Las máquinas Lisp son computadoras de uso general diseñadas para ejecutar Lisp de manera eficiente como su software y lenguaje de programación principal , generalmente a través de soporte de hardware. Son un ejemplo de arquitectura informática con lenguaje de alto nivel y, en cierto sentido, fueron las primeras estaciones de trabajo comerciales de un solo usuario . A pesar de ser modestas en número (quizás 7.000 unidades en total en 1988 [1] ), las máquinas Lisp fueron pioneras comercialmente en muchas tecnologías ahora comunes, incluida la recolección eficaz de basura , la impresión láser , los sistemas de ventanas , los ratones de computadora , los gráficos rasterizados en mapas de bits de alta resolución , renderizado de gráficos por computadora e innovaciones en redes como Chaosnet . [2] Varias empresas construyeron y vendieron máquinas Lisp en la década de 1980: Symbolics (3600, 3640, XL1200, MacIvory y otros modelos), Lisp Machines Incorporated (LMI Lambda), Texas Instruments ( Explorer, MicroExplorer ) y Xerox ( Interlisp - D estaciones de trabajo). Los sistemas operativos se escribieron en Lisp Machine Lisp , Interlisp (Xerox) y, más tarde, parcialmente en Common Lisp .
Los programas informáticos de inteligencia artificial (IA) de las décadas de 1960 y 1970 requerían intrínsecamente lo que entonces se consideraba una enorme cantidad de potencia informática, medida en tiempo de procesador y espacio de memoria. Los requisitos de energía de la investigación de la IA se vieron exacerbados por el lenguaje de programación simbólico Lisp, cuando se diseñó y optimizó hardware comercial para lenguajes de programación tipo ensamblador y Fortran . Al principio, el coste de dicho hardware implicaba que debía compartirse entre muchos usuarios. A medida que la tecnología de circuitos integrados redujo el tamaño y el costo de las computadoras en los años 1960 y principios de los 1970, y las necesidades de memoria de los programas de IA comenzaron a exceder el espacio de direcciones de la computadora de investigación más común, la Digital Equipment Corporation (DEC) PDP-10 , los investigadores Consideró un nuevo enfoque: una computadora diseñada específicamente para desarrollar y ejecutar grandes programas de inteligencia artificial, y adaptada a la semántica del lenguaje Lisp . Para mantener el sistema operativo (relativamente) simple, estas máquinas no se compartirían, sino que estarían dedicadas a usuarios individuales. [ cita necesaria ]
En 1973, Richard Greenblatt y Thomas Knight , programadores del Laboratorio de Inteligencia Artificial (AI Lab) del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT ), comenzaron lo que se convertiría en el Proyecto de Máquina Lisp del MIT cuando comenzaron a construir una computadora cableada para ejecutar ciertas operaciones Lisp básicas. en lugar de ejecutarlos en software, en una arquitectura etiquetada de 24 bits . La máquina también realizaba recolección de basura incremental (o Arena ) . [ cita necesaria ] Más específicamente, dado que las variables Lisp se escriben en tiempo de ejecución en lugar de en tiempo de compilación, una simple adición de dos variables podría tardar cinco veces más en el hardware convencional, debido a las instrucciones de prueba y bifurcación. Lisp Machines ejecutó las pruebas en paralelo con las adiciones de instrucciones únicas más convencionales. Si las pruebas simultáneas fallaban, el resultado se descartaba y se volvía a calcular; esto significó en muchos casos un aumento de velocidad por varios factores. Este enfoque de verificación simultánea también se usó para probar los límites de las matrices cuando se hace referencia a ellas y otras necesidades de administración de memoria (no simplemente recolección de basura o matrices).
La verificación de tipos se mejoró y se automatizó aún más cuando la palabra de bytes convencional de 32 bits se alargó a 36 bits para las máquinas Lisp modelo Symbolics 3600 [3] y, finalmente, a 40 bits o más (normalmente, los bits sobrantes no se tienen en cuenta por lo siguiente se utilizó para códigos de corrección de errores ). El primer grupo de bits adicionales se usó para contener datos de tipo, lo que convirtió a la máquina en una arquitectura etiquetada , y los bits restantes se usaron para implementar la codificación CDR (donde los elementos habituales de la lista enlazada se comprimen para ocupar aproximadamente la mitad del espacio), lo que ayuda a la recolección de basura. según se informa, en un orden de magnitud. Una mejora adicional fueron dos instrucciones de microcódigo que admitían específicamente funciones Lisp , reduciendo el costo de llamar a una función a tan solo 20 ciclos de reloj, en algunas implementaciones de Symbolics.
La primera máquina se llamó máquina CONS (llamada así por el operador de construcción de listas consen Lisp). A menudo se la conocía cariñosamente como la máquina Knight , tal vez desde que Knight escribió su tesis de maestría sobre el tema; fue muy bien recibido. [ cita necesaria ] Posteriormente se mejoró en una versión llamada CADR (un juego de palabras; en Lisp, la cadrfunción, que devuelve el segundo elemento de una lista, se pronuncia /ˈkeɪ.dəɹ/ o /ˈkɑ.dəɹ/ , como algunos pronuncian palabra "cuadro") que se basaba esencialmente en la misma arquitectura. Alrededor de 25 de lo que eran esencialmente prototipos de CADR se vendieron dentro y fuera del MIT por aproximadamente 50.000 dólares; rápidamente se convirtió en la máquina favorita para hackear; muchas de las herramientas de software más populares fueron rápidamente trasladadas a ella (por ejemplo, Emacs fue trasladado desde ITS en 1975 [ disputado ] ). Fue tan bien recibido en una conferencia sobre IA celebrada en el MIT en 1978 que la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) comenzó a financiar su desarrollo.
En 1979, Russell Noftsker , convencido de que las máquinas Lisp tenían un brillante futuro comercial debido a la fuerza del lenguaje Lisp y al factor habilitante de la aceleración del hardware, propuso a Greenblatt que comercializaran la tecnología. [ cita necesaria ] En un movimiento contrario a la intuición para un hacker del laboratorio de IA, Greenblatt accedió, esperando tal vez poder recrear la atmósfera informal y productiva del laboratorio en un negocio real. Estas ideas y objetivos eran considerablemente diferentes de los de Noftsker. Los dos negociaron extensamente, pero ninguno quiso llegar a un acuerdo. Como la empresa propuesta sólo podría tener éxito con la ayuda total e indivisa de los hackers del AI Lab como grupo, Noftsker y Greenblatt decidieron que el destino de la empresa dependía de ellos, por lo que la elección debería quedar en manos de los hackers.
Las discusiones que siguieron sobre la elección dividieron el laboratorio en dos facciones. En febrero de 1979 la situación llegó a un punto crítico. Los piratas informáticos se pusieron del lado de Noftsker, creyendo que una empresa comercial respaldada por fondos de riesgo tenía más posibilidades de sobrevivir y comercializar máquinas Lisp que la startup autosostenible propuesta por Greenblatt. Greenblatt perdió la batalla.
Fue en este momento que Symbolics , la empresa de Noftsker, fue tomando forma lentamente. Si bien Noftsker pagaba un salario a su personal, no tenía ningún edificio ni ningún equipo para que los piratas informáticos pudieran trabajar. Negoció con Patrick Winston que, a cambio de permitir que el personal de Symbolics siguiera trabajando fuera del MIT, Symbolics le permitiría al MIT usar internamente y libremente todo el software desarrollado por Symbolics. Un consultor de CDC , que estaba intentando crear una aplicación informática en lenguaje natural con un grupo de programadores de la costa oeste, acudió a Greenblatt en busca de una máquina Lisp para que su grupo trabajara, unos ocho meses después de la desastrosa conferencia con Noftsker. Greenblatt había decidido iniciar su propia empresa rival de máquinas Lisp, pero no había hecho nada. El consultor, Alexander Jacobson, decidió que la única forma en que Greenblatt iba a iniciar la empresa y construir las máquinas Lisp que Jacobson necesitaba desesperadamente era si Jacobson presionaba y ayudaba de alguna otra manera a Greenblatt a lanzar la empresa. Jacobson reunió planes de negocios, una junta directiva y un socio para Greenblatt (un tal F. Stephen Wyle). La nueva empresa se llamó LISP Machine, Inc. (LMI) y fue financiada por pedidos de los CDC, a través de Jacobson.
Por esta época comenzó a operar Symbolics (la firma de Noftsker). Se había visto obstaculizado por la promesa de Noftsker de dar a Greenblatt un año de ventaja y por graves retrasos en la obtención de capital de riesgo. Symbolics todavía tenía la gran ventaja de que, si bien 3 o 4 de los hackers del AI Lab habían ido a trabajar para Greenblatt, otros 14 hackers se habían registrado en Symbolics. Ninguno de los dos contrató a dos personas del AI Lab: Richard Stallman y Marvin Minsky . Stallman, sin embargo, culpó a Symbolics por el declive de la comunidad de hackers que se había centrado en el laboratorio de IA. Durante dos años, desde 1982 hasta finales de 1983, Stallman trabajó solo para clonar la producción de los programadores de Symbolics, con el objetivo de evitar que obtuvieran el monopolio de las computadoras del laboratorio. [4]
Independientemente, después de una serie de batallas internas, Symbolics despegó en 1980/1981, vendiendo el CADR como LM-2, mientras que Lisp Machines , Inc. lo vendió como LMI-CADR. Symbolics no tenía la intención de producir muchos LM-2, ya que se suponía que la familia 3600 de máquinas Lisp se enviaría rápidamente, pero los 3600 se retrasaron repetidamente y Symbolics terminó produciendo ~100 LM-2, cada uno de los cuales se vendió por 70.000 dólares. Ambas empresas desarrollaron productos de segunda generación basados en CADR: Symbolics 3600 y LMI-LAMBDA (de los cuales LMI logró vender ~200). El 3600, que se envió con un año de retraso, amplió el CADR al ampliar la palabra de la máquina a 36 bits, expandir el espacio de direcciones a 28 bits [5] y agregar hardware para acelerar ciertas funciones comunes que se implementaron en microcódigo en el CADR. El LMI-LAMBDA, que salió un año después del 3600, en 1983, era compatible con CADR (podía ejecutar microcódigo CADR), pero existían diferencias de hardware. Texas Instruments (TI) se unió a la lucha cuando obtuvo la licencia del diseño LMI-LAMBDA y produjo su propia variante, el TI Explorer . Algunos de los LMI-LAMBDA y TI Explorer eran sistemas duales con un procesador Lisp y Unix . TI también desarrolló una versión con microprocesador de 32 bits de su CPU Lisp para TI Explorer. Este chip Lisp también se utilizó para MicroExplorer, una placa NuBus para Apple Macintosh II (NuBus se desarrolló inicialmente en el MIT para su uso en máquinas Lisp).
Symbolics continuó desarrollando la familia 3600 y su sistema operativo, Genera , y produjo Ivory, una implementación VLSI de la arquitectura Symbolics. A partir de 1987 se desarrollaron varias máquinas basadas en el procesador Ivory: placas para Suns y Mac, estaciones de trabajo independientes e incluso sistemas integrados (I-Machine Custom LSI, dirección de 32 bits, Symbolics XL-400, UX-400, MacIvory II ; en 1989 las plataformas disponibles eran Symbolics XL-1200, MacIvory III, UX-1200, Zora, NXP1000 "pizza box"). Texas Instruments redujo el Explorer a silicio como MicroExplorer, que se ofreció como tarjeta para Apple Mac II . LMI abandonó la arquitectura CADR y desarrolló su propia K-Machine, [6] pero LMI quebró antes de que la máquina pudiera salir al mercado. Antes de su desaparición, LMI estaba trabajando en un sistema distribuido para LAMBDA utilizando el espacio Moby. [7]
Estas máquinas tenían soporte de hardware para varias operaciones Lisp primitivas (pruebas de tipos de datos, codificación CDR ) y también soporte de hardware para recolección incremental de basura . Ejecutaron grandes programas Lisp de manera muy eficiente. La máquina Symbolics era competitiva frente a muchas superminicomputadoras comerciales , pero nunca se adaptó para fines convencionales. Las máquinas Symbolics Lisp también se vendieron a algunos mercados no relacionados con la inteligencia artificial, como gráficos por computadora , modelado y animación.
Las máquinas Lisp derivadas del MIT ejecutaban un dialecto Lisp llamado Lisp Machine Lisp , descendiente del Maclisp del MIT . Los sistemas operativos se escribieron desde cero en Lisp, a menudo utilizando extensiones orientadas a objetos. Posteriormente, estas máquinas Lisp también admitieron varias versiones de Common Lisp (con Flavours , New Flavours y Common Lisp Object System (CLOS)).
Bolt, Beranek y Newman (BBN) desarrollaron su propia máquina Lisp, llamada Jericho, [8] que ejecutaba una versión de Interlisp . Nunca se comercializó. Frustrados, todo el grupo de IA renunció y fueron contratados principalmente por Xerox. Entonces, el Centro de Investigación Xerox Palo Alto , simultáneamente con el propio desarrollo de Greenblatt en el MIT, desarrolló sus propias máquinas Lisp que fueron diseñadas para ejecutar InterLisp (y más tarde Common Lisp ). Se utilizó el mismo hardware con software diferente, también como máquinas Smalltalk y como sistema de oficina Xerox Star . Estos incluyeron la Xerox 1100, Dolphin (1979); la Xerox 1132, Dorada ; la Xerox 1108, Diente de león (1981); la Xerox 1109, Dandetiger ; y la Xerox 1186/6085 , Daybreak . [9] El sistema operativo de las máquinas Xerox Lisp también ha sido portado a una máquina virtual y está disponible para varias plataformas como un producto llamado Medley . La máquina Xerox era bien conocida por su entorno de desarrollo avanzado (InterLisp-D), el administrador de ventanas ROOMS, por su temprana interfaz gráfica de usuario y por aplicaciones novedosas como NoteCards (una de las primeras aplicaciones de hipertexto ).
Xerox también trabajó en una máquina Lisp basada en computación con conjunto de instrucciones reducido (RISC), utilizando el 'procesador Xerox Common Lisp' y planeó lanzarlo al mercado en 1987, [10] lo cual no ocurrió.
A mediados de la década de 1980, Integrated Inference Machines (IIM) construyó prototipos de máquinas Lisp llamadas Inferstar. [11]
En 1984-85, una empresa del Reino Unido, Racal-Norsk, una subsidiaria conjunta de Racal y Norsk Data , intentó reutilizar el supermini ND-500 de Norsk Data como una máquina Lisp microcodificada, ejecutando software CADR: el Sistema de Procesamiento del Conocimiento (KPS). [12]
Hubo varios intentos por parte de los fabricantes japoneses de ingresar al mercado de máquinas Lisp: el coprocesador de mainframe Fujitsu Facom-alpha [13] , Elis de NTT, [14] [15] el procesador AI (AIP) de Toshiba [16] y LIME de NEC. [17] Varios esfuerzos de investigación universitaria produjeron prototipos funcionales, entre ellos se encuentran el TAKITAC-7 de la Universidad de Kobe, [18] el FLATS de RIKEN, [19] y el EVLIS de la Universidad de Osaka. [20]
En Francia surgieron dos proyectos de Lisp Machine: M3L [21] en la Universidad Paul Sabatier de Toulouse y posteriormente MAIA. [22]
En Alemania, Siemens diseñó el coprocesador Lisp COLIBRI basado en RISC. [23] [24] [25] [26]
Con el inicio del invierno de la IA y los inicios de la revolución de las microcomputadoras , que arrasaría con los fabricantes de minicomputadoras y estaciones de trabajo, las PC de escritorio más baratas pronto podrían ejecutar programas Lisp incluso más rápido que las máquinas Lisp, sin utilizar hardware de propósito especial. Eliminado su negocio de hardware de alto margen de beneficio, la mayoría de los fabricantes de máquinas Lisp habían cerrado a principios de los años 90, dejando sólo empresas basadas en software como Lucid Inc. o fabricantes de hardware que habían cambiado a software y servicios para evitar el colapso. En enero de 2015 [update], además de Xerox y TI, Symbolics es la única empresa de máquinas Lisp que sigue en funcionamiento y vende el entorno de software de máquina Open Genera Lisp y el sistema de álgebra informática Macsyma . [27] [28]
Se han realizado varios intentos de escribir emuladores de código abierto para varias máquinas Lisp: Emulación CADR, [29] Emulación de máquina Symbolics L Lisp, [30] Proyecto E3 (Emulación TI Explorer II), [31] Meroko (TI Explorer I) , [32] y Nunca más (TI Explorer I). [33] El 3 de octubre de 2005, el MIT publicó el código fuente de CADR Lisp Machine como código abierto. [34]
En septiembre de 2014, Alexander Burger, desarrollador de PicoLisp , anunció PilMCU, una implementación de PicoLisp en hardware. [35]
El archivo de documentos PDF de Bitsavers [36] tiene versiones en PDF de la extensa documentación de las máquinas Symbolics Lisp, [37] las máquinas TI Explorer [38] y MicroExplorer [39] y las máquinas Xerox Interlisp-D Lisp. [40]
Los dominios que utilizaban las máquinas Lisp se encontraban principalmente en el amplio campo de las aplicaciones de inteligencia artificial, pero también en gráficos por ordenador, procesamiento de imágenes médicas y muchos otros.
Los principales sistemas expertos comerciales de los años 80 estaban disponibles: Knowledge Engineering Environment (KEE) de Intellicorp , Knowledge Craft, de The Carnegie Group Inc., y ART (Automated Reasoning Tool) de Inference Corporation. [41]
Inicialmente, las máquinas Lisp fueron diseñadas como estaciones de trabajo personales para el desarrollo de software en Lisp. Eran utilizados por una sola persona y no ofrecían modo multiusuario. Las máquinas proporcionaban una gran pantalla de mapa de bits en blanco y negro, teclado y ratón, adaptador de red, discos duros locales, más de 1 MB de RAM, interfaces serie y un bus local para tarjetas de extensión. Las tarjetas gráficas en color, las unidades de cinta y las impresoras láser eran opcionales.
El procesador no ejecutaba Lisp directamente, sino que era una máquina apilada con instrucciones optimizadas para Lisp compilado. Las primeras máquinas Lisp utilizaban microcódigo para proporcionar el conjunto de instrucciones. Para varias operaciones, la verificación y el envío de tipos se realizaron en hardware en tiempo de ejecución. Por ejemplo, solo se podría utilizar una operación de suma con varios tipos numéricos (números enteros, flotantes, racionales y complejos). El resultado fue una representación compilada muy compacta del código Lisp.
El siguiente ejemplo utiliza una función que cuenta el número de elementos de una lista para los cuales devuelve un predicado true.
( defun ejemplo-count ( lista de predicados ) ( let (( count 0 )) ( dolist ( i list count ) ( cuando ( funcall predicate i ) ( incf count ))))) El código de máquina desensamblado para la función anterior (para el microprocesador Ivory de Symbolics):
Comando: ( desmontar ( compilar #'ejemplo-recuento)) 0 ENTRADA: 2 REQUERIDO , 0 OPCIONAL ;Creando PREDICADO y LISTA 2 PUSH 0 ;Creando CUENTA 3 PUSH FP | 3 ;LISTA 4 PUSH NIL ;Creando I 5 SUCURSAL 15 6 SET - TO - CDR - PUSH - CAR FP | 5 7 CONFIGURAR - SP - A - DIRECCIÓN - GUARDAR - TOS SP |- 1 10 INICIAR - LLAMADA FP | 2 ;PREDICADO 11 EMPUJAR FP | 6 ;I 12 FINALIZAR - LLAMADA - 1 - VALOR 13 RAMIFICACIÓN - FALSO 15 14 INCREMENTAR FP | 4 ;CUENTA 15 ENDP FP | 5 16 SUCURSAL - FALSO 6 17 CONFIGURAR - SP - A - DIRECCIÓN SP |- 2 20 RETORNO - ÚNICO - PILA El sistema operativo utilizaba memoria virtual para proporcionar un gran espacio de direcciones. La gestión de la memoria se realizó con la recolección de basura. Todo el código compartía un único espacio de direcciones . Todos los objetos de datos se almacenaron con una etiqueta en la memoria, de modo que el tipo pudiera determinarse en tiempo de ejecución. Se admitieron múltiples subprocesos de ejecución y se denominaron procesos . Todos los procesos se ejecutaron en un único espacio de direcciones.
Todo el software del sistema operativo fue escrito en Lisp. Xerox utilizó Interlisp. Symbolics, LMI y TI utilizaron Lisp Machine Lisp (descendiente de MacLisp). Con la aparición de Common Lisp, Common Lisp fue compatible con las máquinas Lisp y parte del software del sistema se transfirió a Common Lisp o se escribió posteriormente en Common Lisp.
Algunas máquinas Lisp posteriores (como la TI MicroExplorer, la Symbolics MacIvory o la Symbolics UX400/1200) ya no eran estaciones de trabajo completas, sino placas diseñadas para integrarse en computadoras host: Apple Macintosh II y Sun-3 o Sun-4 .
Algunas máquinas Lisp, como la Symbolics XL1200, tenían amplias capacidades gráficas utilizando placas gráficas especiales. Estas máquinas se utilizaron en ámbitos como el procesamiento de imágenes médicas, la animación 3D y el CAD.
La Xerox 1186, apodada Daybreak, ofrece varias funciones potentes y únicas a un costo relativamente bajo. [...] La 1186 se parece mucho a una máquina anterior de Xerox: la 1108 o Dandelion.
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