Before microprocessors

Prima dei microprocessori (1) - Vintage computer technologies (before micros - 1)

Questa immagine (scarica la versione JPEG ad alta risoluzione, circa 650 KB) riproduce un poster del 1988 che raffigura lo sviluppo delle tecnologie di realizzazione dei calcolatori elettronici nel periodo 1946-1986 circa (vedi).

Il libro "I cervelli elettronici e le macchine meccanografiche" di C. Zandrino (Lavagnolo, 1961) è stato uno dei primissimi testi pubblicati in Italia che abbiano trattato estesamente, dal punto di vista delle applicazioni e dei possibili utilizzatori e non solamente a livello teorico, l'argomento "calcolatori elettronici", all'epoca visto ancora con timoroso rispetto da parte di molti. All'inizio degli anni Sessanta l'informatica nel nostro Paese muoveva i primi passi: i pochi elaboratori esistenti, in massima parte IBM, erano di proprietà di banche, compagnie di assicurazione ed Enti pubblici (ad esempio l'INPS). Non erano invece ancora penetrati nel settore industriale, con poche eccezioni significative tra cui FIAT, Pirelli e Montedison. L'autore si rivolge ad un pubblico appunto "aziendale" di manager ed imprenditori, cercando di mettere in luce pregi e difetti dei principali calcolatori elettronici disponibili sul mercato e ponendo sempre l'accento sulle loro applicazioni pratiche. Non manca qualche ingenuità, come ad esempio quando nella descrizione dell'IBM 7090, un calcolatore a transistor derivato dal precedente modello 709 ed esplicitamente progettato per eseguire complesse applicazioni scientifiche, egli scrive che questa macchina "trova applicazione nei calcoli ingegneristici così come nella contabilità e nelle paghe". Dubito che mai un 7090 abbia elaborato paghe od inventari! Il libro era comunque molto aggiornato, dal momento che il 7090 era stato presentato solo pochi mesi prima (Dicembre 1960). Le "macchine meccanografiche", termine oggi sconosciuto ai più, anche note come "macchine elettroncontabili", erano macchine elettromeccaniche scriventi progettate per compiere in modo semiautomatico alcune tipiche applicazioni d'ufficio, come ad esempio la tenuta della contabilità in partita doppia e dell'inventario, la redazione delle fatture di vendita e così via. Sono del tutto scomparse durante gli anni Settanta con l'avvento dei primi minicomputer per uso commerciale (per dare un'occhiata a questo variegato mondo ormai dimenticato: http://www.ntasrl.com/upload/documenti/Frammenti%20di%20vita%209.pdf).

Questa immagine raffigura un modulo plug-in a valvole fabbricato nel 1958 ed appartenuto, forse, ad un calcolatore UNIVAC - probabilmente un UNIVAC II oppure un più piccolo UNIVAC-120, considerato l’anno di fabbricazione. Contiene cinque doppi triodi "computer-grade" National 5963. Benché il produttore non sia identificabile con certezza (chi l’ha venduta su Ebay afferma che la scheda proviene da un lotto di materiali UNIVAC) questo modulo raffigura con efficacia la tecnologia impiegata nei calcolatori elettronici della cosiddetta "prima generazione".

Una delle schede della CPU di un calcolatore Philco Transac S-2000 (1957). Questa macchina è stata, assieme all'IBM 608, il primo calcolatore elettronico commerciale interamente a transistor. Gli ingegneri della Philco inventarono nel 1954 il Surface Barrier Transistor (SBT), il primo modello di transistor sufficientemente rapido (in termini di tempo di commutazione) per essere impiegato in circuiti digitali veloci. L'S-2000 deriva dal precedente modello S-1000 "SOLO", una rielaborazione a transistor dell'architettura dell'Univac 1103, prodotto in pochi esemplari per la Marina degli Stati Uniti. I transistor SBT vennero utilizzati anche in altri calcolatori elettronici degli anni Cinquanta, come il TX-0 del 1956 (primo calcolatore elettronico a transistor, sviluppato ai Lincoln Laboratories del MIT) e l'Univac LARC. L'S-2000 era un calcolatore progettato per usi scientifici, ispirato alla Macchina IAS, con architettura a 48 bit e virgola mobile a 36+12 bit; la memoria RAM centrale, a nuclei magnetici, era ampia 4 KB (espandibili a 64) con un tempo di accesso di circa 10 microsecondi. Il Transac S-2000 è anche conosciuto come "Philco 210". Philco rimase attiva nel settore dei calcolatori elettronici fino al 1965.

"In 1954, engineers at Philco Corporation invented the surface barrier transistor, the first transistor suitable for use in high-speed computers. Philco set up a computer activity - eventually a computer division - and in 1957 introduced the Philco Transac S-2000, the first large-scale, transistorized scientific computer system offered as a product by a computer manufacturer. In the spring of 1958, we were hired by Philco to organize a programming systems department to provide software support for the new computer system. We present part of the history of the Philco computer effort from one participant's point of view. Despite a number of successful installations, the Philco computer division lacked adequate resources to remain competitive in an area dominated by IBM, and Philco withdrew from the general-purpose computer field in 1965" (IEEE Annals of the History of Computing, vol. 26 issue 2, April-June 2004)

Vista dall'alto di una scheda di calcolatore Philco Transac S-2000 simile a quella raffigurata sopra (ma non identica). Si nota la realizzazione modulare, con una serie (20 o 21) di schedine contenenti due oppure 4 transistor ciascuna saldate al medesimo circuito stampato (PCB) di base. La CPU dell'S-2000 impiegava un nuovo tipo di circuito addizionatore (adder) asincrono, concepito per minimizzare il tempo di propagazione del riporto, sviluppato da tre ingegneri dell'Institute for Advanced Study all'inizio degli anni Cinquanta. I vari modelli dell'S-2000, e precisamente l'iniziale 210 cui seguirono il 211 ed il 212, vennero commercializzati a partire dal 1957 fino al 1966, anno in cui Philco ne cessò la produzione, si dimostrarono eccellenti e veloci sia nel calcolo scientifico che in altre applicazioni. Questi calcolatori erano macchine a 48 bit progettate per eseguire con efficienza operazioni in virgola mobile (floating-point); la RAM era ampia 64 Kword, con un tempo di accesso di soli 6 microsecondi (due volte più veloce dell'IBM 7094), poi ulteriormente ridotti a 2 microsecondi nel 1964, valore nettamente migliore di quello del supercalcolatore STRETCH (E. D. Reilly, Milestones in Computer science and Information technology, Greenwood Press 2003). Svariati sistemi S-2000 vennero acquistati dal Dipartimento della Difesa USA ed impiegati ad esempio dall'esercito nei propri laboratori missilistici (White Sands Missile Range, New Mexico).

I calcolatori Philco 2000 impiegavano transistor SBT oppure MADT (Micro-Alloy Diffused base Transistor) a seconda della frequenza operativa. In particolare il modello 210 usava gli SBT ed il 211 i MADT. Le schede componenti la CPU, del tipo di quella raffigurata qui sopra, contenevano fino a 18 transistor l'una. La maggior parte delle funzioni logiche era ottenuta dalla combinazione di due soli tipi di circuiti di base, un inverter (basato su transistor SB-102 nel modello 210 e 2N501 nel 211) ed un emitter-follower (SB-102 e, rispettivamente, 2N393). Il 2N393 è un Micro-Alloy Transistor mentre il 2N501 un vero e proprio MADT. L'SB-102 è un SBT come un altro transistor impiegato nel modello 210, il 2N345.

Scheda di un calcolatore elettronico Philco 212, o S-2000 Model 212 (1963, l'esemplare è del 1965). Questa macchina era un'evoluzione del calcolatore S-2000 costruita impiegando transistor di tipo FET (Field-Effect Transistor).

Tre schede del 1964, o forse 1962, appartenute ad un calcolatore UNIVAC a transistor. Montano transistor al Germanio fabbricati da RCA e da Western Electric (v.: http://www.geocities.jp/craft_3/Semiconductor/SONY_Transistor/sony_tr.html). Una scheda UNIVAC dello stesso formato contenente però valvole anziché transistor è raffigurata qui. E' probabile che appartenessero ad un UNIVAC 1105.

Altro esempio di schede UNIVAC a transistor dei primi anni Sessanta, con transistor NPN a giunzione al Silicio (vedi dettaglio in basso a destra), equivalenti ai Texas Instruments 903 (introdotti nel 1954).

Moduli cordwood della CPU di un calcolatore Burroughs B5000 (1961, questi esemplari sono del 1964). Il B5000, calcolatore di seconda generazione a transistor, è stato una macchina rivoluzionaria sotto molti aspetti, il primo dei quali consiste nell'essere stato progettato tenendo conto delle esigenze e delle caratteristiche desiderabili del software (sistema operativo e programmi). L'hardware del B5000, molto avanzato per l'epoca, incorporava molte soluzioni all'avanguardia (multi-processing, istruzioni per la manipolazione di stringhe, protezione della memoria, elevata modularità ecc.) ed era pensato per supportare al meglio i principali linguaggi di alto livello usati all'epoca (COBOL e ALGOL); questo calcolatore è stato, fra l'altro, il primo computer commerciale dotato di un meccanismo di memoria virtuale effettivamente funzionante. L'architettura di sistema del B5000 è stata replicata ed estesa da Burroughs e poi da Unisys nei successivi 25 anni, diventando così una fra le architetture più longeve nella storia dell'informatica.

Multiprocessors introduced during 1960s incuded the B5000 series (2 processors in 1963), the GE 645 (4 processors in 1965), the UNIVAC 1108 (3 processors in 1965), and the IBM System/360 model 67 (2 processors in 1967).

Dettaglio di un modulo del B5000, realizzato con tecnica cordwood di derivazione militare. Contiene 6 transistor. Lo stesso tipo di moduli è usato anche nei calcolatori Burroughs della serie B200 (vedi http://www.smecc.org/burroughs_b-200.htm).

Vedi: W. Lonergan, P. King, Design of the B 5000 system, in Bell, Newell, Computer structures: readings and examples, McGraw-Hill 1971, pp. 267-273.

Modulo della CPU di un calcolatore Burroughs B6500 (1966), direttamente derivato dal B5000.

Scheda di calcolatore IBM 7030 "Stretch" (1961). Il 7030 è stato il primo supercalcolatore IBM e, fino al 1964 (introduzione del CDC 6600) il più veloce calcolatore elettronico esistente. Questa macchina nasce da una specifica richiesta fatta nel 1954 alla UNIVAC e alla IBM dal Lawrence Livermore Radiation Laboratory dell'Università della California, ed in particolare da Edward Teller, che aveva bisogno di un nuovo e potente computer per l'esecuzione di complessi calcoli di idrodinamica tridimensionale (calcoli necessari allo sviluppo di bombe termonucleari). Ci si attendeva una macchina dal costo pari a circa 2,5 milioni di Dollari con una velocità di calcolo compresa tra 1 e 2 MIPS, valore elevatissimo per l'epoca. Al progetto lavorò, presso gli stabilimenti IBM di Poughkeepsie, un team di ingegneri del quale faceva parte anche Gene Amdahl. L'IBM si discostò notevolmente dalle richieste originarie, sviluppando una macchina molto più potente (con una velocità stimata di ben 10 MIPS) ma anche più costosa della previsione iniziale. Ciò spinse l'Università della California a scegliere il progetto concorrente, cioè quello della UNIVAC, che si concretizzò nel calcolatore decimale LARC. Nel 1956 IBM propose quindi il suo nuovo computer ai laboratori di Los Alamos (Los Alamos Scientific Laboratory, o LASL); lo sviluppo, durante il quale si decise di impiegare gli allora nuovi e veloci transistor a diffusione in luogo dei transistor a punte di contatto e degli SBT, durò fino al 1960, passando attraverso vari ripensamenti e riformulazioni successive, ad esempio per limitare il numero totale di transistor utilizzati (più di 200.000 nel progetto iniziale). Il contratto con il LASL prevedeva la realizzazione di un calcolatore con una velocità di circa 4 MIPS, cioè 100 volte più veloce dell'IBM 704. Il prezzo del 7030 venne fissato a ben 13,5 milioni di Dollari, un'enormità per quegli anni. Nel 1961, quando il primo esemplare venne installato presso il LASL, le prestazioni effettive risultarono molto inferiori alle attese: solamente 1,2 MIPS. A causa di ciò il prezzo venne ridotto a 7,8 milioni di Dollari.

Il 7030 (sopra una sua immagine da questo link IBM) ebbe uno scarso successo commerciale: ne vennero venduti solo pochi esemplari (9, per la precisione), la stragrande maggioranza dei quali negli Stati Uniti. Nonostante ciò questa macchina è storicamente importante per una serie di ragioni tra cui: 1) è stato il calcolatore nel quale IBM ha introdotto la tecnologia modulare SMS, ripresa poi in molti altri computer; 2) è stato il primo grande calcolatore interamente a transistor: ne conteneva circa 169.000; 3) con esso sono stati introdotti molti concetti ripresi nelle successive generazioni di calcolatori e tuttora utilizzati: in particolare la multiprogrammazione, la protezione della memoria, la gestione degli interrupt, il pipelining delle istruzioni, la logica di prefetch ed il memory interleaving. Il 7030 fa uso della prima generazione di moduli SMS, che differiscono in svariati aspetti da quelli "classici", più recenti. Ad esempio, i moduli del 7030 hanno un circuito stampato a due facce e tutti i transistor che "ospitano" sono disposti su due oppure quattro file.

Sull'IBM 7030: http://www.cs.clemson.edu/~mark/stretch.html (include una lista dei vari esemplari venduti). Vedere in particolare la sezione "The Legacy of Stretch" che riguarda l'influsso di questa macchina sull'architettura dei successivi mainframe IBM.

Un vecchio articolo di Datamation (1981) che illustra l'eredità architetturale dello Stretch.

Una descrizione completa dello Stretch, comprendente dettagli e foto relativi all'organizzazione dei circuiti è contenuta nell'articolo The engineering design of the Stretch computer di E. Bloch, in Bell e Newell, Computer structures: readings and examples, McGraw-Hill 1971, pp. 421-439.

Scheda (o modulo) IBM in standard SMS (Standard Modular System). Questo esemplare è del 1969. Lo standard SMS ha rappresentato uno dei primi tentativi di standardizzazione dei circuiti impiegati nei calcolatori elettronici. Introdotto col calcolatore IBM 7030 "Stretch", il primo computer IBM a transistor, è rimasto in uso fino alla fine degli anni Sessanta ed è stato utilizzato in molte altre macchine (608, 1400, 1620, 7000). In tutto furono prodotti più di 2.500 diversi tipi di moduli SMS, sia digitali (RTL, DTL e TTL) che analogici.

Vista del retro ("wiring side") del modulo SMS raffigurato sopra. Queste schede hanno una dimensione standard di 4,5 per 2,5 pollici (moduli singoli) oppure di 5,375 per 4,5 pollici (moduli doppi), con connettore a 16 contatti. Il circuito stampato è a singolo strato, progettato per il montaggio automatizzato dei componenti.

Scheda IBM SMS (Standard Modular System) ed apposito attrezzo per l'estrazione (SMS extractor tool) fotografati sullo sfondo di una pubblicazione tecnica IBM del 1962 (SMS Customer Engineering Instruction-Reference). La scheda contiene anche un modulo SLT (Solid Logic Technology), riprodotto in dettaglio in alto a destra.

Dieci esempi di schede a transistor la maggior parte delle quali appartiene a macchine fabbricate negli anni Sessanta. La Telemeter Magnetics, Inc. (TMI) è stata uno dei primi fabbricanti di memorie a nuclei magnetici; nel 1962 venne assorbita dalla Ampex (vedi http://ed-thelen.org/comp-hist/vs-magnetic-core.html, oppure questa pagina, oppure questo PDF con la riproduzione del Digital Computer Newsletter, Luglio 1956). La Anelex è stata per decenni un famoso fabbricante di stampanti ad alta velocità (vedi: http://www.cartridgesave.co.uk/news/6-massive-old-school-printers-how-they-were-advertised/). Del Burroughs B5000 si è già detto più sopra. La schedina CDC ospita un doppio flip-flop ed è stata fabbricata nel 1964 (apparteneva ad un CDC 3300, vedi più sotto). L'UNIVAC III (1960/2) era la versione a transistor del calcolatore UNIVAC (anche noto come UNIVAC-I). Maggiori informazioni su questa macchina si trovano qui: http://jwstephens.com/univac3/page_01.htm oppure anche qui: http://jwstephens.com/univac3/Univac3-uhn.html. Il sito bitsavers.org contiene alcuni documenti in PDF che la riguardano: http://www.bitsavers.org/pdf/univac/univac3/. Il General Electric GE-210 (1962) è un membro della famiglia di mainframe commerciali GE-200. In sintesi questa macchina è una versione ridotta ed economica del più potente GE-225, rispetto al quale ha meno canali di I/O e una RAM più piccola. Il GE-210 è descritto in questa pagina: http://archive.computerhistory.org/resources/text/GE/GE.210.1960.102646284.pdf.

Modulo contenente due schede appartenuto ad un Communication Processor di Control Data Corporation (CDC), 1964, con transistor discreti al Silicio.

Una delle 32 schede a transistor costituenti l’elettronica di una calcolatrice Wang Series 300 (1965, vedi).

Scheda di calcolatore elettronico Packard Bell (1966) con 8 transistor fabbricati da Sprague (vedi dettagli a destra).

Alla metà degli anni Sessanta (1967, scheda di un calcolatore militare Bendix): i computer di "seconda generazione" sono realizzati con componenti discreti a stato solido (transistor, diodi e componenti passivi). Per fare un calcolatore intero occorrevano centinaia, se non migliaia, di schede come questa, contenenti ciascuna una ventina circa di transistor.

Esempio di scheda di calcolatore militare (1966) a transistor, realizzata col metodo "wire-wrap". I transistor, tutti fabbricati da Texas Instruments, sono di tipo 2N404 e 2N599 e portano le diciture "USAF CGO" e "JAN CGO".

Una delle schede a transistor che componevano la CPU di un calcolatore CDC (Control Data Corporation) 160, un computer usato spesso come terminale per i sistemi CDC 1604 (prima macchina commerciale ad alte prestazioni realizzata interamente a transistor). La scheda raffigurata qui è del 1965.

Schede di un calcolatore CDC 6600 (1966). Il 6600, progettato da Seymour Cray, introdotto nel 1964 e prodotto fino al 1969, era un calcolatore di seconda generazione (a transistor) membro della famiglia CDC 6000; viene spesso considerato il primo supercomputer commerciale (l’IBM STRETCH non può essere considerato una macchina commerciale). Ne sono stati prodotti in tutto circa 120 esemplari (anche se questa fonte dice solo 50), una buona parte dei quali è stata acquistata da laboratori impegnati in ricerche in campo nucleare, soprattutto militare. Contrariamente ai precedenti calcolatori fabbricati da CDC, come ad esempio i modelli 1604 e 3000, il 6600 usa transistor a giunzione al Silicio (anziché al Germanio), fabbricati da Fairchild Semiconductors. In alto a destra si vede un dettaglio di questi transistor, di tipo sub-miniatura. Le schede che formavano la CPU del 6600 erano riunite a due a due a formare moduli ad alta densità e facilmente sostituibili; il tutto veniva raffreddato con scambiatori di calore a freon. La scheda più piccola è invece del tipo di quelle usate nei Peripheral Processors (PP) del 6600, ovvero dei processori di I/O che affiancavano la CPU principale del sistema.

Vedi: J. E. Thornton, Parallel operation in the Control Data 6600, in Bell, Newell, Computer structures: readings and examples, McGraw-Hill 1971, pp. 489-503.

Modulo logico completo proveniente da un calcolatore CDC 6600, simile a quello descritto sopra.

Modulo cordwood utilizzato nella memoria di un calcolatore CDC 6600 (1966; nel CDC Cyber 73 è impiegata una memoria analoga - vedi http://www.newbegin.com/html/misc__item_detail_51.html). In basso a sinistra un'immagine, tratta dal Web, che mostra la memoria completa (a nuclei magnetici). La tecnica "cordwood", in auge negli anni Cinquanta e Sessanta, consentiva di contenere le dimensioni dei moduli elettronici disponendo i componenti in modo assiale, tra due schede a circuito stampato. Questo metodo di fabbricazione dei circuiti elettronici nacque per impieghi militari e nel settore delle telecomunicazioni; a causa del costo elevato, solamente pochi produttori di computer (ad es. CDC, Ferranti) lo impiegarono estensivamente nelle proprie macchine. Cadde definitivamente in disuso con l'affermarsi delle tecnologie di montaggio superficiale (SMT).

Moduli logici della CPU di un calcolatore Control Data Corporation (CDC) 3300 (1965). La famiglia 3000, prodotta da CDC fino all'inizio degli anni Settanta, derivava dai precedenti calcolatori della serie 1600 (in particolare dal 1604). Si trattava di computer con architettura a 48 (fascia alta) oppure 24 bit (fascia bassa), pensati in origine per applicazioni tecnico/scientifiche e, rispettivamente, commerciali.

Schede della CPU di un minicomputer Honeywell della Serie 200 o H-200 (questi esemplari sono del 1970). Probabilmente appartengono ad un Model 110 del 1968. La Serie 200, introdotta nel 1963 per contrastare il successo dll'IBM 1401, è una famiglia di minicomputer per applicazioni commerciali sviluppata e prodotta da Honeywell ed in seguito da NEC (col nome NEAC-2200) fino al 1974, quando venne introdotta la più moderna Serie 60 Level 64 che includeva un emulatore dell'architettura H-200.

Scheda Olivetti (1969) con micromoduli "cordwood" a transistor, simile nell’organizzazione a quelle utilizzate nella Programma 101 del 1963 (vedi ad es.: http://www.classiccmp.org/dunfield/calc/index.htm). La logica è di tipo RTL (Resistor-Transistor Logic). Le schede sono costruite in modo tale da contenere il più possibile le dimensioni dei sistema. Questa scheda appartiene ad una Olivetti Logos 328 (1968, vedi), prima calcolatrice elettronica da tavolo prodotta dalla casa di Ivrea (sostanzialmente una Programma 101... non programmabile). Vedi: http://www.storiaolivetti.it/slideshow.asp?idPercorso=578.

Scheda di calcolatore UNIVAC (modello 1107...?) del 1967 contenente 7 transistor e vari componenti passivi (resistori e condensatori).

Altro esempio di scheda di calcolatore a transistor. Anche questa è una scheda UNIVAC ed è stata fabbricata nel 1968. Probabilmente apparteneva ad una macchina modello 9200.

Scheda UNIVAC, appartenente ad un sistema non identificato (9200?), contenente 12 amplificatori differenziali Corning (circa 1967) realizzati come circuiti ibridi thick-film.

La tecnologia SLT (Solid Logic Technology) di IBM, introdotta nel 1964 col calcolatore System/360 (vedi), è basata sull’impiego di circuiti ibridi a film spesso (thick film) contenuti in caratteristici contenitori di alluminio (metal can) delle dimensioni di circa 1 x 1 cm, rimasti poi in uso per decenni ed adattati a contenere anche veri e propri circuiti integrati. SLT, una tecnologia rivoluzionaria al momento della sua introduzione, è stata il primo e più diffuso processo industriale automatizzato di fabbricazione di circuiti elettronici "microminiaturizzati", il passo precedente ai circuiti integrati monolitici. I moduli SLT sono formati da una base (substrato) di ceramica sul quale venivano realizzate le connessioni circuitali e fissati i componenti (diodi e transistor). I resistori erano realizzati invece con procedimento serigrafico (silkscreen, vedi). Più moduli erano infine saldati su piccole schede multistrato (vedi sotto). L’utilizzo della tecnologia SLT, che offriva notevoli vantaggi in termini di affidabilità, dimensioni e velocità operativa, è stato una delle ragioni del successo del System/360 e di altri calcolatori che l’hanno impiegata (come l’IBM 1130). L’SLT si è evoluta alla fine degli anni Sessanta nella tecnologia Solid Logic Dense che permetteva un più elevato livello di integrazione e successivamente nella MST (Monolithic System Technology), introdotta nel 1969 ed utilizzata a partire dal 1970 con l’IBM System/370, basata su circuiti integrati monolitici. Il formato delle schede SLT è rimasto in uso per anni, fino alla metà degli anni Ottanta, ed è stato impiegato in moltissime macchine IBM. Queste schede sono dotate di caratteristici connettori "femmina" che le collegano al backplane il quale è specularmente caratterizzati dalla presenza di più file di connettori "maschio" (il contrario di quanto accade normalmente: IBM scelse questa soluzione perché garantiva maggiore affidabilità nelle connessioni tra schede e backplane).

Foto d'epoca per alcuni modelli di calcolatori IBM System/360, System 3 e System/370.

Un modulo SLT in un'immagine tratta da una brochure commerciale IBM dedicata all'introduzione del System/360 nel 1964. IBM puntò molto, a livello di marketing, sull'importanza dell'innovazione tecnologica determinata dall'introduzione dei circuiti integrati (ibridi, in questo caso) in un computer a larga diffusione come l'S/360.

Scheda IBM con circuiti SLT, primi anni Settanta. Le schede di questo tipo, altamente modulari, sono state fabbricate in più formati standard (questa è una "double height" o scheda a doppia altezza) ed a uno o più strati di circuito stampato (fino ad un massimo di due per i segnali e due per l’alimentazione). Le "piste" (connessioni) di quest’ultimo passano in mezzo ai punti di saldatura dei piedini dei moduli SLT. A seconda del formato le schede hanno un numero definito di punti di saldatura disponibili (546 in questo caso). I moduli SLT possono avere al massimo 16 piedini organizzati in una matrice 4x4 con passo di 125 mil (millesimi di pollice).

Questa insolita scheda IBM con moduli SLT (1967) contiene due integrati Sylvania in flat-package (a destra). A che macchina apparteneva? Non ne ho idea! Notate la non comune marcatura dei moduli (IBM-YV).

Dettaglio di uno dei due integrati Sylvania contenuti nella scheda raffigurata sopra. Sulla base di quanto riportato in questo interessantissimo sito dedicato ai primi integrati logici, dovrebbe trattarsi di un membro della famiglia SUHL (Sylvania Universal High-level Logic), prima famiglia logica TTL di successo (i primi integrati TTL in assoluto erano stati fabbricati qualche anno prima, nel 1961, dalla Pacific Semiconductors - poi TRW).

Integrati Sylvania SUHL (Sylvania Universal High-level Logic) in package CERDIP gold-plated, 1968/9. Vedi questa pagina.

Scheda con moduli MST, da un calcolatore IBM System/3. La tecnologia MST, introdotta nel 1968 col System/370, impiega package (contenitori) molto simili a quelli dei moduli SLD, a loro volta evoluzione dei precedenti SLT: quadrati con lato di 0,5 pollici, 16 pin (distanziati fra loro di 0,8 pollici - i moduli SLT avevano invece solo 12 pin). I chip sono montati rovesciati (face-down o flip-chip) su un substrato ceramico sul quale sono realizzate le connessioni con i piedini. Il tutto è ricoperto da gel protettivo a base siliconica (vedi: http://ibmcollectables.com/gallery/whittemore-1/logic_chips). L’unione tra chip e substrato è realizzata col metodo C4 (Controlled-Collapse Chip Connection). I moduli MST utilizzano un connettore di backplane femmina anziché maschio, simile a quello delle schede SLT - dettaglio in basso a sinistra. Le prime schede MST erano a singolo strato (single-layer); quelle multilayer furono introdotte successivamente negli anni Settanta. In queste schede tra un punto di saldatura e quello adiacente possono transitare fino a 3 piste di circuito stampato per ciascuno strato (vedi sotto).

Scheda con moduli MST facente parte della CPU di un calcolatore IBM System/370 Model 125 (1972, la scheda è dei primi anni Settanta). In basso a sinistra un dettaglio dei moduli, immediatamente a destra un dettaglio delle piste del circuito stampato che passano tra i punti di saldatura dei piedini.

La prima generazione di moduli MST (MST-1), che contengono integrati logici CSEF (una forma di ECL, la sigla sta per "Current Switch Emitter Follower"), è stata anche utilizzata nel System/3 (1969, vedi: http://www.corestore.org/3.htm) ed in parecchie periferiche IBM degli anni Settanta, nonché nei mainframe IBM 3033. Si tenga presente che prima dell'affermarsi degli integrati CMOS furono sviluppate parecchie famiglie logiche bipolari basate su altrettante varianti dell'ECL e della logica TTL. La famiglia System/3 è in effetti fabbricata impiegando un mix di tecnologie, in parte SLD (Solid Logic Dense, soprattutto nella sezione di I/O) ed in parte MST. Quest'ultima è stata oggetto nel corso degli anni di una serie di revisioni ed ammodernamenti noti (MST-2, MST-4…) che hanno riguardato tanto il packaging, ad esempio con l'introduzione di moduli più grandi, quanto i circuiti integrati veri e propri, passati alla logica TTL. Il formato originario dei moduli MST è tuttavia rimasto in uso per più di vent'anni, fino alla metà degli anni Novanta.

Durante gli anni Sessanta si sviluppa e si afferma la tecnologia dei circuiti integrati monolitici (il circuito integrato era stato inventato nel 1958). Dopo un periodo di incertezza circa la sua reale affidabilità, alla fine del decennio tutti i principali produttori di calcolatori utilizzano questa nuova tecnologia, che consente un notevolissimo risparmio di dimensioni e maggiore velocità di elaborazione. I calcolatori a circuiti integrati sono detti comunemente computer "di terza generazione". Qui un modulo DEC FlipChip (del 1973), del tipo di quelli usati nei minicalcolatori PDP. La tecnologia FlipChip (da non confondersi con l’omonima tecnica di montaggio dei componenti a semiconduttore) venne introdotta nel 1964, esattamente come l’SLT di IBM. Essa deve il nome al fatto che nelle prime schede di questo tipo erano effettivamente montati diodi e transistor realizzati con la tecnica di packaging "flip chip" (vedi). Il termine divenne quindi un marchio registrato di DEC e rimase in uso per anni.

Scheda Burroughs del 1969 con transistor ed integrati Philco (vedi dettaglio). Apparteneva ad un calcolatore L5000.

Scheda di calcolatore elettronico del 1970 (vedi dettaglio) con integrati SSI di Texas Instruments, Fairchild e Sylvania e componenti passivi. Faceva probabilmente parte di un calcolatore UNIVAC. Sylvania introdusse nel 1963 la prima famiglia logica TTL commerciale di successo, la SUHL (Sylvania Universal High-level Logic), fabbricata anche come second-source da Raytheon. Storicamente i primi integrati logici TTL furono prodotti nel 1961 da Pacific Semiconductors, diventata in seguito TRW.

Scheda di calcolatore Honeywell (probabilmente un minicomputer 316, vedi) del 1972 con circuiti integrati logici di tipo DTL (Diode-Transistor Logic) a bassa scala di integrazione (SSI) fabbricati da ITT, equivalenti alla serie 930 di Fairchild. Gli anni Sessanta vedono la nascita delle prime famiglie di circuiti integrati logici standardizzate, tra le quali si afferma in modo particolare la "Serie 74" di Texas Instruments, una vastissima famiglia di circuiti TTL realizzati con tecnologia bipolare.

Scheda logica di una calcolatrice elettronica Olivetti Logos 270. Questa macchina, presentata nel 1970, fu la prima "vera" calcolatrice elettronica Olivetti: il modello precedente, cioè la Logos 328 (1968), era in realtà una versione non programmabile del calcolatore da tavolo Programma 101 introdotto nel 1965. Della Logos 328 il modello 270 mantiene la memoria a linea di ritardo magnetostrittiva (delay-line), qui alloggiata nel contenitore rettangolare di alluminio. L'elettronica è formata da circa 150 integrati SSI DTL, fabbricati da ITT (vedi dettaglio), Signetics, Philco e Fairchild - il datecode è del 1969, la scheda è stata prodotta nel Marzo 1970. L'interno del modello 240, simile ma meno potente della Logos 270, è descritto dettagliatamente (compreso il funzionamento della linea di ritardo) qui: http://home.vicnet.net.au/~wolff/calculators/Tech/Logos240/Logos240.htm. Contrariamente all'antenata Logos 328, la 270 è interamente realizzata con circuiti integrati. L'integrato ITT nel dettaglio (MIC930) è una doppia porta NAND a quattro ingressi, elemento di base della famiglia DTL introdotta nel 1968.

La prima famiglia logica introdotta sul mercato è stata, nel 1962, la serie SE100 di Signetics (DTL). A questa ha fatto seguito l’anno successivo la "Series 930" di Fairchild. Sempre nel ’63 è quindi arrivata la prima famiglia TTL, la SUHL (Sylvania’s Universal High Logic) di Sylvania, seguita nel 1964 dalla SN5400 di Texas Instruments (anch’essa TTL) e quindi dalla famosa SN74xx, sempre di TI, nel 1966 (prima famiglia logica TTL contenuta in package plastici a basso costo). Nel 1968, con il progredire delle tecniche litografiche impiegate nella realizzazione degli integrati logici, comparvero i primi circuiti TTL MSI (con più di 100 gate logici per chip), in particolare le serie 9300 di Fairchild ed 8200 di Signetics. Ricordiamo che la logica TTL era stata brevettata ancora nel 1961 da James Buie della Pacific Semiconductor Co.

Integrato Texas Instruments SN514A in package flat-pack ceramico saldato su scheda per test (1961). La serie SN51x di Texas Instruments, introdotta nel 1960, è spesso riconosciuta come la prima famiglia di integrati logici commercialmente disponibile. La stessa TI aveva presentato qualche mese prima, nel Marzo 1960, il primo circuito integrato logico commerciale, l'SN502 (prodotto solamente per un breve periodo di tempo, e con tecnologia mesa anziché planare -sviluppata dalla Fairchild- come i successivi); tale circostanza è citata nel libro Introduction to Integrated Semicondutor Circuits di Khambata (McGraw-Hill, 1963): "[...] in 1960, Texas Instruments announced the introduction of the earliest product line of integrated logic circuits. TI's trade name is 'Solid Circuits' for this line. This family, called the series 51, utilized the modified DCTL circuit [...]". La maggior parte degli integrati SN51x sono stati destinati ad applicazioni militari ed aerospaziali; in particolare la NASA è stata in pratica l’unico utilizzatore su larga scala delle prime serie, quelle cioè in package ceramico. Due membri di questa famiglia, l’SN510 e l’SN514, sono stati i primi circuiti integrati impiegati in un veicolo spaziale, la sonda Interplanetary Monitoring Probe (IMP) lanciata nel Novembre del 1963. Gli SN51x sono circuiti DCTL (Direct-Coupled Transistor Logic, vedi), un tipo di logica inizialmente designata con la sigla RCTL (Resistor-Capacitor Transistor Logic), a motivo del fatto che ai resistori collegati alle basi dei transistor sono affiancati altrettanti condensatori, per aumentare la velocità di commutazione del circuito. La sigla "SN" sta per "Semiconductor Network" (letteralmente, rete di semiconduttori), termine utilizzato all’epoca da Texas Instruments per designare i propri circuiti integrati. L'SN514 è una doppia porta NAND/NOR a 3 ingressi (vedi).

"Engineer Bob Cook designed Series 51 DCTL, Texas Instruments' first planar IC family, to meet a low-power specification for the Optical Aspect Computer on NASA’s Interplanetary Monitoring Probe (IMP). Using the SN510 and SN514 as binary counters, flip-flops, and inhibiting circuits, the IMP satellite carried the first ICs into orbit in 1963. In 1962 TI won a contract from the Autonetics Division of North American Aviation to design 22 custom circuits for the Minuteman II missile guidance system. Clevite and Westinghouse also developed circuits for the Minuteman project, which by 1965 overtook NASA's Apollo procurement as the largest single consumer of ICs." (vedi questa pagina).

"Since TI and Fairchild were the co-inventors of the IC, one might expect that they would release the first commercial devices, and in fact this was so. In March, 1960, Texas Instruments announced the introduction of the earliest product line of integrated logic circuits. TI's trade name is Solid Circuits for this line. This family, called the series 51, utilized the modified DCTL circuit and the SN510 and SN514, were the first integrated circuits to orbit the Earth, aboard the IMP satellite, launched by the US on November 27, 1963 (see the nearby photo). Fairchild's prototype chips were announced in November 1960, and the company had introduced its first commercial integrated circuit, the same device as Dummer's a decade ago, a flip-flop (the basic storage element in computer logic), at an industry convention in New York in March 1961." (vedi questa pagina).

Coppia di moduli (1968) con integrati logici Texas Instruments della Serie 51 e della serie SN33 "Minuteman Logic", così chiamata perché impiegata prevalentemente in impieghi militari come ad esempio l'elettronica di governo dei missili balistici a largo raggio Minuteman.

Esempio di integrato logico TTL a bassa integrazione (SSI): un SN7401 fabbricato da Texas Instruments nel 1967, in package small-flat per impieghi militari (qui nel suo contenitore originale). Il 7401, uno dei più diffusi componenti della Serie 74, contiene quattro porte logiche NAND a due ingressi, con output open-collector. La sigla "SN" è l'abbreviazione di "Semiconductor Network" (rete di semiconduttori), termine impiegato da Texas Instruments nei primi anni Sessanta per indicare i circuiti integrati.

Circuito integrato TTL della Serie 74 (questo è una tripla porta NAND a tre ingressi, 7410) in package small-flat fabbricato nel 1966 da Texas Instruments. Il modulo era probabilmente utilizzato per la prova delle caratteristiche dell'integrato.

Principali tappe nello sviluppo della tecnologia dei semiconduttori e dei circuiti integrati

1941: messa a punto delle tecniche per produrre monocristalli di Silicio di elavata purezza, indispensabili nella fabbricazione di transistor.

1947: invenzione del transistor a punte di contatto (J. Bardeen e W. Brattain).

1948: sviluppo teorico del transistor a giunzione p-n-p (W. Shockley, Bell Labs).

1951: fabbricazione del primo transistor a giunzione al n-p-n (G. Teal e M. Sparks). Il transistor a giunzione è una forma di transistor molto più affidabile e facile da produrre dell'originario tipo a punte di contatto.

1951: sviluppo del processo di raffinazione a zone (zone-refining) per produrre Silicio ultra-puro (W. Pfann e H. Theurer).

1952: viene pubblicato per la prima volta il concetto di "circuito integrato" (W.A. Dummer, "Solid block with layers of insulating materials", 7 Maggio 1952).

1954: primo transistor commerciale al Silicio (Texas Instruments, 10 Maggio 1954).

1955: sviluppo dei primi processi di diffusione per la fabbricazione di transistor (C. Lee e M. Tanenbaum, Bell Labs).

1955: introduzione della mascheratura con film di ossido di Silicio durante il processo di diffusione (C. Frosch e L. Derick).

1955: primo transistor FET commerciale (Field-Effect Transistor, Bell Labs).

1956: applicazione delle tecniche di fotolitografia ai processi di mascheratura e diffusione (J. Andrus e W. Bond).

1958: primo prototipo di circuito integrato monolitico (J. Kilby, Texas Instruments, 12 Settembre 1958). Qualche tempo prima, il 24 Luglio 1958, Kilby aveva sviluppato il primo progetto teorico di circuito integrato. Nel 1959 l'idea venne infine brevettata dalla stessa Texas Instruments (U.S. Patent 3.138.743 "Miniaturized electronic circuit"). Per questa invenzione Kilby ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 2000.

1959: introduzione del processo "planare" per la fabbricazione dei transistor al Silicio (J. Hoerni, Fairchild). Questo processo è stato applicato per fabbricare circuiti integrati monolitici, nei quali cioè tutti i componenti e le relative interconnessioni sono ottenuti nel medesimo "blocco" di Silicio: il dispositivo di Kilby prevedeva invece interconnessioni mediante fili sottili di oro o argento, delicati e di difficile realizzazione. Il processo "planare" è stato perfezionato, sempre nel 1959, da K. Lehòvec della Sprague Electric. L'idea di utilizzare uno strato sottile di metallo deposto mediante evaporazione (strato di metallizzazione) per realizzare le interconnessioni è stata infine sviluppata, anch'essa nel 1959, da R. Noyce alla Fairchild. Sulle tecnologie dei primi transistor vedi: http://sites.google.com/site/transistorhistory/early-transistor-technologies.

1959: primo brevetto di circuito integrato monolitico, producibile in grandi quantità, fabbricato col processo "planare" (R. Noyce, J. Last).

1960: sviluppo del processo di deposizione epitassiale (epitaxial deposition) per la fabbricazione dei transistor e dei circuiti integrati, un elemento chiave della moderna tecnologia dei semiconduttori.

1961: definitiva affermazione dei transistor al Silicio nelle applicazioni ad alta velocità.

1961: primi circuiti integrati logici commerciali (Texas Instruments, Fairchild).

1963: invenzione della logica CMOS (F. Wanlass, Fairchild), che ha permesso di ridurre fino a 6 ordini di grandezza il consumo di energia dei circuiti integrati rispetto ai modelli bipolari e PMOS (la logica CMOS venne brevettata nel 1967, U.S. Patent 3.356.858 "Low Stand-By Power Complementary Field-Effect Circuitry").

1963: introduzione delle prime famiglie logiche standardizzate e del primo circuito integrato PMOS (RCA).

1963: primo brevetto di memoria RAM statica a circuito integrato (R. Norman, Fairchild) .

1964: introduzione su scala industriale dei circuiti integrati ibridi (IBM SLT).

1964: invenzione della stampante a contatto, utilizzata nella fabbricazione dei circuiti integrati per l'esposizione dello strato di photoresist.

1964: primo circuito integrato NMOS commerciale (R. Norman, General Microelectronics).

1964: primo circuito integrato analogico (D. Talbert e R. Widlar, Fairchild).

1964: primo progetto di RAM statica MOS a circuito integrato (J. Schmidt, Fairchild).

1965: introduzione dei circuiti integrati monolitici nei grandi calcolatori elettronici (Burroughs B2500, RCA Spectra-70, SDS Sigma 7).

1965: introduzione dei contenitori standardizzati in formato DIP (D. Forbes, R. Rice e B. Rogers, Fairchild).

1965: prime RAM statiche sperimentali a circuito integrato (B. Augusta, P. Castrucci).

1965: primo circuito integrato con più di 500 transistor, uno shift-register da 100 bit di capacità (General Microelectronics).

1966: prime RAM a circuito integrato bipolare (T. Longo, Transitron per Honeywell).

1966: introduzione dei primi programmi CAD per la progettazione dei circuiti integrati.

1966: introduzione della tecnica "Self-Aligned Gate" per la fabbricazione di integrati MOSFET (Bower e Dill).

1966: sviluppo della tecnologia "silicon gate" per la fabbricazione degli integrati MOS (R. Kerwin, D. Klein e J. Sarace, Bell Labs).

1966: invenzione della DRAM con cella a singolo transistor (R. Dennard, IBM), il cui funzionamento si basa sulla carica elettrica immagazzinata in una giunzione, "caricata" e "scaricata" sotto il controllo di un transistor FET. Tutte le moderne DRAM derivano da questo prototipo.

1967: introduzione dei transistor NMOS nella realizzazione di memorie a semiconduttore (Wegener, Lincoln, Pao, O'Connel, Oleksiak).

1968: primo integrato MOS "silicon gate" commerciale (F. Faggin e D. Klein, Fairchild - F3708).

1969: invenzione della logica TTL-Schottky, che aumenta la velocità dei circuiti integrati TTL.

1969: prime DRAM MOS commerciali a circuito integrato da 1 e 2 Kbit (Four Phase Systems e Advanced Memory Systems).

1969: invenzione della tecnologia BiCMOS (Lin, Ho, Iyer e Kwong, "Complementary MOS-Bipolar Transistor Structure").

1970: le RAM MOS a circuito integrato superano in prestazioni ed affidabilità le memorie a nuclei magnetici.

1971: invenzione del microprocessore (T. Hoff, S. Mazor, M. Shima e F. Faggin, Intel).

1971: invenzione della EPROM cancellabile mediante esposizione a radiazione UV (D. Frohman).

Negli anni Sessanta la richiesta da parte dei fabbricanti di mainframe (grandi calcolatori) di dispositivi logici veloci e con funzioni particolari portò alla nascita dei primi integrati ASIC (specifici per una determinata applicazione), fabbricati su richiesta e secondo le specifiche del cliente da case quali Fairchild e Signetics. I primi calcolatori ad impiegare circuiti integrati furono lo Spectra 70 di RCA (1965) ed i Burroughs 2500/3500 (1966). La macchina RCA utilizzava circuiti integrati con logica CML (Current-Mode Logic) progettati internamente e realizzati da Fairchild. Gli ingegneri della Burroughs cooperarono sempre con la Fairchild per la realizzazione degli integrati CTL (Complementary Transistor Logic) impiegati appunto nei sistemi 2500/3500 ed in altri calcolatori (ad esempio gli HP 3000). Nel 1962 infine Motorola sviluppò la prima famiglia logica ECL, la MECL impiegata in svariati progetti di mainframe e minicomputer durante gli anni Sessanta e Settanta a motivo della sua velocità.

La maggior parte degli ASIC appartengono a due categorie: "gate array" e "standard cell". I gate array sono matrici di porte logiche (in origine di singoli transistor) che possono essere connesse tra loro per formare un circuito complesso corrispondente alle specifiche richieste dal cliente in fase di progetto. I primi gate array commerciali sono stati nel 1967 i DTL/TTL 4500 della serie MicroMatrix di Fairchild, contenenti 32 porte NAND. Questa famiglia consentiva la realizzazione di circuiti logici personalizzati utilizzando appositi programmi di CAD. All’inizio degli anni Settanta si affermò la famiglia ULA (Uncommitted Logic Array) di Ferranti. Nel 1974 International Microcircuits introdusse invece la prima famiglia di gate array CMOS. Gli ASIC "standard cell" sono basati sull’assemblaggio in un unico circuito integrato di più blocchi predefiniti che compongono una libreria (library) di funzioni logiche, note col nome di "celle" (cells). I primi ASIC standard cell (MOS) furono all’inizio degli anni Settanta le famiglie MicroMosaic di Fairchild e Polycell di Motorola. L’impiego di programmi CAD per lo sviluppo degli ASIC venne reso popolare da due produttori divenuti in seguito i principali protagonisti di questo mercato: VLSI Technologies (fondata nel 1979) e LSI Logic (nata nel 1981).

La ROM a circuito integrato (TTL) venne introdotta nel 1965 da Sylvania con una capacità di 256 bit. Sempre nel 1965 venne introdotta da parte di General Microelectronics la prima ROM MOS, più lenta ma di maggiore capacità (1.024 bit).

La prima RAM statica (SRAM) realizzata come circuito integrato (bipolare) venne brevettata nel 1963 da R. Norman della Fairchild. Nel 1965 dalla collaborazione tra IBM, Signetics e Scientific Data Systems (SDS) nacque la SRAM TTL SP95, con una capacità di 16 bit, impiegata nel calcolatore System/360 Model 95, originariamente progettato per la NASA. Nel 1966 venne presentata la RAM statica da 16 bit, anch'essa TTL, TMC3162 fabbricata da Transitron ed utilizzata da Honeywell in diversi minicomputer tra i quali il 4200. Altre SRAM di prima generazione da 16 bit sono la Fairchild 9033, la Sylvania SM-80 e la SN7481 di Texas Instruments. Tra le più vecchie memorie statiche a 64 bit ci sono invece la Texas Instruments SN7489, l'Intel 3101 (1969) e le Fairchild 9035 e 93403 (1969/70). All'inizio degli anni Settanta vennero fabbricate le prime SRAM da 128 e da 256 bit, usate inizialmente in calcolatori quali l'IBM System/360 Model 145 e l'ILLIAC IV (1970). La prima RAM statica TTL a 256 bit è stata la Fairchild 93410 (1970). Nel 1976 fecero la loro comparsa le SRAM bipolari da 1 kbit (1.024 bit), TTL ed ECL, tra cui la Fairchild 10415 impiegata nel supercomputer Cray 1.

Schedina con integrati 3C Micro-PAC (fine anni Sessanta). "3C" è l'acronimo di Computer Control Company, società fondata nel 1953 da ex-impiegati della Raytheon (vedi: http://www.series16.adrianwise.co.uk/history/ccc.html). La 3C produceva principalmente apparecchiature elettroniche per il Ministero della Difesa USA. Sviluppò a partire dalla fine degli anni Cinquanta una serie di moduli logici standardizzati da impiegare nella progettazione di calcolatori elettronici ed altri apparati. La prima serie, basata su valvole, uscì col nome di "V-PAC"; venne quindi rimpiazzata nel 1959 dall'equivalente a transistor (T-PAC). Nel 1960 3C introdusse la serie "S-PAC" a basso consumo. Quest'ultima fu utilizzata nella realizzazione del DDP-116 (1963), un calcolatore noto per essere stato il primo minicomputer commerciale a 16 bit. Nel 1966 venne infine introdotto il suo successore DDP-516 la cui logica si basava sui moduli Micro-PAC o M-PAC del tipo di quello raffigurato qui sopra. Questi moduli sono stati una delle primissime applicazioni commerciali dei circuiti integrati logici. I moduli S-PAC e Micro-PAC vennero impiegati anche come base per le apparecchiature digitali sviluppate da 3C per il settore aerospaziale, ad esempio per le sonde Mariner della NASA. Sempre nel 1966 3C venne venduta alla Honeywell di cui diventò una divisione nota col nome di "Computer Control Division", e tale rimase fino al 1970. Vedi anche: http://www.series16.adrianwise.co.uk/history/TCMR-V15.html.

Scheda generatrice di caratteri (character generator) per terminale video, 1971, con integrati fabbricati da Electronic Arrays: in basso a sinistra uno shift register EA1201 e a destra una ROM MOS EA4010.

Un'altra scheda con integrati Electronic Arrays (memorie masked-ROM bipolari), in questo caso uno dei moduli di un calcolatore militare del 1976 (non conosco il modello né il fabbricante). Sulla scheda si trovano integrati di parecchie case diverse, a parte la EA (Electronic Arrays): RCA, Signetics, Fairchild, Texas Instruments, Solid-State Scientific (poi Thomson-CSF), National Semiconductor. Vedi: http://www.computerhistory.org/semiconductor/companies.html.

Questa scheda IBM del 1976 (a quale macchina apparteneva? qualche idea in proposito? mi è stato indicato che potrebbe aver fatto parte di un IBM 3790 Communications System, http://ed-thelen.org/comp-hist/IBM-ProdAnn/3790.pdf) contiene integrati FET LSI (i componenti ceramici bianchi, in basso un dettaglio dei piedini, dei quali uno isolato), moduli MST e integrati TTL standard fabbricati da Texas Instruments, National e Signetics. Questo tipo di integrati (FET LSI) è stato utilizzato anche nell'IBM 3740 Data Entry System del 1973 (vedi: http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/rochester/rochester_4016.html), che è stato il primo prodotto commerciale IBM ad utilizzare tale tecnologia. Detto per inciso l'IBM 3790, annunciato nel 1975, è stato uno dei primissimi sistemi distribuiti (vedi: http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_3790) nonché l'antenato diretto del più noto IBM 8100, diffuso anche nel nostro Paese in molte aziende ed Amministrazioni pubbliche (vedi ad esempio, per quanto riguarda l'INPS, questo documento del 1981).

Memoria a nuclei magnetici fabbricata da CDC, 1973 (capacità 32 Kword). Apparteneva probabilmente ad un CDC 3500, un calcolatore con CPU a 48 bit appartenente alla famiglia CDC 3000 (1965/7). Sulle tre schede riunite in un unico modulo (vedi dettaglio in basso a destra) si trovano integrati TTL Texas Instruments delle Serie 74 e 75. Nel dettaglio in basso a sinistra è visibile un Memory Core Driver SN75325 (vedi: http://ed-thelen.org/comp-hist/Byte/76jul.html, http://penguincentral.com/docs/04.htm).

Questa RAM a nuclei magnetici fabbricata da Electronic Memories nel 1968 ha una capacità di 72 kbit. In alto a sinistra un dettaglio e, in basso a destra, una vista ravvicinata dei nuclei.

Scheda di memoria RAM a nuclei magnetici appartenuta ad un calcolatore CDC Cyber (1969). La capacità è di 64 K per 16 bit. Questa è una delle schede di memoria a nuclei di più alta capacità singola. In basso a destra un dettaglio dei nuclei.

Memoria a nuclei magnetici (1978), impiegata forse in un calcolatore IBM System/4. Tutti i circuiti integrati (TTL?) sono contenuti in package ceramici SMT e sono fabbricati da Texas Instruments (in basso a sinistra un dettaglio) oppure da AMD.

Dettaglio della memoria a nuclei magnetici NCR da 8 kbit visibile più in basso (faceva parte dell'elettronica di un terminale POS del 1977). I fili di colore arancione sono i "sense/inhibit wire" che servono per la lettura della memoria. Ciascun nucleo è attraversato da 3 fili: due di controllo, verdi ("drive lines") ed uno di lettura. Tutte le memorie a nuclei, con l'eccezione delle prime realizzate che si basavano invece su quattro fili (le funzioni "sense" ed "inhibit" erano svolte da due fili separati), seguono questo schema. Il lato lungo dell'immagine è pari, nella realtà, a circa 1 cm (Nikon Coolpix 5000).

Campioni (sample) di elementi magnetici BIAX, fabbricati dalla Aeronutronic Division della Ford (circa 1965). Si tratta di blocchetti di ferrite dotati di due fori con assi fra loro perpendicolari (BIAX è acronimo di BI-AXial), ognuno di quali è attraversato da un filo conduttore che serve per la scrittura e, rispettivamente, per la lettura. Questi elementi possono essere utilizzati per la realizzazione sia di porte logiche (gate, negli anni Sessanta non era così insolito l'uso di elementi magnetici per ottenere circuiti logici digitali) che di memorie. Queste ultime, rispetto alle ordinarie RAM a nuclei, avevano due vantaggi: il primo consisteva nel fatto che la lettura era non distruttiva (NDRO, Non-Destructive ReadOut), cioè non implicava la cancellazione e la seguente ri-scrittura del contenuto di una data locazione di memoria; il secondo, che ciascun elemento veniva controllato con due soli fili, anziché con tre. Questo genere di memorie però, al pari di altre RAM NDRO dell'epoca (ad es. il Fluxlok, transfluxor e la plated-wire memory) non ha avuto successo commerciale, in primo luogo a causa dei costi elevati e dell'altrettanto elevato ingombro (se paragonato ai classici nuclei). Memorie basate su elementi BIAX sono state tuttavia impiegate in svariate applicazioni (calcolatori di bordo, ad esempio) dalla NASA, come si può leggere qui (si ricordi che le memorie a nuclei magnetici sono poco sensibili all'effetto delle radiazioni, dunque si adattano bene agli impieghi aerospaziali). Tra i pochi computer che hanno usato memorie BIAX c'è il Packard Bell 440 del 1964, vedi ad es. in http://ed-thelen.org/comp-hist/BRL64-p.html e l'Univac LARC.

"The BIAX digital computer elements are completely new magnetic memory and logic elements. They are multi-aperture devices fabricated out of conventional ferrite materials and are, generally speaking, an order of magnitude faster than present magnetic devices. To attain these speeds, they employ a fundamentally different principle of operation than is used with existing ferrite core and multi-aperture units. The BIAX principle employed is one of flux interference, not flux steering as is common in most multi-aperture devices. In addition to increased speeds, the BIAX elements also have important environmental advantages and are capable of operation at high temperatures. Another important advantage of the elements is their non-destructive read characteristic. Important cost savings also appear to be achievable with these units, particularly in terms of the logic elements. These BIAX memory and logic elements are the result of approximately two and one half years of work conducted in Aeronutronic's Computer Research Laboratory. The elements have been reduced to practice and are currently in production. Aeronutronic is applying these BIAX techniques to a number of commercial and military projects where multi-megacycle data processing is a requirement."

Memoria ROM a "matrice di diodi" ("diode-matrix ROM"), 1967, il fabbricante è sconosciuto. Tecnicamente è equivalente ad una ROM a maschera (mask ROM). Questo tipo di ROM era usato negli anni Sessanta e Settanta come firmware, più precisamente come memorie per il microcodice (control store), o come memoria di boot in molti calcolatori elettronici, piccoli e grandi. Le varie istruzioni sono permanentemente "memorizzate" collegando dei diodi (visibili nel dettaglio in basso a destra) in corrispondenza dei desiderati incroci tra le righe (word-line) e le colonne (bit-line) di una matrice di dimensione prefissata. Altri impieghi comuni delle ROM a matrice di diodi erano la codifica della tastiera e dei caratteri a video nei terminali e la programmazione delle calcolatrici elettroniche da tavolo. La scheda a destra contiene integrati RTL Motorola in package TO-99.

Classico esempio di boot-ROM a matrice di diodi: una scheda DEC M847 (1975), per PDP-8. Questa memoria contiene solo le poche istruzioni necessarie all'avvio del sistema ed al caricamento del sistema operativo (bootstrap). La capacità è di 32 word (parole di memoria) a 12 bit (il PDP-8 è un minicomputer a 12 bit, appunto). Vi sono in tutto 64 colonne di diodi, ciascuna delle quali corrisponde ad una half-word (mezza parola di memoria) da 6 bit. La presenza di un diodo corrisponde alla memorizzazione in quella posizione di un "1" binario.

Scheda di calcolatore (1974, il fabbricante non è identificabile con certezza) interamente realizzata con circuiti logici (TTL) a bassa scala di integrazione prodotti da Fairchild (dettaglio), appartenenti alla serie 9000 "Micrologic" (alternativa alla più nota "Serie 74"). La maggior parte dei minicomputer degli anni Settanta è basata su circuiti realizzati con integrati (bipolari) logici TTL di questo tipo ed in particolare, appunto, della "Serie 74" che è divenuta rapidamente uno standard industriale universalmente riconosciuto. Nel periodo compreso tra la metà degli anni Sessanta e quella dei Settanta sono state sviluppate molte diverse famiglie di circuiti logici SSI, tanto TTL che DTL (Diode-Transistor Logic), RTL (Resistor-Transistor Logic) ed ECL (Emitter-Coupled Logic). La gran parte di esse è scomparsa dal mercato nel giro di pochi anni ed alcune non hanno mai raggiunto la produzione di massa. Praticamente tutti i fabbricanti di circuiti integrati (vedi Fairchild, Motorola, Signetics, Philips...) avevano all’epoca in catalogo una o più famiglie logiche di vario tipo. Fairchild è stata nel 1964 il primo produttore di integrati logici commerciali (di tipo RTL).

Scheda "disk controller" per minicomputer Data General NOVA, 1978, realizzata con integrati TTL a bassa scala di integrazione ed alcune memorie ROM (a destra, fabbricate da Intersil). In basso a sinistra un dettaglio dei circuiti contraddistinti dal marchio di Data General.

Schede di calcolatori elettronici digitali (una fabbricata da Transidyne General Inc., 1973, l’altra da Triumph Adler, 1972) che utilizzano circuiti integrati logici TTL e componenti a media scala di integrazione quali memorie ROM da 512 byte, ALU 74181 e shift-register a 32 bit Texas Instruments TMS3112.

Prima famiglia commerciale di integrati logici CMOS - First commercial family of logic CMOS ICs (RCA CD4000)

Unità aritmetica (ALU) di un registratore di cassa Bizerba (1974) fabbricata con integrati TTL e CMOS a bassa/media scala di integrazione. Sulla scheda, visibili in basso a sinistra, si trovano alcuni circuiti logici a bassa scala di integrazione (SSI) CMOS della "Serie 4000", appartenenti all’originaria famiglia "CD4000 COS/MOS" prodotta da RCA a partire dal 1969, come alternativa a basso consumo alla Serie 74. La "Serie 4000" è stata la prima famiglia di integrati logici MOS di successo; durante gli anni Settanta ed Ottanta praticamente tutti i principali fabbricanti di chip (in modo particolare Motorola) hanno prodotto circuiti di questa serie. La famiglia di integrati logici Philips FE deriva dalla precedente serie DTL FC (1967), di cui è una trasposizione in TTL; in questi circuiti, la terza lettera della sigla indica il tipo di dispositivo, inteso come "categoria" di circuito logico: ad es. "H" denota le comuni funzioni logiche elementari (gate) AND, NAND, OR ecc.; "J" i flip-flop, "K" i monostabili e così via.

Due schede di un calcolatore militare con integrati TTL della Serie 74 e circuiti MOS fabbricati da RCA (1977), in alto un multiplexer/demultiplexer CD4051BD del 1976; in basso a sinistra un amplificatore operazionale AMD LM107H, funzionalmente equivalente ai ben noti LM101 e 741. Tutti i componenti sono rivestiti di resina epossidica trasparente per proteggerli dall'umidità. I componenti rotondi (package TO) più grandi sono amplificatori operazionali fabbricati da General Instrument.

Elettronica di una calcolatrice da tavolo IME (Industria Macchine Elettroniche, società del Gruppo Edison, 1973) basata su circuiti integrati AMI (American Micro-systems Inc.). AMI, fondata nel 1966, è stata uno dei primi fabbricanti di integrati MSI/LSI MOS. Ha realizzato circuiti custom per quasi tutti i principali produttori dell’epoca (vedi).

La logica di un terminale POS fabbricato dalla NCR (1977), con integrati LSI MOS (a sinistra un dettaglio), circuiti ibridi e una memoria a nuclei magnetici da 8 kbit (in alto a destra un dettaglio).

Una delle due schede costituenti la CPU di un calcolatore Olivetti P6060, un personal computer presentato nel 1975 (vedi, la scheda raffigurata è del 1976), notevole perché è stato il primo personal Olivetti (se si esclude la Programma 101) e perché è stato il primo calcolatore da tavolo con floppy disk integrato (da 8 pollici, 256 KB). La CPU del P6060, interamente realizzata con integrati logici TTL, è suddivisa su due schede (denominate rispettivamente PUCE1 e PUCE2).

La ALU bit-slice (Aritmetic-Logic Unit, unità aritmetico/logica) 74181 è un circuito integrato MSI TTL della Serie 74 che ha rappresentato un importante passaggio intermedio tra le CPU realizzate interamente con porte (gate) logiche a bassa densità di integrazione e l’impiego dei circuiti LSI/VLSI tra cui in particolare i microprocessori. La 74181, che consentì di costruire CPU interamente contenute in un’unica scheda, è stata la prima ALU fabbricata in forma di singolo circuito integrato monolitico. Durante gli anni Settanta è stata adoperata in molti minicomputer, tra cui il NOVA di Data General, alcuni modelli del DEC PDP-11 e lo Xerox Alto.

Un altro esempio di CPU che impiega l'ALU bitslice 74181 (qui nella versione TTL Schottky di Texas Instruments). Queste tre schede fra loro collegate compongono il processore a 16 bit di un minicomputer Nixdorf 8870 (1981). Le macchine Nixdorf 88xx hanno avuto un buon successo come calcolatori per applicazioni commerciali e nel corso della loro lunga carriera (1973/1987) sono stati realizzati con diverse tecnologie, dai circuiti TTL a bassa/media densità fino ai moderni gate array VLSI.

Unità EAU (Extended Arithmetic Unit) modello 8413, 1974/5, per minicomputer della famiglia Data General NOVA ed Eclipse (S200, S230, C300, C330). Si basa su ALU bitslice TTL 74181 ed è in sostanza un'unità in virgola mobile (FPU) a singola precisione; è stata anche usata in alcuni calcolatori General Electric Medical Systems sviluppati a partire da macchine DG.

CPU di un calcolatore Nixdorf 8870 realizzata (1982) con bitslice 2901, introdotto da AMD nel 1975 e diventato subito molto popolare nel settore dei minicomputer. Su questa scheda sono presenti tre integrati IDM2901AJC fabbricati dalla second source National Semiconductor ed un Am2901BPC di AMD. In questo caso non è impiegato il micro-sequencer Am2910 bensì una ROM di controllo col microcodice insieme ad una serie di PAL.

Scheda contenente la CPU del minicomputer Data General NOVA 3 (1975). Anch’essa utilizza ALU TTL 74181 (quattro). Il NOVA 3 è stato il primo membro della fortunata famiglia a 16 bit NOVA di Data General a fare uso di circuiti integrati TTL a media scala di integrazione (MSI). Questa macchina è stata molto popolare durante gli anni Settanta, anche in Europa. La sua architettura, di tipo "accumulator-based" con un limitato numero di registri di uso generale, ha influenzato quella di alcuni famosi microcomputer e sistemi basati su microprocessore, in particolare lo Xerox Alto e l’Apple I. Il pannello di controllo del NOVA 3 ha ispirato infine l’aspetto di quello del MITS Altair. Vedi: http://www.decodesystems.com/dg-nova3/.

Scheda CPU di minicomputer Data General NOVA 4 (1977). Il NOVA 4 è un'evoluzione del NOVA 3, che nelle intenzioni di Data General avrebbe dovuto essere l'ultima macchina di questa famiglia, in vista della sua sostituzione con la serie Eclipse. Il processore del NOVA 4 è basato su bitslice AMD Am2901. A seconda del microcodice installato, questa macchina può essere sia un minicomputer NOVA che un sistema Eclipse (modello S/140). A differenza dei predecessori, il NOVA 4 supporta solo la memoria RAM a circuito integrato (MOS), non più quella a nuclei magnetici.

Scheda della CPU di un minicomputer Data General Eclipse MV/4000 (1983), una macchina a 32 bit introdotta nel 1982 che si collocava nella fascia bassa della famiglia Eclipse MV. L'MV/4000 offriva prestazioni circa doppie rispetto a quelle di un VAX 11/730 (vedi articolo qui sotto) mantenendo la compatibilità con gli altri minicomputer DG sia a 16 che a 32 bit. La CPU è basata su componenti standard MSI ed LSI, come ad esempio i bitslice AMD Am2903, in unione a LSI semi-custom (gate array) progettati dalla stessa Data General.

Articolo tratto da Computerworld (Nov. 1982) dedicato al minicomputer DG Eclipse MV/4000.

Scheda CPU di minicomputer Data General Eclipse MV/7500 (1984). Il processore è qui interamente realizzato con componenti VLSI CMOS fabbricati da Fujitsu (gate array e standard-cell).

Scheda della CPU di un minicomputer Data General Eclipse MV/15000 (1988). Il processore, a 32 bit, è realizzato con integrati semi-custom VLSI CMOS fabbricati da Motorola. La famiglia DG Eclipse MV, nata all'inizio degli anni Ottanta con il modello MV/8000, si basa su un'architettura CISC a 32 bit con uno spazio di indirizzamento pari a 4 GB, diviso in parti (dette "anelli", rings) ampie ciascuna 512 MB, con privilegi decrescenti dal livello 0 (sistema) al 7 (applicazioni e dati dell'utente).

Scheda CPU di minicomputer Data General Eclipse MV/20000 (1986/7), realizzata con gate array CMOS Motorola e SRAM Toshiba e Texas Instruments per la cache (a sinistra). Il modello MV/20000, presentato nel 1986, apparteneva alla fascia alta della famiglia DG Eclipse, e poteva avere uno oppure due processori a 32 bit. L'architettura di base è quella del precedessore MV/8000 ed è rimasta pressoché invariata nei modelli successivi (40000, 60000). Nel 1988 l'MV/20000 è stato ridenominato Eclipse MV25000 e con questo nuovo nome è più conosciuto in Europa. Nonostante il prezzo base molto elevato questa macchina ha avuto un buon successo commerciale, particolarmente negli Stati Uniti dove è stata acquistata da molte Università e centri di calcolo.

I gate array CMOS impiegati nelle macchine Eclipse MV, fabbricati da Motorola, hanno una capacità unitaria di 3.500 gate logici NAND utilizzabili.

Un altro esempio di CPU realizzata impiegando bitslice AMD 2901 (precisamente, integrati IDM2901A fabbricati dalla second-source National Semiconductor). Questa scheda apparteneva ad un calcolatore Honeywell/Bull DPS-8 (1983).

Processore di centralino telefonico (PABX) AT&T/Lucent Merlin 85, 1987, con 6 bitslice a 4 bit AMD Am2903. Evoluzione del 2901, il 2903 è più veloce del predecessore, ha un set di istruzioni più esteso ed integra un moltiplicatore hardware per numeri interi. Meno popolare del 2901 è stato tuttavia impiegato in svariati progetti di CPU industriali e di minicomputer degli anni Settanta ed Ottanta.

Scheda di memoria da 64 Kword (1980) utilizzata in un minicomputer Honeywell Level-64 modello /60 (introdotto nel 1975). La famiglia Honeywell-Bull Level-64 (o Series-64), parte della linea Series-60 (presentata nel 1971) era realizzata impiegando integrati logici TTL della Serie 74 (prima in versione 74N, successivamente 74S) e memorie DRAM a circuito integrato in luogo delle vecchie memorie a nuclei magnetici. E' importante ricordare che proprio Honeywell aveva promosso (e finanziato, partecipando fra l'altro direttamente allo sviluppo) la fabbricazione da parte di Intel del primo chip di DRAM commerciale, il 1103 (1969) da 1 Kbit. Le macchine della famiglia Series-64 impiegarono DRAM dapprima da 1 Kbit, quindi da 4 e da 16 Kbit, prodotte tanto da Intel quanto da Texas Instruments (nella foto sopra, un integrato TMS4116), organizzate in schede da 32 o 64 Kword ciascuna. Il particolare connettore di backplane impiegato in questi calcolatori venne ideato dalla stessa Honeywell ed è noto con la sigla CS-10.

Scheda di memoria Intel (fabbricata nel 1977, il copyright è del 1974) per terminale Unisys UTS-20 (il connettore di backplane è stato tagliato, con ogni probabilità per recuperare metalli pregiati). Schede simili a questa vennero fabbricate "su commissione" anche per altri produttori, ad es. Honeyell-Bull, Sperry e CDC. E’ difficile determinare la capacità esatta (notare che i chip della RAM non riportano le usuali sigle Intel).

Altro esempio di memoria RAM MOS per terminale Unisys UTS-20, con integrati Intel (riportano sigle non standard, corrispondenti a numeri di parte Unisys). Questo esemplare è del 1976. La capacità dovrebbe essere di 64 Kword con parità, suddivisi in 4 banchi da 16 Kword. La parte nascosta dal cartellino è identica a quella visibile nella foto precedente.

Scheda di memoria RAM da 512 Kword per minicomputer Unisys (Sperry), 1976, con integrati MOS della AMS (Advanced Monolithic Systems) e TTL Texas Instruments della Serie 75.

CPU di un minicomputer Honeywell (poi Bull) DPS6, 1978, con 4 ALU bitslice AMD Am2901 (ed il microsequencer Am2910). Una macchina commerciale a 16 bit molto popolare in Europa, basata sul sistema operativo GECOS. Anch'essa, come altre famiglie di minicomputer, ha subito nel corso degli anni un progressivo aggiornamento dal punto di vista delle tecnologie impiegate nella fabbricazione dei processori e delle memorie: nel 1984 è stata infatti introdotta la versione DPS6-Plus con CPU basata su integrati VLSI (CPU LSI-6).

Questa scheda del 1975 è realizzata con la tecnica "wire-wrap" (vedi) impiegando TTL a bassa e media scala di integrazione più alcune ROM fabbricate da MMI e DRAM da 512 bit (0,5 kbit) sempre della MMI. Tutti gli integrati sono collocati su zoccolo (socket). Il wire-wrap ebbe grande popolarità durante gli anni Sessanta e Settanta e venne impiegato nella fabbricazione di molti calcolatori storicamente importanti. Uno dei motivi della sua diffusione, specialmente nel settore delle applicazioni aerospaziali e militari, era la (allora) maggiore affidabilità rispetto ai comuni circuiti stampati (PCB). Le schede wire-wrap sono in effetti più robuste e meno soggette a danneggiamento a causa di urti o vibrazioni. L’assemblaggio wire-wrap può essere completamente manuale, come in questo caso, oppure automatizzato (ad es. nei computer DEC PDP-8 e -10).

Scheda Sperry-UNIVAC (1982) appartenuta (probabilmente!) ad un calcolatore militare AN-UYK 502. Notare la schermatura ed il rivestimento con resina impermeabilizzante. Molte informazioni sui sistemi UNIVAC/Unisys per impieghi militari si trovano in questo interessante sito: http://vipclubmn.org/computers.aspx.

Scheda di un calcolatore IBM System/4 Pi (l’esemplare, purtroppo in cattivo stato, è del 1981). "System/4 Pi" identifica una famiglia di calcolatori digitali fabbricati da IBM negli anni Settanta ed Ottanta per usi militari, avionica ed impieghi spaziali. Si tratta di macchine "radiation hardened" (resistenti alle radiazioni) derivate dal System/360. Questi calcolatori a 16/32 bit sono stati utilizzati, fra l’altro, sullo Skylab, nel caccia F-15 Eagle, nello Space Shuttle (vedi) e nel bombardiere B-52. Il System/4 Pi utilizza schede multistrato (multilayer) rivestite di resina isolante. La logica, fabbricata da Texas Instruments, è costituita da integrati TTL a bassa e media scala di integrazione. Sul Web non si trovano molte informazioni circa questa classe di calcolatori (ad es. vedi l’articolo di Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/System/4_Pi, oppure http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/computers/Ch3-2.html). Vedi anche Aerospace computer technology catches up with ground gear, di C. Weitzman, in Large and Medium Scale Integration, McGraw-Hill 1974, p. 196 e seguenti.

Modulo della CPU di un calcolatore Amdahl 470 V6 (1973, la scheda è del 1977: vedi). Il lato è lungo circa 20 cm. Il 470 V6 è stato il primo calcolatore realizzato dalla Amdahl Corporation, fondata nel 1970 e specializzatasi nella produzione di mainframe IBM-compatibili. Il 470 è compatibile a livello software con l’IBM System/370; come quest’ultimo ha un’architettura a 32 bit con indirizzi a 24 bit (progettata proprio dal fondatore della Amdahl Co., Gene Amdahl, quando era ancora un ingegnere IBM). Per molti anni Amdahl (oggi parte del gruppo Fujitsu) è stata un temibile ed agguerrito concorrente di IBM nel settore dei server di fascia alta. Le macchine Amdahl, durante gli anni Ottanta e nella prima metà dei Novanta, potevano offrire prestazioni paragonabili (e talvolta superiori, come nel caso del 470) a quelle dei rivali IBM, pur essendo vendute a prezzi sensibilmente inferiori. Uno dei principali punti di forza dei calcolatori 470 V6 era il raffreddamento interamente ad aria (brevettato dalla Amdahl), più economico e facile da gestire del sistema misto aria/acqua impiegato da IBM. Nei sistemi 470 i circuiti integrati che compongono la CPU, realizzati con tecnologia ECL (circa 100 gate logici ciascuno), sono contenuti in package SMT e disposti in matrici 6 per 7 in moduli multistrato ad alta densità raccolti in colonne verticali all’interno del computer. I dissipatori di calore sono applicati direttamente sui chip di silicio. Il momento di maggior successo dei calcolatori Amdahl è coinciso col passaggio di IBM alla tecnologia CMOS, che inizialmente non poteva competere in velocità con la bipolare (ECL o IIL). Nel lungo periodo però la scelta della IBM si è rivelata esatta, perché i circuiti CMOS alla fine degli anni Novanta hanno raggiunto prestazioni paragonabili a quelle dei migliori ECL (a fronte di consumi energetici molto inferiori e di maggiore densità di integrazione). Oggigiorno tutti i grandi server in commercio utilizzano processori fabbricati con tecnologia CMOS.

Dettaglio di un circuito integrato ECL, in package ceramico SMD con 84 pin, sulla scheda dell’Amdahl 470 V6 raffigurata sopra.

Il retro della scheda. Una parte delle interconnessioni è ottenuta con fili (wire) saldati al circuito stampato. Un modulo Amdahl identico a questo è descritto e fotografato qui: http://www.deadprogrammer.com/category/company/amdahl. L’immagine del retro è molto migliore della mia! Notare che il modulo riprodotto in questo sito contiene chip fabbricati da Fujitsu (nella seconda fotografia si vede il logo); in quello di mia proprietà, invece, essi sono prodotti da Siliconix.

Questo fermacarte promozionale in plexiglas (lucite paperweight) distribuito dalla Amdahl ai propri venditori negli Stati Uniti contiene un integrato LSI ECL fabbricato da Fujitsu, del tipo impiegato nei mainframe 5860 (1984). L'Amdahl 5860, primo membro della classe 580, era il successore diretto del 470 V6 (vedi sopra) col quale manteneva la piena compatibilità a livello di software e di sistema operativo. Gli integrati ECL impiegati in questo calcolatore erano gate array contenenti circa 400 porte logiche ciascuno, con una frequenza di lavoro di 133 MHz ed un tempo di commutazione di circa 400 ps. Rispetto ai MOS di equivalente complessità erano meno densi e dissipavano molto più calore, di qui la necessità di un dissipatore di notevoli dimensioni saldato direttamente sul chip (vedi dettagli). Vedi: http://en.wikipedia.org/wiki/Amdahl.

Mentre nel 470 i chip logici e di memoria erano organizzati in matrici 6 per 7 ciascuna corrispondente ad un modulo (scheda) montato in colonna assieme ad altri dello stesso tipo, nei calcolatori 5860/70/80 essi erano contenuti in schede multistrato più complesse, dette Multi-Chip Carriers (MCC), fino ad un massimo di 121 per scheda.

Materiale promozionale Amdahl, appartenuto ad un rappresentante americano della Casa: una foto di Gene Amdahl assieme alla ricostruzione del primo calcolatore elettronico progettato da lui, il WISC (1954), due esemplari di gate array ECL impiegati nel 470/V6 (in alto a destra un dettaglio) ed una schedina usata per testare i circuiti stessi.

Questo curioso oggetto apparteneva anch'esso ad un rappresentante commerciale Amdahl: è una parte di una delle schede della CPU di un mainframe 5860 (vedi sopra), 1984, tagliata per farne un "demo" della tecnologia impiegata, ad uso dei potenziali clienti. Sul retro riporta a matita la dicitura "for salesman use only" (riservato all'uso dei venditori). Nei dettagli si vedono più da vicino alcune connessioni dei circuiti integrati (SMD, cioè a montaggio superficiale) col circuito stampato multistrato. I componenti con quattro dissipatori di calore sono moduli multichip contenenti memorie SRAM. Questo ritaglio corrisponde a circa 1/9 dell'intera superficie di una scheda completa. Il fatto che questo oggetto venisse mostrato ai clienti non è casuale: rientra appieno, infatti, nella politica commerciale Amdahl che negli anni Ottanta tendeva a mettere in risalto il più possibile i vantaggi tecnologici dei propri mainframe rispetto ai concorrenti IBM.

Scheda della CPU di un calcolatore CDC Cyber (il modello potrebbe essere il 170/825), 1984, con integrati logici ECL a montaggio superficiale (SMT) fabbricati da Fairchild (dettaglio in basso a sinistra; a destra dettaglio dell'etichetta di controllo delle varie fasi di lavorazione). Sul retro della scheda è fissato un dissipatore di calore (heat-spreader) in alluminio massiccio, spesso circa 3 mm. La famiglia Cyber (vedi: http://en.wikipedia.org/wiki/CDC_Cyber) comprendeva diversi modelli di mainframe, progettati principalmente per applicazioni scientifiche ed ingegneristiche, derivati dai primi supercomputer CDC, il 6600 ed il 7600. Questi integrati sono dispositivi a bassa scala di integrazione (SSI), contenenti poche porte logiche (gate) ciascuno. Nonostante le dimensioni ed il numero di componenti, quindi, la logica contenuta in una scheda di questo tipo non è molto complessa.

Scheda di memoria (a sinistra) e scheda della CPU di un supercomputer Cray 2 (1985, questi esemplari sono del 1988). Il Cray 2 era un supercalcolatore vettoriale fabbricato dalla Cray Research Inc., evoluzione della famiglia Cray 1. Al momento della sua introduzione, nel 1985, era il più veloce calcolatore esistente al mondo, con una velocità di calcolo pari a 1,9 GFLOPS (valore di picco). L'architettura del Cray 2 venne progettata con l'intento di realizzare una macchina molto più potente del predecessore Cray 1, agendo in particolare su tre fronti: 1) la suddivisione della logica di sistema in un elevato numero di unità funzionali per ottenere un maggiore parallelismo; 2) la realizzazione di un sistema modulare che consentisse una maggiore densità di componenti e nello stesso tempo minori ritardi nella trasmissione dei segnali; 3) l'impiego di integrati ECL funzionanti a più elevata frequenza di clock. Questi stessi obiettivi erano già stati perseguiti da Seymour Cray nella progettazione del successore del CDC 7600, il mai realizzato 8600 (1968-1972). Un problema di non facile soluzione era dato dal fatto che alla fine degli anni Settanta la tecnologia ECL, l'unica all'epoca in grado di fornire le velocità operative desiderate per un calcolatore di questo tipo, non consentiva di integrare in un singolo chip un numero di componenti più elevato di quello che era possibile integrarvi qualche anno prima, quando nacque il Cray 1: le due macchine, infatti, impiegano il medesimo tipo di integrati (anche se quelli del Cray 2 funzionano a maggior frequenza). L'idea di utilizzare meno schede rispetto al Cray 1, e più grandi, venne subito scartata per le connesse problematiche di ritardo nella trasmissione dei segnali tra un componente e l'altro. Lo stesso Cray ebbe l'idea vincente, che consisteva nell'unire più schede (8) del tipo di quelle visibili qui sopra, sovrapposte l'una all'altra, in moduli tridimensionali a più livelli nei quali le interconnessioni tra un "piano" e l'altro sono ottenute mediante coppie di piedini maschio-femmina (c.d. "pogo pins") saldati sulle schede stesse. Vedi: http://bobodyne.com/web-docs/robots/cray2/. Ciò permetteva di raggiungere un'elevata densità di componenti e, nello stesso tempo, di mantenere brevi i percorsi di interconnessione fra di essi; richiedeva però, a causa del ridotto spazio tra le schede e gli integrati, un particolare sistema di raffreddamento in cui tutti i componenti della CPU erano immersi in un liquido di raffreddamento inerte (il Fluorinert fabbricato da 3M). Un'altra caratteristica peculiare del Cray 2 è l'architettura di memoria, suddivisa tra una parte più veloce e distribuita ed un'altra più lenta e centralizzata. I primi calcolatori Cray 2 vennero venduti quasi tutti ad enti governativi americani (NASA, Ministero della Difesa, laboratori di ricerca controllati o finanziati dal governo) ed impiegati in ricerche avanzate nel campo della fisica (soprattutto nucleare). Il buon successo di queste prime installazioni garantì poi al Cray 2, nonostante il suo elevato costo di acquisto e di mantenimento, un discreto numero di clienti privati (aziende ed Università americane). In Europa ne arrivarono pochissimi, non più di sei/sette, la maggior parte dei quali in Germania. Queste schede, acquistate su Ebay, appartenevano alla raccolta di un ex impiegato commerciale della Cray Research. Il Cray 2 aveva una RAM centrale molto ampia per la sua epoca (256 MWord a 64 bit) ed è stato, fra l'altro, il primo supercomputer ad impiegare un sistema operativo appartenente alla famiglia Unix.

A sinistra, un dettaglio della scheda logica che mostra gli integrati ECL, qui fabbricati da Fujitsu, ed i piedini (cosiddetti "pogo pins") di connessione tra una scheda e l'altra in un modulo (uno è evidenziato dalla freccia). Il Cray 2 funziona con un ciclo di clock di 4,2 ns. Notare gli intricati percorsi delle piste del circuito stampato (sono utilizzate schede multistrato) che servono per uniformare i tempi (o meglio i ritardi) di trasmissione dei segnali tra i diversi componenti. La foto copre una superficie di circa 2 per 3 centimetri. In alto a destra un dettaglio dei chip di memoria, da 8 KWord. Una scheda di memoria simile è visibile in questo sito.

Modulo della CPU di un supercomputer vettoriale Cray 3 (1991/3, vedi http://en.wikipedia.org/wiki/Cray-3). Qui è raffigurata la prima versione (REV A). Il Cray 3, progettato dalla Cray Computer Corporation, era il diretto discendente del Cray 2 (vedi sopra); al pari di quest'ultimo è una macchina vettoriale a memoria condivisa (multi-vector shared-memory). Questa macchina rappresenta la prima applicazione in un calcolatore commerciale dei circuiti integrati logici all'arseniuro di Gallio (GaAs). Nonostante la tecnologia avanzata non ha avuto successo, tanto che ne è stato venduto solamente un esemplare (acquistato dal NCAR, National Center for Atmospheric Research). Il progetto, sotto la diretta supervisione di Seymour Cray, iniziò nel 1988 nei laboratori di Colorado Springs, fondati dallo stesso Cray (da non confondersi col precedente progetto di Cray di fondare i Cray Laboratories a Boulder, sempre in Colorado, per svilupparvi il Cray 2). Al pari di quest'ultimo e di tutte le macchine Cray, nel Cray 3 l'incremento di prestazioni rispetto alla generazione precedente è stato perseguito agendo su tre fronti distinti: 1) incremento della frequenza operativa dei circuiti componenti la CPU; 2) suddivisione del processore in più unità funzionali indipendenti per aumentare il parallelismo interno e 3) sviluppo di un nuovo e più compatto sistema di packaging dei circuiti per ridurre i ritardi di trasmissione dei segnali all'interno della macchina. Il Cray 3 impiegava un rivoluzionario (ancorché molto costoso) packaging "tridimensionale". La logica della CPU era infatti suddivisa in moduli elementari ciascuno dei quali poteva contenere un massimo di 16 circuiti integrati; a loro volta, 16 di tali moduli erano riuniti a formare un "piano" o "livello" di un più grande modulo (quello raffigurato nella foto qui sopra), che conteneva in tutto 4 di tali piani per un totale di 64 moduli ed un massimo di 1.024 circuiti integrati. Quando venne sviluppato il Cray 2, la frequenza di lavoro degli integrati ECL in tale macchina (244 MHz) si avvicinava al limite fisico consentito dalla tecnologia dei transitor al Silicio allora disponibile. Già a quel tempo Cray avrebbe voluto usare integrati all'arseniuro di Gallio, che avrebbero consentito frequenze maggiori senza richiedere, fra l'altro, un più alto assorbimento di corrente: non fu tuttavia possibile impiegarli dal momento che la loro affidabilità era ancora insufficiente. Al momento della pianificazione del Cray 3 questa situazione era tuttavia cambiata e fu così possibile realizzare l'intera CPU usando esclusivamente integrati logici GaAs a media e bassa densità fabbricati da Gigabit Logic, società che era stata di fatto creata e finanziata da Cray in prima persona. Affidarsi ad una tecnologia poco sperimentata ed ancor meno impiegata nel settore dei calcolatori elettronici era indubbiamente rischioso, benché questa fosse l'unica via per tentare di raggiungere l'ambizioso obiettivo che Cray poneva per ogni generazione di calcolatori: avere prestazioni superiori di 10 volte rispetto alla generazione precedente. Così, mentre la Cray Research si impegnava nello sviluppo del supercomputer Cray Y-MP (vedi più sotto), la Cray Computer Corporation (CCC), fondata dallo stesso Seymour Cray, si dedicava a tempo pieno alla progettazione del Cray 3. La CCC venne finanziata in larga parte dal suo principale cliente, il sopracitato NCAR.

La riduzione della lunghezza delle interconnessioni tra i circuiti logici era una delle ossessioni di Cray (vedi sopra come venne affrontato il problema nel caso del Cray 2) il quale, per ottenerla, ideò un costoso e complesso sistema di packaging 3D suddiviso in moduli e sottomoduli, nei quali i singoli chip erano saldati direttamente sul substrato di supporto (con parte delle interconnessioni) mediante una particolare tecnica di saldatura ad ultrasuoni. I moduli del tipo di quello raffigurato in queste foto erano a loro volta riuniti in "blocchi" (brick) più grandi immersi nel fluido di raffreddamento, il Fluorinert (come nel Cray 2). Nonostante questa raffinata soluzione salva-spazio, la bassa densità di integrazione degli integrati logici GaAs dava luogo ad un altrettanto ridotto numero di porte logiche (gate) utili per unità di volume, circa 96.000, valore ridottissimo rispetto agli attuali comuni microprocessori. Il Cray 3 era comunque considerevolmente più piccolo del predecessore e vantava un migliore rapporto dimensione/prestazioni rispetto a tutti i supercomputer dell'epoca. L'assorbimento di potenza di una macchina con 4 CPU era di circa 88 KW. Le prestazioni erano, per l'epoca (inizio anni Novanta) di assoluto rispetto: 0,95 GFLOPS per processore alla frequenza di lavoro di 474 MHz, ovvero circa 15,17 GFLOPS (valore massimo teorico) per un'installazione con 16 processori. Il merito andava in primo luogo all'elevata velocità di accesso alla memoria (fino a 8 GB/s per processore). L'architettura di sistema del Cray 3 è brevemente descritta qui: http://en.wikipedia.org/wiki/Cray_3. Si noti che la memoria centrale impiega circuiti SRAM CMOS e non GaAs, che non avrebbero permesso di raggiungere la capacità desiderata, a causa del ridotto livello di integrazione.

Il Cray 3 avrebbe dovuto entrate nella fase di produzione nel corso del 1991: una lunga serie di problemi ne ritardò l'uscita fino ai primi mesi del 1993. L'unico Cray 3 completo venne venduto nel Maggio di quell'anno al NCAR, soprannominato "Graywolf" (vedi http://www.cisl.ucar.edu/computers/gallery/cray/graywolf.jsp). Anche questo modello (con 4 processori ed 1 GB di memoria centrale, cioè 256 MWord da 64 bit) aveva i suoi difetti, come ad esempio un bug nelle unità in virgola mobile e la scarsa affidabilità di uno dei quattro processori, i cui moduli vennero più e più volte sostituiti. E' possibile che questo modulo, come la maggior parte di quelli che vengono venduti ai collezionisti (ad esempio su Ebay) provenga dal blocco di quelli rimpiazzati nella macchina di proprietà del NCAR. Quello raffigurato qui è stato sostituito nell'Aprile 1995. Per quanto si sa, i moduli destinati a correggere l'errore nelle FPU vennero prodotti ma mai spediti (e dunque mai utilizzati). Dal momento che il venditore di questo modulo mi ha scritto che esso è "factory new", potrebbe darsi che faccia parte di tale lotto di rimpiazzi per le unità in virgola mobile. Il fallimento del Cray 3 fu comunque dovuto non tanto ai difetti della macchina, comuni in progetti di questa complessità, ma al "clima" tecnologico nel settore dei supercalcolatori, radicalmente mutato rispetto agli anni in cui esso venne sviluppato. L'inizio degli anni Novanta vide infatti l'affermarsi dei supercomputer MPP (Massively Parallel Processing, ovvero a parallelismo massiccio) su quelli vettoriali quali appunto il Cray 3. Seymour Cray, che pure era stato un geniale architetto di computer, non seppe prevedere correttamente questa nuova tendenza e rimase sempre scettico nei suoi confronti, fino alla morte avvenuta prematuramente il 5 Ottobre 1996 in seguito ad un grave incidente d'auto.

Una bella foto di un brick completo (vedi sopra) si trova in questa pagina (Mark Richards, Core Memory - The Art book of Computers).

La foto del brick in Wikimedia Commons corrisponde a quella del sito di Ed Thelen: vedi.

Annuncio dell'accordo tra CCC e NSA (National Security Agency) per lo sviluppo del Cray 3/SSS (Super Scalable System), evoluzione a parallelismo massiccio del Cray 3 (http://en.wikipedia.org/wiki/Cray-3/SSS): vedi questa pagina.

Due spille (tieclip) promozionali distribuite da Hitachi (circa 1985) ai propri dipendenti, contenenti una il chip di un gate array ECL (in alto, vedi dettaglio a sinistra) e l'altra quello di un gate array CMOS da 5.000 porte logiche.

Scheda di computer militare Honeywell (1994) contenente integrati a montaggio superficiale (SMD), in particolare gate array VLSI fabbricati da National Semiconductor e memorie IDT. Il connettore di backplane nella parte inferiore è stato tagliato per il recupero del metallo pregiato (oro, palladio).

Scheda IBM del 1982 contenente circuiti integrati MST (Monolithic System Technology) nei caratteristici package metallici quadrati (probabilmente gate array MOSFET di tipo "Dutchess" oppure "STL") e memorie RAM fabbricate da Siemens (in basso a destra). La dimensione e l’organizzazione della scheda riprende quella delle schede SLT: i connettori del backplane sono i medesimi, ma la densità dei punti di saldatura per i piedini dei moduli è maggiore e si adatta al passo standard dei circuiti integrati DIP. Le "piste" del circuito stampato (a più strati, da due a sette) passano in mezzo a tali punti. I moduli MST sono formati da una base (substrato) ceramico sulla quale trovano posto uno o più chip di circuiti integrati, montati con la tecnica flip-chip; il contenitore metallico è in alluminio stampato ed ha un massimo di 96 piedini. Contrariamente a quanto accadeva coi moduli SLT, i componenti passivi sono collocati esternamente sotto forma di array di resistori e condensatori (visibili nell’immagine alla sinistra degli integrati di memoria). Le schede MST, multistrato a 6-7 strati (due per l’alimentazione e quattro/cinque per i segnali) potevano ospitare -a partire dal 1973- anche circuiti integrati DIP a passo "ordinario" (100 mil), in genere logica TTL a bassa/media scala di integrazione fabbricata da terze parti e riportante sigle IBM. I "gate array" (matrici di porte logiche) sono un tipo di circuiti integrati logici programmabili (PLD: Programmable Logic Device) che non svolgono una funzione predefinita ma possono essere configurati (programmati, appunto) per adattarsi a più compiti. Sono stati introdotti negli anni Settanta da case quali MMI (col nome di PAL) e Fairchild (come ULA, Uncommitted Logic Array). L’utilizzo dei PLD, tanto MOS quanto TTL/ECL, nella fabbricazione dei calcolatori elettronici è stata una prassi comune durante gli anni Ottanta. Questi componenti sono infatti economici e consentono di progettare e realizzare sistemi digitali anche complessi con relativa rapidità. IBM introdusse una serie di array logici bipolari (TTL) da 100 porte logiche nel 1973 e successivamente nel 1975 una serie MOSFET a maggiore densità di integrazione.

La logica "Dutchess" è equivalente a circuiti logici TTL semi-custom (gate-array). Prende il nome dalla contea dello Stato di New York (Dutchess County, appunto) dove si trovava l'impianto IBM che li fabbricava (ad East Fishkill). Nei primi anni Ottanta IBM impiegò anche altri tipi di integrati logici a media e larga scala di integrazione fabbricati in proprio: più precisamente, la cosiddetta logica "Streaker" (basata su PLA, Programmable Logic Array) utilizzata ad esempio nel 3310, e l'Emerald (integrati TTL MSI). Gli ordinari integrati TTL fabbricati da terze parti e recanti sigle (part number) IBM venivano invece chiamati "VTL", o "Vendor Transistor Logic".

Scheda MST-4 di un mainframe IBM 3033 (1977). Questo tipo di schede è riconoscibile per la diversa dimensione dei connettori di backplane rispetto a quelli delle schede MST impiegate in altre macchine. Il 3033 è un'evoluzione del System/370, in particolare del Modello 168; rispetto ad esso è più veloce (la CPU ha un ciclo di 58 ns contro gli 80 del 168-3) ed impiega circuiti più "densi". La CPU del 3033 ha inoltre una memoria cache ampia 64 KB. La logica impiegata è in gran parte TTL e, in alcuni moduli, ECL.

Scheda di memoria MOS IBM degli anni Settanta (1979) con moduli MST contenenti due oppure quattro chip di DRAM ciascuno. Non conosciamo con precisione a quale macchina appartenesse questa scheda, né la sua esatta capacità.

Scheda MST IBM (1977) con TTL a media scala di integrazione AMi. In alto a destra il dettaglio di uno shift-register.

CPU del calcolatore IBM System/38 (1978, vedi). Questo predecessore dell’AS/400, molto avanzato per l’epoca, era interamente fabbricato con circuiti integrati MOS LSI ed è stato tra le prime macchine commerciali ad utilizzare chip di RAM dinamica (DRAM) MOS da 1 Mbit (al pari del mainframe IBM 3090 e del disk-controller IBM 3880). La scheda che si vede qui è grande circa 45 x 30 cm. Vedi: http://www.cs.washington.edu/homes/levy/capabook/Chapter8.pdf.

Anche questa scheda, fabbricata nel 1984, è la CPU di un IBM System/38, con tutta probabilità una versione successiva all'originale (vedi sopra). Dopo il suo debutto nel 1979, il System/38 è stato aggiornato due volte, nel 1983 e quindi nel 1986 con l'introduzione della versione (modello) 700. Notare in alto a sinistra i particolari dissipatori di calore di cui sono dotati quattro circuiti integrati (probabilmente memorie).

Una delle schede costituenti la CPU di un calcolatore IBM Series/1 Model 3 o IBM 4953 (1976, vedi), realizzata con circuiti MST ed integrati TTL. Le macchine Series/1 erano minicomputer a 16 bit prodotti tra il 1976 ed il 1985, popolari nelle applicazioni industriali e come front-end processor in reti di calcolatori IBM. Storicamente sono importanti perché rappresentano la prima applicazione in ambito IBM del concetto di "intelligent adapter" o "smart I/O", controller di periferiche dotati di loro propria logica di elaborazione ed in grado di eseguire una serie di comandi dedicati come se fossero semplici processori indipendenti dalla CPU principale del sistema.

Una delle schede costituenti la CPU di un minicomputer IBM System/1 Model 6 (IBM 4956), 1985. Contiene logica "Dutchess" (a sinistra), cioè gate array LSI sviluppati da IBM e contenuti in package tipo MST e ordinari integrati CMOS fabbricati da Intel, Siemens e NEC (nella parte destra). In alto a sinistra, il package più alto di quelli circostanti è in effetti una specie di modulo multichip contenente 4 chip di DRAM MOS (riporta la sigla "ESD" = "Electrostatic Sensitive Device"). Nel dettaglio in basso a sinistra si vede un Programmable DMA Controller NEC D8257C-5 che riporta tanto la "normale" sigla quanto il "part number" di IBM. Nella maggior parte dei casi i chip fabbricati da terze parti per IBM hanno solamente quest'ultimo.

Questa scheda IBM (l’esemplare è del 1988), facente parte della logica di controllo di un’unità disco 3380-AK4 DASD del 1984 (14 pollici, 4 GB), mostra diversi tipi di package derivanti da quello originariamente impiegato coi circuiti MST. Dispositivi di questo genere fanno ammattire i collezionisti di chip perché sono difficilmente identificabili. Le sigle riportate sul package sono infatti "part number" IBM che in mancanza degli schemi costruttivi è pressoché impossibile ricondurre alle particolari funzioni svolte dagli integrati corrispondenti. In genere si tratta comunque di gate array LSI/VLSI. Questi integrati IBM sono contenuti in package di 28 x 28 millimetri con substrato ceramico, fabbricati con tecnologia MCMT (vedi: http://www.research.ibm.com/journal/rd/263/ibmrd2603C.pdf). Stando ad una discussione nel forum di CPU-World (vedi, è richiesta la registrazione per partecipare), le sigle "IBM22, "IBM52", "IBM3422", "IBM7070", "IBM9314" e così via identificano probabilmente l’impianto nel quale sono stati fabbricati i chip che le riportano.

Scheda IBM (1984) con integrati in "stile MST", TTL ordinari, un modulo multichip (RAM) ed un integrato PGA, questi ultimi fabbricati da Mitsubishi.

Scheda IBM ISA a 16 bit (per PC AT) con componenti in parte simili a quelli della scheda precedente; in questo caso, in luogo degli integrati MST sono utilizzati comuni gate array CMOS Toshiba da 500 e 1.000 porte NAND equivalenti (serie TC15). A sinistra si vede anche una CPU i8088 e, in alto a destra, un controller di memoria DRAM i8203.

Scheda della CPU di un calcolatore IBM 4341 (1981, in basso a destra), più precisamente essa contiene la memoria di controllo (control storage). Questa macchina, annunciata nel 1979 e prodotta fino al 1986, era il secondo membro in ordine cronologico della famiglia IBM 4300. Utilizzava circuiti TTL a larga scala di integrazione (LSI) tanto nella memoria quanto nelle unità di calcolo. La CPU era realizzata con la tecnologia cosiddetta "COB" (Card On-Board) che prevedeva l’impiego di moduli multichip come quelli visibili qui sopra (i due componenti più grandi) ciascuno dei quali poteva contenere un massimo di nove circuiti integrati. Tali moduli (vedi) a base ceramica multistrato (contenente le interconnessioni tra i vari chip) hanno 361 piedini e contengono l’equivalente di circa 700 circuiti MST del tipo di quelli usati nei System/370 (a 16 piedini). Le schede sono circuiti stampati a 6/7 strati con connettori di backplane ad alta densità (vedi l’articolo originale IBM: http://www.research.ibm.com/journal/rd/255/ibmrd2505X.pdf, pagg. 12 e 13). Questi moduli multichip utilizzano la tecnologia MCMT (Metallized Ceramic Module Technology) introdotta nel 1973 con i primi gate array TTL da 100 porte (vedi sopra) ed impiegata anche nei circuiti della CPU del System/38 e di moltissimi altri prodotti IBM fino agli anni Novanta (vedi ad es. la scheda del 3380, più sopra). Vedi anche: http://www.research.ibm.com/journal/rd/271/ibmrd2701D.pdf.

Durante gli anni Settanta si affermano le memorie a circuito integrato, che in breve tempo soppiantano la tecnologia allora dominante, quella dei nuclei magnetici (magnetic core). Qui vediamo una scheda di memoria RAM IBM da 16 KB utilizzata nel calcolatore System/34 (vedi, l’esemplare è del 1976) contenente chip di memoria MOS da 512 byte l’uno collocati a coppie, in alcuni casi due sovrapposte, in package ceramici di tipo MST (vedi in basso a destra, immagine tratta dal Web). In basso a sinistra un’immagine che dà l’idea del risparmio di dimensioni ottenibile impiegando memorie a circuito integrato in luogo di quelle a nuclei. Questo tipo di scheda RAM è stata impiegata anche nell'IBM 5100.

Scheda del 1981 proveniente dalla CPU di un calcolatore Burroughs B90 contenente tre gate array fabbricati da AMi. Integrati di questo tipo sono stati utilizzati anche, alla fine degli anni Settanta, nei calcolatori commerciali Burroughs B80. Notare i particolari package ceramici a 51 piedini che ricordano il PGA. Vedi: http://www.cpu-world.com/CPUs/Odd.html.

Scheda CPU (Processor Card) di un minicomputer Burroughs B80, 1975/1976. E' realizzata con gate array (ASIC) fabbricati da AMi (American Microsystems Inc.) e memorie PROM. Ciascun gate array ha una complessità equivalente a circa 150 porte NAND TTL. Il B80 è stato uno dei primi computer commerciali, se non il primo, la cui CPU era interamente realizzata con dispositivi a larga scala di integrazione. L'immagine riproduce la prima versione della scheda CPU, che successivamente è stata aggiornata con un modello più compatto.

Scheda Amdahl (1984) contenente integrati TTL della Serie 74 e gate array Fujitsu da 300 porte logiche. Amdahl è stato uno dei principali fabbricanti di hardware compatibile con i mainframe IBM. Questa scheda apparteneva ad un Communication Processor utilizzabile con i calcolatori della serie 4300.

Scheda Amdahl del 1982 fabbricata con gate array LSI Fujitsu (MOS) da 300/500 porte logiche ciascuno, contenuti in insoliti package metallici PGA di colore nero.

Scheda Amdahl (1988) con gate array CMOS Fujitsu MB15 e, nella parte sinistra, integrati e gate array ECL fabbricati sempre da Fujitsu.

Scheda di memoria RAM per calcolatore Fujitsu, con gate array CMOS della serie MB15, che possono contenere a seconda del modello da 300 a 3.000 gate logici utilizzabili. I moduli di memoria sono multichip ceramici ciascuno dei quali contiene 8 integrati da 64 Kbit.

Altro esempio di scheda Amdahl (1989) con gate array CMOS fabbricati da Fujitsu, appartenenti alla serie MB650 (vedi). Questi dispositivi fabbricati con processo Silicon-gate contengono, a seconda del modello, da 400 ad un massimo di 15.120 gate ("porte", o funzioni elementari) logici utilizzabili, unitamente ad una memoria RAM dalla capacità massima di 64 Kbit. Gli integrati PGA neri sono gate array da 6.000 porte; quello al centro della scheda (MB605502) ha invece una capacità di 15.000 porte (gate) utilizzabili. Sulla scheda c'è anche un microprocessore 6809 (in basso a destra).

Dettaglio di una scheda Amdahl/Fujitsu, 1994, con 6 gate array CMOS Fujitsu da 6.000 e 15.000 porte NAND equivalenti.

Scheda di processore in virgola mobile (FPU) realizzata con gate array CMOS di LSI Logic e memorie SRAM Cypress, proveniente da un'apparecchiatura per TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) prodotta da STAR Systems e basata su minicomputer Data General MV-7800 (circa 1988).

Scheda di macchina per risonanza magnetica (fabbricante sconosciuto) con vari tipi di ASIC VLSI e moltiplicatori hardware 24×24 bit Analog Devices ADSP-1024A (1996).

Scheda della CPU di un mainframe Burroughs "Series A", 1984, realizzata con gate array ECL fabbricati da Motorola (MCA1/MCA2), vedi: http://en.wikipedia.org/wiki/Burroughs_large_systems. La maggior parte dei calcolatori di questa famiglia vennero impiegati in applicazioni commerciali (database, contabilità e così via).

Dettaglio di un gate array ECL VLSI, col suo particolare dissipatore di calore, fabbricato da Motorola ed impiegato nella scheda di memoria di un calcolatore Burroughs Series A (1990).

Scheda CPU di calcolatore Unisys 2200/100 (1986), realizzata con gate array e memorie CMOS. Unisys nacque nel 1986 dall’unione di Sperry Corporation con Burroughs Co. Le macchine Unisys della serie 2200 erano mainframe con architettura a 36 bit, compatibili con la famiglia Sperry/UNIVAC 1100, progettati per eseguire soprattutto applicazioni commerciali sviluppate in linguaggio COBOL. Durante gli anni Ottanta e fino alla metà dei Novanta furono molto popolari, in modo particolare negli USA, come alternativa ai mainframe IBM. I modelli di minor potenza utilizzavano integrati LSI CMOS (prodotti in collaborazione con Texas Instruments), quelli più potenti invece impiegavano componenti ECL (Motorola). Alcuni articoli riguardanti questi calcolatori sono elencati qui: http://www2.computer.org/portal/web/csdl/doi/10.1109/MAHC.2007.16.

Scheda della CPU di un mainframe Hitachi Data Systems (HDS), 1990, con gate array CMOS fabbricati dalla stessa Hitachi. La HDS venne fondata nel 1989 a seguito dell'acquisizione da parte di Hitachi ed Electronic Data Systems della divisione Advanced Systems di National Semiconductor, che già da molti anni era presente nel settore dei mainframe "IBM-compatibili" attraverso la Itel Computer Products. HDS produsse e commercializzò mainframe e server compatibili con le architetture IBM fino al 1999, quando decise di dedicarsi esclusivamente alle memorie di massa (principalmente hard disk). La grande popolarità raggiunta dai mainframe System/360 e, soprattutto, /370 fece sì svariati produttori si dedicassero alla realizzazione di sistemi - in particolare di fascia media - compatibili a livello software con gli originali IBM. Quasi tutte queste macchine si basavano su componenti standard (TTL o gate array MSI) non particolarmente evoluti dal punto di vista tecnologico, ma indubbiamente più economici di quelli utilizzati dalla IBM stessa. Un tipico esempio di produttore di mainframe IBM-compatibili è rappresentato dalla Amdahl, poi confluita in Fujitsu. La maggior parte dei sistemi Amdahl, ovvero quelli entry-level e quelli di fascia media, erano basati su logica TTL a bassa e media scala d'integrazione, in forma di integrati standard oppure di gate array fabbricati da Fujitsu. Come ricordato in un'altra parte di questo sito, negli anni Ottanta ad essi si aggiunsero componenti MOS e CMOS LSI. Altri costruttori seguirono il medesimo percorso, disputandosi quote del ricco mercato dei mainframe con architettura IBM 370. Ricordiamo ad esempio NCR, Siemens, Fujitsu, Unisys e Mitsubishi. La presenza della Hitachi nel mercato dei mainframe risale al 1977, anno in cui alla joint-venture tra la stessa Hitachi e National Semiconductor la Itel (che all'epoca si occupava della fornitura in leasing di sistemi IBM) affidò il compito di sviluppare in proprio una famiglia di mainframe compatibili con l'IBM System/370. Tali macchine ebbero un discreto successo iniziale, anche grazie ad un'aggressiva politica commerciale, finché una serie di importanti sviluppi tecnologici ed architetturali consentì ad IBM di produrre sistemi caratterizzati da migliori rapporti prezzo/prestazioni rispetto ai concorrenti "compatibili" (Amdahl, NCR, Prime, Control Data...). Ad esempio, IBM si "convertì" alla tecnologia MOS (ed alla CMOS in particolare) in anticipo rispetto agli altri fabbricanti, che ebbero la grave colpa di non riconoscerne subito le potenzialità. Vi fu inoltre tra National Semiconductor ed IBM una serie di cause per violazione di brevetti e proprietà intellettuali, che si protrassero anche dopo la formazione della HDS e ne limitarono sensibilmente la capacità di penetrazione nel mercato statunitense. In Europa questi mainframe ebbero scarsa diffusione, a differenza di altri sistemi "370 compatibili" di Amdahl/Fujitsu, NCR e Siemens Nixdorf. I gate array CMOS che si vedono nella scheda qui sopra sono contraddistinti da un tipico package PGA sviluppato da Hitachi ed usato in maniera pressoché esclusiva, grazie alla protezione offerta da una serie di brevetti; esso ha la caratteristica di disperdere il calore prodotto durante il funzionamento in modo più efficiente dei tradizionali package PGA in uso all'epoca, ciò che limita sensibilmente la necessità di usare dissipatori di calore (heat spreader) ed il flusso minimo di aria di raffreddamento per unità di superficie. Hitachi impiegò gate array con questo tipo di contenitore anche in altri suoi prodotti, ad esempio dischi rigidi.

Scheda di supercomputer Cray Y-MP (1988). Questo calcolatore vettoriale (vedi: http://en.wikipedia.org/wiki/Cray_Y-MP) era un'evoluzione del precedente modello X-MP, con estensione degli indirizzi da 24 a 32 bit. La CPU era realizzata con gate array VLSI ECL (vedi) fabbricati da Motorola (vedi sotto un dettaglio) e veniva raffreddata a liquido (i tubi del refrigerante si connettono alla parte destra della scheda). Una macchina Y-MP poteva contenere due, 4 oppure 8 processori vettoriali (vector processor, vedi), ciascuno dei quali capace aveva una velocità di calcolo pari a 333 MFLOPS (valore di picco). La RAM variava da 64 a 512 MWord ed era di tipo statico (SRAM). Nel 1992 venne realizzata una versione più economica (Y-MP EL) basata su integrati CMOS. Il Cray Y-MP è stato il primo supercomputer commerciale con velocità di calcolo superiore a 1 GFLOP.

Scheda IBM con ASIC Toshiba CMOS del tipo macrocell, serie TC17G (1991). Questo tipo di integrati, realizzati con processo HCMOS, Si-gate, doppio livello di metallizzazione, 2 micron, può contenere da 540 fino a 10.000 gate logici S-TTL utilizzabili. Vedi: http://www.ic-on-line.cn/IOL/datasheet/tc17g032_209630.pdf. La scheda apparteneva ad un IBM 3880 Cached Storage Controller (vedi: http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_PH3380A.html), un processore di I/O usato per controllare stringhe (gruppi) di unità disco IBM 3380. In basso a sinistra, dettaglio di un chip (modello TC17G080 da 8.000 gate, 100 MHz - 1,5 ns, package PGA con 174 pin; sulla scheda ci sono anche un G100 da 10.000 gate e alcuni G060 da 6.000 gate). La logica del 3880 è realizzata con tecnologia mista, CMOS e bipolare; con quest'ultima IBM ha fabbricato circuiti logici da 1.500 ed in seguito da 5.000 gate. Il 3880 è stato uno dei primi sistemi IBM ad impiegare chip di DRAM da 1 Mbit (vedi ad esempio questa pagina: http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/vintage/vintage_4506VV3131.html).

Con l'affermarsi dei circuiti integrati VLSI CMOS, in particolare dei circuiti custom e semi-custom (gate array, standard cell ecc.), molte architetture di minicomputer e mainframe degli anni Settanta ed Ottanta implementate originariamente con logiche a bassa e media densità furono aggiornate alle nuove tecnologie, ottenendo notevoli risparmi di spazio e guadagni in termini sia di velocità operativa che costo di produzione. Qui sopra si vede la versione VLSI della CPU a 16 bit del minicomputer Nixdorf 8870/Quattro mod. 86, realizzata nel 1988 con integrati LSI Logic (gate array). I primi membri di questa famiglia di calcolatori facevano uso di logica TTL discreta oppure di bitslice AMD 2901. Il Nixdorf 8870, derivato dal precedente modello 820 (anni Settanta), ha avuto in Europa un buon successo come minicomputer per applicazioni commerciali, in particolare nel settore bancario, oltreché come controller centralizzato di registratori di cassa. Esso appartiene alla variegata famiglia Nixdorf 88xx, prodotta dal 1973 fino alla fine degli anni Ottanta.

Scheda CPU di minicomputer Wang 2200CS, 1984. E' un altro ottimo esempio di passaggio di un'architettura degli anni Settanta, in questo caso quella del Wang 2200, inizialmente realizzata con componenti TTL a piccola e media scala di integrazione (ad esempio l'ALU bitslice 74181), ad una più recente versione fabbricata con integrati VLSI CMOS - come ad esempio è accaduto alla famiglia NOVA di Data Genaral. L'ultimo gradino dell'evoluzione del 2200 è stata, nel 1986, la sostituzione di questo tipo di processore proprietario con un generico Intel 386DX sul quale veniva emulata l'architettura hardware preesistente. Il Wang 2200, introdotto nel 1973, è stato nelle sue diverse versioni un longevo e discretamente popolare minicomputer a 8/16 bit, costruito attorno ad un progetto di CPU microprogrammata risalente alla fine degli anni Sessanta. Per questo sistema la Wang rese disponibili molte diverse periferiche ed una buona dotazione di software, che contribuirono alla sua diffusione soprattutto negli Stati Uniti. Il 2200, come alcuni microcomputer della prima generazione, era dotato di un potente interprete BASIC contenuto nella ROM di sistema, il che gli consentiva di essere operativo pochi secondi dopo l'accensione.

CPU Data General (1989) realizzata impiegando gate array CMOS Motorola da 5.000 porte logiche ciascuno.

Errata corrige - Stando ad un'immagine pubblicata in questa pagina, si tratterebbe della CPU di un Data General Aviion, probabilmente un AV4600 o un AV4625 (vedi http://badabada.org/aviion.html, dove per entrambe queste macchine è riportata la frequenza di 33 MHz). Dunque questa scheda dovrebbe contenere uno o due processori Motorola 88100, che per parte mia non ho mai visto in questo tipo di package.

Fino a tempi relativamente recenti (metà anni Novanta), con l'avvento di microprocessori dalle elevate prestazioni in virgola mobile e di ASIC nei quali possono essere integrati core (nuclei) di processori dalle capacità di calcolo altrettanto buone, in alcune applicazioni specialistiche soprattutto nell'ambito dell'elaborazione digitale dei segnali si è preferito utilizzare componenti a più ridotta scala di integrazione, però adattabili alla creazione di architetture personalizzate. Su questa scheda Evans & Sutherland del 1993 si vedono a sinistra un'ALU a 32 bit floating-point L64134GC-50 di LSI Logic e a destra una FPU Weitek 3364-050, entrambi funzionanti a 50 MHz. La FPU Weitek, all'epoca concorrente della Texas Instruments 8847 dalle caratteristiche simili, ha una potenza di calcolo di circa 32 MFLOPS in doppia precisione.