Computadora DRTE

Florida había trabajado previamente con el equipo que construyó la Manchester Mark 1 y, siguiendo su ejemplo, diseñó la máquina DRTE con palabras de 40 bits. Una instrucción se dividía en cuatro partes de 10 bits: la instrucción y tres direcciones de 10 bits. Esto permitía un tamaño total de memoria principal de 2^10 = 1024 palabras de 40 bits, o 40  kB en la terminología moderna. Los enteros utilizaban 39 bits y un bit para el signo, mientras que los números de coma flotante tenían un exponente de 8 bits con un bit para el signo y una mantisa de 32 bits con un bit para el signo. Florida creía que el formato de instrucción de tres direcciones, que incluía las direcciones de dos parámetros y un resultado, facilitaría la programación en comparación con un sistema basado en registros.

Una versión experimental de la máquina constaba de la unidad matemática básica y la gestión de memoria. La construcción del sistema completo comenzó en 1958 y finalizó en 1960. La máquina funcionaba con un ciclo de bloqueo de 5 microsegundos, o 200  kHz, bastante competitivo para una máquina de la época. Una suma de punto flotante tardaba entre 50 y 365 microsegundos (μS). Las instrucciones más largas, la división o la raíz cuadrada, tardaban 5,3 milisegundos (ms) para punto flotante. Las sumas de enteros tardaban unos 200 μS, pero otras operaciones se gestionaban mediante subrutinas en lugar de hardware y tardaban mucho más; una división/raíz cuadrada de enteros, por ejemplo, requería 8,2 ms.

El ordenador utilizaba memoria principal para todo el almacenamiento, careciendo de sistemas secundarios como un tambor de memoria . Normalmente, la memoria de una máquina se construía apilando varios conjuntos de núcleos, o "planos", cada uno de los cuales contenía un bit de la palabra de la máquina. Por ejemplo, con una palabra de 40 bits como en el DRTE, el sistema utilizaba 40 planos de memoria principal. Las direcciones se buscaban traduciendo cada dirección de 10 bits a una dirección X e Y en los planos; para 1024 palabras en el DTRE, esto requería 32×32 planos.

Uno de los problemas de usar núcleos en la máquina DRTE era que requerían bastante potencia para funcionar. Proporcionar dicha potencia a partir de transistores, que en aquel entonces solo ofrecían baja potencia, representaba un gran desafío. Si bien una solución común en la época consistía en construir la maquinaria del núcleo con tubos, para la máquina DRTE esto suponía un reto adicional en el diseño de transistores. La solución final, diseñada principalmente por Richard Cobbald, se basó completamente en transistores y posteriormente fue patentada.

Otra mejora introducida en el diseño del núcleo se refiere al manejo del cable de lectura. La lectura de una ubicación en el núcleo funciona alimentando la dirección en cuestión, como si se quisiera escribir un "1" en esa ubicación. Si el núcleo ya contenía un "1", no sucederá nada. Sin embargo, si el núcleo contenía un "0", la alimentación hará que el núcleo cambie su polaridad a un "1". La pequeña cantidad de energía utilizada para esto genera un pulso en un cable diferente, la línea de lectura. Por lo tanto, para leer datos, se escribe un "1" en esa ubicación; si se detecta un pulso en la línea de lectura, la ubicación originalmente contenía un "0", y la ausencia de pulso significa que contenía un "1".

Un problema de este sistema es que otros núcleos en las mismas líneas (X o Y) también emiten una señal muy débil, lo que podría enmascarar la señal que se busca. La solución convencional consistía en cablear la línea de lectura en diagonal a través del plano, de modo que estas señales débiles se cancelaran: la señal positiva de uno se convertiría en una señal negativa del siguiente a medida que el cable lo atravesaba en dirección opuesta. Sin embargo, esta solución también dificultaba bastante el cableado del núcleo, por lo que se invirtió una cantidad considerable de investigación en diversas formas de reducir el coste del cableado.

El diseño de Cobbald introdujo un cambio que, en retrospectiva, parece obvio: el cable de lectura se tendía a través de los planos en lugar de uno por plano. En este sistema, el cable de lectura pasaba realmente por un solo conjunto de líneas de alimentación, y se evitaban por completo los problemas de la "señal adicional". No es del todo sorprendente que esta solución no se hubiera dado antes; los núcleos se construían plano por plano y luego se cableaban entre sí, mientras que este método requería que se construyera todo el núcleo antes de poder añadir los cables de lectura. El único inconveniente importante del diseño es que requería más energía para funcionar.

Los dispositivos de E/S en el diseño DRTE eran extremadamente limitados, consistiendo en una Flexowriter para la salida y un lector de cinta de papel a aproximadamente 600 CPS para la entrada. En particular, el sistema incorporó un convertidor de hardware binario a decimal/decimal a binario implementado en línea con los sistemas de E/S. ^{[ 2 ]} Esto permitía perforar la cinta de papel con códigos decimales que se convertían de forma invisible a binario y se almacenaban en la memoria durante la lectura. El proceso inverso también era posible, permitiendo a la máquina imprimir el contenido de la memoria directamente en la cinta. El sistema se optimizó para que la máquina pudiera leer o escribir datos prácticamente sin coste alguno; es decir, podía leer y almacenar datos a la misma velocidad que la cinta de papel los alimentaba.

El sistema también ofrecía una compatibilidad rudimentaria con lenguaje ensamblador . Al usar la tecla Mayús, los caracteres introducidos representaban mnemónicos en lugar de datos numéricos, que luego se interpretaban de forma diferente. Por ejemplo, las letras "AA" sumaban dos números de coma flotante, que se almacenaban en las dos direcciones decimales siguientes. Durante la lectura, la columna de Mayús de la cinta de papel indicaba al decodificador BDC que ignorara los siguientes códigos.

La implementación del hardware acabó demostrando ser una desventaja. Si se asumía que todos los datos leídos y escritos eran una representación decimal de datos binarios, el sistema tenía sentido, pero si los datos estaban en otro formato, por ejemplo, códigos de caracteres más complejos en lenguaje ensamblador, simplemente añadía complejidad que luego había que desactivar. El sistema acabó siendo eliminado cuando la programación en ensamblador se popularizó. Además, limitaba seriamente los tipos de dispositivos que se podían conectar, debido al ajuste preciso de la velocidad de la interfaz.

Tan pronto como se completó el prototipo de la unidad matemática en 1957, ^{[ 3 ]} se inició el desarrollo de una nueva unidad que operaba en paralelo sobre una palabra completa. Esta nueva unidad estuvo lista casi al mismo tiempo que la "versión completa" de la máquina (1960-61) y posteriormente se integró al diseño. Esto mejoró la velocidad aproximadamente diez veces; por ejemplo, una suma de punto flotante pasó de 300 μs a solo 40, la multiplicación de 2200 a 180 μs y la raíz cuadrada de 5300 a 510 microsegundos. Las operaciones con números enteros también mejoraron aproximadamente en el mismo factor, aunque la aritmética "compleja", como la multiplicación, se mantuvo en el código en lugar de en el hardware. Con la nueva unidad matemática, la máquina era más rápida que el sistema contemporáneo promedio, aunque entre dos y cinco veces más lenta que las máquinas de "gama alta" como la IBM 7090 .

Como cualquier máquina de investigación, el sistema DRTE se utilizó para diversos cálculos cotidianos, así como para el desarrollo de varios juegos de ordenador sencillos . Entre ellos se incluían el tres en raya y el ahorcado , además de un sencillo generador de música que podía reproducir la Marcha del Coronel Bogey conectando un altavoz a un flip-flop específico.

A finales de la década de 1950, Estados Unidos estaba en pleno despliegue del sistema SAGE y se interesó por los efectos de la aurora boreal en el funcionamiento del radar . Finalmente, se firmó un acuerdo entre la DRB y la Fuerza Aérea de Estados Unidos , por el cual esta última aportó dos millones de dólares para construir un centro de investigación de radares inspirado en el Laboratorio Lincoln del MIT , que había sido clave para el desarrollo tecnológico de Estados Unidos en sistemas de radar.

La DRB propuso un emplazamiento situado entre quinientas y seiscientas millas del Campo de Investigación de Cohetes de Churchill , que ya se utilizaba para una extensa investigación de auroras boreales en el marco de su programa de cohetería. Dicha ubicación permitiría a los radares medir directamente los efectos de las auroras boreales sobre el radar mediante el seguimiento de los lanzamientos de cohetes. Finalmente, se seleccionó un emplazamiento en las afueras de Prince Albert, Saskatchewan ; se ha sugerido que esto se debió a que era la circunscripción electoral del primer ministro John Diefenbaker . El nuevo emplazamiento se inauguró en junio de 1959 y se conoció como el Laboratorio de Radar de Prince Albert , o PARL .

Para registrar datos rápidamente durante las pruebas, el DRTE construyó un sistema personalizado conocido como DAR , el Analizador y Registrador Digital . DAR era un proyecto de alta prioridad, y parte del personal que originalmente trabajaba en la computadora del DRTE fue reasignado a DAR. La máquina consistía en una computadora no programable que leía los datos en 40 000 bits de memoria principal, los etiquetaba con código de tiempo y otra información, y luego los grababa en cinta magnética . DAR se utilizó durante varios años y tuvo que ser reconstruido después de un incendio en 1962.

En 1958, la DRB envió una propuesta a la NASA para lanzar un "sondeo de superficie", que tomaría mediciones de la ionosfera terrestre desde el espacio. Este era un tema de cierta importancia en ese momento; la DRB estaba llevando a cabo un importante programa de investigación ionosférica para construir un sistema de comunicaciones de muy larga distancia (que más tarde se usaría en la Línea Mid-Canada y la Línea DEW ). Las diversas agencias estadounidenses que comentaron sobre el sistema se mostraron muy escépticas de que la DRB pudiera construir tal dispositivo, pero sugirieron que lo hicieran de todos modos como respaldo a su propio diseño, mucho más simple. Finalmente, el diseño estadounidense sufrió largas demoras, y el diseño canadiense, "demasiado avanzado", fue lanzado en 1962 como Alouette I.

Durante el diseño de Alouette, se resolvió una importante incógnita sobre la vida útil de las células solares que alimentaban el sistema gracias a la computadora del DRTE. Desarrollaron un programa que simulaba los efectos de la precesión en la órbita del satélite y utilizaron esta información para calcular el porcentaje de tiempo que la luz solar incidía sobre él. El resultado demostró que el sistema tendría energía más que suficiente. Aunque se diseñó con una vida útil de tan solo un año, Alouette I llegó a funcionar durante diez años antes de ser desactivado.

El ordenador también se utilizó para generar comandos de seguimiento para la antena receptora en Ottawa, que descargaba datos del satélite Alouette. La antena no podía seguir el satélite en línea recta, sino que tenía que girar 180 grados para volver a apuntar hacia el horizonte opuesto. El movimiento se controlaba mediante un sistema sencillo que leía una cinta de papel. El ordenador producía cintas para que la antena girara lentamente mientras seguía al satélite, garantizando así que no hubiera tiempos muertos. Con el tiempo, se creó una biblioteca de cintas para cualquier posible pasada.