Tablero de conexiones

Un tablero de conexiones o panel de control (el término utilizado depende del área de aplicación) es un conjunto de conectores o tomas (a menudo llamados concentradores) en los que se pueden insertar cables de conexión para completar un circuito eléctrico. Los paneles de control se utilizan a veces para dirigir el funcionamiento de equipos de registro de unidades , máquinas de cifrado y las primeras computadoras . El conjunto de orificios suele estar contenido en un panel plano extraíble que se puede insertar en una máquina y presionar contra un conjunto de contactos. Esto permite cambiar rápidamente la máquina entre diferentes aplicaciones.

Los contactos de la máquina están conectados por cable a los distintos dispositivos que la componen, como relés, contadores, entradas de cada columna de lector de tarjetas, salidas a una columna de perforación de tarjetas o posición de impresora, etc. El cableado de un tablero de conexiones conecta estos dispositivos para realizar una función específica, por ejemplo, leer tarjetas y sumar los números perforados en un grupo de columnas. Una comparación moderna sería una matriz de puertas programables en campo (FPGA), en la que el tablero de conexiones cumple la misma función que la capa de cableado en el FPGA.

Las primeras máquinas estaban cableadas para aplicaciones específicas. Inspirado por las centralitas telefónicas , Otto Schäffler inventó el tablero de conexiones para reprogramar fácilmente los tabuladores. ^{[3] [4]} Las aplicaciones se podían cablear en paneles de control separados e insertar en los tabuladores según fuera necesario. Los paneles de control extraíbles se empezaron a utilizar en todas las máquinas de registro de unidades en las que el uso de la máquina para diferentes aplicaciones requería recableado.

Los paneles de control extraíbles de IBM variaban en tamaño desde 6 1/4" por 10 3/4" (para máquinas como IBM 077, IBM 550 , IBM 514 ) hasta aproximadamente uno a dos pies (300 a 600 mm) de lado y tenían una matriz rectangular de concentradores. ^[5] Los enchufes en cada extremo de un cable de conexión de un solo conductor se insertaban en los concentradores, lo que hacía una conexión entre dos contactos en la máquina cuando el panel de control se colocaba en la máquina, conectando así un concentrador emisor a un concentrador de aceptación o entrada. Por ejemplo, en una aplicación de duplicador de tarjetas, un concentrador de lectura (emisión) de columna de tarjetas podría estar conectado a un concentrador de entrada de imán de perforación. Era una cuestión relativamente simple copiar algunos campos, quizás a diferentes columnas, e ignorar otras columnas mediante un cableado adecuado. Los paneles de control de tabulador podían requerir docenas de cables de conexión para algunas aplicaciones.

Las funciones del tabulador se implementaron con componentes tanto mecánicos como eléctricos. Los paneles de control simplificaron el cambio de conexiones eléctricas para diferentes aplicaciones, pero cambiar el uso de la mayoría de los tabuladores aún requería cambios mecánicos. El IBM 407 fue el primer tabulador IBM que no requirió tales cambios mecánicos; todas las funciones del 407 se controlaban eléctricamente y estaban completamente especificadas por el panel de control de la aplicación y la cinta transportadora.

En la mayoría de las máquinas con paneles de control, desde los comparadores y los intérpretes hasta el IBM 407 , los manuales de IBM describen el panel de control como "directivo" o "la operación automática se obtuvo mediante...". Los paneles de control de las calculadoras, como el IBM 602 y el IBM 604 , que especificaban una secuencia de operaciones, se describían como programas .

Los equipos de registro unitario se configuraban normalmente para una tarea específica mediante un panel de control extraíble. Las conexiones eléctricas de los distintos componentes de la máquina de registro unitario se presentaban en el panel y las conexiones entre ellos se determinaban mediante el cableado; las conexiones reales se realizaban cuando se insertaba el panel en la máquina y se fijaba en su lugar. Quizás el análogo moderno más cercano sea la matriz de puertas programables en campo , en la que se pone a disposición una cantidad fija de componentes lógicos y el cableado de interconexión lo determina el usuario.

Para conectar un panel de control de registro unitario se requería conocer los componentes de la máquina y sus limitaciones de tiempo. Los componentes de la mayoría de las máquinas de registro unitario estaban sincronizados con un eje giratorio. Una rotación representaba un solo ciclo de la máquina, durante el cual las tarjetas perforadas avanzaban de una estación a la siguiente, se podía imprimir una línea, se podía imprimir un total, etc. Los ciclos se dividían en puntos según el momento en que aparecían las filas de una tarjeta perforada debajo de una estación de lectura o perforación. En la mayoría de las máquinas ^[6] , las tarjetas se introducían boca abajo, con el borde 9 (borde inferior) primero. Por lo tanto, el primer punto de un ciclo de tarjeta sería 9 veces, el segundo 8 veces y así sucesivamente hasta 0 veces. Los tiempos del 9 al 0 se conocían como dígitos. A estos les seguirían el tiempo 11 y el tiempo 12, también conocidos como zonas.

En una estación de lectura, un conjunto de 80 cepillos de alambre con resorte presionaban contra la tarjeta, uno para cada columna (la estación de lectura 407, construida sin cepillos, mantenía la tarjeta estacionaria y podía leer una tarjeta varias veces, generando cada vez los mismos impulsos que generaría una estación con 80 cepillos de alambre con resorte). Cuando pasaba un orificio por debajo del cepillo, este entraba en contacto con una superficie conductora debajo de la tarjeta que estaba conectada a una fuente de energía eléctrica y se generaba un pulso eléctrico, un impulso en la terminología de IBM. Cada cepillo estaba conectado a un concentrador individual en el panel de control, desde el cual se podía conectar a otro concentrador, según fuera necesario. La acción causada por un impulso en un cable dependía de cuándo ocurría en el ciclo, una forma simple de multiplexación por división de tiempo . Por lo tanto, un impulso que se producía durante el tiempo 7 en un cable conectado al imán perforador de la columna 26 perforaría un agujero en la fila 7 de la columna 26. Un impulso en el mismo cable que se producía en el tiempo 4 perforaría un 4 en la columna 26. Los impulsos cronometrados de esta manera a menudo provenían de escobillas de lectura que detectaban agujeros perforados en las tarjetas cuando pasaban por debajo de las escobillas, pero dichos pulsos también eran emitidos por otros circuitos, como las salidas de contador. Los impulsos de zona y los impulsos de dígitos eran necesarios para la impresión alfanumérica. Ambos podían enviarse en un solo cable, y luego separarse mediante circuitos de relé en función del tiempo dentro de un ciclo.

El panel de control de cada tipo de máquina presentaba concentradores de salida (output) y de entrada (input) en disposiciones lógicas. En muchos lugares, se conectaban dos o más concentradores comunes adyacentes, lo que permitía conectar más de un cable a esa salida o entrada. Algunos grupos de concentradores estaban conectados entre sí, pero no a ningún circuito interno. Estos concentradores de bus se podían utilizar para conectar varios cables cuando fuera necesario. También había disponibles pequeños bloques de conectores llamados divisores de cables para unir tres o cuatro cables, por encima del panel de control. Se pueden ver varios en la foto de un panel IBM 402.

Las capacidades y la sofisticación de los componentes de las máquinas de registro de unidades evolucionaron durante la primera mitad del siglo XX y, a menudo, eran específicos de las necesidades de un tipo de máquina en particular. Las siguientes agrupaciones de concentradores eran típicas de las máquinas IBM posteriores: ^[7]

• Cepillos de lectura, 80 ejes de salida, uno para cada columna de tarjetas. Una máquina tabuladora puede tener dos o tres estaciones de lectura, cada una con su propio conjunto de 80 ejes. Una máquina perforadora de reproducción puede tener una estación de lectura adicional después de la estación de perforación para verificación.
• Imanes de perforación Las máquinas que podían perforar tarjetas, como una perforadora de reproducción, tenían entradas centrales para cada columna de tarjetas. Un impulso a una de esas entradas activaba el electroimán que iniciaba la perforación de un orificio en esa posición de la columna.
• Entradas de impresión, un eje para cada posición de impresión. Los impulsos a estas entradas controlaban el movimiento de las barras o ruedas de impresión para colocar el elemento tipográfico correcto debajo de los martillos de impresión. La 407 también tenía salidas desde cada rueda de impresión que luego podían alimentar los contadores para sumar o restar. Esto aseguraba que los totales siempre coincidieran con lo que se imprimía.
• Entradas de contador. Una máquina tabuladora IBM, como la serie 402 o 407, tendría varios contadores disponibles en diferentes tamaños. (Por ejemplo, la IBM 402/403 tenía cuatro conjuntos de contadores de 2, 4, 6 y 8 dígitos, etiquetados 2A, 2B, 2C, 2D, 4A, 4B, etc.) Cada contador tenía dos entradas de control de contador para especificar la suma (más) o la resta (menos). Si no se pulsaba ninguna, no se realizaba ninguna operación. Si se ordenaba la suma, un impulso de dígito conectado desde una columna a un centro de entrada de contador hacía que la rueda del contador comenzara a girar. Se detenía automáticamente en el tiempo cero. Por lo tanto, un pulso en el tiempo 8 hacía que la rueda avanzara 8 pasos, agregando el valor 8 a esa posición del contador. Los acarreos dentro de un grupo se realizaban automáticamente. Los centros de acarreo de entrada y acarreo de salida permitían acoplar los contadores, lo que permitía acumular números más largos. La resta era más complicada y utilizaba la aritmética del complemento de nueves .
• Salidas de totales del contador. El centro de entrada de totales de un contador hacía que éste emitiera pulsos de totales que podían conectarse a posiciones de impresión. Después de imprimir un total, el contador se reiniciaba. Unos circuitos especiales permitían imprimir valores negativos correctamente, no como complementos de nueve, y se proporcionaba una salida especial para permitir que se imprimiera un símbolo apropiado ( "cr" o "-") junto al número cuando era negativo.
• Comparación. Los circuitos de comparación simples tenían dos entradas y una salida que emitía un pulso cuando llegaban pulsos a las entradas en momentos diferentes. Algunas máquinas, por ejemplo, las compaginadoras, podían detectar qué número era mayor si no eran iguales. Una máquina tabuladora podía comparar el número de cuenta en tarjetas sucesivas e imprimir un total cuando aparecía un nuevo número de cuenta. Para la función de comparación, IBM implementó lo que ahora se llamaría una compuerta XOR utilizando electroimanes opuestos. Si ninguno de los imanes estaba activado o ambos imanes estaban activados al mismo tiempo, la armadura del relé no se movería. Si solo se activaba un imán, la armadura se movería y tocaría uno de los dos contactos colocados a cada lado. Los dos contactos estaban cableados juntos internamente y conectados a un eje de salida que indicaba una comparación desigual.
• Los distribuidores permitieron conectar un pulso de salida a más de una entrada sin crear un circuito posterior entre las entradas.
• Los emisores eran conjuntos de 12 centros de salida que generaban automáticamente un pulso en cada momento especificado en el ciclo de la tarjeta. Los doce centros de salida estaban conectados a contactos en un interruptor giratorio que giraba con el ciclo de la tarjeta. De este modo, al conectar la salida 6 de un emisor a una entrada de imán perforador, se perforaba un 6 en esa posición. Los emisores se podían utilizar para colocar un valor numérico constante, por ejemplo, una fecha, en cada tarjeta. Los datos alfanuméricos constantes se podían crear combinando cuidadosamente los pulsos de dígitos y zonas. Las máquinas posteriores, como la 407, también tenían un conjunto completo de emisores alfanuméricos que solo requerían un cable para su uso.
• Los selectores dirigían un pulso desde una entrada común a cualquiera de dos salidas, dependiendo de si se activaba un imán de relé . Se emplearon muchos tipos de selectores que diferían en cómo se activaba el relé de "captación". En el caso más simple, las entradas inmediatas (I), el imán se activaba cuando se recibía un pulso y se mantenía durante el resto del ciclo. Los selectores más complejos, llamados selectores piloto, tenían un concentrador de entrada D que hacía que el imán del selector se activara en el siguiente ciclo de la máquina, y un concentrador de entrada X que también se demoraba pero solo se activaba con un pulso 11 o 12. El retraso de un ciclo era necesario porque en la mayoría de los casos, cuando se detectaba un pulso era demasiado tarde para actuar de manera confiable en ese ciclo. Los coselectores solo tenían una entrada inmediata, pero cinco juegos de contactos y generalmente se activaban con la salida de acoplamiento de un selector piloto, de ahí los nombres.
• Los selectores de dígitos eran similares a los emisores, con un centro de salida para cada punto de ciclo, pero también tenían un centro de entrada que se conmutaba a los centros de salida sucesivos a medida que avanzaba el ciclo. Un selector de dígitos se podía convertir en un emisor de dígitos conectando su centro de entrada a una fuente constante de pulsos de ciclo. Pero también se le podían enviar otras señales y utilizar para detectar un dígito en particular. Si se conectaba un cepillo de primera lectura a la entrada de un selector de dígitos y, por ejemplo, su salida 4 a la entrada D de un selector piloto, ese selector se transferiría en el siguiente ciclo de lectura si se marcaba un 4 en la columna de ese cepillo de primera lectura.
• Las divisiones de columnas eran relés que se activaban solo a las 11 y 12 del tiempo, lo que permitía separar los pulsos de dígitos de los pulsos de zona.
• Almacenamiento. Máquinas posteriores como la 407 y la 602 podían almacenar varios valores para su uso posterior, mediante un dispositivo mecánico similar a un emisor, excepto que contenía un contacto deslizante que determinaba en qué momento debía emitirse un impulso. El contacto deslizante se posicionaba electromecánicamente cuando se almacenaba un valor y permanecía en esa posición hasta que se borraba el almacenamiento.

En la famosa máquina Enigma se utilizaba un tablero de conexiones que no era extraíble. En este caso, el tablero de conexiones actuaba como un "cuarto rotor" en el funcionamiento de la máquina de rotores . Los cableados del tablero de conexiones formaban parte de los "ajustes diarios" que especificaban qué rotores insertar en qué ranura y qué conexiones del tablero de conexiones realizar. En la práctica, el tablero de conexiones mejoraba la seguridad de la cifra que se generaba, pero como no cambiaba con cada pulsación de tecla, a diferencia de los rotores, su impacto era limitado. Véase Criptoanálisis de la Enigma .

La primera versión del ordenador ENIAC se programó mediante cableado, interruptores y tableros de conexiones. El cableado del ENIAC se reconfiguró posteriormente para utilizar la memoria ROM de datos de tablas de funciones existente como memoria ROM de programa (los interruptores y tableros de conexiones se siguieron utilizando en el ENIAC reconfigurado).

El IBM 305 RAMAC utilizaba un tablero de conexiones para todas las operaciones de comparación de programas y todas las operaciones de bifurcación. Otros tableros de conexiones controlaban la lectura y perforación de tarjetas, la impresora y la máquina de escribir de consola. ^[8] Muchos dispositivos periféricos, por ejemplo, el IBM 711 y el 716 , para las computadoras IBM de primera y segunda generación, incluidas las series IBM 700/7000 y el IBM 650 , se basaban en máquinas de registro de unidades e incluían tableros de conexiones.

Los tableros de conexiones se siguieron utilizando en computadoras especializadas durante algún tiempo, actuando como una memoria de solo lectura (ROM), pero pudiendo ser reprogramados manualmente en el campo. Un ejemplo es la computadora Ferranti Argus , utilizada en el misil Bristol Bloodhound , que cuenta con un tablero de conexiones programado insertando pequeñas varillas de ferrita en ranuras, creando de hecho una memoria de núcleo de solo lectura a mano.

• Máquina enigma
• Powers-Samas , un fabricante británico de equipos de grabación de unidades que utilizaba una "caja de conexión" extraíble con conexiones mecánicas en lugar de una placa de enchufes.
• Centralita telefónica
• Placa de pruebas , término que designa una placa de conexiones sin soldadura que se utiliza para crear prototipos de dispositivos electrónicos.

• IBM (1956). Equipo de procesamiento de datos de tarjetas perforadas de IBM: Principios de cableado funcional (PDF) . 22-6275-0. Archivado desde el original (PDF) el 2010-08-09 . Consultado el 2007-11-06 .
• Brooks Jr., Frederick P.; Iverson, Kenneth E. (1963) Automatic Data Processing , Wiley, 494pp. Descripciones bien escritas de máquinas de registro de unidades y cableado de paneles de control, tanto de IBM como de Remington Rand.

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre tableros de conexiones .

• Historia de la informática en la Universidad de Columbia: Paneles de control de IBM
• Archivos de IBM: foto del panel de control del IBM 407
• Rice, Rex (1954). "¿Por qué no probar un tablero de conexiones?". Actas de la conferencia conjunta de informática del este del 8 al 10 de diciembre de 1954: Diseño y aplicación de pequeñas computadoras digitales en - AIEE-IRE '54 (Eastern) . ACM Press. págs. 4–11. doi :10.1145/1455270.1455272. ISBN 978-1-4503-7855-0. Número de identificación del sujeto  17341809.