Первый австралийский цифровой компьютер CSIRAC

Введение

Первый цифровой компьютер Австралии и пятый в мире компьютер с хранимой программой.

CSIRAC (произносится /ˈsaɪræk/; Commonwealth Scientific and Industrial Research Automatic Computer), первоначально известный как CSIR Mk 1, был первым цифровым компьютером Австралии и пятым в мире компьютером с хранимой программой. Это старейший сохранившийся электронный компьютер первого поколения.

Подробный источник информации о коллекции CSIRAC, ее создателях и связанных темах доступен в Музеях Виктории на их сайте «Коллекции».

История

CSIRAC был создан командой под руководством Тревора Пирси и Мастона Берда, работавшей в основном независимо от аналогичных разработок в Европе и Соединенных Штатах, и выполнил свою первую тестовую программу (умножение чисел) примерно в ноябре 1949 года. Начал ограниченную эксплуатацию в конце 1950 года, был публично продемонстрирован и введен в полноценную эксплуатацию в 1951 году.

Дизайн

Машина была достаточно типичным представителем компьютеров первого поколения на электронных лампах. В качестве основной памяти использовались ртутные акустические линии задержки с типичной емкостью 768 20-битных слов, дополненные параллельным дисковым устройством общей емкостью 4096 слов и временем доступа 10 миллисекунд. Тактовый генератор памяти работал на частоте 1000 Гц, а устройство управления, синхронизированное с тактовым генератором, выполняло инструкцию за два цикла (позже скорость была увеличена до одного цикла на инструкцию). Шина (в их конструкции называемая "цифровым каналом") была необычной для большинства компьютеров тем, что была последовательной – она передавала по одному биту за раз. Большинство из примерно 2000 ламп CSIRAC были типами 6SN7, 6V6, диодами EA50 и KT66. Джордж Семкив позже переработал электронную схему чтения с барабана, используя германиевые транзисторы. Ввод данных в машину осуществлялся с помощью перфорированной широкой 12-трековой бумажной ленты, после того как эксперименты с перфокартами оказались неудовлетворительными. Управление машиной осуществлялось с помощью консоли, которая позволяла пошагово выполнять программу, инструкция за инструкцией, и оснащалась ЭЛТ-дисплеями, отображающими содержимое регистров. Вывод данных осуществлялся через стандартный телепринтер или на перфоленту. Набор инструкций поддерживал базовый набор арифметических и логических операций, а также условные и относительные переходы (что позволяло создавать библиотеку подпрограмм). Инструкции состояли из трех компонентов: 5-битный "адрес назначения" P1-P5, 5-битный "адрес источника" P6-P10 и 10-битный "адрес" P11-P20. Для инструкций, использующих основную память, шесть бит P15-P20 выбирали одну из 64 логических линий задержки. Биты P11-P14 определяли момент времени, когда 20 бит данных записывались или извлекались из линии задержки, и таким образом представляли адрес слова в выбранной линии задержки. Было 32 выходных и 32 входных вентиля; 10 адресных бит идентифицировали слово данных в памяти, если источник или назначение требовали доступа к памяти. Общее количество комбинаций источника и назначения, или различных функций инструкции, составляло 1024, хотя часто использовалось лишь около 256 из них. Машина имела три 20-битных регистра (A, B и C), два из которых использовались при умножении, один 10-битный регистр, который мог быть связан с любой половиной слова, и группу из 16 20-битных регистров, адресуемых через биты P11-P14. Кроме того, были доступны 20-битный счетчик программы (регистр S) и регистр команд (K). Как и все машины той эпохи, эта машина не имела операционной системы. В 1960 году Джеффом Хиллом был разработан высокоуровневый интерпретируемый язык программирования под названием INTERPROGRAM. Он был похож на ранние версии BASIC, который был разработан в 1963 году для 20-битной транзисторной серии GE 200. В 1950 году CSIRAC был использован для воспроизведения музыки, что стало первым известным применением цифрового компьютера для этой цели. Музыка не была записана, но была точно реконструирована. В 1955 году, когда CSIRO решило, что исследования в области вычислительной техники не входят в сферу его деятельности, машина была переведена из Лаборатории радиофизики CSIRO в Сиднее в Мельбурнский университет, где она стала единственным академическим вычислительным центром Австралии до конца 1956 года. Многие пионеры компьютерной техники в Австралии впервые познакомились с компьютерами именно там.

The machine was fairly representative of first generation valve driven computer designs. It used mercury acoustic delay lines as its primary data storage, with a typical capacity of 768 20 bit words, supplemented by a parallel disk type device with a total 4096 word capacity and an access time of 10 milliseconds. Its memory clock ran at 1000 Hz, and the control unit, synchronized to the clock, took two cycles to execute an instruction (later the speed was doubled to one cycle per instruction). The bus (termed the "digit trunk" in their design) is unusual compared to most computers in that it was serial—it transferred one bit at a time. Most of CSIRAC's approximately 2000 valves were of the types 6SN7, 6V6, EA50 diodes and KT66. George Semkiw later redesigned the drum read electronics to use germanium transistors. Input to the machine was performed in the form of punched wide, 12 track paper tape, after experiments with punch cards proved unsatisfactory. The machine was controlled through a console which allowed programs to be stepped through one instruction at a time, and featured CRT displays which showed the contents of registers. Output was through a standard teleprinter or to punch tape. The instruction set supported the basic set of arithmetic and logical operations, as well as conditional and relative jumps (making it possible to write a library of subroutines). Instructions consisted of three components: a 5 bit "destination" P1 P5, a 5 bit "source" P6 P10, and a 10 bit "address" P11 P20. For instructions that used the main store, the six bits P15 P20 selected one of the 64 logical delay lines. Bits P11 P14 determined the time at which 20 bits of data were written to or extracted from the delay line, and thus represented address of a word within the selected delay line. There were 32 destination gates and 32 source gates; the 10 address bits identified a data word within the store if either the source or destination required access to the store. The total number of source and destination combinations, or different instruction functions, was 1024, although only about 256 of these were used often. The machine had three 20 bit registers (A, B and C), two of which were involved in multiplication, one 10 bit register which could link to either half of a word, and a group of 16 20 bit registers, addressed via bits P11 P14. In addition the 20 bit program counter (S register), and the instruction register (K) were accessible. The machine, like all machines of the era, had no operating system. A high level interpreted programming language called INTERPROGRAM was developed in 1960 by Geoff Hill. It was similar to early forms of BASIC, which was designed in 1963 for the 20 bit transistorized GE 200 series. In 1950 CSIRAC was used to play music, the first known use of a digital computer for the purpose. The music was never recorded, but it has been accurately reconstructed. In 1955, with the CSIRO's decision that computing research was outside its purview, the machine was transferred from its home at the Radiophysics Laboratory at the CSIRO in Sydney, to the University of Melbourne, where it formed Australia's only academic computing facility until late 1956. Many pioneers of computer use in Australia had their first exposure to computing there.

Сохранение

В 1964 году CSIRAC был окончательно выведен из эксплуатации. Его историческая значимость уже была признана, и он был помещен на хранение с планами для последующей экспозиции в музее. Машина хранилась на складе в 1960-х и 1970-х годах, после чего с 1980 по 1992 год была установлена для экспонирования в Технологическом институте Колфилда (позже Каулфилдский кампус Технологического института Чишолма, а затем снова Каулфилдский кампус Университета Монаш). После этого она снова была возвращена на хранение. Интерес к машине возродился в 1990-х годах, когда стало ясно, что многие из ее разработчиков стареют, и история рискует быть утраченной навсегда. В 1996 году была проведена конференция, посвященная этой машине. В 2000 году машина обрела постоянное место в Музеях Виктории. С момента вывода из эксплуатации она не функционирует, но многие программы, на ней работавшие, были сохранены, и для нее был создан эмулятор. Кураторы решили, что, помимо стоимости восстановления устройства, огромное количество ремонтов, необходимых для обеспечения его безопасной работы (CSIRAC потреблял 30 киловатт энергии во время работы), снизило бы его историческую достоверность. После многолетней экспозиции в Мельбурнском музее в 2018 году она была перенесена в Scienceworks и теперь постоянно экспонируется в галерее Think Ahead. Она включена в список Национальных инженерных достопримечательностей Инженерами Австралии в рамках Программы признания инженерного наследия.