진공관 컴퓨터
Vacuum-tube computer
진공관 컴퓨터는 현재 1세대 컴퓨터라고 불리며 논리 회로에 진공관을 사용하는 컴퓨터이다.2세대 트랜지스터 컴퓨터로 대체되었지만 진공관 컴퓨터는 1960년대까지 계속 제작되었습니다.이 컴퓨터들은 대부분 독특한 디자인이었다.
발전
일련의 펄스를 생성하기 위해 교차 결합 진공관 증폭기의 사용은 1918년 에클스와 조던에 의해 설명되었습니다.이 회로는 전자 이진 디지털 컴퓨터의 기본 요소가 된 두 개의 상태를 가진 회로인 플립 플랍의 기초가 되었습니다.
1939년에 처음 시연된 Atanasoff-Berry 컴퓨터는 현재 최초의 진공관 [1]컴퓨터로 인정받고 있습니다.그러나, 그것은 선형 방정식의 체계만을 풀 수 있는 범용 컴퓨터가 아니었고, 또한 매우 신뢰할 수 없었다.
제2차 세계대전 동안, 콜로소스와 같은 특수 용도의 진공관 디지털 컴퓨터가 독일과 일본의 암호를 해독하는 데 사용되었다.이러한 시스템에 의해 수집된 군사 정보는 연합군의 전쟁 노력에 필수적인 것이었다.각각의 거상은 1,600에서 2,400개의 [1]진공관을 사용했다.이 기계의 존재는 비밀에 부쳐졌고, [1]대중들은 1970년대까지 이 기계의 적용 사실을 알지 못했다.
또한 전쟁 중에는 콘라드 주즈에 의해 전자 기계 이진 컴퓨터가 개발되었습니다.전쟁 중 독일군 기지는 컴퓨터 개발을 우선시하지 않았다.약 100개의 튜브를 가진 실험적인 전자 컴퓨터 회로가 1942년에 개발되었지만, 공습으로 파괴되었다.
미국에서는 제2차 세계대전 후반에 ENIAC 컴퓨터에 대한 작업이 시작되었습니다.그 기계는 1945년에 완성되었다.비록 그것의 개발 동기가 된 한 가지 응용분야는 포병용 발사대 제작이었지만, ENIAC의 첫 번째 용도 중 하나는 수소폭탄 개발과 관련된 계산을 수행하는 것이었다.ENIAC는 처음에 전자적으로 저장된 프로그램 대신 플러그보드와 스위치로 프로그래밍되었습니다.ENIAC의 설계를 공개하는 전후 강연 시리즈와 ENIAC의 예측 가능한 후계자, EDVAC에 관한 보고서 초안(First Draft of the Report on the EDVAC)에 대한 John von Neumann의 보고서는 널리 배포되었고 전후 진공관 컴퓨터 설계에 영향을 미쳤다.
Feranti Mark 1(1951)은 최초의 시판 진공관 컴퓨터로 간주됩니다.최초의 대량 생산된 컴퓨터는 IBM 650이었다.
설계.
진공관 기술은 많은 전기를 필요로 했다.ENIAC 컴퓨터(1946)는 17,000개 이상의 튜브를 가지고 있었으며 이틀에 한 번씩 튜브 고장(위치 확인에 평균 15분 소요)을 겪었습니다.가동 중 ENIAC는 150kW의 [2]전력을 소비했는데, 그 중 80kW는 난방용 튜브, 45kW는 직류 전원, 20kW는 환기 송풍기, 5kW는 천공 카드 보조 장비에 사용되었습니다.
컴퓨터의 수천 개의 튜브 중 하나라도 고장이 나면 오류가 발생할 수 있기 때문에 튜브의 신뢰성은 매우 중요했습니다.컴퓨터 서비스를 위해 특수 품질의 튜브가 제작되었으며 표준 수신 튜브보다 재료, 검사 및 테스트의 기준이 더 높습니다.
아날로그 회로에서는 거의 나타나지 않는 디지털 동작의 한 가지 효과는 음극 중독이었다.플레이트 전류 없이 장시간 작동되는 진공 튜브는 음극에 고저항층을 형성하여 튜브의 이득을 감소시킵니다.이러한 영향을 방지하기 위해 컴퓨터 튜브에 특별히 선택된 재료가 필요했습니다.튜브를 작동 온도로 가열하는 것과 관련된 기계적 스트레스를 피하기 위해, 종종 튜브 히터의 스트레스 관련 파손을 방지하기 위해 튜브 히터는 전체 작동 전압을 1분 이상 느리게 인가했습니다.기계의 대기 시간 동안 고전압 플레이트 공급 장치가 꺼진 상태에서 히터 전원을 켠 상태로 둘 수 있습니다.한계 테스트는 진공관 컴퓨터의 하위 시스템에 내장되었습니다. 플레이트 또는 히터 전압을 낮추고 적절한 작동을 테스트함으로써 조기 고장 위험이 있는 구성 요소를 탐지할 수 있었습니다.모든 전원 전압을 조절하고 전원 그리드의 서지 및 강하가 컴퓨터 작동에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 전원은 전원 [citation needed]전압의 안정성과 조절을 향상시키는 모터 제너레이터 세트에서 파생되었습니다.
진공관 컴퓨터 구축에는 두 가지 유형의 논리 회로가 사용되었습니다."비동기" 또는 직접 DC 결합 유형은 로직 게이트와 게이트 자체 간에 연결하는 데 저항만 사용했습니다.로직 레벨은 넓게 분리된 두 전압으로 표시되었습니다."동기식" 또는 "동적 펄스" 로직 유형에서는 모든 스테이지가 변압기 또는 캐패시터와 같은 펄스 네트워크에 의해 결합되었습니다.각 논리 요소에는 "클럭" 펄스가 적용되었습니다.로직 상태는 각 클럭 간격 동안 펄스의 유무에 따라 표시됩니다.비동기 설계는 잠재적으로 더 빠르게 동작할 수 있지만 논리 경로마다 입력에서 안정적인 출력까지의 전파 시간이 다르기 때문에 논리 "레이스"로부터 보호하기 위해 더 많은 회로가 필요합니다.동기 시스템은 이 문제를 회피했지만 클럭 신호를 분배하기 위해 추가 회로가 필요했습니다.클럭 신호에는 기계의 각 스테이지마다 여러 위상이 있을 수 있습니다.직접 결합 로직 스테이지에서는 부품값의 드리프트나 작은 누설전류에 다소 민감하지만, 동작의 바이너리 특성은 [3]드리프트로 인한 오작동에 대한 상당한 여유를 회로에 주었다."펄스"(동기식) 컴퓨팅의 예로는 MIT Whirlwind가 있습니다.IAS 컴퓨터(ILLIAC 및 기타)는 비동기 직접 결합 논리 단계를 사용했습니다.
튜브 컴퓨터는 주로 전환 및 증폭 소자로 3중전극과 5중전극을 사용했습니다.적어도 하나의 특수 설계된 게이트 튜브는 유사한 특성을 가진 2개의 제어 그리드를 가지고 있으며, 이를 통해 2입력 AND [3]게이트를 직접 구현할 수 있었다.티라트론은 I/O 장치를 구동하거나 래치 및 홀딩 레지스터 설계를 단순화하는 데 사용되는 경우가 있습니다.진공관 컴퓨터는 종종 AND와 OR 논리 기능을 수행하기 위해 솔리드 스테이트("결정") 다이오드를 광범위하게 사용하였고, 진공관을 사용하여 스테이지 간의 신호를 증폭하거나 플립 플랍, 카운터, 레지스터와 같은 요소를 구성했습니다.솔리드 스테이트 다이오드는 기계 전체의 크기와 소비 전력을 줄였습니다.
메모리 테크놀로지
초기 시스템은 마침내 자기 코어 메모리에 정착하기 전에 다양한 메모리 기술을 사용했습니다.1942년의 Atanasoff-Berry 컴퓨터는 회전하는 기계 드럼에 숫자 값을 이진수로 저장했으며, 회전할 때마다 이 "동적인" 기억을 새로 고치는 특별한 회로를 가지고 있었다.전시용 ENIAC는 20개의 숫자를 저장할 수 있었지만, 사용된 진공관 레지스터는 너무 비싸 몇 개 이상의 숫자를 저장할 수 없었다.저장된 프로그램 컴퓨터는 경제적인 형태의 메모리가 개발될 때까지 도달할 수 없었다.모리스 윌크스는 1947년에 EDSAC를 만들었는데, EDSAC에는 각각 17비트의 32개의 단어를 저장할 수 있는 수은 지연선 메모리가 있었다.지연라인 메모리는 본질적으로 직렬로 구성되었기 때문에 기계 로직도 비트 직렬로 구성되었습니다.[4]
수은 지연선 메모리는 EDVAC의 J. Presper Eckert와 UNIVAC I.에 의해 사용되었습니다.Eckert와 John Mauchly는 1953년에 지연선 메모리에 대한 특허를 취득했습니다.지연라인의 비트는 일정한 속도로 이동하는 음파로 매체에 기억된다.UNIVAC I(1951)는 각각 120비트를 저장하는 18기둥의 수은을 포함하는 7개의 메모리 장치를 사용했습니다.이를 통해 평균 액세스 시간이 300마이크로초인 [5]1000개의 12글자 워드의 메모리가 제공되었습니다.이 메모리 서브시스템은 독자적인 워크인 룸을 형성했습니다.
윌리엄스 튜브는 최초의 진정한 랜덤 액세스 기억 장치였다.Williams 튜브는 CRT(음극선 튜브)에 점의 그리드를 표시하여 각 점 위에 소량의 정전기를 생성합니다.각 점의 위치에 있는 전하를 디스플레이 바로 앞에 있는 얇은 금속 시트로 읽습니다.프레데릭 캘런드 윌리엄스와 톰 킬번은 1946년에 윌리엄스 튜브에 대한 특허를 출원했다.윌리엄스 튜브는 지연선보다 훨씬 빨랐지만 신뢰성 문제로 어려움을 겪었다.UNIVAC 1103은 각각 1024비트 용량의 36개의 Williams 튜브를 사용하여 각각 36비트씩 총 1024 워드의 랜덤 액세스 메모리를 제공했습니다.IBM 701의 Williams-tube 메모리의 액세스 시간은 30 마이크로초였습니다.[5]
마그네틱 드럼 [6][7]메모리는 1932년 오스트리아의 구스타프 타우셰크에 의해 발명되었다.드럼은 강자성 기록 재료로 코팅된 빠르게 회전하는 커다란 금속 실린더로 구성되어 있습니다.대부분의 드럼에는 각 트랙에 대해 드럼의 긴 축을 따라 하나 이상의 고정 읽기-쓰기 헤드가 있었습니다.드럼 컨트롤러는 적절한 헤드를 선택하고 드럼이 회전할 때 그 아래에 데이터가 표시될 때까지 기다렸습니다.IBM 650은 1000~4000개의 10자리 단어 드럼 메모리와 2.5밀리초의 평균 액세스 시간을 가지고 있었습니다.
자기 코어 메모리는 1951년 안왕에 의해 특허를 취득했다.Core는 작은 자기 링 코어를 사용하여 와이어를 나사산하여 정보를 쓰고 읽습니다.각 코어는 1비트의 정보를 나타냅니다.코어는 두 가지 다른 방법(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 자화할 수 있으며, 코어에 저장된 비트는 코어의 자화 방향에 따라 0 또는 1입니다.와이어를 사용하면 개별 코어를 1 또는 0으로 설정하고 선택한 와이어를 통해 적절한 전류 펄스를 전송하여 코어의 자화를 변경할 수 있습니다.코어 메모리는, 랜덤 액세스와 고속의 고속화에 가세해 한층 더 높은 신뢰성을 실현했습니다.Williams 튜브를 대체하기 위해 초기 1024개의 16비트 메모리가 설치된 MIT/IBM Windwird와 같은 컴퓨터에서 빠르게 사용할 수 있게 되었습니다.마찬가지로 UNIVAC 1103은 1956년에 1103A로 업그레이드되었고, 코어 메모리는 윌리엄스 튜브를 대체했습니다.1103에서 사용되는 코어 메모리의 액세스 시간은 10 마이크로초였습니다.[5]
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ a b c Jack, Copeland, B. "The Modern History of Computing". plato.stanford.edu. Retrieved 2018-04-29.
- ^ "Press release: PHYSICAL ASPECTS, OPERATION OF ENIAC ARE DESCRIBED" (PDF). Smithsonian – National Museum of American History. WAR DEPARTMENT Bureau of Public Relations. Retrieved Dec 30, 2017.
- ^ a b Edward L. Braun, 디지털 컴퓨터 설계: 논리, 회로 및 합성.학술 출판사, 2014년, ISBN 14832757336, 페이지 116–126.
- ^ Mark Donald Hill, Norman Paul Jouppi, Gurindar Sohi(편집), 컴퓨터 아키텍처 읽기, 걸프 프로페셔널 퍼블리싱, 2000, ISBN 1558605398, 3-4페이지.
- ^ a b c Dasgupta, Subrata (2014). It Began with Babbage: The Genesis of Computer Science. Oxford University Press. p. VII. ISBN 978-0-19-930941-2. Retrieved Dec 30, 2017.
- ^ 미국 특허 2,080,100.Gustav Tauschek는 1932년 8월 2일 이후 독일 특허 DE643803으로 출원했다.「Elektrmagnetischer Speicher Für Zahlen und Angaben, besonders für Buchrungsheinrichtungen」(숫자 및 기타 정보에 대한 전자 메모리)
- ^ Universität Klagenfurt (ed.). "Magnetic drum". Virtual Exhibitions in Informatics. Retrieved 2011-08-21.
