Marque de Manchester 1 - Manchester Mark 1

Manchester Mark 1
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Le Manchester Mark 1 a été l'un des premiers ordinateurs au monde à programme enregistré
Famille de produits ordinateurs de Manchester
Prédécesseur Bébé Manchester
Successeur Ferranti Mark 1

Le Manchester Mark 1 était l'un des premiers ordinateurs à programme stocké , développé à l' Université Victoria de Manchester à partir du Manchester Baby (opérationnel en juin 1948). Les travaux ont commencé en août 1948 et la première version était opérationnelle en avril 1949; un programme écrit pour rechercher les nombres premiers de Mersenne a fonctionné sans erreur pendant neuf heures dans la nuit du 16 au 17 juin 1949.

Le fonctionnement réussi de la machine a été largement rapporté dans la presse britannique, qui a utilisé l'expression « cerveau électronique » pour la décrire à leurs lecteurs. Cette description a provoqué une réaction du chef du département de neurochirurgie de l'Université de Manchester, le début d'un long débat sur la question de savoir si un ordinateur électronique pourrait jamais être vraiment créatif.

Le Mark 1 devait fournir une ressource informatique au sein de l'université, pour permettre aux chercheurs d'acquérir une expérience dans l'utilisation pratique des ordinateurs, mais il est aussi très vite devenu un prototype sur lequel pourrait s'appuyer la conception de la version commerciale de Ferranti . Le développement a cessé à la fin de 1949 et la machine a été mise au rebut vers la fin de 1950, remplacée en février 1951 par un Ferranti Mark 1 , le premier ordinateur électronique polyvalent disponible dans le monde.

L'ordinateur est particulièrement important sur le plan historique en raison de son inclusion pionnière de registres d'index , une innovation qui facilitait la lecture séquentielle d'un programme à travers un tableau de mots en mémoire. Trente-quatre brevets ont résulté du développement de la machine, et de nombreuses idées sous-jacentes à sa conception ont été incorporées dans des produits commerciaux ultérieurs tels que les IBM 701 et 702 ainsi que le Ferranti Mark 1. Les concepteurs en chef, Frederic C. Williams et Tom Kilburn , ont conclu de leurs expériences avec le Mark 1 que les ordinateurs seraient davantage utilisés dans des rôles scientifiques que dans les mathématiques pures. En 1951, ils ont commencé le travail de développement sur Meg , le successeur du Mark 1, qui comprendrait une unité à virgule flottante .

On l'appelait aussi Manchester Automatic Digital Machine , ou MADM .

Arrière-plan

En 1936, le mathématicien Alan Turing publia une définition d'une "machine informatique universelle" théorique, un ordinateur qui conservait son programme sur bande, ainsi que les données sur lesquelles il travaillait. Turing a prouvé qu'une telle machine était capable de résoudre n'importe quel problème mathématique imaginable pour lequel un algorithme pouvait être écrit. Au cours des années 1940, Turing et d'autres tels que Konrad Zuse ont développé l'idée d'utiliser la propre mémoire de l'ordinateur pour stocker à la fois le programme et les données, au lieu de la bande, mais c'est le mathématicien John von Neumann qui est devenu largement crédité pour définir cet ordinateur à programme stocké. architecture , sur laquelle le Manchester Mark 1 était basé.

La construction pratique d'un ordinateur von Neumann dépendait de la disponibilité d'un dispositif de mémoire approprié. L' Université de Manchester de » bébé , premier ordinateur électronique de programme stocké dans le monde, a démontré avec succès la faisabilité de l'approche-programme stocké et du tube de Williams , une forme précoce de la mémoire de l' ordinateur basé sur une norme tube à rayons cathodiques (CRT) , en exécutant son premier programme le 21 juin 1948. Les premiers ordinateurs électroniques étaient généralement programmés en étant recâblés, ou via des prises et des panneaux de brassage ; il n'y avait pas de programme séparé stocké en mémoire, comme dans un ordinateur moderne. Cela peut prendre plusieurs jours pour reprogrammer ENIAC , par exemple. Ordinateurs programme stockés ont également été mis au point par d' autres chercheurs, notamment le National Physical Laboratory « s pilote ACE , Cambridge University » s EDSAC , et l' armée américaine de EDVAC . Le Baby et le Mark 1 différaient principalement par leur utilisation de tubes Williams comme dispositifs de mémoire, au lieu de lignes à retard au mercure .

À partir d'août 1948 environ, le Baby a été développé de manière intensive en tant que prototype du Manchester Mark 1, initialement dans le but de fournir à l'université une installation informatique plus réaliste. En octobre 1948, le scientifique en chef du gouvernement britannique Ben Lockspeiser a assisté à une démonstration du prototype Mark 1 lors d'une visite à l'Université de Manchester. Lockspeiser a été tellement impressionné par ce qu'il a vu qu'il a immédiatement lancé un contrat gouvernemental avec la société locale de Ferranti pour fabriquer une version commerciale de la machine, la Ferranti Mark 1. Dans sa lettre à la société, datée du 26 octobre 1948, Lockspeiser a autorisé la société à "procéder aux lignes que nous avons discutées, à savoir, construire une machine à calculer électronique selon les instructions du professeur FC Williams". À partir de ce moment-là, le développement de la Mark 1 avait pour objectif supplémentaire de fournir à Ferranti une conception sur laquelle baser leur machine commerciale. Le contrat du gouvernement avec Ferranti a duré cinq ans à partir de novembre 1948 et impliquait environ 35 000 £ par an (équivalent à 1,14 million de livres sterling par an en 2019).

Développement et conception

Schéma fonctionnel montrant les tubes Williams en vert. Le tube C contient l'instruction courante et son adresse ; A est l'accumulateur ; M est utilisé pour contenir le multiplicande et le multiplicateur pour une opération de multiplication ; et B contient les registres d'index, utilisés pour modifier les instructions.

Le Baby avait été conçu par l'équipe de Frederic C. Williams , Tom Kilburn et Geoff Tootill . Pour développer le Mark 1, ils ont été rejoints par deux étudiants-chercheurs, D. B. G. Edwards et GE Thomas ; les travaux ont commencé sérieusement en août 1948. Le projet avait bientôt le double objectif de fournir à Ferranti une conception de travail sur laquelle ils pourraient baser une machine commerciale, le Ferranti Mark 1, et de construire un ordinateur qui permettrait aux chercheurs d'acquérir une expérience de la façon dont une telle machine pourrait être utilisée dans la pratique. La première des deux versions du Manchester Mark 1 - connue sous le nom de version intermédiaire - était opérationnelle en avril 1949. Cependant, cette première version manquait de fonctionnalités telles que les instructions nécessaires pour transférer par programme des données entre le magasin principal et son support magnétique nouvellement développé. magasin, ce qui a dû être fait en arrêtant la machine et en lançant manuellement le transfert. Ces caractéristiques manquantes ont été incorporées dans la version des spécifications finales, qui fonctionnait pleinement en octobre 1949. La machine contenait 4 050 soupapes et avait une consommation électrique de 25 kilowatts . Pour augmenter la fiabilité, des tubes cathodiques spécialement conçus par GEC ont été utilisés dans la machine à la place des appareils standard utilisés dans le Baby.

La longueur du mot de 32 bits du bébé a été augmentée à 40 bits . Chaque mot peut contenir soit un nombre de 40 bits, soit deux instructions de programme de 20 bits. Le magasin principal se composait initialement de deux tubes Williams à double densité, chacun contenant deux tableaux de mots de 32 x 40 bits  – appelés pages  – soutenus par un tambour magnétique capable de stocker 32 pages supplémentaires. La capacité a été augmentée dans la version de spécification finale à huit pages de magasin principal sur quatre tubes Williams et 128 pages de tambour magnétique de magasin de support. Le tambour de 12 pouces (300 mm) de diamètre, initialement connu sous le nom de roue magnétique, contenait une série de pistes magnétiques parallèles autour de sa surface, chacune avec sa propre tête de lecture/écriture. Chaque piste contenait 2 560 bits, correspondant à deux pages (2 × 32 × 40 bits). Une révolution du tambour a pris 30  millisecondes , pendant laquelle les deux pages ont pu être transférées vers la mémoire principale du tube cathodique , bien que le temps de transfert réel des données dépende de la latence, le temps qu'il a fallu pour qu'une page arrive sous la tête de lecture/écriture. Écrire des pages sur le tambour prenait environ deux fois plus de temps que lire. La vitesse de rotation du tambour était synchronisée avec l' horloge du processeur central principal , ce qui permettait d'ajouter des tambours supplémentaires. Les données étaient enregistrées sur le tambour à l'aide d'une technique de modulation de phase encore connue aujourd'hui sous le nom de codage Manchester .

Le jeu d' instructions de la machine a été augmenté de 7 du Baby à 26 initialement, y compris la multiplication effectuée dans le matériel. Cela est passé à 30 instructions dans la version de la spécification finale. Dix bits de chaque mot ont été alloués pour contenir le code d'instruction . Le temps d'instruction standard était de 1,8 milliseconde, mais la multiplication était beaucoup plus lente, selon la taille de l' opérande .

L'innovation la plus importante de la machine est généralement considérée comme son incorporation de registres d'index , monnaie courante sur les ordinateurs modernes. Le Baby comportait deux registres, implémentés comme des tubes Williams : l' accumulateur (A) et le compteur de programme (C). Comme A et C avaient déjà été attribués, le tube contenant les deux registres d'index, à l'origine connus sous le nom de lignes B, a reçu le nom B. Le contenu des registres pouvait être utilisé pour modifier les instructions du programme, permettant une itération pratique à travers un tableau de numéros enregistrés en mémoire. Le Mark 1 avait également un quatrième tube, (M), pour contenir le multiplicande et le multiplicateur pour une opération de multiplication.

Programmation

Section de bande perforée montrant comment un mot de 40 bits a été codé en huit caractères de 5 bits.

Sur les 20 bits alloués à chaque instruction de programme, 10 ont été utilisés pour contenir le code d'instruction , ce qui a permis de 1024 (2 10 ) instructions différentes. La machine en comptait 26 au départ, passant à 30 lorsque les codes de fonction pour contrôler par programme le transfert de données entre le tambour magnétique et le magasin principal du tube cathodique (CRT) ont été ajoutés. Sur la version intermédiaire, les programmes étaient entrés par des interrupteurs à clé, et la sortie était affichée sous la forme d'une série de points et de tirets sur un tube à rayons cathodiques connu sous le nom de périphérique de sortie, tout comme sur le Baby à partir duquel le Mark 1 avait été développé. Cependant, la machine de spécification finale, achevée en octobre 1949, a bénéficié de l'ajout d'un téléimprimeur avec un lecteur de bande papier à cinq trous et un poinçon .

Le mathématicien Alan Turing , qui avait été nommé au poste nominal de directeur adjoint du laboratoire de machines informatiques de l'Université de Manchester en septembre 1948, a conçu un schéma de codage en base 32 basé sur le code téléimprimeur standard ITA2 à 5 bits, qui permettait aux programmes et données à écrire et à lire sur une bande de papier. Le système ITA2 mappe chacune des 32 valeurs binaires possibles pouvant être représentées sur 5 bits (2 5 ) à un seul caractère. Ainsi "10010" représente "D", "10001" représente "Z", et ainsi de suite. Turing n'a modifié que quelques-uns des codages standard ; par exemple, 00000 et 01000, qui signifient "aucun effet" et "saut de ligne" dans le code du téléimprimeur, étaient représentés respectivement par les caractères "/" et "@". Le zéro binaire, représenté par la barre oblique, était le caractère le plus courant dans les programmes et les données, conduisant à des séquences écrites sous la forme "///////////////". Un des premiers utilisateurs a suggéré que le choix de Turing d'une barre oblique était un choix inconscient de sa part, une représentation de la pluie vue à travers une fenêtre sale, reflétant le temps "célèbrement maussade" de Manchester.

Comme le Mark 1 avait une longueur de mot de 40 bits, huit caractères de téléimprimeur de 5 bits étaient nécessaires pour coder chaque mot. Ainsi par exemple le mot binaire :

10001 10010 10100 01001 10001 11001 01010 10110

serait représenté sur une bande de papier comme ZDSLZWRF. Le contenu de n'importe quel mot en magasin peut également être défini via le clavier du téléimprimeur et imprimé sur son imprimante. La machine fonctionnait en interne en binaire, mais elle était capable d'effectuer les conversions nécessaires de décimal en binaire et de binaire en décimal pour son entrée et sa sortie respectivement.

Il n'y avait pas de langage assembleur défini pour le Mark 1. Les programmes devaient être écrits et soumis sous forme binaire, codés en huit caractères de 5 bits pour chaque mot de 40 bits ; les programmeurs ont été encouragés à mémoriser le schéma de codage ITA2 modifié pour faciliter leur travail. Les données ont été lues et écrites à partir du perforateur de papier sous le contrôle du programme. Le Mark 1 n'avait pas de système d' interruptions matérielles ; le programme a continué après qu'une opération de lecture ou d'écriture ait été initiée jusqu'à ce qu'une autre instruction d'entrée/sortie soit rencontrée, moment auquel la machine a attendu que la première se termine.

Le Mark 1 n'avait pas de système d'exploitation ; son seul logiciel système consistait en quelques routines de base pour l'entrée et la sortie. Comme dans le Baby à partir duquel il a été développé, et contrairement à la convention mathématique établie, le stockage de la machine a été organisé avec les chiffres les moins significatifs vers la gauche ; ainsi un un a été représenté en cinq bits comme "10000", plutôt que le plus conventionnel "00001". Les nombres négatifs étaient représentés en utilisant le complément à deux , comme la plupart des ordinateurs le font encore aujourd'hui. Dans cette représentation, la valeur du bit de poids fort désigne le signe d'un nombre ; les nombres positifs ont un zéro dans cette position et les nombres négatifs un un. Ainsi, la plage de nombres pouvant être contenus dans chaque mot de 40 bits était de −2 39 à +2 39  − 1 (décimal : -549 755 813 888 à +549 755 813,887).

Premiers programmes

Le premier programme réaliste exécuté sur le Mark 1 fut une recherche de nombres premiers de Mersenne , début avril 1949, qui se déroula sans erreur pendant neuf heures dans la nuit du 16 au 17 juin 1949.

L'algorithme a été spécifié par Max Newman , chef du département de mathématiques de l' Université de Manchester , et le programme a été écrit par Kilburn et Tootill. Alan Turing a écrit plus tard une version optimisée du programme, baptisée Mersenne Express.

Le Manchester Mark 1 a continué à faire des travaux mathématiques utiles jusqu'en 1950, y compris une enquête sur l' hypothèse de Riemann et des calculs en optique .

Développements ultérieurs

Tootill a été temporairement transféré de l'Université de Manchester à Ferranti en août 1949, pour continuer à travailler sur la conception du Ferranti Mark 1, et a passé quatre mois à travailler avec l'entreprise. Le Manchester Mark 1 a été démonté et mis au rebut en août 1950, remplacé quelques mois plus tard par le premier Ferranti Mark 1, le premier ordinateur polyvalent disponible dans le monde.

Entre 1946 et 1949, la taille moyenne de l'équipe de conception travaillant sur le Mark 1 et son prédécesseur, le Baby, était d'environ quatre personnes. Pendant ce temps, 34 brevets ont été déposés sur la base des travaux de l'équipe, soit par le ministère de l'Approvisionnement, soit par son successeur, la National Research Development Corporation . En juillet 1949, IBM a invité Williams aux États-Unis pour un voyage tous frais payés pour discuter de la conception du Mark 1. La société a ensuite autorisé plusieurs des idées brevetées développées pour la machine, y compris le tube Williams, dans la conception de ses propres ordinateurs 701 et 702 . L'héritage de conception le plus important du Manchester Mark 1 était peut-être son incorporation de registres d'index, dont le brevet a été déposé aux noms de Williams, Kilburn, Tootill et Newman.

Kilburn et Williams ont conclu que les ordinateurs seraient davantage utilisés dans des rôles scientifiques que des mathématiques pures, et ont décidé de développer une nouvelle machine qui inclurait une unité à virgule flottante . Les travaux ont commencé en 1951 et la machine résultante, qui a exécuté son premier programme en mai 1954, était connue sous le nom de Meg, ou la machine à mégacycle. Il était plus petit et plus simple que le Mark 1, et beaucoup plus rapide pour les problèmes de mathématiques. Ferranti a produit une version de Meg avec les tubes Williams remplacés par la mémoire centrale plus fiable , commercialisée sous le nom de Ferranti Mercury .

Impact culturel

Le bon fonctionnement du Manchester Mark 1 et de son prédécesseur, le Baby, a été largement rapporté dans la presse britannique, qui a utilisé l'expression « cerveau électronique » pour décrire les machines. Lord Louis Mountbatten avait déjà introduit ce terme dans un discours prononcé devant la British Institution of Radio Engineers le 31 octobre 1946, dans lequel il spéculait sur la manière dont les ordinateurs primitifs alors disponibles pourraient évoluer. L'excitation entourant le reportage en 1949 de ce qui était le premier ordinateur visiblement moderne a provoqué une réaction inattendue de ses développeurs ; Sir Geoffrey Jefferson , professeur de neurochirurgie à l'Université de Manchester, lorsqu'on lui a demandé de prononcer l' oraison de Lister le 9 juin 1949, a choisi "L'esprit de l'homme mécanique" comme sujet. Son but était de « démystifier » le projet de Manchester. Dans son allocution, il a déclaré :

Ce n'est que lorsqu'une machine peut écrire un sonnet ou composer un concerto à cause des pensées et des émotions ressenties, et non par la chute fortuite des symboles, que nous pourrions convenir que la machine est égale au cerveau - c'est-à-dire non seulement l'écrire mais savoir qu'elle l'a écrit . Aucune machine ne peut ressentir le plaisir de son succès, la douleur lorsque ses valves fusionnent, être réchauffée par la flatterie, être rendue malheureuse par ses erreurs, être charmée par le sexe, être en colère ou malheureuse lorsqu'elle ne peut obtenir ce qu'elle veut.

Le Times a rendu compte du discours de Jefferson le lendemain, ajoutant que Jefferson prévoyait que « le jour ne se lèverait jamais où les gracieuses salles de la Royal Society seraient converties en garages pour abriter ces nouveaux boursiers ». Cela a été interprété comme un affront délibéré à Newman, qui avait obtenu une subvention de la société pour poursuivre le travail de l'équipe de Manchester. En réponse, Newman a écrit un article de suivi pour The Times , dans lequel il affirmait qu'il existait une étroite analogie entre la structure du Mark 1 et le cerveau humain. Son article comprenait une interview avec Turing, qui a ajouté :

Ce n'est qu'un avant-goût de ce qui est à venir, et seulement l'ombre de ce qui va être. Nous devons avoir une certaine expérience avec la machine avant de connaître vraiment ses capacités. Cela peut prendre des années avant que nous nous installions dans les nouvelles possibilités, mais je ne vois pas pourquoi il ne devrait pas entrer dans l'un des domaines normalement couverts par l'intellect humain et finalement rivaliser sur un pied d'égalité.

Voir également

Les références

Remarques

Citations

Bibliographie

  • Lavington, Simon (1980), premiers ordinateurs britanniques , Manchester University Press, ISBN 978-0-7190-0810-8
  • Lavington, Simon (1998), Une histoire des ordinateurs de Manchester (2e éd.), The British Computer Society, ISBN 978-1-902505-01-5
  • Leavitt, David (2007), L'homme qui en savait trop : Alan Turing et l'invention de l'ordinateur , Phoenix, ISBN 978-0-7538-2200-5
  • Lee, JAN (2002), "Quelques grands mythes de l'histoire de l'informatique", dans Brunnstein, Klaus; Berleur, Jacques (eds.), Human Choice and Computers: Issues of Choice and Quality of Life in the Information Society , Springer, ISBN 978-1-4020-7185-0
  • Napper, RBE (2000), "The Manchester Mark 1 Computers", à Rojas, Raúl; Hashagen, Ulf (eds.), The First Computers: History and Architectures , MIT Press, pp. 356-377, ISBN 978-0-262-68137-7

Lectures complémentaires

  • Lavington, Simon H. (juillet-septembre 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

Liens externes