Коммутационная панель

Проводка панели управления бухгалтерской машины IBM 402 ^[1] . Эта плата была помечена как «сводка прибылей и убытков».

Обратная сторона той же коммутационной панели 402, показывающая штырьки, которые контактируют с внутренней проводкой машины. Отверстия назывались *хабами.*

Коммутационная панель или панель управления (термин, используемый в зависимости от области применения) представляет собой массив гнезд или розеток (часто называемых концентраторами), в которые можно вставить коммутационные шнуры для замыкания электрической цепи. Панели управления иногда используются для управления работой оборудования для записи единиц , шифровальных машин и ранних компьютеров . Массив отверстий часто содержится в плоской съемной панели, которая может быть вставлена в машину и прижата к массиву контактов. Это позволяет машине быстро переключаться между различными приложениями.

Контакты на машине жестко подключены к различным устройствам, которые составляют машину, таким как реле, счетчики, входы от каждой колонки считывателя карт, выходы к колонке перфоратора карт или позиции принтера и т. д. Проводка на коммутационной панели соединяет эти устройства для выполнения определенной функции, например, чтения карт и суммирования чисел, пробитых в группе колонок. Современным сравнением была бы программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA), при этом коммутационная панель служит той же цели, что и слой проводки в FPGA.

Оборудование для учета единиц

Оператор вставляет панель управления в бухгалтерскую машину IBM 407 ^[2]. Еще одна панель находится на полу неподалеку.

Самые ранние машины были жестко смонтированы для определенных приложений. Вдохновленный телефонными коммутаторами , Отто Шеффлер изобрел коммутационную панель, чтобы легко перепрограммировать табуляторы. ^[3]^[4] Приложения затем можно было подключать к отдельным панелям управления и вставлять в табуляторы по мере необходимости. Съемные панели управления стали использоваться во всех машинах для единичных записей, где использование машины для различных приложений требовало перемонтажа проводов.

Съемные панели управления IBM имели размеры от 6 1/4" на 10 3/4" (для таких машин, как IBM 077, IBM 550 , IBM 514 ) до примерно одного-двух футов (от 300 до 600 мм) на стороне и имели прямоугольный массив концентраторов. ^[5] Вилки на каждом конце одножильного коммутационного шнура вставлялись в концентраторы, создавая соединение между двумя контактами на машине, когда панель управления была помещена в машину, тем самым соединяя излучающий концентратор с принимающим или входным концентратором. Например, в приложении для дубликатора карт концентратор чтения (излучающий) столбца карты мог быть подключен к входному концентратору магнита перфоратора. Было относительно просто скопировать некоторые поля, возможно, в другие столбцы, и игнорировать другие столбцы с помощью подходящей проводки. Панели управления табулятором могли потребовать десятков коммутационных шнуров для некоторых приложений.

Функции табулятора были реализованы как с помощью механических, так и электрических компонентов. Панели управления упростили изменение электрических соединений для различных приложений, но изменение большинства функций табулятора все еще требовало механических изменений. IBM 407 был первым табулятором IBM, который не требовал таких механических изменений; все функции 407 контролировались электрически и полностью определялись панелью управления приложения и лентой каретки.

Для большинства машин с панелями управления, от подборщиков, интерпретаторов до IBM 407 , руководства IBM описывают панель управления как «руководящую» или «автоматическую работу, достигаемую с помощью...». Панели управления калькуляторов, таких как IBM 602 и IBM 604 , которые задавали последовательность операций, описывались как программы .

Электропроводка панелей управления аппаратурой учета блока

Оборудование для записи блока обычно настраивалось для определенной задачи с помощью съемной панели управления. Электрические соединения различных компонентов в машине для записи блока были представлены на панели, а соединения между ними определялись проводкой, при этом фактические соединения выполнялись, когда панель вставлялась в машину и фиксировалась на месте. Возможно, ближайшим современным аналогом является программируемая вентильная матрица , где доступно фиксированное количество логических компонентов, а их соединительная проводка определяется пользователем.

Подключение панели управления записью блока требовало знания компонентов машины и их временных ограничений. Компоненты большинства машин записи блока были синхронизированы с вращающимся валом. Один оборот представлял собой один машинный цикл, в течение которого перфокарты продвигались от одной станции к другой, могла быть напечатана строка, могла быть напечатана сумма и так далее. Циклы были разделены на точки в соответствии с тем, когда строки на перфокарте появлялись под станцией считывания или перфорации. На большинстве ^[6] машин карты подавались лицевой стороной вниз, 9-ребром (нижним краем) первым. Таким образом, первая точка в цикле карты была 9-кратной, вторая 8-кратной и так далее до 0-кратной. Времена от 9 до 0 были известны как цифры. За ними следовали 11-кратная и 12-кратная, также известные как зоны.

В станции считывания набор из 80 пружинных проволочных щеток прижимался к карте, по одной на каждый столбец (станция считывания 407, сконструированная без щеток, удерживала карту неподвижно и могла считывать карту несколько раз, каждый раз генерируя те же импульсы, которые генерируются станцией с 80 пружинными проволочными щетками). Когда отверстие проходило под щеткой, щетка соприкасалась с проводящей поверхностью под картой, которая была подключена к источнику электропитания, и генерировался электрический импульс, импульс в терминологии IBM. Каждая щетка была подключена к индивидуальному концентратору на панели управления, от которого она могла быть подключена к другому концентратору по мере необходимости. Действие, вызванное импульсом на проводе, зависело от того, в какой момент цикла он возник, простая форма временного мультиплексирования . Таким образом, импульс, который возник в течение 7-времени на проводе, подключенном к магниту пробивки столбца 26, пробивал бы отверстие в строке 7 столбца 26. Импульс на том же проводе, который возник в течение 4-времени, пробивал бы 4 в столбце 26. Импульсы, синхронизированные таким образом, часто поступали от считывающих щеток, которые обнаруживали отверстия, пробитые в картах, когда они проходили под щетками, но такие импульсы также испускались другими схемами, такими как выходы счетчика. Зональные импульсы и цифровые импульсы были необходимы для буквенно-цифровой печати. Они оба могли быть отправлены по одному проводу, а затем разделены релейными схемами на основе времени в пределах цикла.

Панель управления для каждого типа машины представляла выходные (выходные) и входные (входные) концентраторы в логических расположениях. Во многих местах два или более смежных общих концентратора были бы соединены, что позволяло бы подключать более одного провода к этому выходу или входу. Несколько групп концентраторов были соединены вместе, но не подключены к каким-либо внутренним цепям. Эти шинные концентраторы могли использоваться для соединения нескольких проводов при необходимости. Также были доступны небольшие соединительные блоки, называемые разветвителями проводов , для соединения трех или четырех проводов вместе над панелью управления. Несколько из них видны на фотографии панели IBM 402.

Возможности и сложность компонентов машин для записи единиц развивались в течение первой половины 20-го века и часто были специфичны для нужд конкретного типа машины. Следующие группировки концентраторов были типичны для более поздних машин IBM: ^[7]

Считывающие щетки, 80 выходных ступеней, по одной на каждый столбец карт. Табулирующая машина может иметь две или три станции считывания, каждая со своим набором из 80 ступеней. Воспроизводящий перфоратор может иметь дополнительную станцию считывания после станции перфоратора для проверки.
Магниты для перфорации Машины, которые могли перфорировать карты, такие как воспроизводящий перфоратор, имели входы концентратора для каждого столбца карт. Импульс к одному из этих входов запускал электромагнит, который начинал перфорацию отверстия в этом столбце.
Входы печати, одна ступица для каждой позиции печати. Импульсы к этим входам управляли движением печатных планок или колес, чтобы поместить правильный элемент шрифта под печатные молотки. 407 также имел выходы из каждого печатного колеса, которые затем могли подавать данные на счетчики для сложения или вычитания. Это гарантировало, что итоги всегда соответствовали тому, что было напечатано.
Счетчики записей. Табуляторная машина IBM, такая как серии 402 или 407, имела несколько счетчиков, доступных в разных размерах. (Например, IBM 402/403 имела четыре набора счетчиков по 2, 4, 6 и 8 цифр, обозначенных как 2A, 2B, 2C, 2D, 4A, 4B и т. д.) У каждого счетчика было два входа управления счетчиком для указания либо сложения (плюс), либо вычитания (минус). Если ни один из них не был импульсным, операция не выполнялась. Если была задана команда сложения, цифровой импульс, проложенный от столбца к концентратору счетчика, запускал вращение колеса счетчика. Оно автоматически останавливалось в нулевое время. Таким образом, импульс в 8 время заставлял колесо продвигаться на 8 шагов, добавляя значение 8 к этой позиции счетчика. Переносы внутри группы выполнялись автоматически. Концентраторы переноса и переноса позволяли связывать счетчики, позволяя накапливать более длинные числа. Вычитание было более сложным и использовало арифметику с дополнением до девяти .
Выходы счетчика итогов. Входной концентратор итогов счетчика заставлял этот счетчик выдавать итоговые импульсы, которые можно было подключить к позициям печати. После печати итогов счетчик сбрасывался. Специальные схемы позволяли правильно печатать отрицательные значения, а не как дополнение до девяток, и был предусмотрен специальный выход, позволяющий печатать соответствующий символ ( «cr» или «-») рядом с числом, когда оно было отрицательным.
Сравнение. Простые схемы сравнения имели два входа и один выход, который излучал импульс всякий раз, когда импульсы приходили на входы в разное время. Некоторые машины, например, сортировочные машины, могли определять, какое число было больше, если они не были равны. Табуляторная машина могла сравнивать номер счета на последовательных карточках и печатать общую сумму, когда появлялся новый номер счета. Для функции сравнения IBM реализовала то, что сейчас называется вентилем XOR, с использованием противоположных электромагнитов. Если ни один магнит не был включен или оба магнита были включены одновременно, якорь реле не двигался. Если был включен только один магнит, якорь двигался и касался одного из двух контактов, размещенных по обе стороны. Два контакта были соединены вместе внутри и подключены к выходному концентратору, который указывал на неравное сравнение.
Распределители позволяли подключать выходной импульс к нескольким входам, не создавая обратной цепи между входами.
Эмиттеры представляли собой наборы из 12 выходных концентраторов, которые автоматически генерировали импульс в каждый указанный момент цикла карты. Двенадцать выходных концентраторов были подключены к контактам на поворотном переключателе, который поворачивался вместе с циклом карты. Таким образом, подключение выхода 6 от эмиттера к входу магнита пробойника приводило к пробивке 6 в этой позиции. Эмиттеры могли использоваться для помещения числового постоянного значения, например даты, на каждую карту. Буквенно-цифровые постоянные данные могли быть созданы путем тщательного объединения цифровых и зонных импульсов. Более поздние машины, такие как 407, также имели полный набор буквенно-цифровых эмиттеров, для использования которых требовался только один провод.
Селекторы направляли импульс с общего входа на один из двух выходов, в зависимости от того, был ли включен магнит реле . Использовалось много типов селекторов, которые отличались тем, как включалось реле «подхвата». В простейшем случае, немедленные (I) входы, магнит включался при получении импульса и удерживался в течение оставшейся части цикла. Более сложные селекторы, называемые пилотными селекторами, имели D-концентратор входа, который заставлял селекторный магнит подхватываться на следующем машинном цикле, и X-концентратор входа, который также задерживался, но запускался только импульсом 11 или 12. Задержка в один цикл была необходима, потому что в большинстве случаев к моменту обнаружения импульса было слишком поздно надежно предпринимать действия в этом цикле. Дополнительные селекторы имели только немедленный вход, но пять наборов контактов и обычно запускались выходом соединения пилотного селектора , отсюда и названия.
Селекторы цифр были похожи на излучатели, с одним выходным концентратором для каждой точки цикла, но у них также был входной концентратор, который переключался на последующие выходные концентраторы по мере прохождения цикла. Селектор цифр можно было преобразовать в излучатель цифр, подключив его входной концентратор к постоянному источнику импульсов цикла. Но его также можно было подавать на другие сигналы и использовать для обнаружения определенной цифры. Подключив первую щетку считывания к входу селектора цифр и подключив, скажем, ее выход 4 к входу D селектора пилота, можно было заставить этот селектор переключиться на следующем цикле считывания, если в столбце этой первой щетки считывания была пробита цифра 4.
Разделители столбцов представляли собой реле, которые включались только в моменты времени 11 и 12, что позволяло отделять цифровые импульсы от зонных импульсов.
Хранение. Более поздние машины, такие как 407 и 602, могли сохранять несколько значений для последующего использования с помощью механического устройства, несколько похожего на излучатель, за исключением того, что он содержал скользящий контакт, который определял, в какой момент времени должен быть излучён импульс. Контактный ползунок позиционировался электромеханически, когда значение сохранялось, и оставался в этом положении, пока хранилище не очищалось.

Шифровальные машины

Коммутационная панель ( *steckerbrett* ) на Enigma расположена спереди машины, под клавишами. На фотографии две пары букв поменяны местами (SO и JA). Таким образом можно поменять местами до 13 букв.

В знаменитой машине Enigma использовалась коммутационная панель ; она не была съемной. В этом случае коммутационная панель действовала как «четвертый ротор» в работе роторной машины . Провода коммутационной панели были частью «дневных настроек», которые указывали, какие роторы вставлять в какой слот и какие соединения коммутационной панели делать. На практике коммутационная панель действительно повышала безопасность генерируемого шифра, но поскольку она не менялась с каждым нажатием клавиши, в отличие от роторов, ее влияние было ограниченным. См. Криптоанализ Enigma .

Первые компьютеры

Первая версия компьютера ENIAC программировалась с помощью кабелей, переключателей и коммутационных панелей. Кабельная система ENIAC была позже переконфигурирована для использования существующей памяти ROM данных Function Tables в качестве памяти ROM программы (переключатели и коммутационные панели продолжали использоваться в переконфигурированном ENIAC).

IBM 305 RAMAC использовал коммутационную панель для всех операций сравнения программ и всех операций ветвления. Другие коммутационные панели управляли чтением и перфорацией карт, принтером и консольной пишущей машинкой. ^[8] Многие периферийные устройства, например IBM 711 и 716 для компьютеров IBM первого и второго поколения, включая серии IBM 700/7000 и IBM 650 , были основаны на машинах с единичной записью и включали коммутационные панели.

Коммутационные панели некоторое время использовались в специализированных компьютерах, выступая в качестве постоянной памяти (ПЗУ), но их можно было вручную перепрограммировать в полевых условиях. Одним из примеров является компьютер Ferranti Argus , используемый на ракете Bristol Bloodhound , в котором коммутационная панель программировалась путем вставки небольших ферритовых стержней в слоты, что фактически создавало оперативную память только для чтения вручную.

Смотрите также

Машина «Энигма»
Powers-Samas , британский производитель оборудования для записи единиц, который использовал съемную «соединительную коробку» с механическими связями вместо штепсельной платы
Телефонный коммутатор
Макетная плата — термин, обозначающий беспаечную коммутационную плату, используемую для создания прототипов электроники.

Ссылки

^ IBM Accounting Machine: 402, 403 и 419 Принципы работы . 1949. 22-5654.
^ IBM Reference Manual 407 Accounting Machine . 1959. A24-1011.
^ Земанек, Хайнц (1976). Предыстория и история компьютеров в Центральной Европе. Национальная компьютерная конференция. Вена, Австрия.
^ Хайде, Ларс (27 апреля 2009 г.). Системы перфокарт и ранний информационный взрыв, 1880–1945. Johns Hopkins University Press. С. 128–137. ISBN 9781421427874. Получено 19 марта 2024 г. .
^ Ранние съемные панели управления IBM имели ряд гнезд с одной стороны, каждое гнездо было подключено к разъему с другой стороны. Поскольку функция таких панелей идентична более поздним панелям управления с концентраторами, в этой статье используется только терминология концентратора.
^ Примечание: Главным исключением были воспроизводители (514...) и интерпретаторы (552...), которые сначала брали карту 12-го края (верхнего края).
^ IBM (1956). Справочное руководство IBM: Принципы функциональной разводки (PDF) . 22-6275-0.
^ Руководство по эксплуатации IBM 305 RAMAC

IBM (1956). Оборудование для обработки данных на перфокартах IBM: Принципы функциональной разводки (PDF) . 22-6275-0. Архивировано из оригинала (PDF) 2010-08-09 . Получено 2007-11-06 .
Брукс-младший, Фредерик П.; Айверсон, Кеннет Э. (1963) Автоматическая обработка данных , Wiley, 494 стр. Хорошо написанные описания машин для записи единиц и проводки панели управления, как IBM, так и Remington Rand.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме штепсельные вилки .

История вычислительной техники Колумбийского университета: панели управления IBM
Архивы IBM: фото панели управления IBM 407
Райс, Рекс (1954). «Почему бы не попробовать коммутационную панель?». Труды 8–10 декабря 1954 г., восточной объединенной компьютерной конференции: Проектирование и применение малых цифровых компьютеров на - AIEE-IRE '54 (Восточная) . ACM Press. стр. 4–11. doi :10.1145/1455270.1455272. ISBN 978-1-4503-7855-0. S2CID 17341809.