Küçük ve Yüksek Hızlı Bir Manyetik Tambur
M. K. Taylor
Başmühendis, Ferranti Electric Limited, Toronto, Ontario, Kanada
Yakın zamanda, Toronto Üniversitesi’nde Manchester Ferranti Bilgisayarı’nın (Ferut), bilgisayarın tasarlandığı delikli kâğıt şerit giriş ve çıkışı yerine delikli kart donanımıyla birlikte çalıştırılması gereksinimi ortaya çıkmıştır. Bu gereksinimi yerine getirmek için, sistemin kod çevirme ve bilgi hızını değiştirme gereksinimleri açısından en güvenilir ve ekonomik geçici veri deposunun hızlı erişimli bir manyetik tambur olacağı görülmüştür. Uygun özelliklere sahip bir tambur mevcut değildi. Neyse ki, çok yüksek hızda çalışan ve tambur için gerekli boyutlara yaklaşık olarak sahip jiroskop rotorlarının tasarımı ve imalatı konusunda önemli bir deneyim birikimi mevcuttu. Bu deneyim, burada tanımlanacak olan tamburun tasarım ve imalatında etkin biçimde kullanılmıştır. Tambur Şekil 1’de gösterilmiştir ve 8–10 Şubat tarihleri arasında Philadelphia’da düzenlenen Eastern Joint Computer Conference’da sergilenmiştir. Ferranti Type 200B tamburu olarak tanımlanmaktadır.
Bilginin Boyutu ve Yoğunluğu
Tamburun çapı iki inçtir ve uzunluğu bir inçten biraz fazladır. Bu uzunluk en fazla 30 izne olanak tanır. Ancak okuma sırasında güvenli çapraz konuşma değerlerini sağlamak için izler arası mesafe 0,050 inçe çıkarılmıştır ve bunun sonucunda 20 iz kullanılabilir hâle gelmiştir. Bu koşullar altında, 20 iz ve inç başına 200 ikili basamak ile maksimum depolama kapasitesi yaklaşık 24.000 mertebesindedir. Dolayısıyla bu tambur, basamak başına başlangıç maliyeti açısından ekonomiktir; basamak başına yaklaşık 5 ya da 6 senttir. Bu değer elbette daha büyük tamburların değerleriyle karşılaştırılamaz; ancak ilişkili elektronik donanımın sadeliği göz önüne alındığında, diğer depolama türleriyle kıyaslandığında oldukça elverişli görünmektedir.
Dönüş ve Kafalar ile Tambur Arasındaki Aralık
Tambur esasen, model olarak kullanılan jiroskop rotorlarından birine benzer bir pirinç rotordur ve 23.500 dev/dak hızında içten dönen bir manyetik alanla tahrik edilir. Bu, her devirde bir kez olmak üzere 2,5 milisaniyeden biraz fazla bir erişim süresi sağlar. Besleme 400 çevrimlik, üç fazlı, 115 volttur ve sabit bir mile monte edilmiş iç stator saclarından oluşan bir takım üzerindeki sargılara uygulanır. Tambur, bir ucunda masif bir uç flanşı bulunan ve diğer ucunda, rotor tarafından taşınan rulmanlar için eksenel yükleme sağlamak üzere bir bilyalı rulman ve berilyum bakırdan bir yükleme yayı taşıyan bir pirinç halkadan oluşur.
Bu son derece yararlı özellik, deneysel koşullar altında, iz yüzeyinin doğrusal inçi başına dönüş-sıfıra (return-to-zero) 250 basamağa kadar basamak istiflemeye olanak sağlamıştır. Müşteri kullanımı için üretilmiş donanımlarda pratik üst sınır, dikkatli bir başlangıç ayarı varsayımıyla, muhtemelen inç başına yaklaşık 200 basamak olacaktır.
23.500 dev/dak’lık yüksek dönme hızı, yeterli bir emniyet katsayısıyla sağlanmaktadır. Ölçülebilir bir bozulma olmaksızın 5.000 saatin üzerinde çalışma ömürleri test örneklerinde elde edilmiştir. Bu yüksek dönme hızının bir sonucu olarak erişim süresi 2,5 milisaniyeden biraz fazla olmaktadır ve bu nispeten hızlı erişim, kuşkusuz birçok uygulamada yararlıdır.
Tamburda kullanılan bilyalı rulmanlar, çok uzun ömür için özel olarak seçilmiştir. Sabit yağlama hazneleri takılmıştır ve rulmanlar uygun bir malzeme ile sızdırmaz hâle getirilmiştir. Uzun ömür sağlamak için, tambur dengelendikten sonra rulmanlar 24 saat boyunca alıştırma çalışmasına tabi tutulur; bunun ardından tambur ikinci kez dengelenir. Bu ikinci dengeleme işlemi olası bir rulman sorununa işaret ederse tambur rulmanları reddedilir. Dengeleme işlemi mikro-dengeleme donanımı üzerinde yapılır.
Tambur imalatıyla bağlantılı olarak gösterilen özen aşırı ve maliyetli görünebilir; ancak bu özenin yalnızca çok uzun bir çalışma ömrü sağlamakla kalmadığı, aynı zamanda tambur ile manyetik kafalar arasındaki açıklığın güvenle çok düşük bir değere, inçin binde yarısına kadar indirilmesine olanak verdiği görülmüştür.
Montaj
Tambur mili, tabanında lamine fiberglas plastikten yapılmış sert bir yay üzerine oturtulmuş, U biçimli bir alüminyum destek çerçevesi tarafından taşınır. Bu düzenek destek çerçevesi için bir menteşe görevi görür ve kafa montaj çerçevesine bağlı bir çift durdurma vidasının, tambur milini taşıyan U biçimli destek çerçevesini hareket ettirerek kafa açıklığı ayarı yapmasına olanak tanır.
Kafalar, tertibatın ana gövdesine sabitlenmiş pirinç çubuklar üzerine gevşekçe yerleştirilmiş, kısa ve dikdörtgen kesitli çubuklar üzerine monte edilmiştir. Kafaları ayarlamak için, bunlar sabit durumdaki tambur yüzeyiyle temas ettirilir ve yüzeye hizalanır. Ardından bir sıkma mekanizması, tüm kafaları tambur yüzeyiyle hâlâ temas hâlindeyken birbirlerine göre hassas biçimde kilitler. Daha sonra tambur ekseni ayar vidaları çevrilerek kafa ile tambur arasındaki boşluk istenen değere getirilir.
Manyetik Tambur
Son olarak, tüm tertibat döküm alüminyum bir taban içine yerleştirilmiş neopren bir diyafram üzerine monte edilir ve cam bir kapakla donatılır. Tambur ve kafa tertibatı, tasarımın izin verdiği ölçüde hafiftir ve esnek biçimde monte edilmiştir; bu yolla, kalıcı dengesizlikten kaynaklanan atalet kuvvetleri rulmanlar üzerinde küçük tutulur ve böylece bilya yollarında çukurlaşma nedeniyle olası sorunlara yol açmaz. Bu düzenleme tam olarak buhar geçirmez olmasa da toz geçirmezdir. Askerî kullanım için tambur tertibatı, tamamen buhar sızdırmaz bir muhafaza içine kolaylıkla yerleştirilebilir.
Kafalar
Kafaların kendileri, çok küçük boyut gereksinimi nedeniyle bu tambur için özel olarak tasarlanmıştır. Her biri 20 turdan oluşan bir sargı taşır; dirençleri 0,5 ohm ve endüktansları 8 mikrohenridir. Küçük boyutlarına rağmen, tambura olan yakın mesafe ve yüksek çevresel hız, kafadan doğrudan 400 kc/s’de 30 milivoltluk bir çıkış elde edilmesine olanak tanır. 1 ampere kadar yazma akımları başarıyla kullanılmıştır.
Yüzey
Tamburun manyetik yüzeyi, Minnesota Mining and Manufacturing Type M3010 kırmızı oksitten oluşan ve dikkatle filtre edilmiş bir süspansiyonun püskürtülmesiyle yapılır; buna bir polyester eklenir. Bu işlem, daha sonra yüksek derecede parlatılan dayanıklı bir yüzey elde edilmesini sağlar.
Güvenilirlik
Bu tamburun, mekanik bir aygıtın ulaşabileceği ölçüde güvenilir olması için her türlü çaba gösterilmiştir. Örneğin büyük bir kaydırma yazmaçları bankası yerine küçük bir tamburun kullanılmasıyla, vakum tüplerinin veya eşdeğer aygıtların sayısında sıklıkla mümkün olan azalma, daha yüksek güvenilirlik ve daha basit bakım ile sonuçlanacaktır.
Kullanım Alanları
Bu tambur için öngörülen kullanım türleri şunları içermektedir:
- ilk uygulamada olduğu gibi, bilgi hızı değiştiriciler; yani “hazır olana kadar” depolama;
- sınırlı bant genişliğine sahip bir haberleşme kanalında iletim durumunda olduğu gibi, rastgele alınan bilginin “derandomize edilmesi”;
- bunun tersi, yani ani (burst) iletim için bilginin depolanması;
- gizlilik kodlamasında kullanım; burada tambur, sürekli ya da aralıklı olarak değişen bir kod kitabının yerini alır; vb.
Bu tamburların, tasarlandıkları uygulamadaki başarısı, başka amaçlar için de cazip olabilecekleri olasılığını ortaya koymuştur ve erken temin sağlanabilmesi için üretimleri artırılmaktadır.
Şekil 1 — Ferranti Electric’e ait küçük yüksek hızlı manyetik tambur; 24.000 ikili basamak, 2,5 milisaniye erişim, 20 kafa; ayrıca cam toz kapağı