Yeni Bilgisayar NORC’un Önemi

W. J. Eckert

The Finan-Seer

E. L. Locke

Bir Kaza Sigortası Şirketinde Otomasyona Yaklaşım

Otomatik Bilgisayarlar Listesi

(kümülatif)

Carlo O. Orkild

Sihirli Beyinler için Sinir Uçları

Yeni Bilgisayar NORC’un Önemi

Bölüm I

W. J. Eckert
Watson Scientific Computing Laboratory, New York, N.Y.

(Bölüm I, Dr. Eckert’in 30 Kasım 1954’te Watson Scientific Computing Laboratory Ek Binası’nda basın mensuplarına yaptığı konuşma sırasında E. C. Berkeley tarafından alınan notlara dayanan bir rapordur.)

Büyük otomatik dijital bilgisayarlar yaklaşık on yıldır varlığını sürdürmektedir. Bu süre içinde hızları, güvenilirlikleri ve kapasiteleri 20.000 ya da 30.000 kat artmıştır. Bugün tanıtımını yaptığımız bilgisayar NORC, bu çarpanda yaklaşık 20’lik bir sıçramayı temsil etmektedir. En büyük bilimsel problemler için bu makine, önceki en iyi bilgisayardan yaklaşık 20 kat daha hızlıdır. NORC’un temel önemi budur.

Geçtiğimiz beş yıl boyunca, elektronik genel amaçlı bir hesaplayıcının doğasına ilişkin fikirlerimiz oldukça belirgin hale gelmiştir. Genel amaçlı bir hesaplayıcı, kendisine sunulan hemen hemen her tür sayısal problemi çözebilmelidir. Bu tür büyük ve hızlı bir bilgisayara örnek IBM 701’dir. Şu anda bilim ve sanayide yaklaşık yirmi tanesi çalışmaktadır. NORC’u tasarlarken, mevcut en hızlı makinelerin erişemediği problemler üzerinde, özellikle de 701 üzerinde aylar ya da yıllar alacak problemler üzerinde en etkili olacak bir bilgisayarla ilgilendik.

Bu problemler için hız, kapasite, kullanım kolaylığı ve güvenilirlik olağanüstü bir önem taşır.

Hız

Bir hesaplayıcının üretken hızı, tüm bileşenlerinin hızına bağlıdır. Girdi ve çıktı için NORC, saniyede 70.000 karakter hızında manyetik bantlardan okuma ve yazma yaparak yeni bir hız rekoru elde etmiştir. NORC, iki 13 basamaklı sayıyı 31 mikrosaniyede çarpar. Bir saniyede 15.000 tam aritmetik işlem gerçekleştirir; tam bir işlem, komutun ve işlenenlerin bellekten bulunmasını, işlemin denetlenmesini ve sonucun saklanmasını içerir.

Kapasite

NORC, büyük miktarda veri ve uzun komut dizileri içeren problemleri kabul etme kapasitesine sahiptir. Sayıları şu biçimde işler:

16 ondalık basamaktan oluşan kümeler: sayı için 13 ondalık basamak, cebirsel işaret için bir basamak ve ondalık noktanın konumu için iki basamak ( +30 ile −30 aralığında).

Bu basamak sayısına ve ondalık nokta aralığına ihtiyaç duyarız, çünkü tüm matematikte, özellikle hesaplama miktarı çok büyüdüğünde, sayılarda yıpranma meydana gelir. Bir hesabın sonunda iki ya da üç anlamlı basamak elde edebilmek için, başlangıçta çoğu zaman on üç ondalık basamağa sahip olmak gerekir.

NORC’un kapasitesinin bir başka yönü de manyetik bantlardan oluşur. Her bantta dört kanal vardır ve bir inçlik uzunluğa 510 ikili basamak yerleştirilebildiğinden, bantın bir inçine 510 karakter sığdırılabilir. NORC ile sekiz bant birimi ilişkilidir ve her birim 1200 fit bant içerir. Bir banttan bilgi 0,01 saniyede okunabilir ya da banda yazılabilir.

Kullanım Kolaylığı

Kullanım kolaylığı açısından, esas olarak makineyi kullanan matematikçi için sağlanan kolaylığı kastediyoruz; matematikçi makineye özgü tuhaflıklarla uğraşmak zorunda kalmamalıdır. Problem ne kadar karmaşıksa, matematikçinin makineye bilgi verme ayrıntılarıyla o kadar az ilgilenmesi gerekir. Bu nedenle NORC ondalıktır ve kayan nokta esasına göre ya da belirlenmiş bir ondalık basamak sayısına göre ondalıkların hesabını otomatik olarak yapar.

NORC’un denetimi için kullanılan komutlar çok basittir. Manyetik bant kayıtları NORC’un tercih ettiği dili, delikli kartlar ise insanların tercih ettiği dili oluşturduğundan, NORC kurulumunda delikli kart dilini manyetik bantlara ve manyetik bant dilini delikli kartlara çeviren ayrı bir makine bulunmaktadır.

NORC’un kullanım kolaylığının bir başka yönü de, bantların çok hızlı olması nedeniyle ara depolamanın bulunmamasıdır. Elektrostatik depolama hızlı “bellek” için, manyetik bantlar ise hem ara hem de yavaş “bellek” için kullanılır. Çoğu problemin dayattığı büyük ara depolama gereksinimlerini manyetik bantlar aracılığıyla karşılayabilme özelliği, somut bir avantajdır.

NORC’un Önemi

Güvenilirlik

Elbette NORC türünde bir makinede güvenilirlik son derece önemlidir. Geçmişte sahip olmadığımız bir güvenilirlik türünü sağlamak için bu makinenin geliştirilmesinde büyük çaba harcanmıştır. NORC’a uygulanan mühendislik sonucunda, hatalar arasında bir milyar işlem bekliyoruz.

Bu yüksek doğruluk derecesine ulaşmak için, makineye mümkün olduğunca az sayıda donanım türü yerleştirilmiş ve devreler son derece büyük bir özenle tasarlanmıştır. Makinenin ana bölümünde yalnızca birkaç tür tak-çıkar birim bulunmaktadır. Hesaplayıcıdaki tüm devrelerin yarısı, yalnızca altı tür takılabilir birimden oluşur. Sorunların önlenmesi, dikkatle planlanmış bakım işlemleriyle sağlanır. Otomatik denetleme makineye yerleştirilmiştir.

Özellikler

NORC’un alışılmadık mühendislik özellikleri şunları içerir: ultra yüksek hızlı bantlar, geliştirilmiş elektronik devreler, mantıksal düzenleme, az sayıda farklı tak-çıkar birim türü ve bu birimlerin hesaplayıcıdan uzakta dinamik olarak test edilmesi için özel donanım.

Makine, önceki hesaplayıcılarda yaygın olarak kullanılan geleneksel “flip-flop”u kullanmaz. Bunun yerine, makinedeki temel öğe yeni bir “dinamik darbe devresi” türüdür. Hiçbir darbenin saniyenin milyonda birinden daha uzun yaşamadığı bu devreler, yeni bir güvenilirlik düzeyi getirmiştir.

Problemler

Makinede deneme ya da test amacıyla çalıştırılan problemler, iki Donanma problemi ve bir Columbia Üniversitesi probleminden oluşmuştur.

İlk Donanma problemi, “kavitasyon” olarak adlandırılan bir problemdir. Bir füze suya girdiğinde, köpük ve vakumdan oluşan bir boşluk ya da zarfla çevrelenir (bkz. Şekil 1 ve 2). Boşluk o kadar büyükse ki kanatçık ve dümen yüzeyleri suya temas etmezse, füzenin denetimi bozulur ya da kaybolur; boşluk bu yönlendirme yüzeylerinin suyla temas edecek kadar küçükse, denetim sürdürülür. Bu problemin matematiksel kuramı iyi bilinmektedir, ancak daha önceki hiçbir bilgisayarla hesaplanması pratik olmamıştır.

NORC üzerinde denenen ikinci problem, bir füzenin farklı şekilleri için süpersonik koşullar altında çarpma problemidir. Bu problem için önceki büyük bir elektronik bilgisayarda birkaç yüz saat gerektiren bir hesaplama, NORC üzerinde kırk iki dakikada tamamlanmıştır.

Üçüncü problem, Columbia’lı fizikçiler tarafından önerilmiş olup, atomlar ve moleküllerin tek bir temel kuramla incelenmesini içerir. Schrödinger denkleminin çözümünü kapsar; tek bir basit durum için yapılan hesaplamalar bir milyar aritmetik işlem gerektirir. İlk birkaç durum için elde edilecek çözümler, dünyanın her yerindeki bilim insanlarına yardımcı olacak somut bilgiler sağlayacak ve bu sayısal yöntemlerin daha karmaşık ve zor durumlara ne ölçüde uygulanabileceğini gösterecektir.

Bu makine, önceki hesaplayıcıların kapasitesini aşan problemleri çözebildiği için, bilime en büyük katkısını öncelikle erişim sınırları içinde kalan bu tür problemler için kullanılarak yapabilir.

NORC, New York’ta 612 West 115 Street adresindeki Watson Scientific Computing Laboratory Ek Binası’nda monte edilmiştir ve deneme çalışmaları burada yürütülmektedir. Donanma Mühimmat Bürosu için IBM tarafından bir araştırma ve geliştirme projesi olarak tasarlanmış ve inşa edilmiştir.

Hesaplayıcının yaklaşık 1 Mart civarında Virginia, Dahlgren’deki Naval Proving Ground’a taşınması planlanmaktadır. ABD Donanması Mühimmat Bürosu’nun, makineyi uygun problemlerin çözümü için diğer kurumların kullanımına sunacağı anlaşılmaktadır.

Bölüm II

İstatistikler

(Bölüm II, öğrenilen diğer bilgilere dayanan bir rapordur.)

Manyetik Bant Üniteleri

Bant ünitesi sayısı: 8
Kutuplanmış noktaların yoğunluğu: Bant uzunluğunun her inçinde 510
Kanal sayısı: Bant boyunca enine 4
Karakter sayısı: Bant uzunluğunun her inçinde 510
Bant hızı: Saniyede 140 inç
Bilgi hızı: Saniyede 70.000 karakter
Bant için başlatma ve durdurma süresi: Saniyenin 8 binde biri

Elektrostatik Bellek

Sözcük sayısı: 2000
Erişim süresi: 8 mikrosaniye

Aritmetik

Sayı sistemi: Ondalık
Sözcük boyutu: 13 ondalık basamak, cebirsel işaret, ondalık noktanın yeri için 2 ondalık basamak ve denetim basamakları
Ondalık nokta yöntemi: Otomatik kayan ondalık nokta veya noktanın belirli bir konumu
Çarpma süresi: Saniyenin 31 milyonda biri
Toplama süresi: Saniyenin 15 milyonda biri
Tam işlemler: Kayan ondalık nokta yöntemi ve adres değiştirme dâhil, saniyede 15.000

Yazdırma vb.

Yazıcı sayısı: 2
Hız: Saniyede 300 karakter

Yazdırma sırasında hesaplama devam eder ve yazıcılar çalışırken hesaplama hızı %3’ten daha az azalır.

Komut Sistemi

Çalışma modu: 3 adresli
İşleyiş: Bir ondalık basamağa karşılık gelen dört ikili basamak başına paralel çalışma; ondalık basamak başına seri çalışma

Tak-Çıkar Devrelerin Başlıca Türleri (Makinenin Yarısını Oluşturan)

Altı adet: - bir darbe gecikme hattı (iki tür)
- sürücü
- tersleyici veya mantıksal “NOT” devresi
- mantıksal “AND” devresi
- mantıksal “OR” devresi

Maliyet ve Sözleşme

Maliyet: 2,5 milyon dolar
Sözleşme: Donanma ile IBM arasında yapılan bir sözleşme kapsamında bir araştırma ve geliştirme projesi

Şekil 1

Önceki bilgisayarlarda çözülmesi çok uzun süren bir mühimmat araştırma problemi, NORC (Naval Ordnance Research Calculator) tarafından uygulanabilir zaman sınırları içinde çözülebilen “kavitasyon” problemidir. Bu, suda hareket eden bir nesnenin etrafında oluşan, nispeten boş bir alanın oyuk veya zarfının boyutunun ve şeklinin belirlenmesini içerir. Milyarlarca hesaplama gereklidir. Bu basitleştirilmiş diyagramda gösterilen füze örneğinde, boyut, şekil, hız ve diğer etkenler öyledir ki, oyuk aşırı büyüklükte olduğundan yönlendirme yüzeyleri suya temas edemez ve kontrol kaybolur.

Şekil 2

“Kavitasyon” probleminin bu gösteriminde füze daha küçük bir oyuk üretmektedir. Burada, kanatçık ve dümen yüzeyleri suyla temas eder ve hedefe daha doğru bir rota sağlanır.

Şekil 3

NORC’un kontrol konsolu. Anahtarlar, makineyi başlatmak ve durdurmak ile yazılı programı değiştirmek için kullanılabilir. Ancak normal çalışmada hesaplayıcı, manyetik bant üzerine kaydedilmiş talimatlara göre, operatör kontrolü olmaksızın otomatik olarak ilerler. Hesaplayıcıdaki herhangi bir sayı veya komut, solda yer alan izleme katot ışın tüplerinin yüzeylerinde gösterilebilir. Programın seçilmiş bölümleri de bu ekran aracılığıyla ağır çekimde incelenebilir.

Şekil 4

Vakum tüpleri, dirençler, kondansatörler ve kristal diyotlar içeren tak-çıkar ünitelerden oluşan NORC’un mantıksal ve aritmetik bölümü.