Ламповый компьютер на базе телевизора

[Эрнесто де Сырно]

Тема не о игровых компьютерных приставках к телевизору... А использовании самого телевизора в качестве вычислительного устройства. 

В общем, у меня возникла очередная безумная идея. Хочу, чтоб знающие люди раскритиковали. 

Компьютер может быть создан в стимпанковом мире, где ламповая эпоха продолжалась достаточно долго.

Идея такова. 

Как устроен кинескоп? 

Электронная пушка выстреливает узкосфокусированный пучек электронов. Этот пучек пролетает мимо двух пар отклоняющих электродов. Затем пучек попадает в экран (который не проводит ток). Электроны вызывают свечение экрана. Одновременно возникает динатронный эффнкт - из телевизионного экрана выбиваются вторичные электроны. Если напряжение на экране положительное, то они возвращаются на экран. Если отрицательное, то перелетают на специальный собирающий электрод, аквадаг. 

Немного переделаем ЭЛТ. радом с экраном подвесим сетку. Тогда его можно использовать как память. Подаем на сетку единицу - вторичные электроны перелетают на сетку, на экране остается положительный заряд. Подаем на сетку ноль - электроны не могут улететь с экрана и остаются там. Получаем отрицательный заряд. Для считывания подаем на сетку единицу и измеряем ток. Считывание памяти уничтожает информацию. Поэтому сразу после чтения идет запись. 

Для адресации памяти направляем луч в определенную ячейку. Каждый пиксель экрана будет хранить один бит.

 

Все операции компьютер выполняет последовательно. А значит, для выполнения их нужно минимальное количество ламп. 

Байты считываем в последовательном виде. 

В памяти компьютера есть две электронно-лучевых пушки, A и B. И три особых ячейки памяти, A, B, P. В ячейке A хранятся данные, которые сейчас обрабатываются. 

На регистры A, B, P луч наводится по команде устройства управления, путем подтягивания к специальным резисторам. На прочие ячеки луч направляется через цифро-аналоговый преобразователь. 

Далее делаем однобитный АЛУ на лампах. Так как вся информация вылетает из памяти в последовательном виде, то и АЛУ можно сделать однобитным. Однобитный АЛУ может содержать минимальное число ламп. 

Он поддерживает всего две операции: логическое или-не и арифметическое сложение. 

Устройство управления. 

Оно содержит еще одну электронно-лучевую трубку. Электронная пушка формирует пятно не в виде точки, а в виде небольшого прямоугольника, вытянутого вдоль оси y. Каждый машинный цикл прямоугольник пробегает по экрану по оси x. На экране находится система анодных площадок, часть из которых заземлены, часть идут к проводам запуска отдельных устройств компьютера. 

Для выбора команд луч отклоняется по оси y. 

Цикл работы. На самом деле цикл состоит из большего числа этапов. Все циклы имеют одинаковую длину. 

1. Ставим луч А в ячеку P. 

Читаем адрес текучей команды, и скармливаем его ЦАПу. ЦАП ставит луч А на ячеку с адресом P.

2. Читаем команду по адресу P. Команда поступает в ЦАП и настраивает ось y в устройстве управления. 

3. Читаем адрес B  и наводим луч Б на соответствующий адрес. 

4. Выполняем команду. 

5. Записываем в последние 4 бита регистра P  адрес новой команды. Возвращаемся к пункту 1. 

 

 

 

 

[dragon.nur]

Гоогле характрон и трубка Уильямса-Килбёрна.

[sanitareugen]

Манчестерская "бэби" (1948), М-1 (1950), "Стрела" (1953). Кстати, на "Стреле" был обратный ход - одну из запоминающих ЭЛТ приспособили в качестве дисплея. А в рассказе Анатолия Днепрова "Суэма" на такой трубке был сделан искусственный разум (хотя в 1958 идея уже устарела, запоминающие ЭЛТ вытеснены ферритовой памятью)

[Эрнесто де Сырно]

М-1 (1950), "Стрела" (1953).

Как я понял, М-1 делает вычисления параллельно. Что мешает их делать последовательно, бит за битом? 

 

сделать вообще однобитный компьютер, который работает по приципу "считал 2 бита из памяти, выполнил операцию, загрузил результат в память, считал следующий. Так можно сделать компьютер с минимальным количеством ламп. По моим оценкам, менее 100. 

[Vasilisk]

однобитный компьютер, который работает по приципу "считал 2 бита из памяти, выполнил операцию, загрузил результат в память, считал следующий

 

Поздравляю, коллега, Вы придумали Машину Тьюринга.

[Эрнесто де Сырно]

Поздравляю, коллега, Вы придумали

Все компьютеры чем- то на  машины Тьюринга. 

В моем предложении основная хитрость -  выполнять все операции в последовательном виде. Так как память все равно не может считать два бита одновременно, то зачем нужны какие-то параллельные операции с несколькими битами? 

[Эрнесто де Сырно]

Система команд компьютера. 

0. Копирование в регистр А данных по адресу B.

1. Копирование по адресу B данных из регистра A.

2. Запись  следующих данных по адресу B

3. Запись следующих данных в регистр A.

4. Запись следующих данных в регистр B

5. Сложение A и Данных по адресу B и запись результата в A

6. Побитное выполнение операции Или-не с регистром A и данными по адресу B и запись результата в A. 

 

 

В компьютере нет аппаратных счетчиков (на них надо слишком много ламп). Поэтому приходится в конце каждой команды писать адрес следующей команды.

Бызусловные переходы есть в каждой команде. Для экономии памяти переходы возможны в пределах страниц по 32 команды в каждой. Для переходов на большее расстояние в регистр P  просто записывается новый адрес. 

Условные переходы отсутствуют. Но их можно делать путем изменены адреса в регистре P  или изменения команд. 

При помощи регистра B  можно обратиться к любой ячейке памяти.

Команда состоит из: 

3 бита номера команды

5 битов номера соедующей команды. 

У некоторых команд есть 8 бит данных. 

Размер регистров A, B, P - 12 бит. 

Команды 2, 3, 4 меняют только младьшие биты соответствующих регистров. Команды сложаения и копирования меняют все 12 бит. 

Адрес следующей команды пишется в старшие биты регистра P (10, 9, 8, 7, 6). Это связаннр с особенностями работы памяти. 

Еще о памяти. Адресация побитная, адрес состоит из двух частей: Y и X, соответствующих отклонению луча. Команда читается по оси x. При этом компьютер не может правильно прочитать команду, разные части которой имеют разные значения Y. 

 

 

[Rewolfer]

Есть на Youtube такой Артем Кашканов, который любит разное старинное электронное барахло, и в своё время пытался запилить компьютер на реле и на лампах. Не знаю как кому, но я посмотрел с интересом, правда только в плане экзотики. У него много разных видео, желательные можно найти самостоятельно.

Были компьютеры с памятью на ЭЛТ. Но это была только память, а не процессор.

[sanitareugen]

Как я понял, М-1 делает вычисления параллельно.

Э, о чём речь? М-1 не параллельный компьютер. М-10 - она параллельная, как и М-13. 

[sanitareugen]

ак как память все равно не может считать два бита одновременно, то зачем нужны какие-то параллельные операции с несколькими битами? 

Был такой анекдот времён появления машин "Урал", медленных даже для своего времени ("Урал-!" - длительность такта 10 миллисекунд, то есть 100 оп/с)

Поспорили два программиста, на транзисторах "Урал" или на лампах. Подошли к процессору, открыли дверцу, оттуда высовывается мужик со счётами - "Что, уже обед?"

Параллельность обработки битов числа позволяет повысить скорость ЭВМ. Прямо пропорционально длине обрабатываемого слова.

[Canis Dirus]

В моем предложении основная хитрость - выполнять все операции в последовательном виде.

LGP-30, G-15 и многие другие ЭВМ: «Ну да, ну да, пошли мы нахрен».

[Эрнесто де Сырно]

Ну да, ну да, пошли мы нахрен».

таки да, кажется я изобрел велосипед. Были в истории последовательные компьютеры. 

 

Не совсем понимаю, что мешало им распространиться шире. Производительность компьютера растеть пропорционально длинне слова. Но и количество элемнтов тоже. Вместе со стоимостью. Значит, последовательные машины должны занять экологическую нишу медленных, но дешевых машин. 

[Canis Dirus]

Не совсем понимаю, что мешало им распространиться шире.

Здесь должна была быть стилизация под передачу «Загадка дыры», но мне лень, так что вот вам просто ссылка: https://en.wikipedia.org/wiki/Moore's_law

[sanitareugen]

В стоимость машины входит не только процессор, но и память, а также внешние устройства. Грубо говоря, процессор, обрабатывающий одновременно n бит, содержит в n раз больше компонент, но в n раз быстрее. То есть нам нужна 1 машина вместо n "последовательных", а для n машин надо n блоков памяти и n комплектов периферии. Что чуть менее чем в n раз дороже. Чистая экономика.

Поэтому "последовательные" машины существовали, когда память была также побитная (магнитные барабаны и ультразвуковые линии задержки), а после перехода на ферриты, а затем на микросхемы вымерли. Видимо, из последних - игрушка Кенбак-1, "первый персональный компьютер", 256 байт ОП, 1000 оп/с производительность, при тактовой частоте 1 МГц - вот следствие "непараллельности" и в качестве ввода-вывода лампочки и выключатели, 1971 год

терминал с возможностью автономной работы Datapoint 2200 (1970 год) и калькулятор Хьюлетт-Паккарда (1972).

[sanitareugen]

Ну, а с ростом требований к производительности лимитировать стало не быстродействие устройств, а скорость света.

Кстати, машина с памятью на трубках и последовательного действия существовала, и не одна. Например, Эллиотт 150, артиллерийский вычислитель 1950 года, 16 трубок по 256 бит.

[Canis Dirus]

Поэтому "последовательные" машины существовали, когда память была также побитная (магнитные барабаны и ультразвуковые линии задержки), а после перехода на ферриты, а затем на микросхемы вымерли.

Ну, не совсем.  Это даже не вспоминая крайне специфических зверьков, навроде MC14500B.

[sanitareugen]

Моторола - контроллер, а Slav вообще "техноспорт", подозреваю.

[Звёзды Светят]

Если уж альтернативить  - то представить сложную МВМ - механическую  вычислительную  машину, произошедшую от вот этого Железного Феликса -

 

[Vasilisk]

произошедшую от вот этого Железного Феликса

 

 

 

Изменено 24 Jan 2023 пользователем Vasilisk

[Marlagram]

Даже последовательный ламповый компьютер без дополнительного обстрела персиками - штука офигительно много жрущая, хрупкая, нуждающаяся в квалифицированном обслуживании и требовательная к установке. Даже первые серийные транзисторы, когда они ещё были медленнее хороших ламп - позволяли делать дешевле и быстрее за счёт параллельности.

И да, электронные трубки для хранения - сильно не бюджетно, в этой нише им крайне трудно конкурировать с магнитными барабанами.

 

[Zenitchik]

механическую  вычислительную  машину, произошедшую от вот этого Железного Феликса -  

Арифмометр Чебышева (вернее - сумматор от него) в этом плане удобнее.

Изменено 3 Apr 2023 пользователем Zenitchik