Maurice Vincent Wilkes Tietojenksittelyn pioneeri Raine Kauppinen Tietojenksittelytieteen

Maurice Vincent Wilkes Tietojenkäsittelyn pioneeri Raine Kauppinen Tietojenkäsittelytieteen historia 18. 1. 2001

Johdanto Wilkes 18. 1. 2001 • Wilkes on todellinen tietojenkäsittelyn pioneeri, jonka ansioksi luetaan useat suuret edistysaskeleet • tunnetaan erityisesti EDSAC: n luojana • esitteli myös mm. mikrokoodin ja välimuistin periaatteet 2

Nuoruusvuodet • syntyi 26. 6. 1913 Dudley Staffordshiressa, Englannissa • I maailmansota päättyi, kun Wilkes oli 5 vuotias • kiinnostui elektroniikasta ja tekniikasta jo hyvin nuorena; lempileluja patterit, lamput, kellot yms. 18. 1. 2001 3

• piti koulussa luonnontieteistä, erityisesti matematiikasta • tiesi jo 11 -vuotiaana haluavansa tiedemieheksi tai insinööriksi, joten keskittyi matematiikkaan ja fysiikkaan • kiinnostui radiotekniikasta, kun perheeseen hankittiin radiolaite vuonna 1924 • myöhemmin Wilkesin opettaja tutustutti hänet radioamatööritoimintaan 18. 1. 2001 4

• suoritti Morse-kokeen vuonna 1931 • samana vuonna aloitti myös opintonsa Cambridgen collegessa 18. 1. 2001 5

Varhaiset yliopistovuodet • aloitti opinnot Cambridgen yliopistossa vuonna 1934 • tutki radioaaltojen käyttäytymistä ionosfäärissä, kirjoitti myös ensimmäisen kirjansa aiheesta • tutustui tutkimusten yhteydessä laskentaan käytettyihin laitteisiin ja menetelmiin 18. 1. 2001 6

• osallistui vuonna 1937 yliopiston uuden laskentalaboratorion suunnitteluun • ehdotettu nimi oli “Computing Laboratory”, mutta nimeksi tuli aluksi “Mathematical Laboratory” • Wilkes työskenteli laboratoriossa tutkimustensa parissa II maailmansotaan asti 18. 1. 2001 7

II maailmansota • Wilkes palveli sodan aikana ilmavoimissa • palveluspaikkoina tutka-asemat • sai kokemusta armeijan käyttämästä tekniikasta, kuten suurin osa aikansa tiedemiehistä ja tutkijoista • tutkimus ja kehitystyötä, tehtävä Saksassa vuonna 1945 18. 1. 2001 8

Suurten edistysaskeleiden aika • Wilkes palasi Cambridgeen vuonna 1945, jolloin hänet nimitettiin Mathematical Laboratoryn johtoon • Wilkes “korjasi suuren historiallisen erehdyksen” ja muutti laboratorion nimen muotoon “Computer Laboratory” vuotta myöhemmin 18. 1. 2001 9

• Wilkes kiinnostui tietokoneista yhä enemmän saatuaan käsiinsä von Neumannin raportin (toukokuussa 1946) • lopullinen sysäys, joka ohjasi Wilkesin tietokoneiden kehityksen pariin, oli kutsu Moore Schooliin, Philadelphiaan • kurssi elektronisista tietokoneista (kesällä 1946) 18. 1. 2001 10

• kurssi käsitteli mm. ENIAC-konetta ja EDVAC-koneen suunnittelua ja kehitystä • keskusteluja tietokoneiden tulevaisuudesta J. Mauchlyn ja J. P. Eckertin kanssa • vierailuja myös muualla Yhdysvalloissa (mm. Washington, MIT, Boston ja New York) • Yhdysvalloista paluun jälkeen Wilkes alkoi suunnitella pitkälti EDVAC: n suunnitelmiin perustuvaa tietokonetta 18. 1. 2001 11

Mercury delay line 18. 1. 2001 • suunnitelman keskeinen idea oli muistiin talletettu ohjelma • ongelmana muisti; ratkaisu jo samana vuonna - T. Gold, jolla oli valmiit suunnitelmat sopivan muistin rakentamiseksi (mercury tanks) • ongelman ratkettua EDSACtietokoneen rakennus alkoi 12

EDSAC (Eletcronic Delay Storage Automatic Calculator) • valmistui 6. 6. 1949 • oli yhtäjaksoisessa käytössä vuoteen 1958, jolloin korvattiin seuraajallaan • EDSAC oli ensimmäinen muistiin talletettua ohjelmaa käyttävä tietokone; EDVAC, johon EDSAC suurelta osin perustui, valmistui noin 2 vuotta myöhemmin 18. 1. 2001 13

EDSAC lyhyesti EDSAC, W. Rennes ja M. Wilkes 18. 1. 2001 • 650 käskyä/s (500 k. Hz) • 1024 17 -bitin sanaa muistia • käytti maks. 30 k. W sähkövirtaa • “käyttöjärjestelmä” vei 31 sanaa (ROM) • teleprintterin tulostus n. 7 merkkiä/s • koneeseen lisättiin nauhaasema v. 1952 (ei toiminut kunnolla!) 14

• EDSAC: iä käytettiin tieteelliseen laskentaan, mm. meteorologiassa, genetiikassa, teoreettisessa kemiassa ja molekyylibiologiassa • Lyons Computer kehitti EDSAC: iin perustuen LEO-tietokoneen, joka oli tarkoitettu toimistokäyttöön • LEO-tietokone menestyi niin hyvin, että siitä kehitettiin myös kaksi kehittyneempää versiota 18. 1. 2001 15

Ohjelmointitekniikka “As soon as we started programming, we found to our surprise that it wasn't as easy to get programs right as we had thought. Debugging had to be discovered. I can remember the exact instant when I realized that a large part of my life from then on was going to be spent in finding mistakes in my own programs. ” -- Maurice Wilkes discovers debugging, 1949 18. 1. 2001 16

• EDSAC: n valmistumisen jälkeen Wilkes keskittyi ohjelmointitekniikoiden tutkimiseen • Wilkes päätyi nopeasti aliohjelmakirjastojen välttämättömyyteen • kirja aiheesta vuonna 1951 • ensimmäinen kurssi Tietojenkäsittelytieteestä Cambridgessa vuonna 1953 18. 1. 2001 17

Mikro-ohjelmoitava ohjausyksikkö • Wilkes ei ollut tyytyväinen EDSAC: n ohjausyksikköön (CU); se sisälsi paljon piirejä ja logiikkaa (random logic) • ajatus siitä, että ohjausyksikön pitäisi itsessään olla pieni tietokone, jolla oma käskykanta ja suoritettava ohjelma (mikrokoodi) 18. 1. 2001 18

• ajatukset julki vuonna 1951 Manchesterissä pidetyssä konferenssissa • myös muita ajatuksia hyvästä tietokoneen rakenteesta • toteutuksen esteenä liian kehittymätön muisti; ensimmäinen toteutus EDSAC 2 vuonna 1958 • mikro-ohjelmoitava keskusyksikkö kaupallisissa koneissa vasta 60 -luvulla (IBM System/360, v. 1964) 18. 1. 2001 19

EDSAC 2 • Wilkes aloitti EDSAC 2: n suunnittelun jo vuonna 1951, mutta joutui jälleen odottamaan muistiteknologian kehittymistä • core memory (MIT) vuonna 1953 • EDSAC 2 pystyttiin toteuttamaan, joskin jonkin verran suunniteltua hitaammin 18. 1. 2001 20

• EDSAC 2 valmistui vuonna 1958 ja se korvasi edeltäjänsä kokonaan 11. heinäkuuta samana vuonna • kaikin puolin paranneltu versio edeltäjästään • parempi muistiteknologia (core memory) • mikro-ohjelmoitava ohjausyksikkö, traceominaisuus mikrokoodissa • 1024 sanan muisti (pieni!) • käytössä vuoteen 1965 18. 1. 2001 21

18. 1. 2001 Jonotusta EDSAC 2: n käyttöajan varaamiseksi 22

Välimuisti • Wilkes esitteli lyhyessä artikkelissaan vuonna 1965 idean, jota hän kutsui orjamuistiksi • nimeksi vakiintui myöhemmin välimuisti • tuli nopeasti käyttöön (merkittävä nopeuden lisäys!), esimerkiksi IBM System/360 Model 85, v. 1968 18. 1. 2001 23

Myöhemmät vuodet yliopistolla • EDSAC 2: n jälkeen Wilkes kiinnostui tietoliikenneverkoista • osallistui aihetta käsittelevään konferenssiin (Delft) vuonna 1960 • kiinnostusta myös tietokonegrafiikkaan, erityisesti CAD: iin • perusti CAD-ryhmän Cambridgeen v. 1965 18. 1. 2001 24

CAP Computer • 60 -luvulla alettiin tutkia myös moniajoa • Wilkes kirjoitti aiheesta kirjan perustuen kokemuksiinsa MIT: ssä (Compatible Time. Sharing System) ja Cambridgessa (Cambridge Multple Access System) • huomio kiinnittyi moniajon laitteistotukeen, esimerkiksi muistin suojaukseen laitteistotasolla 18. 1. 2001 25

CAP Computer 18. 1. 2001 • projekti, jonka yhteydessä rakennettiin kokeellinen laitteisto • muistin suojaus toteutettu laitteiston avulla • projektin tulokset julki vuonna 1979 • aiheeseen laajaa mielenkiintoa 70 -luvulla, ei kuitenkaan vakiintunut 26

Cambridge Ring • Wilkes oli alkanut tutkia tietoliikenneverkkoja jo 60 -luvulla • vuonna 1974 puolijohdeteknologia oli kehittynyt riittävästi laajakaisten paikallisverkkojen toteuttamiseksi niiden avulla • kokeellinen Cambridge Ring -verkko, tulokset julkistettiin 1975 18. 1. 2001 27

Cambrige Ring 18. 1. 2001 • siirtonopeus 10 Mb/s • aikaisempia ratkaisuja luotettavampi ja helpompi ylläpitää • laajaan käyttöön, pohjana myös useille myöhemmille verkoille, esimerkiksi Cambridge Model Distributed System, v. 1980 28

Yliopistolta yritysmaailmaan Tuore eläkeläinen 18. 1. 2001 • Wilkes jäi eläkkeelle yliopistolta vuonna 1980 • siirtyi työskentelemään DEC: in insinööriosastolle Yhdysvaltoihin • toimi myös MIT: ssä professorina 29

• palasi Englantiin vuonna 1986 • toimi Olivetin tutkimusosaston johtokunnassa ja myöhemmin strategiakonsulttina • myös AT&T: n konsulttina • kirjoittanut eläkkeelle jäämisensä jälkeen kaksi kirjaa, Memoirs of a Computer Pioneer (1985) ja Computing Perspectives (1995) 18. 1. 2001 30

Loppusanat • tietojenkäsittelyn pioneeri sanan varsinaisessa merkityksessä • tärkein saavutus EDSAC • muita tärkeitä ideoita erityisesti mikroohjelmointi ja välimuisti 18. 1. 2001 31

• arvostusta kuvaavat ehkä parhaiten useat kunniajäsenyydet eri tieteen ja tietojenkäsittelyn järjestöissä yms. . – – – honorary Doctor of Science, Cambridge (1993) Distinguished Fellow of the British Computer Society Fellow of ACM Fellow of the Royal Academy of Engineering Foreign Associate of U. S. National Academy of Sciences – Foreign Associate of U. S. National Academy of Engineering 18. 1. 2001 32

• . . . ja useat tunnustukset ja palkinnot – Turing Lecture (1967) – Eckert-Mauchly Award (1980) – Kyoto Prize for Advanced Technology (1992) 18. 1. 2001 33

Lisätietoa • kirjat • EDSAC: n 50 -vuotistapahtuman kotisivut, http: //www. cl. cam. ac. uk/Uo. CCL/misc/EDSAC 99 Tietojenkäsittelyn arvostettu pioneeri 18. 1. 2001 34