Введение
Ранний канадский компьютер DRTE Computer был транзисторизованным компьютером, построенным в Defence Research Telecommunications Establishment (DRTE), входящем в состав Canadian Defence Research Board. Это была одна из первых полностью транзисторизованных машин, работающая в прототипе в 1957 году и полностью разработанная в 1960 году. Хотя производительность была довольно хорошей, равной производительности современных машин, таких как PDP 1, ни один коммерческий поставщик никогда не использовал дизайн, и единственная потенциальная продажа канадским военно-морским лабораториям Тихоокеанского моря провалилась. В настоящее время машина является частью канадской национальной научной и технологической коллекции, хранящейся в Музее науки и технологии Канады.
The DRTE Computer was a transistorized computer built at the Defence Research Telecommunications Establishment (DRTE), part of the Canadian Defence Research Board. It was one of the earlier fully transistorized machines, running in prototype form in 1957, and fully developed form in 1960. Although the performance was quite good, equal to that of contemporary machines like the PDP 1, no commercial vendors ever took up the design, and the only potential sale to the Canadian Navy's Pacific Naval Laboratories, fell through. The machine is currently part of the Canadian national science and technology collection housed at the Canada Science and Technology Museum.
Исследования транзисторов
В начале 1950-х транзисторы еще не заменили вакуумные трубки в большинстве электроники. Трубы имели различные характеристики, даже если они были одной и той же модели. Инженеры разработали методы, позволяющие не допускать чрезмерной чувствительности цепи к этим изменениям, чтобы их можно было заменить без проблем. Те же методы еще не были разработаны для систем на основе транзисторов, они были просто слишком новыми. В то время как меньшие схемы можно было "настроить вручную", чтобы работать, более крупные системы, использующие много транзисторов, не были хорошо поняты. В то же время транзисторы все еще были дорогими; трубка стоила около 0,75 доллара, в то время как аналогичный транзистор стоил около 8 долларов. Это ограничило количество экспериментов, которые большинство компаний могли выполнять. DRTE была первоначально сформирована для улучшения систем связи, и с этой целью они начали исследовательскую программу по использованию транзисторов в сложных схемах в новой лаборатории электроники под руководством Нормана Муди. Между 1950 и 1960 годами лаборатория электроники стала крупным центром передового опыта в области транзисторов, а через информационную программу Комитет по исследованию и разработке электронных компонентов смог передать свои знания инженерам из крупных канадских электронных фирм, которые входили в область транзисторов. Ключевым событием, которое привело к созданию компьютера, было изобретение Муди нового типа флип-флоп-схемы, ключевого компонента всех компьютерных систем. В конструкции Moody's использовался PN PN-соединение, состоящее из PNP и NPN транзисторов, соединенных спиной к спине. Большинство машин того времени использовали колпачки Eccles Jordan; это была первоначально концепция, основанная на трубке, которая использовалась путем замены труб транзисторами. Схема PN PN предлагала намного большую мощность, позволяя ей управлять большим количеством "внизу" цепей без дополнительных усилителей. Общий эффект заключался в сокращении, иногда значительно, общего количества транзисторов, необходимых для реализации цифровой схемы. Муди опубликовал свой цирк в 1956 году. Одним из недостатков, который был осознан позже, является то, что текущий поток флип-флопа Moody's не был сбалансирован, поэтому хранение разных номеров в них может привести к резко различным текущим потребностям в источнике питания. Как правило, такого рода изменения нагрузки следует избегать, насколько это возможно, чтобы уменьшить шум, генерируемый при увеличении или уменьшении потребления энергии. На очень низких уровнях мощности, как в компьютере, эти импульсы шума могут быть такими же мощными, как и сами сигналы.
Конструкция процессора
Флорида ранее работал с командой, создавшей Manchester Mark 1, и, следуя их примеру, разработал машину DRTE с 40-битовыми словами. Инструкция была разбита на четыре 10-битные части, инструкция и три 10-битных адреса. Это позволило общий размер основной памяти 2^10 = 1024 40 бит слов, или 40 кБ в современной терминологии. Целые числа использовали 39 бит и один бит для знака, в то время как числа с плавающей запятой имели 8-битный показатель с одним бит для знака и 32-битную мантису с одним бит для знака. Флорида считала, что три формата инструкции адреса, включая адреса двух параметров и результат, сделают программирование проще, чем система, основанная на регистрах. Экспериментальная версия машины состояла из базовой математической единицы и обработки памяти. Строительство всей системы началось в 1958 году и было завершено в 1960 году. Машина работала на блокировке 5 микросекунд/цикл, или 200 кГц, что было довольно конкурентоспособным показателем для машины той эпохи. Добавление с плавающей запятой занимало от 50 до 365 микросекунд (μS). Самые длинные инструкции, деление или квадратный корень, заняли 5,3 миллисекунд (мс) для плавающей запятой. Добавление целых чисел занимало около 200 мкС, но другие операции обрабатывались в подпрограммах, а не в аппаратном обеспечении, и занимали гораздо больше времени; например, деление целых чисел на квадратный корень требовало 8,2 мс.
Система памяти
Компьютер использовал основную память для хранения данных, не имея "вторичных" систем, таких как барабан памяти. Обычно память для машины строится путем наложения ряда основных сборок, или "планов", каждый из которых содержит один бит слова машины. Например, с 40-битным словом, как в DRTE, система будет использовать 40 плоскостей ядра. Адреса будут искаться путем перевода каждого 10-битового адреса в адрес X и Y в плоскостях; для 1024 слов в DTRE это требовало 32 × 32 плоскости. Одна из проблем использования ядра на машине DRTE заключалась в том, что для работы ядра требовалась довольно высокая мощность. Обеспечение такой мощности транзисторами, которые в то время были только низкой мощностью, представляло собой серьезную проблему. Хотя одним из решений, обычно используемых в то время, было создание основного механизма из труб, для машины DRTE это считалось еще одной проблемой в проектировании транзисторов. В конечном итоге решение, разработанное в основном Ричардом Коббальдом, было полностью основано на транзисторах, а позже запатентовано. Еще одно улучшение, внесенное в их конструкцию, включало в себя обработку считывающего провода. Читание местоположения в ядре работает, запуская адрес, о котором идет речь, как если бы вы хотели написать "1" в этом месте. Если ядро уже было на "1", ничего не произойдет. Однако, если ядро держало "0", то мощность заставит ядро изменить полярность на "1". Небольшое количество энергии, используемой для этого, заставляет импульс выходить на другой проводник, на линию считывания. Чтобы прочитать данные, вы пишете "1" в этом месте, если импульс видится на линии чтения, местоположение первоначально держало "0", а отсутствие импульса означает, что оно держало "1". Одна из проблем этой системы заключается в том, что другие ядра на тех же линиях (X или Y) будут излучать очень маленький сигнал, потенциально маскируя сигнал, который ищут. Обычное решение заключалось в том, чтобы проложить прочитанную линию по диагонали вперед и назад по плоскости, так что эти меньшие сигналы будут отменены - положительный сигнал от одного будет отрицательным сигналом от следующего, когда провод пройдет через него в противоположном направлении. Однако это решение также затрудняло проводку ядра, и значительные объемы исследований были направлены на различные способы улучшения стоимости проводки. Дизайн Коббалда сделал то, что в ретроспективе кажется очевидным изменением; прочитанный провод был проложен через плоскости вместо одного на плоскость. В этой системе провод считывания действительно проходил только через один набор питаемых линий, и проблем "дополнительного сигнала" полностью избегалось. Неудивительно, что это решение не было использовано раньше; ядра строились плоскостью и затем подключались друг к другу, тогда как этот метод требовал, чтобы все ядро было построено до того, как можно было добавить прочитывающие провода. Единственный серьезный недостаток конструкции заключается в том, что для работы требуется больше энергии.
Вход/выход
Устройства ввода-вывода на конструкции DRTE были крайне ограниченными, состояли из флексорайтера для вывода и считывателя бумажной ленты на около 600 CPS для ввода. В частности, система добавила аппаратный конвертер binary to decimal/decimal to binary, который был реализован в соответствии с системами ввода/вывода. было создано новое подразделение, которое работало над целым словом параллельно. Этот новый агрегат был готов примерно в то же время, что и "полная версия" машины (1960-61), и позже был модернизирован в конструкцию. Это улучшило скорость примерно в десять раз, например, сложение с плавающей запятой улучшилось с 300 мкс до всего 40, умножение с 2200 до 180 мкс и квадратный корень с 5300 до 510 микросекунд. Целые числа были улучшены примерно на тот же фактор, хотя "сложная" арифметика, такая как умножение, оставалась в коде, а не в аппаратном обеспечении. С новой математической единицей машина была быстрее, чем средняя современная система, хотя и медленнее, чем "высококлассные" машины, такие как IBM 7090, примерно в два-пять раз. Как и любая исследовательская машина, система DRTE использовалась для ряда "бытовых" вычислений, а также для разработки ряда простых компьютерных игр. К ним относятся tic tac toe и hangman, а также простой музыкальный генератор, который мог играть марш полковника Боги, присоединяя динамик к определенному флип-флопу.
DAR
В конце 1950-х годов США находились в процессе развертывания системы SAGE и заинтересовались влиянием северных сияний на работу радаров. В конце концов между DRB и ВВС США было подписано соглашение, в котором ВВС США предоставили два миллиона долларов на строительство исследовательского центра радиолокации по образцу лаборатории Линкольна в MIT, которая обеспечила большую часть технического лидерства США в радиолокационных системах. DRB предложила место между пятью и шестью сотнями миль от исследовательского полигона ракет Черчилля, который уже использовался для обширных исследований полярных сияний с их ракетной программой. Такое расположение позволило бы радарам непосредственно измерять влияние полярных сияний на радар, отслеживая запуск ракет. В конце концов был выбран участок за пределами Принца Альберта, Саскачеван; было предположено, что это было связано с тем, что это был дом премьер-министра Джона Дифенбекера. Новое место было открыто в июне 1959 года, известное как Лаборатория радаров Принца Альберта, или PARL. Для того, чтобы быстро записывать данные во время тестовых запуска, DRTE создала специальную систему, известную как DAR, цифровой анализатор и записыватель. DAR был достаточно приоритетным проектом, и часть рабочей силы, изначально работавшей на компьютере DRTE, была переведена на DAR. Сама машина состояла из непрограммируемого компьютера, который читал данные в 40 000 бит памяти, помечал их временным кодом и другой информацией, а затем записывал их на магнитную ленту. DAR использовался в течение нескольких лет, и его пришлось восстановить после пожара в 1962 году.
Алуэты
В 1958 году DRB направило в НАСА предложение о запуске "наземного датчика", который бы измерял ионосферу Земли из космоса. В то время это была тема, имевшая некоторое значение; DRB проводила крупную ионосферную исследовательскую программу для создания системы связи на очень большие расстояния (которая позже будет использоваться на Mid Canada Line и DEW Line). Различные агентства США, которые прокомментировали систему, были крайне скептически настроены к тому, что DRB может создать такое устройство, но предположили, что они все равно делают это в качестве резервной копии своей собственной гораздо более простой конструкции. В конце концов, американский проект столкнулся с длительными задержками, и "слишком продвинутый" канадский проект был в конечном итоге запущен в 1962 году как Alouette I. Во время проектирования "Алуэта" на компьютере DRTE был решен важный вопрос о сроке службы солнечных элементов, питающих систему. Они разработали программу, которая имитировала влияние прецессии на орбиту спутника, и использовали эту информацию для расчета процента времени, когда на него падает солнечный свет. Результат показал, что у системы будет более чем достаточно энергии. Хотя он был разработан с жизнью всего один год, Алуэтт я в конечном итоге работал в течение десяти лет, прежде чем быть отключен. Компьютер также был введен в эксплуатацию, генерируя команды отслеживания для приемной антенны в Оттаве, которая загружала данные из Алуэтта. Антенна не могла следовать "прямо вверх", и ее пришлось поворачивать на 180 градусов, чтобы проследить обратно вниз до противоположного горизонта. Движение контролировалось простой системой, читающей бумажную ленту. Компьютер записывал записи так, что антенна медленно вращалась, когда она отслеживала спутник, тем самым гарантируя отсутствие "мертвого времени". В конце концов была создана библиотека кассет для любого возможного прохождения.