Manchester Mark 1 a fost unul dintre cele mai vechi , dezvoltat la din Small-Scale Experimental Machine (SSEM) sau „” (operațional în iunie 1948). El a fost denumit și Manchester Automatic Digital Machine, sau MADM. Lucrările au început în august 1948, iar prima versiune a fost operațională până în aprilie 1949; un program scris pentru a căuta numere prime Mersenne a rulat fără eroare timp de nouă ore, în noaptea de 16/17 iunie 1949.
Funcționarea reușită a mașinii a fost relatată pe larg în presa britanică, care a folosit expresia „creier electronic” la descrierile făcute pentru cititorii lor. Această descriere a provocat o reacție din partea șefului Catedrei de Neurochirurgie de la Universitatea din Manchester, declanșând o îndelungată dezbatere pe tema dacă un calculator electronic ar putea fi vreodată cu adevărat creativ.
Mark 1 era gândit pentru a oferi o resursă de calcul în cadrul universității, pentru a permite cercetătorilor să câștige experiență în utilizarea practică a calculatoarelor, dar a devenit foarte repede și un prototip pe care se putea baza designul modelului comercial al lui . Dezvoltarea a încetat la sfârșitul anului 1949, iar mașina a fost casată spre sfârșitul anului 1950, fiind înlocuită în februarie 1951 de un , primul calculator generic disponibil în comerț.
Computerul este deosebit de semnificativ din punct de vedere istoric din cauza faptului că pentru prima oară cuprindea , o inovație care simplifica cititrea secvențială de către un program a unui șir de consecutive din memorie. Din dezvoltarea mașinii au rezultat treizeci și patru de brevete, și multe din ideile sale de design au fost incluse în următoarele produse comerciale, cum ar fi și , precum și Ferranti Mark 1. Proiectanții-șef, și , au tras din experiențele lor cu Mark 1 concluzia că calculatoarele ar putea fi folosite mai mult în scopuri științifice decât în matematica pură. În 1951, au început lucrările de dezvoltare la Meg, succesorul lui Mark 1, care avea să aibă și o .
Context În 1936, matematicianul Alan Turing a publicat o definiție unei „mașini universale de calcul” teoretice, un calculator care își stoca programul pe o bandă, împreună cu datele pe care lucra. Turing a demonstrat că o astfel de mașină poate rezolva orice problemă de matematică posibilă pentru care poate fi scris un algoritm.. În anii 1940, Turing și alții, cum ar fi Konrad Zuse, au dezvoltat ideea de a folosi propria memorie a calculatorului, în locul benzii, pentru a stoca atât programul cât și datele, dar matematicianul John von Neumann a fost cel care a ajuns să fie creditat în general cu definirea unei , pe care se baza Manchester Mark 1.
Construcția practică a unui calculator von Neumann depindea de disponibilitatea unui dispozitiv de memorie adecvat. Small-Scale Experimental Machine (SSEM) a Universității din Manchester, primul calculator cu program stocat din lume, reușise să demonstreze cât de practice sunt abordarea cu program stocat și , o formă timpurie de memorie de calculator bazată pe un tub catodic (CRT) standard, rulându-și primul program în iunie 1948. Primele calculatoare electronice erau în general programate prin recablare, sau prin panouri cu prize și cabluri; nu exista program separat stocat în memorie, ca la calculatoarele moderne. De exemplu, reprogramarea lui ENIAC putea dura până la câteva zile. Calculatoare cu program stocat erau în dezvoltare și de către alți cercetători, în principal de la , EDSAC de la Universitatea Cambridge, și EDVAC al Forțelor Terestre ale SUA. SSEM și Mark 1 difereau în principal prin faptul că utilizau drept dispozitive de memorie, în locul din mercur.
Cam din august 1948, SSEM era dezvoltată intensiv ca prototop pentru Manchester Mark 1, inițial cu scopul de a da universității o aparatură de calcul mai realistă. În octombrie 1948, directorul științific al guvernului britanic a văzut o demonstrație a prototipului lui Mark 1 într-o vizită la Universitatea din Manchester. Lockspeiser a fost atât de impresionat de ceea ce a văzut încât imediat a inițiat un contract guvernamental cu firma locală pentru a produce o versiune comercială a mașinii, Ferranti Mark 1. În scrisoarea adresată companiei, din data de 26 octombrie 1948, Lockspeiser a autorizat-o să „procedeze pe liniile pe care le-am discutat, anume să construiască o mașină electronică de calcul după instrucțiunile profesorului F. C. Williams”. Din acel punct, dezvoltarea lui Mark 1 a avut scopul adițional de a furniza firmei Ferranti un proiect după care să-și producă mașina comercială. Contractul guvernamental cu Ferranti s-a derulat timp de cinci ani începând din noiembrie 1948, și a implicat o sumă de circa 35.000 de lire pe an (echivalent cu to 1,06 milioane de lire pe an în 2016).
Dezvoltarea și proiectarea dreapta|miniatura|300x300px|Schemă funcțională unde tuburile Williams sunt figurate cu verde. Tubul C deține instrucțiunea curentă și adresa acesteia; A este acumulatorul; M este folosit pentru a reține deînmulțitul și înmulțitorul unei operațiuni de înmulțire; și B renține registrele de indexare, utilizate pentru a modifica instrucțiunile. SSEM fusese proiectat de echipa formată din , și . Pentru a dezvolta Mark 1, ei și-au asigurat asistența a doi studenți cercetători, D. B. G. Edwards și G. E. Thomas; lucrul a început în august 1948. Proiectul a căpătat curând dublul scop de a furniza pentru Ferranti un design funcțional pe care își pot baza o mașină comercială, Ferranti Mark 1, și pe construirea unui calculator care să permită altor cercetători să dobândească experiență despre cum ar putea fi folosită în practică o astfel de mașină. Prima din cele două versiuni de Manchester Mark 1 – cunoscută ca „Versiunea Intermediară” – era operațională în aprilie 1949. Acestei prime versiuni îi lipseau însă unele funcționalități, cum ar fi instrucțiunile necesare pentru a transfera programatic datele între spațiul principal de stocare și nou-dezvoltatul spațiu de stocare magnetic, care se făcea doar oprind mașina și inițiind manual transferul. Aceste elemente lipsă au fost incluse în versiunea Specificației Finale, care a ajuns să fie deplin funcțională în octombrie 1949. Mașina conținea 4050 de valve și avea un consum de putere de 25 kilowați.. (Reprint of the paper published in Communications of the ACM (January 1978) 21 (1) Pentru a crește fiabilitatea, s-au folosit tuburi catodice produse la comandă de în locul dispozitivelor standard utilizate la SSEM.
, care la SSEM era de 32 de biți, a fost crescută la 40 de biți. Fiecare cuvânt putea reține fie un număr pe 40 de biți, fie două instrucțiuni de program pe 20 de biți. Spațiul principal de stocare consta inițial din două tuburi Williams de densitate dublă, fiecare reținând două tablouri de 32 de pe 40 de biți – denumite – salvate și într-un tambur magnetic capabil de a stoca încă 32 de pagini. Capacitatea a fost crescută în versiunea Specificației Finale la opt pagini în spațiul principal pe patru tuburi Williams și 128 de pagini în spațiul tamburului magnetic. Tamburul cu diametrul de ,. (Reprint of Kilburn, Tom (1949). "The University of Manchester Universal High-Speed Digital Computing Machine". Nature 164). denumit la început „roată magnetică”, conținea o serie de piste magnetice paralele pe suprafața sa, fiecare cu propriul ei cap de citire-scriere. Fiecare pistă stoca 2560 de biți, corespunzători la două pagini (2×32×40 biți). O rotație a tamburului dura 30 de milisecunde, timp în care ambele pagini puteau fi transferate în memoria principală cu tub catodic, deși durata efectivă a transferului de date depindea de latență, timpul necesar pentru ca o pagină să ajungă sub capul de citire/scriere. Scrierea paginilor pe tambur dura aproximativ dublu față de citire. Viteza de rotație a tamburului a fost sincronizată cu central, ceea ce a permis adăugarea de tamburi suplimentari. Datele erau înregistrate pe tambur folosind o tehnică de denumită și astăzi .
Setul de instrucțiuni al mașinii a fost extins de la cele 7 ale lui SSEM la început la 26, inclusiv o operație de înmulțire făcută în hardware. Apoi s-a crescut setul la 30 de instrucțiuni în versiunea Specificației Finale. Zece biți din fiecare cuvânt erau alocați pentru reținerea codului instrucțiunii. Timpul standard pentru o instrucțiune era de 1,8 milisecunde, dar înmulțirea era mult mai lentă, în funcție de dimensiunea operandului.
Cea mai importantă inovație a mașinii este în general considerată a fi incorporarea , ceva omniprezent la computerele moderne. SSEM inclusese două registre, implementate prin tuburi Williams: (A) și (C). Întrucât literele A și C fuseseră deja alocate, tuburile țineau cele două registre de indexare, denumite B-lines, au primit denumirea de B. Conținutul registrelor putea fi folosit pentru a modifica instrucțiuni ale programului, permițând iterarea convenabilă printr-o serie de numere stocate în memorie. Mark 1 avea și un al patrulea tub, (M), pentru a ține deînmulțitul și înmulțitorul pentru o operație de înmulțire.
Programarea thumb|right|upright|Secțiune de bandă perforată care arată cum un cuvânt de 40 de biți a fost codificat ca opt caractere pe 5 biți. Din cei 20 de biți alocați pentru fiecare instrucțiune a programului, 10 erau folosite pentru a ține codul instrucțiunii, ceea ce permitea 1024 (210) instrucțiuni diferite. Mașina avea inițial 26, număr crescut la 30 când s-au adăugat și codurile pentru controlul programatic al transferului de date între tamburul magnetic și spațiul principal de stocare cu tub catodic (CRT). Programele de pe versiunea intermediară programe erau introduse prin comutatoare cu cheie, iar rezultatul era afișat ca o serie de puncte și linii pe un tub catodic cunoscut sub numele de dispozitivul de ieșire, ca și pe SSEM din care a fost dezvoltat Mark 1. Cu toate acestea, mașina în versiunea Specificației Finale, finalizată în octombrie 1949, beneficia de adăguarea unui teleprinter cu un .
Matematicianul Alan Turing, care a fost desemnat în postul nominal de director adjunct al Laboratorului de Mașini de Calcul de la Universitatea din Manchester, în septembrie 1948, a conceput o schemă de codificare în după standardul pe 5 biți pentru teleprinter, care permitea ca programele și datele să fie scrise și citite de pe bandă de hârtie. Sistemul ITA2 mapează fiecare dintre cele 32 de valori binare posibile care pot fi reprezentate în 5 biți (25) pentru un singur caracter. Astfel, "10010" reprezintă "D", "10001" reprezintă "Z", și așa mai departe. Turing a schimbat doar câteva dintre codificările standard; de exemplu, 00000 și 01000, care înseamnă "nici un efect" și "linie nouă" în cod teleprinter, reprezentau caracterele "/" și, respectiv, "@". Zero binar, reprezentat de slash, era cel mai frecvent caracter în programe și date, ceea ce ducea la secvențe scrise ca "///////////////". Unul dintre primii utilizatori a sugerat că alegerea de către Turing a caracterului este una subconștientă, ca o reprezentare a ploii văzută printr-o fereastră murdară, reflectând vremea „notoriu de sumbră” din Manchester.
Pentru că Mark 1 avea cuvinte de 40 de biți, era nevoie de opt caractere de teleprinter pe 5 biți pentru a codifica fiecare cuvânt. Astfel, de exemplu, cuvântul binar 10001 10010 10100 01001 10001 11001 01010 10110 ar fi reprezentat pe bandă de hârtie ca ZDSLZWRF. Conținutul oricărui cuvânt stocat putea fi stabilit tot prin tastatura teleprinterului, și ieșirea era tot pe imprimanta acestuia. Mașina lucra intern în binar, dar putea să efectueze conversiile necesare din zecimal în binar și din binar în zecimal pentru intrare și, respectiv, ieșire.. (Retipărire din Kilburn, Tom (1949). "Universitatea din Manchester Universal Digital de Mare Viteză Masina de Calcul". Natura 164).