Modulo della CPU di un calcolatore di prima generazione IBM 704

Questo è uno dei circa 4.000 moduli logici a tubi elettronici (qui doppi triodi 5965 marcati IBM) che componevano la CPU di un calcolatore IBM 704. Si tratta più precisamente di parte di un registro a 36 bit; risale al 1958 ed è siglato 518805 nella parte alta. I tubi elettronici sono tutti successivi al 1965, il che dimostra come i calcolatori di prima generazione necessitassero di frequenti riparazioni - esattamente come accadeva con i televisori a valvole. Le dimensioni sono di circa 25,5 per 19 per 2,5 centimetri, il peso circa 300 grammi. I diodi al Germanio, qui non ben visibili  perché si trovano sul lato opposto del modulo, sono di tipo 1N120 "a baffo di gatto" (cat whisker). Il modulo proviene da una macchina installata nel 1959 presso la California State University di Northridge e dismessa nel 1973. 

L'IBM 704 -introdotto nel 1954- è stato il primo calcolatore commerciale dotato di un'unità hardware in virgola mobile; storicamente è importante anche perché i linguaggi di programmazione FORTRAN e LISP sono stati sviluppati proprio su questa macchina (vedi: http://history-computer.com/ModernComputer/Software/Fortran.html). La sua architettura di sistema è un'evoluzione di quella del predecessore 701 (vedi), e comprende un accumulatore a 38 bit, tre registri indice a 15 bit ed un registro moltiplicatore/quoziente a 36 bit. Come il 701, il 704 impiega moduli logici a tubi elettronici, ma la memoria RAM è basata su nuclei magnetici (primo calcolatore IBM con memoria a nuclei) anziché su tubi di Williams (memoria elettrostatica). Il 704 ha introdotto un nuovo set di istruzioni, non compatibile con quello del 701 (i programmi sviluppati per quest'ultimo dovevano quindi essere eseguiti con un emulatore, in effetti il primo emulatore software della storia), successivamente esteso e migliorato negli altri modelli della famiglia di calcolatori scientifici della Serie IBM 700/7000. L'IBM 704 poteva eseguire in un secondo circa 12.000 operazioni di somma in virgola mobile e 40.000 addizioni tra numeri interi. Una moltiplicazione in virgola mobile richiedeva invece circa 43 microsecondi. L'incremento di prestazioni rispetto al modello 701 era notevole, dal momento che quest'ultimo richiedeva 60 microsecondi per un'addizione intera e ben 456 microsecondi, pari a 38 cicli macchina della durata di 12 microsecondi, per una moltiplicazione (sempre tra numeri interi). La maggior velocità era resa possibile dall'uso della memoria a nuclei, che contrariamente a quella elettrostatica non richiedeva il rinfresco periodico, e dall'aumento della frequenza di clock. Il 704 è stato venduto in 123 esemplari tra il 1955 ed il 1960, numero che considerati la natura prettamente "scientifica" ed il prezzo della macchina (2 milioni di Dollari ai prezzi del 1955) ha rappresentato per l'IBM un buon successo commerciale, benché neppure paragonabile a quello del 604 (ben 5.600 unità vendute). Qui sotto: annuncio pubblicitario dell'IBM 701.

L'architettura a 36 bit del 704 è stata impiegata in altre macchine IBM, in particolare il 709 ed i calcolatori a transistor 7040, 7090 e 7094. L'impiego di parole (word) a 36 bit consentiva di rappresentare numeri positivi e negativi con un massimo di 10 posizioni decimali e, nello stesso tempo, di memorizzare sei caratteri con codifica a 6 bit in una singola word. Altri calcolatori nel corso degli anni hanno adottato un'architettura a 36 bit: tra questi i più importanti sono stati la serie General Electric 600 (poi Honeywell-Bull 6000), il DEC PDP/10 e gli UNIVAC 1103, 1105 e 1100/2200. L'architettura IBM a 36 bit è descritta in dettaglio in questo articolo e qui per quanto riguarda il 7090/7094. Qui sotto: un modulo IBM 701 a confronto con un modulo MST utilizzato nel System/370 (dalla rivista Datamation). Si vede anche l'attrezzo utilizzato dai tecnici per fissare i moduli al backplane.

Qui sotto: annuncio dell'installazione di un IBM 704 presso l'Istituto Europeo di Calcolo Scientifico a Parigi, Maggio 1957.

Qui sotto: una foto del 1959 che mostra un IBM 704 installato presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA (all'epoca NACA). I calcolatori IBM in uso al JPL (prima un 701, poi un 704 e quindi un 709) non entusiasmavano scienziati ed ingegneri: erano lenti, costosi, si surriscaldavano e si guastavano in continuazione. I circuiti a valvole, per quanto accuratamente progettati, andavano soggetti a frequenti glitch che causavano errori imprevedibili. Inoltre, soltanto pochissimi tecnici NASA conoscevano il nuovo linguaggio FORTRAN. Ci si trovava quindi costretti a rifare tutti i calcoli manualmente o con l'aiuto di calcolatrici meccaniche o peggio ancora ad ignorare del tutto il computer. La situazione cambiò con l'avvento delle prime macchine a transistor quali il 7090 ed il 7030 "Stretch", di almeno un ordine di grandezza più veloci e nello stesso tempo molto più affidabili dei predecessori a valvole.

 

Il calcolatore IBM 701, dal quale il 704 deriva, è la versione commerciale del progetto "Defense Calculator" sviluppato dalla stessa IBM per la NSA (National Security Agency). Il primo esemplare è stato completato nel Dicembre 1952 e presentato nell'Aprile 1953. Dal punto di vista della politica industriale e commerciale questa macchina ha segnato il passaggio di IBM dalla meccanografia a schede perforate ai  calcolatori elettronici nel senso moderno del termine. Anche le procedure di progettazione logica sono diverse rispetto a quelle adottate con i precedenti calcolatori di prima generazione a circuiti modulari, tra cui ad esempio il modello 604. Si ha infatti per la prima volta una separazione gerarchica tra progetto logico e fisico del calcolatore, e nello stesso tempo la standardizzazione non tanto delle singole tipologie di moduli circuitali impiegati (circa 40 nel caso del 604) quanto dei principi e dei metodi di progetto dei circuiti stessi, codificati in un apposito "Circuit Design Manual" (1951). Un'altra differenza significativa rispetto alle macchine precedenti riguarda l'impiego di diodi a semiconduttore con funzioni di commutazione, più affidabili e veloci dei tubi elettronici (i transistor saranno introdotti qualche anno più tardi, con il calcolatore 7090). Qui sotto: due immagini tratte dal brevetto US 2.754.454 che si riferisce al tipo di modulo circuitale a tubi elettronici sviluppato per il Defense Calculator ed impiegato poi nel 701 e nel 704. Il brevetto fa riferimento ad un modulo a 4 tubi, mentre la versione di produzione ne ha 8. 

 

Vedi: http://www.rexophone.com/?p=128; http://ibmcollectable.com/gallery/album158/ibmtube704; http://www.zl2al.com/date/2012/10/page/5/.

Vedi: http://www.museoscienza.org/dipartimenti/catalogo_collezioni/scheda_oggetto.asp?idk_in=ST170-00021&arg=I.B.M. Italia.

Qui si vede il connettore di backplane: https://airandspace.si.edu/collection-objects/circuit-board-module-computer-ibm-701

Vedi: http://www-03.ibm.com/ibm/history/ibm100/us/en/icons/ibm700series/transform/ (sull'IBM 701).

Anche: http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/2-2-Tubes.htm; http://db.aconit.org/dbgalerie/galerie.php?fgal=00-visite&nsal=145 (in Francese).

Anche: http://www.computerhistory.org/collections/catalog/X1386.97; http://www.computerhistory.org/collections/catalog/102633717

Sull'architettura e sul set di istruzioni del 704: http://www.quadibloc.com/comp/cp0309.htm

Molto interessante anche questa pagina: http://www.glennsmuseum.com/ibm/ibm.html

Anche: https://it.pinterest.com/pin/308637380692184288/; http://www.antiqueradios.com/forums/viewtopic.php?f=2&t=252605.  

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