Máquina Lisp
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Este artículo trata sobre el tipo de computadora. Para la empresa, consulte Lisp Machines .

Una máquina Knight conservada en el Museo del MIT

Las máquinas Lisp son computadoras de propósito general diseñadas para ejecutar Lisp de manera eficiente como su software principal y lenguaje de programación , generalmente a través del soporte de hardware. Son un ejemplo de una arquitectura informática de lenguaje de alto nivel y, en cierto sentido, fueron las primeras estaciones de trabajo comerciales de un solo usuario . A pesar de ser un número modesto (quizás 7.000 unidades en total a partir de 1988 [1] ), las máquinas Lisp fueron pioneras comercialmente en muchas tecnologías ahora comunes, incluida la recolección efectiva de basura , impresión láser , sistemas de ventanas , ratones de computadora , gráficos de trama de mapa de bits de alta resolución, renderizado de gráficos por computadora e innovaciones en redes como Chaosnet . [2] Varias empresas construyeron y vendieron máquinas Lisp en la década de 1980: Symbolics (3600, 3640, XL1200, MacIvory y otros modelos), Lisp Machines Incorporated (LMI Lambda), Texas Instruments ( Explorer y MicroExplorer ) y Xerox ( Interlisp - Estaciones de trabajo D). Los sistemas operativos se escribieron en Lisp Machine Lisp , Interlisp (Xerox) y, más tarde, en parte en Common Lisp .

Máquina Symbolics 3640 Lisp

Historia

Contexto histórico

Los programas informáticos de inteligencia artificial (IA) de las décadas de 1960 y 1970 requerían intrínsecamente lo que entonces se consideraba una enorme cantidad de potencia informática, medida en tiempo de procesador y espacio de memoria. Los requisitos de potencia de la investigación de la IA se vieron exacerbados por el lenguaje de programación simbólico Lisp, cuando se diseñó y optimizó el hardware comercial para el ensamblaje , y los lenguajes de programación similares a Fortran . Al principio, el costo de dicho hardware informático significaba que tenía que ser compartido entre muchos usuarios. A medida que la tecnología de circuitos integrados redujo el tamaño y el costo de las computadoras en la década de 1960 y principios de la de 1970, y las necesidades de memoria de los programas de inteligencia artificial comenzaron a exceder el espacio de direcciones de la computadora de investigación más común, la DEC PDP-10 , los investigadores consideraron un nuevo enfoque: una computadora diseñada específicamente para desarrollar y ejecutar grandes programas de inteligencia artificial , y adaptada a la semántica del lenguaje Lisp . Para mantener el sistema operativo (relativamente) simple, estas máquinas no se compartirían, sino que se dedicarían a usuarios individuales. [ cita requerida ]

Desarrollo inicial

En 1973, Richard Greenblatt y Thomas Knight , programadores del Laboratorio de Inteligencia Artificial (AI Lab) del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) , comenzaron lo que se convertiría en el Proyecto de la Máquina Lisp del MIT cuando comenzaron a construir una computadora cableada para ejecutar ciertas operaciones básicas de Lisp. en lugar de ejecutarlos en software, en una arquitectura etiquetada de 24 bits . La máquina también hizo una recolección de basura incremental (o Arena ) . [ cita requerida ]Más específicamente, dado que las variables Lisp se escriben en tiempo de ejecución en lugar de tiempo de compilación, una simple adición de dos variables podría llevar cinco veces más tiempo en hardware convencional, debido a las instrucciones de prueba y bifurcación. Lisp Machines ejecutó las pruebas en paralelo con las adiciones de instrucción única más convencionales. Si las pruebas simultáneas fallaron, el resultado se descartó y se volvió a calcular; esto significó en muchos casos un aumento de velocidad por varios factores. Este enfoque de verificación simultánea también se utilizó para probar los límites de las matrices cuando se hace referencia a ellas, y otras necesidades de administración de memoria (no simplemente la recolección de basura o las matrices).

La verificación de tipos se mejoró y automatizó aún más cuando la palabra de bytes convencional de 32 bits se alargó a 36 bits para las máquinas Lisp del modelo 3600 de Symbolics [3] y, finalmente, a 40 bits o más (generalmente, los bits en exceso no se contabilizan por los siguientes se utilizaron para los códigos de corrección de errores ). El primer grupo de bits adicionales se usó para contener datos de tipo, lo que convirtió a la máquina en una arquitectura etiquetada , y los bits restantes se usaron para implementar la codificación CDR (en la que los elementos habituales de la lista vinculada se comprimen para ocupar aproximadamente la mitad del espacio), lo que ayuda a la recolección de basura. por supuestamente un orden de magnitud. Una mejora adicional fueron dos instrucciones de microcódigo que admitían específicamente funciones Lisp, reduciendo el costo de llamar a una función a tan solo 20 ciclos de reloj, en algunas implementaciones de Symbolics.

La primera máquina se llamó máquina CONS (llamada así por el operador de construcción de listas consen Lisp). A menudo se la llamaba cariñosamente la máquina Knight , tal vez desde que Knight escribió su tesis de maestría sobre el tema; fue muy bien recibido. [ cita requerida ] Posteriormente se mejoró en una versión llamada CADR (un juego de palabras; en Lisp, la cadrfunción, que devuelve el segundo elemento de una lista, se pronuncia /ˈkeɪ.dəɹ/ o /ˈkɑ.dəɹ/, como algunos pronuncian la palabra "cuadro") que se basaba esencialmente en la misma arquitectura. Aproximadamente 25 de lo que eran esencialmente CADR prototipos se vendieron dentro y sin MIT por ~ $ 50,000; rápidamente se convirtió en la máquina favorita para hackear; muchas de las herramientas de software más favorecidas se trasladaron rápidamente a ella (por ejemplo, Emacs fue portado desde ITS en 1975 [ disputado - discutir ] ). Fue tan bien recibido en una conferencia de IA celebrada en el MIT en 1978 que la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) comenzó a financiar su desarrollo.

Comercialización de la tecnología de la máquina Lisp del MIT

En 1979, Russell Noftsker , convencido de que las máquinas Lisp tenían un futuro comercial brillante debido a la fuerza del lenguaje Lisp y el factor habilitador de la aceleración de hardware, propuso a Greenblatt que comercializaran la tecnología. [ cita requerida ]En un movimiento contrario a la intuición para un pirata informático del laboratorio de inteligencia artificial, Greenblatt aceptó, esperando quizás poder recrear la atmósfera informal y productiva del laboratorio en un negocio real. Estas ideas y objetivos eran considerablemente diferentes de los de Noftsker. Los dos negociaron extensamente, pero ninguno se comprometió. Como la empresa propuesta solo podría tener éxito con la ayuda completa e indivisa de los piratas informáticos de AI Lab como grupo, Noftsker y Greenblatt decidieron que el destino de la empresa dependía de ellos, por lo que la elección debería dejarse en manos de los piratas informáticos.

Las discusiones subsiguientes sobre la elección dividieron al laboratorio en dos facciones. En febrero de 1979, las cosas llegaron a un punto crítico. Los piratas informáticos se pusieron del lado de Noftsker, creyendo que una empresa respaldada por fondos de riesgo comercial tenía más posibilidades de sobrevivir y comercializar máquinas Lisp que la puesta en marcha autosostenible propuesta por Greenblatt. Greenblatt perdió la batalla.

Fue en esta coyuntura que Symbolics , la empresa de Noftsker, poco a poco se fue juntando. Mientras Noftsker pagaba un salario a su personal, no tenía edificio ni equipo para que los piratas informáticos trabajaran. Negoció con Patrick Winston que, a cambio de permitir que el personal de Symbolics siguiera trabajando fuera del MIT, Symbolics permitiría que el MIT usara interna y libremente todo el software desarrollado por Symbolics. Un consultor de CDC, que estaba tratando de armar una aplicación informática de lenguaje natural con un grupo de programadores de la costa oeste, llegó a Greenblatt, en busca de una máquina Lisp para trabajar con su grupo, unos ocho meses después de la desastrosa conferencia con Noftsker. Greenblatt había decidido iniciar su propia empresa rival de máquinas Lisp, pero no había hecho nada. El consultor, Alexander Jacobson, decidió que la única forma en que Greenblatt iba a iniciar la empresa y construir las máquinas Lisp que Jacobson necesitaba desesperadamente era si Jacobson empujaba y ayudaba a Greenblatt a lanzar la empresa. Jacobson reunió planes de negocios, una junta, un socio para Greenblatt (un tal F. Stephen Wyle). La empresa recién descubierta se llamó LISP Machine, Inc. (LMI), y fue financiada por pedidos de los CDC, a través de Jacobson.

Por esta época comenzó a operar Symbolics (la firma de Noftsker). Se había visto obstaculizado por la promesa de Noftsker de dar a Greenblatt un año de ventaja y por graves retrasos en la obtención de capital de riesgo. Symbolics todavía tenía la gran ventaja de que mientras 3 o 4 de los piratas informáticos de AI Lab se habían puesto a trabajar para Greenblatt, otros 14 piratas informáticos sólidos se habían registrado en Symbolics. Dos personas del laboratorio de inteligencia artificial tampoco fueron contratadas por Richard Stallman y Marvin Minsky . Stallman, sin embargo, culpó a Symbolics por el declive de la comunidad de hackers que se había centrado en el laboratorio de inteligencia artificial. Durante dos años, desde 1982 hasta finales de 1983, Stallman trabajó solo para clonar la salida de los programadores de Symbolics, con el objetivo de evitar que ganaran el monopolio de las computadoras del laboratorio.[4]

Independientemente, después de una serie de batallas internas, Symbolics despegó en 1980/1981, vendiendo el CADR como LM-2, mientras que Lisp Machines , Inc. lo vendió como LMI-CADR. Symbolics no tenía la intención de producir muchos LM-2, ya que se suponía que la familia 3600 de máquinas Lisp se enviaría rápidamente, pero los 3600 se retrasaron repetidamente y Symbolics terminó produciendo ~ 100 LM-2, cada uno de los cuales se vendió por $ 70,000. Ambas firmas desarrollaron productos de segunda generación basados ​​en el CADR: el Symbolics 3600 y el LMI-LAMBDA (de los cuales LMI logró vender ~ 200). El 3600, que se envió con un año de retraso, amplió el CADR ampliando la palabra de la máquina a 36 bits, ampliando el espacio de direcciones a 28 bits, [5]y agregar hardware para acelerar ciertas funciones comunes que se implementaron en microcódigo en CADR. El LMI-LAMBDA, que salió un año después del 3600, en 1983, era compatible con CADR (podía ejecutar microcódigo CADR), pero existían diferencias de hardware. Texas Instruments (TI) se unió a la refriega cuando obtuvo la licencia del diseño LMI-LAMBDA y produjo su propia variante, el TI Explorer . Algunos de los LMI-LAMBDA y el TI Explorer eran sistemas duales con procesadores Lisp y Unix . TI también desarrolló una versión de microprocesador de 32 bits de su CPU Lisp para TI Explorer. Este chip Lisp también se usó para el MicroExplorer, una placa NuBus para Apple Macintosh II (NuBus se desarrolló inicialmente en el MIT para su uso en máquinas Lisp).

Symbolics continuó desarrollando la familia 3600 y su sistema operativo, Genera , y produjo Ivory, una implementación VLSI de la arquitectura Symbolics. A partir de 1987, se desarrollaron varias máquinas basadas en el procesador Ivory: placas para Suns y Macs, estaciones de trabajo independientes e incluso sistemas integrados (I-Machine Custom LSI, dirección de 32 bits, Symbolics XL-400, UX-400, MacIvory II ; en 1989 las plataformas disponibles eran Symbolics XL-1200, MacIvory III, UX-1200, Zora, NXP1000 "caja de pizza"). Texas Instruments redujo el Explorer a silicio como el MicroExplorer que se ofreció como una tarjeta para Apple Mac II . LMI abandonó la arquitectura CADR y desarrolló su propia K-Machine, [6]pero LMI quebró antes de que la máquina pudiera comercializarse. Antes de su desaparición, LMI estaba trabajando en un sistema distribuido para LAMBDA usando el espacio de Moby. [7]

Estas máquinas tenían soporte de hardware para varias operaciones Lisp primitivas (prueba de tipo de datos, codificación CDR ) y también soporte de hardware para recolección de basura incremental . Ejecutaban grandes programas Lisp de manera muy eficiente. La máquina Symbolics era competitivo contra muchas súper comerciales miniordenadores , pero nunca se ha adaptado con fines convencionales. Las máquinas Symbolics Lisp también se vendieron a algunos mercados que no son de inteligencia artificial, como gráficos por computadora , modelado y animación.

Las máquinas Lisp derivadas del MIT ejecutaban un dialecto Lisp llamado Lisp Machine Lisp , descendiente del Maclisp del MIT . Los sistemas operativos se escribieron desde cero en Lisp, a menudo utilizando extensiones orientadas a objetos. Más tarde, estas máquinas Lisp también admitieron varias versiones de Common Lisp (con Flavors , New Flavors y Common Lisp Object System (CLOS)).

Interlisp, BBN y Xerox

Bolt, Beranek y Newman (BBN) desarrollaron su propia máquina Lisp, llamada Jericho, [8] que ejecutaba una versión de Interlisp . Nunca se comercializó. Frustrado, todo el grupo de IA dimitió y fue contratado principalmente por Xerox. Entonces, Xerox Palo Alto Research Center , simultáneamente con el propio desarrollo de Greenblatt en el MIT, desarrolló sus propias máquinas Lisp que fueron diseñadas para ejecutar InterLisp (y más tarde Common Lisp ). El mismo hardware se utilizó con software diferente también como máquinas Smalltalk y como sistema de oficina Xerox Star . Estos incluyeron la Xerox 1100, Dolphin (1979); la Xerox 1132, Dorado ; la Xerox 1108,Diente de león (1981); la Xerox 1109, Dandetiger ; y la Xerox 1186/6085 , Daybreak . El sistema operativo de las máquinas Xerox Lisp también se ha adaptado a una máquina virtual y está disponible para varias plataformas como un producto denominado Medley . La máquina Xerox era bien conocida por su entorno de desarrollo avanzado (InterLisp-D), el administrador de ventanas ROOMS, por su interfaz gráfica de usuario temprana y por aplicaciones novedosas como NoteCards (una de las primeras aplicaciones de hipertexto ).

Xerox también trabajó en una máquina Lisp basada en la computación de conjuntos de instrucciones reducidos (RISC), utilizando el 'Procesador Xerox Common Lisp' y planeó llevarlo al mercado en 1987, [9] lo que no sucedió.

Máquinas de inferencia integradas

A mediados de la década de 1980, Integrated Inference Machines (IIM) construyó prototipos de máquinas Lisp llamadas Inferstar. [10]

Desarrollos de máquinas Lisp fuera de Estados Unidos

En 1984-85, una empresa del Reino Unido, Racal-Norsk, una subsidiaria conjunta de Racal y Norsk Data , intentó reutilizar el supermini ND-500 de Norsk Data como una máquina Lisp microcodificada, ejecutando software CADR: el Sistema de Procesamiento de Conocimiento (KPS). [11]

Hubo varios intentos por parte de los fabricantes japoneses de ingresar al mercado de las máquinas Lisp: el coprocesador de mainframe Fujitsu Facom-alpha [12] , Elis de NTT, [13] [14] el procesador AI de Toshiba (AIP) [15] y LIME de NEC. [16] Varios esfuerzos de investigación universitarios produjeron prototipos de trabajo, entre ellos se encuentran TAKITAC-7 de la Universidad de Kobe, [17] FLATS de RIKEN, [18] y EVLIS de la Universidad de Osaka. [19]

En Francia, surgieron dos proyectos Lisp Machine: M3L [20] en la Universidad Toulouse Paul Sabatier y más tarde MAIA. [21]

En Alemania, Siemens diseñó el coprocesador COLIBRI Lisp basado en RISC. [22] [23] [24] [25]

Fin de las máquinas Lisp

Con el inicio del invierno de la IA y los primeros comienzos de la revolución de las microcomputadoras , que acabaría con los fabricantes de minicomputadoras y estaciones de trabajo, las PC de escritorio más baratas pronto podrían ejecutar programas Lisp incluso más rápido que las máquinas Lisp, sin el uso de hardware especial. Eliminado su negocio de hardware de alto margen de beneficio, la mayoría de los fabricantes de máquinas Lisp habían cerrado sus negocios a principios de los 90, dejando solo empresas basadas en software como Lucid Inc. o fabricantes de hardware que se habían cambiado a software y servicios para evitar el colapso. En enero de 2015 , además de Xerox y TI, Symbolics es la única empresa de máquinas Lisp que sigue en funcionamiento y vende el entorno de software de máquina Open Genera Lisp y Macsyma.sistema de álgebra informática. [26] [27]

Legado

Se han realizado varios intentos de escribir emuladores de código abierto para varias máquinas Lisp: Emulación CADR, [28] Emulación de máquina Lisp de Symbolics L, [29] Proyecto E3 (Emulación TI Explorer II), [30] Meroko (TI Explorer I) , [31] y Nevermore (TI Explorer I). [32] El 3 de octubre de 2005, el MIT publicó el código fuente de CADR Lisp Machine como fuente abierta. [33]

En septiembre de 2014, Alexander Burger, desarrollador de PicoLisp , anunció PilMCU, una implementación de PicoLisp en hardware. [34]

El Archivo de Documentos PDF de Bitsavers [35] tiene versiones en PDF de la extensa documentación para las máquinas Lisp de Symbolics, [36] las máquinas Lisp de TI Explorer [37] y MicroExplorer [38] y las máquinas Lisp de Xerox Interlisp-D. [39]

Aplicaciones

Los dominios que usaban las máquinas Lisp estaban principalmente en el amplio campo de las aplicaciones de inteligencia artificial, pero también en gráficos por computadora, procesamiento de imágenes médicas y muchos otros.

Los principales sistemas expertos comerciales de los años 80 estaban disponibles: Knowledge Engineering Environment (KEE) de Intellicorp, Knowledge Craft, de The Carnegie Group Inc., y ART ( Automated Reasoning Tool ) de Inference Corporation. [40]

Resumen técnico

Inicialmente, las máquinas Lisp se diseñaron como estaciones de trabajo personales para el desarrollo de software en Lisp. Fueron utilizados por una persona y no se ofrecieron en modo multiusuario. Las máquinas proporcionaron una gran pantalla de mapa de bits en blanco y negro, teclado y mouse, adaptador de red, discos duros locales, más de 1 MB de RAM, interfaces seriales y un bus local para tarjetas de extensión. Las tarjetas gráficas en color, las unidades de cinta y las impresoras láser eran opcionales.

El procesador no ejecutó Lisp directamente, sino que era una máquina de pila con instrucciones optimizadas para Lisp compilado. Las primeras máquinas Lisp usaban microcódigo para proporcionar el conjunto de instrucciones. Para varias operaciones, la verificación y distribución de tipos se realizó en hardware en tiempo de ejecución. Por ejemplo, solo se puede usar una operación de suma con varios tipos numéricos (números enteros, flotantes, racionales y complejos). El resultado fue una representación compilada muy compacta del código Lisp.

El siguiente ejemplo utiliza una función que cuenta el número de elementos de una lista para los que devuelve un predicado true.

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

El código de máquina desmontado para la función anterior (para el microprocesador Ivory de Symbolics):

Comando:  ( desensamblar  ( compilar  # ' ejemplo - contar )) 0  ENTRADA:  2  REQUERIDA ,  0  OPCIONAL  ; Creando PREDICATE y LIST  2  PUSH  0  ; Creando COUNT  3  PUSH  FP | 3  ; LISTA  4  PUSH  NIL  ; Creando I  5  BRANCH  15  6  SET - TO - CDR - PUSH - CAR  FP | 5  7  CONFIGURAR - SP - A - DIRECCIÓN - GUARDAR - TOS  SP | -1  10  INICIO - LLAMADA  FP | 2  ; PREDICAR  11  PUSH  FP | 6  ; I  12  ACABADO - LLAMADA - 1 - VALOR  13  SUCURSAL - FALSO  15  14  INCREMENTO  FP | 4  ; CUENTA  15  ENDP  FP | 5  16  SUCURSAL - FALSO  6  17  SET - SP - A - DIRECCIÓN  SP | -2  20  RETORNO - SI NGLE - PILA

El sistema operativo utilizaba memoria virtual para proporcionar un gran espacio de direcciones. La gestión de la memoria se realizó con recolección de basura. Todo el código compartía un solo espacio de direcciones . Todos los objetos de datos se almacenaron con una etiqueta en la memoria, por lo que el tipo se pudo determinar en tiempo de ejecución. Se admitieron múltiples subprocesos de ejecución y se denominaron procesos . Todos los procesos se ejecutaron en un espacio de direcciones.

Todo el software del sistema operativo se escribió en Lisp. Xerox utilizó Interlisp. Symbolics, LMI y TI utilizaron Lisp Machine Lisp (descendiente de MacLisp). Con la aparición de Common Lisp, Common Lisp fue compatible con Lisp Machines y algunos programas de sistema se trasladaron a Common Lisp o posteriormente se escribieron en Common Lisp.

Algunas máquinas Lisp posteriores (como TI MicroExplorer, Symbolics MacIvory o Symbolics UX400 / 1200) ya no eran estaciones de trabajo completas, sino placas diseñadas para integrarse en computadoras host: Apple Macintosh II y SUN 3 o 4.

Algunas máquinas Lisp, como la Symbolics XL1200, tenían amplias capacidades gráficas utilizando tarjetas gráficas especiales. Estas máquinas se utilizaron en dominios como el procesamiento de imágenes médicas, la animación 3D y CAD.

Ver también

  • ICAD : ejemplo de software de ingeniería basado en el conocimiento desarrollado originalmente en una máquina Lisp que fue lo suficientemente útil como para ser portado a través de Common Lisp a Unix
  • Tecnología huérfana

Referencias

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General
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  • " CADR ", Thomas Knight, David A. Moon, Jack Holloway, Guy L. Steele. Memos de AI Lab, AIM-528, 1979.
  • " Diseño de procesadores basados ​​en LISP, o ESQUEMA: un LISP dieléctrico, o memorias finitas consideradas perjudiciales, o LAMBDA: el código de operación definitivo ", Guy Lewis Steele , Gerald Jay Sussman , memo de AI Lab, AIM-514, 1979
  • David A. Moon . Chaosnet . AI Memo 628, Laboratorio de Inteligencia Artificial del Instituto Tecnológico de Massachusetts, junio de 1981.
  • "Implementación de una máquina de procesamiento de listas". Tom Knight, tesis de maestría.
  • Lisp Machine manual , 6ª ed. Richard Stallman , Daniel Weinreb , David A. Moon . 1984.
  • "Anatomía de una máquina LISP", Paul Graham , experto en inteligencia artificial , diciembre de 1988
  • Gratis como en Freedom: la cruzada de Richard Stallman por el software libre

enlaces externos

  • Sitio web de Symbolics
  • Popurrí
  • Bitsavers, documentos PDF
    • Documentación de LMI
    • Documentación de MIT CONS
    • Documentación CADR del MIT
  • Lisp Machine Manual, Chinual
    • "El manual de Lisp Machine, 4ª edición, julio de 1981"
    • "El manual Lisp Machine, sexta edición, versión HTML / XSL"
    • "El manual de Lisp Machine"
  • Información y código para LMI Lambda y LMI K-Machine
  • Página web Lisp Machine de Jaap Weel en Wayback Machine (archivada el 23 de junio de 2015): un conjunto de enlaces y documentos almacenados localmente con respecto a todo tipo de máquinas Lisp
  • "Algunas cosas que sé sobre las máquinas LISP" : un conjunto de enlaces, en su mayoría discusiones sobre la compra de máquinas Lisp
  • Museo Simbólico Lisp Machine de Ralf Möller
  • Imágenes de Vintage Computer Festival de algunas máquinas Lisp, una de las cuales ejecuta Genera
  • LISPMACHINE.NET - Información y libros Lisp
  • Línea de tiempo de las máquinas Lisp : una línea de tiempo de las máquinas Lisp de Symbolics y de otros
  • (en francés) "Présentation Générale du projet M3L" - Un relato de los esfuerzos franceses en la misma línea
  • Discusión
    • "Si funciona, no es IA: una mirada comercial a las nuevas empresas de inteligencia artificial"
    • "Symbolics, Inc .: Un fracaso de la ingeniería heterogénea" - (PDF)
    • "Mis experiencias Lisp y el desarrollo de GNU Emacs" - transcripción de un discurso que Richard Stallman dio sobre las máquinas Emacs, Lisp y Lisp
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