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リレー式計算機について質問です。 リレー式計算機とは電話のリレーを0または1...

euc********さん

2019/3/2406:38:42

リレー式計算機について質問です。

リレー式計算機とは電話のリレーを0または1を表現する素子として構成されている計算機の様です。

ただ,真空管なら1個でトランジスタと同等の動作を行えそうに思えますが,リレー1個でトランジスタと同等の動作を行えそうには見えません。

故に,トランジスタと同等の動作を,リレーで再現しようとした場合,複数のリレーを組み合わせる必要が出てくる様に思えます。

つまり,真空管なら1ステップで実現出来る処理が,リレーでは複数のステップを要する事になり得るという訳です。

しかし,真空管を使用した計算機を製作可能な技術水準になっても,リレー式計算機の開発が黎明期には流行った様に見えます。(動作の確実性で言えば,リレー式なのかもしれませんが。)

ここで疑問ですが,真空管を素子として利用した計算機とリレーを素子として使用した計算機を比較した場合,理論上は真空管を使用した計算機の方が動作が高速になるという認識で合っておりますでしょうか?

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hig********さん

2019/3/2410:38:03

0と1の状態を保持する最小限の論理回路を、フリップフロップと言います。この回路を作るのには、トランジスタで2対。真空管でも2ユニット。双三極管と呼ばれる1本に二つのユニットが入っている真空管で、1本が必要です。

片側の出力がもう片側の入力になるというフリップフロップの動作は、増幅素子としては、特殊な使い方なんです。外部の素子も必要です。

この論理回路には、ラッチリレーという鉄片を動かすときにだけ電流を流すタイプのリレーを使えば、本質的に状態を保持していますから、論理回路1つにつき1つのリレーでOKとなります。リレーでトランジスタや真空管の真似事をさせるのではなく、リレーで状態保持ができる論理回路を作るわけです。もちろん、1ステップで状態を反転させることができるため、トランジスタ二つと周辺回路から成り立つフィリップフロップが、リレー1つで、同じく1ステップ。しかも周辺回路はほとんど不要なんです。

リレー計算機は、機械的に動かして接点が安定化するまでに、1/100秒前後の桁の時間がかかります。応答速度の速い、小さな水銀リードリレーでは、もう一桁上で動作できます。これに対して真空管によるフリップフロップは、初期のものでもその一桁上。UHFテレビ共聴機器に使われている高周波特性の良い物を流用すれば、マイクロ秒は楽勝です。トランジスタが使われ始めた頃、ごく短期間ですが、真空管の方が高周波特性が良かった時代もありました。しかし、コンピュータにつかわれたのは、故障率が低い、つまり電極間距離が大きな遅い真空管が主流だったので、リレーよりは早いもののトランジスターよりは遅いと、すぐにとってかわられたわけです。

添付図は、真空管式フィリップフロップ。多極管を使っていますから、1つの論理ユニットに2本の真空管です。これで速度は速いものの、リレー1つと同じなんです。

http://www.aec.go.jp/jicst/NC/about/ugoki/geppou/V03/N12/V03N12IMAG...

かなり複雑でしょう。リレーで真空管の動作を真似るのではなく、真空管を複数使ってリレーの動作をまねしていた。こう理解してください。

0と1の状態を保持する最小限の論理回路を、フリップフロップと言います。この回路を作るのには、トランジスタで2対。真...

質問した人からのコメント

2019/3/24 19:43:11

皆様,ご回答有難う御座いました.
イメージが掴めた気がします.

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カテゴリマスター

aki********さん

2019/3/2410:36:32

リレーは単純に言うと、電磁石を使ったスイッチで、AとB、2つの配線があり
Aに電気が流れることで電磁石がONとなり、磁気の力で金属の板を引き寄せます。
金属板が引き寄せられて磁石側の端子に接触する事で、スイッチがONとなり、
Bの配線に電気が流れるようになります。
Aの配線の電気がOFFになれば、電磁石の磁力も無くなり、
(バネ等により)金属板が離れ、Bの配線もOFFになります。
磁石とバネの配置を逆の関係にすることで、逆のON-OFFも表現できます。
こうして、Aの配線へのON-OFFを使ってBの配線をON-OFFする電気的なスイッチがリレー回路です。

一方、トランジスタ等の半導体もまた、2つの2入力を持ち、その片方への電力の有無によって
素子が電気を通す導体と、通さない絶縁体が切り替わる特性を利用して
Aの配線へのON-OFFによって、Bの配線のON-OFFが行われる電気的なスイッチです。

ですので基本的に、リレースイッチと半導体によるスイッチは同じ仕組みとして用いることができます。

真空管に比べてリレースイッチは信頼性も高く、故障もしにくかった為、リレースイッチが使われました。
欠点は、金属板を磁力で引き寄せるという物理的な動作を必要とする為
切り替え速度的な限界があった事と、真空管よりはマシとはいえ
接点が摩耗で故障しやすく、重くガチャガチャと騒音を立てる等があり、
トランジスタの価格と性能が安定するにつれて、使われなくなってゆきました。
(当初のトランジスタは非常に高価で、安定して作ることも困難でした)

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kon********さん

2019/3/2408:37:29

動作は電子的な真空管、トランジスタの方が圧倒的に速いです。何故初期にリレー式が存在したかというと、当時はトランジスタが非常に高価であったからです。真空管が数百円の時代に、トランジスタは数千円。真空管は寿命が割と短いので、計算機程の多数の真空管を使うと一時間に一本くらいは壊れる計算になり、真空管計算機は実用にならない事が当時から分かっていた。(例のエニアックは動作してる時間より、修理中の時間の方が長かったといわれている)。一方、リレーは電話交換機での実績があり、信頼性が高かった。更に、リレーは複数の接点を設けることが可能なので、一つで複数のスイッチの動作が可能で、真空管、ドンジスタの複数個分の動作が可能であった。

shi********さん

2019/3/2408:04:34

>リレー式計算機とは電話のリレーを0または1を表現する素子として構成されている計算機の様です。

電話のリレーというのが意味不明ですが

リレーは
電気信号によるメカニカルスイッチです


>ただ,真空管なら1個でトランジスタと同等の動作を行えそうに思えますが,リレー1個でトランジスタと同等の動作を行えそうには見えません。

リレーは電気信号によるメカニカルスイッチで
トランジスタは電気信号による電子スイッチなので
リレー1個が、トランジスタ1個と等価です。

>真空管を素子として利用した計算機とリレーを素子として使用した計算機を比較した場合,理論上は真空管を使用した計算機の方が動作が高速になるという認識で合っておりますでしょうか?

そこは間違いありませんが
真空管がすぐ切れるのに対し、
リレーはそうそう壊れませんので
機械としての稼働率(安定性)は真空管式よりもリレー式の方が高いです。

boc********さん

2019/3/2407:01:20

リレーは物理的動作を伴うのに対し真空管は電子的な動きですので、ほぼ間違いなく真空管回路の方が動作が速くなる可能性が高いと思われます。

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