Rekenkundige Logische Eenheden (ALU): Een inleiding

Het idee dat computers bestaan uit discrete subsystemen die samenwerken om complexe gedragingen te creëren, is geen 20e-eeuws idee. In feite werden opgeslagen-programmamachines al meer dan 100 jaar vóór Alan Turing’s beroemde formalisering van een ‘Universal Turing Machine’ in de jaren 1930 geconceptualiseerd door Charles Babbage.

Een weinig bekend boek ‘Fast than Thought’ (1953) van B.V. Bowden beschrijft prachtig Babbage’s conceptualisering van computatie, die het begrip van een controle-eenheid, een geheugeneenheid en een rekeneenheid omvat! In een mooie knipoog naar de mechanische context van een rekeneenheid in die tijd, noemde Babbage dit subsysteem ‘De Molen’.

'An excerpt from the book 'Faster than Thought', B.V.Bowden, 1953
‘Een uittreksel uit het boek ‘Faster than Thought’, B.V.Bowden, 1953.

De theoretische grondslagen van het rekenen zagen het daglicht door de bouw van de eerste digitale computers. Machines zoals de MOSAIC-computer, die zijn eerste programma uitvoerde in (circa) 1953, bestonden uit meer dan 6.480 elektronische kleppen en namen de ruimte van vier kamers in beslag! De afbeelding hieronder toont een beeld van het “rekenrek”, een van de vroegste rekeneenheden. Het vormde de kern van de computer totdat de machine in het begin van de jaren zestig buiten gebruik werd gesteld. (Let hier ook op het controlerack. De geheugenopslag was in een aparte ruimte ondergebracht).

Het rekenrek van de MOSAIC computer
Een afbeelding van het MOSAIC ‘Arithmetic Rack’ uit ‘Early British Computers’, S.Lavington, 1980.

In de verkenning van vroege digitale computers is het ook de moeite waard de EDSAC 2 (operationeel 1958) te noemen, de eerste computer met een microgeprogrammeerde besturingseenheid. Voor doorgewinterde ALU-spotters is het de moeite waard een bezoek te brengen aan het ‘Centre for Computing History’ in Cambridge, waar een deel van de rekenkundige logische eenheid van deze machine staat:

Arithmetic Logic Unit van EDSAC 2
Arithmetic Logic Unit van EDSAC 2: ondergebracht in het Centre for Computing History, Cambridge.

Vanaf de jaren zestig werden computers aanzienlijk kleiner dankzij de uitvinding van geïntegreerde schakelingen die de vacuümbuistechnologie vervingen die in de eerste computers werd gebruikt. In 1970 introduceerde Texas Instruments het baanbrekende 74181 TTL IC – een 4-bit ALU – waarmee het ontwerp van minicomputers werd vereenvoudigd. Hij voerde rekenkundige bewerkingen (optellen en aftrekken) en logische bewerkingen (AND, OR, XOR) uit. Het zou de spil worden in de geschiedenis van ALU-ontwerp en computertechnologie, en werd gebruikt in beroemde computers zoals de PDP-11.

Een 74181 ALU IC
Afbeelding van het klassieke 74181 ALU IC. Door 74s181 op de Engelse Wikipedia – Overgebracht van en.wikipedia naar Commons door audriusa., Public Domain, Link

Velen beschouwen het 74181 TTL IC als een klassieke chip – ook al wordt hij niet meer gemaakt. De teloorgang ervan markeert echter de opkomst van CPU’s, waarbij de subsystemen van computers worden geminiaturiseerd en ondergebracht in de siliciumschijfjes van de moderne microprocessortechnologie.

Lees meer:

Heden ten dage kun je een moderne ALU niet meer in je hand zien of houden. En de eenvoudige mechanismen die alledaagse berekeningen aandrijven zijn nu verloren en vergeten door de opmars van miniaturisatie!

Daarom wil ARITH-MATIC, door middel van onze DIY 4-bit rekeneenheid, de fysieke en zichtbare connecties die we ooit hadden met de lang verloren voorgangers van de moderne digitale computer weer tot leven wekken.

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *