Las computadoras Manchester fueron una serie innovadora de computadoras electrónicas con programa almacenado desarrolladas durante el período de 30 años entre 1947 y 1977 por un pequeño equipo de la Universidad de Manchester , bajo el liderazgo de Tom Kilburn . [1] Incluían la primera computadora con programa almacenado del mundo , la primera computadora transistorizada del mundo y la que era la computadora más rápida del mundo en el momento de su inauguración en 1962. [2] [3] [4] [5]
El proyecto comenzó con dos objetivos: demostrar la practicidad del tubo Williams , una forma temprana de memoria de computadora basada en tubos de rayos catódicos (CRT) estándar; y construir una máquina que podría usarse para investigar cómo las computadoras podrían ayudar en la solución de problemas matemáticos. [6] El primero de la serie, el Manchester Baby , ejecutó su primer programa el 21 de junio de 1948. [2] Como el primer ordenador con programa almacenado del mundo, el Baby, y el Manchester Mark 1 desarrollado a partir de él, rápidamente atrajeron la atención. del gobierno del Reino Unido, que contrató a la empresa de ingeniería eléctrica Ferranti para producir una versión comercial. La máquina resultante, la Ferranti Mark 1 , fue la primera computadora de propósito general disponible comercialmente en el mundo. [7]
La colaboración con Ferranti finalmente condujo a una asociación industrial con la empresa informática ICL , que hizo uso de muchas de las ideas desarrolladas en la universidad, particularmente en el diseño de su serie 2900 de computadoras durante la década de 1970. [8] [9] [10]
El Manchester Baby fue diseñado como banco de pruebas para el tubo Williams , una de las primeras formas de memoria de computadora, más que como una computadora práctica. El trabajo en la máquina comenzó en 1947, y el 21 de junio de 1948 la computadora ejecutó con éxito su primer programa, que constaba de 17 instrucciones escritas para encontrar el factor propio más alto de 2 18 (262,144) probando cada número entero desde 2 18 − 1 hacia abajo. El programa se ejecutó durante 52 minutos antes de producir la respuesta correcta de 2 17 (131 072). [11]
El bebé medía 5,2 m (17 pies) de largo, 2,24 m (7 pies y 4 pulgadas) de alto y pesaba casi 1 tonelada larga . Contenía 550 válvulas termoiónicas (300 diodos y 250 pentodos ) y tenía un consumo de energía de 3,5 kilovatios. [12] Su funcionamiento exitoso se informó en una carta a la revista Nature publicada en septiembre de 1948, [13] estableciéndola como la primera computadora con programas almacenados del mundo. [14] Rápidamente evolucionó hasta convertirse en una máquina más práctica, la Manchester Mark 1 .
El desarrollo del Manchester Mark 1 comenzó en agosto de 1948, con el objetivo inicial de proporcionar a la universidad una instalación informática más realista. [15] En octubre de 1948, el científico jefe del gobierno del Reino Unido, Ben Lockspeiser, recibió una demostración del prototipo y quedó tan impresionado que inmediatamente inició un contrato gubernamental con la empresa local Ferranti para fabricar una versión comercial de la máquina, la Ferranti Mark 1. . [7]
Se produjeron dos versiones del Manchester Mark 1, la primera de las cuales, la versión intermedia, estaba operativa en abril de 1949. [15] La máquina de especificación final, que estaba en pleno funcionamiento en octubre de 1949, [16] contenía 4.050 válvulas y tenía un consumo de energía de 25 kilovatios. [17] Quizás la innovación más significativa del Manchester Mark 1 fue su incorporación de registros de índice , algo común en las computadoras modernas. [18]
En junio de 2022, se dedicó un hito del IEEE a la "computadora" bebé "de la Universidad de Manchester y sus derivados, 1948-1951". [19]
Como resultado de la experiencia adquirida con el Mark 1, los desarrolladores concluyeron que las computadoras se utilizarían más en funciones científicas que en matemáticas puras. Por tanto, se embarcaron en el diseño de una nueva máquina que incluiría una unidad de punto flotante ; El trabajo comenzó en 1951. La máquina resultante, que ejecutó su primer programa en mayo de 1954, se conocía como Meg, o la máquina del megaciclo. Era más pequeño y sencillo que el Mark 1, además de más rápido para resolver problemas matemáticos. Ferranti produjo una versión comercial comercializada como Ferranti Mercury , en la que los tubos Williams fueron reemplazados por la memoria central más confiable . [20]
El trabajo para construir una computadora más pequeña y más barata comenzó en 1952, en paralelo con el desarrollo continuo de Meg. A dos miembros del equipo de Kilburn, Richard Grimsdale y DC Webb, se les asignó la tarea de diseñar y construir una máquina utilizando los transistores recientemente desarrollados en lugar de válvulas, que se conoció como Manchester TC. [21] Inicialmente, los únicos dispositivos disponibles eran transistores de contacto puntual de germanio ; Eran menos confiables que las válvulas que reemplazaron pero consumían mucha menos energía. [22]
Se produjeron dos versiones de la máquina. La primera fue la primera computadora transistorizada del mundo, [23] un prototipo, y entró en funcionamiento el 16 de noviembre de 1953. [3] [24] "La máquina de 48 bits utilizaba 92 transistores de contacto puntual y 550 diodos". [25] La segunda versión se completó en abril de 1955. La versión de 1955 utilizaba 250 transistores de unión, [25] 1300 diodos de estado sólido y tenía un consumo de energía de 150 vatios. Sin embargo , la máquina [ se necesita aclaración ] utilizó válvulas para generar sus formas de onda de reloj de 125 kHz y circuitos para leer y escribir en su memoria de tambor magnético , por lo que no fue la primera computadora completamente transistorizada, una distinción que recayó en Harwell. CADETE de 1955. [26]
Los problemas con la confiabilidad de los primeros lotes de transistores significaron que el tiempo medio entre fallas de la máquina [ se necesita aclaración ] era de aproximadamente 90 minutos, lo que mejoró una vez que estuvieron disponibles los transistores de unión más confiables . [27] El diseño de la computadora de transistores fue adoptado por la firma de ingeniería local Metropolitan-Vickers en su Metrovick 950 , en el que todos los circuitos fueron modificados para utilizar transistores de unión. Se construyeron seis Metrovick 950, el primero terminado en 1956. Se implementaron con éxito en varios departamentos de la empresa y estuvieron en uso durante unos cinco años. [23]
El desarrollo de MUSE, nombre derivado de " motor de microsegundos ", comenzó en la universidad en 1956. El objetivo era construir una computadora que pudiera operar a velocidades de procesamiento cercanas a un microsegundo por instrucción, es decir, un millón de instrucciones por segundo. [28] Mu (o μ ) es un prefijo en el SI y otros sistemas de unidades que denota un factor de 10 −6 (una millonésima).
A finales de 1958, Ferranti acordó colaborar con la Universidad de Manchester en el proyecto, y poco después la computadora pasó a llamarse Atlas, con la empresa conjunta bajo el control de Tom Kilburn. El primer Atlas entró oficialmente en servicio el 7 de diciembre de 1962, y en aquel momento se consideraba el ordenador más potente del mundo, equivalente a cuatro IBM 7094 . [29] Se dijo que cada vez que Atlas se desconectaba, se perdía la mitad de la capacidad informática del Reino Unido. [30] Sus instrucciones más rápidas tardaron 1,59 microsegundos en ejecutarse, y el uso de almacenamiento virtual y paginación por parte de la máquina permitió a cada usuario simultáneo tener hasta un millón de palabras de espacio de almacenamiento disponible. Atlas fue pionero en muchos conceptos de hardware y software que todavía se utilizan comúnmente en la actualidad, incluido Atlas Supervisor , "considerado por muchos como el primer sistema operativo moderno reconocible". [31]
Se construyeron otras dos máquinas: una para un consorcio conjunto de British Petroleum y la Universidad de Londres , y la otra para el Atlas Computer Laboratory en Chilton, cerca de Oxford . Ferranti construyó un sistema derivado para la Universidad de Cambridge , llamado Titan o Atlas 2, que tenía una organización de memoria diferente y ejecutaba un sistema operativo de tiempo compartido desarrollado por Cambridge Computer Laboratory . [30]
El Atlas de la Universidad de Manchester fue dado de baja en 1971, [32] pero el último estuvo en servicio hasta 1974. [33] Partes del Atlas de Chilton se conservan en los Museos Nacionales de Escocia en Edimburgo.
En junio de 2022, se dedicó un hito del IEEE a "La computadora Atlas y la invención de la memoria virtual 1957-1962". [34]
El Manchester MU5 fue el sucesor del Atlas. En la Conferencia IFIP de 1968 en Edimburgo se presentó una propuesta esbozada para un sucesor de Atlas, [35] aunque el trabajo en el proyecto y las conversaciones con ICT (de las que Ferranti había pasado a formar parte) destinadas a obtener su asistencia y apoyo habían comenzado en 1966. La nueva máquina, que más tarde se conocería como MU5, estaba destinada a estar en el extremo superior de una gama de máquinas y ser 20 veces más rápida que Atlas.
En 1968, el Consejo de Investigación Científica (SRC) otorgó a la Universidad de Manchester una subvención de cinco años por valor de 630 466 libras esterlinas (equivalente a 12 millones de libras esterlinas en 2023) [a] para desarrollar la máquina y las TIC , que más tarde se convertirían en ICL , pusieron sus instalaciones de producción a disposición de la Universidad. Ese año, un grupo de 20 personas participó en el diseño: 11 miembros del personal del Departamento de Informática, 5 miembros del personal de TIC adscritos y 4 miembros del personal apoyado por el SRC. El nivel máximo de dotación de personal se produjo en 1971, cuando el número, incluidos los estudiantes de investigación, aumentó a 60. [36]
Las características novedosas más significativas del procesador MU5 fueron su conjunto de instrucciones y el uso de memoria asociativa para acelerar los accesos a operandos e instrucciones. El conjunto de instrucciones fue diseñado para permitir la generación de código objeto eficiente por parte de los compiladores, permitir una organización en canal del procesador y proporcionar información al hardware sobre la naturaleza de los operandos, para permitir que se almacenen de manera óptima. Por lo tanto, las variables con nombre se almacenaron en un buffer por separado de los elementos de la matriz, a los que se accedía a ellos mediante descriptores con nombre. Cada descriptor incluía una longitud de matriz que podría usarse en instrucciones de procesamiento de cadenas o para permitir que el hardware realice la verificación vinculada a la matriz. El mecanismo de búsqueda previa de instrucciones utilizó un seguimiento de salto asociativo para predecir el resultado de las ramas inminentes. [37]
El sistema operativo MU5 MUSS [38] [39] fue diseñado para ser altamente adaptable y fue portado a una variedad de procesadores en Manchester y otros lugares. En el sistema MU5 completo, tres procesadores (el propio MU5, un ICL 1905E y un PDP-11 ), así como varias memorias y otros dispositivos, estaban interconectados mediante un Exchange de alta velocidad. [40] [41] Los tres procesadores ejecutaron una versión de MUSS. MUSS también incluía compiladores para varios lenguajes y paquetes de tiempo de ejecución para admitir el código compilado. Estaba estructurado como un pequeño núcleo que implementaba un conjunto arbitrario de máquinas virtuales análogas a un conjunto correspondiente de procesadores. El código MUSS aparecía en los segmentos comunes que formaban parte del espacio de direcciones virtuales de cada máquina virtual.
MU5 estaba en pleno funcionamiento en octubre de 1974, coincidiendo con el anuncio de ICL de que estaba trabajando en el desarrollo de una nueva gama de ordenadores, la serie 2900 . El 2980 de ICL en particular, entregado por primera vez en junio de 1975, se debe en gran medida al diseño del MU5. [42] MU5 permaneció en funcionamiento en la Universidad hasta 1982. [43] Puede encontrar un artículo más completo sobre MU5 en Engineering and Technology History Wiki. [44]
Una vez que MU5 estuvo en pleno funcionamiento, se inició un nuevo proyecto para producir su sucesor, MU6. MU6 estaba destinado a ser una gama de procesadores: MU6P, [45] una arquitectura de microprocesador avanzada destinada a su uso como computadora personal, MU6-G, [46] una máquina de alto rendimiento para aplicaciones generales o científicas y MU6V, [47] una Sistema de procesamiento de vectores paralelos. Se construyó y probó un modelo prototipo de MU6V, basado en 68000 microprocesadores con órdenes vectoriales emuladas como "códigos extra", pero no se desarrolló más allá de esto. MU6-G se construyó con una subvención de SRC y funcionó con éxito como máquina de servicio en el Departamento entre 1982 y 1987, [4] utilizando el sistema operativo MUSS desarrollado como parte del proyecto MU5.
SpiNNaker: Spiking Neural Network Architecture es una arquitectura de supercomputadora de muchos núcleos masivamente paralela diseñada por Steve Furber en el Grupo de Investigación de Tecnologías de Procesadores Avanzados (APT) de la Universidad de Manchester. [48] Construido en 2019, está compuesto por 57,600 procesadores ARM9 (específicamente ARM968), cada uno con 18 núcleos y 128 MB de DDR SDRAM móvil , con un total de 1,036,800 núcleos y más de 7 TB de RAM. [49] La plataforma informática se basa en redes neuronales de picos , útiles para simular el cerebro humano (ver Proyecto Cerebro Humano ). [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58]
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