ŠŤAVA
Jan G. Oblonsky, jeden z prvých študentov Svobody a vývojár EPOS-1, to takto spomína (Eloge: Antonin Svoboda, 1907-l980, IEEE Annals of the History of Computing Vol. 2. č. 4, október 1980):
Pôvodnú myšlienku predložil Svoboda na svojom kurze počítačového vývoja v roku 1950, keď si pri vysvetľovaní teórie budovania multiplikátorov všimol, že v analógovom svete neexistuje žiadny štrukturálny rozdiel medzi sčítačkou a multiplikátorom (jediný rozdiel je v aplikácii príslušné stupnice na vstupe a výstupe), pričom zatiaľ čo ich digitálne implementácie sú úplne odlišné štruktúry. Pozval svojich študentov, aby sa pokúsili nájsť digitálny obvod, ktorý by s porovnateľnou ľahkosťou vykonával násobenie a sčítanie. O nejaký čas neskôr jeden zo študentov, Miroslav Valach, oslovil Svobodu s myšlienkou kódovania, ktoré sa stalo známym ako systém zvyškových tried.
Aby ste pochopili jeho prácu, musíte si zapamätať, čo je rozdelenie prirodzených čísel. Je zrejmé, že pomocou prirodzených čísel nemôžeme reprezentovať zlomky, ale delenie môžeme vykonať so zvyškom. Je ľahké vidieť, že pri delení rôznych čísel rovnakým zadaným m je možné získať rovnaký zvyšok. V takom prípade hovoria, že pôvodné čísla sú porovnateľné modulo m. Očividne môže existovať presne 10 zvyškov - od nuly do deväť. Matematici si rýchlo všimli, že je možné vytvoriť číselný systém, kde sa namiesto tradičných čísel zobrazia zvyšky delenia, pretože ich možno sčítať, odčítať a násobiť rovnakým spôsobom. Výsledkom je, že akékoľvek číslo môže byť reprezentované sadou nie čísel v obvyklom zmysle slova, ale súborom takýchto zvyškov.
Prečo také zvrátenosti, skutočne niečo uľahčujú? Ako to vlastne bude s vykonávaním matematických operácií. Ako sa ukázalo, pre stroj je oveľa jednoduchšie vykonávať operácie nie s číslami, ale so zvyškami, a tu je dôvod. V systéme zvyškových tried je každé číslo, viacciferné a veľmi dlhé v obvyklom pozičnom systéme, reprezentované ako n-tica jednociferných čísel, ktoré predstavujú zvyšky delenia pôvodného čísla základňou RNS (a n -tica čísel koprime).
Ako sa práca pri takom prechode zrýchli? V konvenčnom pozičnom systéme sa aritmetické operácie vykonávajú postupne po kúskoch. V tomto prípade sa prenosy formujú na ďalší najvýznamnejší bit, ktorý na ich spracovanie vyžaduje zložité hardvérové mechanizmy, fungujú spravidla pomaly a postupne (existujú rôzne metódy zrýchlenia, multiplikátory matíc atď., Ale toto, v v každom prípade ide o netriviálne a ťažkopádne obvody).
RNS má teraz schopnosť paralelizovať tento proces: všetky operácie so zvyškami pre každú bázu sa vykonávajú oddelene, nezávisle a v jednom hodinovom cykle. Očividne to mnohonásobne urýchli všetky výpočty, navyše zvyšky sú podľa definície jednobitové a v dôsledku toho vypočítajte výsledky ich sčítania, násobenia atď. nie je to potrebné, stačí ich flashovať do pamäte operačného stola a odtiaľ čítať. Výsledkom je, že operácie s číslami v RNS sú stonásobne rýchlejšie ako tradičný prístup! Prečo nebol tento systém implementovaný okamžite a všade? Ako obvykle, teoreticky sa to deje iba hladko - skutočné výpočty môžu predstavovať takú nepríjemnosť, ako je pretečenie (keď je konečné číslo príliš veľké na to, aby sa dalo vložiť do registra), zaokrúhľovanie v RNS je tiež veľmi netriviálne, rovnako ako porovnávanie čísel (striktne povedané, RNS nie je pozičný systém a výrazy „viac -menej“tam vôbec nemajú význam). Práve na riešenie týchto problémov sa Valakh a Svoboda zamerali, pretože výhody, ktoré SOV sľubovala, už boli veľmi veľké.
Aby ste zvládli princípy fungovania strojov SOC, zvážte príklad (kto sa nezaujíma o matematiku, môže ho vynechať):
Reverzný preklad, to znamená obnovenie pozičnej hodnoty čísla zo zvyškov, je problematickejší. Problém je v tom, že skutočne potrebujeme vyriešiť systém n porovnaní, čo vedie k dlhým výpočtom. Hlavnou úlohou mnohých štúdií v oblasti RNS je optimalizovať tento proces, pretože je základom veľkého počtu algoritmov, v ktorých sú v tej či onej forme potrebné znalosti o polohe čísel na číselnom rade. V teórii čísel je metóda riešenia naznačeného systému porovnávania veľmi dlho známa a spočíva v dôsledku už spomínanej čínskej zvyškovej vety. Prechodový vzorec je dosť ťažkopádny a nebudeme ho tu uvádzať, iba poznamenávame, že vo väčšine prípadov sa tomuto prekladu pokúša vyhnúť a optimalizovať algoritmy tak, aby zostali v RNS až do konca.
Ďalšou výhodou tohto systému je, že tabuľkovým spôsobom a tiež v jednom cykle v RNS môžete vykonávať nielen operácie s číslami, ale aj s ľubovoľne zložitými funkciami reprezentovanými formou polynómu (ak je samozrejme výsledok nepresahuje rozsah reprezentácie). Nakoniec má SOC ešte jednu dôležitú výhodu. Môžeme zaviesť ďalšie dôvody a tak získať redundanciu potrebnú na kontrolu chýb, prirodzeným a jednoduchým spôsobom, bez preplnenia systému trojitou redundanciou.
RNS navyše umožňuje vykonávať kontrolu už v procese samotného výpočtu, a nielen vtedy, keď je výsledok zapísaný do pamäte (ako to robia kódy korekcie chýb v konvenčnom číselnom systéme). Vo všeobecnosti je to spravidla jediný spôsob, ako ovládať ALU v priebehu práce, a nie konečný výsledok v pamäti RAM. V 60. rokoch 20. storočia procesor obsadil skriňu alebo niekoľko, obsahoval mnoho tisíc jednotlivých prvkov, spájkované a odnímateľné kontakty, ako aj kilometre vodičov - zaručený zdroj rôznych interferencií, porúch a zlyhaní a nekontrolovaných. Prechod na SOC umožnil stonásobne zvýšiť stabilitu systému voči poruchám.
Výsledkom bolo, že stroj SOK mal kolosálne výhody.
-
Najvyššia možná odolnosť voči chybám „po vybalení z krabice“s automatickou vstavanou kontrolou správnosti každej operácie v každej fáze - od čítania čísel po aritmetiku a zápisu do pamäte RAM. Myslím si, že je zbytočné vysvetľovať, že pre systémy protiraketovej obrany je to možno najdôležitejšia kvalita.
-
Maximálna možná teoretická rovnobežnosť operácií (v zásade úplne všetky aritmetické operácie v rámci RNS bolo možné vykonať v jednom cykle, pričom sa vôbec nevenuje pozornosť bitovej hĺbke pôvodných čísel) a rýchlosť výpočtov nedosiahnuteľná inou metódou. Opäť nie je potrebné vysvetľovať, prečo mali byť počítače protiraketovej obrany čo najefektívnejšie.
Stroje SOK teda jednoducho prosili o ich použitie ako protiraketového obranného počítača, na tieto účely v tých rokoch nemohlo byť nič lepšie ako oni, ale také stroje bolo stále potrebné stavať v praxi a obchádzať všetky technické ťažkosti. Česi sa s tým vynikajúco vysporiadali.
Výsledkom päťročného výskumu bol Wallachov článok „Pôvod kódového a číselného systému zvyšných tried“, publikovaný v roku 1955 v zborníku „Stroje Na Zpracovani Informaci“, roč. 3, Nakl. CSAV, v Prahe. Všetko bolo pripravené na vývoj počítača. Okrem Wallacha Svoboda do procesu pritiahol ešte niekoľko talentovaných študentov a doktorandov a práca sa začala. Od roku 1958 do roku 1961 bolo pripravených asi 65% súčastí stroja s názvom EPOS I (z českých elektronkových počitač středni - střední počítač). Počítač sa mal vyrábať v závodoch závodu ARITMA, ale rovnako ako v prípade SAPO nebolo zavedenie systému EPOS I bezproblémové, najmä v oblasti výroby základne prvkov.
Nedostatok feritov pre pamäťovú jednotku, nízka kvalita diód, nedostatok meracieho zariadenia - to je len neúplný zoznam ťažkostí, s ktorými sa Svoboda a jeho študenti museli stretnúť. Maximálnym cieľom bolo získať takú elementárnu vec, ako je magnetická páska, príbeh jej získania čerpá aj z malého priemyselného románu. Po prvé, v Československu ako trieda neexistovalo; jednoducho sa nevyrábalo, pretože na to vôbec nemali žiadne vybavenie. Za druhé, v krajinách RVHP bola situácia podobná - v tom čase už akousi pásku robil iba ZSSR. Nielenže to malo strašidelnú kvalitu (vo všeobecnosti problém s perifériami a najmä so zatratenou páskou od počítača po kompaktné kazety prenasledoval sovietov až do samého konca, každý, kto mal to šťastie pracovať so sovietskou páskou, má obrovský množstvo príbehov o tom, ako sa trhalo, sypalo atď.), takže českí komunisti z nejakého dôvodu nečakali na pomoc svojich sovietskych kolegov a nikto im nedal stužku.
Výsledkom bolo, že minister všeobecného inžinierstva Karel Poláček vyčlenil dotáciu 1,7 milióna korún na ťažbu pásky na Západe, avšak kvôli byrokratickým prekážkam sa ukázalo, že devízové prostriedky pre túto sumu nemožno uvoľniť v rámci limitu ministerstva všeobecného strojárstva pre dovozovú technológiu. Kým sme sa zaoberali týmto problémom, zmeškali sme termín objednávky na rok 1962 a museli sme čakať na celý rok 1963. Nakoniec, iba počas medzinárodného veľtrhu v Brne v roku 1964, ako výsledok rokovaní medzi Štátnou komisiou pre rozvoj a koordináciu vedy a technológie a Štátnou komisiou pre manažment a organizáciu, bolo možné dosiahnuť import páskovej pamäte spoločne s počítačom ZUSE 23 (pásku z Česko -Slovenska odmietli predať samostatne kvôli embargu, musel som kúpiť celý počítač od neutrálnych Švajčiarov a odstrániť z neho magnetické mechaniky).
EPOS 1
EPOS I bol modulárny unicastový trubicový počítač. Napriek tomu, že technicky patril k prvej generácii strojov, niektoré nápady a technológie v ňom použité boli veľmi pokročilé a boli masívne implementované až o niekoľko rokov neskôr v strojoch druhej generácie. EPOS I pozostával z 15 000 germániových tranzistorov, 56 000 germániových diód a 7800 elektrónok, v závislosti od konfigurácie mal rýchlosť 5–20 kIPS, čo v tej dobe nebolo zlé. Auto bolo vybavené českou a slovenskou klávesnicou. Programovací jazyk - autocode EPOS I a ALGOL 60.
Registre stroja boli za tie roky zhromaždené na najpokročilejších magnetostrikčných linkách z niklovej ocele. Bol oveľa chladnejší ako ortuťové trubice Strela a používal sa v mnohých západných prevedeniach až do konca 60. rokov minulého storočia, pretože takáto pamäť bola lacná a relatívne rýchla, používali ho LEO I, rôzne stroje Ferranti, IBM 2848 Display Control a mnoho ďalších raných video terminálov. (jeden drôt zvyčajne ukladá 4 reťazce znakov = 960 bitov). Úspešne sa tiež používal v raných stolných elektronických kalkulačkách vrátane Friden EC-130 (1964) a EC-132, programovateľnej kalkulačky Olivetti Programma 101 (1965) a programovateľných kalkulačiek Litton Monroe Epic 2000 a 3000 (1967).
Československo bolo v tomto ohľade vo všeobecnosti úžasné miesto - niečo medzi ZSSR a plnohodnotnou západnou Európou. Na jednej strane boli v polovici päťdesiatych rokov problémy dokonca aj so žiarovkami (pripomeňme, že boli aj v ZSSR, aj keď nie v takej zanedbanej miere) a Svoboda postavil prvé stroje na obludne zastaranej technológii 30. rokov - relé, naopak, začiatkom šesťdesiatych rokov minulého storočia boli českým inžinierom k dispozícii celkom moderné niklové oneskorovacie linky, ktoré sa začali používať v domácom vývoji o 5-10 rokov neskôr (v čase ich zastarania na Západe, napr. napríklad domáci Iskra-11 ", 1970 a„ Electronics-155 ", 1973, a druhý bol považovaný za taký pokročilý, že už získal striebornú medailu na výstave hospodárskych úspechov).
EPOS I, ako asi tušíte, bol desatinný a mal bohaté periférie, navyše Svoboda v počítači poskytol niekoľko unikátnych hardvérových riešení, ktoré výrazne predbehli dobu. I / O operácie na počítači sú vždy oveľa pomalšie ako pri práci s RAM a ALU, bolo rozhodnuté využiť čas nečinnosti procesora, zatiaľ čo program, ktorý vykonával, pristupoval k pomalým externým diskom, aby sa spustil ďalší nezávislý program - celkom týmto spôsobom bolo možné vykonávať až 5 programov paralelne! Bola to prvá implementácia multiprogramovania na svete pomocou hardvérových prerušení. Okrem toho bolo zavedené externé (paralelné spúšťanie programov pracujúcich s rôznymi nezávislými strojovými modulmi) a interné (pipeline pre divíznu prevádzku, najnáročnejšie) zdieľanie času, čo umožnilo mnohonásobne zvýšiť produktivitu.
Toto inovatívne riešenie je oprávnene považované za architektonické majstrovské dielo Slobody a len o niekoľko rokov neskôr sa masívne uplatnilo v priemyselných počítačoch na Západe. Riadenie viacprogramového počítačového riadenia EPOS I bolo vyvinuté vtedy, keď bola samotná myšlienka zdieľania času v plienkach, dokonca aj v odbornej elektrotechnickej literatúre druhej polovice 70. rokov minulého storočia sa o nej stále hovorí ako o veľmi pokročilej.
Počítač bol vybavený pohodlným informačným panelom, na ktorom bolo možné sledovať priebeh procesov v reálnom čase. Konštrukcia pôvodne predpokladala, že spoľahlivosť hlavných komponentov nie je ideálna, takže EPOS I mohol opravovať jednotlivé chyby bez prerušenia súčasného výpočtu. Ďalšou dôležitou funkciou bola možnosť hot swap komponentov, ako aj pripojenie rôznych I / O zariadení a zvýšenie počtu bubnových alebo magnetických úložných zariadení. Vďaka svojej modulárnej štruktúre má EPOS I široké spektrum aplikácií: od hromadného spracovania údajov a automatizácie administratívnej práce až po vedecké, technické alebo ekonomické výpočty. Navyše bol elegantný a celkom pekný, Česi na rozdiel od ZSSR nemysleli len na výkon, ale aj na dizajn a pohodlie svojich automobilov.
Napriek naliehavým požiadavkám vlády a núdzovým finančným dotáciám ministerstvo generálnej strojárskej výroby nedokázalo zabezpečiť potrebnú výrobnú kapacitu v závode VHJ ZJŠ Brno, kde sa mal vyrábať EPOS I. Pôvodne sa predpokladalo, že stroje táto séria by zhruba do roku 1970 zodpovedala potrebám národného hospodárstva. Nakoniec všetko dopadlo oveľa smutnejšie, problémy s komponentmi nezmizli, navyše do hry zasiahol výkonný koncern TESLA, ktorý bol na výrobu českých áut strašne nerentabilný.
Na jar 1965 sa za prítomnosti sovietskych špecialistov uskutočnili úspešné štátne testy systému EPOS I, na ktorých bola obzvlášť ocenená jeho logická štruktúra, ktorej kvalita zodpovedala svetovej úrovni. Počítač sa bohužiaľ stal predmetom nepodloženej kritiky niektorých počítačových „odborníkov“, ktorí sa pokúsili presadiť rozhodnutie o dovoze počítačov, napríklad predseda Slovenskej automatizačnej komisie Jaroslav Michalica napísal (Dovážet, nebo vyrábať samočinné počítače?: Rudé právo, 13.ubna 1966, s. 3.):
V Československu sa okrem prototypov nevyrobil ani jeden počítač. Technická úroveň našich počítačov je z pohľadu svetového vývoja veľmi nízka. Napríklad spotreba energie EPOS I je veľmi vysoká a dosahuje 160-230 kW. Ďalšou nevýhodou je, že má iba softvér v strojovom kóde a nie je vybavený potrebným počtom programov. Konštrukcia počítača pre vnútornú inštaláciu si vyžaduje veľké stavebné investície. Navyše sme úplne nezabezpečili dovoz magnetických pások zo zahraničia, bez ktorých je EPOS I úplne zbytočný.
Bola to urážlivá a neopodstatnená kritika, pretože žiadny z uvedených nedostatkov priamo nesúvisel s EPOS - jeho spotreba energie závisela výlučne od použitej základne prvkov a pre lampový stroj bol celkom primeraný, problémy s páskou boli spravidla viac politické ako technické a inštalácia akéhokoľvek sálového počítača do miestnosti a teraz je spojená s jeho dôkladnou prípravou a je dosť náročná. Softvér nemal šancu objaviť sa z ničoho - potreboval sériové autá. Inžinier Vratislav Gregor namietal proti tomuto:
Prototyp EPOS I fungoval perfektne 4 roky v neprispôsobených podmienkach v troch smenách bez klimatizácie. Tento prvý prototyp nášho stroja rieši úlohy, ktoré je ťažké vyriešiť na iných počítačoch v Československu … napríklad monitorovanie kriminality mladistvých, analýza fonetických údajov, okrem menších úloh v oblasti vedeckých a ekonomických výpočtov, ktoré majú významné praktické využitie. Pokiaľ ide o programovacie nástroje, EPOS I je vybavený systémom ALGOL … Pre tretí EPOS I bolo vyvinutých asi 500 I / O programov, testov atď. Žiadny iný používateľ importovaného počítača nám nikdy nemal k dispozícii programy tak včas a v takom množstve.
Bohužiaľ, v čase, keď bol dokončený vývoj a prijatie systému EPOS I, bol už skutočne veľmi zastaraný a VÚMS bez plytvania časom paralelne začal budovať svoju plne tranzistorovú verziu.
EPOS 2
EPOS 2 sa vyvíja od roku 1960 a predstavuje vrchol počítačov druhej generácie na svete. Modulárna konštrukcia umožnila používateľom prispôsobiť počítač, ako prvá verzia, konkrétnemu typu úloh, ktoré je potrebné vyriešiť. Priemerná prevádzková rýchlosť bola 38,6 kIPS. Na porovnanie: výkonný bankový mainframe Burroughs B5500 - 60 kIPS, 1964; CDC 1604A, legendárny stroj Seymour Cray, ktorý sa v Dubne používal aj v sovietskych jadrových projektoch, mal výkon 81 kIPS, dokonca priemer v rade IBM 360/40, ktorého séria bola neskôr klonovaná v ZSSR, vyvinutý v roku 1965, vo vedeckých problémoch vydal iba 40 kIPS! Podľa štandardov zo začiatku šesťdesiatych rokov bol EPOS 2 špičkovým autom na úrovni najlepších západných modelov.
Rozdelenie času v EPOS 2 nebolo stále riadené softvérom, ako u mnohých zahraničných počítačov, ale hardvérom. Ako vždy, so zatratenou páskou bola zástrčka, ale súhlasili s dovozom z Francúzska a neskôr TESLA Pardubice zvládla jej výrobu. Pre počítač bol vyvinutý vlastný operačný systém ZOS a bol vložený do pamäte ROM. Kód ZOS bol cieľovým jazykom pre FORTRAN, COBOL a RPG. Testy prototypu EPOS 2 v roku 1962 boli úspešné, ale do konca roka nebol počítač dokončený z rovnakých dôvodov ako EPOS 1. V dôsledku toho bola výroba odložená na rok 1967. Od roku 1968 ZPA Čakovice sériovo vyrábajú EPOS 2 pod označením ZPA 600 a od roku 1971 - vo vylepšenej verzii ZPA 601. Sériová výroba oboch počítačov sa skončila v roku 1973. ZPA 601 bol čiastočne softvérovo kompatibilný so sovietskymi strojmi radu MINSK 22. Celkovo bolo vyrobených 38 modelov ZPA, ktoré boli jedným z najspoľahlivejších systémov na svete. Používali sa do roku 1978. V roku 1969 bol vyrobený aj prototyp malého počítača ZPA 200, ktorý sa však nedostal do výroby.
Keď sa vrátime k spoločnosti TESLA, treba poznamenať, že ich vedenie skutočne sabotovalo projekt EPOS zo všetkých síl a z jedného jednoduchého dôvodu. V roku 1966 presadili Ústrednému výboru Česko-Slovenska alokácie vo výške 1, 1 miliardy korún na nákup francúzsko-amerických sálových počítačov Bull-GE a jednoduchý, pohodlný a lacný domáci počítač vôbec nepotrebovali. Tlak prostredníctvom ústredného výboru viedol k tomu, že nebola zahájená iba kampaň na diskreditáciu diel Svobody a jej inštitútu (citát tohto druhu ste už videli a nebol nikde uverejnený, ale v hlavnom tlačovom orgáne Komunistická strana Československa Rudé právo), ale aj nakoniec bolo nariadené Ministerstvu výroby strojov obmedziť výrobu dvoch EPOS I, spolu s prototypom boli nakoniec vyrobené 3 kusy.
Dostal aj hit EPOS 2, spoločnosť TESLA urobila všetko pre to, aby ukázala, že tento stroj je zbytočný, a prostredníctvom vedenia DG ZPA (Instrument and Automation Factories, pod ktoré VÚMS patril) presadila myšlienku otvorenej súťaže medzi vývoj Liberty a najnovšieho sálového počítača TESLA 200. Francúzsky výrobca počítačov BULL bol V roku 1964 spolu s talianskym výrobcom Olivetti kúpili Američania spoločnosť General Electric, začali s vývojom nového sálového počítača BULL Gamma 140. Jeho vydanie pre americký trh trh bol zrušený, pretože Yankees sa rozhodli, že bude interne konkurovať ich vlastnému General Electric GE 400. Výsledkom bolo, že projekt visel vo vzduchu, ale potom sa úspešne objavili zástupcovia spoločnosti TESLA a za 7 miliónov dolárov kúpili prototyp a práva na jeho výrobu (v dôsledku čoho TESLA nielenže vyrobila asi 100 takýchto počítačov, ale niekoľko sa jej podarilo predať aj v ZSSR!). Práve toto auto tretej generácie s názvom TESLA 200 malo poraziť nešťastné EPOS.
TESLA mala kompletne hotový sériový odladený počítač s kompletnou sadou testov a softvéru, VÚMS mal iba prototyp s neúplnou sadou periférií, nedokončeným operačným systémom a pohonmi s frekvenciou zbernice 4 -krát menšou, ako sú frekvencie nainštalované na francúzskom mainframe. Po predbežnom behu boli výsledky EPOS podľa očakávania sklamaním, ale geniálny programátor Jan Sokol výrazne upravil pravidelný algoritmus triedenia, zamestnanci, ktorí pracovali nepretržite, pripomenuli hardvér, zmocnili sa niekoľkých rýchlych diskov. podobne ako TESLA, a v dôsledku toho EPOS 2 vyhral oveľa silnejší francúzsky mainframe!
Pri vyhodnocovaní výsledkov prvého kola Sokol počas diskusie so ZPA hovoril o nepriaznivých podmienkach súťaže, súhlasil s vedením. Jeho sťažnosť však bola zamietnutá so slovami „po boji je každý vojak generálom“. Víťazstvo EPOS bohužiaľ jeho osud veľmi neovplyvnilo, a to predovšetkým kvôli nešťastnému času - písal sa rok 1968, Prahou sa preháňali sovietske tanky, ktoré potláčali pražskú jar a VÚMS, vždy preslávený extrémnym liberalizmom (z ktorého navyše, nedávno utiekol so Svobodom), polovica najlepších inžinierov na Západe) bola, mierne povedané, zo strany úradov veľmi rešpektovaná.
Potom však začína najzaujímavejšia časť nášho príbehu - ako český vývoj tvoril základ prvých sovietskych protiraketových obranných zariadení a aký neslávny koniec ich nakoniec čakal, o tom si však povieme nabudúce.
