lauantai 11. kesäkuuta 2016

IBM 1620 Model I - Uusi lelu kokoelmaan


On vuosi 1959. Maailman ensimmäinen sääsatelliitti Vanguard 2 laukaistaan Cape Canaveralista ja Donald Cambell rikkoo veneiden nopeusennätyksen Blue Bird K7:lla 418.99km/h keskinopeudella. Radiossa soi Buddy Holly ja sukkahousut keksitään. Poliittista draamaa nähdään, kun Nikita Hruštšov ja Richard Nixon väittelevät Moskovan messuilla. Nixon esittelee astianpesukonetta, johon Hruštšov toteaa ettei Neuvostoliitossa ole suhtauduttu naisiin mokomalla "kapitalistisella asenteella" (...todellisuus taisi olla, ettei Neuvostolliitossa ollut vain astianpesukoneita).

Aika kului, Nixon sössi uransa Watergate-skandaalilla, Neuvostoliitto hajosi, mutta astianpesukoneet jäivät. Jäi toki noista ajoista toki monikäyttöiset sukkahousutkin, jotka sopivat niin koiran talutuspannaksi kuin viihdekäyttäjän päähineeksi Siwa-reissulle, ainakin jos Niksi-Pirkkaan on uskomista.

Hämmästyttävää kyllä, Vanguard 2 on yhä edelleen seuranamme, kiertäen maapalloa noin 1500 kilometrin korkeudessa. Sopivissa olosuhteissa sen voi yötaivaalta löytää, jopa paljaalla silmälläkin.

Näiden aasinsiltojen kautta pääsemmekin itse asiaan, sillä samaan aikaan kun suurvaltojen päämiehet kävivät tasa-arvodebattia, IBM räjäytti pankin uudella tietokoneellaan.

IBM 1620. (Kuva: http://bitsavers.trailing-edge.com/pdf/ibm/1620/fe/227-5647-0_1620_E_Level_CE_Manual_of_Instruction_1962.pdf)
Jaa millä? Miltä kuulostaa puolisarjamaisesti toimiva desimaalikone, joka on tehty hyvin varhaisista germanium-transistoreista, ferriittirengaslogiikasta sekä releistä. Kone ei osaa laskea raudalla ollenkaan ja lisäksi kone esittää jokaisen kymmennumerojärjestelmän numeron kuudella bitillä. Se on IBM 1620, huikea kone ja omintakeinen keksintö, jolla ei ole mitään tekemistä minkään nykykoneen kanssa.



Lisää romua talliin 


Ei se täydellinen ole, mutta erittäin hyvä lähtökohta.
Aloitetaan alusta miten tälläinen harvinaisuus eksyi kokoelmaani. Kanavuoressa Jyväskylän kupeessa sijaitsee yksi Suomen suurimmista, ellei suurin tietokonemuseo, jota ylläpitää Suomen Tietojenkäsittelymuseoyhdistys ry. Käsittääkseni tämä ja Tekniikan museo ovat ainoat instanssit, jotka maassamme vaalivat tätä dinosaurusajan tietokonetekniikkaa. Kanavuoren kokoelma on aivan uskomaton, ihan maailman mittakaavassakin. Jokaisen asiaan vihkiytyneen on pakko käydä tässä tietokone-mekassa. Lukijat, suunnatkaa kesäretkenne kohti Kanavuorta, ette pety!

Tyypilliseen IBM:n tapaan sielu on ovissa.
Olen työmatkoilla poikennut vaihtamassa kuulumisia museon väen kanssa tai muuten vaan notkunut paikalla ja kuolannut kokoelman koneita. Heillä oli pari 1620:stä hyllyssä, täydellinen ja hiukan osiltaan vajaa yksilö. Yhtenä päivänä päättivät sitten ehdottaa jospa hakisin tuon jälkimmäisen kokoelmaani (en tiedä oliko tuomallani kahvileivällä osuutta asiaan ;) No mikä jottei, eihän se ole kuin keskusyksikkö, mutta kyllähän tälläinen kelpaa Heilin kaveriksi!

Hitaana hämäläisenä kesti puoli vuotta hakea kone kotiin, mutta sain viimein itseni orientoitua hommaan ja noukittua koneen pajalle. Ja voi pojat ja tytöt, mikä kone tämä onkaan!




Pienkoneet tulevat


Ajatonta muotoilua. Ainoastaan työkonemaiset vipukytkimet kielivät ikäluokasta.















IBM valmisti 50-luvulla jäätävän kokoisia 700- ja 7000-sarjan tietokoneita, joiden hinnat olivat vähintään yhtä jäätäviä kuin koko, miljoonia dollareita. Markkinoilla oli selkeä tarve pienelle sekä edulliselle tietokoneelle, johon kuolevaisellakin olisi varaa. Tähän markkinarakoon puskivat 50-luvulla mm. putkipohjaiset Librascope LGP-30 ja Bendix G-15.

"An amazingly low cost" oli tuolloin hiukan
suhteellista, ikoninen siipi-Cadillac kun maksoi 
noin 5000$ ja tämä keksintö kymmeniä tuhansia.
IBM:kin tajusi markkinan potentiaalin. Pienkoneen kehitystyö alkoi 1958, tavoitteena luoda mahdollisimman edullinen tietokone, jonka sielu syntyisi transistoreista ja ferriittirengasmuistista. Kauan ei nokka IBM:llä tuhissut, valmista tuli seuraavana vuonna 1620 Model I:n muodossa. Käytännössä kone on 550 kilon painoinen pöytä, johon on tuupattu kaikki tarpeellinen, myös human-machine-interface (pääte), IBM Model B -sähkökirjoituskone.

1620 tuli pienkonemarkkinoille kilpailijoihinsa nähden hieman jälkijunassa, mutta putsasi pöydän välittömästi. IBM:n maine ja yrityksen koko myyjäarmeijoineen oli yksi tekijä, joka selittää 1620:nen menestyksen, mutta yksi merkittävä ero sillä oli kilpailijoihinsa; 1620 käytti ennakkoluulottomasti uutta teknologiaa, transistoreita ja ferriittimuistia. Suorituskyky, luotettavuus ja fyysinen koko oli puolijohdekoneella parempi, eikä paluuta enää putkiin ollut.



Järjettömän arkkitehtuurin sietämätön kauneus


Keskusyksikön lohkokaavio. Mitään tämän kaltaista ei sitemmin ole nähty. (kuva: http://bitsavers.trailing-edge.com/pdf/ibm/1620/fe/227-5500-2_1620_Customer_Engineering_Reference_Manual_SN10756_RevE_Jun61.pdf)

1620 on todella mielipuolinen keksintö nykyihmiselle, sillä se käyttää kymmennumerojärjestelmää. Tämä toki on ollut ohjelmoijalle helpompi tapa omaksua, mutta koneen sisuksia optimoidessa se ei ole todellakaan se paras vaihtoehto.
Käskyjä on kourallinen.
Erikseen ei varmastikaan
tarvi sanoa, ettei koneessa
ole mikrokoodia.

Puolijohdekomponenttien hinnat olivat 50-luvulla taivaissa, joten looginen valinta CPU:n sisäiselle datan käsittelylle oli puolisarjamainen muoto. Jokainen kymmennumerojärjestemän numero esitetään kuudella bitillä: pariteetti-, etumerkkibitti (flag), sekä 4 bittiä itse arvolle. Jokainen luku lasketaan numero kerrallaan, joten mitään ylärajaa laskettaville luvuille.

Mutta moni bittinen 1620 on? Tähän ei voi sanoa ihan suoraa vastausta, sillä 1620 käsittelee vähintään kaksi numeroa per käsky (2 x 6 bittiä) numero kerrallaan ilman ylärajaa. Toisaalta yksi kuudesta bitistä on pelkkä pariteettibitti, joten ehkä tätä pitäisi sanoa 5-bittiseksi? Vai olisko tämä sittenkin ∞/1:n desimaalin tietokone..?

Oli miten oli, kellotaajuutta Model I:llä on 1MHz, mutta konejakson 20 mikrosekuntia. Pelkästään käskynnouto vie 160μs. Käskyjä sekunnissa menee hyvänä päivänä noin mallinumeron verran, emme voi mistään raketista puhua. Esimerkiksi yhteenlasku kuudella numerolla vie 400μs (käskynnouto160μs + yhteenlasku 2 numeroa 80μs + 4 lisänumeroa 160μs.

Wire-wrapping näyttäisi olevan
ihmiskäden tekemää.
Käskymuoto on kiinteä: ensin käskyn koodi kahdella numerolla ja kaksi viisinumeroista osoitetta (tai dataa), that's it. Käsky vie muistia "vaivaiset" 72 bittä, aina.

Erikoista tässä koneessa on se aritmeettinen yksikkö, sitä ei oikeastaan ole, tai ei siis ole siinä perinteisessä muodossa. 1620 ei osaa laskea mitään raudalla. Juju on seuraava: muistin alkuun ladataan 100 luvun taulukko, jolla yhteen- ja vähennyslaskut suoritetaan. Sama kerto- ja jakolaskuille, näille on oma 200 luvun taulukko.

Koneessa on noin 1000 SMS-korttia, kuvassa niistä vajaa puolet. Yläkulmassa näkyy muisti.
Itsessään koneen aivot ovat tehty modulaarisesti SMS(Standard Modular System)-korteista. Erilaisia korttityyppejä on muutama tusina, joita sitten yhdistelemällä syntyi IBM:lle useita erilaisia tietokoneita ja lisälaitteita. Kortti yksistään muodostaa jonkin hyvin yksinkertaisen kytkennän parilla transistorilla ja vastuksella, esimerkiksi kiikun.



Ferriittiä, ferriittä, ferriittiä


Ferriittirengaslogiikkaa käytetään muistiosoitteen dekoodaukseen. Konetta kun ohjelmoidaan desimaalein, tarvitsee osoite kääntää binäärimuotoon, sitä muotoa tottelee fyysinen muisti.





50-luvulla rumpumuisti ja akustinen viivelinja olivat hallitsevia muistiteknologioita. Ferriittirengasmuisti teki tuloaan, mutta lähinnä vain suurkoneissa. Ferriittimuistin etu oli aiempiin tekniikoihin nähden paljon nopeampi ja ennen kaikkea kiinteä hakuaika, se oli todellinen RAM (Random Access Memory). 1620 suunniteltiin käyttämään tuota tulevaisuuden muistia, kun kilpailijat jumittivat vielä rumpu- ja viivelinjamuistien kanssa.

Pienet detaljit tekevät ison koneen, kuten 
kuulakiskoilla liukuvat korttiräkit.
Nopeasti kerrottuna ferriittimuistin idea on magnetisoida ferriittirenkaita jomminkummin päin. Jokainen yksittäinen pieni rengas vastaa yhtä bittiä ja sen magnetisoinnin suunta nollaa tai ykköstä. Vakiona 1620:n muistissa näita pieniä renkaita on 120 000 kpl.

Ferriittimuistit ovat tarkkoja lämpötilan ja käyttöjännitteen suhteesta, sillä ferriitin magneettiset ominaisuudet muuttuvat lämpötilan mukaan. Tämä fysikaalinen ongelma oli ratkaistu 1620:nen kohdalla lämmitysvastuksella ja termostaatilla, joilla pidettiin muisti vakiolämpötilassa, about 50 asteessa. Tästä eksoottisesta ratkaisusta johtuen 1620 tarvitsee kylmäkäynnityksestä noin 8 minuuttia aikaa itsensä keräämiseen ennen kuin se on käyttövalmis. Uudemmissa koneissa muistin lämpötilan perusteella säädettiin käyttöjännitettä ja lämmitettävät muistit jäivät historiaan.

Tietokoneen takapuoli. Pohjalla näkyy tuntimittari, jossa luku 43 905. Kovin montaa vuotta kone ei siis käytössä ole ollut, tekniikankehitys ajoi tästäkin ohi parissa vuodessa. Yläkulmassa taas kerran muisti, ilman kantta.




















Muistia vakiona on 20 000 positiota, mikä tarkoittaa samaa määrää numeroita. Laajennusyksiköllä oli mahdollista saada 60 000 positiota. Muistinosoitteen dekoodaus desimaaleista binääreiksi hoidetaan himmeällä virityksellä, ferriittirengasverkolla. Tämä verkko ei tallenna mitään, se vain valitsee oikeat linjat muistista vastaamaan haluttua osoitetta.

CPU:ssa ei ole yhtään ainutta rekisteriä ohjelmoijalle, ei edes akkua. Kaikki laskutoimitukset tapahtuvat aina kahden muistipaikan välillä tai muistipaikan ja viisinumeroisen luvun välillä (memory-memory architecture). Itsessään 1620:ssä on toki rekistereitä, joissa pidetään mm. käsky, data, aliohjelman paluuosoite sekä laskettavien arvojen muistipaikat. Rekisterit ovat, yllätys-yllätys, omassa 384-bitin ferriittirengasmuistissa. Koska koneessa ei ole pinoa, vain yksi paluuosoiterekisteri aliohjelmalle (jota ohjelmoija ei pysty lukemaan), ei aliohjelmakutsuja voi kuin olla yksi.

Rekisterien ferriitit.
Lisävarusteina oli saatavissa perinteisten printtereiden, reikänauhalukijoiden, jakolasku- ja liukuluku-ja epäsuoramuistinosoitusoptioiden(!) lisäksi vaihtopakkaisia kovalevyasemia, tyypiltään 1311. Nämä asemat ovat hyvin samanlaisia kuin seuraavassa konesukupolvessa käytetyt 2311:set, erona heikompi datatiheys sekä jotkin pienet erot mekaniikassa.

Toinen mainittavan arvoinen lisävaruste oli 1627 -plotteri (tästä on ihan oma postauksensa blogissa), jota käytettiin pitkään vielä 1620:nen kadottua markkinoilta.

Releet sekä sähkömoottorin pyörittämä
nokkahässäkkä hoitaa kommunikoinnin
sähkökirjoituskoneen kanssa
Mallia päivitettiin pienin askelein pitkin elinkaarta, perusrakenteen pysyen saman, A-tasosta (proto) aina H-tasoon. Kun tie oltiin käyty loppuun, täysin uudelleen suunniteltu malli 1620 Model II julkaistiin. Parannuksina mm. tuplasti nopeutta, oikea ALU ilman laskutaulukoita sekä uusi Selectric-mallinen sähkökirjoituskone.

IBM teki myös prosessinohjausversion, malli tunnettiin tyypilla 1710, keskusyksikkönä 1620 Model I tai II. Ero "tavalliseen" oli 1711 -kaappi, jossa oli IO:ta sekä hyvin, hyvin alkeellinen keskeytystenhallinta. Tätä mallia pidetään ensimmäisenä riittävän luotettavana tietokoneena teollisuuden prossessien ohjaukseen.

Jos ajatellaan muistin hintaa kyseisenä aikana, tuntuu oudolta kuin paljon muistia tuhlattiin pelkästään numerojärjestelmään. Esim. luvun 65000 esittäminen vie kyseisellä 6-bitin järjestellyllä yhteensä 30 bittiä, binäärijärjestelmällä 8. Mutta vielä järjettömämmältä tuntuu merkkien esittäminen, ne näytetään kahdella desimaalilla, yhteensä 12-bitillä. Eikä merkistö edes sisällä pieniä kirjaimia... Ilmeisesti 50-luvun markkinoilla numeroiden selväjärkinen esittämistapa painoi vaakakupissa datatiheyttä enemmän.

Kaikesta ufoudestaan huolimatta 1620 oli todellinen menestys. Se teki mitä käskettiin luotettavasti ja se kykeni monimutkaiseen ongelmanratkaisuun kaikesta alkeellisuudestaan huolimatta. Model I:ta ja II:ta valmistettiin tiettävästi yhteensä noin 2000 kappaletta vuosina 1959-1970.




Vertailua uudempaan sukupolveen


Aikaisempi löytöni IBM 1800 edustaa numeroa uudempaa sukupolvea 1710:sta. Näiden sukupolvien ero on aivan huima; laskentatehoero on noin 80-kertainen ja muistiavaruutta noin viisinkertaisesti. Ja ennen kaikkea 1800 muistuttaa rakenteeltaan nykyaikaista tietokonetta, ei jonkinlaista outoa sota-ajan viritystä. Se käyttää luvuille binääristä esitystapaa ja kykenee rajattomaan määrään aliohjelmakutsuja. Lisäksi keskeytyksiä 1800:ssa on satoja ja jokaisella on oma prioriteetti.

IBM:n 50-luvun teknologiaa, SMS-kortti.
Ja sitten se 60-luvun versio, SLT.
Yksi 1620/1710:n SMS-kortti vastaa kytkennältään suurinpiirtein yhtä ainutta keraamista piiriä 1800:n SLT-kortilta, pakkaustiheys kasvoi puolijohteilla sukupolven aikana noin 20-kertaiseksi. Kehitys todellakin harppoi, sillä kaikki tämä tapahtui viiden vuoden aikana.




Kanavuoren yksilö


Takana IBM 1800 aka Heili, 1710:n henkinen seuraaja.
Tämä saamani 1620 on ollut osa 1710 -kokoonpanoa. Pieniä puutteita toki on, pöytälevy on kadonnut, muutama pelti ja Model B -sähkökirjoituskone. Kaikki sisukset näyttäisivät olevan paikallaan, eli erittäin hyvä lähtökohta entisöintiin. Uskoisin saavani tämän toimintakuntoon aika piellä työllä, puuttuvat osat ovat helppo valmistaa ja puuttuva sähkökirjoituskonekin varmasti joltain kirpputorilta löytyy.

Mutta muisti on varmasti menetty. Kaikki muistin teräsosat ovat paksun ruosteen peitossa ja jopa langat kasvavat kuparisulfaattia. Jälkimmäinen indikoi mitä suurimmalla todennäköisyydellä puhkimenneitä lakkauksia ja toimimatonta muistia. Kummallista kyllä, loput sähköistä ovat aivan tiptop-kunnossa, joten oma arvaukseni ruostumisen syyksi on muistin lämpötilan vaihtelu ja sen mukana tullut kondenssivesi.

Muisti on surullisessa kunnossa. Kannen aukaistuani
kaivoin sisältä kourallisen ruostetta.
Jenkkivahvistukseni Carl Claunch osasi vielä kertoa että 1620:n muistia vaivaisi toinenkin ongelma; juotoksen juuresta poikki syöpyvät muistilangat. Valmistuksen yhteydessä jäi tinaan epäpuhtautuksia, joka ajan saatossa syövytti langat poikki. Epäilemättä tämäkin yksilö kärsii kyseisestä vaivasta, sillä langat tuntuvat olevat irti reunajuotoksistaan.

Lähikuvassa sulfaatin kyllästämiä bittejä. Jokainen musta ferriittirengas varastoi yhden bitin. Renkaat ovat todella isoja, noin millin halkaisijaltaan. Kerrottakoon tässä yhteydessä, ettei näitä kukaan käsin tehnyt, vaikka myytti muisteja ompelevista naisista elää vieläkin vahvana. Jo 50-luvun lopulla tuotanto oli pitkälle automatisoitu.
Muistin lämmitykseen käytetään
vastusmattoa. Vastus on varmaankin
myös syypää muistin hurjaan
kuntoon, lämpötilan vaihtelut
 ovat pumpanneet kondessivettä
kotelon sisään aina katkeraan
loppuun saakka.
Korjausvaihtoehdot ovat seuraavat: korvata muisti puolijohteilla, langoittaa muisti uudestaan tai pultata jonkin toisen koneen ferriittimuistilohko syöpyneen tilalle. Viimeinen vaihtoehto on oikeastaan ainoa realistinen, uudelleen langoittaminen vaatisi todella masokistisen luonteen (120 000 ferriittirengasta ja jokaisesta neljä lankaa läpi...) ja puolijohdekorvike puolestaan tuntuu pyhäinhäväistykseltä.

Alkuperäisestä käyttötarkoituksesta tai omistajasta ei ole 100% varmaa tietoa. Kanavuoreen kone on lahjoitettu 1988, peräisin joko Valmetilta Jyväskylästä tai Summan paperitehtaalta. Ainoat vihjeet mitä koneesta löytyy, on jälkeenpäin liimattu tarra "IBM 1620 VALMET 1964".

Koneen "taso" on Level G, toiseksi viimeinen päivitys Model I:stä. Lisävarustelistalta on valittu epäsuoramuistinosoitus-, jakolasku- sekä 1311-optio. Jälkimmäinen vihje kertoo että kyseessä on ollut jokin iso kokoonpano kiintolevyin. Kovalevyt maksoivat enemmän kuin koko kone ja harvoilla valituilla oli mahdollista ostaa moisia kotkotuksia.

Uudenvuoden nurkilla 1968 on tarkisteltu sähkökirjoituskone-interfacen nokkahässäkkää. Kukahan KN oli?
En ole löytänyt teollisuushistoriikeista mainintaa 1710:stä, ainakaan Valmetilla. Muistelen nähneeni kuvan Valmetin Tourulan traktoritehtaan 1620:stä (jossain Valmetin historiaa käsittelevässä kirjassa), mutta kolmekymppisenä pää on sen verran jo pehmennyt että en ole ihan varma..?

Ainakin yksi 1710 on varmasti ollut Suomessa, Enso-Guitzetin Kaukopään tehtaalla. Olisiko tämä kulkeutunut sieltä Valmetille vai oliko heillä oma jossain paperikoneen kehittelyprojektissa? Saatan olla täysin väärässä ja varmaankin olen. Kaikki asiasta tietävät ottakoot yhteyttä!

Loppuun vielä fiilistelykuva.



Ps. Kuten aiemmin sanottua, Kanavuoren tietokonemuseo on ehdottomasti näkemisen arvoinen paikka. Auki torstaisin, katso lisätiedot sivuilta: http://suomentietokonemuseo.fi/ Museon väki tekee sen verran arvokasta vapaaehtoistyötä ja vieläpä pienin resurssein, joten jos ylimääräisiä pelimerkkejä on lompakossa, liittykää yhdistykseen ja/tai lahjoittakaa pelimerkit museolle sivujen kautta ;)

Pps. Jos jollain on nurkissa ylimääräinen IBM Model B -sähkökirjoituskone, niin otetaan vastaan. Vielä parempi jos sattuisi löytymään koko korroosiovapaa muistilohko ;)

IBM Model B



2 kommenttia:

  1. Koskas lisää tarinaa vehkeistä? Erittäin mielenkiintoista lueskeltavaa!

    VastaaPoista
    Vastaukset
    1. On ollut niin kiire oikeiden töiden kanssa, että blogi on ajautunut tyhjäkäynnille lähes vuodeksi. Mutta ei hätää, lisää on tulossa, toivottavasti jo juhannuksen jälkeen. Pari miltei julkaisukelpoista juttua odottaa vielä viimeistelyä, yritän raapia kasaan ne pikapuolin.

      Poista