“Leprechaun”: Yüksek Hızlı Bir Dijital Bilgisayar
Ev tipi bir televizyon alıcısından çok daha büyük olmayan ve çalışmak için daha az güç gerektiren yüksek hızlı bir dijital bilgisayar, Bell Telephone Laboratories’te geliştirilmiştir. Elektronik “beyinler” ailesinin bu en yeni üyesi, bir Hava Kuvvetleri sözleşmesi kapsamında geliştirilmiştir. İrlanda folklorunun kurnaz cini anısına “Leprechaun” adı verilmiştir.
Önceki bilgisayarlarla karşılaştırıldığında, Leprechaun son derece azaltılmış sayıda bileşenle çalışmaktadır. Manyetik çekirdekleri hariç tutulduğunda, yalnızca yaklaşık 9.000 elektriksel bileşen kullanmaktadır. Bunların yarısından fazlası, Bell Laboratories’te geliştirilen küçük elektronik aygıtlar olan transistörlerdir. Leprechaun’da bunların yaklaşık 5.000 tanesi kullanılmaktadır. Transistörlerin kullanımı, bilgisayarın küçük boyutunu ve düşük güç gereksinimini mümkün kılmaktadır.
Leprechaun, bilgisayar tasarımında önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. En dikkat çekici özelliklerinden biri esnekliğidir. Bileşenleri kolaylıkla bağlanıp ayrılabilmektedir. Bu, bilgisayarın askeri uygulamalar için tasarlanan dijital bilgisayarlar üzerine araştırmalarda bir test modeli olarak kullanılmasına olanak tanır. Önerilen yeni tasarımlar, yeni donanımın yapımına başvurulmadan Leprechaun kullanılarak laboratuvar ortamında sınanabilmektedir.
Manyetik Çekirdek Bellek
Yeni bilgisayarın bir diğer özelliği, transistörle sürülen rastgele erişimli manyetik çekirdek belleğidir. Makine, istenen komut belleğin neresinde saklanmış olursa olsun, komutlarını doğrudan belleğinden anında alabilmektedir. Bu süreç, komutun saklandığı konumdan alınabilmesi için tamburun dönmesini beklemenin gerekebildiği döner tambur bellekli bilgisayarlardan farklıdır.
Leprechaun, depolanmış komutlarının herhangi birine anında erişilebildiğinden sorunlara çok hızlı çözümler sunmaktadır. Her komut, toplama veya çarpma gibi yapılacak işlemi ve bellekteki verinin konumunu içermektedir.
Makine, belleğinde 1.024 kelime saklayabilmektedir. Bu kelimeler, problemlerin çözümünde kullanılacak komutları veya verileri temsil eden 18 ikili basamaktan oluşmaktadır. Tüm bilgiler yalnızca 0 ve 1 kombinasyonlarını kullanan bir koda çevrilmektedir. Bu ikili basamaklar Leprechaun’da, transistörlerdeki elektrik akışının varlığı veya yokluğu, bellek çekirdeklerindeki manyetizasyon yönü ya da delikli kâğıt şeritteki delikler ile temsil edilebilmektedir.
Leprechaun’un yapılmasının nedenlerinden biri, doğrudan bağlı transistör mantığının (DCTL) uygulanabilirliğini göstermektir. Bu, transistörlerin mantıksal ya da “beyin” işlemlerini gerçekleştirmekle birlikte güç sağlamada da kullanıldığı bir anahtarlama devresi tekniğidir.
Önceki bilgisayarlarla karşılaştırıldığında, Leprechaun’un devreleri son derece basit ve kolay anlaşılırdır. Bu, mühendislik ve bakım açısından bir avantajdır; çünkü çalışır durumda tutulması için daha az deneyimli personel yeterli olmaktadır. Leprechaun’un sadeliği ve az sayıdaki bileşeni, küçük boyut ve ağırlıkla sonuçlanmakta ve üretimde otomasyon tekniklerinin kullanılmasına olanak tanımaktadır. Tüm bu özellikler, askeri operasyonlarda birincil öneme sahip olan daha yüksek güvenilirliği güvence altına almaktadır.
Leprechaun hâlâ deneysel aşamada olmakla birlikte, geliştirilen tekniklerin özellikle askeri uygulamalarda gerçek zamanlı denetim için dijital bilgisayarların programlama ve mantıksal tasarımına yönelik araştırmalarda gelecekte pek çok uygulamaya sahip olması beklenmektedir.
Aşırı Esneklik
Leprechaun, askeri uygulamalar için bilgisayar tasarımına yönelik araştırmalarda kullanılabildiğinden, son derece esnek olacak şekilde tasarlanmıştır. Mekanik ve elektriksel düzenlemeler, çeşitli bileşenlerin önerilen yeni tasarımları sınamak üzere kolaylıkla bağlanmasına, ayrılmasına ve yeniden bağlanmasına imkân verecek biçimdedir. Ara bağlantılar, konik pim uçlu jumperlardan oluşmakta olup, görece kısa bir sürede tamamen yeni bir devrenin kurulmasını mümkün kılmaktadır.
Kontrol uygulaması tarafından belirlenen kelime uzunluğu, işaret dahil 17 ikili basamaktır. Bu sınırlama dışında Leprechaun genel amaçlı bir bilgisayardır.
1024 kelimelik rastgele erişimli manyetik çekirdek belleğe sahip, tek adresli, saklı programlı bir makine olarak tanımlanabilir.
Mantıksal organizasyon açısından Leprechaun paralel, eşzamansızdır ve tüm kaydırma yazmaçları ile sayaçlar çift-kademe tekniğini kullanmaktadır. Genel olarak bilgisayarın ana birimleri neredeyse bağımsız olarak, kendi hızlarında çalışır; başka bir birimin hizmetlerine ihtiyaç duyup o birim meşgul olduğu için durup beklemek zorunda kalana kadar yapabileceklerinin en fazlasını yaparlar.
Leprechaun için işlem kodu, yaygın tüm aritmetik, mantıksal ve aktarım işlemlerini sağlamaktadır. Özel bir özellik, programlara kısa alt yordamların dahil edilmesini basitleştiren koşulsuz bir atlama işlemidir (alt yordam atlaması). İşlemin ilk kullanımı denetimi programdaki istenen döngüye aktarır; ikinci kullanım ise denetimi, atlamanın yapıldığı ana programdaki noktaya geri getirir.
Bell Telephone Laboratories’te geliştirilen Leprechaun bilgisayarının tipik bir doğrudan bağlı transistör mantığı (DCTL) devresi. Devre, bir kaydırma yazmacının bir bölümüdür ve yaygın olarak karşılaşılan tüm DCTL devre yapılandırmalarını içermektedir.
Leprechaun’da, değiştirmenin doğrudan ikame yoluyla gerçekleştirildiği basitleştirilmiş bir adres değiştirme işlemi tasarlanmıştır. 5 bitlik bir Adres Değiştirici Yazmacının içeriği, bu beş basamağın sıfır olduğu tüm komutlarda adresin en az anlamlı beş basamağının yerine geçer. Bu işlem, saklanan komutları değiştirmez ve değiştirilecek komutlar üzerinde herhangi bir etiket gerektirmez.
Depolama, bellek çalışmasının yalnızca denetimi için kullanılan bir eşlik denetim bitini içeren 1024 adet 18 basamaklı kelimeyi saklayacak şekilde düzenlenmiş, 18.000 bitlik eşzamanlı akım, transistörle sürülen bir manyetik çekirdek bellek tarafından sağlanmaktadır. Erişim, eşzamanlı gerilimli manyetik çekirdek diyot anahtarları ile sağlanır. Kademeli okuma sürücüsü sisteminin kullanılmasıyla 20 mikrosaniyelik bir okuma-yazma çevrimi elde edilmiştir.
Güç kaynaklarında katı hâl devreleri kullanılmaktadır. Temel olarak devreler, transistörlü sürücüler kullanan hızlı manyetik regülatörlerden oluşmakta ve çok etkili bir regülasyon sağlamaktadır.
Örneğin, bellek için 8 voltluk besleme (artı veya eksi 2 volt), 0 ile 1,8 amperlik çıkış akımı aralığında artı veya eksi yüzde 1 statik regülasyona sahiptir ve 1,6 amperlik darbeli bir yük altında dinamik regülasyonu artı veya eksi yüzde 3’ten küçüktür.
7 mc alfa kesimine sahip seçilmiş germanyum alaşımlı eklem transistörleri, DCTL devrelerinin çoğunluğunu oluşturmaktadır. Zamanlamanın hassas olduğu yerlerde birkaç yüzey bariyerli birim kullanılmaktadır. Bellekte gerekli olan yüksek akım sürüşlerini elde etmek için güç transistörleri kullanılmaktadır.
Bilgisayardaki toplam güç dağılımı yaklaşık 160 watt’tır ve şu şekilde bölünmüştür: DCTL bölümünde 20 watt, bellekte 48 watt, güç kaynağında 82 watt ve gösterge lambası devrelerinde 10 watt. DCTL devrelerinde dağıtılan 20 watt’ın 2,5 watt’tan azı transistörlerde dağıtılmaktadır.