フェランティ・アルゴス

フェランティのアルガスコンピュータは、1960年代から1980年代にかけて提供された産業用制御コンピュータのシリーズです。もともと軍事用に設計されたアルガスを再パッケージ化したもの、工場全体を直接制御するために使用された最初のデジタルコンピュータでした。ヨーロッパ、特にイギリスではさまざまな用途で広く使用され、 ^[1]少数が原子炉の監視および制御システムとして使用されています。

このコンピュータの元々のコンセプトは、ブルー・エンボイ・ミサイル計画の一環として開発された。これは射程距離が約200マイル（320 km）の超長距離地対空ミサイルシステムだった。この射程距離に到達するために、ミサイルは発射時にほぼ垂直の軌道で「打ち上げ」られ、その後の目標までの長い巡航中に抵抗が小さくなるようにできるだけ速く高高度まで飛行した。垂直上昇中はミサイルのレーダーは目標を視認できないため、この間は地上からコマンド誘導された。 ^[2]

アルガスは、レーダーデータを読み取り、必要な軌道を計算し、それを飛行中のミサイルに送信するシステムとして始まりました。このシステムは、軌道を作成するだけでなく、ミサイルの操縦翼面を直接制御する必要があったため、完全な制御フィードバックシステムを備えていました。開発は、1956年からウィゼンショーにあるフェランティのオートメーション部門でモーリス・グリブルによって行われました。このシステムでは、もともと補聴器用に設計されたムラードのOC71トランジスタが使用されていました。このトランジスタは25kHzの低速でしか動作できませんでしたが、このタスクには十分でした。^[3]

ブルー・エンボイは、 1957年の包括的な防衛白書の一環として、1957年にキャンセルされました。フェランティは、他の用途のためにコンピュータの開発を続けることにしました。 1957年11月のエディンバラ公フィリップ王子の訪問中に、彼らはハンドルに接続された自動車のヘッドライトを備えたシステムを構築しました。ハンドルは手で動かして壁の任意の場所を照らすことができ、コンピュータは2番目のヘッドライトを壁の同じ場所に動かそうとしました。^[4]

フェランティはシステムの開発を続け、1958年に商用製品のプロトタイプを完成させ、 11月のオリンピアで初めて公開した。 ^[4]このマシンは、500 kHzというはるかに高速な速度で動作する新しい回路を使用していた。^{[5]翌年、「アルゴス」(}ギリシャの神の名前に由来) という名前が付けられ、コンピューターにギリシャ語の名前を使用するというフェランティの伝統を守りました。アルゴスが選ばれたのは、複雑なシステムを制御するマシンにふさわしい、すべてを見通す神だったからです。^[6]

新しいシステムは、補聴器マシンとは多くの点で異なっていた。その一つが、さまざまなイベントのタイミングをより適切に処理するための割り込みの導入だった。以前のマシンは非常に遅かったため、この種の問題はループ内のあらゆる物理的入力をチェックすることで対処していたが、新しい設計のはるかに高速なパフォーマンスでは、ほとんどのテストで変化が見られず無駄になるため、もはや適切ではなかった。これらの種類のタスクは割り込みによって制御されるようになったため、デバイスはデータが処理可能になったことを示すことができる。システムには、以前のシステムのフリップフロップに代わる一時ストレージ用のコアメモリと、プログラミング用のプラグボードが追加されている。^{[7] [8]}

最初の納入^{[9] [10] [11] [12] [8]は、}インペリアル・ケミカル・インダストリーズ（ICI）へのもので、 ICIのフリートウッドにあるソーダ灰/アンモニア工場の制御システムとして使用されることになった。^[13] 1960年3月に合意に達し^[14]、機械は1962年4月から5月に設置された。^{[15] [16]}これは、デジタルコンピュータによって直接制御される最初の大規模工場であった。^{[17] [18]}その後、他のヨーロッパ諸国でも販売された。^[19]

Argus の回路は、0 ボルトと -6 ボルトがそれぞれバイナリ 1 と 0 を表すゲルマニウム トランジスタをベースとしていました。このコンピュータは、12 ビットのワード長と 24 ビットの命令をベースとしていました。演算は、500 kHz で動作する 2 つの並列 6 ビットALUで処理されました。ALU での加算には 12 μs かかりましたが、メモリ アクセス時間も加えると、単純な命令には約 20 μs かかりました。倍長 (24 ビット) の演算も提供されました。データ メモリは、12 ビット、4096 ワードのコア メモリストアで提供され、最大 64 の命令ワードが別のプラグボードトレイに格納され、その後 8 つのトレイがボックスに、4 つのボックスがラックに格納され、2048 行のプログラムが提供されました。フェライト ペグを穴に差し込んで「1」を作成しました。オペコードは 6 ビット、レジスタは 3 ビット、インデックス レジスタ (修飾子) は 2 ビット、データ アドレスは 13 ビットでした。^[20]

1957年にブルーエンボイがキャンセルされた直後、主契約者であるフェランティとブリストルエアロスペースの間で緊急会議が開かれ、ブルーエンボイのコンポーネントと既存のブリストルブラッドハウンドを組み合わせて、はるかに高性能な設計を生み出すというアイデアが生まれました。これによりブラッドハウンドマークIIが誕生し、射程距離が約75マイル（121 km）と約2倍になり、エンボイの新しいレーダーシステムを使用することで、ミサイルはより地面に近い目標を追跡できるようになり、レーダー妨害に対する耐性も大幅に向上しました。^[21]

ブルーエンボイとは異なり、ブラッドハウンドは攻撃中ずっと目標を視認できると予想されていた。誘導はセミアクティブレーダーホーミングで、照射レーダーが目標を照らし、ミサイル内の受信機が反射信号を使用して追跡する。これが機能するには、別の戦術制御レーダーからの情報を使用して照射装置を目標に向け、ミサイル先端の受信機を目標に向ける必要があった。照射装置とミサイルは必ずしも近くにあるとは限らず、計算が複雑になる。^{[22]さらに、受信機は予想される}ドップラーシフト周波数範囲外の信号をフィルタリングする必要があったため、コンピューターは受信機のフィルターを設定するために予想される周波数シフトも計算する必要があった。^[23]

計算に要求される精度は、当時使用されていた小型の軍用コンピュータの能力を超えていた。 [ ^24]デレク・ホワイトヘッドによるデジタルコンピュータを使用した実験システムは、計算を簡単に実行できた。彼は、オレンジ・ヨーマン・レーダー基地にコンピュータを設置して計算センターとし、ミサイル砲台に情報を送ることを提案した。^[25]

ホワイトヘッドはグリブルの友人で、彼が小型コンピュータで作業していることを知り、1959年秋のいつかにこの問題を初めて提起した。デジタルコンピュータへの移行が決定すると、あらゆる種類の二次タスクがマシンに引き継がれた。これには、メンテナンステストからミサイル発射制御、ターゲットがレーダーに直角に交差したときに信号がゼロに低下すると予想されるドップラー「ゼロポイント」の計算まで、すべてが含まれていた。^[23]

1963年には、オリジナルの設計に続いてシングルALUのArgus 100が発表されたが、価格は約2万ポンド^[26]（2020年の価格で約43万ポンドに相当^{[アップデート]}）だった。^[a]オリジナルとは異なり、Argus 100はフラットな24ビットのアドレス指定方式を使用し、データとコードの両方を1つのメモリに格納した。基本ロジックを簡素化し、アドレスビットを取得するために、より小さな5ビットのオペコードが使用された。シングルALUとその他の変更により、基本演算時間は72μsとなった。Argus 100の注目すべき用途の1つは、 1964年にジョドレルバンク マークII望遠鏡を制御することだった。100の発売に伴い、オリジナルの設計は遡及的にArgus 200に改名された。^[6]

最終的に、アルガス​​200モデルは63台、アルガス​​100モデルは14台が販売された^。[27]

Argus 300の設計は1963年に開始され、1965年に最初の納品がありました。 ^[16]これは、以前のはるかに遅いシリアルユニットとは対照的に、完全な並列アーキテクチャの算術論理ユニットを備えたはるかに高速なマシンでした。その命令セットはArgus 100と完全に互換性がありました。300は非常に成功し、1960年代を通じてさまざまな産業用途で使用されました。

300の派生型としてArgus 350があり、外部からコアにアクセスしてメモリに直接アクセスできるようになった。これにより入出力のパフォーマンスが向上し、プロセッサ上で実行されるコードを介してデータを移動する必要がなくなった。350は、英国海軍のフリゲート艦、潜水艦、ヘリコプターによる対潜水艦訓練や、英国空軍のブラッドハウンドMk.IIシミュレータ、およびレディフォンで製造され1967年に英国空軍ブライズノートン基地に納入されたビッカースVC10フライトシミュレータなど、さまざまな軍事シミュレータで使用された。VC10シミュレータで使用されたモデルは3520Bで、これは(20)kワードのメモリと(バックアップ)ストアを備えていたことを意味する。レディフォンは、1966 年春にモントリオールに設置されたエア カナダ DC9 フライト シミュレーターにも 350 を使用しました。350 は 1967 年から 1969 年にかけて納入されました。

Argus 400 ^{[28] [29]}の設計は、Argus 300 と同時期に開始されました。論理的には、400 はシリアル ALU を使用する点で以前の 100 と似ています。ただし、完全に新しい電気システムを採用しています。以前のマシンでは、論理ゲートを形成するためにゲルマニウム トランジスタを使用していました。Argus 400 は、Ferranti Wythenshaweが設計したMicroNOR IIと呼ばれるNOR ロジックでシリコン トランジスタを使用し、^[30] 0 と +4.5 がそれぞれバイナリ 1 と 0 を表す、より「従来型」のロジックを採用しました。ただし、世界の他の地域では、0 ボルトで 0 を表し、+ 2.4 (〜 5) ボルトで 1 を表していました。これは NAND ロジックと呼ばれていました。実際には、どちらも同じ回路です。テキサスインスツルメンツが「74」シリーズの集積回路を発表したとき、MicroNOR IIの仕様は4.5ボルトから5ボルトに変更され、2つのファミリーが連携して動作できるようになった。マシンは標準の航空輸送ラックに収まるようにパッケージングされた。1963年当時、多層PCBは一般的ではなかったため、フェランティは基板を接着し、回路基板を介したメッキを行うプロセスを開発した。製図室は多層基板の設計方法を学ぶ必要があり、最初にテープ上にレイアウトし、次にフィルムに転写した。Argus 400が生産に入るまでに約2年かかり、最初の納品は1966年で、^{[16] [31]} 重量は13キログラム（29ポンド）を超えていた。^[32]

約 3 年後に設計されたArgus 500 は並列演算を使用し、はるかに高速でした。最大 4 つのコア ストア (メモリ) ユニットとともに、より大きな 19 インチ ラック マウント フレームにプラグインできるように設計されました。Argus 400 は Argus 500 と同じになるように再パッケージ化され、2 つのマシンはプラグ互換でした。Argus 400 は CPU に 18 個の小さな PCB を使用し、それぞれが 70 個の小さなワイヤ ラップを使用してバックプレーンにワイヤ ラップされていました。カードの取り外しは面倒でした。Argus 500 は当初、より大きなボードで同じパッケージとワイヤ ラップを使用していましたが、後のバージョンでは PCB に平らにはんだ付けされ、取り外しがはるかに簡単なデュアルインライン IC が採用されました。

以前の設計と同様に、400 と 500 は同じ 14 ビットのアドレス空間と 24 ビットの命令セットを使用し、互換性がありました。500 では、オフセット インデックスにもアキュムレータの 3 ビットを使用する新しい命令が追加されました。両方のマシンは 4 MHz の基本クロック サイクルで動作し、以前のマシンの 500 kHz よりはるかに高速でした。両方とも 2 サイクル タイムで使用可能なコア メモリを使用していました。Argus 400 は 2 μs のコアを使用していましたが、Argus 500 は初期のマシンでは 2 μs、後期のマシンでは 1 μs で、パフォーマンスが 2 倍になりました。400 と 500 の違いは、100 と 300 の違いに似ており、500 には並列 ALU があり、400 にはシリアルがありました。Argus 400 の加算時間 (2 つの 24 ビットの数値) は 12 μs でした。 Argus 500 (1 μs のストア) では 3 μs かかりました。除算 (最長の命令) は Argus 400 では 156 μs かかりましたが、Argus 500 では 9 μs かかりました。もちろん、Argus 500 の方がはるかに高価でした。

Argus 500用のCORAL 66高水準プログラミング言語コンパイラは、産業用制御および自動化プロジェクトで使用するために、フェランティとの契約に基づいて王立信号レーダー研究所によって開発されました。^[33]

Argus 500の典型的な設置場所は化学工場（プロセス制御）と原子力発電所（プロセス監視）でした。^{[34] [35]}その後の応用は警察の指揮統制設備で、最も有名なものの1つはグラスゴーのストラスクライド警察でした。このシステムは、VDUスクリーンのチューブのポートホールを通して投影される35mmスライドプロジェクターによって提供される地図を使用して、リソースの場所を初めて視覚的に表示しました。

1971年、ジョドレルバンクでは100がArgus 400に置き換えられた。^[36] BOACのBoadicea座席予約ネットワーク用に作られたArgus 400の特別バージョンもあった。このバージョンでは、乗算機能と除算機能が削除された。これは、これらの機能には高価なJKフリップフロップが大量に必要だったためであり、当時はこれら24個と他のいくつかの部品を節約することが費用対効果に優れていた。全体として、500はフェランティのベストセラー製品の1つとなり、1970年代の北海油田開拓時には石油プラットフォームで特に広く使用された。 ^[37]

過去とは一線を画し、次のシリーズの Argus マシンは完全に新しい設計で、下位互換性はありませんでした。Argus 600は 8 ビット マシンで、比較的シンプルなコンピュータやプログラム可能な制御装置を必要とする電気・電子機器メーカー向けに設計されました。基本的なコア メモリは1,024ワードで、同じサイズのブロックで最大 8,192 ワードまで拡張できます。新しいマシン用に、17 個の単一アドレス命令で構成される ASSIST と呼ばれるシンプルなニーモニックプログラミング言語が開発されました。1970 年に発売されたときの価格は約 1,700 ポンドで、当時 Argus 600 は英国で入手可能な最も安価なデジタル コンピュータでした。直接または電話回線経由で大型コンピュータに接続でき、ハードウェア インターフェイスにより、Argus の周辺機器やプラント接続機器のモジュールを必要に応じて追加できました。^[26]

Argus 600の後には、16ビットアーキテクチャを採用したArgus 700が続いた。700の設計は1968年から1969年頃に始まり、1980年代半ばまで生産が続けられ、産業用および軍事用のアプリケーションで国際的な成功を収めた。 ^[38] 700は、2020年現在でも英国のいくつかの原子力発電所で制御およびデータ処理アプリケーションで稼働している。^{[35] [39]また、}コダックなどの企業の生産管理プラットフォームとしても使用された。

Argus 700は、共有メモリのマルチプロセッサ構成で構成することができた。^[40] Argus 700Eはローエンドモデルであった。Argus 700Fは、最大64k 16ビットワードの500nsサイクルタイムのMOSメモリを使用していた。Argus 700Gは、最大256kワードのメモリを備えた仮想アドレス空間をサポートしていた。Argus 700Sには、入出力プロセッサに独立してアクセスできる、より高速な150nsバイポーラメモリのオプションがあった。 ^[41]

Argus 700 は、英国におけるパケット交換ネットワークの発展においても歴史的に重要な役割を果たした。これらのマシンは、フェランティが郵便局で行った初期の実験で初期のルーターの基礎として使用された。^[42]この点では、インターネットの発展中に同様の役割を果たすために米国で製造されたインタフェース メッセージ プロセッサに似ている。^[43]

トルネス原子力発電所の制御および計装システムには、70台を超えるArgus 700Gプロセッサが使用されており、原子炉のデジタル直接制御（DDC）など、先進ガス冷却炉群の初期の機種よりもはるかに高度な制御システムを備えていた。最初に設置されたとき、それはおそらく世界中の原子力発電所向けの最も高度で複雑なコンピュータ制御システムであった。このシステムはCORAL高水準プログラミング言語を使用して実装された。二重原子炉ステーションの各原子炉には、10台の入力多重化コンピュータ、11台の制御デュアルプロセッサコンピュータ、およびスタンバイバックアップを備えた監視トリプルプロセッサコンピュータがあった。^{[40] [44]}

M700シリーズのコンピュータは、Ferranti Argus 700コンピュータシリーズのアーキテクチャと命令セットに基づいていました。M700コンピュータとArgus 700コンピュータは両方とも、共通の全体的な命令セットを持っています。ただし、特定のモデルは必ずしも完全な命令セットを実装しているわけではありません。M700には、ハードウェアとソフトウェアの面で高いレベルの互換性と互換性を保証する同じアーキテクチャ機能と命令セットに基づいたコンピュータの範囲が含まれていました。これらの制限内で、特定の商業的およびアプリケーション要件を反映するために、複数のメーカーによるさまざまな実装が存在しました。^{[45] [46]}

• Aylen, Jonathan (2012年1 月)。「Bloodhound on my Trail: Ferranti Argus プロセス制御コンピュータの構築」(PDF)。国際工学技術史ジャーナル。82 (1): 1–36。doi :10.1179/ 175812111X13188557853928。S2CID 110338269  。

• Argus 100-500、Micronor I および II: 「FCL の歴史とミニコンピュータ」。Computer Conservation Society。Ferranti Ltd. およびミニコンピュータ - 技術情報。2016 年 3 月。2018 年 4 月 26 日閲覧。{{cite web}}: CS1 メンテナンス: その他 (リンク)