IBM 5100

후기형 하우징, 엠블럼이 있고 마킹은 없는 APL 버전의 모습이다. 통신 어댑터(Communications Adapter)는 달려 있지 않다.

1 개요

IBM 5100은 1975년 9월 IBM사가 출시한 휴대용 컴퓨터이다. 역사상 최초로 상용화된 휴대용 컴퓨터라는 타이틀을 갖고 있다. 현재 스미소니언 박물관에 전시되어 있는, 1973년에 IBM 팔로 알토 연구소에서 공개한 프로토타입인 SCAMP(Special Computer APL Machine Portable)의 발전 버전이다.

이 '휴대용 컴퓨터'의 무게는 50파운드(약 22kg)에 달했으며, 내장 배터리가 없었기 때문에 휴대용이라는 말이 무색하게도 전기 안 들어오는 곳에선 못 쓴다는 단점이 있었다.

한번 완충하면 수 시간을 가며 무게는 g단위에서 노는 노트북들이 시장에 출시된 2016년 현재의 시점에서 "이게 무슨 휴대용 컴퓨터야?"라고 생각할 수도 있지만, 당시의 기술력 수준을 고려하면 충분히 휴대용이었다. 즉 당대에는 엄청나게 가벼운(…) 컴퓨터였다는 것이다. 배터리 문제 역시 당시 기술력의 한계였고. 일단 혼자서 옮길 수 있고 설치가 간단하며 어디든 들고 가서 전원만 있다면 쓸수 있다는점에서는 당시 기준으로는 충분히 휴대용이다.

2 스펙

출시 가격은 12개의 사양 중에서 선택 가능했으며, 램은 16KB부터 64KB까지, 언어는 BASIC, APL 또는 양쪽 모두를 탑재할 수 있었다. APL+16KB는 $8,975, BASIC+16KB는 $9,975, 양쪽 모두+16KB는 $10,975였으며, 16KB 램 모듈 하나당 $3,000(!)로 추가할 수 있었다. 옵션으로는 내부의 확장 슬롯에 끼울 수 있는 통신 어댑터 테이프 드라이브에서 프로그램을 불러와 사용했다고.</ref>와 직렬 I/O 어댑터가 있었다.

프로세서는 IBM PALM(Put All Logic in Microcode)이며, 클럭은 1.9MHz. 램은 16KB부터 단계적으로 16KB씩, 최대 64KB까지 확장이 가능하였다. 롬은 PALM 18KB, APL 96KB, BASIC 32KB이였다. 디스플레이에는 NEC을 비롯한 여러 회사의 5인치 CRT모니터가 사용되었다. 이것은 디스플레이 카드가 컨트롤하며, 가로 64문자*세로 16줄의 문자를 출력할 수 있었고, 콘트라스트 조절과 화면 반전 기능을 제공했다. 외부 출력은 BNC케이블을 통하여 NTSC로 송신되며, TV를 사용하여 화면에 표시되는 내용과 같은 정보를 이렇게 볼 수 있다. 저장소로는 QIC(Quarter-inch Cartridge)규격의 204KB까지 저장 가능한 DC300 자기테이프 드라이브를 장착하였다.

당대에는 여러모로 혁신적인 컴퓨터였다. 프로그램을 배우지 않아도 사용 가능하도록 Problem-Solver Libraries라고 일컬어지는 것이 동봉되었는데, BASIC에는 Statistics, Business, Mathematics의 3개로 분류된 애플리케이션들이 포함되어 있었고, APL또한 비슷한 것이 기본적으로 포함되어 있었다. 이것들은 대화형 루틴으로, 프로그램과의 문답을 통해 초보자도 쉽게 컴퓨터를 다룰 수 있는 이점을 가지고 있었다.

또한 하드웨어적 관점에서 보면 60년대 비슷한 사양의 컴퓨터였던 IBM제 컴퓨터는 500kg 가까운 무게를 갖고 있었으며, 이후 비슷한 사양으로 코모도에서 코모도 PET 2002을 출시하기까지 2년이 걸렸다는걸 감안하면 대단한 것이다. 비슷한 크기의 데스크탑 컴퓨터로 HP 9830이란 기종이 있었지만 CRT나 큰 용량의 롬이나 램을 탑재하는것은 불가능했다.

BASIC상에서 기본 어플리케이션은 16KB로도 실행이 가능했지만, 프로그램과 그것이 다루는 데이터를 모두 램에 올려놓고 사용하기 때문에 데이터가 많아지면 램이 부족해졌으며, 동봉된 APL 기본 어플리케이션은 심지어 최저 32KB부터 요구하기도 했다. 램 업그레이드의 선택이 가능하긴 했지만, 그럴 경우 가격 차이가 많이 나(맨 위 가격 참조) 결국 대중적으로 쓰이진 못했다.

여기서 (광고이긴 하지만) IBM 5100이 실제로 어떻게 쓰였는지에 대해 볼 수 있다.

3 외형

IBM 5100의 하우징은 굉장히 다양하다.

• 대표적으로 우측에 통기구가 없는 초기형이 있으며, 통기구가 있는, IBM 5110이 발매된 이후 같은 금형으로 하우징을 찍어냈던 후기형이 있다.
• 메탈 엠블렘이 있는 것과, 메탈 엠블렘이 없는 것이 있다. 있는 게 간지난다
• IBM 5100의 하우징에 IBM 5110을 구겨 넣은 것이 존재한다. 이 경우 일부 키보드 배색이 IBM 5110의 것과 같다.
• 겉의 단축키 일람표와 키보드로 Communications Adapter의 장착 여부를 확인 가능하다. 키보드의 경우 키캡 밑에 영문이 각인된 경우는 BASIC, 키캡 위에 수학 기호가 있는 경우는 APL이라고 볼 수 있다. 그리고 겉의 스위치가 일렬로 4개인 경우 양쪽 언어를 지원한다고 보면 된다.
• 로고의 유무도 있다. IBM 5100 Portable Computer라고 적혀있는 로고는 주로 초기형 미국 내수용에서 발견되며, IBM 5100만 있는 로고는 주로 해외 수출 버전과 후기 버전에서 발견된다. 그리고 자세한 사항은 발견되지 않았으나, 로고 자체가 없는 기종도 있다.

4 하드웨어 특성

4.1 로직 구성

IBM 5100의 로직 대부분은 'Dutchess'라고 불리는 TTL 호환의 '134-gate bipolar gate array' 를 사용한다. 각각의 칩은 3-input이 있는 NAND gate 60개와, 40개의 4-input NAND gate, 그리고 2-input의 NOR off-chip driver 34개가 있다. Propogation delay는 10ns이고, IBM 커스텀의 정사각형 금속 외피로 덮여 있다.

돈을 아낌없이 들였기 때문에 전해 캐패시터는 전원부와 AC 박스에만 있는 것으로 확인되며, 로직의 대부분은 마이카, 필름, 탄탈 캐패시터따위의 솔리드 캐패시터로 구성되어 있다. 이외에도 길쭉한 껌 모양의 부품들이 있으나 정확한 것은 불명. 트랜지스터는 게르마늄으로 추정되지만, 부품 전부가 IBM 내부 번호(In-house number)로 이루어져 있어 정확한 것은 애석하게도 알기 어렵다. 하지만 일부 부품 번호들은 이곳과 이곳에서 확인이 가능하다.

4.2 프로그래밍 언어

C옵션을 가진 5100에 한하여, 프론트 패널에 달린 스위치로 ROS의 접근 영역을 달리하여 BASIC과 APL을 둘 다 사용할 수 있었다. 이때, 언어 스위치를 조작 후 리부팅을 필히 해야 했다.

5100의 PALM프로세서는 기존의 CPU와는 조금 달라, 프로세서에 자체 명령어를 내장시키는 대신, 정교한 '가상 머신'을 위한 lauguage interpreter가 내장되어 있었다. 이 조치는 자체 명령어를 내장시키기 위한 ROS공간 절약과 속도를 올리기 위해서였다. APL microcode는 System/360을 에뮬레이트하는 한편, BASIC microcode는 System/3을 에뮬레이트한다.

APL interpreter는 APLSV로부터 파생되었다.

4.3 PALM 프로세서

IBM 5100은 마이크로코드를 에뮬레이트하는 board-level microprocessor인 PALM를 사용하며, IBM의 문서에서는 'controller'라고 표현되었다. 이 보드는 13개의 정사각형 metal-can칩, 5개의 DIP칩과 한 개의 둥근 metal-can칩을 포함한다.

PALM은 16비트 vertical microinstruction을 사용하며, 각 microinstruction의 실행 속도는 평균 약 1.75μs 였다.

Microinstruction은 16비트 general-purpose register를 직접적으로 참조할 수 있었다. Register zero는 microinstruction pointer로서, program counter로 알려져 있다. 4-bank의 register가 있었고, 빠른 interrupt bank의 switching을 위하여 interrupt level당 bank 하나씩을 가졌다. 이 4-bank의 register는 RAM(Read/Write Storage)의 첫 128바이트를 addressing 할 수 있었다. (따라서 메모리의 첫 128바이트는 유저가 사용할 수 없었다)

Interrupt 종류는 3개가 있었기 때문에, 0부터 3까지의 processor level이 있었고, 수준 0는 interrupt가 없을 때 실행되었다. 각각의 수준은 고유의 program counter을 갖추고 있어, interrupt vector의 개념은 존재하지 않았다. 프로세서는 주어진 수준이 활성화된 상태이고, 더 높은 수준이 활성화되지 않는 한 계속 그 수준으로 동작하였다.

Register가 16비트의 대역폭을 가지고 있었고, PALM이 약간의 16비트 산술과 논리 동작을 지원했음에도 불구하고, ALU는 8비트의 대역폭을 가지고 있었다.

프로세서는 16비트의 address bus를 가지고 있었고, 메모리는 최대 64KB의 용량을 direct-addressing하기 위해 byte-addressing이 가능했다. 메모리의 각각의 바이트는 parity bit를 가지고 있어, 메모리의 data bus는 18비트였다.

4.4 기억장치

RAM은 1쌍에서 4쌍까지의 보드를 장착할 수 있었으며, NMOS RAM과 separate bipolar driver와 sense amplifier을 사용하여 보드 하나당 8KB를 저장 가능했다. The Roberson의 기사에서는 메모리가 1Kb MOSFET RAM칩을 사용했다고 보고했으나, 사실 2Kb칩을 사용한 것으로 보여진다. 각각의 보드는 4개의 칩을 포함하는 9개의 램 모듈로 이루어져 있었다. Access time은 대략 300ns정도였고, cycle time은 450ns 정도였다.

8KB카드는 'Snoopy', 16KB카드는 'Barton'이라 불렀고, 후속 기종인 IBM 5110은 다른 모듈들을 위해 한 보드 당 16KB를 저장 가능했다.

4.5 Read Only Storage

5100에는 세 가지 종류의 ROS가 있었다.

Control ROS는 PALM프로세서의 일부로, microinstruction을 디코딩하기 위해 사용되었다.

Executable ROS는 프로세서에 의해 직접 address가 가능했으며, 바로 실행시킬 수 있는 microinstruction을 포함하고 있었다. 16K*18개의 진단과 부팅 시 시스템 체크를 위한 마이크로코드, BASIC을 위한 가상 머신 인터프리터 등이 있다. 또 다른 16K*18개의 공간은 APL을 위한 가상 머신 인터프리터가 있었다.

Non-executable ROS는 프로세서가 I/O 디바이스로 간주하고 액세스했으며, BASIC과 APL interpreter을 내장하고 있었다. 48Kb(Kbits)를 각각 저장 가능한 n-channel MOSFET을 사용하고, 액세스 시간은 2μs정도였다.

Non-executable ROS는 다시 종류가 3가지로 나뉘는데,

- Common ROS, ROS 컨트롤 모듈에 있으며, 18KB.

- BASIC ROS, ROS 모듈로 따로 장착되어 있으며, 32KB.

- APL ROS, ROS 모듈 2개+반 개로 장착되어 있으며, 96KB.

4.6 디스플레이

IBM 5100은 가로 64 문자 16줄을 출력 가능한 5인치 CRT디스플레이를 갖추고 있었다. 문자가 상당히 작았고, 모여 있으면 빽빽했기 때문에, IBM은 화면의 반을 기준으로 왼쪽 32글자, 오른쪽 32글자, 그리고 모든 64글자를 선택할 수 있는 스위치를 두어 'L32-64-R32'라는 마킹을 해 놓았다. 32글자를 출력하면 글자 크기는 커지지 않으며, 1칸씩 총 32칸만큼의 공백이 32글자 사이사이에 생긴다.

일반적으로, 디스플레이되는 정보는 메인 메모리의 0x0200부터 0x05ff까지의 주소를 이용한다. 그리고, 메모리의 첫 512바이트인 0x0000부터 0x01ff를 16진수로 출력할 수 있는 스위치가 프론트 패널에 있었으며, 이것은 주로 진단이나(메모리 크기 등) processor register을 확인하는 목적으로 쓰였다.

디스플레이 컨트롤러는 직접적 메모리 접근(DMA, Direct Memory Access)을 사용하는 5100에서의 유일한 장비였다. IBM은 이것을 'Cycle-stealing'이라고 불렀다. 디스플레이에 표시되는 정보는 그대로 메모리에 있어서, microcode는 연산 중에 좀 더 많은 메모리 대역을 얻기 위하여 디스플레이를 끌 수 있었다.

4.7 대용량 저장 장치

대용량 저장 장치는 QIC(Quarter-Inch Cartridge)규격을 사용한 DC300 데이터 테이프를 사용하였고, 최대 204KB를 저장할 수 있었다. BASIC 프로그램, APL 워크스페이스, 그리고 데이터를 저장할 수 있었다.

4.8 확장 장비 및 액세서리

확장 장비에는 132컬럼, 초당 80문자를 인쇄 가능한 IBM 5103 Dot matrix Printer와 IBM 5106 Auxiliary Tape Unit이 있었다. 또, 추가금을 내고 내부 A1보드의 Expansion Feature 슬롯에 Communications Adapter와 Serial I/O Adapter를 장착 가능하였다.

핸들 추가 와 휴대용 케이스를 옵션으로 추가 가능하였다.

5 기타 정보

• IBM 5100의 메인터넌스 매뉴얼에도 수록되지 않은 에러 코드가 있다는 것이 [[[1]]되었던 적이 있다.
• 어렵게 구한 IBM 5100이 소제되어있지 않다면, 원래 모듈을 받치는 폼(foam)이였을듯한 열화된 검은색 스펀지와 맞딱드리게 될 것이다. 끈끈하며 검은색 물질을 오만군데 묻히고 다니고, 비누로도 씻기 힘드므로 물티슈를 많이 들여 닦아낸 후 다른 스펀지로 교체하도록 하자. 이 작업은 여기에서 확인 가능하다.
• IBM 5100을 가동 시에는 트랜스를 개조해서라도 반드시 접지를 하도록 하자. 매뉴얼에서도 권장하고 있고, 접지를 안 한채로 운용 시 금속 부위를 만지면 토르신의 모습이 보일 수 있다. 애초에 이걸 가진 위키러가 있기나 할까
• IBM 5100의 CRT 주변에는 스펀지가 끼워져 있는데, 열화되어 다 삭은 상태이다. 적당한 녀석을 오려 갈아주도록 하자.
• IBM 5106 Auxiliary Tape Drive의 경우 구입에 주의가 필요하다. 아래 사진과 같이 2개의 육면체 덩어리가 붙어있어야 한다. 한 개가 터미네이터인데, 없으면 인식을 못 한다.
• CRT와 테이프 드라이브 사이에 사진과 같은 스위치가 있다. 왼쪽 스위치는 HALT스위치로 시스템이 부팅되지 않거나, 작동을 멈추며, 오른쪽 스위치는 프로그램 실행을 단계적으로 볼 수 있다.
• 파워 하우징 오른쪽 부분에 타공이 되어 있지 않은 모델은 초기형, 뚫려 있는 모델은 1978년 IBM 5110의 발매 이후 같은 하우징을 사용하는 후기형으로 구분한다.
• CRT가 ㄱ자 앵글 프레임으로 되어 있는 것은 초기형, 와이어 프레임으로 되어 있는 것은 후기형이다.

6 이야깃거리

2014년 8월 5일, 국내에 실제로 샀다고 인증한 사람이 나타났다. 그리고...사용 가능한 상태로 고쳤다고 한다.
TV 방송에도 나왔다.게다가 엔하위키도 언급했다

하이마트 PC대전 오래된 컴퓨터 인증 이벤트에도 상기인이 보유한 IBM 5100이 출현했다. 처음부터 클라이맥스 처음부터 끝판왕 댓글에 매킨토시도 있는데 상대도 안되고 그나마 4년 차이나는 텔레비디오 902c 정도만 선방하고 있다(...)심지어 텔레비디오 902c는 컴퓨팅 기능이 없는 단순 터미널이다(현재 2차 댓글 투표 후보로 IBM 5100, 금성 패미콤 FC-30, 삼성 SPC-1000, 삼성 매직스테이션 M2700이 올라와 있다)
M2700의 표가 조작된것 같다..

6.1 존 티토와의 관계

21세기의 예언가(?) 존 티토는 IBM 5100을 찾으러 1975년으로 타임트래벌을 했다는 주장을 했다. 이유는 2038년의 미래의 인터넷망을 복구하기 위해 필요하다나 뭐라나... 하는 이유다. 정확히는 2038년에는 컴퓨터에 '유닉스 버그'가 발생하는데, 이 버그를 막기 위해서는 IBM 5100의 특정한 내장함수가 필요하다는 것이다. 근데 2038년 기준으로 제대로 된 IBM 5100이 없었기 때문에 찾아오려고 했다는 것. 1998년생 존 티토는 2016년 현재 고삼이다

물론 당시 사람들은 이게 무슨 헛소리냐고 넘겼는데, IBM 5100의 개발에 참여했던 한 기술자가 "사실이다. IBM 5100에는 매뉴얼에 없는 숨겨진 기능이 있다" 라고 대답해서 화제가 되기도 했다. 그 중 하나는 이 기종으로 APL이나 BASIC 이전의 IBM 독자 사양의 특수한 컴퓨터 언어를 디버그할 수 있다. 물론 디버그 항목에서도 볼수 있지만, 해당 언어에 대한 지식, 해당 프로세서의 기계어에 대한 지식, 혹은 어셈블리어 전반에 대한 지식중 하나만 있어도 인간이 수행할 수 있는 작업이긴 하다. 실제로 대굇수 존 폰 노이만은 암산으로 자체 디버깅까지 한(혹은 디버깅이 필요가 없는 완벽한) 코드를 기계어로 짤 수 있었다.참 쉽죠? 다만 일반인에겐 시간/노동/비용상의 비효율이 클 뿐.

숨겨진 기능은 PALM프로세서 내부의 ROS나 언어 ROS에 기능을 넣고 막아놓았을 경우가 있는데, 현재 IBM 5110에 한해 에뮬레이터가 구현되어 있으며, PALM프로세서에 있는 Common ROS와 디스어셈블러까지 공개되어 있기 때문에 숨겨진 기능을 분석하는 것은 어렵지 않을 듯 하다. IBM 5110은 IBM 5100과 똑같은 프로세서에 프로그램과 외부 통신 기능이 강화된 버전이기 때문에 매우 유사하여 IBM 5100의 ROS가 덤프된다면 이미 공개된 구성 요소들을 활용하여 IBM 5100 에뮬레이터도 제작 가능할 듯.

6.2 서브컬쳐

사진은 팬시 상품으로 발매된 IBN5100 모양의 알람 시계.

콘솔, PC, 모바일로 발매된 Steins;Gate시리즈에서는 모니터와 스위치 등의 레이아웃이 바뀐 채레이아웃이 바뀌면 공간이 안 나오는데 IBN 5100이 작품 전개의 주요 요소가 되기도 한다.

이후 제작된 총명예지의 코그니티브 컴퓨팅 에서는 IBM과 라이센스를 맺었는지 IBM 5100이 정상적으로 나온다. 여기서는 IBM 5100을 정식으로 소개하고 있는데, 이곳에 시쿠라 치요마루와 일본 IBM 이사 모리모토 노리시게와의 대담이 실려 있다. 다른 페이지인 여기의 IBM 5100은 일본의 한 사람이 개인적으로 구입한 것이다.