SSEM

SSEM

Rèplica de la SSEM en el Museu de Ciència i Indústria en Castlefield, Mánchester.

La Manchester Small-Scale Experimental Machine o SSEM (de l'anglés «màquina experimental de chicoteta escala de Mánchester», malnomenada Manchester Baby, va anar el primer computador del món en programa almagasenat. Va ser desenrollat en l'Universitat de Mánchester per Frederic C. Williams, Tom Kilburn i Geoff Tootill, i va córrer el seu primer programa el 21 de juliol de 1948.

La màquina no va ser dissenyada com un computador pràctic, sino que va ser dissenyada com un banc de proves dels tubos Williams, un dels primers tipos de memòries de computador. Encara que es considera "chicotet i primitiu" segons les normes de la seua época, va ser la primera màquina de treball que contenia tots els elements essencials d'una computador electrònica modern. Tan pronte com la SSEM havia demostrat la viabilitat del seu disseny, es va iniciar un proyecte en l'universitat per a desenrollar un computador més fàcil d'usar, el Manchester I. A la seua volta, la Mark I es va convertir ràpidament en el prototip de la marca Ferranti Mark I, el primer computador del món de propòsit general disponible comercialment.

La SSEM tenia una llongitut de paraula de 32 bits i una memòria de 32 paraules. Com va ser dissenyat per a ser el computador de programa almagasenat en l'estructura més simple possible, les úniques operacions aritmètiques implementades en hardware eren la resta i la negació; les atres operacions aritmètiques varen ser implementades en software. El primer dels tres programes escrits per a la màquina trobava el divisor més alt de 2¹⁸ (262.144), un càlcul que se sabia que prendria molt temps en eixecutar-se-i aixina demostrar fiabilitat-per mig de prova de cada sancer des de 2¹⁸-1 cap a avall, com una divisió que va ser implementada per mig de substracció repetida del divisor. El programa va consistir en 17 instruccions i va córrer durant 52 minuts abans d'aplegar a la resposta correcta de 131.072, despuix de la SSEM havia realisat 3,5 millons d'operacions (a una velocitat de CPU efectiva d'1,1 Kips).

Antecedents

Artícul principal → Història del hardware.

Representació artística d'una màquina de Turing

El primer disseny d'un ordenador controlat per programa va ser la màquina analítica de Charles Babbage en la década de 1830. Un sigle més vesprada, en 1936, el matemàtic Alan Turing, un concepte teòric destinat a explorar els llímits de la computació mecànica. Turing no estava imaginant una màquina física, sino una persona que ell va cridar una "computadora", que actuava d'acort en les instruccions proporcionades per una cinta en la que els símbols poden ser llegits o escrits secuencialment si la cinta es mou baix una cabezal de la cinta. Turing va demostrar que si un algoritme pot ser escrit per a resoldre un problema matemàtic, llavors una màquina de Turing pot eixecutar dit algoritme.

El Z3 de Konrad Zuse va ser el primer computador programable operativa totalment automàtic del món, en la llògica aritmètica digital binaria, pero caria del forcall condicional d'una màquina de Turing. El 12 de maig de 1941, va ser presentada en èxit davant una audiència de científics de la Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ("Laboratori d'Alemà per a l'Aviació") en Berlín. El Z3 almagasenava el seu programa en una cinta externa, pero era electromecànic en lloc d'electrònic. El Colossus de 1943 va ser el primer dispositiu electrònic de computació, pero no va ser una màquina de propòsit general.Plantilla:Sfnp

l'ENIAC (1946) va ser la primera màquina que va ser tant de propòsit general com a electrònica. Va ser una màquina Turing completa, en ramificació condicional, i programable per a resoldre una àmplia gama de problemes, pero el seu programa es va mantindre en l'estat d'interruptors de latiguillos, fòra de la memòria, i podria prendre varis dies per a reprogramar-se. Científics com Turing i Konrad Zuse varen investigar l'idea d'utilisar la memòria de la computadora per a mantindre el programa, aixina com les senyes que en els que estava treballant, pero va anar el matemàtic John von Neumann, quí va aplegar a ser àmpliament acreditat definint l'arquitectura de computadors, encara s'utilisada en casi totes les computadores.Plantilla:Sfnp

Disseny de l'arquitectura de von Neumann (1947).

La construcció d'un computador von Neumann pràctic depenia de la disponibilitat de dispositius de memòria. Durant la Segona Guerra Mundial, investigadors que treballaven en el problema d'eliminar les interferències de les senyals de radar varen desenrollar la memòria de llínea de retardo, la primera memòria d'us pràctic, una de les quals va anar la memòria de llínea de retardo de mercuri, desenrollada per J. Presper Eckert. L'idea era eliminar els ecos de radar dels objectes estàtics retardant cada pols de tornada entre polsos transmesos i comparar-ho en cada pols almagasenat, deixant en la senyal resultant solament les imàgens dels objectes que es mouen.

En octubre de 1945 Turing es va incorporar al Laboratori Nacional de Física (National Physical Laboratory, NPL),Plantilla:Sfnp per la qual els científics en el Ministeri de Suministraments varen considerar que Gran Bretanya necessitava Laboratori Nacional de Matemàtica per a coordinar els càlculs que es realisaven assistits per màquines.Plantilla:Sfnp Es va crear la Divisió Matemàtiques en el NPL, i el 19 de febrer de 1946, Alan Turing va presentar un disseny per a un computador electrònic de programa almagasenat, que seria conegut com l'Automatic Computing Engine (ACE)Plantilla:Sfnp. Est va ser un dels varis proyectes posats en marcha en els anys posteriors a la Segona Guerra Mundial en l'objectiu de construir un computador en programa almagasenat. Casi al mateix temps, l'EDVAC estava baix desenroll en l'Escola Moore d'Ingenieria Elèctrica en l'Universitat de Pennsilvània, i el laboratori de matemàtiques de l'Universitat de Cambridge estava treballant en l'EDSAC.Plantilla:Sfnp

La NPL no tenia l'experiència per a construir una màquina com ACE, per lo que es varen posar en contacte en Tommy Flowers en el General Post Office (GPO) del Dollis Hill Research Laboratory. Flowers, el dissenyador de Colossus, el primer computador electrònic programable del món, estava compromés en un atre lloc i no va poder participar en el proyecte, encara que el seu equip va fer construir algunes llínees de retardo de mercuri per a la ACE.Plantilla:Sfnp El Telecommunications Research Establishment (TRE) també va ser abordat per l'assistència, de la mateixa manera que Maurice Wilkes en el Laboratori de matemàtiques de l'Universitat de Cambridge.Plantilla:Sfnp

El departament del govern responsable de la NPL va decidir que, de tot el treball portat a terme en el seu nom per el TRE, fòra ACE el que tenia la màxima prioritat.Plantilla:Sfnp La decisió de el NPL va dur a una visita pel superintendente de la Divisió de Física de el TRE, el 22 de novembre de 1946, acompanyat per Frederic C. Williams i AM Uttley, també de el TRE.Plantilla:Sfnp Williams va liderar un grup de desenroll de TRE treballant en comerços de CRT per a aplicacions de radar, com a alternativa a retardar llínees.Plantilla:Sfnp Ell ya havia acceptat un lloc de professor en la Laboratori de matemàtiques de l'Universitat de Mánchester, i la majoria dels seus tècnics de circuits estaven en procés de ser transferits al Departament d'Energia Atòmica. El TRE va acordar un segon un chicotet número de tècnics per a treballar baix la direcció de Williams en l'universitat, i per a recolzar a un atre chicotet grup de treballant en Uttley en la TRE.Plantilla:Sfnp

El tubo Williams-Kilburn

Artícul principal → Tubo williams.

A pesar de que els primers computadors, com el CSIRAC, varen usar en èxit la memòria de llínea de retardo de mercuri, esta tecnologia tenia varis inconvenients: la cantitat de senyes que podien almagasenar eren llimitats, era pesat i car. Ademés, ya que les senyes s'almagasenaven com una seqüència d'ones acústiques propagades a través d'una columna de mercuri, la temperatura del dispositiu devia ser controlada molt cuidadosadament ya que la velocitat del sò a través d'un mig varia en la temperatura. Frederic C. Williams havia presenciat un experiment en els Laboratoris Bell que va demostrar l'efectivitat dels tubos de rajos catódicos (CRT) com una alternativa al retart de temps per a remoure els ecos del terreny en les senyals de radar. Mentres treballava en l'Establiment d'Investigació de Telecomunicacions (Telecommunications Research Establishment, TRE), poc abans d'incorporar-se a l'Universitat de Mánchester en decembre de 1946, va desenrollar una forma de memòria electrònica usant un CRT que es va conéixer com el "Tubo Williams". La "Màquina Experimental de chicoteta Escala de Mánchester" (Manchester Small-Scale Experimental Machine, SSEM) va ser dissenyada per a provar els tubos Williams, el primer dispositiu d'almagasenament digital d'accés aleatori, que podia treballar a la velocitat de la computadora.

Per a usar-se en un computador digital binario, el dispositiu podia almagasenar un de dos valors possibles en cada posició de memòria, corresponents als dígits binarios (bits) 0 i 1. Este aprofita la càrrega electróstatica positiva i negativa generada per un CRT, ya siga un guion o un punt en qualsevol posició de la pantalla. Un guion generava una càrrega positiva, i un punt una càrrega negativa, qualsevol dels quals podia ser captat per un detector propenc a la pantalla; la càrrega negativa representava un 0, i la positiva un 1. La càrrega podia dissipar-se en 0,2 segons, pero podia refrescar-se automàticament "llegint" les senyes en la placa colcoada en el front de la pantalla.

Inicialment els tubos Williams es varen desenrollar sobre el CV1131, un CRT disponible comercialment de 300 mm de diàmetro, pero un tubo més chicotet de 150 mm, el CV1097, va ser usat en la SSEM.

Programació

El conjunt d'instruccions de tres bits de la SSEM permetia un màxim de 8 instruccions diferents (2³). En contrast en la convenció moderna, la màquina almagasenava el dígit menys significatiu a l'esquerra; per lo que un un era representat en tres bits com "100", en lloc de la forma convencional "001".

Conjunt de instruccioens de SSEMPlantilla:Sfnp

Còdic binario	Notació original	Mnemònica moderna	Operació
000	S, Cl	JMP S	Bota a l'instrucció en la direcció que s'obté de memòria S especificada (bot incondicional absolut)
100	Afegir S, Cl	JRP S	Bota a l'instrucció en la direcció que s'obté de memòria S especificada (bot incondicional absolut)
010	-S, C	LDN S	Llig el número en la direcció de memòria especificada, ho nega, i ho carrega en el acumualdor
110	c, S	STO S	Almagasena el número de l'acumulador en la direcció de memòria especificada
001 o 101	SUB S	SUB S	Resta el número de la direcció de memòria especificada del valor de l'acumulador, i ho almagasena en l'acumulador
011	Prova	CMP	Bota l'instrucció següent si l'acumulador conté un valor negatiu
111	Parar	STP	Parar

Les incómodes operacions en negatius eren el resultat de la falta de hardware de la SSEM, concretament un sumador de 32 bits per a realisar qualsevol operació aritmètica, llevat la substracció i negació. No es va considerar necessari abans de les proves construir dit sumador degut a que la suma pot implementar-se fàcilment per mig de restes, i.i., $x+y$ pot ser calculat com $-(-x-y)$. Per lo tant, sumar dos números, X i I, requeria quatre instruccions:Plantilla:Sfnp

LDN X  //càrrega X com a negatiu en l'acumulador
SUB I  //resta I al valor de l'acumulador
STO S  //almagasena el resultat en
S LDN S  //carrega el valor en S com a negatiu en l'acumulador

Els programes s'ingressaven en forma binaria botant per cada paraula de memòria, a la seua volta, i l'us d'un conjunt de 32 commutadors coneguts com el dispositiu d'entrada, per a establir el valor de cada bit de cada paraula a 0 o 1 La SSEM no tenia llector de cinta de paper o punzón.Plantilla:Sfnp

Bibliografia

• . Àmpliament reproduït i disponible en la web en molts llocs, per eixemple, at Scribd.