codiert als acht 5-Bit-Zeichen für jedes 40-Bit-Wort; Programmierer wurden ermutigt, sich das modifizierte ITA2-Codierungsschema zu merken, um ihre Arbeit zu erleichtern. Die Daten wurden unter Programmsteuerung von der Papierbandstanze gelesen und geschrieben. Der Mark 1 hatte kein System von Hardware-Interrupts ; das Programm wurde fortgesetzt, nachdem ein Lese- oder Schreibvorgang eingeleitet wurde, bis ein anderer Eingabe-/Ausgabebefehl gefunden wurde, woraufhin die Maschine auf den Abschluss des ersten Befehls wartete.
Der Mark 1 hatte kein Betriebssystem ; seine einzige Systemsoftware waren einige grundlegende Routinen für die Ein- und Ausgabe. Wie bei dem Baby, aus dem es entwickelt wurde, und im Gegensatz zu den etablierten mathematischen Konventionen, wurde der Speicher der Maschine mit den niederwertigsten Ziffern links angeordnet; daher wurde eine Eins in fünf Bits als "10000" dargestellt, und nicht als konventionelleres "00001". Negative Zahlen wurden im Zweierkomplement dargestellt , wie es die meisten Computer heute noch tun. In dieser Darstellung bezeichnet der Wert des höchstwertigen Bits das Vorzeichen einer Zahl; positive Zahlen haben an dieser Stelle eine Null und negative Zahlen eine Eins. Somit war der Zahlenbereich, der in jedem 40-Bit-Wort enthalten sein konnte, −2 39 bis +2 39 − 1 (dezimal: -549.755.813.888 bis +549.755.813.887).
Erste Programme
Das erste realistische Programm, das auf der Mark 1 ausgeführt wurde, war eine Suche nach Mersenne-Primzahlen Anfang April 1949, die in der Nacht vom 16. auf den 17. Juni 1949 neun Stunden lang fehlerfrei lief.
Der Algorithmus wurde von Max Newman , dem Leiter des Mathematics Department an der University of Manchester , spezifiziert , und das Programm wurde von Kilburn und Tootill geschrieben. Alan Turing schrieb später eine optimierte Version des Programms, genannt Mersenne Express.
Der Manchester Mark 1 leistete bis 1950 weiterhin nützliche mathematische Arbeit, darunter eine Untersuchung der Riemann-Hypothese und Berechnungen in der Optik .
Spätere Entwicklungen
Tootill wurde im August 1949 vorübergehend von der University of Manchester nach Ferranti versetzt, um die Arbeit am Design des Ferranti Mark 1 fortzusetzen, und arbeitete vier Monate lang mit dem Unternehmen. Der Manchester Mark 1 wurde im August 1950 demontiert und verschrottet und wenige Monate später durch den ersten Ferranti Mark 1 ersetzt, den weltweit ersten kommerziell erhältlichen Allzweckcomputer.
Zwischen 1946 und 1949 betrug die durchschnittliche Größe des Designteams, das an der Mark 1 und ihrem Vorgänger, dem Baby, arbeitete, etwa vier Personen. Während dieser Zeit wurden 34 Patente aufgrund der Arbeit des Teams entweder vom Versorgungsministerium oder von seinem Nachfolger, der National Research Development Corporation, angemeldet . Im Juli 1949 lud IBM Williams zu einer Reise in die USA ein, um über das Design des Mark 1 zu diskutieren. Anschließend lizenzierte das Unternehmen mehrere der patentierten Ideen, die für die Maschine entwickelt wurden, darunter die Williams-Röhre, für das Design seiner eigenen 701- und 702- Computer. Das bedeutendste Design-Erbe der Manchester Mark 1 war vielleicht die Aufnahme von Indexregistern, für die das Patent auf die Namen Williams, Kilburn, Tootill und Newman erteilt wurde.
Kilburn und Williams kamen zu dem Schluss, dass Computer eher für wissenschaftliche Zwecke als für reine Mathematik verwendet werden würden, und beschlossen, eine neue Maschine zu entwickeln, die eine Gleitkommaeinheit enthalten würde . Die Arbeiten begannen 1951 und die daraus resultierende Maschine, die im Mai 1954 ihr erstes Programm durchlief, wurde als Meg oder Megacycle-Maschine bekannt. Es war kleiner und einfacher als das Mark 1 und viel schneller für mathematische Probleme. Ferranti produzierte eine Version von Meg, bei der die Williams-Röhren durch den zuverlässigeren Kernspeicher ersetzt wurden , der als Ferranti Mercury vermarktet wurde .
Kulturelle Wirkung
Über den erfolgreichen Betrieb des Manchester Mark 1 und seines Vorgängers, des Babys, wurde in der britischen Presse ausführlich berichtet, die den Ausdruck "elektronisches Gehirn" verwendet, um die Maschinen zu beschreiben. Lord Louis Mountbatten hatte diesen Begriff zuvor in einer Rede vor der British Institution of Radio Engineers am 31. Oktober 1946 eingeführt, in der er darüber spekulierte, wie sich die damals verfügbaren primitiven Computer entwickeln könnten. Die Aufregung um die Berichterstattung über den ersten erkennbar modernen Computer im Jahr 1949 löste bei seinen Entwicklern eine unerwartete Reaktion aus; Sir Geoffrey Jefferson , Professor für Neurochirurgie an der University of Manchester, wählte "The Mind of Mechanical Man" als sein Thema, als er am 9. Juni 1949 gebeten wurde, die Lister-Rede zu halten. Sein Ziel war es, das Manchester-Projekt zu "entlarven". In seiner Ansprache sagte er:
Erst wenn eine Maschine aufgrund von Gefühlen und Gefühlen ein Sonett schreiben oder ein Konzert komponieren kann, und nicht durch den zufälligen Fall von Symbolen, können wir uns darauf einigen, dass Maschine gleich Gehirn ist – das heißt, sie nicht nur schreiben, sondern auch wissen, dass sie sie geschrieben hat . Keine Maschine könnte Freude über ihren Erfolg empfinden, Trauer, wenn ihre Ventile verschmelzen, durch Schmeichelei erwärmt, durch ihre Fehler unglücklich gemacht, durch Sex bezaubert, wütend oder elend sein, wenn sie nicht bekommen kann, was sie will.
Die Times berichtete über Jeffersons Rede am folgenden Tag und fügte hinzu, dass Jefferson vorhersagte, dass "der Tag niemals anbrechen würde, an dem die anmutigen Räume der Royal Society in Garagen umgewandelt würden, um diese neuen Gefährten unterzubringen". Dies wurde als absichtliche Kränkung gegenüber Newman interpretiert, der sich einen Zuschuss von der Gesellschaft gesichert hatte, um die Arbeit des Manchester-Teams fortzusetzen. Als Reaktion darauf schrieb Newman einen Folgeartikel für The Times , in dem er behauptete, dass es eine enge Analogie zwischen der Struktur des Mark 1 und dem menschlichen Gehirn gebe. Sein Artikel enthielt ein Interview mit Turing, der hinzufügte:
Dies ist nur ein Vorgeschmack auf das, was kommen wird, und nur der Schatten dessen, was sein wird. Wir müssen etwas Erfahrung mit der Maschine haben, bevor wir ihre Fähigkeiten wirklich kennen. Es kann Jahre dauern, bis wir uns auf die neuen Möglichkeiten einlassen, aber ich sehe nicht ein, warum es nicht in eines der Gebiete eintreten sollte, die normalerweise vom menschlichen Intellekt abgedeckt werden, und schließlich auf Augenhöhe konkurrieren.
Siehe auch
Verweise
Anmerkungen
Zitate
Literaturverzeichnis
- Lavington, Simon (1980), Frühe britische Computer , Manchester University Press, ISBN 978-0-7190-0810-8
- Lavington, Simon (1998), A History of Manchester Computers (2. Aufl.), The British Computer Society, ISBN 978-1-902505-01-5
- Leavitt, David (2007), Der Mann, der zu viel wusste: Alan Turing und die Erfindung des Computers , Phoenix, ISBN 978-0-7538-2200-5
- Lee, JAN (2002), "Some Great Myths of the History of Computing", in Brunnstein, Klaus; Berleur, Jacques (Hrsg.), Human Choice and Computers: Issues of Choice and Quality of Life in the Information Society , Springer, ISBN 978-1-4020-7185-0
- Napper, RBE (2000), "Die Manchester Mark 1 Computer", in Rojas, Raúl; Hashagen, Ulf (Hrsg.), The First Computers: History and Architectures , MIT Press, S. 356–377, ISBN 978-0-262-68137-7
Weiterlesen
- Lavington, Simon H. (Juli–September 1993), „Manchester Computer Architectures, 1948–1975“, IEEE Annals of the History of Computing , IEEE, 15 (3): 44–54, doi : 10.1109/85.222841 , S2CID 14847352
Externe Links
- Das Manchester Mark 1
- Frühe Computer an der Manchester University in Resurrection (The Bulletin of the Computer Conservation Society) 1 (4), Sommer 1992, ISSN 0958-7403