EDSAC

Electronic delay storage automatic calculator (EDSAC)
	EDSAC I in June 1948
開発元かいはつもと	モーリス・ウィルクスとケンブリッジ大学けんぶりっじだいがくの数学すうがく研究所けんきゅうじょのチーム
製造元せいぞうもと	ケンブリッジ大学けんぶりっじだいがく
世代せだい	1
発売はつばい日び	1949年ねん5月がつ6日にち (75年ねん前まえ)
販売はんばい期間きかん	1949–1958
販売はんばい終了しゅうりょう日び	yes
出荷しゅっか台数だいすう	1
OS	なし
CPU	:en:Derated thermionic valves
メモリ	512 17-bit words, upgraded in 1952 to 1024 17-bit words. (temperature stabilized mercury delay lines)
ディスプレイ	テレプリンタ
入力にゅうりょく機器きき	5孔あなテープ
電源でんげん	11 キロワット
後方こうほう互換ごかん	なし
次世代じせだいハード	en:EDSAC 2 と LEO I
関連かんれん商品しょうひん	EDVAC

EDSAC（エドサック、Electronic Delay Storage Automatic Calculator^{[※ 1]}）は、初期しょきのイギリスのコンピュータのひとつ^[1]。このマシンはジョン・フォン・ノイマンがまとめたEDVACについてのレポート（EDVACに関かんする報告ほうこく書しょの第だい一いち草稿そうこう）に刺激しげきされ、モーリス・ウィルクスとケンブリッジ大学けんぶりっじだいがくの数学すうがく研究所けんきゅうじょ（英語えいご版ばん）のチームが開発かいはつした。EDSACは、世界せかい初はつの実用じつよう的てきなプログラム内蔵ないぞう方式ほうしきの電子でんし計算けいさん機きであるが、プログラム内蔵ないぞう方式ほうしきの世界せかい初はつの稼働かどうしたマシンではない^{[※ 2]}。

プロジェクトは J. Lyons & Co. Ltd. が資金しきん援助えんじょし、同社どうしゃはEDSACのデザインに基もとづいた初はつの商用しょうようコンピュータ LEO I を開発かいはつした。1949年ねん 5月6日にち、EDSAC上じょうで最初さいしょに動作どうさしたプログラムは、0から99までの整数せいすうの二に乗じょうの表ひょうを作つくるプログラムと^[2]、素数そすうのリストを作つくるプログラムであった。

技術ぎじゅつ概要がいよう

ハードウェア構成こうせい

EDSACが開発かいはつされると即座そくざに大学だいがくの研究けんきゅう用ように使つかわれ始はじめた。3000本ほんの真空しんくう管かんを使用しようし、消費しょうひ電力でんりょくは12kW。主しゅ記憶きおく装置そうちには水銀すいぎん遅延ちえん管かんを使用しようしている。入力にゅうりょくには5孔あなの紙かみテープを使用しようし、出力しゅつりょくにはテレタイプ端末たんまつを使用しようしている。

当初とうしょ、レジスタとしてはアキュムレータと乗算じょうざん器用きようレジスタしかなかった。1953年ねん、デビッド・ホイーラーがイリノイ大学だいがくから戻もどると、インデックスレジスタを設計せっけいしてEDSACのハードウェアを拡張かくちょうしている。

記憶きおく装置そうちと命令めいれい

主しゅ記憶きおく容量ようりょうは1024ワード（1ワード（ショートワード）は17ビット）だが、実際じっさいにメモリが実装じっそうされたのは512ワードまでだった。ロングワードは35ビットで、偶数ぐうすうアドレスと奇数きすうアドレスのショートワードを、真まん中なかに「サンドイッチビット」と呼よばれるビット（記憶きおく装置そうちの都合つごうによるスタートビット兼けんストップビットのようなものがそのまま入はいる）を挟はさんで連続れんぞくして使用しようする。数値すうちは2の補数ほすう表現ひょうげんの二に進数しんすうである。

18個この命令めいれいを備そなえていた。17ビットのショートワード先頭せんとう5ビットが命令めいれいコードだが、紙かみテープの文字もじコードをそのまま使つかい、ニーモニックの文字もじコードを命令めいれいコードとしていた。例たとえば "Add" 命令めいれいの命令めいれいコードは "A" の文字もじコードだった。その後ごに1ビットの未み使用しようビットをはさみ、10ビットのメモリアドレスがあり、最後さいごの1ビットはオペランドがショートワードなのかロングワードなのかを指定していする。

乗算じょうざん器きは数値すうちを固定こてい小数点しょうすうてん数すうとして扱あつかい、その範囲はんいは -1 ≤ x < 1 となるよう設計せっけいされている。すなわち、小数点しょうすうてんは符号ふごうのすぐ後ごにある。アキュムレータは71ビット幅はばで、35ビットのロングワード同士どうしの乗算じょうざんを行おこなっても切捨きりすてが起おきないよう設計せっけいされている。

命令めいれいとしては、加算かさん、減算げんざん、乗算じょうざん、照合しょうごう^{[※ 3]}、左ひだりシフト、右みぎシフト、乗算じょうざん器用きようレジスタへのロード、アキュムレータの内容ないようのストア（オプションでアキュムレータをクリア）、条件じょうけん付づけスキップ、入力にゅうりょくテープ読よみ込こみ、文字もじ印字いんじ、アキュムレータを丸まるめる、NOP、ストップなどがある。除算じょざん命令めいれいはなく（サブルーチンで実装じっそう）、アキュムレータに直接ちょくせつメモリからロードする命令めいれいもない（アキュムレータをストア命令めいれいでゼロクリアしてから^{[※ 4]}加算かさん命令めいれいで「ゼロに該当がいとうの値ねを加算かさん」することで、ロードと同様どうようの結果けっかになる）。

システムソフトウェア

イニシャルオーダ (initial orders) はスイッチ群ぐんで実装じっそうされていて、起動きどう時じにメモリの先頭せんとうワード群ぐんにロードされる。1949年ねん5月がつには、上述じょうじゅつしたニーモニック設計せっけいを生いかした初歩しょほ的てきなアセンブラの機能きのうがわずか31ワードのイニシャルオーダに搭載とうさいされている^[3]。これが世界せかい初はつのアセンブラであり、ソフトウェア産業さんぎょうの出発しゅっぱつ点てんとも言いえる。

EDSACは同どう大学だいがくの様々さまざまな実際じっさいの問題もんだいを解とくのに使つかわれ、今日きょうのオペレーティングシステムに含ふくまれるような様々さまざまな技法ぎほうが考案こうあんされた。ユーザーはプログラムをアセンブリ言語げんごで書かくと、紙かみテープをさん孔こうして入力にゅうりょくの準備じゅんびをする。ユーザーは紙かみテープを見みてコードを読よみ取とれるようになった。準備じゅんびができると、紙かみテープを読取よみと装置そうちの近ちかくにある紐ひもに引ひっ掛かける。オペレータはその紐ひもに引ひっ掛かけられた紙かみテープ群ぐんから1つを選えらび、EDSACに読よみ込こませる。これがいわゆるジョブキューの役割やくわりを果はたした。プログラムの実行じっこうによってプリントアウトされたものと紙かみテープはユーザーに返かえされる。何なにも出力しゅつりょくされない場合ばあいは停止ていししたメモリ位置いちをユーザーに知しらせる。デバッガはまだなかったが、ブラウン管ぶらうんかんを使つかって指定していしたメモリ位置いちの内容ないようを表示ひょうじすることができた。これは例たとえば数値すうちが収束しゅうそくしているかどうかを見みるのに使つかわれた。通常つうじょう業務ぎょうむ時間じかんが終了しゅうりょうすると、許可きょかを得えたユーザーが自みずからマシンを操作そうさでき、真空しんくう管かんが故障こしょうしない限かぎり夜よる遅おそくまで使つかっていたが、あるユーザーによれば真空しんくう管かんの故障こしょうはよく起おきたという^[4]。

プログラミング技法ぎほう

初期しょきのプログラマは今日きょうでは推奨すいしょうされない技法ぎほう、特とくにコード書かき換かえを使つかう必要ひつようがあった。当初とうしょインデックスレジスタがなかったため、配列はいれつにアクセスするには命令めいれい内ないのアドレス部分ぶぶんを実行じっこう時じに書かき換かえてやる必要ひつようがあった。

デビッド・ホイーラーはこのプロジェクトで世界せかい初はつの計算けいさん機き科学かがくのPhDを取得しゅとくしたが、サブルーチンの概念がいねんの発明はつめい者しゃとされている。ルーチンにジャンプする命令めいれいのあるアドレスに1を加くわえたアドレスをレジスタに格納かくのうした状態じょうたいでルーチンにジャンプする（これを Wheeler jump と呼よぶ）。サブルーチン側がわはその渡わたされたアドレスで最さい後尾こうびのジャンプ命令めいれいのアドレス部ぶを書かき換かえる。この書かき換かえをサブルーチンの先頭せんとうで行おこなえば、さらに別べつのサブルーチンコールを呼よぶ、入いれ子こを実現じつげんすることもできる（再帰さいきはできない、ということに注意ちゅうい）。

ただし当時とうじはリロケータブルバイナリなどといったものがあるわけでは当然とうぜんなく、プログラマがジャンプ先さきの位置いちを計算けいさんする必要ひつようがあり、各かくルーチンの長ながさを予あらかじめ正確せいかくに知しっている必要ひつようがあった。サブルーチンはあらかじめマスターテープとして作つくられており、それをテープ上じょうでプログラム本体ほんたいの後うしろに続つづけてコピーするというならば「人力じんりきリンク」のような作業さぎょうが行おこなわれていた（そのため、サブルーチンの先頭せんとう位置いちはプログラムによって異ことなるが、コーディングの際さいには事前じぜんのアドレス計算けいさんにより求もとめておく必要ひつようがあった）。^{[※ 5]}

また重要じゅうようなこととして、以上いじょうのような技法ぎほうを初はじめとした、本ほん機きの利用りようによって得えられた経験けいけんと、具体ぐたい的てきにそのプログラムとを The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer という書籍しょせきとして公刊こうかんし、世界せかい的てきに広ひろく読よまれた、ということが挙あげられる。当時とうじは米国べいこくの一部いちぶのコンピュータのように、軍ぐんや兵器へいきや米国べいこくの安全あんぜんに関与かんよしているため秘密ひみつにすることが強要きょうようされ知見ちけんが全まったく共有きょうゆうされなかった等ひとしといった例れいもあった中なかで、同書どうしょは世界せかい的てきに「プログラミング」の実例じつれいを広ひろめたのみならず、その後ごにプログラム内蔵ないぞう方式ほうしき（乃至ないし、ノイマン型がた）コンピュータを設計せっけいする者ものへの指針ししんともなったなど、広ひろく世界せかいに貢献こうけんした。

アプリケーションソフトウェア

サブルーチンの概念がいねんからライブラリができるようになった。1951年ねんには次つぎのような分野ぶんやの87のサブルーチンが広ひろく使つかわれていた。

浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざん、複素数ふくそすう演算えんざん
除算じょざん、べき乗じょう
各種かくしゅ関数かんすう（三角さんかく関数かんすうなど）
微分びぶん方程式ほうていしき
冪べき級数きゅうすう
対数たいすう
印字いんじレイアウト
数値すうち積分せきぶん
入力にゅうりょく
反復はんぷく処理しょり（do-while文ぶん、while文ぶん、for文ぶん）
ベクトル、行列ぎょうれつ

EDSACの利用りよう例れい

1950年ねん、ウィルクスとホイーラーはロナルド・フィッシャーの論文ろんぶん^[5]にあった遺伝子いでんし頻度ひんどに関かんする微分びぶん方程式ほうていしきをEDSACで解といた。これは生物せいぶつ学がく分野ぶんやでの世界せかい初はつのコンピュータ利用りようである。
1951年ねん、ミラーとホイーラーは当時とうじとしては最大さいだいの79桁けたの素数そすうを発見はっけんした^[6]。
1952年ねん、大学院生だいがくいんせいだったアレキサンダー・サンディ・ダグラス（英語えいご版ばん）は三さん目もく並ならべのグラフィカルバージョンである『OXO』というプログラムをEDSAC上じょうで作成さくせいした。これが画面がめん写真しゃしんが残のこっている世界せかい初はつのコンピュータゲームである。
以下いかは後継こうけい機きのEDSAC 2（en:EDSAC 2）による（後継こうけい機き EDSAC 2 の稼働かどうにより、先代せんだい EDSAC の稼働かどうは終了しゅうりょうした）
- 1960年代ねんだい、楕円だえん曲線きょくせんに関かんする数値すうち演算えんざんに使つかわれた。具体ぐたい的てきには、バーチ・スウィンナートン＝ダイアー予想よそう（BSD予想よそう）を導みちびいた計算けいさんである。

その後ごの開発かいはつ

EDSACの後継こうけい機き EDSAC 2 は1958年ねんに動作どうさを開始かいしした。1961年ねん、EDSAC 2 用ようのAutocode（ALGOL風ふうの科学かがく技術ぎじゅつ計けい算用さんよう高水準こうすいじゅん言語げんご)を D.F. Hartley が開発かいはつした。

1960年代ねんだい半なかばには EDSAC 2 の後継こうけい機きが計画けいかくされたが、結局けっきょく Atlas 2 のプロトタイプである Titan が導入どうにゅうされた。Atlas 2 はマンチェスター大学だいがく、フェランティ、Plessy の三さん者しゃで開発かいはつした Atlas コンピュータの後継こうけい機きである。

復元ふくげんプロジェクト

2011年ねん1月がつ13日にち、Computer Conservation Society がEDSACの実じつ動どうするレプリカをイギリスブレッチリー・パークの国立こくりつコンピューティング博物館はくぶつかんにて製作せいさくすると発表はっぴょうした^[7]。2015年ねんの稼働かどうを目指めざし、その後ごは定期ていき的てきに動作どうささせるデモンストレーションを行おこなう予定よていだという。

プロジェクトを指揮しきする Andrew Herbert はモーリス・ウィルクスの下したで学まなんだことがある。

参考さんこう文献ぶんけん

The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer by Professor Sir Maurice Wilkes, David Wheeler and Stanley Gill, Addison–Wesley, Edition 1, 1951^[8]

注釈ちゅうしゃく

^ "delay storage" は使用しようしている遅延ちえん記憶きおく装置そうちを指さしている
^ Manchester Mark IのプロトタイプであるBabyの方ほうが早はやい。ただし Baby はウィリアムス管かんの評価ひょうか用ように製作せいさくされており、実用じつよう的てきではなかった。A brief informal history of the Computer Laboratory を参照さんしょう。マンチェスター大学だいがくでは1949年ねん4月がつから Manchester Mark I が稼働かどうしはじめているが、完成かんせいしたのは少すこし後ごである。
^ 指定していされたメモリワードと乗算じょうざん器用きようレジスタの内容ないようにビット単位たんいのANDを施ほどこし、結果けっかをアキュムレータに格納かくのうする命令めいれい
^ ストア命令めいれいに、単たんにストアする命令めいれいと、ストアに引ひき続つづきアキュムレータをゼロクリアする命令めいれいの2種類しゅるいがあり、その後ご者しゃを使つかう、ということ。
^ 当時とうじの資料しりょう映像えいぞうに、1976年ねんにウィルクスが解説かいせつを付つけた動画どうが（ (79) EDSAC 1951 - YouTube ）にプログラミングの光景こうけいがある。4分ふんから5分ぶんのあたりで設計せっけい、5分ふんから5分ふん30秒びょうのあたりでコーディング、5分ふん30秒びょうから先さきのあたりで、紙かみテープへのパンチングと、該当がいとうするサブルーチンの編集へんしゅう等とうの作業さぎょうが見みられる。

出典しゅってん

^ Wilkes, W. V.; Renwick, W. (1950). “The EDSAC (Electronic delay storage automatic calculator)”. Math. Comp. 4: 61-65.
^ “Pioneer computer to be rebuilt”. Cam 62: 5. (Lent 2011).
^ Martin Richards. “EDSAC Initial Orders and Squares Program”. University of Cambridge, Computer Laboratory. 2024年ねん3月がつ20日はつか閲覧えつらん。
^ Professor David Barron, Emeritus Professor of the University of Southampton at a Cambridge Computer Lab seminar to mark the 60th anniversary May 6th 2009.
^ Gene Frequencies in a Cline Determined by Selection and Diffusion, R. A. Fisher, Biometrics, Vol. 6, No. 4 (Dec., 1950), pp. 353-361
^ Caldwell - largest known primes by year One reference gives Miller, J. C. P. "Larger Prime Numbers" (1951) Nature 168(4280):838, ただしこちらには言及げんきゅうがない。
^ Ward, Mark (2011年ねん1月がつ13日にち). “Pioneering Edsac computer to be built at Bletchley Park”. BBC News. 2024年ねん3月がつ20日はつか閲覧えつらん。
^ Todd, John (1952). “Review: The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer, by M. V. Wilkes, D. Wheeler, and S. Gill”. Bull. Amer. Math. Soc. 58 (2): 276-278.

外部がいぶリンク

50th Anniversary of EDSAC Site
An EDSAC simulator — Developed by Martin Campbell-Kelly, Department of Computer Science, University of Warwick, England.
Oral history interview with David Wheeler, 14 May 1987. Charles Babbage Institute, University of Minnesota.
Nicholas Enticknap and Maurice Wilkes, Cambridge's Golden Jubilee — in: RESURRECTION The Bulletin of the Computer Conservation Society. ISSN 0958-7403. Number 22, Summer 1999.

[1] "delay storage" は使用しようしている遅延ちえん記憶きおく装置そうちを指さしている

[3] Manchester Mark IのプロトタイプであるBabyの方ほうが早はやい。ただし Baby はウィリアムス管かんの評価ひょうか用ように製作せいさくされており、実用じつよう的てきではなかった。A brief informal history of the Computer Laboratory を参照さんしょう。マンチェスター大学だいがくでは1949年ねん4月がつから Manchester Mark I が稼働かどうしはじめているが、完成かんせいしたのは少すこし後ごである。

[5] 指定していされたメモリワードと乗算じょうざん器用きようレジスタの内容ないようにビット単位たんいのANDを施ほどこし、結果けっかをアキュムレータに格納かくのうする命令めいれい

[6] ストア命令めいれいに、単たんにストアする命令めいれいと、ストアに引ひき続つづきアキュムレータをゼロクリアする命令めいれいの2種類しゅるいがあり、その後ご者しゃを使つかう、ということ。

[9] 当時とうじの資料しりょう映像えいぞうに、1976年ねんにウィルクスが解説かいせつを付つけた動画どうが（ (79) EDSAC 1951 - YouTube ）にプログラミングの光景こうけいがある。4分ふんから5分ぶんのあたりで設計せっけい、5分ふんから5分ふん30秒びょうのあたりでコーディング、5分ふん30秒びょうから先さきのあたりで、紙かみテープへのパンチングと、該当がいとうするサブルーチンの編集へんしゅう等とうの作業さぎょうが見みられる。

[2] Wilkes, W. V.; Renwick, W. (1950). “The EDSAC (Electronic delay storage automatic calculator)”. Math. Comp. 4: 61-65.

[4] “Pioneer computer to be rebuilt”. Cam 62: 5. (Lent 2011).

[7] Martin Richards. “EDSAC Initial Orders and Squares Program”. University of Cambridge, Computer Laboratory. 2024年ねん3月がつ20日はつか閲覧えつらん。

[8] Professor David Barron, Emeritus Professor of the University of Southampton at a Cambridge Computer Lab seminar to mark the 60th anniversary May 6th 2009.

[10] Gene Frequencies in a Cline Determined by Selection and Diffusion, R. A. Fisher, Biometrics, Vol. 6, No. 4 (Dec., 1950), pp. 353-361

[11] Caldwell - largest known primes by year One reference gives Miller, J. C. P. "Larger Prime Numbers" (1951) Nature 168(4280):838, ただしこちらには言及げんきゅうがない。

[12] Ward, Mark (2011年ねん1月がつ13日にち). “Pioneering Edsac computer to be built at Bletchley Park”. BBC News. 2024年ねん3月がつ20日はつか閲覧えつらん。

[13] Todd, John (1952). “Review: The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer, by M. V. Wilkes, D. Wheeler, and S. Gill”. Bull. Amer. Math. Soc. 58 (2): 276-278.

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