EDSAC

Tan pronto como EDSAC estuvo operativo, comenzó a satisfacer las necesidades de investigación de la universidad. Utilizaba líneas de retardo de mercurio para la memoria y tubos de vacío de potencia reducida para la lógica. El consumo de energía era de 11 kW de electricidad. ^{[ 11 ] [ 12 ]} El tiempo de ciclo era de 1,5 ms para todas las instrucciones ordinarias y de 6 ms para la multiplicación. La entrada se realizaba mediante cinta perforada de cinco agujeros y la salida mediante un teletipo .   

Inicialmente, los registros se limitaban a un acumulador y un multiplicador. En 1953, David Wheeler , de regreso de una estancia en la Universidad de Illinois , diseñó un registro de índice como una extensión del hardware original de EDSAC.

En 1952 se añadió una unidad de cinta magnética, pero nunca funcionó lo suficientemente bien como para ser de utilidad real. ^{[ 12 ]}

Hasta 1952, la memoria principal disponible (instrucciones y datos) era de solo 512 palabras de 18 bits, y no había almacenamiento de respaldo. ^{[ 13 ]} Las líneas de retardo (o "tanques") estaban dispuestas en dos baterías que proporcionaban 512 palabras cada una. La segunda batería entró en funcionamiento en 1952. ^{[ 12 ]}

El almacenamiento completo de la línea de retardo de 1024 palabras no estuvo disponible hasta 1955 o principios de 1956, ^{[ 14 ]} lo que limitó los programas a unas 800 palabras hasta entonces.

John Lindley (estudiante de diplomatura 1958–1959) mencionó "la increíble dificultad que teníamos para producir una sola pieza correcta de cinta de papel con los rudimentarios y poco fiables equipos caseros de perforación, impresión y verificación disponibles a finales de los años 50". ^{[ 15 ]}

La memoria principal del EDSAC constaba de 1024 ubicaciones, aunque inicialmente solo se instalaron 512. Cada una contenía 18  bits, pero el bit superior siempre estaba inactivo debido a problemas de sincronización, por lo que solo  se utilizaban 17 bits. Una instrucción constaba de un código de instrucción de cinco bits, un bit de reserva, un operando de 10 bits (generalmente una dirección de memoria) y un bit de longitud para controlar si la instrucción utilizaba un operando de 17 o 35 bits (dos palabras consecutivas, little-endian ). Todos los códigos de instrucción estaban representados por diseño mediante una letra mnemotécnica, de modo que la instrucción Add , por ejemplo, utilizaba el código de carácter EDSAC para la letra  A.

Internamente, el EDSAC utilizaba números binarios en complemento a dos . Los números tenían una longitud de 17 bits (una palabra) o 35 bits (dos palabras). Curiosamente, el multiplicador estaba diseñado para tratar los números como fracciones de punto fijo en el rango −1 ≤ x < 1, es decir, el punto binario se ubicaba inmediatamente a la derecha del signo. El acumulador podía almacenar 71 bits, incluido el signo, lo que permitía multiplicar dos números largos (de 35 bits) sin perder precisión.   

Las instrucciones disponibles eran:

• Agregar
• Sustraer
• Multiplicar y sumar
• Y suma (llamado "Collate")
• Desplazamiento a la izquierda
• Desplazamiento aritmético a la derecha
• Registro multiplicador de carga
• Almacenar (y opcionalmente borrar) el acumulador
• Ir a condicional
• Leer la cinta de entrada
• Carácter de impresión
• Acumulador redondo
• No funciona
• Detener

No existía una instrucción de división (aunque se proporcionaban varias subrutinas de división) ni una forma de cargar directamente un número en el acumulador (para ello era necesaria una instrucción de "Almacenar y poner a cero el acumulador" seguida de una instrucción de "Sumar"). Tampoco existía una instrucción de salto incondicional ni una instrucción de llamada a procedimiento  ; aún no se habían inventado.

Maurice Wilkes analizó los modos de direccionamiento relativo para el EDSAC en un artículo publicado en 1953. Sus propuestas tenían como objetivo facilitar el uso de subrutinas . ^{[ 16 ]}

Las órdenes iniciales estaban cableadas en un conjunto de interruptores uniselectores y se cargaban en las palabras bajas de la memoria al arrancar. En mayo de 1949, estas órdenes iniciales proporcionaban un ensamblador reubicable primitivo que aprovechaba el diseño mnemónico descrito anteriormente, todo en 31 palabras. Este fue el primer ensamblador del mundo y, posiblemente, el inicio de la industria global del software. Existe una simulación de EDSAC disponible, así como una descripción completa de las órdenes iniciales y los primeros programas. ^{[ 17 ]}

El primer cálculo realizado por EDSAC fue un programa ejecutado el 6  de mayo de 1949 para calcular números cuadrados . ^{[ 18 ]} El programa fue escrito por Beatrice Worsley , quien había viajado desde Canadá para estudiar la máquina. ^{[ 19 ] [ 18 ]}

La máquina fue utilizada por otros miembros de la universidad para resolver problemas reales, y se desarrollaron muchas técnicas iniciales que ahora están incluidas en los sistemas operativos. ^{[ 20 ]}

Los usuarios preparaban sus programas grabándolos (en lenguaje ensamblador) en una cinta de papel. Pronto adquirieron la habilidad de sostener la cinta a contraluz y leer los códigos. Cuando un programa estaba listo, se colgaba en un cable tendido cerca del lector de cintas. Los operarios, presentes durante el día, seleccionaban la siguiente cinta y la cargaban en el EDSAC. Esto se conoce hoy en día como cola de trabajos. Si se imprimía algo, la cinta y la impresión se devolvían al usuario; de lo contrario, se le informaba en qué ubicación de memoria se había detenido. Aunque los depuradores tardarían en aparecer, se podía configurar una pantalla de tubo de rayos catódicos para mostrar el contenido de una sección específica de la memoria. Esto se utilizaba para comprobar, por ejemplo, si un número convergía. Un altavoz estaba conectado al bit de signo del acumulador; los usuarios experimentados reconocían los sonidos de los programas que funcionaban correctamente o incorrectamente, especialmente los que se quedaban bloqueados en un bucle.

Después del horario de oficina, a ciertos "usuarios autorizados" se les permitía operar la máquina por sí mismos, lo que continuaba hasta altas horas de la noche hasta que una válvula explotaba, lo cual solía suceder según uno de esos usuarios. ^{[ 21 ]} Esto es mencionado por Fred Hoyle en su novela La nube negra .

Los primeros programadores tuvieron que recurrir a técnicas que hoy en día están mal vistas, en particular, el uso de código automodificable . Como no existía un registro de índices hasta mucho más tarde, la única forma de acceder a un array era modificar la ubicación de memoria a la que hacía referencia una instrucción concreta.

A David Wheeler , quien obtuvo el primer doctorado en Ciencias de la Computación del mundo trabajando en el proyecto, se le atribuye la invención del concepto de subrutina. Los usuarios escribían programas que llamaban a una rutina saltando al inicio de la subrutina con la dirección de retorno (es decir, la ubicación más uno del salto) en el acumulador (un salto de Wheeler ). Por convención, la subrutina esperaba esto, y lo primero que hacía era modificar su instrucción de salto final a esa dirección de retorno. Se podían llamar subrutinas múltiples y anidadas siempre que el usuario conociera la longitud de cada una para calcular la ubicación a la que saltar; las llamadas recursivas estaban prohibidas. Luego, el usuario copiaba el código de la subrutina de una cinta maestra a su propia cinta después de terminar su programa. (Sin embargo, Alan Turing habló sobre subrutinas en un artículo de 1945 sobre propuestas de diseño para el NPL ACE , llegando incluso a inventar el concepto de pila de direcciones de retorno, que habría permitido la recursión. ^{[ 23 ]} )

La falta de un registro de índice también suponía un problema para el escritor de una subrutina, ya que no podía saber de antemano en qué parte de la memoria se cargaría la subrutina y, por lo tanto, no podía saber cómo direccionar las regiones del código utilizadas para el almacenamiento de datos (las llamadas "pseudoórdenes"). Esto se solucionó mediante el uso de una rutina de entrada inicial, encargada de cargar las subrutinas desde la cinta perforada a la memoria. Al cargar una subrutina, registraba la ubicación de inicio e incrementaba las referencias de memoria internas según fuera necesario. Así, como escribió Wilkes, "el código utilizado para representar órdenes fuera de la máquina difiere del utilizado dentro, y estas diferencias vienen determinadas por los distintos requisitos del programador, por un lado, y de los circuitos de control de la máquina, por otro". ^{[ 24 ]}

Los programadores de EDSAC emplearon técnicas especiales para aprovechar al máximo la memoria limitada disponible. Por ejemplo, al cargar una subrutina desde una cinta perforada a la memoria, podía ocurrir que fuera necesario calcular una constante específica, una constante que no requeriría recálculo posterior. En esta situación, la constante se calculaba en un "interludio". El código necesario para calcular la constante se proporcionaba junto con la subrutina completa. Una vez que la rutina de entrada inicial cargaba el código de cálculo, transfería el control a este código. Tras calcular y escribir la constante en la memoria, el control volvía a la rutina de entrada inicial, que continuaba escribiendo el resto de la subrutina en la memoria, pero ajustando primero su punto de partida para sobrescribir el código que había calculado la constante. Esto permitía realizar ajustes bastante complejos a una subrutina de propósito general sin que su huella final en la memoria fuera mayor que si se hubiera adaptado a una circunstancia específica. ^{[ 25 ]}

Wheeler y Wilkes, junto con Stanley Gill , publicaron en 1951 *The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer* , un libro sobre la programación del EDSAC. Fue el primer libro de texto de programación. ^{[ 26 ]}

El concepto de subrutina dio lugar a la disponibilidad de una biblioteca sustancial de subrutinas. En 1951, había 87 subrutinas disponibles para uso general en las siguientes categorías: aritmética de punto flotante ; operaciones aritméticas con números complejos ; comprobación; división; exponenciación ; rutinas relacionadas con funciones; ecuaciones diferenciales ; funciones especiales; series de potencias ; logaritmos ; miscelánea; impresión y maquetación; cuadratura ; lectura (entrada); raíz enésima ; funciones trigonométricas ; operaciones de conteo (simulando bucles repeat until , bucles while y bucles for ); vectores ; y matrices .

El primer lenguaje ensamblador apareció para el EDSAC e inspiró varios otros lenguajes ensamblador:

En 1952, Sandy Douglas desarrolló OXO , una versión del tres en raya para el EDSAC, con salida gráfica a un tubo de rayos catódicos VCR97 de 6 pulgadas . Este bien pudo haber sido el primer videojuego del mundo . ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Otro videojuego fue creado por Stanley Gill y consistía en un punto (llamado oveja) que se acercaba a una línea en la que se podía abrir una de dos puertas. ^{[ 34 ]} El juego de Stanley Gill se controlaba mediante el haz de luz del lector de cinta de papel del EDSAC. ^{[ 34 ]} Interrumpirlo (por ejemplo, colocando la mano en él) abría la puerta superior. ^{[ 34 ]} Dejar el haz sin interrumpirlo resultaba en la apertura de la puerta inferior. ^{[ 34 ]}