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IBM 704

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목차

1. 개요

IBM 704는 1954년에 출시된 IBM의 진공관 기반 메인프레임 컴퓨터이다. FORTRAN과 LISP 프로그래밍 언어가 IBM 704를 위해 처음 개발되었으며, 최초의 컴퓨터 음악 프로그램인 MUSIC-I가 맥스 매튜스에 의해 개발되었다. 704는 과학 기술 계산, 음성 합성, 블랙잭 게임 이론 연구, 위성 궤도 계산, 수치 예보 등 다양한 분야에 활용되었다.

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IBM 704
기본 정보
IBM 704 콘솔
IBM 704 콘솔
유형진공관 컴퓨터
제조사IBM
발표일1954년
단종일1960년
가격월 $720,000 ($2024년 기준 $7,900,000)
CPU 클럭 속도40 kHz
단어 크기36 비트
주기 시간12 μs (덧셈)
메모리 크기4,096 단어 (18 킬로바이트) 최대
저장 매체자기 코어 메모리, 자기 테이프, 천공 카드
특징
폰 노이만 구조예
병렬 처리아니요
설명
설명IBM 701의 후속 제품으로, 과학 및 공학 계산용으로 설계되었으며, 부동 소수점 연산 기능을 제공함.

2. 역사

IBM 704는 1954년에 출시되었으며, 이전 모델인 IBM 701에 비해 부동 소수점 연산 하드웨어를 기본 탑재하여 과학 기술 계산 능력을 크게 향상시켰다.

FORTRAN[6]과 LISP[7] 프로그래밍 언어, SAP 어셈블러—''Symbolic Assembly Program'' (''SHARE''에 의해 ''SHARE 어셈블리 프로그램''으로 배포)가 704를 위해 개발되었다. 최초의 컴퓨터 음악 프로그램 MUSIC, 존 래리 켈리 주니어의 음성 합성, 에드워드 O. 손프의 블랙잭 연구, 로스 앨러모스 국립 연구소 (LASL)의 초기 상주 모니터 ''SLAM''[13] 개발도 IBM 704에서 이루어졌다.[40]

2. 1. 개발 배경

IBM 704는 과학 기술 분야의 복잡한 계산 수요를 충족시키기 위해 개발되었다. 당시 핵무기 개발, 항공 우주 공학 등에서 고성능 계산 능력에 대한 요구가 높았으며, NRL의 뱅가드 로켓 비행 역학 분석에 사용되었다.[12]

MIT 계산 센터의 IBM 704는 1957년 가을 스미소니언 천체 물리학 관측소의 Operation Moonwatch 공식 추적기로 사용되었다. IBM은 스미소니언 천체 물리학 관측소 과학자들과 수학자들의 위성 궤도 계산을 돕기 위해 4명의 직원을 파견했다.[40]

1959년 3월 12일, IBM 704는 일본 기상청에서 수치 예보를 도입하는 데 처음 사용된 컴퓨터가 되었다.[41] 수치 예보는 대기 상태를 나타내는 미분 방정식을 수치적으로 풀기 위해 해석하는 대기의 영역을 유한 개의 격자점으로 분해하고 각 격자점에 초기값을 부여하는 방식으로, 방대한 반복 계산을 필요로 한다.

2. 2. 주요 특징

FORTRAN[6]과 LISP[7] 프로그래밍 언어는 IBM 704를 위해 처음 개발되었다.[30][31] 또한, SAP 어셈블러—''Symbolic Assembly Program''도 개발되었으며, 나중에 SHARE에 의해 ''SHARE 어셈블리 프로그램''으로 배포되었다.

최초의 컴퓨터 음악 프로그램인 MUSIC은 맥스 매튜스에 의해 IBM 704에서 개발되었다.

1962년, 물리학자 존 래리 켈리 주니어는 IBM 704 컴퓨터를 사용하여 음성을 합성함으로써 벨 연구소 역사상 가장 유명한 순간 중 하나를 만들었다. 켈리의 음성 녹음기 신시사이저 ''보코더''는 맥스 매튜스의 음악 반주와 함께 노래 ''데이지 벨''을 재현했다. 아서 C. 클라크는 이 음성 합성 시연 당시 우연히 친구이자 동료인 존 피어스를 벨 연구소 머레이 힐 시설에서 방문했으며, 클라크는 너무 감명받아 6년 후 그의 소설과 영화 시나리오인 ''2001: 스페이스 오디세이''의 절정 장면에서 이 기술을 사용했고,[8] 여기서 ''HAL 9000'' 컴퓨터가 같은 노래를 부른다.[9]

에드워드 O. 손프는 블랙잭 게임 이론을 개발하면서 승리 확률을 조사하기 위한 연구 도구로 IBM 704를 사용했다.[10][11] 그는 포트란을 사용하여 연구 모델의 방정식을 공식화했다.

MIT 계산 센터의 IBM 704는 1957년 가을 스미소니언 천체 물리학 관측소 Operation Moonwatch의 공식 추적기로 사용되었다. IBM은 스미소니언 천체 물리학 관측소 과학자들과 수학자들이 위성 궤도를 계산하는 데 도움을 주기 위해 4명의 직원을 파견했다.

IBM 704는 NRL의 뱅가드 로켓의 비행 역학 분석에 사용되었다. [12]

로스 앨러모스 국립 연구소 (LASL)는 일괄 처리를 가능하게 하기 위해 ''SLAM''이라는 초기 상주 모니터를 개발했다.[13]

1959년 3월 12일, IBM 704는 일본 기상청에서 수치 예보를 도입하는 데 처음 사용된 컴퓨터가 되었다.[41]

3. 하드웨어 구성

IBM 704는 36비트 워드 기반의 CPU와 RAM 역할을 하는 IBM 737 자기 코어 기억 장치(4096개 워드, 18,432바이트)를 탑재했다.[41] 데이터 입출력은 711 펀치 카드 판독기, 716 영문 프린터, 721 펀치 카드 기록기, 727 자기 테이프 장치(최대 5대), 733 자기 드럼 판독기 및 기록기를 통해 이루어졌다. 753 테이프 제어 장치는 727 자기 테이프 장치를 제어했다.[12]

IBM 740 음극선관 출력 기록기는 21인치 벡터 디스플레이(긴 인광체 지속 시간)와 7인치 디스플레이(빠른 인광체 소멸, 카메라 촬영용)로 구성되었다.[12]

704 제어 콘솔에는 36개의 제어 스위치/버튼과 레지스터 비트별 36개 데이터 입력 스위치가 있었다. 스위치로 레지스터 이진 값을 설정하고, 네온 램프(현대 LED와 유사) 패턴으로 상태를 확인했다. 컴퓨터와 사람의 상호 작용은 펀치 카드로, 출력은 프린터로 이루어졌다.[12]

IBM 727 자기 테이프 장치는 릴당 5백만 자 이상의 6비트 문자를 저장했다.[12]

3. 1. 중앙 처리 장치 (CPU)

IBM 704는 36비트 워드 기반의 CPU를 사용했다.[14] 누산기, 곱셈/몫 레지스터, 인덱스 레지스터 등 다양한 레지스터를 포함했으며, 이들은 연산 처리 및 주소 지정에 사용되었다. 특히 인덱스 레지스터는 기본 주소에서 값을 빼는 방식으로 동작하여 주소 계산에 유연성을 제공했으며, "감소 레지스터"라고도 불렸다. 명령어의 3비트 ''태그'' 필드를 통해 연산에 참여하는 레지스터를 지정할 수 있었는데, 두 개 이상의 인덱스 레지스터가 선택되면 감소가 일어나기 전에 내용이 비트 단위로 OR 되었다.

3. 1. 1. 레지스터

IBM 704는 다음과 같은 레지스터를 가지고 있었다.[14]

  • 누산기 (AC): 38비트
  • 승수/몫 레지스터 (MQ): 36비트
  • 인덱스 레지스터 (XR1, XR2, XR3): 15비트 ("감소 레지스터"라고도 불림)


인덱스 레지스터의 내용은 기본 주소에서 빼는 방식으로 동작했기 때문에 "감소 레지스터"라고 불렸다. 명령어의 3비트 ''태그'' 필드를 통해 연산에 참여하는 레지스터를 지정할 수 있었다. 두 개 이상의 인덱스 레지스터가 선택되면 감소가 일어나기 전에 내용이 비트 단위로 OR 되었다. 이러한 동작 방식은 IBM 7094까지 이어졌다.

IBM 704 레지스터
레지스터 종류약칭비트 수
누산기AC38
승수/몫 레지스터MQ36
인덱스 레지스터XR1, XR2, XR315


3. 2. 메모리

IBM 737 자기 코어 기억 장치는 RAM으로 4096개의 36비트 워드 (18,432바이트 상당)를 탑재하고 있었다.[41] IBM 727 자기 테이프 유닛은 릴당 500만 자 이상의 6비트 문자를 기록했다.

3. 3. 입출력 장치

IBM 704는 다음과 같은 입출력 장치를 제어할 수 있었다.

장치명설명
711 펀치 카드 판독기펀치 카드를 읽어 데이터를 입력하는 장치였다.
716 영문 프린터텍스트를 인쇄하는 장치였다.
721 펀치 카드 기록기펀치 카드에 데이터를 기록하는 장치였다.
727 자기 테이프 장치데이터를 자기 테이프에 저장하고 읽는 장치였다. 5대까지 연결 가능했다.
753 테이프 제어 장치727 자기 테이프 장치를 제어하는 장치였다.
733 자기 드럼 판독기 및 기록기데이터를 자기 드럼에 저장하고 읽는 장치였다.
737 자기 코어 저장 장치RAM 역할을 하는 장치로, 4,096개의 36비트 워드(18,432바이트)를 저장했다.
IBM 740 음극선관 출력 기록기21인치 벡터 디스플레이와 7인치 디스플레이로 구성되었다. 21인치 디스플레이는 긴 인광체 지속 시간을 가졌고, 7인치 디스플레이는 빠른 인광체 소멸로 카메라 촬영에 적합했다.



704 자체에는 36개의 다양한 제어 스위치와 버튼, 그리고 레지스터의 각 비트에 해당하는 36개의 데이터 입력 스위치가 있는 제어 콘솔이 있었다. 제어 콘솔은 스위치를 사용하여 레지스터의 이진 값을 설정하고, 작은 네온 램프의 패턴으로 레지스터의 상태를 확인하는 기능을 제공했다. 이는 현대의 LED와 매우 유사하다. 컴퓨터와 사람의 상호 작용은 콘솔이 아닌 펀치 카드를 통해 이루어졌으며, 사람이 읽을 수 있는 출력은 프린터로 전송되었다.[12]

IBM 727 자기 테이프 장치는 릴당 5백만 자 이상의 6비트 문자를 저장할 수 있었다.[12]

4. 명령어 및 데이터 형식

IBM 704는 "A형"과 "B형" 두 가지 명령어 형식과 고정 소수점, 부동 소수점 숫자, 영숫자 문자 등의 데이터 형식을 사용했다.[15]


  • 고정 소수점 숫자는 이진 부호/크기 형식으로 저장되었다.[15]
  • 단정밀도 부동 소수점 숫자는 크기 부호, 8비트 초과 128 지수, 27비트 분수를 가졌다.[15]
  • 영숫자 문자는 6비트 BCD였으며, 워드당 6개의 문자가 들어갔다.[15]


Lisp 초기 구현에서 ''주소'' 및 ''감소'' 필드를 사용하여 각각 연결 리스트의 머리와 꼬리를 저장했다. ''car''( "레지스터의 주소 부분의 내용")와 ''cdr''( "레지스터의 감소 부분의 내용")은 이러한 필드 이름을 따서 명명되었다.[16]

4. 1. 명령어 형식

IBM 704는 "A형"과 "B형" 두 가지 명령어 형식을 사용했다.[15]
A형 명령어 형식A형 명령어는 다음 필드들로 구성된다.

  • 3비트 ''접두사''(명령어 코드)
  • 15비트 ''감소''(decrement) 필드
  • 3비트 ''태그''(tag) 필드
  • 15비트 ''주소''(address) 필드


''태그'' 필드에 지정된 인덱스 레지스터 값에 따라 조건부 점프 연산이 수행된다. 일부 명령어는 ''감소'' 필드를 인덱스 레지스터의 내용에서 빼도록 지정한다. 명령어 코드의 두 번째와 세 번째 비트가 0이 아니어야 하므로, 총 6개의 가능한 A형 명령어가 있었다. STR(명령어 코드 이진 101) 명령어는 IBM 709에서 구현되었다.[15]
B형 명령어 형식B형 명령어는 다음 필드들로 구성된다.

  • 12비트 명령어 코드 (A형 명령어와 구별하기 위해 비트 2와 3이 0으로 설정됨)
  • 2비트 ''플래그''(flag) 필드
  • 4비트 미사용 필드
  • 3비트 ''태그'' 필드
  • 15비트 ''주소'' 필드
[15]

Lisp 초기 구현에서는 ''주소'' 및 ''감소'' 필드를 사용하여 각각 연결 리스트의 머리와 꼬리를 저장했다. 기본 함수 ''car''( "레지스터의 주소 부분의 내용")와 ''cdr''( "레지스터의 감소 부분의 내용")은 이러한 필드 이름을 따서 명명되었다.[16]

4. 2. 데이터 형식


  • 고정 소수점 숫자는 이진 부호/크기 형식으로 저장되었다.[15]
  • 단정밀도 부동 소수점 숫자는 크기 부호, 8비트 초과 128 지수 및 27비트 분수를 갖는다.[15]
  • 영숫자 문자는 6비트 BCD였으며, 워드당 6개의 문자가 들어간다.[15]

5. 소프트웨어

IBM 704는 초기에 어셈블리 언어로 프로그래밍되었으며, 대표적인 어셈블러로는 SAP(Symbolic Assembly Program)가 있었다. SAP는 나중에 SHARE에 의해 ''SHARE 어셈블리 프로그램''으로 배포되었다.[6]

5. 1. 프로그래밍 언어

FORTRAN[6]과 LISP[7]는 IBM 704를 위해 처음 개발된 고급 프로그래밍 언어이다. FORTRAN은 과학 기술 계산에 널리 사용되었고, LISP는 인공지능 연구 분야에서 중요한 역할을 했다.

IBM 704용 어셈블러인 SAP (Symbolic Assembly Program)도 개발되었는데, 나중에 SHARE에 의해 ''SHARE 어셈블리 프로그램''으로 배포되었다.[6]

Lisp의 초기 구현에서는 연결 리스트의 머리(head)와 꼬리(tail)를 저장하기 위해 각각 ''주소''(address) 및 ''감소''(decrement) 필드를 사용했다. 기본 함수 ''car''( "레지스터의 주소 부분의 내용")와 ''cdr''( "레지스터의 감소 부분의 내용")은 이러한 필드에서 유래한다.[16]

6. 활용 사례

FORTRAN[6]과 LISP[7]은 IBM 704를 위해 처음 개발된 프로그래밍 언어이다. SAP 어셈블러—''Symbolic Assembly Program''도 704용으로 개발되었으며, 나중에 SHARE에 의해 ''SHARE 어셈블리 프로그램''으로 배포되었다.

로스 앨러모스 국립 연구소 (LASL)는 일괄 처리를 지원하기 위해 ''SLAM''이라는 초기 상주 모니터를 개발했다.[13]

6. 1. 과학 기술 계산

IBM 704는 다양한 과학 기술 분야에서 복잡한 계산을 수행하는 데 사용되었다.

  • 스미소니언 천체 물리학 관측소의 Operation Moonwatch에서 위성 궤도를 계산하는 데 사용되었다.[12] IBM은 스미소니언 천체 물리학 관측소 과학자들과 수학자들이 위성 궤도를 계산하는 데 도움을 주기 위해 4명의 직원을 파견했다.
  • NRL의 뱅가드 로켓 비행 역학 분석에 사용되었다. [12]
  • 에드워드 O. 손프는 블랙잭 게임 이론을 연구하면서 승리 확률을 조사하기 위한 연구 도구로 IBM 704를 사용했다.[10][11] 그는 FORTRAN을 사용하여 연구 모델의 방정식을 공식화했다.
  • 1959년 3월 12일, IBM 704는 일본 기상청에서 수치 예보를 도입하는 데 처음 사용된 컴퓨터가 되었다.[41]

6. 2. 음성 합성

1962년, 물리학자 존 래리 켈리 주니어는 벨 연구소에서 IBM 704 컴퓨터를 사용하여 음성 합성에 성공했다.[32] 이는 벨 연구소 역사상 가장 유명한 순간 중 하나로 기록되었다. 켈리는 보코더라는 음성 녹음기 신시사이저를 사용하여 맥스 매튜스의 음악 반주에 맞춰 노래 "데이지 벨"을 재현했다.[8]

이 음성 합성 시연은 아서 C. 클라크에게 깊은 영감을 주었다. 클라크는 친구이자 동료인 존 피어스와 함께 벨 연구소 머레이 힐 시설을 방문했을 때 이 시연을 보게 되었고, 6년 후 자신의 소설과 영화 시나리오인 "2001: 스페이스 오디세이"의 절정 장면에 이 기술을 사용했다.[8] 이 장면에서 HAL 9000 컴퓨터는 켈리가 IBM 704로 재현했던 것과 같은 노래를 부른다.[9]

6. 3. 컴퓨터 음악

맥스 매튜스는 IBM 704에서 최초의 컴퓨터 음악 프로그램인 MUSIC을 개발했다.[6]

1962년, 물리학자 존 래리 켈리 주니어는 IBM 704 컴퓨터를 사용하여 음성을 합성함으로써 벨 연구소 역사상 가장 유명한 순간 중 하나를 만들었다. 켈리의 음성 녹음기 신시사이저 ''보코더''는 맥스 매튜스의 음악 반주와 함께 노래 ''데이지 벨''을 재현했다. 아서 C. 클라크는 이 음성 합성 시연 당시 우연히 친구이자 동료인 존 피어스를 벨 연구소 머레이 힐 시설에서 방문했으며, 클라크는 너무 감명받아 6년 후 그의 소설과 영화 시나리오인 ''2001: 스페이스 오디세이''의 절정 장면에서 이 기술을 사용했고,[8] 여기서 ''HAL 9000'' 컴퓨터가 같은 노래를 부른다.[9]

6. 4. 수치 예보 (한국)

1959년 3월 12일, 일본 기상청은 수치 예보를 도입하면서 IBM 704를 처음 사용했다.[41] 수치 예보는 대기 영역을 유한 개의 격자점으로 나누고, 각 격자점에 초기값을 부여하여 대기 상태를 나타내는 미분 방정식을 수치적으로 푸는 방식이다. 이러한 방식은 방대한 반복 계산을 필요로 하는데, IBM 704는 반복 계산에 편리한 기능을 갖추고 있어 수치 예보에 적합했다. 일본 기상청의 IBM 704 도입은 한반도의 기상 예보 정확도를 높이는 데에도 중요한 역할을 했다.

참조

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[2] 웹사이트 704 Data Processing System http://www-03.ibm.co[...] IBM 2003-01-23
[3] 웹사이트 IBM Electronic Data-Processing Machines TYPE 704 http://bitsavers.org[...] International Business Machines Corporation 1955
[4] 웹사이트 Assemblers were once people: My aunt did it for NASA https://www.theregis[...] The Register 2015-02-26
[5] 웹사이트 History of IBM Timeline https://www.ibm.com/[...] IBM 2003-01-23
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[7] 웹사이트 LISP prehistory – Summer 1956 through Summer 1958 http://www-formal.st[...]
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[11] 간행물 Math Instructor Programs Computor: Thorpe, 704 Beat Blackjack http://tech.mit.edu/[...] Massachusetts Institute of Technology 1961-02-10
[12] 웹사이트 Vanguard Satellite Launching Vehicle -- An Engineering Summary https://www.scribd.c[...]
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[18] 웹사이트 IBM-704 http://ed-thelen.org[...] 1955-12
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[23] 서적 Abstracting Away the Machine: The History of the FORTRAN Programming Language (FORmula TRANslation) Independently published
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[31] 웹사이트 LISP prehistory - Summer 1956 through Summer 1958. http://www-formal.st[...]
[32] 간행물 Speech synthesis
[33] 서적 Physical Audio Signal Processing
[34] 웹사이트 National Recording Registry Adds 25 http://www.loc.gov/t[...] Library of Congress
[35] 문서 1961年デイジー・ベルを歌った最初のコンピュータを[[IBM 7094]]とする文献もあるが、IBM 7094 の初設置は1962年9月とされており時期的に合わない。
[36] 웹사이트 Arthur C. Clarke online Biography http://www.lsi.usp.b[...] 2022-12-27
[37] 웹사이트 Bell Labs: Where "HAL" First Spoke http://www.bell-labs[...] 2022-12-27
[38] 기타 ディスカバリーチャンネルのドキュメンタリーでのEd ThorpとVivian Thorpのインタビュー
[39] 간행물 "Thorpe, 704 Beat Blackjack" http://tech.mit.edu/[...] The Tech (MIT) 1961-02-10
[40] 서적 First Generation Mainframes: The IBM 700 Series https://books.google[...] Cambridge Scholars Publishing 2018-11
[41] 뉴스 朝日新聞
[42] 간행물 IBM 7094 Principles of Operation http://bitsavers.tra[...] IBM
[43] 학술지 From the IBM 704 to the IBM 7094 http://www.quadibloc[...] 2009-11-15
[44] 학술지 Recursive Functions of Symbolic Expressions and Their Computation by Machine, Part I http://www-formal.st[...] 2009-02-14
[45] 웹사이트 IBM-704 http://ed-thelen.org[...] 1955-12
[46] 웹사이트 IBM 704 http://ed-thelen.org[...] 1961-03
[47] 웹사이트 IBM Archives: 704 Cathode Ray Tube Output Recorder http://www-03.ibm.co[...] 2003-01-23
[48] 웹사이트 IBM Archives: IBM 737 Magnetic core storage unit http://www-03.ibm.co[...] 2003-01-23
[49] 웹인용 704 Data Processing System http://www-03.ibm.co[...] IBM 2003-01-23
[50] 웹인용 Assemblers were once people: My aunt did it for NASA https://www.theregis[...] The Register 2015-02-26


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