そもそも、最初のマイクロコンピュータとは何だと考えられますか？

それは 1976 年に登場したアップルⅠでしょうか。1974 年のアльтаイア 8800 の方が正しいのでしょうか。もしかしたら、あまり知られていないミカル N（1973 年）や Q1（1972 年）かもしれません。あるいは、さらに遠く、1962 年に登場したアルママイクロコンピュータ（Arma Micro Computer）なのでしょうか？

このアルママイクロコンピュータは、慣性航法や天体航法、操舵、レーダー、エンジン制御といった宇宙空間への用途のために設計された、コンパクトな 20 パウンド（約 9 キロ）の真空管式コンピュータでした。もともと「マイクロコンピュータ」という定義では、このマシンには集積回路を使用しているわけではないため、当時の技術仕様は現代の基準からは外れます。しかし、その仕組みや歴史的背景からすると、非常に興味深い計算機の一つです。

まず、それは 1960 年代の航空宇宙用コンピュータの一つに分類されます

これらのシステムは当時としては最先端の技術でしたが、今ではほとんど忘れ去られています。人々が 1960 年代のコンピュータを思い浮かべたとき、部屋一つ分を占める大型メインフレームを想像しますが、同時に小型化された高度な航空宇宙用コンピュータという別の世界が存在していたのです。（体積わずか 0.4 キューブフィートであるアルママイクロコンピュータは、アップルⅡよりもさらに小型でした。）

• [画像]: アーママイクロコンピュータの写真。回路基板が上面に搭載されています。この画像（または他の画像）をクリックすると拡大表示できます。（写真は Daniel Plotnick 氏に提供）

次に、それは奇抜な部品を使用していました

アルママイクロコンピュータはトランスフルクソル（Transfluxor）といった珍しい部品の使用や、22 ビットのシリアル方式という非標準的なアーキテクチャを採用するなど、当時の常識からは外れた特徴を持っていました。

最後に、それは一連のコンピュータへと進化したものです

このコンピュータは後に、海軍の艦船や潜水艦、E-2C ホークアイ機（航空早期警戒機）、コンコルド超音速旅客機、さらにはエアフォース・ワン（米国大統領専用機）など、広範な用途で使用される一連のシステムへと発展していきました。

• [画像]: アーママイクロコンピュータの広告（当時は"MICRO"と呼ばれていた）。出典：Electronics誌 1962 年 7 月 27 日号。

マイクロコンピュータの技術的詳細

マイクロコンピュータは、現代の視点からすると奇妙に思える 22 ビットのワード（語）幅を採用していました。しかし、ワード幅を 2 の累乗にすること自体が必要というわけではありません。特にこのマシンの設計目的は文字処理ではなく数学計算でした。そのため、22 ビットのワード幅が採用されたのは、航法タスクに必要な精度を確保するためです。

また、マイクロコンピュータのもう一つの奇妙な点は、シリアル方式を採用していたことです。これは 1 ワードの情報を 1 ビットずつ逐次処理するという仕組みであり[^2]、初期のマシンで頻繁に採用されていました。その理由は必要なハードウェア量を大幅に削減できるためです：データバスは 1 ビットのみ、演算ユニット（ALU）も 1 ビットの機能で sufficed（不足するほどではありませんでした）。しかし、この方式の欠点は処理速度が非常に遅いことです。なぜなら、22 ビットからなる 1 ワードを扱うのに、クロックサイクルが 22 回必要になるからです（オーバーヘッドとしてさらに 5 サイクルが加算されれば合計 27 サイクル）。その結果、クロック周波数が 1 メガヘルツ（MHz）にもかかわらず、実行速度は毎秒 36,000 オペレーションという低い値に留まってしまいました。

インストラクションセット

マイクロコンピュータのインストラクションセット（命令セット）には全 19 の命令しかありませんでした[^3]。乗算、除算、平方根計算といった命令が含まれていましたが、これは後発の初期マイクロプロセッサでは実装されていなかった機能です。これにより、初期のマイクロプロセッサが機能面で大きな逆行を示していたことが浮き彫りになります。さらに重要なのは、乗算・除算・平方根命令は独立した演算ユニットを使用し、他の算术命令と同時に並列実行できた点です。

入力/出力（I/O）への重点

宇宙空間のシステムと通信する必要があるため、このマイクロコンピュータは I/O に重点を置かれており、特定の任務に応じて構成される 120 個のデジタル入出力端子を備えていました[^4]。

• [画像]: アーママイクロコンピュータ内の回路基板の写真。（写真は Daniel Plotnick 氏に提供）

構造と回路

マイクロコンピュータはシリコントランジスタやダイオードを使用し、ダイオード・トランジスタ・ロジック（DTL）で構成されていました。その製造手法も若干特殊でした。

• 基本回路: 基本回路にはフリップフロップ、逆位相バッファ（インバーター）、ダイオードゲートが含まれていました。これら各基本回路は、正方形 0.77 インチの小さなウェハ上にそれぞれ構築されていました[^5]。
  • [画像]: 下の写真は二トランジスタ型フリップフロップとダイオードゲートのウェハです。
• ウェハデザイン: 各ウェハの縁には、最大で 16 つの接続タブが設けられていました。これらのウェハは集積回路に相当するものですが、離散部品（個別部品の組み合わせ）によって構成されていました。
• モジュール: アーママイクロコンピュータから組み立てられた 3 つの回路モジュール[^5]。
  • [画像]: 「The Arma Micro Computer for Space Applications」という資料からの画像。
• 組立工程: ウェハはプリント回路基板（PCB）に搭載され、1 ボードあたり最大 22 個のウェハが取り付けられました。2 つのボードをポリウレタンフォームをはさんで背中合わせにして「サンドイッチ」構造とし、さらに全体をコンフォーマルコート（絶縁塗料）で覆って保護していました。

その結果得られたモジュールは、弾道ミサイルや宇宙機のような過酷な環境でも動作するように設計されていました。このコンピュータは、100 g の衝撃力や 0°C から 85°C の温度変化、さらには湿度 100% や真空中でも機能していました。マイクロコンピュータがシリアル方式を採用していたため、ビットデータはずっと動いていました。レジスタなどの記憶用途には蓄積器など 6 本の磁歪性ねじれ遅延線（Magnetostrictive torsional delay lines）が使用され、物理的なねじれとして連続するビットの列を保存し、それが長い銅線の巻かれたコイルの中をパルスとして走っていました[^4]。

• [画像]: 下の写真はケースを取り外したアーママイクロコンピュータです。よく見ると、各プリント回路基板に小さな回路ウェハが 22 個搭載されているのが確認できます。メモリアンプボードと遅延線は後方にあり、他の PCB よりも間隔を広げ配置されています。基板の下にあるケーブルハーネスがボード間の接続を提供しています[^4]。

トランスフルクソル（Transfluxor）

マイクロコンピュータの最も奇妙な部品の一つが、その記憶装置であるトランスフルクソルです。当時の他のコンピュータは磁心メモリ（Core Memory）を使用しており、各ビットは微小なフェライトリングに保存されていました。このリングを時針方向または分針方向に磁化することで 0 または 1 を表していました。標準的なコアメモリの欠点の一つとして、読み出しの際にそのデータを消去してしまうという事実があります（これを「破壊的読み出し」と呼びます）。

マイクロコンピュータもフェライトコアを使用していましたが、それらは「二貫孔コア」であり、大きな穴と小さな穴の 2 つの開口部を持っていました（上記写真参照）。データは「major aperture（大口径）」に書き込まれ、「minor aperture（小口径）」から読み出されます。読み出しの際には小口径が状態変化して消去されますが、大口径の方はそのデータを保持します。これにより、読み出した後に小口径を元の状態に戻すことが可能になり、データ損失を防ぐことができました。このように、トランスフルクソルは通常のコアメモリの「破壊的読み出し（DRO）」とは異なり、「非破壊読み出し（NDRO）」と呼ばれるシステムです[^6]。

マイクロコンピュータでは、プログラム記憶装置に非破壊読み出しメモリを採用することで、プログラムの破損を防いでいました。対照的に、通常のコアメモリにプログラムを保存する場合、各命令を実行するたびに書き戻す必要があります。このプロセスでは一時的な電流変化（トランジェンシー）がソフトウェアを汚染する可能性があります。しかしトランスフルクソルを使用することで、このような誤解のリスクは完全になくなりました[^6]。

いずれの場合でも、コアメモリは電源を切っても磁気的にデータを保持するという利点があります（一方、現代の半導体メモリは電源遮断時にデータが失われます）。

• [画像]: 下の写真はマイクロコンピュータで使用されたトランスフルクソルベースのコンパクトな記憶モジュールで、512 ワードの容量を持っています。

全体として、このコンピュータはプログラム記憶装置で最大 7,808 ワード、データメモリで 256 ワードを保持できました。しかし、トランスフルクソルはその期待に応えられなかったようで、大部分のコンピュータは半導体メモリが 1970 年代初期に主流になるまで、通常のコアメモリを使用し続けていました[^6]。

• [画像]: アーママイクロコンピュータからのトランスフルクソルベースのコアメモリモジュール。（画像出典：「The Arma Micro Computer for Space Applications」）

アーマ社の歴史とマイクロコンピュータへの道筋

アーマ・エンジニアリング・カンパニーは 1918 年に設立され、高度な軍事用装備を製造していました[^7]。最初の製品は海軍向けの探照灯で、次に陀螺羅経（ジャイロコンパス）、そして艦砲用の模擬計算機へと進んでいました。1939 年には潜水艦用魚雷発射指揮装置である「Torpedo Data Computer（魚雷データコンピュータ）」という驚異的な電機式アナログ計算機を製造しました。米国の潜水艦はこの計算機を使用して目標船を追跡し、魚雷の自動照準を行いました。魚雷データコンピュータは、目標船と潜水艦の移動分を考慮するための複雑な三角関数計算や積分処理を行うことができました。

Torpedo Data Computer の性能は良好でしたが、海軍のマーク14 型魚雷には多くの問題がありました（深すぎたり、爆発せず、あるいは早爆したりするため、命中しても効果がないことが多かった）[^8]。

• [画像]: USS パンパニト号艦内のマークIII 型魚雷データコンピュータ。

第二次世界大戦中にアーマ社は企業構造を大きく変えました。戦争以前は、ドイツ系の子会社であるボッシュ社が米国で車両スタータや航空機用マグネソ（点火装置）を製造していましたが、1941 年に米国が第二次世界大戦に参戦した際、政府はドイツ系企業が重要な軍事装備を生産していることに懸念し、国外財産保管局（Office of Alien Property Custodian）がボッシュの工場を接収しました。その後、アーマを管理していた銀行グループが 1948 年に国外財産保管局からボッシュを買収し、両社を合併して「American Bosch Arma Corporation（AMBAC）」としました[^8]。（アーマは第一次世界大戦後に海軍がドイツのアンスシュツ社から gyrocompass 技術の権利を引き継いでいたため、戦争中の政府による接収で2度の恩恵を受けたことになります。）

1950 年代中期になると、アーマ社はデジタルコンピュータの開発に着手し、アトラス核ミサイル計画向けの慣性航法用計算機を製造しました。米国の最初のICBM（大陸間弾道ミサイル）であるアトラスミサイルは 1959 年に運用開始されました。初期のアトラスミサイルは発射地点からの無線誘導により方向を制御されていましたが、敵による電波妨害のリスクがあるため、この方法是不够 robust なものでした[^9]。

ミサイル誘導の解決策となったのは慣性航法システム（INS）です。感度高いジャイロコンパスと加速度計を使用することで、外部からの入力なしに自機の位置や速度を継続的に追跡することができ、電波妨害を免れることができました[^10]。このシステムの重要な開発者の一人がアーマ社のウェン・チン・チョウ氏でした。氏はデジタル航空計算機の先駆者の一人でもあり、1950 年代にはミサイルにコンピュータを搭載するというアイデアに対して多くの懐疑的意見を受けました。ある将軍からは「コンピュータを動かすために必要なハーバード大学の 5 人の教授をどこに置くのか？」と嘲笑されましたが、最終的にはコンピュータ化された航法は成功し、1961 年にアトラスミサイルのシステムがアーマ慣性航法計算機に更新されました[^9]。

ウェン・チン・チョウ氏はまた、プログラム可能な読み出し専用メモリ（PROM）を発明し、工場外で魚雷目標情報などをコンピュータにプログラミングできるようにしました。

• [画像]: コントロールエンジニアリング誌 1963 年 1 月号 19 頁より。ウェン・チン・チョウ氏とアーママイクロコンピュータの写真。

下の写真はアトラスICBM の誘導システムを示しています。上部にアーマW-107A 計算機、中央にジャイロコンパスが配置されています。この計算機は 143.36 kHz で動作する 18 ビットシリアルマシンでした。ハードワイヤー（固定プログラム）方式で加速度計の情報を統合し、横方向誤差関数、距離誤差関数、重力に関する方程式を解いており、半秒ごとにこれらの計算を行っていました[^10]。

• [画像]: アトラスICBM の誘導システム。（出典：John Heiderstadt による"Atlas Inertial Guidance System"。写真分類解除済み 1967 年）

アトラスミサイルは当初コンピュータ化された誘導システムを想定していなかったため、ミサイル内部にそのスペースがありませんでした。そこで、下図の矢印で示されているように、計算機とジャイロコンパスを収容する大型のポッド（カプセル）をミサイルの側面に取り付けることで問題を回避しました。 aerodynamic に見えないのは否めませんが、機能したのは事実です[^11]。

• [IMAGE]: アトラスミサイル。矢印で示される部分はアーマ誘導計算機と慣性航法システムを搭載したポッド（カプセル）を示している。（写真出典：Robert DuHamel 氏より提供、CC BY-SA 3.0）

アトラスの誘導計算機（左下）は「デッキ」と呼ばれる 3 つのアルミニウム製セクションから構成されていました。

1. 上部デッキ: 交換可能なターゲット定数ユニットを 2 個搭載し、それぞれがターゲットを特定するための 54 つの航法定数を提供しました。これらの定数は 16 インチ×8 インチ×1.5 インチのプリント回路基板のスタック（Wen Tsing Chow の PROM メモリ）に保存されており、その表面には 1,000 個以上のダイオードが搭載されていました（ウェン・ツァイ・チョウ氏のPROM メモリによる）[^8]。ターゲットは、特定のダイオードを焼き切るようにして選択的に設定されたラック式機器でプログラムされていました（これが「PROM を焼く」という表現の由来です[^8]）。後にはこのダイオード行列がトランスフルクソルメモリアレイに置き換えられ、必要に応じて再プログラミング可能になる利点が生まれました。上部デッキにはまた、加速度計の入出力端子や地上支援機器との接続端子も備えていました。
2. 下部デッキ: 直流 28 ボルトと三相交流電圧 115V・400Hz の電源端子を持っていました。このデッキでは石英遅延線が記憶装置として使用され、音響波（超音波）をビットとして表現していました。直径 4 インチの多面体石英ブロックを搭載した回路カードが 12 つあり、合計 32 ワード分の記憶容量を提供しました[^10]。

• [画像]: アーマコンピュータの 3 つの世代：W-107A アトラスICBM 誘導計算機、軽量航空用デジタルコンピュータ（LADC）、そしてアーママイクロコンピュータ（おそらくプロトタイプ）。写真提供：Daniel Plotnick。

アーマ社はマイクロコンピュータをその航空用コンピュータの第 3 の世代とみなしていました。

• 第 1 世代: 珪素ではなくゲルマニウムトランジスタとダイオードを使用したアトラス誘導計算機（シリコン時代以前の製品）。
• 第 2 世代: シリコントランジスタとダイオードへの移行。
• 第 3 世代: いまだに離散部品を使用するが、小型の正方形ウェハ上に実装された形態。また、固定プログラムではなく汎用的なアーキテクチャを持ち、トランスフルクソルメモリを用いて再プログラミング可能なものへと進化しました[^12]。

マイクロコンピュータ以降

アーマ社は引き続き計算機を開発し、オリジナルのマイクロコンピュータを改良しました。

マイクロ C（Micro C, 1965 年）

マイクロ・C は海軍の艦船や潜水艦向けに開発されました。オリジナルのマイクロと同様にトランスフルクソルメモリを使用しましたが、クロック周波数は 972 kHz に向上していました。サイズは大幅に増大し、体積 3.87 キューブフィート、重さ 150 パウンド（約 68 kg）となりました。これは「ARMA のマイクロコンピュータ製品ラインからの自然な進化であり、ミサイル環境向けに設計されたマイクロコンピュータと論理的・電気的に類似している」と記されています[^13]。

• [画像]: アーママイクロC计算机のモジュール。（写真提供：Daniel Plotnick）

マイクロ D（Micro D, 1966 年半ば）

1966 年半ば、アーマ社は TTL インドーフィード回路から構築されたマイクロ D を投入しました。オリジナルのマイクロ同様シリアル方式でしたが、ワード長は 18 ビットで動作周波数は 1.5 MHz、重量は 5.25 パウンドという非常にコンパクトなサイズ（体積 0.09 キューブフィート）でした。トランスフルクソルの代わりに通常の磁心メモリを使用し、4K から 31K ワードの容量がありました[^13]。

• [画像]: アーママイクロD型コンピュータ 1801 の写真。1808 はそのやや大型モデルです。（写真提供：Daniel Plotnick）

広く使用された Litton LTN-51 型慣性航法システムは、このアーマ・マイクロ D コンピュータを中核として構成されていました[^13]。この航法システムは商業用航空機向けに設計されましたが、軍事用途や船舶、NASA の航空機でも採用されました。初期のコンコルドからエアフォース・ワンまで、LTN-51 を航法装置として使用しました。

• [画像]: 下の写真は航法ユニット（左下にアーママイクロ D コンピュータ、右にジャイロユニット）を示しています。

ポータブルマイクロ D / セレスティアルデータプロセッサ（Celestial Data Processor, 1968 年初頭）

1968 年初頭に、14 パウンドのバッテリー駆動型コンピュータであるポータブルマイクロ D が登場しました。これは天体航法用の Celestial Data Processor という名前で呼ばれていました。この携帯用コンピュータは、有乗員による地上軌道飛行のための航法装置として設計されており、宇宙飛行士がステディメーターと六分儀で測定した軌道パラメータを処理するものでした。私の調査によると、このコンピュータはプロトタイプ段階で開発が止まり、量産化には至らなかったようです。

• [画像]: アーマ・セレスティアルデータプロセッサ。（出典：Daniel Plotnick）

結論

アーママイクロコンピュータは 1960 年代に登場した数十種類のコンパクトな航空宇宙用コンピュータのうちの一例に過ぎません。このカテゴリーは現在、ほとんど忘れ去られており無視されています。同様の例として、1961 年に「集積回路のみを用いた論理機能を持つ最初の完全な航空機搭載計算機」と言われる Delco MAGIC I が挙げられます。IBM の 4 Pi シリーズは 1966 年から導入され、F-15 戦闘機からスペースシャトルに至るまで多くのシステムで採用されました。1968 年までに、より高密度な MOS や LSI チップが Rockwell MOS GP や Texas Instruments Model 2502 LSI Computer のような汎用的な航空宇宙用コンピュータに採用されるようになりました[^14]。

アーマ社の事例は、ある企業が長年にわたり最先端の技術を開発し続けても、突然経営破綻して忘れ去られる可能性があることを示しています。数回の困難を経て、アーマ社は 1978 年に 2.1 億ドル（当時）で United Technologies に買収され、その後は 1982 年に解散しました[^8]。（ドイツのボッシュ社自体は存続しており、現在は食洗機、自動車部品、電動工具など多角展開を行う大手国際企業となっています。）航空宇宙用コンピュータのリストを見てみると、ユニバーク、バーロース、スペリー（現在はいずれもユニシス）、AC エレクトロニクス（レイセオンの一部）、オートネティックス（ボーイング買収）、RCA（GE 買収）、TRW（ノースロップ・グラマン買収）など、多くの革新的だが現在は消えた企業が並んでいます[^8]。

最後に、マイクロコンピュータという用語は客観的なカテゴリーではなく社会的構築物であることも示唆されます。アーママイクロコンピュータが本物のマイクロコンピュータではないことは一見すると自明のように思えます。もしマイクロコンピュータを「マイクロプロセッサを中心に構成された計算機」と定義すれば、それは事実です。（ただし「マイクロプロセッサ」もまた、想像以上に不明確な概念です）。しかし、IBM 社のコンピューティング辞典（1994 年）によれば、「入出力ユニットと、命令を実行できる十分なメモリを備えた小型の計算機」もまたマイクロコンピュータと定義され、アーママイクロコンピュータはこの定義にも該当します[^8]。「マイクロコンピュータ」という概念は、1960 年代から 1990 年代へそして今日へと変化していく流動的なものであるのです。

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謝辞

Daniel Plotnick 氏に、多数の情報と写真を提供いただき感謝申し上げます。また、 obscure な会議議事録を入手してくれた John Hartman 氏にも感謝いたします。

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フッター注釈および参考文献

1. [注釈 1 のプレースホルダー]
2. [注釈 2 のプレースホルダー]
3. [注釈 3 のプレースホルダー]
4. [注釈 4 のプレースホルダー]
5. [注釈 5 のプレースホルダー]
6. [注釈 6 のプレースホルダー]
7. [参考文献 7 のプレースホルダー]
8. [参考文献 8 のプレースホルダー]
9. [参考文献 9 のプレースホルダー]
10. [参考文献 10 のプレースホルダー]
11. [参考文献 11 のプレースホルダー]
12. [参考文献 12 のプレースホルダー]
13. [参考文献 13 のプレースホルダー]
14. [参考文献 14 のプレースホルダー]