Manchester Mark I a fost unul dintre primele electronice calculatoare . A fost dezvoltat la Universitatea din Manchester de la Small-Scale Experimental Machine (SSEM), primul computer electronic din lume stocat în memorie. De asemenea, a fost denumită Manchester Automatic Digital Machine (MADM). Lucrările au fost începute înAugust 1948 iar prima versiune a fost operațională în Aprilie 1949. Un program scris pentru a căuta numerele prime Mersenne a funcționat fără erori timp de nouă ore în noaptea de 16 până la17 iunie 1949.
Funcționarea corectă a mașinii a fost larg acoperită de presa britanică, care a folosit termenul „creier electronic” pentru a-l descrie cititorilor. Această descriere a determinat o reacție din partea șefului Departamentului de Neurochirurgie de la Universitatea din Manchester, care a stârnit o lungă dezbatere cu privire la faptul dacă un computer electronic ar putea fi cu adevărat creativ.
Scopul inițial al dezvoltării Mark I a fost de a oferi un instrument de calcul situat în Universitatea din Manchester, pentru a permite cercetătorilor să câștige experiență în utilizarea practică a computerelor, dar a devenit, de asemenea, foarte repede un prototip pe care proiectul Ferranti Mark I avea sediul . Dezvoltarea a încetat la sfârșitul anului 1949, iar mașina a fost abandonată la sfârșitul anului 1950. A fost înlocuită înFebruarie 1951 de un Ferranti Mark I, primul computer de uz general comercializat din lume.
Din punct de vedere istoric, inovația esențială a Mark I este includerea registrelor index, o inovație care a facilitat citirea secvențială de către un program a unui vector de cuvinte în memorie. Treizeci și patru de brevete au fost depuse ca urmare a dezvoltării mașinii, iar multe dintre ideile din care a fost proiectat au fost ulterior încorporate în produse comerciale precum IBM 701 și 702 și Ferranti Mark I. Frederic Calland Williams și Tom Kilburn , care a condus proiectarea mașinii, a concluzionat din experiența lor cu Mark I că computerele vor fi utilizate mai mult pentru aplicații științifice decât pentru matematică pură. În 1951, au început dezvoltarea succesorului Mark I, cu o unitate de calcul în virgulă mobilă . Această mașină, numită Meg, a realizat primul program în 1954.
În 1936, matematicianul Alan Turing a publicat o definiție a „mașinii de calcul universal”, un calculator al cărui program a fost înregistrat pe bandă, împreună cu datele la care lucra. Turing a demonstrat că o astfel de mașină era capabilă să rezolve orice problemă matematică pentru care este posibil să scrieți un algoritm . În anii 1940, Turing și alții, precum Konrad Zuse , au dezvoltat ideea de a înregistra program și date în memoria computerului, în loc de bandă, dar este considerat, în general, matematicianul John von Neumann care a definit această arhitectură a computerului, pe care Manchester Mark I avea sediul.
Construcția unui computer cu arhitectură von Neumann a depins de disponibilitatea unui mediu de stocare adecvat. Experimental Mașina de mici dimensiuni (SSEM), primul calculator program înregistrat de memorie din lume, construit de Universitatea din Manchester , a demonstrat viabilitatea înregistrării programului în memorie și tubul Williams , o formă de memorie de calculator timpurie bazat pe o tub de raze catodice standard (CRT), prin executarea primului său program înIunie 1948. Primele computere electronice erau de obicei programate prin recablare sau prin panouri de control. Spre deosebire de computerele moderne, acestea nu aveau un program separat stocat în memorie. De exemplu, ar putea dura câteva zile pentru a reprograma ENIAC . Alți cercetători au dezvoltat computere programate stocate, inclusiv Pilot ACE la Laboratorul Național de Fizică , EDSAC de la Universitatea Cambridge , EDVAC de către armata SUA . SSEM și Mark I s-au distins în primul rând prin utilizarea tuburilor Williams ca mediu de memorie, în locul liniilor de întârziere cu mercur.
Dezvoltarea SSEM a început în jur August 1948. Conceput în primul rând ca prototip pentru Manchester Mark I, a fost să ofere universității un instrument de calcul mai realist. ÎnOctombrie 1948Omul de știință al guvernului britanic Ben Lockspeiser a participat la o demonstrație a prototipului Mark I în timpul unei vizite la Universitatea din Manchester. Lockspeiser a fost atât de impresionat de ceea ce a văzut că a lansat imediat un contract guvernamental cu compania locală Ferranti pentru a face o versiune comercială a mașinii, Ferranti Mark I . În scrisoarea sa către companie, datatăOctombrie 1948, Lockspeiser autorizează compania să „inițieze proiectul despre care am vorbit, adică să construiască o mașină electronică de calcul conform instrucțiunilor profesorului FC Williams”. Din acel moment, dezvoltarea Mark I a avut scopul suplimentar de a oferi lui Ferranti designul pe care să își bazeze mașina comercială. Contractul guvernului cu Ferranti a durat cinci ani de laNoiembrie 1948, pentru o sumă estimată de 35.000 GBP pe an, sau aproximativ 950.000 GBP în 2010.
SSEM a fost proiectat de echipa lui Frederic Calland Williams , Tom Kilburn și Geoff Tootill. Doi studenți li s-au alăturat pentru a dezvolta Mark I: DB Edwards și GE Thomas . Lucrările au început înAugust 1948. Proiectul a avut în curând dublu obiectiv de a oferi lui Ferranti designul pe care să-și bazeze mașina comercială, Ferranti Mark I , și de a construi un computer care să le permită cercetătorilor să realizeze posibila utilizare a unei astfel de mașini în practică. Prima dintre cele două versiuni ale Manchester Mark I, versiunea intermediară , era operațională înAprilie 1949 Cu toate acestea, această primă versiune nu avea instrucțiunile necesare pentru ca un program să transfere date între memoria principală și noua memorie magnetică secundară. Prin urmare, a fost necesar să se facă acest lucru prin oprirea mașinii și efectuarea transferului cu mâna. Aceste instrucțiuni lipsă au fost încorporate în versiunea finală, care a funcționat complet înOctombrie 1949. ' Mașina conținea 4.050 de tuburi de electroni și consuma 25 de kilowați . Pentru a crește fiabilitatea, CRT-urile special fabricate de General Electric Company au fost utilizate în mașină în locul tuburilor standard utilizate în SSEM.
Mark I a folosit cuvinte de 40 de biți , comparativ cu 32 de biți pentru SSEM. Fiecare cuvânt conținea fie un număr de 40 de biți, fie două instrucțiuni de mașină de 20 de biți. Memorie principală formată din două tuburi Williams conținând fiecare o pagină de 32 de cuvinte de 40 de biți. Un tambur magnetic capabil să înregistreze 32 de pagini suplimentare a extins această memorie; capacitatea tamburului a atins 128 de pagini în versiunea finală. Tamburul de 30 cm , numit la început roată magnetică , conținea o serie de piste magnetice paralele pe suprafața sa, fiecare cu propriul cap citit / scris. Fiecare pistă conținea 2560 biți sau 2 pagini (2 x 32 x 40 biți). O revoluție a tamburului a durat 30 de milisecunde . În acest timp, a fost posibil să se transfere ambele pagini în memoria principală; cu toate acestea, timpul de transfer efectiv depindea de latență , timpul necesar unei pagini pentru a ajunge sub capul de citire / scriere. Scrierea paginilor pe tambur a durat aproximativ dublul timpului de citire. Viteza de rotație a tamburului a fost sincronizată cu ceasul principal, permițând adăugarea de tamburi suplimentare. Datele au fost înregistrate pe tambur folosind o tehnică de modulare de fază cunoscută și astăzi sub numele de codare Manchester .
Setul de instrucțiuni al mașinii a fost mărit de la 7 pentru SSEM la 26 la început, multiplicarea hardware-ului inclus. Versiunea finală avea 30 de instrucțiuni. Zece biți din fiecare cuvânt au fost rezervate pentru a reprezenta codul de instrucțiune. Timpul normal de execuție al unei instrucțiuni a fost de 1,8 milisecunde, dar multiplicarea a fost mult mai lentă, în funcție de dimensiunea operandului .
Poate că cea mai semnificativă inovație a mașinii a fost încorporarea registrelor index, care se găsesc pe toate computerele moderne. SSEM avea două registre, produse de tuburile Williams; acumulatorul (A) și contorul ordinală (C). Deoarece numele A și C au fost deja luate, țeava care conține cele două registre indexate, numite inițial linii B , a fost numită B. răsfoiți un vector de numere stocate în memorie. Marca I avea, de asemenea, o a patra conductă, (M), care conținea operanzii unei multiplicări.
Din cei 20 de biți utilizați pentru fiecare instrucțiune de program, 10 conțineau codul de instrucțiuni , făcând posibilă reprezentarea a 1.024 (2 10 ) instrucțiuni separate. Mașina a avut inițial 26, acest număr a crescut la 30 cu adăugarea de coduri de instrucțiuni care permit programelor să controleze transferul de date între tamburul magnetic și memoria principală CRT. În versiunea de mijloc, programele au fost introduse prin comutatoare, iar ieșirea a fost afișată ca o serie de puncte și linii pe un ecran CRT numit dispozitiv de ieșire, la fel ca pe SSEM din care fusese dezvoltat Mark I. Cu toate acestea, mașina finală, finalizată înOctombrie 1949, a beneficiat și de o teleimprimantă cu un cititor de bandă perforată cu 5 găuri.
Matematicianul Alan Turing , care fusese numit în postul simbolic de director adjunct al Laboratorului de Mașini de Calculat de la Universitatea din Manchester dinSeptembrie 1948, a inventat o schemă de codare de bază 32 bazată pe codul Baudot , un standard pentru teleimprimante, prin care programele și datele puteau fi citite și scrise pe banda de hârtie. Codul Baudot asociază un singur caracter cu fiecare dintre cele 32 (2 5 ) valori care pot fi reprezentate pe 5 biți. Astfel, „10010” reprezintă „D”, „10001” reprezintă „Z” și așa mai departe. Turing a schimbat doar câteva dintre codurile standard; de exemplu, „00000” și „01000”, care înseamnă „fără efect” și „retur de transport” în codul de marcare, au fost reprezentate de caracterele „/” și respectiv „@”. Zero-ul binar, reprezentat de bară, a fost cel mai frecvent caracter în programe și date, care a produs secvențe de forma „/////////////////”. Unul dintre primii adoptatori a sugerat că alegerea barbatului de către Turing a fost o alegere subconștientă din partea sa, o descriere a ploii văzute printr-o fereastră murdară, reflectând vremea „notoriu dezastruoasă” a lui Manchester.
Deoarece Mark I avea cuvinte de 40 de biți, a fost nevoie de opt caractere de 5 biți pentru a reprezenta fiecare cuvânt. Deci, de exemplu, cuvântul binar „10001 10010 10100 01001 10001 11001 01010 10110” a fost reprezentat pe hârtie de ZDSLZWRF. Conținutul oricărui cuvânt din memorie poate fi, de asemenea, editat prin intermediul tastaturii teleprinter și scris în imprimanta sa. Mașina a funcționat intern în binar, dar a putut efectua conversiile zecimal-la-binar și binar-la-zecimal necesare pentru intrările și respectiv ieșirile sale.
Nu a fost creat niciun asamblator pentru Mark I. Programele trebuiau scrise și introduse în formă binară, reprezentate de opt caractere de 5 biți pentru fiecare cuvânt de 40 de biți; programatorii au fost încurajați să memoreze codurile Baudot modificate pentru a le ușura munca. Datele au fost citite și scrise de un cititor de bandă perforată controlat de un program. Mark I nu avea un sistem de întrerupere hardware ; programul a continuat după începerea unei citiri sau scrieri până la sosirea unei alte instrucțiuni de citire sau scriere. În acest moment, mașina aștepta finalizarea primei operațiuni.
Mark I avea doar câteva rutine de I / O de bază ca sistem de operare pentru Mark I. La fel ca în SSEM din care a fost dezvoltat și, spre deosebire de convenția modernă, numerele au fost înregistrate automat, cu cel mai puțin semnificativ bit din stânga ; astfel, „1” a fost reprezentat pe 5 biți de „10000”, în loc de „00001”, standardul actual. Numerele negative au fost reprezentate de complementul celor două , la fel ca pe majoritatea computerelor de astăzi. În această reprezentare, valoarea celui mai semnificativ bit denotă semnul unui număr: numerele pozitive au un 0 în această poziție și numerele negative un 1. Prin urmare, gama de numere care ar putea fi înregistrate în fiecare cuvânt de 40 de biți a variat de la −2 39 la +2 39 −1 (de la −549 755 813 888 la +549 755 813 887).
Primul program realist executat pe Mark I a căutat numerele prime ale lui Mersenne , începândAprilie 1949, care a funcționat fără erori timp de nouă ore în noaptea de 16 spre 17 iunie 1949. Algoritmul a fost scris de Max Newman , șeful departamentului de matematică de la Universitatea din Manchester; Kilburn și Tootill au scris programul. Turing a scris ulterior o versiune optimizată a programului, supranumită „Mersenne Express”. Manchester Mark I și-a continuat munca utilă în matematică între 1949 și 1950, inclusiv cercetări privind ipoteza Riemann și calcule optice.
Tootill a fost împrumutat de la Manchester University la Ferranti pentru patru luni de laAugust 1949 pentru a continua lucrul la proiectarea modelului Ferranti Mark I. Manchester Mark I a fost demontat și casat la sfârșitul anului 1950 și înlocuit câteva luni mai târziu cu primul Ferranti Mark I, primul computer comercializat din lume.
Între 1946 și 1949, echipa care a lucrat la Mark I și predecesorul său, SSEM, a avut în medie aproximativ patru persoane. În această perioadă, 34 de brevete au fost depuse, pe baza activității echipei, de către Ministerul Echipamentelor Forțelor Armate și apoi de către succesorul său, Corporația Națională pentru Dezvoltare a Cercetării („Agenția Națională pentru Dezvoltarea Cercetării ”). ÎnIulie 1949, IBM a invitat-o pe Williams în Statele Unite, toate cheltuielile plătite, pentru a discuta despre proiectarea Mark I. Compania a licențiat ulterior mai multe dintre ideile brevetate dezvoltate pentru mașină, inclusiv tubul Williams, pentru proiectarea propriilor sale computere, 701 și 702. Poate că inovația Manchester Mark i , care a influențat cel mai mult succesorii săi a fost încorporarea lui de registre index, pentru care brevetul a fost depusă în numele Williams, Kilburn, Tootil și Newman.
Kilburn și Newman au ajuns la concluzia că computerele vor fi utilizate mai mult pentru aplicații științifice decât pentru matematică pură și au decis să dezvolte o nouă mașină care să includă o unitate de calcul în virgulă mobilă . Lucrările au început în 1951. Rezultatul a fost o mașină, numită Meg, sau mașina de megacicluri , care a efectuat primul său program înMai 1954. A fost mai mic și mai simplu decât Mark I și mult mai rapid la rezolvarea problemelor de matematică. Ferranti a produs o versiune a lui Meg în care tuburile lui Williams au fost înlocuite cu toroizi magnetici . Acest design a fost vândut sub numele Ferranti Mercury.
Funcționarea corectă a Manchester Mark I și a predecesorului său, SSEM, a fost larg acoperită de presa britanică, care a folosit termenul „creier electronic” pentru a descrie mașinile. Lordul Louis Mountbatten introdusese deja acest termen într-un discurs susținut instituției britanice a inginerilor radio31 octombrie 1946, discurs în care a prezis evoluția calculatoarelor primitive disponibile în acel moment. Entuziasmul care a urmat anunțului din 1949 al primului computer modern a determinat o reacție pe care dezvoltatorii săi nu o așteptaseră niciodată: Sir Geoffrey Jefferson, profesor de neurochirurgie la Universitatea din Manchester, căruia i s-a cerut să rostească discursul de prezentare a medaliei Lister înIunie 1949, alege ca subiect Spiritul omului mecanic . Scopul său a fost să discrediteze proiectul Manchester. În discursul său a spus:
„Până când o mașină nu poate scrie un sonet sau compune un concerto din cauza gândurilor și emoțiilor pe care le simte și nu prin desenarea multor simboluri, nu vom putea admite că o mașină este egală cu un creier. - Adică , nu numai pentru a-l scrie, ci și pentru a ști că a scris-o. Nici o mașină nu poate experimenta plăcerea de a avea succes, de durere atunci când tuburile sale se topesc, de a fi afectat de lingușire, de a fi întristat de defectele sale, de a fi fermecat de sex, de a fi furios sau nefericit atunci când nu obține ceea ce este vrea ea. "
The Times a raportat discursul lui Jefferson a doua zi, adăugând că Jefferson a prezis că „nu va veni niciodată ziua în care grațioasele camere ale Societății Regale vor fi transformate în garaje pentru a găzdui acești nou-veniți”. Acest lucru a fost interpretat ca un atac direct asupra lui Newman, care obținuse o bursă de la Societate pentru a continua munca echipei Manchester. Ca răspuns, el a scris un articol pentru The Times în care susținea că există o asemănare puternică între structura lui Mark I și creierul uman. Articolul lui Newman conținea un interviu cu Turing, care a adăugat:
„Aceasta este doar o prevestire a ceea ce va veni și o umbră a ceea ce va fi. Avem nevoie de experiență cu mașina înainte să îi cunoaștem cu adevărat capacitățile. S-ar putea să treacă ani înainte să realizăm noile posibilități, dar nu văd de ce ar trebui să rămână în afara unor domenii acoperite în mod normal de intelectul uman și, în cele din urmă, să concureze pe o bază dură cu acesta. "