تصميم الحاسبة HP-35: كيف تم إنشاء الابتكار

يعد HP-35 مثالاً على منتج جذاب للغاية ومنمنم وثوري. كانت آلات حاسبة الجيب ذات أربع وظائف معروضة للبيع بالفعل [سابقًا "جيب" أو "محمول" أو "محمول" ، أطلقوا عليها إلكترونيات صغيرة بما يكفي لتناسب يدك وتكون محمولة - قبل أن تصبح جميع المعدات مثل / تقريبا. ترجم.]. قليلون يمكنهم تخيل آلة قادرة على إجراء الحسابات العلمية وتناسب جيب القميص ، لكن الكثير منهم بدأ بالفعل يحلم بمثل هذا الشيء. تم تطوير HP-35 من قبل Hewlett-Packard ، ومقرها بالو ألتو ، كاليفورنيا في 1501 Paige Mill Road ، وتم إطلاقها في عام 1972. كانت أول آلة حاسبة علمية كاملة المواصفات بحجم جيب القميص. أحدث هذا الاختراع ثورة في مهنة المهندس ، مما سمح له بإجراء حسابات علمية شبه فورية ودقيقة للغاية في المنزل أو في المكتب أو في الميدان. كان HP-35 تتويجًا مبتكرًا للتصميم الميكانيكي والتكنولوجيا المتقدمة وتطوير الخوارزميات والتطبيقات - كل هذا كان فريدًا في ذلك الوقت.

يعتقد الكثير منا عن أنفسنا كمخترعين ، لكننا في الحقيقة بحاجة إلى التركيز على "الابتكار" - صنع الأشياء التي يحتاجها الآخرون ، الأشياء التي يريدون شرائها. يجب أن يدعم البحث تطوير المنتج النهائي. إذا ظهر شيء جديد نتيجة لذلك ، فربما يظهر اختراع يستحق البراءة. يبدأ العديد من المهندسين التطوير من الداخل ، بالحديد ، بالمحرك ، ومن ثم تجهيزه بغلاف. ومع ذلك ، يظهر تحليل أنجح المنتجات في العقود الأخيرة أنه بدأ تطويرها من الخارج ؛ المظهر وتجربة المستخدم هي أولوية على التطورات الهندسية التفصيلية.

أثناء تطوير الآلة الحاسبة المكتبية HP-9100 ، الأخ الأكبر لـ HP-35 ، كنت مسؤولاً عن تطوير الخوارزميات التي يمكن أن تتناسب مع البنية التي اقترحها المخترع المستقل Tom Osborne. أحضر توم إلى HP دائرة ذات أربع نقاط عائمة أصبحت أساس بنية 9100. تم أخذ منهجية الخوارزمية المقترحة من آلة حاسبة أثينا ، التي طورها مالكولم ماكميلان ، المسؤول أيضًا عن الآلة الحاسبة الثابتة والوظائف التجاوزية . كان علي أن أقرأ الكثير من الأدبيات لفهم تقنية أنواع مختلفة من الحسابات ، يعود تاريخ العديد منها إلى أكثر من 1000 عام. على الرغم من أن مختبرات وانغ استخدمت طرق حساب مماثلة ، فقد وجدت في بحثي أمثلة تاريخية ، يعود أقدمها إلى عام 1624 - الذي يلغي براءات اختراع وانغ لابوراتوريز.



ساعدت الدراسة على إتقان الوظائف التجاوزية (الوظيفة الأسية ، اللوغاريتم ، والدوال المثلثية) باستخدام الخوارزميات التي تلبي احتياجات المستخدم وتتلاءم مع قيود الحديد. كان هذا النهج لا يقدر بثمن خلال تطوير HP-35 ، حتى استخدام الثوابت المكونة من 12 رقمًا لتوليد الوظائف ، من أجل تقليل الانحرافات إلى الوحدة في المكان العشري الحادي عشر.

فكرنا بعناية في اختيار الخوارزميات لـ HP-35. سلسلة القوة ، تحلل كثيرات الحدود ، الكسور المستمرة ، كثيرات حدود Chebyshev - تم اعتبار كل هذا للاستخدام في حساب الوظائف التجاوزية. وكل هذا كان بطيئًا جدًا نظرًا لعدد المضاعفات والأقسام المطلوبة للحفاظ على الدقة حتى المرتبة العاشرة في الفاصل الزمني المقترح مائتين وعشر درجات. الخوارزمية المعممة التي تناسب متطلبات السرعة وكفاءة البرمجة لـ HP-35 هي التقسيم الزائف التكراري وطريقة الضرب الزائفة ، التي تم وصفها لأول مرة في عام 1624 بواسطة هنري بريجز في Arithmetica Logarithmica ، ثم فيما بعد بواسطة فولدر وميجيت. تم استخدام خوارزمية من نفس النوع سابقًا في حاسبات سطح المكتب من HP.

بالإضافة إلى ذلك ، نتيجة البحث لتطوير آلة حاسبة سطح المكتب HP-9100 ، تم اقتراح استخدام التدوين البولندي العكسي كأساس لتطوير HP-35. وقد أثر ذلك على جميع جوانب التطور - من عدد المفاتيح إلى بنية المنطق الداخلي. يتطلب التدوين البولندي العكسي أن يتم إدخال عامل التشغيل بعد المعاملات ، ونتيجة لذلك تصبح الأقواس غير ضرورية. سمح لك هذا بإدخال بيانات بضغطات مفاتيح أقل ، بالإضافة إلى تبسيط الأجهزة.

بدأ مشروع الآلة الحاسبة حرفياً كمحاولة لإنشاء آلة حاسبة علمية تناسب جيب قميص "بيل" لـ William Hewlett . بعد تطوير حاسبة علوم سطح المكتب HP-9100 في منتصف الستينيات ، أصبح بيل مهووسًا بفكرة أن HP يجب أن تطور آلة حاسبة بنفس القدرات التي تناسبها في قميصه. مرة واحدة كل بضعة أشهر ، ظهر في مختبر مبنى 1U وسأل عن كيفية سير مشروعه المفضل. غالبًا ما كان يلجأ إلي شخصيًا ، نظرًا لأنني كنت منخرطًا في البحث عن بنيات مناسبة للخوارزميات العلمية التي استخدمتها في HP-9100.

على الرغم من أن كثافة أشباه الموصلات تزداد كل عام ، إلا أن الترانزستورات ثنائية القطب لا يمكن أن تكون مناسبة لمشروعنا - فهي كبيرة جدًا وتستهلك كثيرًا. وعدت هياكل MOS (أشباه الموصلات من أكسيد المعادن ؛ أشباه الموصلات من أكسيد الفلز الإنجليزي ، أو MOS) بكثافة عالية واستهلاك منخفض ، لكنها كانت لا تزال في المراحل الأولية من التطور. لكن هذا لم يمنع شركة Hewlett من توجيه فريق التطوير الصناعي في مختبر HP لرسم بعض الأفكار ، والتصميمات الرئيسية ، وما إلى ذلك التي يمكن أن تناسب جيب القميص. وقد عمل مختبر الإلكترونيات في الحالة الصلبة أيضًا على شاشات LED منخفضة الطاقة استنادًا إلى الدوائر ذات الترانزستورات ثنائية القطب. من العديد من الشركات المصنعة في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان ، جمعت مجموعة كبيرة من معماريات أشباه الموصلات التي أجرت حسابات بسيطة مع أربع وظائف. كان معظمهم ثنائي القطب ، لكن بعض الشركات المصنعة حاولت بالفعل تطوير دوائر MOS مع عدة مئات من الترانزستورات على رقاقة. تغير كل شيء بشكل كبير في أواخر السبعينيات عندما أظهر Fairchild Semiconductor لـ HP Whitney ، مدير قسم HP ، وبالنسبة لي بنية pMOS ، التي بدت مناسبة جدًا كمرشح للعمل مع الخوارزميات العلمية. كان مُجمِّع العلامة العشرية ذات الترميز الثنائي (BCD) ودعم العديد من الكلمات ذات 20 بت في سجلات التحول مع تداول المعلومات فعالة جدًا من حيث حجم الشريحة واستهلاك الطاقة. لم يكن لدى فيرتشايلد براءة اختراع لهذه الهندسة المعمارية ، حيث يزعم أنها أخذتها من سويدا ، وهي شركة تصنيع سجلات النقد الإلكترونية. كانوا سيقدمون هذه الشرائح كمنصة للآلات الحاسبة بأربع وظائف ونقطة ثابتة.

لمدة أسبوعين درست بنية معدلة بناءً على ما رأيته مع Fairchild ، وقررت أنني سأحتاج فقط إلى تسجيلات 13 بت (56 بت) وكلمات 11 بت ؛ تم تخفيضها لاحقًا إلى 10 بت باستخدام فرع شرطي وهمي. كان انخفاض بنسبة 10 ٪ في الدائرة كبيرًا جدًا. يجب أن يكون ثلاثة عشر رقمًا كافيًا لدقة 10 أرقام ، مع بت واحد للتجاوز أو الحمل وقطعتين من الحماية. يمكن عرض الكلمة إما كجسم عشري مع رقمين من الأس ، أو كنتيجة متغيرة الطول بنقطة ثابتة. كان من المفترض أن يحتوي المنتج على شريحة حسابية وشريحة تسجيل ودوائر تحكم وجهاز ضبط الوقت والعديد من رقائق ROM. كم مرة تتاح للشخص فرصة تطوير مجموعة من التعليمات الدقيقة؟

قرر فيرتشايلد أنهم لن يقوموا بعمل مخطط طلب خاص لـ HP ، لذلك ذهبنا إلى بيل هيوليت مع المدير الإداري توم ويتني ومدير المختبر ، على أمل أنه سيكون سعيدًا بمزيجنا من التكنولوجيا والهندسة المعمارية التي يمكن أن تتناسب مع جيبه. أخبرناه أننا سنحتاج إلى طلب تطوير العديد من رقائق pMOS الجديدة. وستكون التكلفة النهائية للمنتج بالتأكيد أكثر من 100 دولار ، ثم تم بيع الآلات الحاسبة ذات أربع وظائف. لم يكن Hewlett متأكدًا من أنه سيحصل على استجابة جيدة من التطوير بقيمة مليون دولار ، لذلك استخدمنا الميزانية الحالية لقسم البحث والتطوير ، واتصلت Hewlett بمركز التطوير التحليلي SRI لتكليفهم بأبحاث السوق المستقلة. عملت SRI لعدة شهور ، ودرست مجموعات تركيز مختلفة ، وما إلى ذلك ، وأعطت الإجابة: ما كان يفكر به HP "لا يمكن تقييمه".

كانت الأهداف الأساسية عند إنشاء HP-35 هي:

• آلة حاسبة بحجم جيب القميص.
• القدرة على حساب الدالات التجاوزية (مثلثي ، لوغاريتمي ، أسي) وحتى الجذر التربيعي (البسيط).
• أداء هذه العمليات في حدود مئتي درجة عشرات ، مما سمح لنا لتمثيل الأرقام من 10 ^-99 إلى 9.999999999 × 10 ⁹⁹ .
• يجب أن تتكون الشاشة من 15 مؤشرًا رقميًا من سبعة أجزاء LED مع وضع مناسب للنقطة العشرية ، والتي يجب أن تكون مرئية في ضوء الشمس.
• يجب أن تحتوي الآلة الحاسبة على خمسة سجلات لتخزين الثوابت والنتائج ، أربعة منها تتكون من المكدس التشغيلي - لم يكن لدى جميع أجهزة الكمبيوتر مثل هذه الفرصة في ذلك الوقت.
• أربع ساعات على بطاريات قابلة للشحن.
• سعر معقول للمهندسين والعلماء.

كيف يجب أن تبدو HP-35؟ يجب أن يكون بحجم الجيب - وبالتالي خفيف الوزن وسهل الحمل. ما هي الأزرار التي احتاجها ، كيف تتناسب جميعها مع مثل هذا الحجم؟ هل سيقبل المستخدمون أزرار البادئة واللاحقة؟ كيفية وضع الأزرار بحيث تكون ملائمة للاستخدام؟ هل من الممكن تجنب الضغط على الأزرار المجاورة عن طريق الخطأ؟ كان من المفترض أن تعمل البطارية لعدة ساعات دون إعادة الشحن. كان من المفترض أن تكون الشاشة قابلة للقراءة على طول الذراع وفي ضوء الشمس الساطع.

كان التطوير الصناعي لـ HP-35 حداثة ليس فقط لشركة Hewlett Packard ، ولكن أيضًا لصناعة الإلكترونيات بأكملها ككل. عادة ، تم تحديد المكونات الميكانيكية والكهربائية للمنتج قبل ظهوره ؛ ذهب HP-35 في الاتجاه المعاكس.

نظرًا لأنه كان من المفترض أن تناسب الآلة الحاسبة في جيب القميص ، كان الحجم هو قيد التصميم السائد. على الفور تم تعيين عدد قليل من المعلمات. ستحتاج الآلة الحاسبة إلى ثلاث بطاريات لتحقيق وقت التشغيل المذكور ، مع محول DC / DC عالي الكفاءة عند الجهد المقدر لأشباه الموصلات ومتطلبات الطاقة المقابلة. استنادًا إلى تطوير الآلات الحاسبة المكتبية السابقة ، قررت HP-35 عمل 35 مفتاحًا (من الواضح ، ألا تأتي باسم الآلة الحاسبة بعد التطوير؟) ، بالإضافة إلى شاشة LED مكونة من خمسة عشر رقمًا مع تدوين أسي ونقطة عشرية وعلامات لعشري و الأس. .

بدأ التصميم الصناعي بدراسة لوحة المفاتيح والإسكان والمفهوم العام للشكل. بمساعدة الرسومات والنماذج ثلاثية الأبعاد ، تمت دراسة العديد من عوامل الشكل الأساسية ، مما سمح بتقييم جيد للأشكال والأحجام قيد النظر. من وجهة نظر علم النفس الهندسي ، كانت لوحة المفاتيح هي اللحظة الأكثر أهمية. كانت المشكلة في كيفية وضع 35 مفتاحًا على مساحة قياس 6.5 سم × 11.5 سم ، مع الحفاظ على القدرة على العمل مع المفاتيح دون الضغط على أكثر من مفتاح واحد في كل مرة. أصبح من الواضح أنه يجب التخلي عن معيار الصناعة البالغ 19 ملم بين مراكز المفاتيح.

كان الحل الوسط الناجح هو استخدام مسافة 17 ملم بين مراكز المفاتيح الرقمية ، و 13 ملم للبقية. أصبح هذا ممكنًا بعد تقليل حجم المفاتيح ، مما زاد المسافة بينهما. يتم تقسيم المفاتيح إلى مجموعات وفقًا للوظائف. يتم تقسيم المجموعات حسب الحجم والتباين واللون والموقع. يتم تكبير مفاتيح الأرقام ، باعتبارها الأكثر استخدامًا ، ولديها أكبر تباين. يتم تطبيق تعييناتهم مباشرة على أنفسهم. يتم تمييز المجموعة التالية من المفاتيح حسب تكرار الاستخدام باللون الأزرق. يتم إبراز مفتاح الإدخال والمفاتيح الحسابية في هذه المجموعة من خلال حقيقة أن تعييناتهم يتم تطبيقها على المفاتيح نفسها. تحتوي المفاتيح الأقل استخدامًا على أقل تباين ، ويتم طباعة تعييناتها على اللوحة أعلى المفاتيح.

كانت متطلبات لوحة المفاتيح HP-35 معقدة بشكل خاص. يجب أن تكون موثوقة وغير مكلفة ومزودة بمفاتيح منخفضة ولطيفة على اللمس. استند القرار إلى حقيقة أن الشرائط المعدنية المنحنية المثبتة في النهايات يمكن أن يكون لها حالتان مستقرتان. عندما تم الضغط على مفتاح ، أعطوا ردود فعل ملموسة ، مشابهة لتلك التي لعبة الكريكيت لعبة الأطفال [على ما يبدو ، بعض لعبة بين الأطفال في الولايات المتحدة في ذلك الوقت / تقريبا. ترجم.]. في HP ، تم تطوير ملامس نابض خاص بارتفاع 3 مم. أعطى الشعور اللمسي للمفاتيح فهمًا واضحًا للحظة التي حدث فيها الاتصال.

تم تطوير غلاف HP-35 مع مراعاة علم النفس الهندسي وأهمية المظهر. حواف الآلة الحاسبة ذات الشكل الخاص تجعلها ملائمة لحملها بيد واحدة. كما يسمح له بدخول جيبه بسهولة. تميل لوحة المفاتيح والشاشة لأعلى لتسهيل رؤيتهما باستخدام سطح المكتب. الجزء العلوي من الجسم أخف من الجزء السفلي - وبسبب هذا ، يبدو المنتج أرق مما هو عليه في الواقع. يبدو أنها تطفو عندما تنظر إليها في الاستخدام العادي لسطح المكتب. أثر استخدام الزخارف التكميلية بشكل كبير على مظهره الأنيق بشكل عام. يعطي هيكل الهيكل سطحًا غير قابل للانزلاق ، وهو أمر مهم عند حمله في متناول اليد. قام فريق التصميم الصناعي ، بقيادة إد ليلينوال ، بعمل رائع ، دون معرفة أي شيء عن تعبئة المنتج.

في ذلك الوقت ، كانت هناك معلومات عامة فقط عن الحشو الإلكتروني للآلة الحاسبة. أصبح تطوير وتغليف جميع المكونات الكهربائية والميكانيكية اللازمة في منتج صغير مهمة عملاقة لمطوري الإلكترونيات والأجزاء الميكانيكية والمصممين الصناعيين. لن يولد HP-35 بدون علاقة عمل مذهلة بين معمل التطوير والتصميم الصناعي والتصنيع وفرق الأدوات. كان لجميع الذين عملوا في المشروع هدف مشترك هو الحفاظ على حجمهم وشكلهم الأصلي ، ونتيجة لذلك تم اختراع العديد من الابتكارات الهندسية. يمكن حل العديد من المشكلات التي تمت مواجهتها أثناء التطوير بسهولة بالطريقة المعتادة ، ولكن بعد ذلك لم يكن من الممكن تحقيق الأهداف الرئيسية وكان المنتج أقل جاذبية.


جدول التطوير -35

في مراحل التخطيط المبكرة لـ HP-35 ، كان من الواضح أنها ستتطلب تقنيات عرض جديدة. ثم استهلكت مصابيح LED الموجودة الكثير من الطاقة وتكلفتها أكثر من اللازم. قامت HP بتطوير شاشة عرض من خمسة أرقام توفر الطاقة والتكلفة بفضل العدسات الكروية البلاستيكية المدمجة المقابلة لكل رقم. تم تحسين أداء LED باستخدام دورة عمل صغيرة بدلاً من التيار المباشر. في HP-35 ، يتم تخزين الطاقة في المحاثات وتزويدها بمصابيح LED. جعلت هذه التكنولوجيا من الممكن استخدام تعدد الإرسال بنشاط. تم مسح الأرقام كل على حدة ، قطعة تلو الأخرى. أظهرت اختبارات الموثوقية الواسعة تغيرًا طفيفًا في الشدة بعد عدة سنوات من التيار المتدرج مع دورة عمل تبلغ 0.1 ٪. كانت سهولة قراءة الشاشة حتى في ضوء الشمس الساطع مهمة للغاية بحيث تغيرت الأجزاء الفردية قليلاً ، مضيفة رقيقًا صغيرًا من الحافة اليسرى للشرائط العلوية والسفلية. تم تغيير كل جزء أيضًا بحيث كان المحيط قابلًا للمقارنة مع نسبة المساحة من أجل تحقيق كثافة بصرية موحدة.

تم تصميم شاشة HP-35 بشكل مماثل للعرض المكون من عشرة أرقام لآلات حاسبة سطح المكتب من HP. يتكون من 15 رقمًا مكونًا من سبعة أجزاء ونقاط عشرية. تم عرض النتائج في النطاق من 10 ¹⁰ إلى 10 ^-2 دائمًا كأرقام فاصلة عائمة ، والتي تم وضعها بشكل مناسب على الشاشة ، وبقي مجال الطاقة فارغًا. خارج هذه الفجوة ، أظهر HP-35 النتيجة في ترميز أسي مع علامة عشرية على يمين أول رقم مهم وقوة مقابلة من 10 ، تقع على الحافة اليمنى من الشاشة. لزيادة قابلية قراءة الفاصلة العشرية ، تم إبراز المقطع الخاص به.

كانت هناك خمس دوائر MOS / LSI (أشباه الموصلات من أكسيد الفلز / التكامل على نطاق واسع) MOS / LSI في HP-35: ROM ، ودائرة حسابية ، ودائرة تسجيل (A&R) ، ودائرة تحكم وجهاز ضبط الوقت (C&T). تم تطوير الدائرة المنطقية من قبل Franc Road و Chan Tang من مختبرات HP ، وتم تطوير الدوائر الإلكترونية وتصنيعها من قبل مصنعين خارجيين. كما تم تطوير ثلاث دوائر ثنائية القطب مخصصة في مختبرات HP وتم تصنيعها من قبل قسم سانتا كلارا في الشركة - برنامج تشغيل على مدار الساعة ، ومولد جهد على مدار الساعة وأنود لمصابيح LED ، ومحرك كاثود لمصابيح LED. تم تجميع HP-35 على لوحين من الدوائر المطبوعة. يحتوي الجزء العلوي على شاشة عرض ، وشكل ، ولوحة مفاتيح. يحتوي الجزء السفلي ، الأصغر ، على كل المنطق على MOS ، ومشكل الساعة ومصدر الطاقة.


بنية النظام HP-35

لم يكن اختيار البطارية وتطوير مصدر طاقة مهمات تافهة ؛ لزيادة كفاءة محول DC / DC ، تم استخدام مجموعة من ثلاث بطاريات. كانت كفاءة محول الترانزستور المفرد أعلى من 80 ٪ ، مما يضمن مهمة العمل على طاقة البطارية لمدة أربع ساعات. كما هو الحال في جوانب أخرى من التصميم ، شارك أفضل الناس في هذا التطور ؛ حقق تشو ين ، دكتوراه ، الذي عمل في مختبرات HP ، مثل هذه الكفاءة الممتازة ، على الرغم من الحاجة إلى الفولتية المختلفة (+7.5 فولت ، +6 فولت و -12 فولت ، ضرورية لتشغيل دوائر MOS ودوائر الآلة الحاسبة ثنائية القطب). تم استخدام مفاهيم مماثلة لمحول / شاحن التيار المتردد.

البيانات في الآلة الحاسبة منظمة على بنية متسقة. تقلل مثل هذه المنظمة عدد جهات الاتصال لكل دائرة وبين الدوائر ، مما يوفر المساحة والتكلفة ، مما يزيد من الموثوقية. تتكون كل كلمة من 14 رقم عشري ثنائي ، أو 56 بت. يتم إعطاء عشرة أرقام من أصل 14 إلى العشري ، واحد إلى علامة العشري أو الفائض أثناء الحسابات ، واثنان إلى الأس ، وواحد إلى علامة الأس. تؤدي الثلاثة الأخيرة أيضًا الوظيفة الإضافية لفئات الحماية.

تربط ثلاث حافلات رئيسية دوائر MOS. واحدة تلو الأخرى هناك إشارة مزامنة كلمة (SYNC) تم إنشاؤها بواسطة عداد يحتوي على 56 حالة على رقاقة التحكم وجهاز ضبط الوقت. على الناقل الآخر ، يتم نقل التعليمات (Is) بالتتابع من ROM إلى رقائق التحكم والمؤقت أو إلى رقائق الحساب والتسجيل. تعمل إشارة الناقل الثالثة ، اختيار الكلمات (WS) ، كإشارة اختيار يتم إنشاؤها بواسطة شريحة C&T أو ROM. يعطي الوحدة الحسابية جزءًا من الكلمة ، مما يجعل من الممكن إجراء عمليات على جزء واحد فقط من الرقم ، على سبيل المثال ، في الجزء العشري أو الأس. يؤدي الرسم البياني C&T الوظائف الأساسية غير الحسابية أو المساعدة في الآلة الحاسبة. من بينها الاقتراع بلوحة المفاتيح ، وتتبع حالة النظام ، والتزامن ، وتغيير عناوين التعليمات.

المفاتيح مرتبة في خمسة أعمدة وثمانية صفوف. تقوم رقاقة C&T باستطلاعاتها باستمرار. عندما تظهر جهة اتصال بين صف وعمود ، يتم نقل الرمز المقابل إلى ROM. هذا الرمز هو عنوان البداية للبرنامج الموجود في ROM الذي يخدم هذا المفتاح. يتم تنفيذ ضغطات المفاتيح الكاذبة وعمليات إيقاف المفاتيح من خلال تأخيرات قابلة للبرمجة.

تستخدم جميع الأنظمة الرقمية بتات الحالة أو الأعلام لتتبع الأحداث التي حدثت. يحتوي HP-35 على 12 بت حالة موجودة على شريحة C&T. يمكن تثبيتها وإعادة ضبطها واستجوابها باستخدام التعليمات الدقيقة. يتم تحديث عناوين ROM على رقاقة C&T وإرسالها بالتتابع إلى ROM. أثناء تنفيذ تعليمات التفريع ، يتم التحقق من الإشارة المقابلة - النقل الحسابي أو بت الحالة - لتحديد ما إذا كانت الخطوة التالية هي تحديد عنوان متزايد أو عنوان فرع.

كانت إحدى الميزات الرئيسية للعمل المتسلسل هي القدرة على العمل على رقم واحد أو على عدة أرقام من رقم بينما يتم تمريرها شيئًا فشيئًا عبر وحدة حسابية. قلل هذا التصميم الفريد من الهندسة المعمارية ، مما سمح بإنشاء HP-35 في ذلك الوقت. في الوقت نفسه ، اتضح أنه يجمع بين إجراءات الإضافة الأولية وتشكيل إجراءات قوية للغاية يمكن تنفيذها بالكامل في أقل من ثانية.

كمثال ، يمكن للمرء أن يتخيل سباق الخيل. لنفترض أن "حصانًا" واحدًا فقط ، أي قليلاً ، يمر فوق المدرجات في وحدة زمنية. بعد ذلك ، بعد اجتياز كل أربعة خيول أو بت ، هناك حسابات مرتبطة بهذا الرقم. تتوافق إشارة اختيار الكلمة مع عدد الأرقام أو مجموعات الخيول في التسلسل أو الفترة الزمنية التي تمر فيها دورة العمل الكاملة على الكلمة.

يتم تخزين الوظائف الرياضية المبرمجة مسبقًا في ثلاث شرائح ROM ، يحتوي كل منها على 256 تعليمات لكل 10 بتات. في أي وقت معين ، يتم استخدام واحدة فقط من هذه الرقائق ، ويتم تعطيل الرقائق المتبقية.

تقوم الدوائر الحسابية والسجلات بتنفيذ التعليمات بالتسلسل بالبتات. يتم تشغيل معظم التعليمات الحسابية بواسطة إشارة اختيار الكلمات. يتم إرسال البيانات التي سيتم إخراجها إلى مكيفات إشارة LED ، ويقوم خط الناقل بنقل المعلومات مرة أخرى إلى رقاقة C&T. الإخراج العشري الثنائي هو ثنائي الاتجاه ، وقادر على إرسال الأرقام من وإلى شريحة A&R. تنقسم دائرة A&R إلى خمس مناطق: أنظمة تخزين التعليمات وفك التشفير ، وجهاز ضبط الوقت ، وسبعة تسجيلات 56 بت ، ومُجمِع / مطروح ، ومفكك عرض. ثلاثة سجلات من العمال. واحد منهم وثلاثة من السجلات الأربعة المتبقية تشكل مجموعة من أربعة سجلات. السجل السابع مستقل ، يستخدم لتخزين الثوابت. هناك العديد من العلاقات بين السجلات التي تسمح لك بتنفيذ تعليمات مثل التبادل والتحويل وتدوير المكدس وما إلى ذلك.

ميزة البنية المتوافقة مع البتات هي أن بوابة واحدة لكل سطر كافية للاتصالات الداخلية. يتم دائمًا نقل البيانات من / إلى المكدس أو من / إلى السجل الثابت بكلمات كاملة. يتم التحكم في جميع التعليمات الحسابية الأخرى عن طريق إشارة اختيار الكلمة. لذلك ، من الممكن ، على سبيل المثال ، تبادل حقول درجة الدرجة الثانية ، أو إضافة أي رقمين مناظرين لرقمين عشريين. يحسب المُجمِّع / المُطرح المجموع أو الفرق بين رقمين عشريين. يحتوي على مدخلين للبيانات ، ومكان لتخزين التحويلات الإيجابية أو السلبية ، ولمجموع ومخرجات التحويلات.

في المقاييس الثلاثة الأولى ، تكون الإضافة ثنائية بحتة. في المقياس الرابع ، يتم التحقق من المبلغ الثنائي ، وإذا تجاوزت الإجابة 1001 (تسعة) ، فسيتم تصحيح المبلغ إلى عشري بإضافة 0110 (ستة). ثم تضاف النتيجة إلى البتات الأربعة الأخيرة من سجل الاستلام ، ويتم حفظ النقل. يتم إجراء تصحيح مماثل للطرح. يتم دائمًا إرسال معلومات حول النقل ، ولكن يتم تسجيلها بواسطة رقاقة التحكم والمؤقت فقط أثناء إرسال آخر بت في إشارة اختيار الكلمات.

عند تطوير مثل هذه الدوائر المتكاملة المعقدة مثل رقائق C&T و A&R و ROM ، يجب الإجابة عن سؤالين من البداية: كيفية التحقق من التصميم ، وكيفية التحقق من الدائرة المتكاملة الناتجة. هناك إجابتان على السؤال الأول. الأول هو عمل لوح توصيل ومقارنة تشغيله مع العملية المطلوبة ، والثاني هو إجراء محاكاة الكمبيوتر للدائرة.

عند تطوير مخططات MOS لـ HP-35 ، تم اختيار نهج محاكاة الكمبيوتر. تقرر أن اللوح الحقيقي لن يصبح نموذجًا دقيقًا للدوائر النهائية ، وبمساعدة محاكاة الكمبيوتر ، سيكون من الممكن توفير 2-3 أشهر من التطوير ، حيث سيكون الناس قادرين على العمل بالتوازي ، وليس في سلسلة ، كما هو الحال مع التخطيط.

تم تطوير برنامج المحاكاة التعسفية بواسطة Jim Dewley من HP. تم استخدامه لاختبار كل بوابة ، كل دائرة ، كل شريحة ، وأخيرًا ، جميع الرقائق معًا. لإخراج كل بوابة ، تم كتابة معادلة جبرية كدالة لمدخلاتها. ونتيجة لذلك ، كان من الضروري في كل خطوة حساب مجموعة كبيرة من المعادلات الجبرية. تمكن المهندسون من الوصول إلى نسخة مطبوعة من النتائج بحيث كان من الممكن مراقبة تشغيل أي بوابة أو استنتاجات معلقة ، كما هو الحال مع راسم الذبذبات. وبهذا المعنى ، كانت محاكاة الكمبيوتر أفضل بكثير من التخطيط الحقيقي.

نظرًا للعدد الكبير من المعادلات التي يجب حلها في كل خطوة ، كان برنامج التحقق للأغراض العامة بطيئًا جدًا ، ولم يتمكن من التعامل مع التحقق من الخوارزميات المطورة لـ HP-35. لهذا ، تم استخدام محاكاة مستوى أعلى ، وكان من الضروري فيها فقط تعيين وظائف الإدخال / الإخراج لكل نظام فرعي. كان سريعًا بما يكفي لاختبار جميع الخوارزميات ، حتى للوظائف التجاوزية. إذا حدث خطأ ما ، فيمكنك دائمًا إيقاف البرنامج ومتابعة الخطوات حتى يتم العثور على المشكلة. يمكن حل المشكلة ببساطة عن طريق تغيير بضع بطاقات لكمة - وهي ميزة كانت غائبة في لوحة التوصيل.

استخدام المحاكاة كان ناجحا للغاية. لقد وفرت الكثير من الوقت ليس فقط على تطوير المنطق ، ولكن أيضًا على إنشاء تسلسلات الاختبار المستخدمة لاختبار الدوائر المتكاملة الناتجة. بعد عمل المحاكاة بدون أعطال ، يتم تعيين سلسلة من الإجراءات لكل إدخال ، وبطريقة تشمل جميع عناصر الدائرة تقريبًا. من خلال تشغيل البرنامج وكتابة كل المدخلات والمخرجات ، يمكنك الحصول على تسلسل الاختبار الكامل ، جاهزًا للاختبار النهائي للدائرة المتكاملة.

في هذا الوقت ، تم عمل تقديرات لوقت تنفيذ البرامج ، وأصبح من الواضح أنه باستخدام بنية متسقة في البتات ، من الممكن إنشاء مجموعة من الدوائر التي يمكنها إجراء جميع الحسابات في الوقت المطلوب ، لا تتجاوز الثانية. علاوة على ذلك ، يمكن أن يكون عنوان الأمر وكلمة الأمر متسلسلين بالبتات.

أدى تعقيد الخوارزميات إلى الحاجة إلى برمجة متعددة المستويات. هذا يعني أن الآلة الحاسبة كان يجب أن تكون لديها القدرة على تنفيذ البرامج الفرعية ، بالإضافة إلى الأعلام الخاصة التي تشير إلى حالة وفصل البرامج المختلفة. في HP-35 ، يتم إجراء الاستقصاء وفروع بتات العلم أو أثناء النقل الحسابي بواسطة تعليمات منفصلة ، ولا يتم تضمينها كجزء من كل تعليمة. هذا يسمح لك بتقليل طول كلمة التعليمات بشكل كبير ، مع فقدان القليل من السرعة.

لتوليد وظيفة التجاوز ، على سبيل المثال ، arctanh (x) - ظل ظل زائدي - كان مطلوبًا لكتابة عدة مستويات من البرامج الفرعية. ومع ذلك ، تم تنفيذ نداء البرامج الفرعية من خلال تثبيت الأعلام ، لذلك كانت المخططات الانسيابية ونظام التحكم ذات أهمية قصوى. وصف كريس كلير في وقت لاحق هذا النظام بأنه آلة حالة خوارزمية (ASM). حتى وظائف الجيب أو جيب التمام البسيطة تستخدم روتين حساب المماس ، ثم تحسب الجيب من خلال الإجراءات المثلثية. كانت هذه المعالجات المعقدة ضرورية لتقليل عدد البرامج الفريدة وخطواتها ، ومن أجل البقاء ضمن ثلاث شرائح ROM من 750 كلمة.

تم تطوير مجموعة من التعليمات الحسابية خصيصًا للحاسبة العشرية بوظائف التجاوز. يتم تنفيذ العمليات الرئيسية من قبل مُجمِّع / مطروح برمز عكسي ، والذي يحتوي على قنوات إرسال البيانات إلى ثلاثة سجلات تستخدم للتخزين.

إن تحديد دقة HP-35 في التعقيد يمكن مقارنته بالخوارزميات. الآلة الحاسبة لها مستدير داخلي للرتبة 11. عند الجمع والطرح والضرب والقسمة وأخذ الجذر ، فإن الدقة تساوي نصف الإجمالي في الفئة العاشرة. عند حساب الوظائف التجاوزية ، يتم تنفيذ العديد من هذه الحسابات الأولية مع تراكم أخطاء التقريب. عند حساب الجيب ، يتم إجراء القسمة والضرب والطرح أولاً ، ثم قسمين آخرين ، الضرب ، إضافة واستخراج الجذر التربيعي. يتم تجميع أخطاء التقريب في هذه الحسابات ، مما يضيف خطأً عامًا إلى الخوارزمية الرئيسية.

تتعارض الدقة والقرار أحيانًا مع بعضهما البعض. على سبيل المثال ، طرح 0.9999999999 من 1.0 يعطي رقم واحد فقط. يصبح هذا مهمًا جدًا ، على سبيل المثال ، عند حساب جيب التمام للزوايا القريبة من 90 درجة. يمكن حساب جيب تمام 89.9 درجة أكثر دقة من خلال إيجاد جيب 0.1 درجة. وبالمثل ، ينفق جيب 10 ¹⁰ جميع الأرقام العشرة المهمة لوصف الزاوية ، حيث يتم تجاهل جميع الدوائر بأكملها.

كان تطوير HP-35 "حلم". لقد كانت لحظة مصادفة مثالية - بمجرد ظهور تقنيات تصنيع السيليكون عالية الكثافة ، كان لدي جميع الخوارزميات لـ HP-9100 ، وكان لدى العملاء طلب للحوسبة المحمولة. ولد التجسيد المادي للمشروع على لوحة رسم لعدة شهور. عندما رأيت بنية "سباق الخيل" التي تم تطويرها على pMOS ، أدركت على الفور أنها تناسبنا. قام Fairchild Semiconductor بالإعلان عنه بنشاط لآلات حاسبة ذات أربع وظائف ثابتة. وعلى الرغم من أنها لم تكن مثالية تمامًا للخوارزميات التي احتاجها ، إلا أنني تمكنت من جعلها تعمل. عندما قررت فيرتشايلد عدم تصحيح المخطط وعدم إعداد الإنتاج لـ HP ، أخبرت توم ويتني أنه يمكننا القيام بكل شيء بأنفسنا من خلال إعادة تصميم AMI و Mostek. أقنع توم بول Stoft وواصل المشروع حتى النهاية.

كنت سعيدًا جدًا لأنني تمكنت من تطوير مجموعة التعليمات الخاصة بي ، جهاز كمبيوتر حقيقي مع مجموعة تعليمات مخفضة (RISC) ، حيث أنه في عام 1970 كان من المستحيل وضع كمية كافية من السيليكون على الشريحة. كان على كل تعليمات تنشيط نوع من المنطق التوافقي ، فقط ما هو مطلوب للعمل. كان الشر الضروري هو التعليمات التي يتم تنفيذها بالضغط على مفتاح ، حيث تم استخدامها مرة واحدة فقط لكل وظيفة. في البداية ، كان هناك أمران متفرعان ، أحدهما فرع شرطي تم تنفيذه بعد عملية يمكن أن تصدر واصلة أو تؤدي إلى تغيير العلم ، والآخر فرع غير مشروط. نظرًا لأنهم زادوا عرض الكلمة في ROM ، فقد قررت استخدام التفرع الشرطي فقط ، وهو ما يضمنأنه بشكل افتراضي لن أستخدمه أبدًا بعد عملية تعيين الشرط. هذا خفض حجم ROM بنسبة 10٪.

من المعروف أنه عندما جئنا إلى شركة Hewlett وأخبرنا أنه يمكننا القيام بذلك ، قرر تشغيله بأمان وطلب إجراء بحث تسويقي من SRI. استخدم أموال المختبر لدفع مبلغ مليون دولار.

في عملية وضع النماذج الأولية ، قمنا بتنظيم العديد من المسابقات من أجل "اختيار اسم الطفل" ، ولكن Hewlett أطلق على الآلة الحاسبة "HP-35" من خلال عدد المفاتيح. في نهاية عام 1971 ، جمعنا العديد من الآلات الحاسبة النموذجية وسلمناها إلى علماء مشهورين. كان فريد تيرمان ، عميد كلية ستانفورد للهندسة ، الشخص المسؤول عن تعاون بيل هيوليت وديف باكارد. لقد دهش ، وما زال يبحث عن الحبل السري ، الذي كان من المفترض أن يربط الآلة الحاسبة بجهاز كمبيوتر كبير قام بكل هذه الحسابات. وماذا تعتقد - كان هو الذي وجد الخطأ الأول. دخل زاوية 90 درجة وضغط على مفتاح TAN. بدأت الوحدة في الوميض حيث حاولت الخوارزمية القسمة على صفر. كان علي أن أعرض إجراء خاصًا يظهر ¹⁰⁹⁹ على الشاشةتدل على اللانهاية. وقد أعجب تشارلز تاونز الحائز على جائزة نوبل لدرجة أنه أطلق على الآلة الحاسبة "العجائب الثامنة في العالم".

تم تقديم HP-35 دون الكثير من اللغط وتباع بسعر 395 دولارًا من خلال قنوات البيع العادية. لكنهم بدأوا يتحدثون عنه ، وتجاوزت الطلبات العرض بسرعة. قالوا إن بعض المشترين كانوا على استعداد لرمي 100 دولار ، فقط لتسريع تنفيذ طلباتهم. تم فتح قنوات مبيعات أخرى - بدأت منتجات HP ، التي عادةً ما يتم بيعها بواسطة الممثلين الفنيين ، في التوزيع عبر المتاجر الكبرى. كان من الغريب للغاية رؤية HP-35 مصطفًا على المنضدة في Macy's. الدفعة الأولى من 100،000 كانت ستستمر ستة أشهر. بعد بضعة أشهر ، تم مضاعفة الخطة. ولكن حتى بعد بدء الإنتاج ، لم يكن بيل هيوليت متأكدًا من نجاح المشروع. ذكرت في إحدى المرات أننا تلقينا طلبًا بسعر 100،000 من شركة جنرال إلكتريك. قال: "ربما هذا خطأ ، لماذا يحتاجون إلى هذا الحد؟" أجبته: "ربمايشترون قطعة واحدة لكل من مهندسيهم ". رد بيل: "إنهم بحاجة فقط لشراء قطع قليلة ، والسماح لمهندسيهم باستعارة الآلات الحاسبة من بعضهم البعض".

انتبه جيدًا للتفاصيل في كل جانب من جوانب HP-35 ، من عمر البطارية ، وشكل شاشة العرض السبعة إلى موقع المفاتيح ، مدفوعًا. كان من الممكن التنبؤ بنجاح HP-35 ، لأن جميع المهندسين أرادوا ذلك. شركة Dietzgen، والتي أنتجت مسطرة حاسبة، أغلقت بعد حوالي عام من ظهور آلة حاسبة علمية جيب. بدأت المدارس حول العالم بطرح أسئلة حول ما إذا كان من الممكن إحضار HP-35 إلى الدرس؟ لقد طرح العديد من المعلمين معضلة - هل سيسمح للطلاب الذين يمكنهم الإنفاق على الآلة الحاسبة 395 دولارًا ، بإحضارها؟ ولكن ماذا عن الاختبارات؟ حظرت بعض المدارس استخدام الآلات الحاسبة أثناء الاختبارات ، في حين أعطتها مدارس أخرى. سرعان ما أصبحت الآلات الحاسبة إلزامية في العديد من الدورات ، لأن المعلم يمكنه الآن تعيين "مهام حقيقية" - تلك التي لم يكن الجواب صحيحًا لها.

وقد تغير العالم إلى الأبد.