Плата подключения

Проводка панели управления бухгалтерской машиной IBM 402 ^[1] . Эта доска называлась «Сводка прибылей и убытков».

Обратная сторона той же коммутационной панели 402, на которой показаны контакты, которые соприкасаются с внутренней проводкой машины. Отверстия назывались *ступицами.*

Штепсельная плата или панель управления (используемый термин зависит от области применения) представляет собой набор разъемов или розеток (часто называемых концентраторами), в которые можно вставлять патч-корды для замыкания электрической цепи. Панели управления иногда используются для управления работой записывающего оборудования , шифровальных машин и ранних компьютеров . Множество отверстий часто содержится в плоской съемной панели, которую можно вставить в машину и прижать к множеству контактов. Это позволяет машине быстро переключаться между различными приложениями.

Контакты на машине жестко подключены к различным устройствам, входящим в состав машины, таким как реле, счетчики, входы от каждого столбца устройства считывания карт, выходы к столбцу перфорации карт или позиции принтера и т. д. Проводка на коммутационной панели соединяет эти устройства для выполнения определенной функции, например, чтения карточек и суммирования чисел, набранных в группе столбцов. Современным сравнением может быть программируемая вентильная матрица (FPGA), в которой коммутационная плата служит той же цели, что и уровень проводки в FPGA.

Единичное записывающее оборудование

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

Основная статья: Аппаратура для записи единиц

Самые ранние машины были предназначены для конкретных применений. Панели управления были представлены в 1906 году для табулятора Холлерита Типа 1 (фото Типа 3 со встроенной панелью управления здесь). Съемные панели управления были представлены в табуляторе Hollerith ( IBM ) типа 3-S в 1920-х годах. Приложения затем можно было бы подключить к отдельным панелям управления и вставлять в табуляторы по мере необходимости. Съемные панели управления стали использоваться во всех записывающих машинах, где использование машины для различных целей требовало переподключения проводки.

Съемные панели управления IBM имели размеры от 6 1/4 дюйма на 10 3/4 дюйма (для таких машин, как IBM 077, IBM 550 , IBM 514 ) до примерно одного-двух футов (от 300 до 600 мм) по бокам и имел прямоугольный набор ступиц. ^[3] Вилки на каждом конце одножильного патч-корда были вставлены 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 дублирования карт концентратор считывания (излучения) столбца карты может быть подключен к концентратору ввода перфомагнита. Было относительно просто скопировать некоторые поля, возможно, в разные столбцы, и игнорировать другие столбцы с помощью подходящего связывания. Для некоторых приложений панелям управления табулятором могут потребоваться десятки патч-кордов.

Функции табулятора были реализованы как с помощью механических, так и электрических компонентов. Панели управления упростили замену электрических соединений для различных приложений, но изменение использования большинства табуляторов по-прежнему требовало механических изменений. IBM 407 был первым табулятором IBM, не требовавшим таких механических изменений; все функции 407-го управлялись электрически и полностью определялись с помощью панели управления приложения и ленты каретки.

Для большинства машин с панелями управления, от подборщиков, интерпретаторов до IBM 407 , в руководствах IBM панель управления описывается как «управляющая» или «автоматическое управление было получено...». Панели управления калькуляторов, таких как IBM 602 и IBM 604 , которые определяли последовательность операций, описывались как программы .

Схема подключения пультов управления аппаратурой записи

Оборудование для записи единиц обычно настраивалось для конкретной задачи с помощью съемной панели управления. Электрические соединения различных компонентов устройства записи единиц были представлены на панели, а соединения между ними определялись проводкой, при этом фактические соединения выполнялись, когда панель была вставлена в машину и зафиксирована на месте. Возможно, наиболее близким современным аналогом является программируемая вентильная матрица , в которой доступно фиксированное количество логических компонентов, а их соединение между собой определяется пользователем.

Подключение панели управления записью устройства требовало знания компонентов машины и их временных ограничений. Компоненты большинства записывающих машин были синхронизированы с вращающимся валом. Один оборот представлял собой один машинный цикл, в течение которого перфокарты перемещались от одной станции к другой, печаталась строка, общая сумма и так далее. Циклы были разделены на точки в зависимости от того, когда строки на перфокарте появлялись под станцией чтения или перфорации. На большинстве машин ^[4] карты подавались лицевой стороной вниз, 9-краем (нижним краем) вперед. Таким образом, первая точка в карточном цикле будет 9-кратной, вторая 8-кратной и так далее до 0-кратной. Времена от 9 до 0 назывались цифрами. За ними последуют 11-е и 12-е время, также известные как зоны.

На станции считывания к карте прижимался набор из 80 пружинных проволочных щеток , по одной на каждый столбец (станция считывания 407, построенная без щеток, удерживала карту неподвижно и могла считывать карту несколько раз, каждый раз генерируя одни и те же импульсы, что и будет генерироваться станцией с пружинной проволокой 80). Когда отверстие проходило под щеткой, щетка вступала в контакт с проводящей поверхностью под картой, которая была подключена к источнику электроэнергии, и генерировался электрический импульс, импульс в терминологии IBM. Каждая щетка была подключена к отдельному концентратору на панели управления, от которого при необходимости ее можно было подключить к другому концентратору. Действие, вызываемое импульсом на проводе, зависело от того, когда в цикле он возник, простая форма мультиплексирования с разделением времени . Таким образом, импульс, возникший в течение 7-го времени на проводе, подключенном к пробивному магниту столбца 26, пробьет отверстие в ряду 7 столбца 26. Импульс на том же проводе, возникший в 4-кратном интервале, пробьет 4 в столбце 26. Импульсы, рассчитанные таким образом, часто исходили от щеток считывания, которые обнаруживали дырки в картах, когда они проходили под щетками, но такие импульсы также излучались другими схемами, например, выходами счетчиков. Для буквенно-цифровой печати были необходимы зональные и цифровые импульсы. Оба они могут быть отправлены по одному проводу, а затем разделены релейными цепями в зависимости от времени внутри цикла.

На панели управления для каждого типа машины были расположены выходные (выходные) и входные (входные) узлы в логическом порядке. Во многих местах два или более соседних общих концентратора могут быть соединены, что позволяет подключить к этому выходу или входу более одного провода. Несколько групп концентраторов были соединены вместе, но не подключены ни к каким внутренним цепям. При необходимости эти шинные концентраторы можно использовать для соединения нескольких проводов. Также были доступны небольшие соединительные блоки, называемые разъемами для проводов , для соединения трех или четырех проводов вместе над панелью управления. Некоторые из них видны на фотографии панели IBM 402.

Возможности и сложность компонентов машин для записи единиц измерения развивались в течение первой половины 20-го века и часто были специфичными для нужд конкретного типа машины. Следующие группы концентраторов были типичными для более поздних компьютеров IBM: ^[5]

Кисти чтения, 80 выходных хабов, по одному на каждый столбец карт. Табулирующая машина может иметь две или три станции считывания, каждая из которых имеет собственный набор из 80 концентраторов. Воспроизводящий пуансон может иметь дополнительную станцию считывания после станции перфорации для проверки.
Перфорационные магниты. Машины, которые могли работать с перфокартами, например, воспроизводящие перфокарты, имели центральные входы для каждого столбца карточек. Импульс на один из этих входов активировал электромагнит, который инициировал пробивание отверстия в этом положении колонны.
Записи печати, один концентратор для каждой позиции печати. Импульсы этих входов управляли движением печатных планок или колес, чтобы поместить правильный печатный элемент под печатные молотки. У модели 407 также были выходы каждого печатающего колеса, которые затем могли подавать счетчики для сложения или вычитания. Это гарантировало, что итоговые суммы всегда будут соответствовать тому, что было напечатано.
Записи счетчика. Табулирующая машина IBM, такая как серии 402 или 407, будет иметь несколько счетчиков разных размеров. (Например, IBM 402/403 имел четыре набора каждый из 2-, 4-, 6- и 8-разрядных счетчиков, обозначенных 2A, 2B, 2C, 2D, 4A, 4B и т. д.) Каждый счетчик имел две записи управления счетчиком для указания любого сложения. (плюс) или вычитание (минус). Если ни один из них не был импульсным, операция не выполнялась. Если подавалась команда сложения, цифровой импульс, передаваемый от столбца к концентратору ввода счетчика, запускал вращение колеса счетчика. Он остановился автоматически в нулевое время. Таким образом, импульс в момент времени 8 заставил колесо продвинуться на 8 шагов, добавив значение 8 к этому положению счетчика. Переносы внутри группы выполнялись автоматически. Концентраторы переноса и выноса позволяли объединять счетчики, позволяя накапливать более длинные числа. Вычитание было более сложным и использовало арифметику с дополнением девяток .
Счетчик общего количества выходов. Концентратор общего входа счетчика заставлял этот счетчик излучать общие импульсы, которые можно было подключить к позициям печати. После того как итоговая сумма была напечатана, счетчик обнулился. Специальные схемы позволяли правильно печатать отрицательные значения, а не в виде дополнения девяток, а также был предусмотрен специальный выход, позволяющий печатать соответствующий символ ( «cr» или «-») рядом с числом, когда оно было отрицательным.
Сравнивая. Простые схемы сравнения имели два входа и один выход, который излучал импульс всякий раз, когда импульсы поступали на входы в разное время. Некоторые машины, например сортировщики, могли определить, какое число больше, если они не равны. Счетная машина может сравнивать номера счетов на последовательных карточках и печатать итоговую сумму при появлении нового номера счета. Для функции сравнения IBM реализовала то, что сейчас будет называться вентилем XOR, с использованием противоположных электромагнитов. Если ни один из магнитов не был под напряжением или оба магнита были под напряжением одновременно, якорь реле не будет двигаться. Если бы только один магнит был под напряжением, якорь сдвинулся бы и коснулся одного из двух контактов, расположенных с каждой стороны. Два контакта были соединены вместе внутри и подключены к выходному концентратору, что указывало на неравноценное сравнение.
Распределители позволяли подавать выходной импульс на более чем один вход без создания 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 поворотного переключателя, который вращался вместе с циклом карты. Таким образом, подключение выхода 6 от эмиттера к входу пробойного магнита приведет к тому, что цифра 6 будет пробита в этом положении. Эмиттеры можно использовать для размещения числового постоянного значения, например даты, на каждой карточке. Буквенно-цифровые постоянные данные могут быть созданы путем тщательного комбинирования цифровых и зональных импульсов. Более поздние машины, такие как 407, также имели полный набор буквенно-цифровых излучателей, для использования которых требовался только один провод.
Селекторы направляли импульс с общего входа на любой из двух выходов в зависимости от того, был ли под напряжением магнит реле . Использовалось множество типов селекторов, которые различались способом подачи питания на реле срабатывания. В простейшем случае, при немедленных (I) входах, магнит включался при получении импульса и удерживался до конца цикла. Более сложные селекторы, называемые пилотными селекторами, имели входную втулку D, которая заставляла селекторный магнит срабатывать при следующем машинном цикле, и входную втулку X, которая также задерживалась, но запускалась только импульсом 11 или 12. Задержка в один цикл была необходима, потому что в большинстве случаев к моменту обнаружения импульса было уже слишком поздно предпринимать надежные действия в этом цикле. Соселекторы имели только непосредственный вход, но пять наборов контактов и обычно срабатывали от выхода муфты пилотного селектора , отсюда и названия.
Селекторы цифр были похожи на эмиттеры, с одним выходным концентратором для каждой точки цикла, но у них также был входной концентратор, который переключался на последующие выходные концентраторы по ходу цикла. Селектор цифр можно преобразовать в эмиттер цифр, подключив его входной концентратор к постоянному источнику циклических импульсов. Но на него также можно подавать другие сигналы и использовать их для обнаружения конкретной цифры. Подсоединение кисти первого чтения к входу цифрового селектора и соединение, скажем, ее выхода 4 с входом D пилотного селектора приведет к тому, что этот селектор переключится на следующий цикл чтения, если в столбце этой кисти первого чтения будет пробита цифра 4.
Столбцы разделены реле, на которые подается питание только через 11 и 12 раз, что позволяет отделить цифровые импульсы от зональных импульсов.
Хранилище. Более поздние машины, такие как 407 и 602, могли сохранять несколько значений для дальнейшего использования с помощью механического устройства, чем-то похожего на эмиттер, за исключением того, что оно содержало скользящий контакт, который определял, в какой момент времени должен быть излучен импульс. Контактный ползунок позиционировался электромеханически при сохранении значения и оставался в этом положении до тех пор, пока память не была очищена.

Шифровальные машины

Коммутационная панель ( *steckerbrett* ) на «Энигме» расположена в передней части машины, под клавишами. На фотографии две пары букв поменяны местами (SO и JA). Таким образом можно поменять местами до 13 букв.

В знаменитой машине «Энигма» использовалась коммутационная панель ; он был не съемный. В этом случае коммутационная панель выступала в роли «четвертого ротора» в работе роторной машины . Проводка коммутационной панели была частью «дневных настроек», которые определяли, какие роторы вставлять в какой слот и какие соединения коммутационной панели выполнять. На практике коммутационная панель действительно повышала безопасность генерируемого шифрования, но, поскольку она не менялась при каждом нажатии клавиши, в отличие от роторов, ее влияние было ограниченным. См. Криптоанализ Загадки .

Ранние компьютеры

Первая версия компьютера ENIAC программировалась с помощью кабелей, переключателей и коммутационных панелей. Кабели ENIAC были позже переконфигурированы для использования существующей памяти ПЗУ данных функциональных таблиц в качестве памяти ПЗУ программы (переключатели и коммутационные панели продолжали использоваться в реконфигурированном ENIAC).

IBM 305 RAMAC использовал плагин для всех операций сравнения программ и всех операций ветвления. Другие коммутационные панели управляли чтением и перфорацией карт, принтером и консольной пишущей машинкой. ^[6] 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 единичной записи и включали в себя коммутационные панели.

В течение некоторого времени в специализированных компьютерах использовались плагины, действовавшие как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), но их можно было перепрограммировать вручную в полевых условиях. Одним из примеров является компьютер Ferranti Argus , используемый на ракете Bristol Bloodhound , который имеет коммутационную панель, программируемую путем вставки небольших ферритовых стержней в слоты, фактически создавая вручную основную память только для чтения.

Смотрите также

машина Энигма
Powers-Samas , британский производитель записывающего оборудования, который использовал съемную «соединительную коробку» с механическими связями вместо штекерной платы.
Телефонный коммутатор
Макетная плата — термин, обозначающий беспачную коммутационную плату, используемую для прототипирования электроники.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с коммутационными панелями .

История вычислений Колумбийского университета: Панели управления IBM
Архивы IBM: фотография панели управления IBM 407
Райс, Рекс (1954). «Почему бы не попробовать коммутационную панель?». AIEE-IRE '54 (Восточный): Материалы Восточной совместной компьютерной конференции, состоявшейся 8–10 декабря 1954 г. ACM Press: 4–11. дои : 10.1145/1455270.1455272.