Tablero de conexiones

Un panel de conexiones o panel de control (el término utilizado depende del área de aplicación) es un conjunto de tomas o enchufes (a menudo llamados concentradores) en los que se pueden insertar cables de conexión para completar un circuito eléctrico. Los paneles de control se utilizan a veces para dirigir el funcionamiento de equipos de registro de unidades , máquinas de cifrado y computadoras antiguas . El conjunto de orificios suele estar contenido en un panel plano extraíble que se puede insertar en una máquina y presionar contra una serie de contactos. Esto permite cambiar rápidamente entre diferentes aplicaciones.

Los contactos de la máquina están cableados a los distintos dispositivos que la componen, como relés, contadores, entradas de cada columna del lector de tarjetas, salidas a una columna perforadora o posición de la impresora, etc. El cableado de un panel de conexiones conecta estos dispositivos para realizar una función específica, por ejemplo, leer tarjetas y sumar los números perforados en un grupo de columnas. Una comparación moderna sería una matriz de puertas programables en campo (FPGA), donde el panel de conexiones cumple la misma función que la capa de cableado en la FPGA.

Las primeras máquinas estaban cableadas para aplicaciones específicas. Inspirado en las centrales telefónicas , Otto Schäffler inventó el panel de conexiones para facilitar la reprogramación de las tabuladoras. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Las aplicaciones podían cablearse en paneles de control separados e insertarse en las tabuladoras según fuera necesario. Los paneles de control extraíbles se empezaron a usar en todas las máquinas de registro de unidades cuando el uso de la máquina para diferentes aplicaciones requería un recableado.

Los paneles de control extraíbles de IBM variaban en tamaño desde 6 1/4" x 10 3/4" (para máquinas como la IBM 077, IBM 550 , IBM 514 ) hasta aproximadamente uno o dos pies (300 a 600  mm) por lado, y tenían una matriz rectangular de concentradores. ^{[ 5 ]} Los conectores en cada extremo de un cable de conexión de un solo conductor se insertaban en los concentradores, estableciendo una conexión entre dos contactos de la máquina cuando el panel de control se colocaba en ella, conectando así un concentrador emisor a un concentrador receptor o de entrada. Por ejemplo, en una aplicación de duplicadora de tarjetas, un concentrador de lectura de columna de tarjeta (emisor) podría conectarse a un concentrador de entrada de imán perforador. Era relativamente sencillo copiar algunos campos, quizás a columnas diferentes, e ignorar otras columnas mediante un cableado adecuado. Los paneles de control de tabuladoras podían requerir docenas de cables de conexión para algunas aplicaciones.

Las funciones de la tabuladora se implementaron con componentes tanto mecánicos como eléctricos. Los paneles de control simplificaron el cambio de conexiones eléctricas para diferentes aplicaciones, pero la mayoría de los cambios en el uso de la tabuladora aún requerían modificaciones mecánicas. La IBM 407 fue la primera tabuladora de IBM que no requirió tales modificaciones mecánicas; todas sus funciones se controlaban eléctricamente y estaban completamente especificadas por el panel de control y la cinta transportadora de la aplicación.

En la mayoría de las máquinas con paneles de control, desde intercaladoras e intérpretes hasta la IBM 407 , los manuales de IBM describen el panel de control como "director" o "el funcionamiento automático se obtenía mediante...". Los paneles de control de las calculadoras, como la IBM 602 y la IBM 604 , que especificaban una secuencia de operaciones, se describían como programas .

Los equipos de registro de unidades se configuraban normalmente para una tarea específica mediante un panel de control extraíble. Las conexiones eléctricas de los distintos componentes de la máquina se mostraban en el panel, y las conexiones entre ellos se determinaban mediante el cableado, realizándose las conexiones al insertar el panel en la máquina y fijarlo en su lugar. Quizás el análogo moderno más cercano sea la matriz de puertas programables en campo (FPGA) , donde se dispone de un número fijo de componentes lógicos y el usuario determina su cableado de interconexión.

El cableado de un panel de control de registro de unidades requería conocimiento de los componentes de la máquina y sus restricciones de tiempo. Los componentes de la mayoría de las máquinas de registro de unidades estaban sincronizados con un eje giratorio. Una rotación representaba un ciclo de máquina, durante el cual las tarjetas perforadas avanzaban de una estación a la siguiente, se podía imprimir una línea, se podía imprimir un total, etc. Los ciclos se dividían en puntos según el momento en que las filas de una tarjeta perforada aparecían bajo una estación de lectura o perforación. En la mayoría de las máquinas ^{[ 6 ]} , las tarjetas se alimentaban boca abajo, con el borde inferior (9) primero. Así, el primer punto en un ciclo de tarjeta sería el tiempo 9, el segundo el tiempo 8 y así sucesivamente hasta el tiempo 0. Los tiempos del 9 al 0 se conocían como dígitos. A estos les seguían el tiempo 11 y el tiempo 12, también conocidos como zonas.

En una estación de lectura, un conjunto de 80 cepillos de alambre con resorte presionaban contra la tarjeta, uno por cada columna (la estación de lectura 407, construida sin cepillos, mantenía la tarjeta fija y podía leerla varias veces, generando cada vez los mismos impulsos que generaría una estación de 80 cepillos de alambre con resorte). Cuando un orificio pasaba por debajo del cepillo, este hacía contacto con una superficie conductora debajo de la tarjeta, conectada a una fuente de alimentación eléctrica, y se generaba un pulso eléctrico, un impulso en la terminología de IBM. Cada cepillo estaba conectado a un concentrador individual en el panel de control, desde el cual podía conectarse a otro concentrador según fuera necesario. La acción causada por un impulso en un cable dependía del momento del ciclo en que ocurría, una forma simple de multiplexación por división de tiempo . Así, un impulso que se produjera durante el intervalo de 7 en un cable conectado al imán perforador de la columna 26 perforaría un agujero en la fila 7 de la columna 26. Un impulso en el mismo cable que se produjera en el intervalo de 4 perforaría un 4 en la columna 26. Los impulsos temporizados de esta manera a menudo provenían de cepillos de lectura que detectaban los agujeros perforados en las tarjetas al pasar por debajo de los cepillos, pero dichos pulsos también eran emitidos por otros circuitos, como las salidas de contador. Tanto los impulsos de zona como los impulsos de dígito eran necesarios para la impresión alfanumérica. Ambos podían enviarse por un solo cable y luego separarse mediante circuitos de relés según el tiempo dentro de un ciclo.

El panel de control de cada tipo de máquina presentaba concentradores de entrada y salida dispuestos lógicamente. En muchos casos, dos o más concentradores comunes adyacentes estaban conectados, lo que permitía conectar más de un cable a esa entrada o salida. Algunos grupos de concentradores estaban cableados entre sí, pero no conectados a ningún circuito interno. Estos concentradores de bus podían utilizarse para conectar varios cables cuando fuera necesario. También se disponía de pequeños bloques de conexión, denominados divisores de cables, para unir tres o cuatro cables, situados encima del panel de control. Varios de ellos son visibles en la fotografía de un panel IBM 402.

Las capacidades y la sofisticación de los componentes de las máquinas de registro de unidades evolucionaron durante la primera mitad del siglo XX y a menudo eran específicas para las necesidades de un tipo de máquina en particular. Las siguientes agrupaciones de concentradores eran típicas de las máquinas IBM posteriores: ^{[ 7 ]}

• Cepillos de lectura, 80 puntos de salida, uno por cada columna de tarjetas. Una máquina tabuladora podría tener dos o tres estaciones de lectura, cada una con su propio conjunto de 80 puntos. Una perforadora reproductora podría tener una estación de lectura adicional después de la estación perforadora para verificación.
• Las máquinas perforadoras de tarjetas, como las perforadoras reproducibles, tenían entradas en el eje para cada columna de la tarjeta. Un impulso en una de esas entradas activaba el electroimán que iniciaba la perforación de un agujero en esa posición de la columna.
• Entradas de impresión, una para cada posición de impresión. Los impulsos a estas entradas controlaban el movimiento de las barras o ruedas de impresión para colocar el elemento tipográfico correcto bajo los martillos de impresión. La 407 también tenía salidas en cada rueda de impresión que alimentaban los contadores para realizar sumas o restas. Esto garantizaba que los totales siempre coincidieran con lo impreso.
• Entradas de contador. Una máquina tabuladora IBM, como las series 402 o 407, disponía de varios contadores de diferentes tamaños. (Por ejemplo, la IBM 402/403 tenía cuatro conjuntos de contadores de 2, 4, 6 y 8 dígitos, etiquetados como 2A, 2B, 2C, 2D, 4A, 4B, etc.). Cada contador tenía dos entradas de control para especificar suma (más) o resta (menos). Si no se activaba ninguna, no se realizaba ninguna operación. Si se ordenaba la suma, un impulso digital conectado desde una columna a un concentrador de entrada de contador hacía girar la rueda del contador. Esta se detenía automáticamente en el tiempo cero. Así, un impulso en el tiempo 8 hacía que la rueda avanzara 8 pasos, sumando el valor 8 a esa posición del contador. Los acarreos dentro de un grupo se realizaban automáticamente. Los concentradores de acarreo de entrada y salida permitían acoplar los contadores, lo que permitía acumular números más largos. La resta era más compleja y utilizaba aritmética de complemento a nueve .
• Salidas de totales del contador. El concentrador de entrada de totales del contador emitía pulsos que podían conectarse a posiciones de impresión. Tras imprimir un total, el contador se reiniciaba. Circuitos especiales permitían imprimir correctamente los valores negativos, no como complemento a nueve, y se proporcionaba una salida especial para imprimir un símbolo apropiado ( "cr" o "-") junto al número cuando este era negativo.
• Comparación. Los circuitos de comparación simples tenían dos entradas y una salida que emitía un pulso cuando llegaban pulsos a las entradas en momentos diferentes. Algunas máquinas, como las intercaladoras, podían detectar qué número era mayor si no eran iguales. Una máquina tabuladora podía comparar el número de cuenta en tarjetas sucesivas e imprimir un total cuando aparecía un nuevo número de cuenta. Para la función de comparación, IBM implementó lo que hoy se denominaría una puerta XOR, utilizando electroimanes opuestos. Si ninguno de los imanes estaba energizado o ambos lo estaban simultáneamente, la armadura del relé no se movía. Si solo un imán estaba energizado, la armadura se movía y tocaba uno de los dos contactos situados a cada lado. Los dos contactos estaban cableados internamente y conectados a un concentrador de salida que indicaba una comparación desigual.
• Los distribuidores permitían conectar un pulso de salida a más de una entrada sin crear un circuito inverso entre las entradas.
• Los emisores eran conjuntos de 12 contactos de salida que generaban automáticamente un pulso en cada momento específico del ciclo de la tarjeta. Estos doce contactos estaban conectados a los contactos de un interruptor giratorio que rotaba con el ciclo de la tarjeta. Así, al conectar la salida 6 de un emisor a la entrada de un imán perforador, se perforaba un 6 en esa posición. Los emisores podían utilizarse para imprimir un valor numérico constante, como una fecha, en cada tarjeta. Los datos alfanuméricos constantes podían crearse combinando cuidadosamente pulsos de dígitos y zonas. Las máquinas posteriores, como la 407, también contaban con un conjunto completo de emisores alfanuméricos que solo requerían un cable.
• Los selectores dirigían un pulso desde una entrada común a una de dos salidas, dependiendo de si se energizaba un imán de relé . Se empleaban muchos tipos de selectores que diferían en la forma en que se energizaba el relé de "captación". En el caso más simple, las entradas inmediatas (I), el imán se energizaba al recibir un pulso y se mantenía durante el resto del ciclo. Los selectores más complejos, llamados selectores piloto, tenían un cubo de entrada D que hacía que el imán del selector captara el pulso en el siguiente ciclo de la máquina, y un cubo de entrada X que también tenía retardo, pero solo se activaba con un pulso 11 o 12. El retardo de un ciclo era necesario porque, en la mayoría de los casos, cuando se detectaba un pulso, era demasiado tarde para actuar de forma fiable en ese ciclo. Los coselectores tenían solo una entrada inmediata, pero cinco conjuntos de contactos y normalmente se activaban mediante la salida de acoplamiento de un selector piloto, de ahí su nombre.
• Los selectores de dígitos eran similares a los emisores, con un centro de salida para cada punto del ciclo, pero también tenían un centro de entrada que se conmutaba a los centros de salida sucesivos a medida que avanzaba el ciclo. Un selector de dígitos podía convertirse en un emisor de dígitos conectando su centro de entrada a una fuente constante de pulsos de ciclo. Pero también podía recibir otras señales y usarse para detectar un dígito en particular. Conectar un primer cepillo de lectura a la entrada de un selector de dígitos y conectar, por ejemplo, su salida 4 a la entrada D de un selector piloto haría que ese selector se activara en el siguiente ciclo de lectura si se marcaba un 4 en la columna de ese primer cepillo de lectura.
• Las divisiones de columna eran relés que se energizaban solo a las 11 y a las 12, lo que permitía separar los pulsos de los dígitos de los pulsos de zona.
• Almacenamiento. Las máquinas posteriores, como la 407 y la 602, podían almacenar varios valores para su uso posterior mediante un dispositivo mecánico similar a un emisor, con la diferencia de que contenía un contacto deslizante que determinaba el momento en que se emitía un impulso. El contacto deslizante se posicionaba electromecánicamente al almacenar un valor y permanecía en esa posición hasta que se borraba el almacenamiento.

La famosa máquina Enigma utilizaba un panel de conexiones fijo. Este panel funcionaba como un cuarto rotor en el mecanismo de la máquina . El cableado del panel formaba parte de la configuración diaria, que especificaba qué rotores insertar en cada ranura y qué conexiones realizar. En la práctica, el panel mejoraba la seguridad del cifrado generado, pero, a diferencia de los rotores, su impacto era limitado, ya que no cambiaba con cada pulsación de tecla. Véase Criptoanálisis de la Enigma .

La primera versión del ordenador ENIAC se programaba mediante cableado, conmutadores y paneles de conexiones. Posteriormente, el cableado del ENIAC se reconfiguró para utilizar la memoria ROM de datos de las tablas de funciones existente como memoria ROM de programa (los conmutadores y los paneles de conexiones se siguieron utilizando en el ENIAC reconfigurado).

El IBM 305 RAMAC utilizaba un panel de conexiones para todas las operaciones de comparación de programas y todas las operaciones de salto. Otros paneles de conexiones controlaban la lectura y perforación de tarjetas, la impresora y la máquina de escribir de la consola. ^{[ 8 ]} Muchos dispositivos periféricos, por ejemplo, el IBM 711 y el 716 , para las computadoras IBM de primera y segunda generación, incluidas las series IBM 700/7000 y el IBM 650 , se basaban en máquinas de registro de unidades e incluían paneles de conexiones.

Las placas de conexiones se siguieron utilizando durante algún tiempo en ordenadores especializados, funcionando como memoria de solo lectura (ROM) pero pudiendo reprogramarse manualmente en el campo. Un ejemplo es el ordenador Ferranti Argus , utilizado en el misil Bristol Bloodhound , que incorpora una placa de conexiones programada mediante la inserción de pequeñas varillas de ferrita en ranuras, creando así, de hecho, una memoria de núcleo de solo lectura de forma manual.

• Máquina Enigma
• Powers-Samas , un fabricante británico de equipos de grabación unitaria que utilizaba una "caja de conexiones" extraíble con enlaces mecánicos en lugar de un panel de enchufes.
• Centralita telefónica
• Placa de pruebas , término que se utiliza para referirse a una placa de conexiones sin soldadura empleada para la creación de prototipos electrónicos.

• IBM (1956). Equipos de procesamiento de datos de tarjetas perforadas de IBM: Principios de cableado funcional (PDF) . 22-6275-0. Archivado del original (PDF) el 9 de agosto de 2010. Consultado el 6 de noviembre de 2007 .
• Brooks Jr., Frederick P.; Iverson, Kenneth E. (1963) Procesamiento automático de datos , Wiley, 494 págs. Descripciones bien escritas de máquinas de registro de unidades y cableado de paneles de control, tanto de IBM como de Remington Rand.

• Historia de la informática en la Universidad de Columbia: Paneles de control de IBM
• Archivos de IBM: Foto del panel de control del IBM 407
• Rice, Rex (1954). "¿Por qué no probar un panel de conexiones?" . Actas de la conferencia conjunta de informática del este, del 8 al 10 de diciembre de 1954: Diseño y aplicación de pequeñas computadoras digitales en AIEE-IRE '54 (Eastern) . ACM Press. págs. 4-11 . doi : 10.1145/1455270.1455272 . ISBN  978-1-4503-7855-0. S2CID 17341809 . {{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )