Первый канадский компьютер: UTEC и история его создания.

Введение

Ранний канадский компьютер UTEC (University of Toronto Electronic Computer Mark I) был создан в Университете Торонто (UofT) в начале 1950-х годов. Он стал первым компьютером в Канаде и одним из первых работоспособных компьютеров в мире, однако был построен лишь в виде прототипа, пока не было получено финансирование для его расширения до полномасштабной версии. В конечном итоге это финансирование было использовано для приобретения списанного с производства Manchester Mark 1 у компании Ferranti в Великобритании, после чего UTEC был быстро снят с разработки.

Предыстория

Сразу после окончания Второй мировой войны несколько сотрудников UofT неформально встретились в качестве Комитета по вычислительным машинам, чтобы обсудить свои вычислительные потребности на ближайшие несколько лет. В 1946 году небольшой грант в размере 1000 долларов был использован для отправки одного из членов группы в турне по нескольким исследовательским лабораториям США, чтобы ознакомиться с их достижениями в области компьютеров и оценить возможности, учитывая вероятное финансирование UofT. Благодаря ведущей позиции UofT в канадском научном сообществе, за этим турне следили также представители Канадского исследовательского совета. В январе 1947 года комитет представил доклад, в котором предлагалось создать полноценный Вычислительный центр, прежде всего как бюро услуг для предоставления вычислительных услуг как университету, так и коммерческим организациям, а также как основу для исследовательской группы по вычислительной технике. В частности, они рекомендовали немедленно арендовать механический калькулятор на перфокартах IBM, построить простой дифференциальный анализатор и в конечном итоге приобрести или создать электронный компьютер. В докладе отмечалось, что финансирование следует ожидать как от Национального исследовательского совета (NRC), так и от Совета по исследованиям в области обороны (DRB). Вскоре DRB предоставил грант в размере 6500 долларов на создание Вычислительного центра, и комитет в конечном итоге назначил Келли Готлиб руководителем центра. В феврале 1948 года последовало дополнительное финансирование в виде гранта в размере 20 000 долларов в год из общего фонда, созданного DRB и NRC. Хотя эта сумма была меньше ожидаемой, оборудование IBM вскоре было установлено и использовалось для расчета нескольких таблиц для компании Atomic Energy of Canada Limited (AECL). Кроме того, к сентябрю 1948 года была завершена небольшая версия дифференциального анализатора, хотя, по-видимому, она почти не использовалась. Параллельно, примерно в то же время, началась предварительная работа над электронным компьютером, включая экспериментальные исследования различных схем. Однако они также считали, что для быстрого запуска машины полностью электронная конструкция была слишком передовой и сопряжена со значительным риском. Вместо этого они рассматривали возможность создания копии релейного компьютера Model 6 от Bell Labs, с которой они уже были знакомы. Однако, когда они окончательно решили приступить к проекту в августе 1948 года, Northern Electric (канадское подразделение Bell) сообщила им, что лицензия на конструкцию Model 6 будет стоить 25 000 долларов (25 000 долларов в 1948 году эквивалентны примерно <расчетной сумме> в современных годах). На встрече с NRC в марте 1949 года NRC отклонил их запрос на дополнительное финансирование лицензии и вместо этого предложил Центру инвестировать в полностью электронный компьютер, увеличив годовые гранты до 50 000 долларов для этой цели. Это оказалось важной победой – релейные компьютеры быстро устарели, а электронные системы быстро доказали свою эффективность.

Immediately after the end of World War II several members of the UofT staff met informally as the Committee on Computing Machines to discuss their computation needs over the next few years. In 1946 a small $1,000 grant was used to send one of the group's members to tour several US research labs to see their progress on computers and try to see what was possible given UofT's likely funding. Due to UofT's preeminent position in the Canadian research world, the tour was also followed by members of the Canadian Research Council. In January 1947 the committee delivered a report suggesting the creation of a formal Computing Center, primarily as a service bureau to provide computing services both to the university and commercial interests, as well as the nucleus of a research group into computing machinery. Specifically they recommended the immediate renting of an IBM mechanical punched card based calculator, building a simple differential analyzer, and the eventual purchase or construction of an electronic computer. The report noted that funding should be expected from both the National Research Council (NRC) and the Defense Research Board (DRB). The DRB soon provided a grant of $6,500 to set up the Computation Center, with the Committee eventually selecting Kelly Gotlieb to run it. Additional funding followed in February 1948 with a $20,000 a year grant from a combined pool set up by the DRB and NRC. Although this was less than was hoped for, the IBM machinery was soon in place and being used to calculate several tables for Atomic Energy of Canada Limited (AECL). Additionally a small version of the differential analyzer was completed by September 1948, although it appears to have seen little use. Preliminary work on an electronic computer also started about the same time with some experimental work in various circuit designs. However they also felt that in order to get a machine working quickly, a fully electronic design was simply too state of the art and had significant risk. Instead they considered building a copy of Bell Labs' Model 6 relay based machine, which they had seen earlier. However, when they finally decided to go ahead with the project in August 1948, Northern Electric (Bell's arm in Canada) informed them they would charge $25,000 ($25000.0 in 1948 is equivalent to about <calculated amount> in recent years in ) to license the Model 6 design. At a meeting with the NRC in March 1949, the NRC turned down their request for additional funding for the license, and instead suggested that the Center invest in a fully electronic computer, upping the yearly grants to $50,000 to that end. This turned out to be a major "win" relay based computers quickly disappeared, and electronic systems proved themselves quickly.

УТЭК

Беатрис Хелен Уорсли и Перхам Стэнли, два аспиранта, работающих в вычислительном центре, были отправлены в Кембриджский университет для работы с Морисом Уилксом, который завершал создание EDSAC. Уорсли написала программу, генерирующую таблицу квадратов – первую программу, успешно выполненную на EDSAC. К этому времени еще два аспиранта, Альф Ратц и Йозеф Катес, уже некоторое время изучали схемотехнику и обратили свое внимание на компьютерные системы памяти. Их первые попытки были связаны с новой системой на основе неоновых ламп, но посещение Фредди Уильямса в 1949 году привело к отказу от этой работы и переходу к использованию трубок Уильямса. Учитывая текущий уровень финансирования, создание полномасштабной машины было невозможно, поэтому было решено построить уменьшенную версию для тестирования различных компонентов. Трубки Уильямса позволяли хранить 256 12-битных слов, при этом 3 бита слова использовались для инструкций, а 9 битов – для адресации (что обеспечивало доступ к памяти объемом до 512 слов). Части машины были быстро запущены, а математические и логические устройства (арифметико-логическое устройство в современной терминологии) заработали к осени 1950 года. Надежность памяти оказалась серьезной проблемой, как и во всех системах, использующих трубку Уильямса, но Катц разработал экранирование, которое несколько улучшило ситуацию. Машину объявили полностью работоспособной 1 октября 1951 года. В последующие месяцы были предприняты значительные усилия по повышению надежности, а также по добавлению второго банка памяти для увеличения объема до полных 512 слов. Были добавлены библиотеки математических функций для вычислений с 12, 24, 36 и 48 битами. Базовое 12-битное сложение занимало около 240 микросекунд, умножение – около 18 миллисекунд. После запуска основной системы внимание переключилось на создание "полноразмерной" версии. Эта машина должна была использовать 44-битные слова с 1024 словами памяти, дополненной магнитным барабаном емкостью 10 000 слов, поставляемым компанией Ferranti Canada. Новый математический блок должен был выполнять операции над целым словом параллельно, а не последовательно побитово, как в большинстве машин того времени, что значительно повысило бы производительность: сложение занимало бы всего 20 микросекунд, а умножение – около 200 микросекунд – быстрее, чем на прототипе даже при меньшем размере слова. Успех UTEC вызвал большой спрос в канадском научном сообществе на начало строительства полномасштабной машины следующего поколения. Финансирование было увеличено до 300 000 долларов для покрытия расходов на разработку и строительство.

Beatrice Helen Worsley and Perham Stanley, two graduate students working at the Computation Center, were sent to Cambridge University to work with Maurice Wilkes who was in the process of completing the EDSAC. Worsley wrote the program that generated a table of squares, the first program to successfully run on EDSAC. Another two graduate students, Alf Ratz and Josef Kates had been studying circuitry for some time by this point, and turned their attention to computer memory systems. Their first attempts were with a novel system based on neon tubes, but a 1949 visit by Freddie Williams led to them abandoning this work and moving to Williams tubes instead. Given the current level of funding a full scale machine was not possible, so it was decided to build a smaller machine to test out the various components. Williams tubes would store 256 12 bit words, with instructions using 3 bits of a word leaving 9 bits for addressing (allowing up to 512 words of memory). Parts of the machine were up and running quickly, with the math and logic units (the arithmetic logic unit in modern terminology) running by the autumn of 1950. Memory reliability proved to be a serious problem, as it was for all systems using the Williams tube concept, but Katz introduced shielding that improved things somewhat. The machine was declared fully operational on October 1, 1951. Over the next few months major efforts were made to increase reliability, as well as add a second bank of memory to bring it to the full 512 words. Libraries added math functions for 12 , 24 , 36 and 48 bit math. A basic 12 bit addition took about 240 microseconds, multiplication about 18 milliseconds. With the basic system up and running, attention turned to a "full sized" version. This machine would use a 44 bit word with 1,024 words of memory backed up with a 10,000 word magnetic drum to be supplied by Ferranti Canada. A new math unit would operate on an entire word in parallel, instead of bit serial as with most machines of the era, dramatically improving performance so that an addition would take only 20 microseconds and a multiply about 200—faster than the prototype at addition even on its much smaller word size. Success of the UTEC created intense demand within the Canadian research establishment to start construction of the full scale follow on. The funding pool was increased to $300,000 to cover development and construction.

ФЕРУТ

В то время как UTEC строился, аналогичная машина была в процессе строительства в Манчестерском университете, известная как "Baby". Как только она начала работать, университет подписал соглашение с Ferranti (в Великобритании) о создании полномасштабного аппарата, который в итоге получил название Mark I. Новая машина была доставлена в университет в феврале 1951 года, что сделало ее первым коммерческим компьютером, примерно за месяц до передачи UNIVAC I Бюро переписи населения США. Ferranti возлагал большие надежды на дальнейшие продажи машины и был рад, когда британское управление по атомной энергии разместило заказ на поставку осенью 1952 года. Однако правительство сменилось во время строительства машины, и все государственные контракты на сумму свыше 100 000 фунтов стерлингов были отменены. В результате у Ferranti остался частично собранный Mark I, который компания стремилась продать как можно скорее. Информация о машине быстро дошла до AECL, которая предложила использовать 300 000 долларов, зарезервированных для "нового" UTEC, для приобретения Mark I. Вычислительный центр считал Mark I уступающим собственной разработке и отклонил предложение, в частности, из-за использования последовательного арифметического устройства, как и в их прототипе, что делало бы его значительно медленнее. AECL не был особо впечатлен, но предложил решение: если вычислительный центр приобретет Mark I, будет выделено еще 150 000 долларов на продолжение разработки UTEC, и такая же сумма, если они решат его построить. От такого предложения сложно отказаться, и вскоре начались приготовления к отправке Mark I в Торонто. Машина прибыла 30 апреля 1952 года, что стало крупной новостью. Незадолго до прибытия Уорсли назвал ее Ferut (Ferranti, University of Toronto), и инженерам Ferranti потребовалось несколько месяцев, чтобы ее настроить. Даже после этого она стала одной из первых "больших" машин, введенных в эксплуатацию в Северной Америке. Ferut стала важной исследовательской системой в Канаде, использовавшейся Ontario Hydro для расчета изменений уровня воды в связи с открытием судоходного канала Святого Лаврентия, для различных разработок новаторской системы ReserVec совместно с Ferranti Canada для Trans Canada Airlines, а также для коммерческой обработки сейсмических данных по аренде вычислительного времени. Прибытие Ferut также положило конец проекту UTEC. Даже с дополнительным финансированием большинство инженеров быстро перешли к работе с машиной Ferut.

While UTEC was being built, a similar machine was under construction at Manchester University, known as the "Baby". Once it started working the university signed an agreement with Ferranti (in the UK) to build a full scale machine eventually known as the Mark I. The new machine was delivered to the university in February 1951, making it the first commercial computer, about one month earlier than the UNIVAC I was handed over to the US Census Bureau. Ferranti had high hopes for further sales of the machine, and were happy when an order was placed by the British Atomic Energy Authority for delivery in autumn of 1952. However the government changed hands while the machine was being built, and all government contracts over £100,000 were cancelled outright. This left a partially completed Mark I sitting at Ferranti, who became interested in unloading it as soon as possible. Word of the machine quickly reached the AECL, who suggested that they use the $300,000 set aside for the "new" UTEC to purchase the Mark I instead. The Computation Center considered the Mark I to be inferior to their own design and rejected it, notably because it used a serial math unit like their prototype and would thus be much slower. The AECL was not terribly impressed but came up with a solution; if the Computation Center would buy the Mark I, another $150,000 would be made available to continue development of the UTEC, and an equal amount if they decided to actually build it. This sort of deal one does not refuse, and plans to ship the Mark I to Toronto were soon underway. The machine arrived on April 30, 1952, at the time it was major news. Named Ferut (Ferranti, University of Toronto) by Worsley shortly before it arrived, it took the Ferranti engineers several months to set it up. Even then it became one of the first "large" machines to start operation in North America. Ferut would go on to be a major research system in Canada, being used by Ontario Hydro to calculate changes in water levels due to the opening of the St. Lawrence Seaway, various development of the groundbreaking ReserVec system with Ferranti Canada for Trans Canada Airlines, and even rental of time for commercial seismic data processing. The arrival of the Ferut also spelled the death of the UTEC project. Even with the additional funding, most of the engineers quickly drifted to the Ferut machine.