DRTE 컴퓨터

DRTE Computer

DRTE 컴퓨터는 캐나다 국방연구위원회의 일부인 국방연구통신설립국(DRTE)에서 만들어진 트랜지스터 컴퓨터였다.그것은 1957년에 프로토타입 형태로 작동되고 1960년에 완전히 개발된 최초의 완전한 트랜지스터 기계들 중 하나이다.[1]성능은 PDP-1과 같은 현대적인 기계와 동등하게 꽤 좋았지만, 어떤 상업적인 판매상도 설계를 맡지 않았고, 캐나다 해군의 태평양 해군 연구소에 대한 유일한 잠재적 판매는 무산되었다.이 기계는 현재 캐나다 과학 기술 박물관에 소장되어 있는 캐나다 국립 과학기술 컬렉션의 일부분이다.

트랜지스터 연구

1950년대 초에 트랜지스터는 대부분의 전자제품에서 아직 진공관을 교체하지 않았다.관은 같은 모델이라도 관에서 관에 이르기까지 실제 특성이 매우 다양했다.엔지니어들은 전체 회로가 이러한 변화에 지나치게 민감하지 않도록 하기 위한 기술을 개발하여 문제를 일으키지 않고 교체할 수 있었다.트랜지스터 기반 시스템에 대해서는 같은 기술이 아직 개발되지 않았고, 그것들은 그야말로 너무 새로운 것이었다.소형 회로는 "수동 조정"할 수 있지만, 많은 트랜지스터를 사용하는 대형 시스템은 잘 이해되지 않았다.동시에 트랜지스터는 여전히 비쌌다; 한 개의 튜브는 약 0.75달러인 반면 비슷한 트랜지스터는 약 8달러였다.이것은 대부분의 회사들이 수행할 수 있는 실험의 양을 제한했다.

DRTE는 원래 통신 시스템을 개선하기 위해 결성되었으며, 이를 위해 노먼 무디스의 지시로 새로운 전자 연구소의 복잡한 회로에 트랜지스터를 사용하는 연구 프로그램을 시작했다.1950년부터 1960년 사이 전자 연구소는 트랜지스터 분야에서 주요 우수 센터가 되었고, 아웃리치 프로그램인 전자부품연구개발위원회를 통해 트랜지스터 분야에 진출하고 있는 캐나다 주요 전자회사 방문 엔지니어들에게 지식을 전수할 수 있었다.

결국 컴퓨터의 구축을 이끈 핵심 개발은 무디스가 모든 컴퓨터 시스템의 핵심 구성 요소인 새로운 형태의 플립 플롭 회로를 발명한 것이었다.무디스의 디자인은 PNP와 NPN 트랜지스터로 구성된 P-N-P-N 접점을 사용했다.그 시대의 대부분의 기계들은 에클레스-요르단 플립플롭을 사용했는데, 이것은 원래 튜브를 트랜지스터로 교체하여 사용하던 튜브 기반의 개념이었다.P-N-P-N 회로는 추가 증폭기 없이 더 많은 수의 "다운스트림" 회로를 구동할 수 있도록 훨씬 더 높은 출력을 제공했다.전체적인 효과는 디지털 회로를 구현하는 데 필요한 트랜지스터의 총 수를 크게 줄이는 것이었습니다.무디스는 1956년에 그의 서킷을 출판했다.

나중에야 깨달은 한 가지 단점은 현재 무디스의 플립플롭의 추첨이 균형을 이루지 못했기 때문에 그 안에 서로 다른 숫자를 저장하면 전력 공급기의 전류 니즈가 극적으로 달라질 수 있다는 점이다.일반적으로 이러한 종류의 하중은 전력 소비량이 증가하거나 감소할 때 발생하는 소음을 줄이기 위해 가능한 한 피해야 하는 것이다.컴퓨터처럼 매우 낮은 전력 수준에서 이러한 소음의 펄스는 신호 자체만큼이나 강력할 수 있다.

컴퓨터

비록 그것이 공식적인 권고사항은 아닌 것 같지만, 1950년대 중반까지 DRTE는 복잡한 시스템에서 트랜지스터 기술을 실제로 개발하는 가장 좋은 방법은 컴퓨터를 만드는 것이라고 결정했다.이것은 그 당시 그들이 그들 자신의 사용을 위해 필요로 했던 것이 아니라, 다른 시스템들이 할 수 있는 거의 없는 것처럼 그들의 능력을 시험하는 극히 복잡한 시스템의 한 예일 뿐이었다.그러나 발전이 계속되면서 관련 엔지니어들의 상당수가 전자제품보다 컴퓨터 디자인에 더 관심을 갖게 되었다.이것은 DRTE의 헌장 밖이었고, 결국 그 그룹과 그들에게 자금을 지원한 DRB 사이의 마찰의 원천이었다.

1955년경부터 데이비드 플로리다는 무디스의 플립플롭 디자인을 이용한 컴퓨터 개발을 추진했다.그는 기존의 컴퓨터 디자인을 조사했고 컴퓨터 복잡성의 주된 제한은 대부분 관의 연소율 때문이라고 결론지었다; 더 강력한 설계는 더 많은 관을 필요로 하기 때문에, 이것은 더 빈번한 연소율을 의미했다.비록 SAGE와 같이 정말로 거대한 많은 기계들이 만들어졌지만, 대부분의 기계들은 가동 시간을 향상시키기 위해 훨씬 더 작았다.트랜지스터를 사용하면 이러한 제한을 없앴다. 즉, 더 많은 트랜지스터의 가격을 지불할 의향이 있는 한 신뢰성에 거의 영향을 미치지 않고 더 복잡한 기계를 만들 수 있다.트랜지스터 가격이 항상 하락하는 가운데, 플로리다의 디자인은 과학 기계에서 유용할 것이라고 그가 상상하는 모든 특징을 포함했다.

특히 설계에는 궁극적으로 입출력용 서브시스템, 하드웨어 바이너리/십진수 변환기,[2] 제곱근 함수를 포함한 부동소수 하드웨어, 이를 지원하기 위한 다수의 루프 명령어와 인덱스 레지스터 등이 포함되었고, 복잡한 3주소 명령어 형식을 사용했다.3주소 시스템은 모든 지침에는 최대 2명의 피연산자의 주소와 결과가 포함되었음을 의미했다.시스템에는 모든 작업이 메인 메모리에 다시 기록되는 결과인 축전지가 포함되지 않았다.이것은 컴퓨터 메모리가 일반적으로 프로세서와 비슷한 속도(오늘날의 메모리는 프로세서보다 훨씬 느리다)였던 당시에는 바람직했다.

프로세서 설계

플로리다는 이전에 맨체스터 마크 1을 만드는 팀과 함께 일했던 적이 있으며, 그들의 선두에 따라 그는 DRTE 기계를 40비트 단어로 디자인했다.지침은 4개의 10비트 부분, 즉 지침과 3개의 10비트 주소로 나뉘었다.이를 통해 총 주 메모리 크기는 2^10 = 1024 40비트 워드, 즉 현대 용어로는 40kB가 허용되었다.Integer는 기호에 39비트, 1비트를 사용했으며, 부동 소수점 번호는 기호에 1비트를 가진 8비트 지수와 1비트를 가진 32비트 맨티사를 가졌다.플로리다는 두 매개변수의 주소와 결과를 포함한 세 가지 주소의 명령 형식이 레지스터 기반 시스템보다 프로그래밍을 더 쉽게 만들 것이라고 생각했다.

기계의 실험 버전은 기본 연산 장치와 메모리 처리로 구성되었다.1958년 준공식을 시작으로 1960년 준공되었다.이 기계는 5마이크로초/사이클 잠금 장치, 즉 200kHz로 그 시대의 기계치고는 꽤 경쟁력이 있다.부동소수점 추가는 50~365마이크로초(μS)가 걸렸다.분할 또는 제곱근인 가장 긴 지시사항은 부동 소수점에 대해 5.3 밀리초(ms)가 소요되었다.정수 추가는 약 200μS가 필요했지만, 다른 작업은 하드웨어와 반대로 서브루틴에서 처리되어 훨씬 더 오래 걸렸다. 예를 들어 정수 분할/제곱근은 8.2ms가 필요했다.

메모리 시스템

이 컴퓨터는 메모리 드럼과 같은 "보조" 시스템이 결여된 모든 저장장치에 코어 메모리를 사용했다.일반적으로 기계에 대한 메모리는 기계 단어를 한 비트씩 가지고 있는 다수의 핵심 조립품 또는 "플레인"을 쌓음으로써 만들어진다.예를 들어, DRTE에서와 같이 40비트 단어로 시스템은 40평면의 코어를 사용할 것이다.주소는 각 10비트 주소를 평면에서 X와 Y 주소로 변환하여 조회할 수 있다. DTRE에서 1,024단어의 경우 32×32 평면이 필요했다.

DRTE 기계에 코어를 사용할 때의 한 가지 문제는 코어가 작동하기 위해 상당히 높은 전력을 필요로 한다는 것이다.당시 저전력이었던 트랜지스터로부터 그런 힘을 제공하는 것은 큰 도전이었습니다.당시 일반적으로 사용되는 한 가지 해결책은 튜브로 코어 머신을 만드는 것이었지만, DRTE 머신의 경우 이는 트랜지스터 설계에서 하나의 도전으로 간주되었다.리차드 코발트가 주로 설계한 궁극적인 해결책은 전적으로 트랜지스터에 기반을 두고 있었고, 후에 특허를 얻었다.

그들의 핵심 설계에 도입된 또 다른 개선사항은 읽기 와이어의 처리와 관련이 있다.핵심 위치의 위치를 읽으면 해당 위치에 "1"을 쓰고 싶은 것처럼 해당 주소의 전원을 켜서 읽게 된다.만약 핵이 이미 "1"을 잡고 있었다면 아무 일도 일어나지 않을 것이다.그러나 만약 코어가 "0"을 잡고 있었다면, 그 힘은 코어의 극성을 "1"로 바꾸게 할 것이다.이를 위해 사용되는 적은 양의 에너지는 펄스가 다른 와이어인 읽기 라인에 출력되도록 한다.데이터를 읽으려면 해당 위치에 "1"을 기록하십시오. 펄스가 읽기 라인에 표시되면 원래 "0"이 유지되고 펄스가 없으면 "1"이 유지됨을 의미하십시오.

이 시스템의 한 가지 문제는 동일한 라인(X 또는 Y)의 다른 코어가 매우 작은 신호도 발산하여 찾는 신호를 잠재적으로 가릴 수 있다는 것이다.기존의 해결책은 읽기 선을 평면을 통해 대각선으로 앞뒤로 대각선으로 배선하여 이러한 작은 신호들이 취소되도록 하는 것이었다. 한 신호에서 오는 양의 신호는 전선이 반대 방향으로 통과할 때 다음 신호에서 음의 신호가 된다.그러나 이 해결책은 노심 배선도 상당히 어렵게 만들었고, 배선 노심 비용을 개선하기 위해 상당한 양의 연구가 여러 가지 방법으로 진행되었다.

코발드의 디자인은 돌이켜보면 명백한 변화처럼 보이게 만들었다; 읽기 철사는 비행기 한 대당 한 대당 한 대씩이 아니라 비행기를 가로질러 실로 연결되었다.이 시스템에서 읽기 와이어는 실제로 동력선 한 세트만을 통과했고 "추가 신호"의 문제는 완전히 피했다.이전에 이 솔루션이 부딪히지 않았다는 것은 전혀 놀라운 일이 아니다. 코어는 한 번에 평면을 만들어 함께 배선된 반면, 이 방법은 읽기 와이어를 추가하기 전에 전체 코어를 구축해야 했다.설계의 유일한 큰 단점은 작동하는데 더 많은 전력이 필요하다는 것이다.

입출력

DRTE 설계의 I/O 장치는 출력용 Flexowriter와 입력용 약 600 CPS의 종이 테이프 판독기로 구성되는 등 극히 제한적이었다.특히 이 시스템은 I/O 시스템과 인라인으로 구현된 하드웨어 2진수 대 10진수 대 10진수 변환기를 추가했다.[2]이를 통해 종이 테이프를 십진법 코드로 펀칭할 수 있게 되었고, 이 코드는 눈에 보이지 않게 이진법으로 변환되어 읽히는 동안 메모리에 저장되었다.그 반대의 경우도 사실이어서, 기계가 메모리의 내용을 테이프에 직접 인쇄할 수 있게 되었다.시스템은 기계가 기본적으로 무료로 데이터를 읽거나 쓸 수 있도록 조정되었다. 즉, 시스템은 종이 테이프가 데이터를 공급할 수 있는 한 정확하게 데이터를 읽고 저장할 수 있었다.

그 시스템은 또한 조잡한 종류의 조립자 언어 지원을 제공했다.Shift 키를 사용하여 시스템에 입력된 문자는 숫자 데이터 대신 니모닉을 나타냈으며, 이 문자는 다르게 번역될 것이다.예를 들어, 문자 "AA"는 두 개의 부동 소수점 번호를 추가하며, 숫자는 다음의 두 개의 소수점 주소에 저장된다.읽는 동안 종이 테이프의 시프트 컬럼은 BDC 디코더에게 다음 코드를 무시하라는 신호를 보낼 것이다.

하드웨어 구현은 결국 반기능으로 드러났다.만약 사람들이 읽고 쓰는 모든 데이터가 이진수 데이터의 십진수 표현이라고 가정한다면, 시스템은 완벽히 이치에 맞지만, 만약 그 데이터가 다른 형태, 예를 들어 더 복잡한 조립자 언어 문자 코드라면, 그것은 단순히 복잡성을 더하는 것으로 끝나서 꺼져야만 했다.이 시스템은 조립자 프로그래밍이 보편화되면서 결국 제거되었다.또한 인터페이스 속도의 세심한 튜닝 때문에 연결될 수 있는 장치의 종류를 심각하게 제한하였다.

추가 개발 및 사용

병렬 산술 단위

1957년 시제품 수학 단위가 완성되자마자 단어 전체를 병렬로 운용하는 새로운 단위가 시작되었다.[3]이 새로운 장치는 기계의 "전체 버전"(1960–61)과 거의 같은 시기에 준비되었고, 후에 설계로 개조되었다.예를 들어, 이 속도는 약 10배 향상되었는데, 플로팅 포인트 추가는 300μs에서 40 μs로, 곱셈은 2200 180 μs로, 제곱근은 5300마이크로초에서 510마이크로초로 향상되었다.정수 산술도 마찬가지로 하드웨어와 반대로 곱셈과 같은 "복잡한" 산술은 코드에 남아 있었지만 거의 동일한 요소만큼 향상되었다.새로운 수학 단위를 가진 이 기계는 IBM 7090과 같은 "하이엔드" 기계보다 약 2-5배 느리지만 평균적인 현대 시스템보다 더 빨랐다.

여느 연구 기계와 마찬가지로, DRTE 시스템은 다수의 간단한 컴퓨터 게임의 개발뿐만 아니라 다수의 "가정" 계산에 사용되었다.여기에는 틱택토와 행맨은 물론 특정 플립플롭에 스피커를 부착해 보기 행진 대령을 연주할 수 있는 간단한 음악 발전기가 포함됐다.

DAR

1950년대 후반 미국은 SAGE 시스템을 가동하는 중에 있었고, 오로라의 레이더 운용에 대한 영향에 관심을 갖게 되었다.결국 DRB와 미 공군 사이에 협정이 체결되었는데, 공군은 레이더 시스템 분야에서 미국의 기술적 우위를 상당 부분 제공했던 MIT의 링컨 연구소를 모델로 한 레이더 연구소를 건설하기 위해 200만 달러를 지원했다.

DRB는 이미 그들의 로켓 프로그램으로 광범위한 오로라 연구에 사용되고 있던 처칠 로켓 연구 범위로부터 500~600마일 사이의 부지를 제안했다.이런 위치를 통해 로켓 발사를 추적함으로써 레이더가 레이더에 미치는 오로라의 영향을 직접 측정할 수 있게 된다.결국, 알버트 왕자의 외곽에 있는 사스카처완이 선정되었다. 이것은 수상의 존 디펜베이커의 집승마 때문이었다는 주장이 제기되었다.이 새로운 사이트는 1959년 6월에 Prince Albert Radar Laboratory, 즉 PARL로 알려져 있다.

테스트 실행 중 데이터를 신속하게 기록하기 위해 DAR, Digital Analyzer 및 Recorder로 알려진 맞춤형 시스템을 구축했다.DAR은 상당히 우선순위가 높은 프로젝트였고, 원래 DRTE 컴퓨터에서 작업하던 인력 중 일부는 대신 DAR에 투입되었다.기계 자체는 4만 비트의 코어 메모리에 데이터를 읽어 타임 코드와 기타 정보로 태그를 붙인 다음 마그네틱 테이프에 쓰는 프로그래밍 불가능한 컴퓨터로 구성되었다.DAR은 여러 해 동안 사용되었고, 1962년 화재 이후 재건되어야만 했다.

알루엣

1958년 DRB는 NASA에 "상부 경보 발생기"를 발사하라는 제안을 보냈다. 이 제안은 우주에서 지구 전리층을 측정하기 위한 것이다.이것은 그 당시 어느 정도 중요한 주제였다; DRB는 매우 장거리 통신 시스템(이후 중-캐나다 선과 DEW 선에서 사용될)을 구축하기 위해 주요 전리권 연구 프로그램을 실시하고 있었다.시스템에 대해 의견을 개진했던 여러 미국 기관들은 DRB가 그러한 장치를 만들 수 있다는 사실에 매우 회의적이었지만, 그들 자신의 훨씬 단순한 설계에 대한 백업으로서 어쨌든 그렇게 할 것을 제안했다.결국 미국 디자인은 오랜 지연에 부딪혔고, "너무 발전된" 캐나다 디자인은 결국 1962년에 알루엣 1세로 출시되었다.

알루엣이 설계되는 동안, 시스템에 동력을 공급하는 태양 전지의 수명에 관한 중요한 질문이 DRTE 컴퓨터에서 해결되었다.그들은 인공위성의 궤도에 대한 과도현상의 영향을 시뮬레이션하는 프로그램을 개발했고, 이 정보를 사용하여 태양이 그 궤도에 떨어진 시간의 비율을 계산했다.그 결과는 그 시스템이 충분한 힘을 가질 것이라는 것을 증명했다.겨우 1년이라는 생애만으로 설계되었지만, 알루엣 1세는 결국 10년 동안 달리다가 중단되었다.

이 컴퓨터는 또한 알루엣으로부터 데이터를 다운로드 받은 오타와에 있는 수신기 접시 안테나에 대한 추적 명령을 생성하는 것을 사용하게 되었다.안테나는 "직진"을 통해 추적할 수 없었고, 반대 지평선까지 추적하기 위해 180도 회전해야 했다.그 운동은 종이 테이프를 읽는 간단한 시스템에 의해 통제되었다.컴퓨터가 테이프를 제작해 위성을 추적할 때 접시가 천천히 회전하도록 해 '죽는 시간'을 보장했다.결국 테이프 라이브러리는 가능한 모든 출입증을 위해 세워졌다.

참조

  1. ^ "The DRTE Computer". friendsofcrc.ca. Note 3. Retrieved 2017-12-28.
  2. ^ a b https://ieeexplore.ieee.org/document/279230/ 더티 거티: DRTE 컴퓨터, 2018년 1월 17일 회수
  3. ^ "The DRTE Computer". friendsofcrc.ca. Retrieved 2017-12-28.

외부 링크