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SSEM(小型实验机)- 一切你需要知道的

关于ssem的三个事实

  • 与当时的其他早期计算机不同,ssem不依赖于纸带阅读器或冲孔机制。
  • 尽管具有创新性,ssem只能执行加法和减法。
  • ssem的存储方式是从左到右描述最低有效位数,这意味着数字1被写为100。
  • ssem具有历史意义,因为它作为第一个真正的随机存取存储器的概念验证。

ssem的创造者frederic williams。

在计算机的早期阶段,有时候改变历史书籍只需要一个革命性的想法。对于存储程序的电子数字计算机来说,这个想法源于一个好奇的问题:如果您可以在同一个存储设备上存储模拟和数字信息,会发生什么?需要许多人和多年的时间才能找到这个答案,但最终结果——小规模实验机器(ssem)——彻底改变了计算机的历史。让我们继续阅读以了解更多关于ssem及其如何改变游戏规则的信息。

小规模实验机器(ssem)的历史

在20世纪30年代初至中期,弗雷德里克·“弗雷迪”·卡兰德·威廉姆斯在曼彻斯特大学获得了工程学的学士和硕士学位,并在牛津大学获得了博士学位。在完成学业后,威廉姆斯在曼彻斯特大学工程系担任助理讲师。在那里,威廉姆斯为电子学研究做出了很多杰出贡献,在短短几年内发表了近二十篇论文。其中两篇与帕特里克·m·s·布莱克特教授合作发表,研究了自动曲线跟踪器。这最终成为了哈特里差分分析仪,一个在20世纪30年代在曼彻斯特大学建造的著名机械计算器。

快速事实

创造时间
1948年
创造者
弗雷德里克·c·威廉姆斯、汤姆·基尔本和杰夫·图廷
原始用途
简单的存储程序计算机
成本
不适用

在第二次世界大战期间,弗雷德里克·威廉姆斯在电子学、雷达和其他军事装备领域做出了许多杰出贡献。其中包括首个操作放大器。战后,大约在1946年6月,弗雷德里克·威廉姆斯开始研究如何在阴极射线管(crt)上存储模拟和数字信息。如果威廉姆斯能够使其工作,模拟信息的存储有可能解决雷达屏幕上静态物体妨碍动态图像的问题,而数字信息的存储则可以解决全球计算机发展的难题。威廉姆斯在1946年10月使用预期脉冲方法成功操作了一位单比特存储器,并在同年12月暂时取得了此系统的专利。

1946年12月,威廉姆斯搬到曼彻斯特大学担任当时被称为“电子技术”的职位。对我们来说,这听起来很有趣,但那时它是开创性的工作。在那里,威廉姆斯继续研究他的单位记忆crt系统。很快,他的一些“电子技术”小组成员也效仿他。其中包括汤姆·基尔本,他是一名从1942年起在该部门工作的数学家。

到1947年底,标准的六英寸直径crt上储存了2048位,汤姆·基尔本撰写了一份内部报告,介绍了crt的“点划”和“模糊-聚焦”操作方法以及一个虚拟计算机的设计。该报告引起了相当大的兴趣,并在英国和美国广泛传播。crt存储系统被称为威廉姆斯管。

尽管crt只能记住2048位,但每个位只能手动重置。因此,有必要测试设备在电子速度下设置和读取任何所需位并在设置之间永久记住其值的能力。因此,自然而然的下一步是围绕crt存储器构建一个小型计算机来处理这个任务。威廉姆斯和基尔本对计算机知之甚少,所以他们去请教他们的同事:著名数学家阿兰·图灵和科洛苏斯的创造者马克斯·纽曼。得益于这些计算机天才的建议,威廉姆斯、基尔本和他们的同事着手工作。

ssem的第一个程序。

这台计算机建造了半年时间。由于它包括存储程序的电子数字计算机概念,随机存取存储器(ram)用于保存参与计算的数字和程序指令。这意味着指令可以按电子速度连续读取,并且运行不同的程序只需通过简单的键盘重置部分存储器。这与需要完全重新配置电子电路的需求相比大不相同,例如eniac,这可能需要几天时间。

英国小型实验机(ssem,也被昵称为曼彻斯特宝宝)是世界上第一台存储程序的电子数字计算机,于1948年6月21日成功执行了第一个程序。这个程序是由汤姆·基尔本编写的,他根据导师弗雷德里克的设计建造了这台机器。该程序的目的是找到任何数a的最高真因子,通过尝试从a-1开始的每个整数,直到找到一个能被a整除的数。必要的除法不是通过长除法,而是通过重复减法进行的。这是因为曼彻斯特宝宝只有一个硬件减法器。

最初选择的测试程序的数字相当小,但在几天内,这个程序被尝试在接近130,000个数字上。这需要大约210万条指令,并涉及350万次存储器访问。找到正确答案通常需要52分钟。

ssem的工作原理

弗雷德里克·威廉姆斯(frederic williams)早期的单比特存储概念是以crt屏幕的荧光物质上的电荷形式存储的,可以通过电子束控制来写入0或1。尽管荧光物质是电绝缘体,但电荷会在大约一秒钟内泄漏掉。威廉姆斯安排了读取电荷并以电子速度连续重写它的方法,以便保持信息永久保存。这个过程被称为再生,而这个过程的原理至今仍被用于现代集成电路ram的电荷补充。

随着随后出现的ssem,它的确切规格也变得更清晰。算术设备是使用真空管构建的,而存储器、寄存器和显示器是基于威廉姆斯管。输入是通过键盘完成的。它具有32位字长,使用2的补码整数进行串行二进制算术运算,具有单地址格式指令代码,32个字的随机访问主存储器,可扩展到8,192个字,并且每条指令的计算速度约为1.2毫秒。

总共有四个威廉姆斯管在曼彻斯特宝宝机中。主存储器是一个由威廉姆斯管组成的32/32位阵列。除此之外,还有另外两个威廉姆斯管用于保存特殊的存储寄存器:一个保存累加器,另一个保存当前指令的地址ci(或“控制指令”),以及指令本身pi(或“当前指令”)。第四个管,也被称为显示管,可以切换以显示任何一个威廉姆斯管的当前内容。

ssem的指令格式如下:3位功能字段(位13到15)+ 13位存储地址(0到12)+ 16位未使用。只有七条指令,其中s表示地址为s的字的内容:

  • a = – s
  • a = a – s
  • s = a
  • if a < 0, ci = ci + 1(即如果a为负数,则跳过下一条指令)
  • ci = s
  • ci = ci + s
  • 停止程序

请注意意外使用减号运算符以及使用存储位置的内容而不是存储地址本身作为控制跳转的操作数的复杂性。在执行下一条指令之前,ci必须被重置为前一条指令。还要注意,曼彻斯特宝宝机在两个月内就被改进为4位指令代码,包括a = s,a = a + s和a = a & s。

曼彻斯特宝宝机的输入是通过在选择的地址上设置比特序列来完成的,使用一个简单的键盘。输出是通过读取显示管上的信息来完成的。

ssem:历史意义

ssem具有历史意义,因为它作为第一个真正的随机访问存储器的概念验证,并且曼彻斯特宝宝机也恰好是第一个操作设备,它包含了最终成为现代数字计算机核心的所有元素。通过ssem同时验证了威廉姆斯管的有效性和基本的存储程序式电子数字计算机概念,立即开始了基于曼彻斯特宝宝机的更加现实和可用的计算机的工作。

根据ssem制造的商用计算机是ferranti mark 1。

在1948年末到1949年末之间,利用更多的人力和巨大的决心,曼彻斯特mark 1计算机取得了这一成就。该计算机在1949年和1950年期间用于各种目的,包括对黎曼猜想的研究和光学计算。除此之外,在1948年10月,英国政府向ferranti有限公司提出了一个要求,要求他们根据williams的规格制造一台商用机器。结果就是世界上第一台通用商用计算机:ferranti mark 1。

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