英語エレクトリックデュース

デュース

別名	デジタル電子ユニバーサルコンピューティングエンジン
メーカー	イングリッシュエレクトリック
発売日	1955 （1955年）
製造中止	1964 （1964年）
出荷数	33
CPU	熱電子管式
メモリ	水銀 遅延線 384 32 ビットワード (Mark I および Mark II) 608 32 ビットワード (Mark IIA)
ストレージ	8192ワード磁気ドラム
画面	2 × CRT ディスプレイ
前任者	パイロット ACE

DEUCE （デジタル・エレクトロニック・ユニバーサル・コンピューティング・エンジン）は、1955年からイングリッシュ・エレクトリック社によって製造された、英国で最も初期の市販コンピュータの1つでした。 [ 1 ]これは、^アラン・チューリングのACEの縮小版であるパイロットACE の量産バージョンでした。

DEUCE には 1450 個の熱電子管があり、主記憶装置として水銀 遅延線が使用されていました。12 本の遅延線のそれぞれには、32 ビットの命令またはデータ ワードを 32 個保存できました。当時としては高速だった Pilot ACE の 1  MHzクロック レートを採用しました。入出力は、ホレリス80 列パンチ カード装置を介して行われました。リーダーは毎分 200 枚の速度でカードを読み取り、カード パンチ速度は毎分 100 枚でした。DEUCE には、主記憶装置として 8192 ワードの磁気ドラムもありました。32 ワードの 256 トラックのいずれかにアクセスするために、ドラムには 16 個の読み取りヘッドのグループが 1 つと 16 個の書き込みヘッドのグループが 1 つあり、各グループは独立した可動アーム上にあり、それぞれ 16 の位置のいずれかに移動できます。アクセス時間は、ヘッドがすでに所定の位置にある場合は 15 ミリ秒でしたが、ヘッドを移動する必要がある場合はさらに 35 ミリ秒必要でした。ドラムの読み取りおよび書き込み時に回転遅延は発生しませんでした。データはドラムと 32 ワードの遅延ラインの 1 つとの間で転送されました。

DEUCE には紙テープ装置を取り付けることができ、読み取り速度は毎秒 850 文字、紙テープ出力速度は毎秒 25 文字でした (ニューサウスウェールズ大学(UTECOM) の DEUCE には 1964 年に Siemens M100 テレプリンターが取り付けられ、毎秒 10 文字の入出力が可能でした)。Decca 磁気テープ装置も接続できました。自動乗算器と除算器は非同期で動作しました (つまり、乗算器/除算器の動作中に他の命令を実行できました)。整数演算用に 2 つの演算装置が提供されました。1 つは 32 ビットで、もう 1 つは 32 ビット演算と 64 ビット演算を実行できます。自動インクリメントと自動デクリメントは 1957 年頃から 8 つのレジスタで提供されました。配列演算と配列データ転送が許可されました。Manchester Mark 1などの同時代の装置と比較すると、DEUCE は約 10 倍高速でした。

4つのレジスタの個々のワードは自動増分/減分機能に関連付けられていました。この機能は、カウントや命令の変更（インデックス作成、ループ制御、命令のソースアドレスまたは宛先アドレスの変更）に使用できます。^[2]

ビットシリアルマシンであるため、単一レジスタへのアクセス時間は 32 マイクロ秒、二重レジスタへのアクセス時間は 64 マイクロ秒、四重レジスタへのアクセス時間は 128 マイクロ秒でした。遅延ラインへのアクセス時間は 1024 マイクロ秒でした。

命令時間は、加算、減算、論理演算が 32 ビット ワードで 64 マイクロ秒、倍精度が 96 マイクロ秒、乗算と除算が 2 ミリ秒でした。配列の演算と転送操作の場合、ワードあたりの時間は 32 ワードで 33 マイクロ秒でした。

浮動小数点演算はソフトウェアによって提供され、加算と減算に 6 ミリ秒、乗算に平均 5.5 ミリ秒、除算に平均 4.5 ミリ秒かかりました。

初期のマシンでは、磁気ドラムに関連するすべての命令は、操作の進行中にインターロックされていました。したがって、読み取りヘッドが移動された場合、トラックの読み取りやトラックの書き込みなどの後続の磁気操作は、最初の操作が完了するまで続行できません。1957 年頃から、「合理化された磁気」と呼ばれる新しいユニットが利用可能になりました。このユニットは不要なインターロックを排除しました。したがって、読み取りヘッドを移動する命令を実行することが可能になりました。書き込みヘッドを移動する命令やトラックを書き込む命令が続く場合、そのような命令はインターロックされず、読み取りヘッドの移動と並行して実行できます。^[3]

DEUCE のフロント パネルには 2 つのCRT ディスプレイが搭載されており、1 つはレジスタの現在の内容を表示し、もう 1 つはいずれかの水銀遅延線ストアの内容を表示しました。

1958 年頃から、7 本の遅延線を追加できるようになり、高速記憶域が 224 ワード増えました。IBM 528 リーダー/パンチ複合機を Hollerith 装置の代わりに使用して、同じ入出力速度を実現できました。この場合、このマシンは Mark II と呼ばれました。80列すべてのカードに対して、入力時に英数字データをBCDに自動変換し、出力時にその逆の操作を行いました。この装置では、必要に応じて読み取りとパンチングを同時に実行できるため、レコードの読み取り、更新、および次のレコードの読み取りと同時に更新されたレコードのパンチングを行うことができました。7 本の遅延線を追加した DEUCE は Mark IIA と呼ばれました。

主な高級プログラミング言語はGEORGE（General Order Generator）^{[4] [5] [6] [7]} ALPHACODE、STEVE、TIP、GIP、^[8] ALGOLでした。^[9]アセンブラ言語トランスレータにはZP43とSTACが含まれていました。^[10]

GEORGEは1957年にチャールズ・レナード・ハンブリンによって発明され、現在のプログラミング言語に最も近いものでした。^{[4] [5]} GEORGEは逆ポーランド記法を採用していました。例えば、 e = ay ² + by + cを評価するには、次のように書きます。

ay dup × × by × + c + (e)。

ここで、「dup」は前のエントリを複製し、「y」を使用するのと同じです。

GEORGE は、プッシュダウン ポップアップ スタックとして 12 桁のアキュムレータを提供しました。プログラムで変数名 (例: 'd') を使用すると、変数 'd' の値がアキュムレータに取り込まれ (つまり、d がスタックの先頭にプッシュされます)、名前を括弧で囲むと (例: (d) })、スタックの先頭の値 (アキュムレータ) が変数 'd' に割り当てられます。スタックの先頭の値を破棄 (ポップして破棄) するには、セミコロン (;) を使用します。次の GEORGE プログラムは、10 個の数値を読み取り、その平方数を出力します。

1、10回繰り返し（i）
   読む
   重複 ×
   パンチ
   ;
]

上記のプログラムでは、「dup」コマンドがスタックの一番上を複製したため、スタックの一番上には値のコピーが2つ存在することになります。^[6]

GIP (General Interpretive Programme) は、「ブリック」と呼ばれるプログラムを操作するための制御プログラムでした。その主な役割は、DEUCE線形代数ライブラリの数百のプログラムを実行することでした。このようなプログラムの準備には、必要なブリック (パンチ カード上) を選択し、それらを GIP とともに複製パンチにコピーし、コピーをカード デッキに組み立てることが含まれていました。次に、ブリックを使用して、行列の乗算、行列の反転、項ごとの行列演算 (加算、減算、乗算、除算)、連立方程式の解法、入力、出力などのタスクを実行するための簡単なコードワードが作成されました。行列の次元はコードワードでは決して指定されませんでした。次元は、データ カードの前のカードまたはドラムに格納されている行列から、行列自体から取得されました。したがって、プログラムは完全に汎用的でした。一度作成されると、このようなプログラムは、あらゆるサイズの行列 (もちろん、ドラムの容量まで) を処理できます。^[11]カードから行列を読み取り、行列を転置し、結果をカードにパンチする短いプログラムには、次のコードワードが必要です。

0、0、5、1
5、0、120、2
120、0、0、3

各コードワードの 4 番目の数字はブリック番号です。最初のコードワードは、マトリックスがカードから読み取られ、ドラム アドレス 5 に格納されることを指定します。2 番目のコードワードは、ドラム アドレス 5 のマトリックスが転置され、結果がドラム アドレス 120 に格納されることを指定します。3 番目のコードワードは、結果をカードにパンチします。

STAC はマクロ アセンブラでした。ほとんどの命令は、13-16 のように 10 進数の転送形式で記述されていました。これは、レジスタ 13 のワードをレジスタ 16 にコピーすることを意味します。命令の位置は指定されませんでした。STAC は、命令を遅延ラインのワードに割り当て、バイナリ命令の 6 つのコンポーネントを計算しました。次の命令は、可能であれば、前の命令が完了するとすぐに実行されるように、最適な位置に割り当てました。

次のプログラムは、値 n を読み取り、次に n 個の 2 進整数を読み込みます。整数とその平方を出力します。小文字のコメントは命令を説明しています。

1.0 12-24 カードリーダーを起動します。プログラムの場所は 1.0 として指定されます。
     0-13Xはカードリーダーから1つの数字（n）を読み取ります。文字Xはコンピュータを待機させます。
               カードの最初の行が読み取りステーションに到着するまで。
R2 12-24 カードリーダーを起動または再起動します。
     0-16X は二乗する 1 つの数値を読み取り、それを乗数レジスタに格納します。
     9-24 カードリーダーを停止します。
    16-21.3 数値を被乗数レジスタにコピーします。
    30-21.2 被乗数レジスタの下位ビットをクリアします。
     マルチ
    10-24 カードパンチを開始します。
    21.2-29Xは正方形をカードパンチに送ります。
     9-24 カードパンチを停止します。
    27-26 減少 n.
    13-28 R1 がゼロかどうかをテストします。ゼロの場合は R1 に分岐し、ゼロでない場合は R2 に分岐します。
R1 1-1X 停止。プログラムは完了です。

STAC は、バイナリ プログラムに加えて、次の命令を生成します。各命令のメモリ位置は左側に示されています。

1.0 12-24
1.2 0-13倍
1.4 12-24
1.6 0-16倍
1.8 9-24
1.10 16-21.3
1.13 30-21.2
1.16 0-24 待機 1
1.18 1-1 待機 1
1.20 10-24
1.22 21.2-29X
1.24 9-24
1.26 27-26
1.28 13-28 1.3
1.3 1-1X

乗算を除き、待機およびタイミングの数値は表示されません。

DEUCE のプログラミングは、他のコンピュータとは異なっていました。遅延ラインのシリアルな性質により、1 つの命令の実行が完了すると、次の命令が遅延ラインから出てくる準備が整うように命令を順序付ける必要がありました。単一レジスタの操作の場合、次の命令に従うことができる最も早い時間は、現在の命令の 64 マイクロ秒後でした。したがって、命令は連続した場所から実行されませんでした。一般に、命令は 1 つ以上のワードを転送できます。したがって、各命令は次の命令の場所を指定します。最適なプログラミングとは、各命令が実行されると、次の命令が遅延ラインから出てくることを意味します。命令の場所が最適でない場合、ストア内の命令の位置はパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。

カード リーダーからのデータの読み取りはリアルタイムで行われ、各行は読み取りブラシを通過するときに停止することなく読み取られる必要がありました。カード パンチも同様で、特定の行の単語は事前に準備され、カードの特定の行がパンチ ナイフの下に配置されたときに準備されている必要がありました。読み取りとパンチの通常のモードは 2 進数です。10 進数の入力と出力はソフトウェアによって実行されました。

高速ストアは、それぞれ 32 ビットの 4 つのシングルワード レジスタ、3 つのダブルワード レジスタ、および 2 つのクアドラプルワード レジスタで構成されていました。ダブルワード レジスタとクアドラプルワード レジスタの各 32 ビット ワードは、個別にアドレス指定できます。また、ペアとしてアクセスすることも、クアドラプル レジスタの場合は 3 つまたは 4 つのグループとしてアクセスすることもできます。命令ストアは、それぞれ 32 ワードで 1 から 12 の番号が付けられた 12 の水銀遅延線で構成されていました。遅延線 11 (DL11) は、磁気ドラムと高速ストア間のバッファとして機能しました。「転送マシン」であるため、データは一度に 1 ワード、一度に 2 ワード、一度に最大 33 ワードまで転送できます。したがって、たとえば、ドラムから読み取った 32 ワードをブロックとして他の遅延線に転送できます。 4ワードを1つの4重レジスタから別の4重レジスタへ、または4重レジスタと遅延線の間でブロックとして転送することができ、すべて1つの命令で実行できます。遅延線の32ワードは、単一長加算器に渡すことで合計できます（1つの命令で）。^[12]

DL10 と 1 つのレジスタ (レジスタ 16) 間の特別なリンクにより、DL10 をプッシュダウン スタックとして使用できます。

最初の 3 台のマシンは 1955 年の春に納品され、1958 年後半にはDEUCE Mark IIの改良モデルが登場しました。このバージョンでは、カード リーダーとパンチが一体化されていました。IBM 528 リーダーとパンチの一体化は、初期の DEUCE Mark I マシンの個別のホレリス ユニットのように動作しましたが、入力時に英数字データを BCD に、出力時にその逆に変換するハードウェアも提供されていました。また、1 分間に 100 枚のカードで同時にデータの読み取りとパンチ処理を行うことができました。DEUCE Mark IIAには、それぞれ 32 ワードの水銀遅延線が 7 本追加されていました。

1955年から1964年の間に合計33台のDEUCE機が販売され、そのうち2台はエンジンメーカーのブリストル・シドレー社によって購入された。^[13]

DEUCEの成功は、1000以上のプログラムとサブルーチンからなるプログラムライブラリによるものでした。^[14]

DEUCE マーク0と私:

クロックレート 1 MHz
ワードサイズ 32 ビット
高速ストア 384語
算術：
  1 つの 32 ビット アキュムレータ。
  1 つの 64 ビット アキュムレータは、2 つの 32 ビット アキュムレータとしても使用できます。
  加算/減算
     64マイクロ秒の単一長さ、
     96マイクロ秒の倍精度
     単数長数と倍数長数の加算、
     自動符号拡張付き、64 マイクロ秒。
  乗算 2080 マイクロ秒
  2112マイクロ秒を分割
磁気ドラム 8192 語
  読み取りヘッドと書き込みヘッドを分離
  トラック読み取り時間 15 ミリ秒
  ヘッドシフト時間 35 ミリ秒
カードリーダー速度 200 枚/分
カードパンチ速度 100枚/分
紙テープリーダー速度 850 文字/秒
  テープ：5、7、8列テープ。
  停止時間: 1/2 ミリ秒 (ms)
  開始時間 20 ミリ秒
紙テープパンチ速度 25 文字/秒
  テープ: 5 列または 7 列
ソフトウェア浮動小数点（平均時間）:
  加算/減算 6 ミリ秒
  乗算 5½ ミリ秒
  分割 4½ ミリ秒

デュース マーク II:

  DEUCE Mark I について。
  IBM 528 カード リーダーとパンチの組み合わせは、1 分間に 200 枚のカードを読み取り、1 分間に 100 枚のカードをパンチできます。同時に起動すると、リーダーとパンチは 1 分間に 100 枚のカードで動作します。6 ビット文字との自動変換も提供されました。このモードは、Mark I DEUCE によって提供されるプログラム変換に加えて提供されました。

デュースマークIAとIIA:

  上記と同様に、7 つの追加遅延ラインにより 224 ワードの高速ストアが提供されます。

注: 乗算器と除算器は非同期でした。乗算命令を 1 回実行すると、乗算中に乗数または被乗数レジスタに整数を挿入したり、乗算中に結果を抽出したりすることで、複数の整数を乗算できます。その他の特殊効果には、ワード内のビットをカウントしたり、2 進化 10 進数 (BCD) を 2 進数に変換したりすることが含まれます。除算も同様で、整数を 2 進化 10 進数 (BCD) に変換したり、ポンド、シリング、ペンスをペンスに変換したりするために使用できます。

• 真空管コンピュータの一覧

• 「English Electric DEUCE コンピュータ」uraone.com。このサイトには、プログラム、サブルーチン、DEUCE ニュース、速報など、オリジナル ドキュメントの広範なコレクションがあります。
• ミネソタ大学チャールズ・バベッジ研究所のドナルド・W・デイヴィス氏へのオーラル・ヒストリー・インタビュー。デイヴィス氏は、1947 年のアラン・チューリングの設計作業から2 台のACE コンピュータの開発まで、英国国立物理学研究所でのコンピュータ プロジェクトについて説明します。デイヴィス氏は、はるかに大型の 2 台目の ACE について、また、英国初の商業生産コンピュータである DEUCE の製造をイングリッシュ・エレクトリック社と契約する決定についても説明します。
• 「デュース」1955年のフライト誌のデュースに関する記事
• 「English Electric DEUCE コンピュータ」。users.tpg.com.au。