Computadoras Manchester

Las computadoras de Manchester fueron una serie innovadora de computadoras electrónicas de programa almacenado desarrolladas durante el período de 30 años comprendido entre 1947 y 1977 por un pequeño equipo de la Universidad de Manchester , bajo el liderazgo de Tom Kilburn . ^{[ 1 ]} Incluían la primera computadora de 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 (TRC) estándar; y construir una máquina que pudiera usarse para investigar cómo las computadoras podrían ayudar en la solución de problemas matemáticos. ^{[ 6 ]} La primera de la serie, la Manchester Baby , ejecutó su primer programa el 21 de junio de 1948. ^{[ 2 ]} Como la primera computadora con programa almacenado del mundo, la Baby, y la Manchester Mark 1 desarrollada a partir de ella, atrajeron rápidamente 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 utilizó muchas de las ideas desarrolladas en la universidad, particularmente en el diseño de su serie de computadoras 2900 durante la década de 1970. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

El Manchester Baby fue diseñado como banco de pruebas para el tubo Williams , una forma temprana de memoria de computadora, en lugar de 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 consistía en 17 instrucciones escritas para encontrar el factor propio más alto de ^2¹⁸ (262.144) probando cada entero desde ^2¹⁸ − 1 hacia abajo. El programa se ejecutó durante 52  minutos antes de producir la respuesta correcta de ^2¹⁷ (131.072). ^{[ 11 ]}

El Baby tenía 5,2 m (17 pies ) de largo, 2,24 m ( 7 pies 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 fue reportado en una carta a la revista Nature publicada en septiembre de 1948, ^{[ 13 ]} estableciéndola como la primera computadora de programa almacenado del mundo. ^{[ 14 ]} Rápidamente evolucionó a 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 británico, Ben Lockspeiser, presenció 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, estuvo operativa en abril de 1949. ^{[ 15 ]} La máquina de Especificación Final, que estaba completamente operativa en octubre de 1949, ^{[ 16 ]} contenía 4050 válvulas y tenía un consumo de energía de 25  kilovatios. ^{[ 17 ]} Quizás la innovación más significativa del Manchester Mark 1 fue la incorporación de registros de índice , comunes 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 la Mark 1, los desarrolladores concluyeron que las computadoras se usarían más en funciones científicas que en matemáticas puras. Por lo 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 conoció como Meg, o máquina megaciclo. Era más pequeña y simple que la Mark 1, además de más rápida en la resolución de problemas matemáticos. Ferranti produjo una versión comercial comercializada como Ferranti Mercury , en la que los tubos Williams fueron reemplazados por la memoria de núcleos , más confiable . ^{[ 20 ]}

El trabajo para construir una computadora más pequeña y económica comenzó en 1952, en paralelo al desarrollo continuo de Meg. Dos miembros del equipo de Kilburn, Richard Grimsdale y DC Webb, fueron asignados a la tarea de diseñar y construir una máquina que utilizara los transistores recientemente desarrollados en lugar de válvulas, que se conoció como la Manchester TC. ^{[ 21 ]} Inicialmente, los únicos dispositivos disponibles eran transistores de germanio de contacto puntual ; estos eran menos fiables que las válvulas a las que reemplazaban, 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 Manchester TC utilizaba válvulas para generar sus formas de onda de reloj de 125 kHz y en el circuito para leer y escribir en su memoria de tambor magnético , por lo que no fue la primera computadora completamente transistorizada, distinción que le correspondió a la Harwell CADET de 1955. ^{[ 26 ]} 

Los problemas con la fiabilidad de los primeros lotes de transistores hicieron que el tiempo medio entre fallos del Manchester TC fuera de unos 90 minutos, lo que mejoró una vez que se dispuso de transistores de unión más fiables. ^{[ 27 ]} El diseño del Transistor Computer fue adoptado por la empresa de ingeniería local Metropolitan-Vickers en su Metrovick 950 , en el que se modificó todo el circuito para utilizar transistores de unión. Se construyeron seis Metrovick 950, el primero de los cuales se completó 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, 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 aceptó colaborar con la Universidad de Manchester en el proyecto, y poco después el ordenador pasó a llamarse Atlas, quedando la empresa conjunta bajo el control de Tom Kilburn. El primer Atlas se puso en marcha oficialmente 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} decía que cada vez que Atlas se desconectaba, se perdía la mitad de la capacidad informática del Reino Unido. ^{[ 30 ]} Sus instrucciones más rápidas tardaban 1,59 microsegundos en ejecutarse, y el uso de almacenamiento virtual y paginación permitía a cada usuario concurrente disponer de hasta un millón de palabras de espacio de almacenamiento. Atlas fue pionero en muchos conceptos de hardware y software que aún se utilizan hoy en día, incluido el 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 Laboratorio de Computación Atlas 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 el Laboratorio de Computación de Cambridge . ^{[ 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 Chilton se conservan en los Museos Nacionales de Escocia en Edimburgo.

En junio de 2022, un hito del IEEE fue dedicado a "La computadora Atlas y la invención de la memoria virtual 1957–1962". ^{[ 34 ]}

La Manchester MU5 fue la sucesora de Atlas. En la Conferencia IFIP de Edimburgo de 1968 se presentó una propuesta preliminar para la sucesora de Atlas, ^{[ 35 ]} aunque el trabajo en el proyecto y las conversaciones con ICT (de la que Ferranti formaba parte) para obtener su asistencia y apoyo habían comenzado en 1966. La nueva máquina, que más tarde se conocería como MU5, estaba destinada a ser la más avanzada de su gama y a 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 12,5 millones de libras esterlinas en 2024 ) ^{[ a ]} para desarrollar la máquina, e ICT , que más tarde se convertiría en ICL , puso sus instalaciones de producción a disposición de la Universidad. Ese año, un grupo de 20 personas participó en el diseño: 11 empleados del Departamento de Ciencias de la Computación, 5 empleados de ICT cedidos y 4 empleados con apoyo del SRC. El número máximo de empleados se alcanzó en 1971, cuando la plantilla, incluyendo a los estudiantes de investigación, ascendió a 60. ^{[ 36 ]} 

Las características novedosas más significativas del procesador MU5 fueron su conjunto de instrucciones y el uso de memoria asociativa para acelerar el acceso a operandos e instrucciones, lo cual resultó muy beneficioso, ya que el tiempo de ciclo básico del procesador era cinco veces más rápido que el acceso a la memoria principal. El conjunto de instrucciones se diseñó para permitir la generación de código objeto eficiente por parte de los compiladores, para posibilitar una organización en pipeline del procesador y para proporcionar información al hardware sobre la naturaleza de los operandos, de modo que estos pudieran almacenarse en búfer de forma óptima. Así, las variables con nombre se almacenaban en búfer por separado de los elementos de la matriz, a los que se accedía mediante descriptores con nombre. Cada descriptor incluía una longitud de matriz que podía utilizarse en instrucciones de procesamiento de cadenas o para permitir que el hardware realizara comprobaciones de límites de la matriz. El mecanismo de precarga de instrucciones utilizaba un rastro de salto asociativo para predecir el resultado de las bifurcaciones inminentes. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

El sistema operativo MUSS ^{[ 39 ] [ 40 ]} del MU5 fue diseñado para ser altamente adaptable y se adaptó a diversos 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 por un Exchange de alta velocidad. ^{[ 41 ] [ 42 ]} Los tres procesadores ejecutaban una versión de MUSS. MUSS también incluía compiladores para varios lenguajes y paquetes de tiempo de ejecución para dar soporte al 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 estuvo 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, debía mucho al diseño de MU5. ^{[ 43 ]} MU5 permaneció en funcionamiento en la Universidad hasta 1982. ^{[ 44 ]} Se puede encontrar un artículo más completo sobre MU5 en la Wiki de Historia de la Ingeniería y la Tecnología. ^{[ 45 ]}

Una vez que MU5 estuvo completamente operativo, se inició un nuevo proyecto para producir su sucesor, MU6. MU6 estaba diseñado para ser una gama de procesadores: MU6P, ^{[ 46 ]} una arquitectura de microprocesador avanzada destinada a ser utilizada como computadora personal, MU6-G, ^{[ 47 ]} una máquina de alto rendimiento para aplicaciones generales o científicas y MU6V, ^{[ 48 ]} un sistema de procesamiento vectorial paralelo. Se construyó y probó un prototipo de MU6V, basado en microprocesadores 68000 con órdenes vectoriales emuladas como "extracódigos", 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 multinúcleo masivamente paralela diseñada por Steve Furber en el Grupo de Investigación de Tecnologías Avanzadas de Procesamiento (APT) de la Universidad de Manchester. ^{[ 49 ]} Construida en 2019, está compuesta por 57.600 procesadores ARM9 (específicamente ARM968), cada uno con 18 núcleos y 128 MB de SDRAM DDR móvil , lo que suma un total de 1.036.800 núcleos y más de 7 TB de RAM. ^{[ 50 ]} La plataforma de computación se basa en redes neuronales de impulsos , útiles para simular el cerebro humano (véase Proyecto Cerebro Humano ). ^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}