بول جاما 3

كان جهاز غاما 3 حاسوبًا إلكترونيًا مبكرًا يعمل بتقنية الصمامات المفرغة . وقد صممته شركة Compagnie des Machines Bull في باريس ، فرنسا، وتم إصداره في عام 1952.

صُمم جهاز غاما 3 في الأصل كمُسرِّع إلكتروني لآلات الجدولة الكهروميكانيكية ، على غرار جهاز IBM 604 ، ثم جرى تحسينه تدريجيًا بميزات جديدة وتطور إلى حاسوب من الجيل الأول ذي برنامج مُخزَّن (غاما AET، 1955، ثم ET، 1957). ^{[ 1 ] [ 2 ]} في تكويناته ذات البرنامج المُخزَّن، تنافس غاما 3 بشكل أساسي مع جهاز IBM 650 .

على مدار عشر سنوات من توفره، سهّل هذا الجهاز الانتقال من أجهزة تسجيل البيانات الكهروميكانيكية إلى الحواسيب. حقق جهاز غاما 3 نجاحًا تجاريًا كبيرًا، حيث بيع منه أكثر من 1200 وحدة، مما دفع شركة آي بي إم إلى إصدار جهاز 1401 كمنافس له. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

وقد خلف جهاز جاما 3 كل من جاما 10 منخفض المستوى ، وجاما 30 متوسط ​​المدى، وجاما 60 كبير الحجم وعالي المستوى .

حتى خمسينيات القرن العشرين، كانت شركة Compagnie des Machines Bull، مثل منافستها IBM، تسوق بشكل أساسي أجهزة جدولة البطاقات المثقبة لإدارة المخزون وكشوف المرتبات والمحاسبة.

كانت هذه الآلات الحاسبة تُجري العمليات الحسابية من خلال سلسلة من عجلات الأرقام التي تُدار بواسطة جهاز كهروميكانيكي. وكانت تدعم فقط الزيادة، وبالتالي الجمع، مما جعل عمليات الطرح والضرب بطيئة للغاية. ^{[ 5 ]}

لزيادة سرعة الحساب وتجنب تأخير قراءة البطاقات المثقبة أثناء العمليات الأكثر تعقيدًا، أصبح من الضروري وجود مُسرِّع قادر على التغلب على القيود الكهروميكانيكية. ^{[ 5 ]}

ابتداءً من عام 1949، أبدت شركة بول اهتمامًا بالصمامات المفرغة نظرًا لسرعة تبديلها مقارنةً بإضافة العجلات والمرحلات الكهروميكانيكية . صُمم الحاسوب باستخدام دوائر منطقية تتألف من حوالي 400 صمام مفرغ، و8000 ثنائي جرمانيوم، ومسجلات 48 بت مصنوعة من خطوط تأخير كهربائية لتقليل الاعتماد على الصمامات المفرغة. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

تبلغ سرعة معالج الجهاز 281 كيلوهرتز ، ^{[ 8 ]} وهي أعلى من سرعة معالج IBM 604 البالغة 50 كيلوهرتز، والأهم من ذلك، أنها أسرع بعدة مراتب من الأجهزة الكهروميكانيكية. استغرقت عملية جمع عددين 680 ميكروثانية، بينما استغرقت عمليات الضرب 5.7 مللي ثانية. تراوحت مدة تنفيذ التعليمات من 0.6 مللي ثانية إلى 10 مللي ثانية، بمتوسط ​​زمني قدره 2 مللي ثانية. ^{[ 8 ] [ 9 ]} تم توصيل جهاز Gamma 3 بلوحة الجدولة عبر كابل تم توصيله مكان لوحة التوصيل (حيث تمت برمجة تعليمات البرنامج)؛ وبالتالي، أصبح البرنامج موجودًا ويعمل على جهاز Gamma 3 بدلاً من لوحة الجدولة. ^{[ 2 ]}  

مع ذلك، ورغم إمكانية برمجة جهاز غاما 3 عبر لوحة توصيل قابلة للإزالة، على غرار لوحات أجهزة الجدولة، إلا أنه ظل جهازًا طرفيًا تابعًا لجهاز الجدولة، وليس العكس. علاوة على ذلك، ورغم كونه إلكترونيًا، ويعمل بنظام العد الثنائي، ويحتوي على مجموعة تعليمات كاملة من نوع تورينغ ، إلا أن غاما 3 كان يفتقر إلى القدرة على تخزين البرامج في الذاكرة. ^{[ 6 ]}

كانت الخطوة الأولى نحو تهيئة البرامج المخزنة هي برنامج البطاقة (Programme Par Carte, PPC)، الذي أتاح إمكانية تشغيل برنامج مُحمّل من بطاقات مثقبة بدلاً من توصيله مباشرةً بلوحة التوصيل. ^{[ 6 ]} كما جربت شركة IBM مفهومًا مشابهًا مع إضافة ملحق CPC (آلة حاسبة مبرمجة بالبطاقات) إلى جهاز 604. ^{[ 10 ]} ومع ذلك، فبينما أزال هذا القيد المتمثل في 64 خطوة برمجية وسمح بتشغيل برامج بأحجام مختلفة، إلا أن البرامج لم تكن تُنفذ في الذاكرة الرئيسية، لذا اعتمدت سرعة تنفيذها على سرعة قراءة البطاقات المثقبة التي تحتوي على البرنامج.

خضع الحاسوب لتحديث جديد عام 1955 بإضافة أسطوانة مغناطيسية ، مما أضاف 8192 كلمة من الذاكرة، أي ما يعادل 49 كيلوبايت (64 مسارًا، كل مسار يحتوي على 8 كتل من 16 كلمة، كل كتلة 48 بت)، ^{[ 11 ] [ 12 ]} وهي سعة كبيرة نسبيًا في ذلك الوقت. ويمكن تخزين ما يصل إلى ثلاث تعليمات لكل كلمة على الأسطوانة، مما يسمح بتخزين ما يصل إلى 25000 تعليمة. ^{[ 7 ]} وقد سُمّي هذا الإصدار الجديد Gamma 3 AET (خزانة تمديد الأسطوانة).

كانت البرامج تُخزَّن في ذاكرة جهاز AET على شكل مجموعات من 48 تعليمة، تُعرف باسم "سلاسل". عند الحاجة، تُنقل سلسلة من الأسطوانة إلى مجموعة ذاكرة وسيطة تعمل كذاكرة تخزين مؤقتة للتعليمات، مما يسمح للحاسوب بجلب كل تعليمة على حدة ونقلها إلى سجل التعليمات الخاص به . ومن المثير للاهتمام، أنه كان بالإمكان تعديل التعليمات، وخاصة العناوين، داخل وحدة الحساب في الحاسوب، تمامًا مثل أي بيانات أخرى. وقد مهدت هذه الإمكانية الطريق للعنونة غير المباشرة أو المفهرسة. ^{[ 7 ]} كما ساهمت ذاكرة التخزين المؤقتة للتعليمات في التخفيف من المشكلة التي وُجدت في جهاز IBM 650، والتي تطلبت تحسين ترتيب التعليمات على الأسطوانة لمنع زمن استجابتها من إبطاء البرنامج. ^{[ 13 ]}

كترقية أخيرة، تضاعف ارتفاع الأسطوانة المغناطيسية عام 1957، لتصل سعتها إلى 16384 كلمة (98 كيلوبايت) أو 50000 تعليمة، وتم تضمين وحدة تحكم مستقلة للمشغل، مزودة بشاشة عرض CRT مزودة بجهاز راسم إشارة وأزرار ضغط لفحص الذاكرة وتنفيذ التعليمات خطوة بخطوة. ^{[ 14 ]} سُمّي هذا التكوين الجديد Gamma 3 ET، اختصارًا لـ Extension Tambour.

بفضل قدرته على تحميل البرامج وتنفيذها في الذاكرة، أصبح جهاز غاما 3، بتكوينيه AET وET، أول حاسوب تجاري فرنسي يعمل بنظام البرامج المخزنة (مع أن شركة SEA كانت قد صنعت حواسيب مماثلة سابقًا). ^{[ 1 ]} أصبح جهاز الجدولة بمثابة جهاز إدخال/إخراج، بينما تحول غاما 3 إلى وحدة معالجة مركزية ذات بنية فون نيومان . ^{[ 15 ]} تدريجيًا، حلت الحواسيب الإلكترونية محل أجهزة تسجيل البيانات الكهروميكانيكية. ^{[ 16 ]} نافس غاما 3 ET حاسوب IBM 650، الذي كان تصميمه مشابهًا جدًا. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

كان أول عميل يحصل على جهاز غاما 3 هو كريدي ليونيه في سانت إتيان في مارس 1953. ^{[ 8 ]} وقد استُخدم جهازا غاما 3 و3 ET لاحقًا في معالجة بيانات الأعمال داخل الشركات الكبيرة وفي الحسابات العلمية، ولا سيما في مركز الأبحاث النووية CERN ومركز الأبحاث العلمية الوطنية CNRS الناشئين آنذاك ^{[ 1 ] [ 17 ]} أو شركة إير ليكيد . ^{[ 18 ]}

لم تقم شركة Bull ببيع جهاز Gamma 3 في أمريكا على الرغم من شراكتها مع Remington Rand - Univac وامتلاكها نسخة مخصصة مزودة بمصدر  طاقة بتردد 60 هرتز. ^{[ 7 ]}

حقق جهاز غاما 3 نجاحًا تجاريًا كبيرًا في أوروبا، حيث بيع منه حوالي 1200 وحدة، متفوقًا بذلك على جهاز IBM 650. ^{[ 3 ]} وقد تفوق غاما 3 المُطوّر بشكل ملحوظ على منافسه: إذ كانت مساحة الذاكرة أكبر بأربعة أضعاف، ويمكنه تخزين اثني عشر ضعفًا من التعليمات في الذاكرة، بينما كانت سرعة المعالجة أعلى بشكل عام. ^{[ 7 ]} وقد دفع هذا النجاح شركة IBM إلى تصميم جهاز 1401 استجابةً له. ^{[ 3 ] [ 19 ]}

يستخدم جهاز Gamma 3 ثلاثة أنواع من الذاكرة، وكلها تعتمد على كلمات 48 بت أو 12 حرفًا من أحرف BCD.

النوع الأول عبارة عن مجموعة من سبعة سجلات في قلب وحدة المعالجة المركزية. M1 ، ويُسمى أيضًا ذاكرة العمليات، هو المُراكم ، وموصول به جامع-طارح، بينما M2 هو المُراكم المساعد للحسابات ذات الدقة المزدوجة (96 بت). أما M3 إلى M7 فهي سجلات للأغراض العامة تُسمى الذاكرة المشتركة ( Mémoires Banales ). وتتم عمليات النقل بينها عبر M1. M0 هو سجل خاص مرتبط بـ M1 وغير متاح للمبرمج. ^{[ 20 ]}

إلى جانب تلك السجلات العامة، يستخدم جهاز Gamma 3 أيضًا ستة سجلات داخلية:

• MC : ذاكرة المقارنة. هذا السجل يحتفظ بنتيجة تعليمة المقارنة.
• MD : ذاكرة الإزاحة. يُستخدم مسجل الإزاحة هذا لكل من عمليات BCD والعمليات الحسابية.
• MS1 : ذاكرة الإشارة. تخزن الإشارة الحسابية الحالية. ترتبط كل من MC وMD وMS1 بالمراكم وهي جزء من ذاكرة المشغل.
• NL : رقم السطر، والذي سيُطلق عليه الآن عداد البرنامج .
• RNL1 / RNL2  : سجل رقم الخط، والذي يعمل كسجلات مكدس .

ولتقليل عدد الصمامات الإلكترونية، وهي مصدر شائع للأعطال، تستخدم المسجلات (الذاكرة المشتركة) خطوط تأخير كهربائية بدلاً من القلابات. ^{[ 21 ]}

يُعرف النوع الثاني من الذاكرة باسم الذاكرة المتداولة، والتي تعمل كمخازن مؤقتة، حيث يُفترض أن يتم تبادل محتواها من وإلى ذاكرة الأسطوانة. تُنفذ الذاكرة المتداولة، المشار إليها من M8 إلى M15 ، باستخدام خطوط تأخير مغناطيسية في خزانة مخصصة منفصلة (ET). تُجمع هذه الذاكرة الثمانية في أزواج لتشكيل أربع "مجموعات". المجموعات 0 و1 و2 قابلة للتنفيذ وتُسمى "سلاسل"، حيث تعمل كل سلسلة كذاكرة تخزين مؤقت للتعليمات تحتوي على 48 تعليمة. تُشكل لوحة التوصيل، عند استخدامها، السلسلة 3. سيتم استخدام هذه السلسلة لاحقًا لتوسعات محددة تُشحن كبرامج فرعية سلكية.

تعمل المجموعة 3 كمخزن مؤقت للإدخال/الإخراج. ويمكن أيضًا إضافة خزانة ذاكرة "Ordonnateur" (ORD)، مما يوفر أربع مجموعات إضافية (من 4 إلى 7)، تحتوي كل منها على بيانات، ولا يمكن تنفيذ أي منها.

أخيرًا، تعمل ذاكرة الأسطوانة كجهاز تبديل كبير يستضيف كلًا من التعليمات البرمجية والبيانات، ويتم تغذيتها من بطاقات مثقبة. في جهاز جاما 3، لا يتم تنفيذ التعليمات البرمجية من الأسطوانة، بل من المجموعات الثلاث الأولى من الذاكرة المتداولة. ورغم أن هذا يزيد من سرعة التنفيذ، إلا أنه يجعل عمليات الانتقال بين الصفحات أكثر تكلفة، إذ يجب أولًا تبديل الصفحة من الأسطوانة إلى ذاكرة MC باستخدام تعليمة مخصصة ("TB").

تتكون الأسطوانة من أسطوانة من الديورالومين ، طولها 15 أو 30  سم، تدور بسرعة 2750 دورة في الدقيقة تقريبًا. تحتوي على 64 أو 128 مسارًا، كل مسار منها مكون من 8 كتل، وتحتوي كل كتلة على مجموعة، وبالتالي يمكن للأسطوانة تخزين ما يصل إلى 1024 سلسلة، أو 49152 تعليمة. ^{[ 21 ]} بلغت كثافة التسجيل حوالي 300 بت لكل بوصة، باستخدام تعديل الطور ، وهو رقم قياسي في ذلك الوقت. ^{[ 22 ]}

تتألف تعليمة جاما 3 من كلمة طولها 16 بت، تتكون من أربعة أرقام سداسية عشرية : رمز العملية ( TO ) ، والعنوان ( AD )، وترتيب البدء ( OD) ، وترتيب الانتهاء ( OF ) . يحدد الحقل TO نوع التعليمة العام، بينما تعمل الحقول الثلاثة الأخرى كمعاملات. ^{[ 20 ]} يحدد الحقلان OD وOF المواضع، والتي يمكن أن تكون أرقامًا في الوضع الثنائي أو أحرفًا في وضع BCD. يوجد في مجموعة التعليمات 29 رمزًا مختصرًا.

لم يُوفر في البداية أي مُجمِّع، والذي كان يُطلق عليه آنذاك اسم المُشفِّر التلقائي ، ولا لغات برمجة عالية المستوى مثل فورتران التي لم تكن قد اختُرعت بعد. بدلاً من ذلك، كان المبرمج يُنشئ أولاً مخططًا انسيابيًا للبرنامج، ويُكمله برموز مُختصرة، ثم يُحوِّل هذه الرموز يدويًا إلى لغة الآلة باستخدام جدول، ثم يُدوِّن الشفرة الناتجة على ورقة ترميز للمراجعة قبل تثبيتها على البطاقات. بعد تحميل البرنامج في ذاكرة الأسطوانة، كانت لوحة التشغيل تُتيح للمبرمج فحص البيانات وتخزينها في الذاكرة، بالإضافة إلى التحكم في تدفق البرنامج لأغراض تصحيح الأخطاء. ^{[ 14 ]}

تُخزَّن التعليمات في سلسلة من الذاكرات المتداولة في خزانة ET، حيث يقوم المعالج (خزانة Gamma 3) بجلب الشفرة وفك تشفيرها. يمكن توصيل البرامج القصيرة بلوحة التوصيل، ولكن في الغالب تُثبَّت على بطاقات وتُغذَّى إلى ذاكرة الأسطوانة لتنفيذها كبرنامج مُخزَّن. ^{[ 12 ]}

يصف الجدول التالي التعليمات مع رموزها المختصرة ورمز الآلة ذي الصلة:

بما أن لوحة التوصيل كانت مُخصصة للسلسلة 3، فقد تم شحن بعض الإضافات والبرامج الفرعية كبرامج مُجهزة مسبقًا للوحة التوصيل. ومن الأمثلة على ذلك إضافة " PDF " ( العدد العشري العائم )، التي أضافت تعليمتين إضافيتين: BD وDCC لتسهيل استخدام الأعداد العشرية. ^{[ 23 ]}

لا تزال الأوصاف الكاملة لمجموعة التعليمات، إلى جانب أمثلة البرمجة، موجودة حتى اليوم في بعض دورات البرمجة من خمسينيات القرن الماضي. ^{[ 24 ] [ 12 ]}

في أواخر أيام جهاز غاما 3، قام فريق من الطلاب بقيادة البروفيسور بيير باخوس من جامعة ليل بتطوير لغة برمجة عالية المستوى. هذه اللغة، التي سُميت Auto-Programmation Bull (APB)، جمعت بين عناصر لغة التجميع الخاصة بجهاز غاما 3 وعناصر هيكلية من لغة ALGOL 60 التي أصبحت فيما بعد لغة البرمجة . ^{[ 25 ]} وقد لاقت رواجًا كبيرًا بين مستخدمي غاما 3، ثم نُقلت لاحقًا إلى جهاز IBM 1620. ^{[ 25 ]}

يتميز معالج جاما 3 بوحدة حساب ومنطق ثنائية الوضع ، قادرة على العمل في الوضع العشري (كلمات BCD مكونة من 12 حرفًا ) لمعالجة بيانات الأعمال، أو في الوضع الثنائي (كلمات مكونة من 48 بت) للحوسبة الصناعية والعلمية. وتتيح بعض التعليمات المخصصة، CD وCB، التبديل بين الوضعين. ^{[ 9 ]}

كخاصية غير شائعة في خمسينيات القرن العشرين، كان جهاز غاما 3 مزودًا اختياريًا بمكتبة حسابية مدمجة للأعداد العشرية. هذا الطراز، المعروف باسم غاما 3M، كان مخصصًا للحسابات العلمية. ^{[ 9 ]} وفي النهاية، أصبحت هذه الخاصية جزءًا لا يتجزأ من جهاز غاما 3 ET.

تُمثَّل الأعداد العشرية بـ 48 بت. يُستخدم البت الأول للإشارة، وتُستخدم البتات الثمانية التالية للأس، وتُستخدم البتات الـ 39 التالية للجزء الكسري (المعروف أيضًا باسم المانتسا). ^{[ 21 ]}

في أواخر خمسينيات القرن العشرين، أقام البروفيسور لويس بولييه أولى دورات البرمجة الجامعية في فرنسا باستخدام أجهزة غاما 3 إي تي، مما مثّل تحولاً من الدورات التي توفرها الشركات المصنعة إلى إطار أكاديمي. هذه الدورات متاحة الآن عبر الإنترنت، وقد كان لها دورٌ أساسي في إنشاء محاكيات غاما 3. ^{[ 24 ]}

كان جهاز غاما 3 أول جهاز كمبيوتر يتم إنتاجه بأكثر من ألف وحدة. ^{[ 26 ]}

لا تزال أربعة نماذج من جهاز غاما 3 موجودة. يُعرض أحدها في متحف تكنيكوم بالقرب من فرانكفورت، ^{[ 27 ]} وآخر في اتحاد فرق بول في أنجيه ، فرنسا، حيث صُنع، ^{[ 28 ]} وثالث في متحف أدوات الحساب في بيزا ، إيطاليا. ^{[ 29 ]} وأخيرًا، يضم متحف أكونيت في غرونوبل ، فرنسا، نموذجًا فريدًا من غاما 3 إي تي. ^{[ 11 ]}

• 
  منظر آخر لخزانة وحدة المعالجة المركزية
• 
  تفاصيل رفوف وحدة المعالجة المركزية
• 
  منظر داخلي لطائرة بول جاما 3
• 
  صورة مقرّبة للدوائر الإلكترونية لأنبوب غاما 3 المفرغ
• 
  خزانة لتوسيع الذاكرة
• 
  لوحة توصيل جاما 3. في تكوين البرنامج المخزن، يتم تحميل البرامج من البطاقات المثقبة بدلاً من ذلك.
• 
  مصادر الطاقة

• قائمة أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بالصمامات المفرغة
• قائمة منتجات مجموعة بول
• برنامج حاسوبي مخزن
• آي بي إم 650
• آي بي إم 1401
• شركة الإلكترونيات والأتمتة

• المواصفات الفنية ومجموعة التعليمات
• تصوير ثلاثي الأبعاد لـ Gamma 3
• محاكي برمجة لوحة التوصيل
• محاكي جاما 3 إي تي عبر الإنترنت
• FOSDEM: فهم حاسوب Bull GAMMA 3 من الجيل الأول من خلال المحاكاة
• وصف جهاز جاما 3 على موقع ACONIT الإلكتروني
• وصف جاما 3، Fédération des Équipes Bull
• بول جاما 3 على موقع تكنكوم الإلكتروني
• قائمة تشغيل على يوتيوب لمقابلات متعلقة بصاروخ بول جاما 3 (باللغة الفرنسية)