PC-1: компьютер, в котором LC-контуры считали фазой

LC-контур качают сигналом на удвоенной частоте. В какой-то момент он начинает устойчиво звенеть на половине частоты накачки — и может сделать это в одной из двух противоположных фаз. Такой выбор выглядит как тонкость осциллятора, пока не представить, что от него зависит результат сложения чисел.

Именно так работал параметрон Эйити Гото. Его реактивный элемент периодически модулировали частотой 2f, отчего контур параметрически возбуждался на f. Установившиеся колебания имели одинаковую частоту и амплитуду, но фаза различалась на π: условно cos(ωt) либо −cos(ωt). Эти две формы одного сигнала и были машинными 0 и 1.

У параметрона не было транзистора, который по команде переводит выход между уровнями. Бит сначала существовал как малое фазовое возмущение, затем регенерация раскручивала его до полной амплитуды. Поэтому элемент одновременно хранил состояние и восстанавливал его, отсекая слабые помехи. Фаза в таком устройстве была физической переменной вычисления, а не способом подписать привычный уровень напряжения.

Самый красивый ход начинается при соединении элементов. Три предыдущих параметрона слабо подталкивали следующий контур в свои фазы перед его возбуждением. Две совпадающие фазы перевешивали одну противоположную: получался majority gate. Если на один из трёх входов постоянно подать 0, схема выполняет AND; фиксированный 1 даёт OR. Изменение полярности связи даёт инверсию. Из резонаторов таким образом собирались триггеры, сумматоры и вся остальная логика.

Параметрон стал основой PC-1 Токийского университета. Здесь важно поправить красивую, но часто повторяемую легенду: элемент Гото появился в 1954 году, а сам PC-1 начали собирать в 1957-м и довели до работоспособности 26 марта 1958 года. Машина содержала 4200 параметронов, работала с 36-битными словами и тактом 15 кГц. В первичной статье Гото для неё указаны 270 мкс на сложение, 3.4 мс на умножение и 3 кВт потребления. Это был полноценный компьютер, а не лабораторная демонстрация одного необычного вентиля.

Даже память продолжала ту же физическую тему. Ферритовая матрица PC-1 хранила 256 36-битных слов. Выбранную строку возбуждали синусоидой f/2, столбцы — сигналами f, чья фаза несла биты. При чтении на столбцах выделяли вторую гармонику. Получалась неразрушающая память, построенная вокруг частот, фаз и магнитной нелинейности, а не серии коротких импульсов.

Фраза «компьютер без ламп» требует оговорки. Параметронная логика обходилась без ламп, реле и транзисторов, однако PC-1 как установка включал ламповый возбудитель, ввод-вывод и связанные с памятью схемы; в одном из описаний упомянута 41 лампа. Резонаторы проиграли транзисторам по скорости, компактности и удобству массовой интеграции. Но их идея никуда не исчезла: связанная система с двумя фазовыми состояниями, регенерацией и управляемой связью остаётся очень живой физической архитектурой.