Manchester Mark 1 - Manchester Mark 1
 O Manchester Mark 1 foi um dos primeiros computadores com programa armazenado do mundo
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| Produto familiar | Computadores Manchester |
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| Antecessor | Manchester Baby |
| Sucessor | Ferranti Mark 1 |
O Manchester Mark 1 foi um dos primeiros computadores de programa armazenado , desenvolvido na Victoria University of Manchester a partir do Manchester Baby (operacional em junho de 1948). O trabalho começou em agosto de 1948, e a primeira versão estava operacional em abril de 1949; um programa escrito para pesquisar os primos de Mersenne funcionou sem erros por nove horas na noite de 16/17 de junho de 1949.
O sucesso da operação da máquina foi amplamente divulgado na imprensa britânica, que usava a frase "cérebro eletrônico" para descrevê-la aos leitores. Essa descrição provocou uma reação do chefe do Departamento de Neurocirurgia da Universidade de Manchester, o início de um longo debate sobre se um computador eletrônico poderia ser realmente criativo.
O Mark 1 era para fornecer um recurso de computação dentro da universidade, para permitir aos pesquisadores ganhar experiência no uso prático de computadores, mas muito rapidamente também se tornou um protótipo no qual o design da versão comercial da Ferranti poderia ser baseado. O desenvolvimento foi interrompido no final de 1949 e a máquina foi descartada no final de 1950, substituída em fevereiro de 1951 por um Ferranti Mark 1 , o primeiro computador eletrônico de uso geral disponível comercialmente no mundo.
O computador é especialmente historicamente significativo por causa de sua inclusão pioneira de registradores de índice , uma inovação que tornou mais fácil para um programa ler sequencialmente por meio de uma série de palavras na memória. Trinta e quatro patentes resultaram do desenvolvimento da máquina, e muitas das ideias por trás de seu design foram incorporadas em produtos comerciais subsequentes, como o IBM 701 e 702 , bem como o Ferranti Mark 1. Os designers principais, Frederic C. Williams e Tom Kilburn , concluíram a partir de suas experiências com o Mark 1 que os computadores seriam usados mais em funções científicas do que em matemática pura. Em 1951, eles começaram o trabalho de desenvolvimento de Meg , o sucessor do Mark 1, que incluiria uma unidade de ponto flutuante .
Também era chamada de Manchester Automatic Digital Machine , ou MADM .
Fundo
Em 1936, o matemático Alan Turing publicou uma definição de uma "máquina de computação universal" teórica, um computador que mantinha seu programa em uma fita, junto com os dados que estavam sendo trabalhados. Turing provou que tal máquina era capaz de resolver qualquer problema matemático concebível para o qual um algoritmo pudesse ser escrito. Durante a década de 1940, Turing e outros, como Konrad Zuse, desenvolveram a ideia de usar a própria memória do computador para armazenar o programa e os dados, em vez de fita, mas foi o matemático John von Neumann quem recebeu o crédito por definir esse computador de programa armazenado arquitetura , na qual o Manchester Mark 1 foi baseado.
A construção prática de um computador von Neumann dependia da disponibilidade de um dispositivo de memória adequado. A Universidade de Manchester 's do bebê , o primeiro computador de programa armazenado eletrônica do mundo, tinha demonstrado com sucesso a praticidade da abordagem de programa armazenado e do tubo de Williams , uma forma primitiva de memória de computador baseado em um padrão de tubo de raios catódicos (CRT) , executando seu primeiro programa em 21 de junho de 1948. Os primeiros computadores eletrônicos eram geralmente programados por meio de reconfiguração ou por meio de plugues e painéis de remendo ; não havia nenhum programa separado armazenado na memória, como em um computador moderno. Pode levar vários dias para reprogramar o ENIAC , por exemplo. Computadores de programa armazenado também estavam sendo desenvolvidos por outros pesquisadores, nomeadamente o Laboratório Nacional de Física do Pilot ACE , Universidade de Cambridge 's EDSAC , eo Exército dos EUA 's EDVAC . O Baby e o Mark 1 diferiam principalmente no uso de tubos Williams como dispositivos de memória, em vez de linhas de atraso de mercúrio .
Por volta de agosto de 1948, o Baby foi intensamente desenvolvido como um protótipo do Manchester Mark 1, inicialmente com o objetivo de fornecer à universidade uma facilidade de computação mais realista. Em outubro de 1948, o cientista-chefe do governo do Reino Unido, Ben Lockspeiser, fez uma demonstração do protótipo Mark 1 durante uma visita à Universidade de Manchester. Lockspeiser ficou tão impressionado com o que viu que imediatamente iniciou um contrato governamental com a empresa local de Ferranti para fazer uma versão comercial da máquina, a Ferranti Mark 1. Em sua carta à empresa, datada de 26 de outubro de 1948, Lockspeiser autorizou a empresa a "prosseguir nas linhas que discutimos, nomeadamente, construir uma máquina de calcular electrónica segundo as instruções do professor FC Williams". A partir daí, o desenvolvimento do Mark 1 teve o objetivo adicional de fornecer à Ferranti um projeto no qual basear sua máquina comercial. O contrato do governo com a Ferranti durou cinco anos a partir de novembro de 1948 e envolveu uma estimativa de £ 35.000 por ano (equivalente a £ 1,14 milhão por ano em 2019).
Desenvolvimento e design
O bebê foi projetado pela equipe de Frederic C. Williams , Tom Kilburn e Geoff Tootill . Para desenvolver o Mark 1, eles se juntaram a dois estudantes de pesquisa, D. B. G. Edwards e GE Thomas; o trabalho começou para valer em agosto de 1948. O projeto logo teve o duplo propósito de fornecer à Ferranti um projeto de trabalho no qual eles pudessem basear uma máquina comercial, o Ferranti Mark 1, e de construir um computador que permitiria aos pesquisadores obter experiência de como tal máquina poderia ser usada na prática. A primeira das duas versões do Manchester Mark 1 - conhecida como Versão Intermediária - estava operacional em abril de 1949. No entanto, esta primeira versão carecia de recursos como as instruções necessárias para transferir dados programaticamente entre a loja principal e seu suporte magnético recém-desenvolvido armazenamento, que teve de ser feito parando a máquina e iniciando manualmente a transferência. Esses recursos ausentes foram incorporados na versão de Especificação Final, que estava funcionando plenamente em outubro de 1949. A máquina continha 4.050 válvulas e tinha um consumo de energia de 25 quilowatts . Para aumentar a confiabilidade, CRTs especialmente desenvolvidos pela GEC foram usados na máquina, em vez dos dispositivos padrão usados no Baby.
O comprimento da palavra de 32 bits do bebê foi aumentado para 40 bits . Cada palavra pode conter um número de 40 bits ou duas instruções de programa de 20 bits. A loja principal consistia inicialmente em dois tubos Williams de densidade dupla, cada um contendo duas matrizes de palavras de 32 x 40 bits - conhecidas como páginas - apoiadas por um tambor magnético capaz de armazenar 32 páginas adicionais. A capacidade foi aumentada na versão de Especificação Final para oito páginas da loja principal em quatro tubos Williams e 128 páginas de tambor magnético da loja de apoio. O tambor de 12 polegadas (300 mm) de diâmetro, inicialmente conhecido como roda magnética, continha uma série de trilhas magnéticas paralelas em torno de sua superfície, cada uma com sua própria cabeça de leitura / gravação. Cada trilha continha 2.560 bits, correspondendo a duas páginas (2 × 32 × 40 bits). Uma revolução do tambor levou 30 milissegundos , durante os quais as duas páginas puderam ser transferidas para a memória principal do CRT , embora o tempo real de transferência de dados dependesse da latência, o tempo que uma página leva para chegar ao cabeçote de leitura / gravação. Escrever páginas no tambor demorava cerca de duas vezes mais do que ler. A velocidade de rotação do tambor foi sincronizada com o relógio do processador central principal , o que permitiu a adição de tambores adicionais. Os dados foram gravados no tambor usando uma técnica de modulação de fase ainda hoje conhecida como codificação Manchester .
O conjunto de instruções da máquina foi aumentado do 7 do Baby para 26 inicialmente, incluindo a multiplicação feita no hardware. Isso aumentou para 30 instruções na versão de Especificação Final. Dez bits de cada palavra foram alocados para conter o código de instrução . O tempo de instrução padrão era de 1,8 milissegundos, mas a multiplicação era muito mais lenta, dependendo do tamanho do operando .
A inovação mais significativa da máquina é geralmente considerada a incorporação de registradores de índice , comuns nos computadores modernos. The Baby incluiu dois registros, implementados como tubos Williams: o acumulador (A) e o contador de programa (C). Como A e C já haviam sido atribuídos, o tubo que contém os dois registros de índice, originalmente conhecido como linhas B, recebeu o nome de B. O conteúdo dos registros pode ser usado para modificar as instruções do programa, permitindo a iteração conveniente através de uma matriz de números armazenados na memória. O Mark 1 também tinha um quarto tubo, (M), para conter o multiplicando e o multiplicador para uma operação de multiplicação.
Programação
Dos 20 bits alocados para cada instrução de programa, 10 eram usados para conter o código de instrução , o que permitia 1.024 (2 10 ) instruções diferentes. A máquina tinha 26 inicialmente, aumentando para 30 quando os códigos de função para controlar programaticamente a transferência de dados entre o tambor magnético e o armazenamento principal do tubo de raios catódicos (CRT) foram adicionados. Na versão intermediária, os programas eram inseridos por interruptores de tecla e a saída era exibida como uma série de pontos e traços em um tubo de raios catódicos conhecido como dispositivo de saída, assim como no bebê a partir do qual o Mark 1 foi desenvolvido. No entanto, a máquina de Especificação Final, concluída em outubro de 1949, se beneficiou da adição de uma teleimpressora com leitor de fita de papel de cinco furos e perfurador .
O matemático Alan Turing , que havia sido nomeado para o cargo nominal de Diretor Adjunto do Laboratório de Máquinas de Computação da Universidade de Manchester em setembro de 1948, desenvolveu um esquema de codificação de base 32 com base no código de teleimpressora de 5 bits ITA2 padrão , que permitia programas e dados a serem gravados e lidos em fita de papel. O sistema ITA2 mapeia cada um dos 32 valores binários possíveis que podem ser representados em 5 bits (2 5 ) para um único caractere. Assim, "10010" representa "D", "10001" representa "Z" e assim por diante. Turing mudou apenas algumas das codificações padrão; por exemplo, 00000 e 01000, que significam "sem efeito" e "avanço de linha" no código da teleimpressora, foram representados pelos caracteres "/" e "@" respectivamente. O zero binário, representado pela barra, era o caractere mais comum em programas e dados, levando a sequências escritas como "///////////////". Um dos primeiros usuários sugeriu que a escolha de Turing por uma barra para frente foi uma escolha subconsciente de sua parte, uma representação da chuva vista através de uma janela suja, refletindo o clima "notoriamente sombrio" de Manchester.
Como o Mark 1 tinha um comprimento de palavra de 40 bits, eram necessários oito caracteres de teletipo de 5 bits para codificar cada palavra. Assim, por exemplo, a palavra binária:
seria representado em fita de papel como ZDSLZWRF. O conteúdo de qualquer palavra armazenada também pode ser definido por meio do teclado do teleprinter e enviado para sua impressora. A máquina trabalhava internamente em binário, mas era capaz de realizar as conversões necessárias de decimal em binário e binário em decimal para sua entrada e saída, respectivamente.
Não havia linguagem assembly definida para o Mark 1. Os programas tinham que ser escritos e enviados na forma binária, codificados como oito caracteres de 5 bits para cada palavra de 40 bits; os programadores foram encorajados a memorizar o esquema de codificação ITA2 modificado para tornar seu trabalho mais fácil. Os dados foram lidos e gravados na fita de papel sob o controle do programa. O Mark 1 não tinha sistema de interrupções de hardware ; o programa continuou depois que uma operação de leitura ou gravação foi iniciada até que outra instrução de entrada / saída foi encontrada, ponto em que a máquina esperou a primeira ser concluída.
O Mark 1 não tinha sistema operacional ; seu único software de sistema eram algumas rotinas básicas de entrada e saída. Como no bebê do qual foi desenvolvida, e em contraste com a convenção matemática estabelecida, o armazenamento da máquina foi organizado com os dígitos menos significativos à esquerda; assim, um um foi representado em cinco bits como "10000", em vez do mais convencional "00001". Os números negativos foram representados usando o complemento de dois , como a maioria dos computadores ainda faz hoje. Nessa representação, o valor do bit mais significativo denota o sinal de um número; números positivos têm zero nessa posição e números negativos um um. Assim, o intervalo de números que poderia ser mantido em cada palavra de 40 bits era de -2 39 a +2 39 - 1 (decimal: -549.755.813.888 a +549.755.813.887).
Primeiros programas
O primeiro programa realista a ser executado no Mark 1 foi uma busca por primos de Mersenne , no início de abril de 1949, que funcionou sem erros por nove horas na noite de 16/17 de junho de 1949.
O algoritmo foi especificado por Max Newman , chefe do Departamento de Matemática da Universidade de Manchester , e o programa foi escrito por Kilburn e Tootill. Alan Turing escreveu mais tarde uma versão otimizada do programa, apelidada de Mersenne Express.
O Manchester Mark 1 continuou a fazer trabalhos matemáticos úteis até 1950, incluindo uma investigação da hipótese de Riemann e cálculos em óptica .
Desenvolvimentos posteriores
Tootill foi temporariamente transferido da Universidade de Manchester para Ferranti em agosto de 1949, para continuar a trabalhar no projeto do Ferranti Mark 1, e passou quatro meses trabalhando com a empresa. O Manchester Mark 1 foi desmontado e descartado em agosto de 1950, substituído alguns meses depois pelo primeiro Ferranti Mark 1, o primeiro computador de uso geral disponível comercialmente no mundo.
Entre 1946 e 1949, o tamanho médio da equipe de design que trabalhava no Mark 1 e em seu predecessor, o Baby, era de cerca de quatro pessoas. Nesse período, foram 34 patentes obtidas com base no trabalho da equipe, seja pelo Ministério do Abastecimento ou por sua sucessora, a National Research Development Corporation . Em julho de 1949, a IBM convidou Williams para os Estados Unidos em uma viagem com todas as despesas pagas para discutir o projeto do Mark 1. A empresa posteriormente licenciou várias das idéias patenteadas desenvolvidas para a máquina, incluindo o tubo Williams, no projeto de seus próprios computadores 701 e 702 . O legado de design mais significativo do Manchester Mark 1 foi talvez sua incorporação de registradores de índice, cuja patente foi retirada nos nomes de Williams, Kilburn, Tootill e Newman.
Kilburn e Williams concluíram que os computadores seriam usados mais em funções científicas do que em matemática pura e decidiram desenvolver uma nova máquina que incluiria uma unidade de ponto flutuante . O trabalho começou em 1951, e a máquina resultante, que executou seu primeiro programa em maio de 1954, era conhecida como Meg, ou a máquina megaciclo. Era menor e mais simples do que o Mark 1 e muito mais rápido para problemas de matemática. A Ferranti produziu uma versão do Meg com os tubos Williams substituídos pela memória central mais confiável , comercializada como Ferranti Mercury .
Impacto cultural
A operação bem-sucedida do Manchester Mark 1 e de seu predecessor, o Baby, foi amplamente divulgada na imprensa britânica, que usava a expressão "cérebro eletrônico" para descrever as máquinas. Lord Louis Mountbatten já havia introduzido esse termo em um discurso proferido no Instituto Britânico de Engenheiros de Rádio em 31 de outubro de 1946, no qual ele especulou sobre como os computadores primitivos então disponíveis poderiam evoluir. A empolgação em torno da reportagem em 1949 daquele que foi o primeiro computador reconhecidamente moderno provocou uma reação inesperada por parte de seus desenvolvedores; Sir Geoffrey Jefferson , professor de neurocirurgia da Universidade de Manchester, ao ser convidado a proferir o Lister Oration em 9 de junho de 1949 escolheu "The Mind of Mechanical Man" como seu assunto. Seu objetivo era "desmascarar" o projeto Manchester. Em seu endereço, ele disse:
Até que uma máquina pudesse escrever um soneto ou compor um concerto por causa dos pensamentos e emoções sentidas, e não pela queda casual de símbolos, poderíamos concordar que a máquina é igual ao cérebro - isto é, não apenas escrevê-lo, mas saber que o havia escrito . Nenhuma máquina poderia sentir prazer com seu sucesso, tristeza quando suas válvulas se fundem, ser aquecida pela lisonja, ser infeliz por seus erros, ser encantada pelo sexo, ficar com raiva ou infeliz quando não consegue o que deseja.
O Times noticiou o discurso de Jefferson no dia seguinte, acrescentando que Jefferson previa que "nunca amanheceria o dia em que as graciosas salas da Royal Society seriam convertidas em garagens para abrigar esses novos companheiros". Isso foi interpretado como um desprezo deliberado a Newman, que havia garantido uma bolsa da sociedade para continuar o trabalho da equipe de Manchester. Em resposta, Newman escreveu um artigo complementar para o The Times , no qual afirmava que havia uma analogia próxima entre a estrutura do Mark 1 e o cérebro humano. Seu artigo incluía uma entrevista com Turing, que acrescentou:
Isso é apenas um antegozo do que está por vir, e apenas a sombra do que está por vir. Precisamos ter alguma experiência com a máquina antes de realmente conhecer suas capacidades. Pode levar anos antes de nos estabelecermos nas novas possibilidades, mas não vejo por que não deveria entrar em nenhum dos campos normalmente cobertos pelo intelecto humano e eventualmente competir em termos de igualdade.
Veja também
Referências
Notas
Citações
Bibliografia
- Lavington, Simon (1980), Early British computers , Manchester University Press, ISBN 978-0-7190-0810-8
- Lavington, Simon (1998), A History of Manchester Computers (2ª ed.), The British Computer Society, ISBN 978-1-902505-01-5
- Leavitt, David (2007), The Man Who Knew Too Much: Alan Turing and the Invention of the Computer , Phoenix, ISBN 978-0-7538-2200-5
- Lee, JAN (2002), "Alguns grandes mitos da história da computação", em Brunnstein, Klaus; Berleur, Jacques (eds.), Escolha humana e computadores: questões de escolha e qualidade de vida na sociedade da informação , Springer, ISBN 978-1-4020-7185-0
- Napper, RBE (2000), "The Manchester Mark 1 Computers", em Rojas, Raúl; Hashagen, Ulf (eds.), The First Computers: History and Architectures , MIT Press, pp. 356-377, ISBN 978-0-262-68137-7
Leitura adicional
- Lavington, Simon H. (julho-setembro 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
links externos
- The Manchester Mark 1
- Primeiros computadores na Manchester University in Resurrection (The Bulletin of the Computer Conservation Society) 1 (4), verão de 1992, ISSN 0958-7403