Počítač DRTE - DRTE Computer

The Počítač DRTE byl tranzistorový počítač postavený na Založení obranného výzkumu v telekomunikacích (DRTE), součást Kanaďana Rada pro obranný výzkum. Byl to jeden z dřívějších plně tranzistorových strojů, který běžel v prototypové podobě v roce 1957 a plně vyvinutý v roce 1960.[1] Ačkoli výkon byl docela dobrý, stejný jako u současných strojů, jako je PDP-1, design nikdy nepřijali žádní komerční prodejci a jediný potenciální prodej tichomořským námořním laboratořím kanadského námořnictva propadl. Tento stroj je v současné době součástí kanadské národní sbírky vědy a techniky umístěné v Muzeum vědy a techniky v Kanadě.

Tranzistorový výzkum

Na počátku 50. let ještě nebyly nahrazeny tranzistory vakuové trubky ve většině elektroniky. Trubky se značně lišily ve svých skutečných charakteristikách od trubice k trubce dokonce i u stejného modelu. Inženýři vyvinuli techniky, aby zajistili, že celkový obvod nebude příliš citlivý na tyto změny, aby je bylo možné vyměnit bez způsobení problémů. Stejné techniky ještě nebyly vyvinuty pro systémy založené na tranzistorech, byly prostě příliš nové. Zatímco menší obvody mohly být „ručně vyladěny“, aby fungovaly, větší systémy využívající mnoho tranzistorů nebyly dobře pochopeny. Současně byly tranzistory stále drahé; elektronka stála asi 0,75 $, zatímco podobný tranzistor stál asi 8 $. To omezovalo množství experimentů, které většina společností dokázala provést.

DRTE byl původně zřízen s cílem zlepšit komunikační systémy Za tímto účelem zahájili výzkumný program pro použití tranzistorů ve složitých obvodech v nové laboratoři elektroniky pod vedením Norman Moody. V letech 1950 až 1960 se elektronická laboratoř stala významnou centrum excelence - v oblasti tranzistorů a prostřednictvím informačního programu - Výbor pro výzkum a vývoj elektronických součástek, mohli předat své znalosti hostujícím technikům z velkých kanadských elektronických firem, kteří vstupovali do tranzistorového pole.

Klíčovým vývojem, který vedl k případné konstrukci počítače, byl Moodyův vynález nového typu žabky obvod, klíčová součást všech počítačových systémů. Moody's design použil a Spojení P-N-P-N, skládající se z PNP a NPN tranzistoru připojených zády k sobě. Většina strojů té doby používala žabky Eccles-Jordan; původně šlo o trubicovou koncepci, která se používala nahrazením trubic tranzistory. Obvod P-N-P-N nabídl mnohem vyšší výkon, což mu umožnilo řídit větší počet obvodů „po proudu“ bez dalších zesilovačů. Celkovým účinkem bylo snížení, někdy výrazně, celkového počtu tranzistorů potřebných k provedení digitálního obvodu. Moody publikoval svůj okruh v roce 1956.

Jednou nevýhodou, kterou si uvědomíme až později, je to, že aktuální čerpání klopného obvodu Moodyho nebylo vyvážené, takže uložení různých čísel v nich by mohlo vést k dramaticky odlišným aktuálním potřebám napájecího zdroje. Obecně je tento druh měnícího se zatížení něčím, čemu je třeba se vyhnout, kdykoli je to možné, aby se snížil hluk generovaný při zvýšení nebo snížení odběru energie. Při velmi nízkých úrovních výkonu, jako v počítači, mohou být tyto pulsy šumu stejně silné jako samotné signály.

Počítač

Ačkoli se zdá, že to nikdy nebylo oficiálním doporučením, v polovině 50. let se DRTE rozhodlo, že nejlepším způsobem, jak skutečně vyvinout tranzistorové techniky v komplexním systému, je postavit počítač. V té době to nebylo něco, co pro vlastní potřebu potřebovali, byl to prostě příklad extrémně složitého systému, který testoval jejich schopnosti jako jen málo jiných systémů. Ale jak vývoj pokračoval, mnoho zainteresovaných inženýrů se začalo více zajímat počítačový design než elektronika. To bylo mimo chartu DRTE a nakonec zdroj tření mezi skupinou a DRB, která je financovala.

Počínaje rokem 1955, David Florida řídil vývoj počítače pomocí klopného designu Moody's. Prozkoumal existující návrhy počítačů a dospěl k závěru, že hlavní omezení složitosti počítače bylo způsobeno převážně mírou vyhoření trubek; výkonnější konstrukce vyžadovala více trubek, což znamenalo častější vyhoření. Přestože bylo vyrobeno několik skutečně masivních strojů ŠALVĚJ, většina strojů byla mnohem menší, aby se zlepšila doba provozuschopnosti. U tranzistorů bylo toto omezení odstraněno; složitější stroje mohly být postaveny s malým vlivem na spolehlivost, pokud byl člověk ochoten zaplatit cenu za více tranzistorů. S cena tranzistorů klesá design Floridy po celou dobu zahrnoval všechny funkce, o kterých si myslel, že budou užitečné pro vědecký stroj.

Konkrétně návrh nakonec zahrnoval řadu subsystémů pro vstup výstup, hardwarový binární / desítkový převodník,[2]plovoucí bod hardware včetně funkce druhé odmocniny, řada instrukcí smyčky a rejstříky rejstříků k jejich podpoře a použili komplex formát instrukce se třemi adresami. Systém se třemi adresami znamenal, že každá instrukce obsahovala adresu až dvou operandů a výsledek. Systém neobsahoval akumulátor, výsledky všech operací se zapisovaly zpět do hlavní paměti. To bylo žádoucí v době, kdy byly počítačové paměti obecně rychle srovnatelné s procesory (dnes je paměť mnohem pomalejší než procesory).

Design procesoru

Florida předtím pracovala s týmem budujícím Manchester Mark 1 a po jejich vedení navrhl stroj DRTE se 40bitovými slovy. Pokyn byl rozdělen na čtyři 10bitové části, instrukci a tři 10bitové adresy. Celá čísla používala pro znaménko 39 bitů a jeden bit, zatímco čísla s plovoucí desetinnou čárkou měla 8bitový exponent s jedním bitem pro znaménko a 32bitovou mantisu s jedním bitem pro znaménko. Florida měla pocit, že formát instrukcí se třemi adresami, včetně adres dvou parametrů a výsledku, usnadní programování než systém založený na registrech.

Experimentální verze stroje sestávala ze základní matematické jednotky a zpracování paměti. Stavba celého systému byla zahájena v roce 1958 a byla dokončena v roce 1960. Stroj běžel na 5 mikrosekundovém / cyklovém zámku nebo 200 kHz, což je pro stroj éry docela konkurenceschopné. Přidání plovoucí desetinné čárky trvalo mezi 50 a 365 mikrosekundami (μS). Nejdelší instrukce, dělení nebo druhá odmocnina, trvala 5,3 milisekund (ms) plovoucí desetinné čárky. Přidání celého čísla trvalo asi 200 μS, ale byly zpracovány další operace podprogramy na rozdíl od hardwaru a trvalo mnohem déle; například celočíselné dělení / odmocnina vyžaduje například 8,2 ms.

Paměťový systém

Použitý počítač základní paměť pro všechna úložiště chybí „sekundární“ systémy, jako je a paměťový buben. Za normálních okolností by se paměť pro stroj vytvořila skládáním několika základních sestav nebo „letadel“, z nichž každá by obsahovala jediný kousek slova stroje. Například se 40bitovým slovem jako v DRTE by systém používal 40 rovin jádra. Adresy by byly vyhledány převodem každé 10bitové adresy na X a Y adresu v rovinách; na 1024 slov v DTRE to potřebovalo 32 × 32 letadel.

Jedním z problémů s používáním jádra na stroji DRTE bylo, že jádro vyžadovalo k provozu poměrně vysoký výkon. Poskytování takové energie z tranzistorů, které v té době měly pouze nízkou spotřebu, představovalo velkou výzvu. Ačkoli jedním z řešení, běžně používaných v té době, bylo postavit jádro strojního zařízení z trubek, pro stroj DRTE to bylo považováno za další výzvu v designu tranzistoru. Případné řešení, navržené primárně Richardem Cobbaldem, bylo zcela založeno na tranzistorech a později patentováno.

Další vylepšení zavedené do jejich základního designu zahrnovalo manipulaci se čtecím drátem. Čtení umístění v jádru funguje napájením dotyčné adresy, jako byste chtěli do tohoto umístění napsat „1“. Pokud to jádro bylo již držením „1“ se nic nestane. Pokud však jádro drželo „0“, síla způsobí, že jádro změní polaritu na „1“. Malé množství energie použité k tomu způsobí, že puls bude vydán na jiný vodič, čtecí linku. Chcete-li tedy číst data, napíšete na toto místo „1“, pokud je na čtecí lince vidět puls, místo původně drželo „0“ a žádný puls znamená, že držel „1“.

Jedním z problémů tohoto systému je, že další jádra na stejných linkách (X nebo Y) vydávají také velmi malý signál, což potenciálně maskuje hledaný signál. Konvenčním řešením bylo přivést čtecí linku diagonálně sem a tam rovinou, aby se tyto menší signály rušily - pozitivní signál z jednoho by byl záporný signál z dalšího, když by drát prošel opačným směrem. Toto řešení však také značně ztížilo zapojení jádra a značné množství výzkumu šlo různými způsoby, jak zlepšit náklady na zapojení jádra.

Cobbaldův design udělal to, co se při zpětném pohledu jeví jako zjevná změna; čtecí drát byl navlečen napříč rovinami místo jednoho na letadlo. V tomto systému čtecí vodič skutečně procházel pouze jednou sadou napájených vedení a problémům „zvláštního signálu“ bylo zcela zabráněno. Není zcela překvapující, že toto řešení nebylo dříve zasaženo; jádra byla zkonstruována rovina najednou a poté spojena dohromady, zatímco tato metoda vyžadovala, aby bylo přidáno celé jádro před přidáním čtecích vodičů. Jedinou hlavní nevýhodou návrhu je to, že jeho provoz vyžadoval více energie.

Vstup výstup

I / O zařízení na designu DRTE bylo extrémně omezené, skládající se z a Flexowriter pro výstup a papírová páska čtečka při asi 600 CPS pro vstup. Systém zejména přidal hardwarový převodník binárních na desítkové / desítkové na binární, který byl implementován inline se systémy I / O.[2] To umožnilo děrování papírové pásky v desítkových kódech, které by se při čtení neviditelně převáděly na binární a ukládaly do paměti. Opak byl také pravdivý, což umožnilo stroji znovu vytisknout obsah paměti přímo na pásku. Systém byl vyladěn tak, aby stroj mohl číst nebo zapisovat data v podstatě zdarma; to znamená, že systém mohl číst a ukládat data přesně tak rychle, jak je papírová páska mohla podat.

Systém také nabízel hrubý druh assemblerový jazyk Podpěra, podpora. Pomocí klávesy Shift představovaly znaky zadané do systému mnemotechniku ​​namísto číselných dat, která by pak byla přeložena odlišně. Například písmena „AA“ přidají dvě čísla s plovoucí desetinnou čárkou, přičemž čísla budou uložena na následujících dvou desetinných adresách. Během čtení by sloupec posunu papírové pásky signalizoval dekodéru BDC, aby ignoroval další kódy.

Hardwarová implementace se nakonec projevila jako anti-funkce. Pokud se předpokládalo, že všechna data, která jsou čtena a zapisována, jsou desítkovou reprezentací binárních dat, systém dával dokonalý smysl, ale pokud byla data v jiné formě, například složitější kódy znaků jazyka assembleru, skončilo to jednoduše přidáním složitosti, která pak musel být vypnut. Systém byl nakonec odstraněn, když se programování assembleru stalo běžným. Také to vážně omezilo druhy zařízení, která bylo možné připojit, kvůli pečlivému vyladění rychlosti rozhraní.

Další vývoj a použití

Paralelní matematická jednotka

Jakmile byla prototypová matematická jednotka dokončena v roce 1957,[3] byla spuštěna nová jednotka, která paralelně operovala celé slovo. Tato nová jednotka byla připravena přibližně ve stejné době jako „plná verze“ stroje (1960–1961) a později byla dovybavena designem. To zlepšilo rychlosti přibližně desetkrát, například přidání plovoucí desetinné čárky se zlepšilo z 300 μs na pouhých 40, násobení z 2200 na 180 μs a druhá odmocnina z 5300 na 510 mikrosekund. Celočíselná matematika byla rovněž vylepšena přibližně stejným faktorem, ačkoli v kódu zůstala na rozdíl od hardwaru „složitá“ aritmetika jako násobení. S novou matematickou jednotkou byl stroj rychlejší než průměrný současný systém, i když pomalejší než „špičkové“ stroje jako IBM 7090 asi dvakrát až pětkrát.

Stejně jako u jiných výzkumných strojů byl systém DRTE použit pro řadu výpočtů pro „domácnost“ i pro vývoj řady jednoduchých počítačové hry. Mezi ně patří piškvorky a kat, stejně jako jednoduchý hudební generátor, který dokáže přehrávat Plukovník Bogey March připojením reproduktoru ke konkrétnímu klopnému obvodu.

DAR

Na konci padesátých let byly USA uprostřed zavádění ŠALVĚJ systému a začal se zajímat o účinky polární záře na radar úkon. Nakonec byla podepsána dohoda mezi DRB a Americké letectvo, přičemž letectvo poskytlo dva miliony dolarů na vybudování radarového výzkumného centra podle vzoru MIT je Lincolnova laboratoř, která poskytla velkou část amerického technického náskoku v radarových systémech.

DRB navrhla místo mezi pěti a šesti stovkami mil od Rozsah výzkumu Churchill Rocket, který se již používal pro rozsáhlý výzkum polární záře s jejich raketovým programem. Takové umístění by umožnilo radarům přímo měřit účinky polární záře na radaru sledováním startů raket. Nakonec místo venku Princ Albert, Saskatchewan byl vybrán; bylo navrženo, že to bylo kvůli tomu, že to byl předseda vlády John Diefenbaker domácí jízda. Nový web byl otevřen v červnu 1959, známý jako Radarová laboratoř prince Alberta nebo PARL.

Aby bylo možné rychle zaznamenat data během zkušebních běhů, DRTE vytvořil vlastní systém známý jako DAR, Digitální analyzátor a zapisovač. DAR byl projekt s poměrně vysokou prioritou a část pracovní síly původně pracující na počítači DRTE byla místo toho umístěna na DAR. Samotný stroj sestával z neprogramovatelného počítače, který načetl data do 40 000 bitů jádrové paměti, označil je časovým kódem a dalšími informacemi a poté je zapsal na magnetická páska. DAR byl používán několik let a musel být přestavěn po požáru v roce 1962.

Alouette

V roce 1958 DRB zaslala návrh NASA vypustit „vrchní sirénu“, která by prováděla měření Země ionosféra z vesmíru. Toto téma bylo v té době velmi důležité; DRB provádělo hlavní program výzkumu ionosféry za účelem vybudování komunikačního systému na velmi dlouhou vzdálenost (který by později byl použit na Mid-Canada Line a DEW Line ). Různé americké agentury, které se k systému vyjádřily, byly velmi skeptické, pokud jde o to, že DRB může takové zařízení postavit, ale navrhli, aby tak učinili jako zálohu své mnohem jednodušší konstrukce. Nakonec americký design narazil na dlouhá zpoždění a „příliš pokročilý“ kanadský design byl nakonec zahájen v roce 1962 jako Alouette I..

Během navrhování Alouette byla hlavní otázka týkající se životnosti solární články napájení systému začalo být vyřešeno na počítači DRTE. Vyvinuli program, který simuloval účinky precese na oběžné dráze satelitu a pomocí této informace vypočítal procento času, na které dopadalo sluneční světlo. Výsledek prokázal, že systém bude mít více než dostatečný výkon. I když to bylo navrženo s životností pouze jeden rok, Alouette jsem nakonec běžel deset let, než byl vypnut.

Počítač byl také uveden do provozu generováním sledovacích příkazů pro anténu antény přijímače v Ottawě, která stahovala data z Alouette. Anténa nemohla sledovat „rovně nahoru“ a musela být otočena o 180 stupňů, aby mohla sledovat zpět dolů na opačný horizont. Pohyb byl řízen jednoduchým systémem čtení papírové pásky. Počítač vyrobil pásky, takže parabola se při sledování satelitu pomalu otáčela, což zaručovalo „mrtvý čas“. Nakonec byla vytvořena knihovna pásek pro jakýkoli možný průchod.

Reference

  1. ^ „Počítač DRTE“. friendsofcrc.ca. Poznámka 3. Citováno 2017-12-28.
  2. ^ A b https://ieeexplore.ieee.org/document/279230/ Dirty Gertie: Počítač DRTE, vyvoláno 2018 17. ledna
  3. ^ „Počítač DRTE“. friendsofcrc.ca. Citováno 2017-12-28.

externí odkazy