Tableau de connexion

Un panneau de connexion ou de commande (le terme utilisé dépend du domaine d'application) est un ensemble de prises ou de prises (souvent appelées concentrateurs) dans lesquelles des cordons de raccordement peuvent être insérés pour compléter un circuit électrique. Les panneaux de commande sont parfois utilisés pour diriger le fonctionnement des équipements d'enregistrement des unités , des machines de chiffrement et des premiers ordinateurs . L'ensemble des trous est souvent contenu dans un panneau plat amovible qui peut être inséré dans une machine et pressé contre un ensemble de contacts. Cela permet à la machine d'être rapidement commutée entre différentes applications.

Les contacts de la machine sont reliés par câble aux différents dispositifs qui la composent, tels que les relais, les compteurs, les entrées de chaque colonne de lecteur de cartes, les sorties vers une colonne de perforation de cartes ou une position d'imprimante, etc. Le câblage d'un tableau de connexions relie ces dispositifs pour exécuter une fonction spécifique, par exemple lire des cartes et additionner les numéros perforés dans un groupe de colonnes. Une comparaison moderne serait un réseau de portes programmables par l'utilisateur (FPGA), le tableau de connexions ayant la même fonction que la couche de câblage du FPGA.

Les premières machines étaient câblées pour des applications spécifiques. Inspiré par les standards téléphoniques , Otto Schäffler a inventé le tableau de connexion afin de reprogrammer facilement les tabulateurs. Les applications pouvaient alors être câblées sur des panneaux de commande séparés et insérées dans les tabulateurs selon les besoins. Des panneaux de commande amovibles ont été utilisés dans toutes les machines d'enregistrement unitaire où l'utilisation de la machine pour différentes applications nécessitait un recâblage.

Les panneaux de commande amovibles IBM mesuraient entre 6 1/4" par 10 3/4" (pour des machines telles que l'IBM 077, l'IBM 550 , l'IBM 514 ) et environ 300 à 600 mm de côté et étaient dotés d'un ensemble rectangulaire de concentrateurs. Des fiches à chaque extrémité d'un cordon de raccordement à conducteur unique étaient insérées dans des concentrateurs, établissant une connexion entre deux contacts de la machine lorsque le panneau de commande était placé dans la machine, connectant ainsi un concentrateur émetteur à un concentrateur d'acceptation ou d'entrée. Par exemple, dans une application de duplication de cartes, un concentrateur de lecture (émission) de colonne de cartes pouvait être connecté à un concentrateur d'entrée d'aimant de poinçonnage. Il était relativement simple de copier certains champs, peut-être dans des colonnes différentes, et d'ignorer d'autres colonnes par un câblage approprié. Les panneaux de commande de tabulateur pouvaient nécessiter des dizaines de cordons de raccordement pour certaines applications.

Les fonctions de tabulation étaient implémentées avec des composants mécaniques et électriques. Les panneaux de commande simplifiaient le changement des connexions électriques pour différentes applications, mais la plupart des utilisations de la tabulation nécessitaient toujours des modifications mécaniques. L'IBM 407 était la première tabulatrice IBM qui ne nécessitait pas de telles modifications mécaniques ; toutes les fonctions de la 407 étaient contrôlées électriquement et étaient entièrement spécifiées par le panneau de commande et le chariot à bande de l'application.

Pour la plupart des machines dotées de panneaux de commande, des assembleuses, des interpréteurs, jusqu'à l' IBM 407 , les manuels IBM décrivent le panneau de commande comme « dirigeant » ou « le fonctionnement automatique était obtenu par… ». Les panneaux de commande des calculatrices, telles que l' IBM 602 et l'IBM 604 , qui spécifiaient une séquence d'opérations, étaient décrits comme étant des programmes .

Les équipements d'enregistrement des unités étaient généralement configurés pour une tâche spécifique à l'aide d'un panneau de commande amovible. Les connexions électriques des différents composants de la machine d'enregistrement des unités étaient présentées sur le panneau, et les connexions entre eux étaient déterminées par le câblage, les connexions réelles étant effectuées lorsque le panneau était inséré dans la machine et verrouillé en place. L'analogue moderne le plus proche est peut-être le réseau de portes programmables sur site , où un nombre fixe de composants logiques sont mis à disposition et leur câblage d'interconnexion est déterminé par l'utilisateur.

Le câblage d'un panneau de commande d'enregistrement unitaire nécessitait une connaissance des composants de la machine et de leurs contraintes temporelles. Les composants de la plupart des machines d'enregistrement unitaire étaient synchronisés avec un arbre rotatif. Une rotation représentait un seul cycle de machine, au cours duquel les cartes perforées avançaient d'une station à la suivante, une ligne pouvait être imprimée, un total pouvait être imprimé, etc. Les cycles étaient divisés en points en fonction du moment où les rangées d'une carte perforée apparaissaient sous une station de lecture ou de perforation. Sur la plupart des machines , les cartes étaient alimentées face vers le bas, le bord 9 (bord inférieur) en premier. Ainsi, le premier point d'un cycle de carte correspondait à 9 fois, le deuxième à 8 fois et ainsi de suite jusqu'à 0 fois. Les temps de 9 à 0 étaient appelés chiffres. Ceux-ci étaient suivis de 11 fois et de 12 fois, également appelés zones.

Dans une station de lecture, un ensemble de 80 balais métalliques à ressorts était pressé contre la carte, un pour chaque colonne (la station de lecture 407, construite sans balais, maintenait la carte immobile et pouvait lire une carte plusieurs fois, générant à chaque fois les mêmes impulsions que celles générées par une station à 80 balais métalliques à ressorts). Lorsqu'un trou passait sous le balai, celui-ci entrait en contact avec une surface conductrice sous la carte qui était connectée à une source d'alimentation électrique et une impulsion électrique, une impulsion dans la terminologie IBM, était générée. Chaque balai était connecté à un concentrateur individuel sur le panneau de commande, à partir duquel il pouvait être connecté à un autre concentrateur, selon les besoins. L'action provoquée par une impulsion sur un fil dépendait du moment du cycle où elle se produisait, une forme simple de multiplexage temporel . Ainsi, une impulsion qui se produisait pendant 7 temps sur un fil connecté à l'aimant de poinçonnage de la colonne 26 perforait un trou dans la rangée 7 de la colonne 26. Une impulsion sur le même fil qui se produisait à 4 temps perforait un 4 dans la colonne 26. Les impulsions chronométrées de cette manière provenaient souvent de brosses de lecture qui détectaient les trous perforés dans les cartes lorsqu'elles passaient sous les brosses, mais de telles impulsions étaient également émises par d'autres circuits, tels que les sorties de compteur. Les impulsions de zone et les impulsions de chiffres étaient toutes deux nécessaires pour l'impression alphanumérique. Elles pouvaient toutes deux être envoyées sur un seul fil, puis séparées par des circuits de relais en fonction du temps au sein d'un cycle.

Le panneau de commande de chaque type de machine présentait des concentrateurs de sortie (sortie) et d'entrée (entrée) disposés de manière logique. Dans de nombreux endroits, deux ou plusieurs concentrateurs communs adjacents étaient connectés, ce qui permettait de connecter plusieurs fils à cette sortie ou à cette entrée. Quelques groupes de concentrateurs étaient câblés ensemble mais non connectés à des circuits internes. Ces concentrateurs de bus pouvaient être utilisés pour connecter plusieurs fils si nécessaire. De petits blocs de connecteurs appelés séparateurs de fils étaient également disponibles pour relier trois ou quatre fils ensemble, au-dessus du panneau de commande. Plusieurs d'entre eux sont visibles sur la photo d'un panneau IBM 402.

Les capacités et la sophistication des composants des machines d'enregistrement d'unités ont évolué au cours de la première moitié du XXe siècle et étaient souvent spécifiques aux besoins d'un type de machine particulier. Les groupes de moyeux suivants étaient typiques des machines IBM ultérieures :

• Brosses de lecture, 80 moyeux de sortie, un pour chaque colonne de cartes. Une tabulatrice peut avoir deux ou trois stations de lecture, chacune avec son propre ensemble de 80 moyeux. Un poinçon de reproduction peut avoir une station de lecture supplémentaire après la station de poinçonnage pour vérification.
• Les machines capables de perforer des cartes, comme les perforatrices reproductibles, étaient équipées d'entrées centrales pour chaque colonne de cartes. Une impulsion sur l'une de ces entrées déclenchait l'électroaimant qui déclenchait le perçage d'un trou à cet emplacement de la colonne.
• Les entrées d'impression, un moyeu pour chaque position d'impression. Les impulsions sur ces entrées contrôlaient le mouvement des barres ou des roues d'impression pour placer l'élément typographique correct sous les marteaux d'impression. La 407 avait également des sorties à partir de chaque roue d'impression qui pouvaient ensuite alimenter les compteurs pour l'addition ou la soustraction. Cela garantissait que les totaux correspondaient toujours à ce qui était imprimé.
• Entrées de compteur. Une machine à tabuler IBM, comme les séries 402 ou 407, avait plusieurs compteurs disponibles dans différentes tailles. (Par exemple, l'IBM 402/403 avait quatre jeux de compteurs à 2, 4, 6 et 8 chiffres, étiquetés 2A, 2B, 2C, 2D, 4A, 4B, etc.). Chaque compteur avait deux entrées de contrôle de compteur pour spécifier soit l'addition (plus) soit la soustraction (moins). Si aucune des deux n'était pulsée, aucune opération n'était effectuée. Si l'addition était commandée, une impulsion de chiffre câblée d'une colonne à un moyeu d'entrée de compteur faisait tourner la roue du compteur. Elle s'arrêtait automatiquement à l'heure zéro. Ainsi, une impulsion à l'heure 8 faisait avancer la roue de 8 pas, ajoutant la valeur 8 à cette position du compteur. Les reports au sein d'un groupe étaient effectués automatiquement. Les moyeux de report d'entrée et de report de sortie permettaient de coupler les compteurs, ce qui permettait d'accumuler des nombres plus longs. La soustraction était plus compliquée et utilisait l'arithmétique en complément à neuf .
• Sorties totales du compteur. Le concentrateur d'entrée du total d'un compteur provoquait l'émission par ce compteur d'impulsions totales qui pouvaient être câblées pour imprimer des positions. Après l'impression d'un total, le compteur était réinitialisé. Des circuits spéciaux permettaient d'imprimer correctement les valeurs négatives, et non pas comme des compléments à neuf, et une sortie spéciale était prévue pour permettre l'impression d'un symbole approprié ( « cr » ou « - ») à côté du nombre lorsqu'il était négatif.
• Comparaison. Les circuits de comparaison simples avaient deux entrées et une sortie qui émettaient une impulsion chaque fois que les impulsions arrivaient aux entrées à des moments différents. Certaines machines, par exemple les assembleuses, pouvaient détecter quel nombre était le plus élevé s'ils n'étaient pas égaux. Une machine à tabuler pouvait comparer le numéro de compte sur des cartes successives et imprimer un total lorsqu'un nouveau numéro de compte apparaissait. Pour la fonction de comparaison, IBM a mis en œuvre ce qu'on appellerait aujourd'hui une porte XOR utilisant des électroaimants opposés. Si aucun aimant n'était excité ou si les deux aimants étaient excités en même temps, l'armature du relais ne bougeait pas. Si un seul aimant était excité, l'armature se déplaçait et touchait l'un des deux contacts placés de chaque côté. Les deux contacts étaient câblés ensemble en interne et connectés à un concentrateur de sortie qui indiquait une comparaison inégale.
• Les distributeurs permettaient de connecter une impulsion de sortie à plusieurs entrées sans créer de circuit de retour entre les entrées.
• Les émetteurs étaient des ensembles de 12 concentrateurs de sortie qui généraient automatiquement une impulsion à chaque instant spécifié dans le cycle de la carte. Les douze concentrateurs de sortie étaient reliés à des contacts sur un commutateur rotatif qui tournait avec le cycle de la carte. Ainsi, le câblage de la sortie 6 d'un émetteur à une entrée d'aimant de poinçonnage provoquait le poinçonnage d'un 6 à cette position. Les émetteurs pouvaient être utilisés pour mettre une valeur constante numérique, par exemple une date, sur chaque carte. Des données constantes alphanumériques pouvaient être créées en combinant soigneusement les impulsions de chiffres et de zones. Les machines ultérieures, telles que la 407, disposaient également d'un ensemble complet d'émetteurs alphanumériques qui ne nécessitaient qu'un seul fil pour être utilisés.
• Les sélecteurs dirigeaient une impulsion d'une entrée commune vers l'une des deux sorties, selon qu'un aimant de relais était excité ou non. De nombreux types de sélecteurs étaient utilisés, qui différaient dans la façon dont le relais de « détection » était excité. Dans le cas le plus simple, les entrées immédiates (I), l'aimant était excité lorsqu'une impulsion était reçue et maintenu pendant le reste du cycle. Les sélecteurs plus complexes, appelés sélecteurs pilotes, avaient un moyeu d'entrée D qui faisait que l'aimant du sélecteur se déclenchait lors du cycle de machine suivant, et un moyeu d'entrée X qui retardait également mais n'était déclenché que par une impulsion 11 ou 12. Le délai d'un cycle était nécessaire car dans la plupart des cas, au moment où une impulsion était détectée, il était trop tard pour agir de manière fiable dans ce cycle. Les co-sélecteurs n'avaient qu'une entrée immédiate, mais cinq jeux de contacts et étaient généralement déclenchés par la sortie de couplage d'un sélecteur pilote , d'où leurs noms.
• Les sélecteurs de chiffres étaient semblables aux émetteurs, avec un hub de sortie pour chaque point de cycle, mais ils avaient également un hub d'entrée qui était commuté vers les hubs de sortie successifs au fur et à mesure de la progression du cycle. Un sélecteur de chiffres pouvait être converti en émetteur de chiffres en connectant son hub d'entrée à une source constante d'impulsions de cycle. Mais il pouvait également être alimenté par d'autres signaux et utilisé pour détecter un chiffre particulier. Le câblage d'un premier balai de lecture à l'entrée d'un sélecteur de chiffres et la connexion, par exemple, de sa sortie 4 à l'entrée D d'un sélecteur pilote entraîneraient le transfert de ce sélecteur au cycle de lecture suivant si un 4 était saisi dans la colonne de ce premier balai de lecture.
• Les séparateurs de colonnes étaient des relais qui s'activaient uniquement à 11 et 12 heures, permettant de séparer les impulsions numériques des impulsions de zone.
• Stockage. Les machines ultérieures telles que la 407 et la 602 pouvaient stocker plusieurs valeurs pour une utilisation ultérieure, au moyen d'un dispositif mécanique quelque peu similaire à un émetteur, sauf qu'il contenait un contact coulissant qui déterminait à quel moment une impulsion devait être émise. Le curseur de contact était positionné électromécaniquement lorsqu'une valeur était stockée et restait en position jusqu'à ce que la mémoire soit vidée.

Un panneau de connexion a été utilisé sur la célèbre machine Enigma ; il n'était pas amovible. Dans ce cas, le panneau de connexion agissait comme un « quatrième rotor » dans le fonctionnement de la machine à rotor . Les câblages du panneau de connexion faisaient partie des « réglages quotidiens » qui spécifiaient quels rotors insérer dans quel emplacement et quelles connexions du panneau de connexion effectuer. En pratique, le panneau de connexion améliorait la sécurité du chiffrement généré, mais comme il ne changeait pas à chaque pression de touche, contrairement aux rotors, son impact était limité. Voir Cryptanalyse de l'Enigma .

La première version de l' ordinateur ENIAC était programmée via des câbles, des commutateurs et des tableaux de connexions. Le câblage de l'ENIAC a été ultérieurement reconfiguré pour utiliser la mémoire ROM de données des tables de fonctions existantes comme mémoire ROM de programme (les commutateurs et les tableaux de connexions ont continué à être utilisés dans l'ENIAC reconfiguré).

L' IBM 305 RAMAC utilisait un tableau de connexions pour toutes les opérations de comparaison de programmes et toutes les opérations de branchement. D'autres tableaux de connexions contrôlaient la lecture et la perforation des cartes, l'imprimante et la machine à écrire de la console. De nombreux périphériques, par exemple les IBM 711 et 716 , pour les ordinateurs IBM de première et deuxième génération, y compris les séries IBM 700/7000 et IBM 650 , étaient basés sur des machines d'enregistrement d'unités et incluaient des tableaux de connexions.

Les cartes de connexion sont restées utilisées pendant un certain temps dans les ordinateurs spécialisés, agissant comme une mémoire morte (ROM) mais pouvant être reprogrammée manuellement sur le terrain. Un exemple est l' ordinateur Ferranti Argus , utilisé sur le missile Bristol Bloodhound , qui dispose d'une carte de connexion programmée en insérant de petites tiges de ferrite dans des fentes, créant ainsi une mémoire centrale en lecture seule à la main.