デジタル電子汎用コンピュータエンジン | 1955

 

DEUCE（デジタル電子汎用コンピュータエンジン）は、1955年にイギリスで商業利用可能な初期のコンピュータの一つで、イギリス電気会社によって製造されたものである。DEUCEはPilot ACEの生産版であり、Pilot ACEはアラン・チューリングのACEを縮小したバージョンである。

ハードウェアの説明

DEUCEは1450本の真空管を使用しており、主要メモリとして水銀遅延線を使用する。12本の遅延線はそれぞれ32の命令または32ビットのデータワードを保存できる。DEUCEはPilot ACEの1メガヘルツの高いクロックスピードを採用している。入出力はホーリス80列パンチカード装置を通じて行われ、カードリーダーは1分間に200枚を読み取ることができ、カードパンチャーの速度は1分間に100枚である。DEUCEは8192ワードの磁気ドラムを主要な保存装置として使用できる。ドラムの256トラックに32ワードにアクセスするため、各16本の読み取りおよび書き込みヘッドグループが独立して動くアームを持つ。アクセス時間はヘッドが既に位置にある場合15ミリ秒であり、ヘッドを移動する必要がある場合は追加で35ミリ秒が必要である。ドラムでの読み取りおよび書き込みには回転遅延がない。ドラムと32ワード遅延線の間でデータが転送される。

DEUCEは紙テープ装置とも接続でき、リーダー速度は1秒間に850文字であり、テープ出力速度は1秒間に25文字である。DEUCEは1964年にニューサウスウェールズ大学でシーメンスM100タイプライターを取り付け、1秒間に10文字の入出力を実現した。デカ磁気テープ装置も接続できる。自動乗算器および除算器は非同期で動作し、乗算器または除算器ユニットが動作している間、他の命令を実行できる。整数演算のための2つの算術ユニットが提供されており、一つは32ビットを処理し、もう一つは32ビットおよび64ビットの演算を行うことができる。1957年からは8つのレジスタに対して自動増加および減少機能が提供され、配列算術および配列データ転送が可能である。コンテンポラリーのマンチェスター・マーク1と比較すると、DEUCEは約10倍の性能を誇る。

各四重レジスタの個別ワードは自動増加/減少機能と関連付けられており、この機能はカウントおよび命令修正（インデックス付け、ループ制御、ソースまたは宛先アドレスの変更など）に使用される。

DEUCEはビット直列機械であり、単一レジスタに対するアクセス時間は32マイクロ秒、二重レジスタは64マイクロ秒、四重レジスタは128マイクロ秒である。遅延線へのアクセス時間は1024マイクロ秒である。

命令実行時間は次のとおりである：加算、減算、論理演算：32ビットワードに対して64マイクロ秒；二重精度は96マイクロ秒；乗算および除算は2ミリ秒である。配列算術および転送演算の場合、ワードあたりの時間は32ワードに対して33マイクロ秒である。

ソフトウェアによる浮動小数点演算が提供されており、時間は加算と減算に6ミリ秒、乗算に平均5.5ミリ秒、除算に平均4.5ミリ秒である。

初期の機械では、磁気ドラムに関連するすべての命令が進行中に相互ロックされていた。そのため、読み取りヘッドが移動すると、後続の磁気操作（トラックの読み取りまたは書き込み）は最初の操作が完了するまで進行できなかった。1957年からは「合理化された磁気装置」という新しいユニットが提供され、不必要な相互ロックが排除された。したがって、読み取りヘッドを移動する命令の後に書き込みヘッドを移動する命令やトラックを書く命令が連続して進行できるようになった。

DEUCEの前面パネルには2つのCRTディスプレイがある。一つは現在のレジスタの内容を表示し、もう一つは水銀遅延線ストレージの内容を表示する。

1958年からは7つの追加遅延線を接続できるようになり、224の高速ストレージワードを提供できるようになった。IBM 528結合リーダー・パンチャーがホーリス装置を置き換えることができ、この場合DEUCEはマークIIと呼ばれる。入力時にはアルファベットデータからBCDへの自動変換が行われ、出力時にはその逆の作業が行われる。この装置では読み取りとパンチ作業が同時に行うことができ、これによりレコードを読み取って更新した後、次のレコードを読み取る間に更新されたレコードをパンチすることができる。追加の遅延線7本があるDEUCEはマークIIAと表示される。

ソフトウェア

主要な高級プログラミング言語はGEORGE（一般注文生成器）、ALPHACODE、STEVE、TIP、GIP、ALGOLなどである。アセンブリ言語変換器はZP43およびSTACがある。

GEORGEは1957年にチャールズ・レナード・ハンブリンによって発明され、現代のプログラミング言語に最も近い形態である。GEORGEは逆ポーランド記法を使用し、例えばe = ay² + by + cを評価するために次のように記述される。

a y dup × × b y × + c + (e)

ここで「dup」は以前の項目を複製し、「y」を使用する場合と同じ役割を果たす。

GEORGEは12位置の累算器を提供し、プッシュダウンポップアップスタックとして使用される。プログラムで変数名を使用すると（例：'d'）、変数'd'の値が累算器に入り、括弧で囲まれた名前（例：（d））はスタックの最上部値として変数'd'に割り当てられる。スタックの最上部値を削除（ポップおよび破棄）するにはセミコロン（;）を使用する。次のGEORGEプログラムは10個の数字を読み取り、その平方を出力するものである。

1, 10 rep (i) read dup × punch ;

上記プログラムで「dup」命令はスタックの最上部値を複製し、スタックに2つのコピーを作成する。

GIP（一般解釈プログラム）は「ブロック」と呼ばれるプログラムを操作するための制御プログラムである。GIPの主要なサービスは、DEUCE線形代数ライブラリの数百のプログラムの実行である。プログラム準備は必要なブロックを選択して複製し、その後再生カードで複製し、カードを組み立てるという形式で行われる。次に簡単なコードワードを書き、ブロックを使用して行列の乗算、行列の転置、同時方程式の解決などを行うことができる。行列の次元はコードワードに指定されず、カードまたはドラムに保存された行列から取得される。したがって、プログラムは完全に一般的である。作成されたプログラムはドラムの容量まで任意のサイズの行列を処理できる。

プログラミング

DEUCEプログラミングは他のコンピュータとは異なる。遅延線の直列特性のため、命令は各命令が完了した後に次の命令が遅延線から出る準備が整うように配置しなければならない。単一レジスタに対する演算の場合、次の命令を実行できる最速の時間は現在の命令が実行された後、64マイクロ秒である。そのため、命令は連続した位置で実行されない。一般に、命令は1つ以上のワードを転送でき、各命令は次の命令の位置を指定できる。最適なプログラミングは、各命令が実行されるとき、次の命令が遅延線からすぐに出るようにすることである。命令位置は性能に大きな影響を与える。

カードリーダーからデータを読み取るのはリアルタイムで行われ、各行は読み取りブラシを通過する際に読み取られなければならない。カードパンチャーも同様であり、特定の行のワードは、与えられた行がパンチナイフの下にあるときに準備されなければならない。一般的な読み取りおよびパンチモードは2進数である。10進数の入力および出力はソフトウェアを通じて行われる。

高速ストレージはそれぞれ32ビットのワードを持つ4つの単一ワードレジスタ、3つの二重ワードレジスタ、2つの四重ワードレジスタで構成されている。二重および四重ワードレジスタの各32ビットワードは個別にアドレス指定され、ペアでアクセスでき、四重レジスタの場合は3つまたは4つのグループでアクセスできる。命令ストレージは12の水銀遅延線で構成され、各々32ワードに番号付けされている。遅延線11（DL11）は磁気ドラムと高速ストレージの間のバッファとして機能する。「転送マシン」として、データは一度に1ワード、ペアのワード、最大33ワードまで転送できる。例えば、ドラムから読み取った32ワードは別の遅延線にブロックとして転送され、1つの四重レジスタから別のレジスタまたは遅延線間にブロックとして転送される。そのため、遅延線の32ワードは単一の命令を通じて合算できる。

DL10とレジスタ16間の特別な接続により、DL10はプッシュダウンスタックとして使用できる。

生産

最初の3台の機械は1955年春に納入され、1958年末にはDEUCE Mark IIの改良モデルが登場した。このバージョンは結合型カードリーダーとパンチャーを使用している。結合型IBM 528リーダーおよびパンチャーは、以前のDEUCE Mark I機械の分離されたホーリス装置のように動作し、入力時にはアルファベットデータからBCDへのハードウェア変換を提供し、出力時にはその逆の処理が行われた。データは同時に読み取られ、パンチされることができた。DEUCE Mark IIAは、さらに7つの水銀遅延線が提供され、高速ストレージが224ワードに増加した。

1955年から1964年までに合計33台のDEUCE機械が販売され、そのうち2台はブリストルシドリ工業会社によって購入された。

DEUCEの成功は、1000以上のプログラムおよびサブルーチンから構成されたプログラムライブラリに起因する。

ハードウェアの特性

DEUCE Mark 0およびI：

• クロックスピード：1 MHz
• ワードサイズ：32ビット
• 高速ストレージ：384ワード
• 算術：
  • 32ビットのアキュムレーター1つ；
  • 64ビットのアキュムレーター1つ（32ビットのアキュムレーター2つで使用可能）。
  • 加算/減算
    • 単一精度：64マイクロ秒、
    • 二重精度：96マイクロ秒
    • 単一精度の数字を二重精度の数字と加算する場合、符号の自動拡張：64マイクロ秒。
  • 乗算：2080マイクロ秒
  • 除算：2112マイクロ秒
• 磁気ドラム：8192ワード
  • 個別の読み取りおよび書き込みヘッド
  • トラック読み取り時間：15ミリ秒
  • ヘッド移動時間：35ミリ秒
• カードリーダー速度：分あたり200枚
• カードパンチャー速度：分あたり100枚
• 紙テープリーダー速度：秒あたり850文字
  • テープ：5、7、8行のテープ
  • 停止時間：½ミリ秒
  • 開始時間：20ミリ秒
• 紙テープパンチャー速度：秒あたり25文字
  • テープ：5または7行
• ソフトウェアによる浮動小数点（平均時間）：
  • 加算/減算：6ミリ秒
  • 乗算：5½ミリ秒
  • 除算：4½ミリ秒

DEUCE MARK II：

• DEUCE Mark Iと同様。
• 結合型IBM 528カードリーダーおよびパンチャーは、カード読み取り速度分あたり200枚、パンチ速度分あたり100枚で動作する。両者を同時に開始すると、リーダーとパンチャーは分あたり100枚で動作する。6ビット文字間の自動変換が提供される。このモードはMark I DEUCEで提供されたプログラミング変換に加えて提供される。

DEUCE MARK IAおよびIIA：

• 上記と同様であり、7つの追加遅延線が提供され、高速ストレージ224ワードを追加で提供する。
• 乗算器および除算器は非同期に動作し、単一の乗算命令の実行中に複数の整数を処理できる。乗算中に乗算器または被乗数レジスタに整数を挿入し、乗算中に結果を抽出できる。その他の特別な機能としては、ワードのビットを数える機能や、二進数符号化10進数（BCD）を二進数に変換する機能などがある。除算も整数をBCDに変換したり、ポンド、シリング、ペニーをペニーに変換するために使用できる。