Sistema de conmutación electrónica número uno

El Number One Electronic Switching System ( 1ESS ) fue el primer sistema de conmutación electrónica o central telefónica de control por programa almacenado (SPC) a gran escala del Bell System . Fue fabricado por Western Electric y se puso en servicio por primera vez en Succasunna , Nueva Jersey , en mayo de 1965. ^{[ 1 ]} La matriz de conmutación estaba compuesta por una matriz de relés de láminas controlada por relés de resorte de alambre que, a su vez, eran controlados por una unidad central de procesamiento (CPU).

El conmutador de oficina central 1AESS era una actualización compatible con enchufes y de mayor capacidad del 1ESS, con un procesador 1A más rápido que incorporaba el conjunto de instrucciones existente para la compatibilidad de programación, y utilizaba interruptores remreed más pequeños , menos relés y almacenamiento en disco . ^{[ 2 ]} Estuvo en servicio desde 1976 hasta 2017.

El diseño de la matriz de conmutación de voz era similar al de la anterior centralita 5XB, ya que era bidireccional y utilizaba el principio de devolución de llamada. Sin embargo, las centrales de conmutación de matriz de acceso completo más grandes del sistema (las redes de líneas 12A tenían acceso parcial) eran de 8x8 en lugar de 10x10 o 20x16. Por lo tanto, requerían ocho etapas en lugar de cuatro para lograr grupos de interconexión suficientemente grandes en una oficina grande. Dado que los puntos de cruce eran más caros en el nuevo sistema, pero las centrales más baratas, el coste del sistema se minimizó con menos puntos de cruce organizados en más centrales. La matriz se dividió en redes de línea y redes troncales de cuatro etapas, y se plegó parcialmente para permitir la conexión de línea a línea o de troncal a troncal sin exceder las ocho etapas de conmutación.

La implementación tradicional de un conmutador de expansión mínima sin bloqueo capaz de conectar${\displaystyle n}$ingresar clientes para${\displaystyle n}$clientes de salida simultáneamente, con las conexiones iniciadas en cualquier orden, la matriz de conexión escalada en${\displaystyle n^{2}}$Dado que esto resulta poco práctico, se utiliza la teoría estadística para diseñar hardware capaz de conectar la mayoría de las llamadas y bloquear las demás cuando el tráfico supera la capacidad de diseño. Estos conmutadores de bloqueo son los más comunes en las centrales telefónicas modernas. Generalmente se implementan como matrices de conmutación más pequeñas en cascada. En muchos casos, se utiliza un generador aleatorio para seleccionar el inicio de una ruta a través de la matriz multietapa, de modo que se puedan obtener las propiedades estadísticas predichas por la teoría. Además, si el sistema de control puede reorganizar el enrutamiento de las conexiones existentes al llegar una nueva, una matriz sin bloqueo completa requiere menos puntos de conmutación.

El ordenador recibía información de los periféricos mediante escáneres magnéticos, compuestos por sensores ferroeléctricos, similares en principio a la memoria de núcleo magnético , salvo que la salida estaba controlada por bobinados de control análogos a los de un relé . Específicamente, el ferroeléctrico era un transformador con cuatro bobinados. Dos bobinados pequeños atravesaban orificios en el centro de una varilla de ferrita. Si la ferrita no estaba saturada magnéticamente , se inducía un pulso en el bobinado de interrogación hacia el bobinado de lectura. Los bobinados de control más grandes, si circulaba corriente por ellos, saturaban el material magnético, desacoplando así el bobinado de interrogación del bobinado de lectura, que devolvería una señal de cero. Los bobinados de interrogación de 16 ferroeléctricos de una fila estaban conectados en serie a un controlador, y los bobinados de lectura de 64 ferroeléctricos de una columna estaban conectados a un amplificador de detección. Circuitos de verificación aseguraban que, efectivamente, circulaba corriente de interrogación.

Los escáneres eran escáneres de línea (LSC), escáneres troncales universales (USC), escáneres de unión (JSC) y escáneres maestros (MS). Los tres primeros solo escaneaban para supervisión , mientras que los escáneres maestros realizaban todas las demás tareas de escaneo. Por ejemplo, un receptor DTMF , montado en un bastidor de troncal miscelánea, tenía ocho puntos de escaneo de demanda, uno para cada frecuencia, y dos puntos de escaneo de supervisión, uno para indicar la presencia de una combinación DTMF válida para que el software supiera cuándo consultar los puntos de escaneo de frecuencia, y el otro para supervisar el bucle. El punto de escaneo de supervisión también detectaba pulsos de marcado, y el software contaba los pulsos a medida que llegaban. Cada dígito, cuando se volvía válido, se almacenaba en un depósito de software para ser enviado al registro de origen.

Los ferrodes se montaban en pares, generalmente con bobinados de control diferentes, de modo que uno pudiera supervisar el lado de conmutación de una línea troncal y el otro la central remota. Los componentes dentro del paquete de la línea troncal, incluidos los diodos, determinaban, por ejemplo, si realizaba la señalización de batería inversa como una línea troncal entrante, o si detectaba la batería inversa de una línea troncal remota; es decir, si era una línea troncal saliente.

Los bornes de línea también se suministraban en pares; el de número par tenía contactos que sobresalían hacia la parte frontal del paquete mediante terminales adecuados para el enrollado de cables , de modo que los devanados pudieran sujetarse para la señalización de arranque en bucle o arranque a tierra . El embalaje original del 1ESS tenía todos los bornes de un LSF juntos y separados de los interruptores de línea, mientras que el posterior 1AESS tenía cada borne en la parte frontal de la caja de acero que contenía su interruptor de línea. Los equipos de línea con numeración impar no podían configurarse para arranque a tierra, ya que sus bornes eran inaccesibles.

El ordenador controlaba los relés de enclavamiento magnético mediante distribuidores de señal (SD) empaquetados en bastidores de troncales universales, bastidores de unión o bastidores de troncales misceláneos, según los cuales se numeraban como USD, JSD o MSD. Los SD eran originalmente árboles de contactos de relés de resorte de alambre de 30 contactos , cada uno accionado por un flip-flop. Cada relé de enclavamiento magnético tenía un contacto de transferencia dedicado a enviar un pulso de vuelta al SD, en cada operación y liberación. El generador de pulsos del SD detectaba este pulso para determinar que la acción se había producido o, en su defecto, alertaba al software de mantenimiento para que imprimiera un informe FSCAN . En versiones posteriores de 1AESS, los SD eran de estado sólido con varios puntos SD por paquete de circuitos, generalmente en el mismo estante o en un estante adyacente al paquete de troncales.

Algunos periféricos que requerían un tiempo de respuesta más rápido, como los transmisores de impulsos de marcación, se controlaban mediante distribuidores centrales de impulsos, que por lo demás se utilizaban principalmente para habilitar (alertar) a un controlador de circuito periférico para que aceptara órdenes del bus de direcciones de la unidad periférica.

El procesador central o CC (Control Central) de arquitectura Harvard duplicado para el 1ESS operaba a aproximadamente 200 kHz . Constaba de cinco bahías, cada una de dos metros de altura y con una longitud total de aproximadamente cuatro metros por CC. El empaquetado era en tarjetas de aproximadamente 4x10 pulgadas (10x25 centímetros) con un conector de borde en la parte posterior. El cableado del plano posterior era de alambres recubiertos de algodón , no de cintas u otros cables. La lógica de la CPU se implementaba utilizando lógica discreta de diodo-transistor . Una tarjeta de plástico rígido generalmente contenía los componentes necesarios para implementar, por ejemplo, dos puertas o un flip-flop .

Se dedicó una gran cantidad de lógica a los circuitos de diagnóstico. Se podían ejecutar diagnósticos de la CPU para intentar identificar las tarjetas defectuosas. En caso de fallos de una sola tarjeta, era común lograr una tasa de éxito del 90 % o superior en el primer intento de reparación. Los fallos de varias tarjetas no eran infrecuentes, y la tasa de éxito en la primera reparación disminuía rápidamente.

El diseño de la CPU era bastante complejo, ya que utilizaba un entrelazado de tres vías para la ejecución de instrucciones (posteriormente denominado segmentación de instrucciones ) para mejorar el rendimiento. Cada instrucción pasaba por una fase de indexación, una fase de ejecución propiamente dicha y una fase de salida. Mientras una instrucción se encontraba en la fase de indexación, la instrucción anterior estaba en su fase de ejecución y la anterior a ella en su fase de salida.

En muchas instrucciones del conjunto de instrucciones , los datos podían enmascararse y/o rotarse opcionalmente. Existían instrucciones individuales para funciones tan esotéricas como " encontrar el primer bit activado (el bit más a la derecha que está activado) en una palabra de datos, restablecer opcionalmente el bit e indicarme la posición del bit". Tener esta función como una instrucción atómica (en lugar de implementarla como una subrutina ) aceleró drásticamente el escaneo de solicitudes de servicio o circuitos inactivos. El procesador central se implementó como una máquina de estados jerárquica .

La memoria tenía una longitud de palabra de 44 bits para el almacenamiento de programas, de los cuales seis bits se destinaban a la corrección de errores de Hamming y uno a una comprobación de paridad adicional. Esto dejaba 37 bits para la instrucción, de los cuales normalmente 22 se utilizaban para la dirección. Esta era una palabra de instrucción inusualmente larga para la época.

Los almacenes de programas también contenían datos permanentes y no podían escribirse en línea. En cambio, las tarjetas de memoria de aluminio, también llamadas planos twistores, ^{[ 5 ]} debían extraerse en grupos de 128 para que sus imanes permanentes pudieran escribirse fuera de línea mediante un escritor motorizado, una mejora con respecto al escritor de una sola tarjeta no motorizado utilizado en el Proyecto Nike . Todos los marcos de memoria, todos los buses y todo el software y los datos eran completamente redundantes modulares duales . Los CC duales operaban en sincronía y la detección de una discrepancia activaba un secuenciador automático para cambiar la combinación de CC, buses y módulos de memoria hasta que se alcanzaba una configuración que pudiera pasar una verificación de cordura . Los buses eran pares trenzados , un par para cada dirección, dato o bit de control, conectados en el CC y en cada marco de almacenamiento mediante transformadores de acoplamiento, y terminando en resistencias de terminación en el último marco.

Las memorias de llamadas eran la memoria de lectura/escritura del sistema, y ​​contenían los datos de las llamadas en curso y otros datos temporales. Tenían una palabra de 24 bits , de los cuales uno se utilizaba para la comprobación de paridad . Su funcionamiento era similar al de la memoria de núcleo magnético , con la diferencia de que la ferrita estaba dispuesta en láminas con un orificio para cada bit, y los cables de dirección y lectura de corriente coincidentes pasaban a través de dicho orificio. Las primeras memorias de llamadas tenían una capacidad de 8 kilopalabras , en un marco de aproximadamente un metro de ancho y dos metros de alto.

La memoria de programa y la memoria de datos, ambas independientes, funcionaban en contrafase, coincidiendo la fase de direccionamiento de la memoria de programa con la fase de obtención de datos de la memoria de llamada, y viceversa. Esto generaba una mayor superposición, lo que se traducía en una velocidad de ejecución del programa superior a la que cabría esperar dada la baja frecuencia del reloj.

Los programas se escribían mayoritariamente en código máquina. Los errores que antes pasaban desapercibidos se hicieron evidentes cuando 1ESS se implementó en grandes ciudades con mucho tráfico telefónico, lo que retrasó la adopción total del sistema durante algunos años. Las soluciones temporales incluían la Red de Enlace de Servicio (SLN), que realizaba aproximadamente la función del Enlace de Registro de Llamadas Entrantes y el Conmutador de Selección de Timbre del conmutador 5XB , lo que reducía la carga de la CPU y los tiempos de respuesta para las llamadas entrantes, y un Procesador de Señal (SP) o computadora periférica de una sola bahía, para gestionar tareas sencillas pero que consumían mucho tiempo, como la temporización y el conteo de pulsos de marcado. 1AESS eliminó la necesidad de SLN y SP.

La unidad de cinta de media pulgada era solo de escritura y se utilizaba únicamente para la contabilidad automática de mensajes . Las actualizaciones del programa se realizaban enviando un lote de tarjetas de memoria con el nuevo código impreso.

El programa Basic Generic incluía auditorías constantes para corregir errores en los registros de llamadas y otros datos. Cuando se producía un fallo crítico de hardware en el procesador o las unidades periféricas, como el fallo de ambos controladores de un cuadro de conmutación de línea que impedía recibir órdenes, la máquina dejaba de conectar llamadas y entraba en una fase de regeneración de memoria, reinicialización o, simplemente, una fase. Estas fases se denominaban Fase 1, 2, 4 o 5. Las fases menores solo borraban los registros de llamadas que se encontraban en un estado inestable y aún no estaban conectadas, y su ejecución era más rápida.

Durante una fase, el sistema, normalmente lleno del rugido de los relés que se activaban y desactivaban, se quedaba en silencio al no recibir órdenes. El teletipo modelo 35 hacía sonar su timbre e imprimía una serie de letras P mientras duraba la fase. Para el personal de la central telefónica, esto podía ser un momento angustioso, ya que pasaban segundos, e incluso minutos, sabiendo que los abonados que descolgaban sus teléfonos se encontrarían con un silencio absoluto hasta que la fase terminara y el procesador recuperara la normalidad y reanudara la conexión de llamadas. Las fases más largas duraban más, borrando todos los registros de llamadas, desconectando así todas las llamadas y tratando cualquier línea descolgada como una solicitud de tono de marcado. Si las fases automatizadas no lograban restablecer la normalidad del sistema, existían procedimientos manuales para identificar y aislar el hardware o los buses defectuosos. ^{[ 8 ]}

La mayoría de las miles de oficinas 1ESS y 1AESS en los EE. UU. fueron reemplazadas en la década de 1990 por conmutadores DMS-100 , 5ESS y otros conmutadores digitales, y desde 2010 también por conmutadores de paquetes . A finales de 2014, quedaban poco más de 20 instalaciones 1AESS en la red norteamericana, ubicadas principalmente en los estados que pertenecieron a AT&T como BellSouth y Southwestern Bell, especialmente en el área metropolitana de Atlanta, Georgia; el área metropolitana de San Luis, Misuri; y el área metropolitana de Dallas/Fort Worth, Texas. En 2015, AT&T no renovó un contrato de soporte con Alcatel-Lucent (ahora Nokia ) para los sistemas 1AESS que aún estaban en funcionamiento y notificó a Alcatel-Lucent su intención de retirarlos todos del servicio para 2017. Como resultado, Alcatel-Lucent desmanteló el último laboratorio 1AESS en la ubicación de Naperville Bell Labs en 2015 y anunció la interrupción del soporte para 1AESS. ^{[ 9 ] [ 10 ]} En 2017, AT&T completó la eliminación de los sistemas 1AESS restantes migrando a los clientes a otros conmutadores de tecnología más nueva, generalmente con conmutadores Genband con troncales TDM solamente.

El último conmutador 1AESS conocido estaba en Odessa, TX (Odessa Lincoln Federal wirecenter ODSSTXLI). Se desconectó del servicio alrededor del 3 de junio de 2017 y se conectó a un conmutador de paquetes Genband G5/G6. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

El Sistema de Conmutación Electrónica N.° 1 con Funciones de Datos (N.° 1 ESS ADF) fue una adaptación del Sistema de Conmutación Electrónica N.° Uno para crear un sistema de conmutación de mensajes de almacenamiento y reenvío . Utilizaba líneas de una y varias estaciones para la transmisión de mensajes de teletipo y datos. Fue creado para responder a la creciente necesidad de una entrega rápida y económica de datos y copias impresas. ^{[ 15 ]}

• Conmutador de extensión mínima sin bloqueo
• Interruptor SP1
• TXE
• Interruptor 4ESS
• Interruptor 5ESS

• AT&T Bell Labs 1 ESS (Sistema de Conmutación Electrónica) Procesos de fabricación (vídeo). 1965.