Ферранти Аргус

Компьютеры Argus компании Ferranti представляли собой линейку промышленных компьютеров управления, выпускавшихся с 1960-х по 1980-е годы. Первоначально разработанный для военных целей, переупакованный Argus стал первым цифровым компьютером, использовавшимся для непосредственного управления целым заводом. Они широко использовались в различных ролях в Европе, особенно в Великобритании, ^[1] где небольшое количество продолжает служить системами мониторинга и управления для ядерных реакторов .

Первоначальная концепция компьютера была разработана в рамках проекта ракеты Blue Envoy . Это была очень дальнобойная система класса «земля-воздух» с дальностью полета порядка 200 миль (320 км). Чтобы достичь этих дальностей, ракета «поднималась» по почти вертикальной траектории при запуске, летя как можно быстрее на большую высоту, где она испытывала меньшее сопротивление во время последующего длительного полета к цели. Во время вертикального подъема радар ракеты не мог видеть цель, поэтому в этот период она управлялась командами с земли. ^[2]

Argus начинался как система для считывания данных радара, вычисления требуемой траектории и отправки ее ракете в полете. Система должна была не только разрабатывать траекторию, но и напрямую управлять поверхностями управления ракеты и, таким образом, иметь полную систему обратной связи управления. Разработка велась Морисом Грибблом в Отделе автоматизации Ferranti в Уитеншоу , начиная с 1956 года. Система использовала транзисторы OC71 от Mullard , изначально разработанные для использования в слуховых аппаратах . Они могли работать только на низкой скорости 25 кГц, но этого было достаточно для задачи. ^[3]

Blue Envoy был отменен в 1957 году как часть всеобъемлющей Белой книги по обороне 1957 года . Ферранти решил продолжить разработку компьютера для других целей. Во время визита принца Филиппа, герцога Эдинбургского , в ноябре 1957 года они создали систему с автомобильной фарой, соединенной с ручкой, которую можно было перемещать вручную, чтобы она светила в любую точку на стене, в то время как компьютер пытался переместить вторую фару, чтобы она лежала на том же месте на стене. ^[4]

Ferranti продолжили разработку системы, и в 1958 году они завершили прототип коммерческого продукта, который они впервые показали публике в Олимпии в ноябре. ^[4] Эта машина использовала новую схему, которая работала на гораздо более высокой частоте 500 кГц. ^[5] Название «Аргус» (от греческого бога с таким именем) было присвоено в следующем году, следуя традиции Ferranti использовать греческие имена для своих компьютеров. Они выбрали Аргус, поскольку это был всевидящий бог, подходящий для машины, которой будет поручено управление сложными системами. ^[6]

Новая система имела ряд отличий от слухового аппарата. Среди них было введение прерываний для лучшей обработки синхронизации различных событий. Более ранняя машина была настолько медленной, что подобные проблемы решались простой проверкой каждого физического ввода в цикле, но с гораздо более высокой производительностью новой конструкции это уже было неуместно, поскольку большинство тестов не выявляли никаких изменений и, таким образом, тратились впустую. Подобные задачи теперь контролировались прерываниями, поэтому устройство могло указывать, когда его данные готовы к обработке. Система добавила сердечник памяти для временного хранения, заменив триггеры из более ранней системы, и коммутационную панель для программирования. ^{[7] [8]}

Первая поставка ^{[9] [10] [11] [12] [8]} была осуществлена ​​в Imperial Chemical Industries (ICI) для использования в качестве системы управления на заводе ICI по производству кальцинированной соды / аммиака во Флитвуде . ^[13] Соглашение было достигнуто в марте 1960 года ^[14] , и машина была установлена ​​в апреле/мае 1962 года. ^{[15] [16]} Это был первый крупный завод, который напрямую контролировался цифровым компьютером. ^{[17] [18]} Затем последовали другие продажи в Европу. ^[19]

Схема Argus была основана на германиевых транзисторах с 0 и -6 вольт, представляющими двоичные 1 и 0 соответственно. Компьютер был основан на 12-битной длине слова с 24-битными инструкциями. Арифметика обрабатывалась в двух параллельных 6-битных АЛУ, работающих на частоте 500 кГц. Сложения в АЛУ занимали 12 мкс, но добавление времени доступа к памяти означало, что простые инструкции занимали около 20 мкс. Также были предусмотрены арифметические операции двойной длины (24-битные). Память данных поставлялась в 12-битном хранилище памяти на сердечниках объемом 4096 слов , в то время как до 64 командных слов хранились в отдельном лотке коммутационной панели , затем 8 лотков в коробке и 4 коробки в стойке, что давало 2048 строк программы, с использованием ферритовых штифтов, вставленных в отверстия для создания «1». Коды операций были 6-битными, регистры 3-битными, индексный регистр (модификатор) 2-битным и адрес данных 13-битным. ^[20]

Вскоре после отмены Blue Envoy в 1957 году, экстренное совещание между основными подрядчиками, Ferranti и Bristol Aerospace , привело к идее объединения компонентов Blue Envoy с существующим Bristol Bloodhound для создания гораздо более эффективной конструкции. Это привело к созданию Bloodhound Mark II, примерно удвоившей дальность до 75 миль (121 км) и использовавшей новые радиолокационные системы от Envoy, что позволило ракете отслеживать цели гораздо ближе к земле, а также сделать ее гораздо более устойчивой к радиолокационным помехам. ^[21]

В отличие от Blue Envoy, Bloodhound, как ожидалось, сможет видеть цель на протяжении всей атаки. Наведение было полуактивным радиолокационным самонаведением , с радаром-осветителем, освещающим цели, и приемником в ракете, использующим отраженный сигнал для отслеживания. Чтобы это работало, осветитель должен был быть направлен на цель, используя информацию от отдельного тактического радара управления , а приемник в носовой части ракеты должен был быть направлен на цель. Осветитель и ракеты не обязательно должны были находиться близко друг к другу, что усложняло расчеты. ^[22] Кроме того, приемник должен был отфильтровывать сигналы, которые не были в ожидаемом диапазоне частот с доплеровским смещением , поэтому компьютер также должен был рассчитать ожидаемый сдвиг частоты, чтобы установить фильтры приемника. ^[23]

Точность, требуемая для расчетов, была за пределами возможностей небольших военных компьютеров, используемых на тот момент. ^[24] Экспериментальная система Дерека Уайтхеда, использующая цифровой компьютер, легко могла выполнять расчеты. Он предложил разместить компьютеры на радарных площадках Orange Yeoman в качестве расчетных центров, которые передавали бы эту информацию ракетным батареям. ^[25]

Уайтхед был другом Гриббла и знал о его работе над небольшим компьютером, и впервые поднял этот вопрос где-то осенью 1959 года. После того, как было принято решение перейти на цифровой компьютер, все виды второстепенных задач были переданы машине. Это включало в себя все, от испытаний на техническое обслуживание до управления запуском ракет и расчета доплеровских «нулевых точек», где сигнал должен был упасть до нуля, когда цель пересекала радар под прямым углом. ^[23]

За оригинальной конструкцией в 1963 году последовала одно-АЛУ Argus 100 , которая стоила около 20 000 фунтов стерлингов ^[26] (что эквивалентно примерно 430 000 фунтов стерлингов в 2020 году ^{[обновлять]}). ^[a] В отличие от оригинала, Argus 100 использовал плоскую 24-битную схему адресации, при которой и данные, и код хранились в одной памяти. Для упрощения базовой логики и получения адресного бита использовался меньший 5-битный код операции. Одно-АЛУ и другие изменения привели к базовому времени работы 72 мкс. Одним из заметных применений Argus 100 было управление телескопом Jodrell Bank Mark II в 1964 году. С выпуском 100-й оригинальный дизайн был задним числом переименован в Argus 200. [ ^6]

Модель Argus 200 в конечном итоге продалась в количестве 63 машин, а модель 100 — в количестве 14. ^[27]

Разработка Argus 300 началась в 1963 году, а первая поставка состоялась в 1965 году. ^[16] Это была гораздо более быстрая машина с полностью параллельным арифметико- логическим блоком , в отличие от более ранних и гораздо более медленных последовательных блоков. Тем не менее, ее набор инструкций был полностью совместим с Argus 100. 300 был очень успешным и использовался в течение 1960-х годов в различных промышленных ролях.

Вариантом 300 был Argus 350 , который позволял осуществлять внешний доступ к ядру для обеспечения прямого доступа к памяти . Это улучшило производительность ввода/вывода , избежав необходимости перемещать данные с помощью кода, работающего на процессоре. 350 использовался в различных военных симуляторах, включая Королевский флот для обучения противолодочной обороны на фрегатах, подводных лодках и вертолетах, а также Королевские ВВС для симулятора Bloodhound Mk.II и летного симулятора Vickers VC10, построенного в Redifon и поставленного в RAF Brize Norton в 1967 году. Модель, используемая в симуляторе VC10, была 3520B, это означало, что она имела (20)kWords памяти и (B)acking Store. Redifon также использовал 350 в летном симуляторе Air Canada DC9, который был установлен в Монреале весной 1966 года. 350 были поставлены в период с 1967 по 1969 год.

Разработка Argus 400 ^{[28] [29]} началась в то же время, что и Argus 300. С точки зрения логики 400 был похож на более раннюю модель 100, используя последовательные АЛУ. Однако он имел совершенно новую электрическую систему. Предыдущие машины использовали германиевые транзисторы для формирования логических вентилей. Argus 400 использовал кремниевые транзисторы в логике NOR, разработанной Ферранти Витеншоу под названием MicroNOR II , ^[30] с более «традиционной» логикой, где 0 и +4,5 представляли двоичные 1 и 0 соответственно. Однако остальной мир использовал 0 вольт для представления 0 и +2,4 (до 5) вольт для представления 1. Это называлось логикой NAND. Фактически, это одна и та же схема. Когда Texas Instruments выпустила свою серию интегральных схем «74», спецификация MicroNOR II была изменена с 4,5 вольт на 5 вольт, чтобы два семейства могли работать вместе. Машина была упакована так, чтобы поместиться в стандартную стойку для авиаперевозок. Многослойные печатные платы не были обычным делом в 1963 году, и Ferranti разработала процессы для склеивания плат и гальванизации через печатные платы. Конструкторскому бюро пришлось научиться проектировать многослойные платы, которые сначала были выложены на ленте, а затем перенесены на пленку. Потребовалось около двух лет, чтобы Argus 400 был запущен в производство, первая поставка состоялась в 1966 году, ^{[16] [31]} весом более 13 килограммов (29 фунтов). ^[32]

Argus 500 , разработанный примерно 3 года спустя, использовал параллельную арифметику и был намного быстрее. Он был разработан для установки в большую 19-дюймовую стойку вместе с четырьмя основными блоками памяти. Argus 400 был переупакован, чтобы быть таким же, как Argus 500, и обе машины были совместимы по разъемам . Argus 400 использовал 18 небольших печатных плат для своего ЦП, каждая из которых была прикреплена проволокой к задней панели с помощью 70 миниатюрных проволочных накруток. Извлечение карты было утомительным. Argus 500 изначально использовал те же корпуса, а также проволочную накрутку на больших платах, но более поздние версии использовали двухрядные ИС, которые были припаяны плоско на печатную плату и их было намного легче извлекать.

Как и более ранние разработки, 400 и 500 использовали то же самое 14-битное адресное пространство и 24-битный набор инструкций и были совместимы. 500 добавил новые инструкции, которые также использовали три бита аккумулятора для индексации смещения. Обе машины работали на базовом тактовом цикле 4 МГц, что намного быстрее, чем 500 кГц более ранних машин. Обе использовали основную память, которая была доступна в двух циклах. Argus 400 использовал ядро ​​2 мкс, тогда как Argus 500 имел 2 мкс в более ранних машинах и 1 мкс в более поздних, что удваивало производительность. Разница между 400 и 500 была аналогична разделению между 100 и 300, в том, что 500 имел параллельное АЛУ, а 400 был последовательным. Argus 400 имел время сложения (два 24-битных числа) 12 мкс. Argus 500 (с памятью 1 мкс) занимал 3 мкс. Деление (самая длинная инструкция) занимало 156 мкс на Argus 400, а Argus 500 — 9 мкс. Argus 500 был, конечно, намного дороже.

Компилятор языка программирования высокого уровня CORAL 66 для Argus 500 был разработан Королевским управлением связи и радиолокации по контракту с Ferranti для использования в проектах промышленного управления и автоматизации. ^[33]

Типичные установки Argus 500 были химическими заводами (управление процессами) и атомными электростанциями (мониторинг процессов). ^{[34] [35]} Более позднее применение было для установок управления и контроля полиции, одной из самых известных была полиция Стратклайда в Глазго. Эта система обеспечивала первое визуальное отображение местоположений ресурсов с использованием карт, предоставленных 35-миллиметровыми слайд-проекторами, проецирующими через отверстие-иллюминатор в трубке экрана VDU.

Argus 400 заменил 100 в Jodrell Bank в 1971 году. ^[36] Была специальная версия Argus 400, сделанная для сети бронирования мест Boadicea для BOAC . Это устранило функции умножения и деления, поскольку они использовали значительное количество дорогих триггеров JK , и в то время было экономически эффективно сохранить эти 24 и несколько других компонентов. В целом, 500 оказался одним из самых продаваемых продуктов Ferranti и нашел особенно широкое применение на нефтяных платформах во время открытия нефтяных месторождений в Северном море в 1970-х годах. ^[37]

Порвав с прошлым, следующая серия машин Argus представляла собой совершенно новые конструкции, несовместимые с предыдущими. Argus 600 была 8-битной машиной, предназначенной для использования производителями электрического и электронного оборудования, которым требовался относительно простой компьютер или программируемое устройство управления. Она обладала базовой основной памятью на 1024 слова , расширяемой блоками того же размера до 8192 слов. Для новой машины был разработан простой мнемонический язык программирования под названием ASSIST, включающий 17 одноадресных инструкций. Стоивший около 1700 фунтов стерлингов на момент выпуска в 1970 году, в то время Argus 600 был самым дешевым цифровым компьютером, доступным в Соединенном Королевстве. Его можно было напрямую или через телефонные линии подключать к более крупным компьютерам, а его аппаратный интерфейс позволял добавлять модули из ассортимента периферийного и заводского соединительного оборудования Argus по мере необходимости. ^[26]

За Argus 600 последовал Argus 700 , который использовал 16-битную архитектуру. Проектирование 700 началось около 1968/9, и линейка все еще производилась в середине 1980-х годов, достигнув международного успеха в промышленных и военных приложениях. ^[38] 700 все еще работает на нескольких британских атомных электростанциях в 2020 году в приложениях управления и обработки данных. ^{[35] [39]} Он также использовался в качестве платформы управления производством для таких компаний, как Kodak .

Argus 700 мог быть сконфигурирован в многопроцессорных конфигурациях с общей памятью. ^[40] Argus 700E был моделью начального уровня. Argus 700F использовал 500 нс цикл времени MOS памяти до 64k 16-битных слов. Argus 700G поддерживал виртуальное адресное пространство с до 256k слов памяти. Argus 700S имел опцию более быстрой 150 нс биполярной памяти с независимым доступом для процессоров ввода-вывода. ^[41]

Argus 700 также сыграл важную историческую роль в развитии сетей пакетной коммутации в Великобритании. Эти машины использовались Ferranti во время ранних экспериментов в Главном почтовом отделении в качестве основы для ранних маршрутизаторов . ^[42] В этом отношении они похожи на процессоры интерфейсных сообщений, построенные в США для выполнения аналогичной роли во время развития Интернета . [ ^43]

Более 70 процессоров Argus 700G использовались в системах управления и контроля атомной электростанции Torness , которая имела гораздо более сложную систему управления, чем предыдущие члены парка усовершенствованных газоохлаждаемых реакторов , включая цифровое прямое управление (DDC) реакторов. Когда она была впервые установлена, это была, вероятно, самая сложная и сложная компьютеризированная система управления для атомной электростанции в мире; система была реализована с использованием языка программирования высокого уровня CORAL . Каждый реактор на станции с двумя реакторами имел 10 входных мультиплексных компьютеров, 11 управляющих двухпроцессорных компьютеров и управляющий трехпроцессорный компьютер с резервным резервом. ^{[40] [44]}

Серия компьютеров M700 была основана на архитектуре и наборе инструкций серии компьютеров Ferranti Argus 700. Оба компьютера M700 и компьютеры Argus 700 имеют общий общий набор инструкций. Однако отдельные модели не обязательно реализуют полный набор инструкций. M700 включал ряд компьютеров, которые все были основаны на одних и тех же архитектурных особенностях и наборе инструкций, что обеспечивало высокий уровень совместимости и взаимозаменяемости в плане аппаратного и программного обеспечения. В этих пределах существовали различные реализации от более чем одного производителя, отражающие конкретные коммерческие и прикладные требования. ^{[45] [46]}

• Айлен, Джонатан (январь 2012 г.). «Bloodhound on my Trail: Building the Ferranti Argus Process Control Computer» (PDF) . Международный журнал истории техники и технологий . 82 (1): 1– 36. doi :10.1179/175812111X13188557853928. S2CID  110338269.

• Argus 100-500, Micronor I и II: "FCL History & Minicomputers". Computer Conservation Society . Ferranti Ltd. и миникомпьютеры - техническая информация. Март 2016 г. Получено 26.04.2018 .{{cite web}}: CS1 maint: другие ( ссылка )