Lispマシン

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MIT博物館に保存されているナイトマシン

Lispマシンは、通常はハードウェアサポートを介して、Lispをメインのソフトウェアおよびプログラミング言語として効率的に実行するように設計された汎用コンピュータです。これらは高級言語のコンピュータアーキテクチャの例であり、ある意味で、最初の商用シングルユーザーワークステーションでした。数は控えめですが(1988年の時点でおそらく合計7,000台[1] )、Lispマシンは、効果的なガベージコレクションレーザー印刷ウィンドウシステムコンピューターマウス、高解像度ビットマップラスターグラフィックスなど、現在一般的な多くのテクノロジーを商業的に開拓しました。、コンピュータグラフィックレンダリング、およびChaosnetなどのネットワークの革新[2] 1980年代にLispマシンを製造、販売した企業がいくつかあります。Symbolics(3600、3640、XL1200、MacIvory、およびその他のモデル)、Lisp Machines Incorporated(LMI Lambda)、Texas InstrumentsExplorer、MicroExplorerXeroxInterlisp- Dワークステーション)。オペレーティングシステムはLispMachine Lisp、Interlisp(Xerox)で書かれに部分的にCommonLispで書かれました

Symbolics 3640Lispマシン

歴史

歴史的背景

1960年代と1970年代の人工知能(AI)コンピュータプログラムは、プロセッサ時間とメモリスペースで測定すると、当時は膨大な量のコンピュータパワーと見なされていたものを本質的に必要としていました。AI研究の電力要件は、商用ハードウェアがアセンブリ(およびFortranのようなプログラミング言語)用に設計および最適化されたときに、Lispシンボリックプログラミング言語によって悪化しました当初、このようなコンピュータハードウェアのコストは、多くのユーザー間で共有する必要があることを意味していました。1960年代から1970年代初頭にかけて、集積回路技術がコンピューターのサイズとコストを縮小し、AIプログラムのメモリ需要が、最も一般的な研究用コンピューターであるアドレス空間を超え始めたため、Digital Equipment Corporation(DEC)PDP-10は、研究者が新しいアプローチを検討しました。それは、大規模な人工知能プログラムを開発および実行するために特別に設計され、Lisp言語のセマンティクスに合わせて調整されたコンピューターです。オペレーティングシステムを(比較的)単純に保つために、これらのマシンは共有されませんが、シングルユーザー専用になります。[要出典]

初期開発

1973年、マサチューセッツ工科大学(MIT)人工知能研究所(AIラボ)のプログラマーであるリチャードグリーンブラットトーマスナイトは、特定の基本的なLisp操作を実行するために配線されたコンピューターの構築を最初に開始したときにMITLispマシンプロジェクトとなるものを開始しました。それらをソフトウェアで実行するのではなく、24ビットのタグ付きアーキテクチャで実行します。マシンは、インクリメンタル(またはアリーナガベージコレクションも実行しました。[要出典]より具体的には、Lisp変数はコンパイル時ではなく実行時に入力されるため、2つの変数を単純に追加すると、テストおよび分岐命令のために、従来のハードウェアでは5倍の時間がかかる可能性があります。Lisp Machinesは、従来の単一命令の追加と並行してテストを実行しました。同時テストが失敗した場合、結果は破棄されて再計算されました。これは、多くの場合、速度がいくつかの要因で増加することを意味しました。この同時チェックアプローチは、参照されるときの配列の境界、およびその他のメモリ管理の必要性(ガベージコレクションや配列だけでなく)のテストでも使用されました。

Symbolics 3600モデルのLispマシンでは32ビットの従来のバイトワードが36ビットに延長され[3]、最終的には40ビット以上に延長されたときにタイプチェックがさらに改善され、自動化されました(通常、余分なビットはエラー訂正コードには以下が使用されました)。余分なビットの最初のグループは型データを保持するために使用され、マシンをタグ付きアーキテクチャにし、残りのビットはCDRコーディングを実装するために使用され(通常のリンクリスト要素はスペースの約半分を占めるように圧縮されます)、ガベージコレクションを支援します伝えられるところによると、1桁の大きさです。さらなる改善は、Lisp関数を特にサポートする2つのマイクロコード命令でした。、一部のSymbolics実装では、関数を呼び出すコストをわずか20クロックサイクルに削減します。

cons最初のマシンはCONSマシンと呼ばれていました( Lispのリスト構築オペレーターにちなんで名付けられました)。多くの場合、それは愛情を込めてナイトマシンと呼ばれていました。おそらくナイトがこの主題に関する修士論文を書いたためです。非常に好評でした。[要出典]その後、CADR(しゃれ;cadrリストの2番目の項目を返す関数は/ˈkeɪ.dəɹ/または/ˈkɑ.dəɹ/と発音されます。、一部の人が「幹部」という言葉を発音するように)これは本質的に同じアーキテクチャに基づいていました。本質的にプロトタイプのCADRであったものの約25は、MITの内外で約50,000ドルで販売されました。それはすぐにハッキングのお気に入りのマシンになりました-最も人気のあるソフトウェアツールの多くはすぐにそれに移植されました(例えば、 Emacsは1975年にITSから移植されました[論争 ])。1978年にMITで開催されたAI会議で非常に好評だったため、国防高等研究計画局(DARPA)がその開発に資金を提供し始めました。

MITLispマシン技術の商品化

1979年、ラッセル・ノフツカーは、Lisp言語の強さとハードウェアアクセラレーションの実現要因により、Lispマシンには明るい商業的未来があると確信し、Greenblattに技術の商業化を提案しました。[要出典]AIラボのハッカーにとって直感に反する動きで、Greenblattは、実際のビジネスでラボの非公式で生産的な雰囲気を再現できることを期待して、黙認しました。これらのアイデアと目標は、Noftskerのものとはかなり異なっていました。二人は長々と交渉したが、どちらも妥協することはなかった。提案された会社は、グループとしてのAIラボハッカーの完全かつ分割されていない支援によってのみ成功することができたため、NoftskerとGreenblattは、企業の運命は彼ら次第であると判断しました。

その後の選択に関する議論により、ラボは2つの派閥に分けられました。1979年2月、問題が頭に浮かびました。ハッカーはNoftskerを支持し、商業ベンチャー資金で支援された会社は、Greenblattが提案した自立したスタートアップよりもLispマシンを存続させて商業化する可能性が高いと信じていました。Greenblattは戦いに負けました。

Noftskerの企業であるSymbolicsがゆっくりと集まったのはこのときでした。Noftskerがスタッフに給料を支払っている間、彼にはハッカーが作業するための建物や設備がありませんでした。彼はパトリック・ウィンストンと交渉し、シンボリックスのスタッフがMITで働き続けることを許可する代わりに、シンボリックスはMITにシンボリックスが開発したすべてのソフトウェアを内部的かつ自由に使用させることを許可しました。CDCのコンサルタント西海岸のプログラマーのグループと自然言語のコンピューターアプリケーションを組み立てようとしていたは、Noftskerとの悲惨な会議から約8か月後に、彼のグループが使用できるLispマシンを探してGreenblattにやって来ました。Greenblattは、ライバルのLispマシン会社を立ち上げることを決定しましたが、何もしませんでした。コンサルタントのAlexanderJacobsonは、Greenblattが会社を立ち上げ、Jacobsonが必死に必要とするLispマシンを構築する唯一の方法は、JacobsonがGreenblattの立ち上げを支援するかどうかであると判断しました。ジェイコブソンは、ビジネスプラン、取締役会、Greenblatt(1人のF. Stephen Wyle)のパートナーをまとめました。新しく設立された会社はLISPMachine 、Inc。(LMI)と名付けられ、ジェイコブソンを介してCDCの注文によって資金提供されました。

この頃、Symbolics(Noftskerの会社)が営業を開始しました。Greenblattに1年の先行スタートを与えるというNoftskerの約束と、ベンチャーキャピタルの調達の大幅な遅れによって妨げられていました。シンボリックスには、AIラボのハッカーのうち3〜4人がGreenblattで働いていたのに対し、他の14人のハッカーがシンボリックスにサインしたという大きな利点がありました。リチャード・ストールマンマービン・ミンスキーの2人のAIラボの人々はどちらにも雇われていませんでしたしかし、ストールマンは、AIラボを中心としたハッカーコミュニティの衰退をシンボリックスのせいにした。1982年から1983年の終わりまでの2年間、ストールマンは、ラボのコンピューターを独占することを防ぐことを目的として、シンボリックスプログラマーの出力を複製するために自分で作業しました。[4]

とにかく、一連の内部戦闘の後、Symbolicsは1980/1981年に軌道に乗り、CADRをLM-2として販売し、Lisp Machines、Inc。はそれをLMI-CADRとして販売しました。シンボリックスは、Lispマシンの3600ファミリが迅速に出荷されることになっていたため、多くのLM-2を生産するつもりはありませんでしたが、3600は繰り返し遅延し、シンボリックスは最終的に最大100のLM-2を生産し、それぞれが70,000ドルで販売されました。両社は、CADRに基づいた第2世代の製品であるSymbolics 3600とLMI-LAMBDA(LMIは約200を販売することができました)を開発しました。1年遅れて出荷された3600は、マシンワードを36ビットに拡張し、アドレス空間を28ビットに拡張することでCADRを拡張しました[5]。CADRのマイクロコードに実装された特定の一般的な機能を高速化するためのハードウェアを追加します。3600の1年後の1983年に発売されたLMI-LAMBDAは、CADRと互換性がありました(CADRマイクロコードを実行できました)が、ハードウェアの違いがありました。Texas Instruments(TI)は、LMI-LAMBDAデザインのライセンスを取得し、独自のバリアントであるTIExplorerを作成したときに争いに加わりまし一部のLMI-LAMBDAとTIExplorerは、LispとUnixプロセッサの両方を備えたデュアルシステムでした。TIは、TIExplorer用にLispCPUの32ビットマイクロプロセッサバージョンも開発しました。このLispチップは、Apple MacintoshII用のNuBusボードであるMicroExplorerにも使用されました。(NuBusは当初、Lispマシンで使用するためにMITで開発されました)。

Symbolicsは、3600ファミリとそのオペレーティングシステムであるGeneraの開発を続け、SymbolicsアーキテクチャのVLSI実装であるIvoryを作成しました。1987年以降、Ivoryプロセッサをベースにしたいくつかのマシンが開発されました。SunおよびMac用のボード、スタンドアロンワークステーション、さらには組み込みシステム(I-MachineカスタムLSI、32ビットアドレス、Symbolics XL-400、UX-400、MacIvory II ; 1989年に利用可能なプラットフォームは、Symbolics XL-1200、MacIvory III、UX-1200、Zora、NXP1000「ピザボックス」でした。Texas Instrumentsは、Apple Mac IIのカードとして提供されたMicroExplorerとして、Explorerをシリコンに縮小しましたLMIはCADRアーキテクチャを放棄し、独自のKマシンを開発しました[6]。しかし、マシンが市場に出る前に、LMIは破産しました。LMIは、消滅する前は、Mobyスペースを使用したLAMBDAの分散システムに取り組んでいました。[7]

これらのマシンは、さまざまなプリミティブLisp操作(データ型テスト、CDRコーディング)のハードウェアサポートと、インクリメンタルガベージコレクションのハードウェアサポートを備えていました。彼らは大規模なLispプログラムを非常に効率的に実行しました。Symbolicsマシンは、多くの商用スーパーミニコンピューターと競合していましたが、従来の目的には適合していませんでした。Symbolics Lisp Machinesは、コンピュータグラフィックス、モデリング、アニメーションなど、 AI以外の市場にも販売されました。

MITから派生したLispマシンは、 MITのMaclispの子孫であるLisp MachineLispという名前のLisp方言を実行していました。オペレーティングシステムは、多くの場合オブジェクト指向の拡張機能を使用して、Lispでゼロから作成されました。その後、これらのLispマシンは、さまざまなバージョンのCommon LispFlavoursNew Flavours、およびCommon Lisp Object System(CLOS)を使用)もサポートしました。

Interlisp、BBN、およびXerox

Bolt、Beranek、Newman (BBN)は、 Interlispのバージョンを実行するJerichoという名前の独自のLispマシンを開発しました[8]それは決して販売されませんでした。欲求不満で、AIグループ全体が辞任し、ほとんどがXeroxに雇われました。そのため、Xerox Palo Alto Research Centerは、MITでのGreenblatt自身の開発と同時に、InterLisp(および後にCommon Lisp )を実行するように設計された独自のLispマシンを開発しました同じハードウェアが、SmalltalkマシンおよびXeroxStarオフィスシステムとして異なるソフトウェアで使用されました。これらには、Xerox 1100、Dolphin(1979)が含まれます。Xerox 1132、Dorado ; Xerox 1108、 タンポポ(1981); Xerox 1109、Dandetiger ; およびXerox1186 / 6085DaybreakXerox Lispマシンのオペレーティングシステムも仮想マシンに移植されており、 Medleyという名前の製品としていくつかのプラットフォームで利用できますXeroxマシンは、高度な開発環境(InterLisp-D)、ROOMSウィンドウマネージャー、初期のグラフィカルユーザーインターフェイス、およびNoteCards(最初のハイパーテキストアプリケーションの1つ)などの新しいアプリケーションでよく知られていました。

Xeroxはまた、「Xerox Common Lisp Processor」を使用して、縮小命令セットコンピューティング(RISC)に基づくLispマシンで作業し、 1987年までに市場に投入する予定でした[9]

統合推論マシン

1980年代半ば、Integrated Inference Machines(IIM)は、Inferstarという名前のLispマシンのプロトタイプを作成しました。[10]

米国外でのLispマシンの開発

1984年から85年にかけて、英国の企業であるRacal-Norskは、 RacalNorsk Dataの共同子会社であり、 Norsk DataのND-500スーパーミニをマイクロコード化されたLispマシンとして再利用し、CADRソフトウェアであるKnowledge Processing System(KPS)を実行しようとしました。[11]

日本のメーカーがLispマシン市場に参入する試みはいくつかありました。FujitsuFacom -alpha [12]メインフレームコプロセッサ、NTTのElis、[13] [14] ToshibaのAIプロセッサ(AIP)[15]、NECのLIMEです。[16]いくつかの大学の研究努力により、実用的なプロトタイプが作成されました。その中には、神戸大学のTAKITAC-7、[17]理研のFLATS、[18]、大阪大学のEVLISがあります。[19]

フランスでは、2つのLispMachineプロジェクトが発生しました。トゥールーズポールサバティエ大学のM3L [20]と、後にMAIAです。[21]

ドイツでは、SiemensがRISCベースのLispコプロセッサCOLIBRIを設計しました。[22] [23] [24] [25]

Lispマシンの終わり

AIの冬の始まりと、ミニコンピューターやワークステーションのメーカーを一掃するマイクロコンピューター革命の初期の始まりにより、安価なデスクトップPCは、特別な目的のハードウェアを使用せずに、Lispマシンよりもさらに高速にLispプログラムを実行できるようになりました。彼らの高い利益率のハードウェアビジネスは排除され、ほとんどのLispマシンメーカーは90年代初頭までに廃業し、LucidInc。のようなソフトウェアベースの企業またはクラッシュを回避するためにソフトウェアとサービスに切り替えたハードウェアメーカーだけを残しました。2015年1月の時点で、XeroxとTIを除いて、Symbolicsは、 Open GeneraLispマシンソフトウェア環境とMacsymaを販売している唯一のLispマシン会社です。数式処理システム。[26] [27]

レガシー

さまざまなLispマシン用のオープンソースエミュレータを作成するためのいくつかの試みが行われました:CADRエミュレーション、[28] Symbolics L Lispマシンエミュレーション、[29] E3プロジェクト(TI Explorer IIエミュレーション)、[30] Meroko(TI Explorer I) 、[31]およびNevermore(TI Explorer I)。[32] 2005年10月3日、MITはCADR LispMachineのソースコードをオープンソースとしてリリースしました。[33]

2014年9月、PicoLispの開発者であるAlexander Burgerは、ハードウェアにPicoLispを実装したPilMCUを発表しました[34]

BitsaversのPDFドキュメントアーカイブ[35]には、Symbolics Lisp Machines、 [36] TI Explorer [37]、MicroExplorer [38] Lisp Machines、およびXerox Interlisp-D LispMachinesの広範なドキュメントのPDFバージョンがあります。[39]

アプリケーション

Lispマシンを使用するドメインは、主に人工知能アプリケーションの幅広い分野にありましたが、コンピュータグラフィックス、医療画像処理、およびその他の多くの分野にもありました。

80年代の主な商用エキスパートシステムが利用可能でした:Intellicorpの知識工学環境(KEE)、Carnegie GroupInc。のKnowledgeCraft、およびInference CorporationのART(自動推論ツール)。[40]

技術概要

当初、LispマシンはLispでのソフトウェア開発用のパーソナルワークステーションとして設計されていました。それらは1人のユーザーによって使用され、マルチユーザーモードは提供されませんでした。マシンは、大型の白黒のビットマップディスプレイ、キーボードとマウス、ネットワークアダプター、ローカルハードディスク、1 MBを超えるRAM、シリアルインターフェイス、および拡張カード用のローカルバスを提供しました。カラーグラフィックカード、テープドライブ、およびレーザープリンタはオプションでした。

プロセッサはLispを直接実行しませんでしたが、コンパイルされたLisp用に最適化された命令を備えたスタックマシンでした。初期のLispマシンは、マイクロコードを使用して命令セットを提供していました。いくつかの操作では、タイプのチェックとディスパッチは実行時にハードウェアで実行されました。たとえば、さまざまな数値型(整数、浮動小数点、有理数、および複素数)で使用できる加算演算は1つだけです。その結果、Lispコードの非常にコンパクトなコンパイル済み表現が得られました。

次の例では、述語が返すリストの要素の数をカウントする関数を使用していますtrue

defun  example-count  predicate  list 
  let  ((count  0 ))
    dolist  i  list  count 
      when  funcall  predicate  i 
        incf  count )))))

上記の関数の分解されたマシンコード(SymbolicsのIvoryマイクロプロセッサ用):

コマンド:( アセンブル コンパイル # '-カウント))

  0  エントリ: 2 必須 0 オプション      ;述語とリスト
  2  プッシュ 0の作成;カウント                             3プッシュFPの作成
  | 3 ; LIST 4 PUSH NIL ; Creation I 5 BRANCH 15 6 SET --TO --CDR --PUSH --CAR FP | _ 5 7 SET --SP --TO --ADDRESS --SAVE --TOS SP | - _ _ _ _                             
                                
     
     
     1 
 10   START - CALL  FP | 2                     ;
 述語11PUSH   FP | 6 ; I 12 FINISH - CALL --1- VALUE 13 BRANCH - FALSE 15 14 INCREMENT FP | _ 4 ;カウント15ENDP FP | 5 16 BRANCH - FALSE 6 17 SET - SP --TO --ADDRESS SP | - _                           
   
    
                         
    
    
    
 220リターン-シングル-スタック_ _  

オペレーティングシステムは、仮想メモリを使用して大きなアドレス空間を提供しました。メモリ管理はガベージコレクションで行われました。すべてのコードは単一のアドレス空間を共有していましたすべてのデータオブジェクトはタグ付きでメモリに保存されているため、実行時にタイプを判別できます。複数の実行スレッドがサポートされ、プロセスと呼ばれていました。すべてのプロセスは1つのアドレス空間で実行されました。

すべてのオペレーティングシステムソフトウェアはLispで書かれています。XeroxはInterlispを使用しました。Symbolics、LMI、およびTIは、Lisp Machine Lisp(MacLispの子孫)を使用しました。Common Lispの登場により、CommonLispはLispMachinesでサポートされ、一部のシステムソフトウェアはCommon Lispに移植されたか、後でCommonLispで記述されました。

いくつかの後のLispマシン(TI MicroExplorer、Symbolics MacIvory、Symbolics UX400 / 1200など)は完全なワークステーションではなくなりましたが、ホストコンピューター(Apple MacintoshIIおよびSUN3または4)に埋め込まれるように設計されたボードです。

Symbolics XL1200などの一部のLispマシンには、特殊なグラフィックボードを使用した広範なグラフィック機能がありました。これらのマシンは、医用画像処理、3Dアニメーション、CADなどの分野で使用されていました。

も参照してください

  • ICAD元々Lispマシンで開発された知識ベースのエンジニアリングソフトウェアの例であり、CommonLispを介してUnixに移植するのに十分有用でした。
  • 孤立したテクノロジー

参考文献

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外部リンク