Museum-NT | object: SPERRY Univac AN/UYK-7

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SPERRY Univac AN/UYK-7 (V)
computer set

Developed and designed 1968, based on an announcement by the US Ministry of Defense/ NAVY to equip warships with digital computers. Other applicants included IBM and Honeywell. However, SPERRY UNIVAC won the framework contract.

The displayed unit was part of a German NAVY data center located in Wilhelmshaven, Germany. Two of the seven moduls inside are marked with "Rheinland Pfalz", which was a class F122 fregatte in the German Navy (Bundesmarine) stationed in Wilhelmshaven.
The AN/UYK-7 ("Yuckseven") computer set became the standard Navy ship computer. Because of the multi-processor capability it was used on all types of ships and came in different configurations. Originally, the chassis with serial A-1332 was part of a three-bay installation, consisting of 2 CPUs, 2 I/O-Controllers and a memory bank.

The UYK-7 computer system was previously also installed on the German class F103 warships (Lütjens-Klasse) at the Federal German Navy.
It took me a while to reconfigure this unit to a standard one-bay system. Three types of bus-systems - an instruction-bus, an operand-bus, and an I/O-bus, each consisting of 52 signal-drilled lines - have to be maintained and must be electronically terminated inside the chassis. In addition, some signalling lines needed to be resolded to say: there is now no other system besides you, and this is OK.

Each of the seven modules have its own terminal boards at the front with up to 200 signal points for testing - a very comfortable selection for troubleshooting. Furthermore, there is a maintenance console with several bulbs and switches on top, designed in the classic black UNIVAC manner to examine each step in a process and the status of the overall 82 CPU registers.
It is very interesting to see the many blinking lights during a simple operation, for example the addition of two numbers; it costs attention and focus to maintain an overview over the registers during the process steps.

What seems very complicated is, however, internally a very fine and well documented architecture. The arithmetic registers are with a few exceptions implemented with NAND gates. UNIVAC had its own integrated circuit design, and the contractors were MOTOROLA, FAIRCHILD, and RAYTHEON. There is a good article written by Larry D. Bolton "The UNIVAC 7901000-series Integrated Circuits" that covers this topic.

The UYK-7 has its own philosophy, oriented on the heavy I/O-traffic on a warship for data collection, visualization and data calculation for sonar, fire leading and target radar, display units and control of the weapon systems. Therefore, the AN/UYK-7 has a very complex IO-Controller with its own registers and its own comand set - the I/O-bus has always the highest priority in all steps and operations.

Remarkable is the so called IO-adapter with 24 connectors, two each for input and output. Input/Output is done with the NTDS (narval tactical data system), a very special and ornate protocol with tight tolerances for pulse times, which cannot be compared with any interface known in commercial environments.

Note the BATTLESHORT switch at the operator console.
It was intended to shorten an internal signalling system, which normally shuts off the computer in case of overtemperatur or overcurrent. When pressed, calculating still goes on.

SPERRY Univac AN/UYK-7 computer set: front view with maintenance console on top, USA, St. Paul, ca. 1974.

Als echter Amerikaner und echter Schiffsrechner wird der AN/UYK-7 mit 3Ph-115V-400Hz gespeist - eine auf dem (europäischen) Festland nur schwerlich zugängliche Art der Spannungsversorgung.
Da im Netzteil sekundärseitig nur zwei Spannungen (-150V, -38V) die Grundlage für alle weiteren Schaltnetzteile in den Modulen bilden und die 400 Hz Frequenz nicht taktgebend ist, war für dieses Exemplar mit Ser. No. 1332 ein Umbau auf 1Ph-230V-50Hz möglich; den Transformator hat die Firma Walcher gewickelt.
Betrieben mit entsprechenden Filtern und einer Einschaltverzögerung zeigt der Rechner eine Gesamtleistung von rund 3000 Watt.

Eigens für den AN/UYK-7 beauftragter Transformator der Firma WALCHER, 2024.

Das Chassis beherbergt neben der Einschaltlogik für die Elektrik einen Doppellüfter (ROTRON), das fest verdrahtete Backplane, ein Operator Panel und mit einem I/O-, einem Instruction- und einem Operand-Bus insgesamt drei Bussysteme zu je 52 verdrillten Adern. Jede Ader ist an ihren Enden jeweils mit 100 Ohm abgeschlossen und mit 2,5 Volt vorgespannt - eine vergleichsweise aufwändige, aber auch sehr resiliente und stabile Architektur.
Mit den Bussystem lassen sich auch je nach Steckplatz die Prioritäten der einzelnen Module hardware-seitig steuern.

SPERRY Univac: AN/UYK-7 computer set cabeling. Ausschnitt unten. USA, ca. 1974

Nach Austausch der Relais und des Lüfters und der Wechsel der primärseitigen Signallampen auf 230V Spannungsversorgung im Gestell, sowie die Ausrichtung des Gehäuses und des Netzteil-Einschubs auf die einphasige Sekundärspannung können die vier "Switching Regulators" im Netzteil in Betrieb genommen werden. Diese vier Haupt-Schaltnetzteile wandeln die -150V-Spannung in eine -90V-Spannung, die widerum Grundlage für die Schaltnetzteile in den einzelnen Rechnermodulen ist.
Elektronisch sind die Schaltnetzteile (von 1968) noch von anderer Bauweise als heutige (2024) Modelle: Die Eingangspannung wird mithilfe eines Oszillators und zwei Gegentakt- Leistungstransistoren gepulst und auf einen Transformator gegeben, sekundärseitig gleichgerichtet und abschließend gesiebt. Der Regelkreis bestimmt die Impulsweite der primärseitigen Pulse. Für damalige Verhältnisse sind der Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit von bis zu 800 Watt bei vergleichsweise geringen Ausmaßen beachtlich.

SPERRY Univac: AN/UYK-7 computer set: -90V Schaltnetzteil (links) und das Netzteil für die CPU. USA, ca. 1974.

Jeder der sechs Rechnereinschübe verfügt über sein eigenes Netzteil (Bild oben, rechts), das die -90V Spannung auf bis zu sechs Arbeitsspannungen (+5V, +15V, +6V ...) wandelt. Die Ringkertransformatoren sind äußerst kompakt und leistungsfähig: in den +5V - Lines fließen insgesamt bis zu 45A.

SPERRY Univac: AN/UYK-7 computer set: Central Processor Unit. USA, ca.1974.

Auf dem Bild oben ist die Central Processor Unit bei abgenommener Einhausung zu sehen. Auf rund 200 Steckkarten ist die gesamte Logik, Steuerung und Arithmetik untergebracht. Unten rechts das CPU-Schaltnetzteil. In der Mitte links ist (silbern) das Non Destructive Readout (NDRO) zu erkennen - ein Fädelspseicher mit 512 Worten, der neben den Ladeprogrammen auch einige Prüfroutinen enthält für CPU, Busse, IO-Controller und den Speicher enthält.

SPERRY Univac: AN/UYK-7 computer set:

Literatur/ Dokumentation:

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Computersysteme
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