真空管式コンピュータ

真空管式コンピュータ

真空管式コンピュータ、あるいは第一世代コンピュータは、主に真空管を用いた電子回路から成るコンピュータの一種です。この技術は1940年代から1960年代初頭までの間に開発され、領域を広げましたが、最終的にはトランジスタを使った第二世代コンピュータに取って代わられました。それにもかかわらず、真空管式コンピュータは特定の用途においては1960年代にも製造が続けられていました。

開発の歴史

真空管の基本的な動作原理は、1918年にウィリアム・エクルズとF・W・ジョーダンによって発見され、そのパルス列の生成が電子式デジタルコンピュータの基礎となりました。1939年にはアタナソフ&ベリー・コンピュータというプロトタイプが登場します。このシステムは線型方程式の問題を解くことができましたが、汎用性がなく、信頼性にも欠けていました。

第二次世界大戦中、イギリスは特定の目的のためにColossusと呼ばれる真空管式コンピュータを開発し、ナチスドイツと日本の暗号解読に役立てました。このシステムは非常に大量の真空管を使用し、その特性に起因する故障率も高かったため、メンテナンスが大きな課題でした。アメリカでは、戦後にENIACが開発され、プラグボードを使ったプログラミング方式が導入されました。ENIACの設計は後に広く普及し、他の真空管式コンピュータの設計にも影響を与えました。

設計の課題

真空管式コンピュータは、17,000本以上の真空管を使用することが一般的で、非常に高い電力消費を伴っていました。例えば、ENIACは最大で150キロワットの電力を必要とし、真空管に頼るため、故障が発生すると速やかな対応が必要でした。このような理由から、真空管の信頼性が求められ、特別な基準を満たした真空管が使用されることとなります。

コンピュータ内の論理回路は主に非同期型と同期型の二種類があり、それぞれの特性が設計に影響を与えました。非同期型はロジックゲート間に抵抗を用いたシンプルな接続が特徴ですが、遅延や競合の問題があります。同期型はクロックパルスを活用し、安定した出力を目的としていますが、これに伴い追加の回路が必要です。

メモリ技術の進化

初期の真空管式コンピュータでは、様々なメモリ技術が用いられ、1942年のアタナソフ&ベリー・コンピュータでは機械式ドラムに数字を格納する方式が採用されましたが、コストや効率の問題からすぐには広がりませんでした。1947年にモーリス・ウィルクスが開発したEDSACでは水銀遅延線メモリが使われ、データのアクセス速度を向上させました。また、ウィリアムス管と呼ばれるランダムアクセスメモリも登場し、高速でありながら信頼性に課題が残るものでした。

最後に、1951年には磁気コアメモリが特許を取得し、これが真空管式コンピュータのメモリ技術の主流となりました。磁気コアメモリは高い信頼性とランダムアクセスを提供し、真空管式コンピュータの進化を促しました。こうして、真空管式コンピュータはコンピュータ技術の初期に重要な役割を果たし、その後の進化へと続く道筋を切り開きました。

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