マンチェスターコンピューター

マンチェスターコンピュータは、トム・キルバーンのリーダーシップの下、マンチェスター大学の小さなチームによって1947年から1977年までの30年間に開発された革新的なプログラム内蔵型電子コンピュータシリーズである。[ 1 ]これらには、世界初のプログラム内蔵型コンピュータ、世界初のトランジスタコンピュータ、そして1962年の導入当時世界最速のコンピュータが含まれていた。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
このプロジェクトは2つの目的で始まった。1つは標準的なブラウン管(CRT)をベースとした初期のコンピュータメモリであるウィリアムズ管の実用性を証明すること、もう1つはコンピュータが数学の問題の解決にどのように役立つかを調査するために使用できるマシンを構築することであった。[ 6 ]シリーズの最初のマシンであるマンチェスターベイビーは、1948年6月21日に最初のプログラムを実行した。[ 2 ]世界初のプログラム内蔵型コンピュータであるベイビーと、そこから発展したマンチェスターマーク1は、すぐに英国政府の注目を集め、政府は電気工学会社フェランティに商用版の製造を委託した。その結果生まれたマシン、フェランティマーク1は、世界初の市販の汎用コンピュータとなった。[ 7 ]
フェランティとの協力は最終的にコンピュータ会社ICLとの産業提携につながり、ICLは大学で開発された多くのアイデア、特に1970年代の2900シリーズのコンピュータの設計に活用しました。 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
マンチェスターベイビー
マンチェスター・ベイビーは、実用コンピュータとしてではなく、初期のコンピュータメモリであるウィリアムズ管の試験台として設計された。このマシンの開発は1947年に開始され、1948年6月21日に最初のプログラムの実行に成功した。このプログラムは、2の18乗(262,144)の最大の真因数を、2の18乗−1から下方へのすべての整数を試して求める17個の命令から構成されていた。プログラムは52分間実行され、最終的に2の17乗(131,072)という正解を出した。[ 11 ]
ベイビーは全長17フィート(5.2メートル)、全高7フィート4インチ(2.24メートル)、重量はほぼ1 英トンでした。550個の熱電子管(ダイオード 300個 と 五極管250個)を搭載し 、消費電力は3.5キロワットでした。[ 12 ]その動作の成功は1948年9月にネイチャー誌に掲載された手紙で報告され、[ 13 ]世界初のプログラム内蔵型コンピュータとして認められました。[ 14 ]それはすぐにより実用的なマシンであるマンチェスター・マーク1へと進化しました。
マンチェスター マーク 1
マンチェスター・マーク1の開発は1948年8月に始まり、当初の目的は大学により現実的な計算施設を提供することでした。[ 15 ] 1948年10月、英国政府の主席科学者ベン・ロックスパイザーはプロトタイプのデモンストレーションを受け、非常に感銘を受けたため、すぐに地元企業フェランティと政府契約を結び、このマシンの商用版であるフェランティ・マーク1を製造しました。[ 7 ]
マンチェスター・マーク1には2つのバージョンが製造され、最初の中間バージョンは1949年4月に稼働しました。[ 15 ]最終仕様のマシンは1949年10月に完全に稼働し、[ 16 ] 4,050個のバルブを搭載し、消費電力は25キロワットでした。[ 17 ]マンチェスター・マーク1の最も重要な革新は、現代のコンピュータでは一般的になっているインデックスレジスタを組み込んだことかもしれません。[ 18 ]
2022年6月、IEEEマイルストーンが「マンチェスター大学の『ベビー』コンピュータとその派生製品、1948-1951」に認定されました。[ 19 ]
メグとマーキュリー
Mark 1で得られた経験に基づき、開発者たちはコンピュータは純粋数学よりも科学的な用途に多く利用されるだろうという結論に至った。そこで彼らは浮動小数点演算ユニットを搭載した新型マシンの設計に着手し、1951年に作業を開始した。完成したマシンは1954年5月に最初のプログラムを実行し、Meg(メガサイクルマシン)として知られるようになった。Mark 1よりも小型でシンプルでありながら、数学の問題をより高速に解くことができた。フェランティは、ウィリアムズ真空管をより信頼性の高いコアメモリに置き換えた商用版を製造し、 Ferranti Mercuryとして販売した。[ 20 ]
トランジスタコンピュータ
メグの開発と並行して、より小型で安価なコンピュータの開発が1952年に開始されました。キルバーンのチームメンバーであるリチャード・グリムズデールとD.C.ウェッブの2人は、真空管の代わりに新開発のトランジスタを用いたマシンの設計・製作を担当し、マンチェスターTCとして知られるようになりました。[ 21 ]当初はゲルマニウム点接触トランジスタしか使用できませんでした。これは置き換えた真空管よりも信頼性は劣りましたが、消費電力ははるかに少なかったのです。[ 22 ]
このマシンは2つのバージョンが製造された。最初のバージョンは世界初のトランジスタ式コンピュータ[ 23 ]であり、プロトタイプで、1953年11月16日に稼働を開始した。[ 3 ] [ 24 ]「この48ビットマシンは、92個の点接触型トランジスタと550個のダイオードを使用していた。」[ 25 ] 2番目のバージョンは1955年4月に完成した。1955年版は250個の接合型トランジスタと[ 25 ] 1,300個の固体ダイオードを使用し、消費電力は150ワットだった。しかし、このマシンは125kHzのクロック波形を生成するため、また磁気ドラムメモリの読み書き回路に真空管を使用していたため、完全なトランジスタ式コンピュータとしては世界初ではなかった。この栄誉は1955年のハーウェルCADETに与えられた。[ 26 ]
初期のトランジスタの信頼性の問題により、マシンの平均故障間隔は約90分であったが、より信頼性の高い接合型トランジスタが利用可能になると改善された。[ 27 ]トランジスタコンピュータの設計は、地元のエンジニアリング会社メトロポリタン・ビッカースのMetrovick 950に採用され、すべての回路が接合型トランジスタを使用するように改造された。Metrovick 950は6台製造され、最初のものは1956年に完成した。これらは社内の様々な部門に導入され、約5年間使用された。[ 23 ]
ミューズとアトラス
MUSE(マイクロ秒エンジンに由来する名前)の開発は1956年に大学で始まりました。その目的は、1命令あたり1マイクロ秒、1秒あたり100万命令に近い処理速度で動作できるコンピュータを構築することでした。[ 28 ] Mu(またはμ )はSI単位系やその他の単位系における接頭辞で、10の-6乗(100万分の1)の係数を表します。
1958年末、フェランティはマンチェスター大学と共同でプロジェクトに取り組むことに同意し、その後まもなくコンピュータはアトラスと改名され、トム・キルバーンが共同事業の責任者となった。最初のアトラスは1962年12月7日に正式に稼働を開始し、当時世界最強のコンピュータとされ、IBM 7094 4台に匹敵する性能だった。[ 29 ]アトラスがオフラインになると、英国のコンピュータ容量の半分が失われると言われていた。[ 30 ]最速の命令実行時間は1.59マイクロ秒で、仮想記憶とページングの使用により、各ユーザーは最大100万ワードの記憶容量を同時に利用できた。アトラスは、今日でも広く使用されている多くのハードウェアおよびソフトウェアの概念の先駆けであり、その中には「多くの人から最初の近代的なオペレーティングシステムと考えられている」アトラス・スーパーバイザーも含まれる。 [ 31 ]
他に2台のマシンが製造された。1台は英国石油会社とロンドン大学の共同事業体向け、もう1台はオックスフォード近郊のチルトンにあるアトラス・コンピュータ研究所向けであった。派生システムはフェランティによってケンブリッジ大学向けに構築され、メモリ構成が異なり、ケンブリッジ・コンピュータ研究所が開発したタイムシェアリング・オペレーティングシステムを実行していた。[ 30 ]
マンチェスター大学のアトラスは1971年に廃止されたが[ 32 ]、最後のものは1974年まで使用されていた[ 33 ] 。チルトンアトラスの一部はエディンバラのスコットランド国立博物館に保存されている。
2022年6月、IEEEマイルストーンが「アトラスコンピュータと仮想メモリの発明 1957-1962」に授与されました。[ 34 ]
MU5
マンチェスターMU5はアトラスの後継機でした。アトラスの後継機の概略提案は、1968年にエジンバラで開催されたIFIP会議で発表されました[ 35 ]。しかし、プロジェクトの作業と、フェランティが参加していたICTとの支援獲得に向けた協議は1966年に開始されていました。後にMU5として知られることになるこの新型マシンは、一連のマシンの中でも最上位機種として、アトラスの20倍の速度を実現することを目指していました。
1968年、科学研究会議(SRC)はマンチェスター大学に5年間で63万466ポンド(2023年には1200万ポンドに相当)の助成金を交付しました[ a ] 。この助成金は後にICLとなるICT社が製造施設を大学に提供しました。同年、設計には20名が携わり、うち11名はコンピュータサイエンス学科の職員、5名はICTからの出向職員、4名はSRCのサポート職員でした。職員数は1971年にピークを迎え、研究生を含め60名に達しました[ 36 ]。
MU5プロセッサの最も重要な革新的特徴は、その命令セットと、オペランドおよび命令アクセスを高速化するための連想メモリの使用であった。この命令セットは、コンパイラによる効率的なオブジェクトコードの生成、プロセッサのパイプライン構成、そしてオペランドの性質に関する情報をハードウェアに提供して最適なバッファリングを可能にすることを目的として設計された。このように、名前付き変数は配列要素とは別にバッファリングされ、配列要素自体は名前付き記述子によってアクセスされた。各記述子には配列の長さが含まれており、これは文字列処理命令で使用したり、ハードウェアによる配列境界チェックを可能にしたりするために使用された。命令プリフェッチ機構は、連想ジャンプトレースを用いて、差し迫った分岐の結果を予測した。[ 37 ]
MU5オペレーティングシステムMUSS [ 38 ] [ 39 ]は、高い適応性を持つように設計され、マンチェスターやその他の場所の様々なプロセッサに移植されました。完成したMU5システムでは、3つのプロセッサ(MU5自体、ICL 1905E、PDP-11)と、多数のメモリやその他のデバイスが高速Exchangeによって相互接続されていました。[ 40 ] [ 41 ] 3つのプロセッサすべてがMUSSのバージョンを実行しました。MUSSには、さまざまな言語のコンパイラと、コンパイルされたコードをサポートするランタイムパッケージも含まれていました。MUSSは、対応するプロセッサセットに類似した任意の仮想マシンセットを実装した小さなカーネルとして構成されていました。MUSSコードは、各仮想マシンの仮想アドレス空間の一部を形成する共通セグメントに表示されました。
MU5は1974年10月までに完全に稼働し、ICLが新型コンピュータ2900シリーズの開発に取り組んでいると発表した時期と一致しました。特に、1975年6月に初めて納入されたICLの2980は、MU5の設計に大きく依存していました。[ 42 ] MU5は1982年まで大学で稼働し続けました。[ 43 ] MU5に関するより詳細な記事は、エンジニアリングとテクノロジーの歴史に関するWikiで見つけることができます。[ 44 ]
MU6
MU5が完全に運用可能になると、後継機であるMU6を製造するための新しいプロジェクトが開始されました。MU6は、パーソナルコンピュータとして使用することを目的とした高度なマイクロプロセッサアーキテクチャであるMU6P [ 45 ] 、一般または科学技術アプリケーション向けの高性能マシンであるMU6-G [ 46 ] 、および並列ベクトル処理システムであるMU6V [ 47 ]という一連のプロセッサになることが意図されていました。ベクトル命令を「エクストラコード」としてエミュレートする68000マイクロプロセッサをベースにしたMU6Vのプロトタイプモデルが構築され、テストされましたが、それ以上の開発は行われませんでした。MU6-GはSRCからの助成金で構築され、1982年から1987年まで、MU5プロジェクトの一環として開発されたMUSSオペレーティングシステムを使用して、省内でサービスマシンとして正常に動作しました。 [ 4 ]
スピナカー
SpiNNaker:スパイキングニューラルネットワークアーキテクチャは、マンチェスター大学の高度プロセッサ技術研究グループ(APT)のスティーブ・ファーバーによって設計された超並列のメニーコアスーパーコンピュータアーキテクチャです。[ 48 ] 2019年に構築され、それぞれ18個のコアと128 MBのモバイルDDR SDRAMを備えた57,600個のARM9プロセッサ(具体的にはARM968)で構成され、合計1,036,800個のコアと7 TBを超えるRAMを備えています。[ 49 ]このコンピューティングプラットフォームは、人間の脳のシミュレーションに役立つスパイキングニューラルネットワーク に基づいています( Human Brain Projectを参照)。[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]
まとめ
| 年 | 大学のプロトタイプ | 年 | 商用コンピュータ |
|---|---|---|---|
| 1948 | マンチェスター・ベイビーはマンチェスター・マーク1へと進化した。 | 1951 | フェランティ マーク 1 |
| 1953 | トランジスタコンピュータ | 1956 | メトロヴィック950 |
| 1954 | マンチェスター マーク II 別名「メグ」 | 1957 | フェランティ・マーキュリー |
| 1959 | ミューズ | 1962 | フェランティ・アトラス、タイタン |
| 1974 | MU5 | 1974 | ICL 2900シリーズ |
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