Computadores Manchester - Manchester computers

Os computadores de Manchester foram uma série inovadora de computadores eletrônicos com programas armazenados, desenvolvidos durante o período de 30 anos entre 1947 e 1977 por uma pequena equipe da Universidade de Manchester , sob a liderança de Tom Kilburn . Eles incluíram o primeiro computador com programa armazenado do mundo, o primeiro computador transistorizado do mundo e o que foi o computador mais rápido do mundo na época de sua inauguração em 1962.

O projeto começou com dois objetivos: provar a praticidade do tubo de Williams , uma forma inicial de memória de computador baseada em tubos de raios catódicos (CRTs) padrão ; e construir uma máquina que pudesse ser usada para investigar como os computadores poderiam ajudar na solução de problemas matemáticos. O primeiro da série, o Manchester Baby , executou seu primeiro programa em 21 de junho de 1948. À medida que o primeiro computador com programa armazenado do mundo, o Baby e o Manchester Mark 1 se desenvolveram a partir dele, rapidamente atraiu a atenção do governo do Reino Unido, que contratou a firma de engenharia elétrica Ferranti para produzir uma versão comercial. A máquina resultante, o Ferranti Mark 1 , foi o primeiro computador de uso geral disponível comercialmente no mundo.

A colaboração com Ferranti acabou resultando em uma parceria industrial com a empresa de informática ICL , que fez uso de muitas das ideias desenvolvidas na universidade, principalmente no design de sua série 2900 de computadores durante os anos 1970.

Manchester Baby

O Manchester Baby foi projetado como uma cama de teste para o tubo Williams , uma forma inicial de memória de computador, ao invés de um computador prático. O trabalho na máquina começou em 1947 e, em 21 de junho de 1948, o computador executou com sucesso seu primeiro programa, consistindo em 17 instruções escritas para encontrar o fator adequado mais alto de 2 ¹⁸ (262.144) tentando cada inteiro de 2 ^18-1 para baixo. O programa funcionou por 52 minutos antes de produzir a resposta correta de 131.072.

O bebê tinha 5,2 m de comprimento, 2,24 m de altura e pesava quase 1  tonelada longa . Ele continha 550  válvulas termiônicas  - 300  diodos e 250  pentodos  - e tinha um consumo de energia de 3,5 quilowatts. Sua operação bem-sucedida foi relatada em uma carta ao jornal Nature publicada em setembro de 1948, estabelecendo-o como o primeiro computador com programa armazenado do mundo. Ele rapidamente evoluiu para uma máquina mais prática, o Manchester Mark 1 .

Manchester Mark 1

O desenvolvimento do Manchester Mark 1 começou em agosto de 1948, com o objetivo inicial de fornecer à universidade uma facilidade de computação mais realista. Em outubro de 1948, o cientista-chefe do governo do Reino Unido, Ben Lockspeiser, recebeu uma demonstração do protótipo e ficou tão impressionado que imediatamente iniciou um contrato governamental com a empresa local de Ferranti para fazer uma versão comercial da máquina, a Ferranti Mark 1 .

Duas versões do Manchester Mark 1 foram produzidas, a primeira das quais, a versão intermediária, estava operacional em abril de 1949. A máquina de especificação final, que estava funcionando plenamente em outubro de 1949, continha 4.050 válvulas e consumia 25 quilowatts. Talvez a inovação mais significativa do Manchester Mark 1 tenha sido a incorporação de registradores de índice , comuns em computadores modernos.

Meg e Mercury

Como resultado da experiência adquirida com o Mark 1, os desenvolvedores concluíram que os computadores seriam mais usados ​​em funções científicas do que em matemática pura. Eles, portanto, embarcaram no projeto de uma nova máquina que incluiria uma unidade de ponto flutuante ; o trabalho começou em 1951. 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, além de mais rápido na resolução de problemas matemáticos. A Ferranti produziu uma versão comercial comercializada como Ferranti Mercury , na qual os tubos Williams foram substituídos pela memória central mais confiável .

Computador Transistor

O trabalho de construção de um computador menor e mais barato começou em 1952, em paralelo com o desenvolvimento contínuo de Meg. Dois membros da equipe de Kilburn, Richard Grimsdale e DC Webb, foram designados para a tarefa de projetar e construir uma máquina usando os transistores recém-desenvolvidos em vez de válvulas. Inicialmente os únicos dispositivos disponíveis foram germânio transistores ponto de contato , menos confiáveis do que as válvulas eles substituídos, mas que consumiu muito menos energia.

Duas versões da máquina foram produzidas. O primeiro foi o primeiro computador transistorizado do mundo, um protótipo, e tornou-se operacional em 16 de novembro de 1953. "A máquina de 48 bits usava 92 transistores de contato de ponto e 550 diodos". A segunda versão foi concluída em abril de 1955. A versão de 1955 usava 250 transistores de junção, 1.300 diodos de estado sólido e tinha um consumo de energia de 150 watts. A máquina, no entanto, fez uso de válvulas para gerar suas formas de onda de relógio de 125 kHz e no circuito para ler e escrever em sua memória de tambor magnético , portanto, não foi o primeiro computador completamente transistorizado, uma distinção que foi para o CADET Harwell de 1955.

Problemas com a confiabilidade dos primeiros lotes de transistores significavam que o tempo médio da máquina entre as falhas era de cerca de 90 minutos, o que melhorou quando os transistores de junção mais confiáveis se tornaram disponíveis. O projeto do computador transistor foi adotado pela empresa de engenharia local Metropolitan-Vickers em seu Metrovick 950 , no qual todos os circuitos foram modificados para fazer uso de transistores de junção. Seis Metrovick 950 foram construídos, o primeiro concluído em 1956. Eles foram implantados com sucesso em vários departamentos da empresa e estiveram em uso por cerca de cinco anos.

Musa e atlas

O desenvolvimento do MUSE - um nome derivado de " motor de microssegundo " - começou na universidade em 1956. O objetivo era construir um computador que pudesse operar em velocidades de processamento próximas a um microssegundo por instrução, um milhão de instruções por segundo. Mu (ou μ ) é um prefixo no SI e outros sistemas de unidades denotando um factor de 10 ^-6 (milionésimo).

No final de 1958, Ferranti concordou em colaborar com a Universidade de Manchester no projeto, e o computador foi logo depois rebatizado de Atlas, com a joint venture sob o controle de Tom Kilburn. O primeiro Atlas foi oficialmente comissionado em 7 de dezembro de 1962 e foi considerado na época o computador mais poderoso do mundo, equivalente a quatro IBM 7094s . Dizia-se que sempre que o Atlas ficava offline, metade da capacidade do computador do Reino Unido era perdida. Suas instruções mais rápidas levavam 1,59 microssegundos para serem executadas, e o uso de armazenamento virtual e paginação pela máquina permitia que cada usuário simultâneo tivesse até um milhão de palavras de espaço de armazenamento disponível. A Atlas foi a pioneira em muitos conceitos de hardware e software ainda em uso hoje, incluindo o Atlas Supervisor , "considerado por muitos como o primeiro sistema operacional moderno reconhecível".

Duas outras máquinas foram construídas: uma para um consórcio conjunto British Petroleum / University of London , e outra para o Atlas Computer Laboratory em Chilton, perto de Oxford . Um sistema derivado foi construído por Ferranti para a Universidade de Cambridge , chamado Titan ou Atlas 2, que tinha uma organização de memória diferente e executava um sistema operacional de compartilhamento de tempo desenvolvido pelo Cambridge Computer Laboratory .

O Atlas da Universidade de Manchester foi desativado em 1971, mas o último esteve em serviço até 1974. Partes do Atlas Chilton são preservadas pelos Museus Nacionais da Escócia em Edimburgo.

MU5

Um artigo completo sobre o MU5 pode ser encontrado no Wiki de História da Engenharia e Tecnologia .

Um esboço da proposta para um sucessor do Atlas foi apresentado na Conferência IFIP de 1968 em Edimburgo, embora o trabalho no projeto e as conversas com a ICT (da qual Ferranti se tornou parte) com o objetivo de obter sua assistência e apoio tivessem começado em 1966. A nova máquina , que mais tarde se tornou conhecido como MU5, foi projetado para estar no topo de uma gama de máquinas e ser 20 vezes mais rápido do que o Atlas.

Em 1968, o Conselho de Pesquisa Científica (SRC) concedeu à Universidade de Manchester uma bolsa de cinco anos de £ 630.466 (equivalente a £ 9,94 milhões em 2019) para desenvolver a máquina e ICT , que mais tarde se tornaria ICL , disponibilizou suas instalações de produção para a Universidade. Naquele ano, um grupo de 20 pessoas estava envolvido no projeto: 11 funcionários do Departamento de Ciência da Computação, 5 funcionários de TIC destacados e 4 funcionários de suporte SRC. O nível máximo de pessoal foi em 1971, quando o número, incluindo estudantes de pesquisa, aumentou para 60.

Os recursos inovadores mais significativos do processador MU5 foram seu conjunto de instruções e o uso de memória associativa para acelerar acessos de operando e instrução. O conjunto de instruções foi projetado para permitir a geração de código-objeto eficiente por compiladores, para permitir uma organização pipeline do processador e para fornecer informações ao hardware sobre a natureza dos operandos, de modo a permitir que sejam armazenados de forma otimizada. Assim, as variáveis ​​nomeadas eram armazenadas em buffer separadamente dos elementos do array, que eram eles próprios acessados ​​por meio de descritores nomeados. Cada descritor incluía um comprimento de array que poderia ser usado em instruções de processamento de string ou para permitir que a verificação de limite de array fosse realizada por hardware. O mecanismo de pré-busca de instruções usava um salto associativo para prever o resultado de ramificações iminentes.

O sistema operacional MU5 MUSS foi projetado para ser altamente adaptável e foi portado para uma variedade de processadores em Manchester e em outros lugares. No sistema MU5 completo, três processadores (o próprio MU5, um ICL 1905E e um PDP-11 ), bem como várias memórias e outros dispositivos, foram interconectados por um Exchange de alta velocidade. Todos os três processadores executaram uma versão do MUSS. O MUSS também incluiu compiladores para várias linguagens e pacotes de tempo de execução para suportar o código compilado. Ele foi estruturado como um pequeno kernel que implementou um conjunto arbitrário de máquinas virtuais análogo a um conjunto correspondente de processadores. O código MUSS apareceu nos segmentos comuns que faziam parte do espaço de endereço virtual de cada máquina virtual.

O MU5 estava totalmente operacional em outubro de 1974, coincidindo com o anúncio da ICL de que estava trabalhando no desenvolvimento de uma nova linha de computadores, a série 2900 . O 2980 da ICL em particular, entregue pela primeira vez em junho de 1975, deveu muito ao design do MU5. O MU5 permaneceu em operação na Universidade até 1982.

MU6

Uma vez que o MU5 estava totalmente operacional, um novo projeto foi iniciado para produzir seu sucessor, o MU6. O MU6 foi projetado para ser uma variedade de processadores: MU6P, uma arquitetura de microprocessador avançada destinada ao uso como um computador pessoal, MU6-G, uma máquina de alto desempenho para aplicações gerais ou científicas e MU6V, um sistema de processamento vetorial paralelo. Um modelo de protótipo de MU6V, baseado em 68000 microprocessadores com ordens de vetores emulados como "extracodes" foi construído e testado, mas não foi desenvolvido além deste. O MU6-G foi construído com uma concessão da SRC e funcionou com sucesso como uma máquina de serviço no Departamento entre 1982 e 1987, usando o sistema operacional MUSS desenvolvido como parte do projeto MU5.

SpiNNaker

SpiNNaker: Spiking Neural Network Architecture é uma arquitetura de supercomputador massivamente paralela , manycore , projetada por Steve Furber no Advanced Processor Technologies Research Group (APT) da Universidade de Manchester. Construído em 2019, é composto por 57.600 processadores ARM9 (especificamente ARM968), cada um com 18 núcleos e 128 MB de DDR SDRAM móvel , totalizando 1.036.800 núcleos e mais de 7 TB de RAM. A plataforma de computação é baseada em redes neurais de spiking , úteis na simulação do cérebro humano (veja Projeto do Cérebro Humano ).

Resumo

Cronologia da evolução

Ano	Protótipo Universitário	Ano	Computador Comercial
1948	Manchester Baby , que evoluiu para o Manchester Mark 1	1951	Ferranti Mark 1
1953	Computador transistor	1956	Metrovick 950
1954	Manchester Mark II, também conhecido como "Meg"	1957	Ferranti Mercury
1959	Musa	1962	Ferranti Atlas , Titã
1974	MU5	1974	ICL 2900 Series

Referências

Notas