JUICE
Jan G. Oblonsky, en tidig elev av Svoboda och utvecklare av EPOS-1, minns det så här (Eloge: Antonin Svoboda, 1907-980, IEEE Annals of the History of Computing Vol. 2. Nr. 4, oktober 1980):
Den ursprungliga idén lades fram av Svoboda i sin datordesignkurs 1950, när han, när han förklarade teorin om att bygga multiplikatorer, märkte att det i den analoga världen inte finns någon strukturell skillnad mellan en adderare och en multiplikator (skillnaden är bara i tillämpa lämpliga skalor på ingången och utgången), medan deras digitala implementeringar är helt olika strukturer. Han föreslog sina elever att de skulle försöka hitta en digital krets som kunde utföra multiplikation och addition med jämförbar lätthet. En tid senare närmade sig en av eleverna, Miroslav Valach, Svoboda med idén om kodning, som blev känt som det kvarvarande klasssystemet.
För att förstå dess arbete måste du komma ihåg vad uppdelningen av naturliga tal är. Självklart kan vi inte representera bråk med naturliga tal, men vi kan utföra division med en rest. Det är lätt att se att när man dividerar olika tal med samma givna m kan man få samma rest, i vilket fall man säger att de ursprungliga talen är jämförbara modulo m. Uppenbarligen kan det finnas exakt 10 rester - från noll till nio. Matematiker märkte snabbt att det var möjligt att skapa ett talsystem där det istället för traditionella tal skulle vara resterna av divisionen, eftersom de kan adderas, subtraheras och multipliceras på samma sätt. Som ett resultat kan vilket tal som helst representeras inte som en uppsättning siffror i ordets vanliga betydelse, utan som en uppsättning av sådana rester.
Varför sådana perversioner, blir något lättare av dem? Egentligen, hur kommer det att bli när det gäller att utföra matematiska operationer. Som det visade sig är det mycket lättare för en maskin att utföra operationer inte med siffror, utan med rester, och här är varför. I systemet med restklasser representeras varje nummer, flersiffrigt och mycket långt i det vanliga positionssystemet, som en tuppel av ensiffriga tal, som är resten av att dividera det ursprungliga talet med basen RNS (tupel av coprime) tal).
Vad kommer att påskynda arbetet med en sådan övergång? I ett konventionellt positionssystem utförs aritmetiska operationer sekventiellt bit för bit. I det här fallet bildas bärar till den näst högsta siffran, vilket kräver komplexa hårdvarumekanismer för deras bearbetning, de fungerar vanligtvis långsamt och sekventiellt (det finns olika accelerationsmetoder, matrismultiplikatorer etc., men detta är i alla fall icke -triviala och besvärliga kretsar).
I SOC blev det möjligt att parallellisera denna process: alla operationer på resten för varje bas utförs separat, oberoende och i en klockcykel. Uppenbarligen snabbar detta upp alla beräkningar avsevärt, dessutom är resten ensiffrig per definition, som ett resultat, beräkna resultatet av deras addition, multiplikation, etc. är inte nödvändigt, det räcker med att flasha dem i minnet i operationstabellen och läsa därifrån. Som ett resultat är operationer på nummer i RNS hundratals gånger snabbare än den traditionella metoden! Varför implementerades inte detta system omedelbart och överallt? Som vanligt är det smidigt bara i teorin - verkliga beräkningar kan hamna i problem som spill (när det resulterande talet är för stort för att passa in i ett register), avrundning i RNS är också mycket icke-trivialt, liksom att jämföra siffror (enbart RNS är inte det positionella systemet och termerna "mer-mindre" är inte vettiga där alls). Det var på lösningen av dessa problem som Valakh och Svoboda fokuserade, eftersom fördelarna som SOK utlovade redan var mycket stora.
För att förstå principerna för driften av SOC-maskiner, överväg ett exempel (de som inte är intresserade av matematik kan utelämna det):
Omvänd översättning, det vill säga att återställa positionsvärdet för ett tal från resten, är mer besvärligt. Problemet är att vi faktiskt måste lösa ett system med n jämförelser, vilket leder till långa beräkningar. Huvuduppgiften för många studier inom RNS-området är att optimera denna process, eftersom den ligger till grund för ett stort antal algoritmer där, i en eller annan form, kunskap om siffrors position på tallinjen är nödvändig. Inom talteorin har metoden för att lösa det angivna jämförelsesystemet varit känd under mycket lång tid och består i en konsekvens av den redan nämnda kinesiska restsatsen. Övergångsformeln är ganska besvärlig, och vi kommer inte att ge den här, vi noterar bara att de i de flesta fall försöker undvika denna översättning och optimerar algoritmerna på ett sådant sätt att de förblir inom RNS till slutet.
En ytterligare fördel med detta system är att du i tabellform och även i en klockcykel i RNS kan utföra inte bara operationer på siffror, utan också på godtyckligt komplexa funktioner representerade som ett polynom (såvida inte resultatet naturligtvis går längre än representationsintervallet). Slutligen har SOC en annan viktig fördel. Vi kan införa ytterligare baser och därigenom få den redundans som behövs för felkontroll, och på ett naturligt och enkelt sätt, utan att belamra systemet med trippel redundans.
Dessutom tillåter RNS kontroll redan i processen för själva beräkningen, och inte bara när resultatet lagras i minnet (som felkorrigeringskoder gör i det vanliga nummersystemet). I allmänhet är detta i allmänhet det enda sättet att kontrollera ALU under arbetets gång, och inte det slutliga resultatet i RAM. På 1960-talet ockuperade processorn ett skåp eller flera, innehöll tusentals enskilda element, lödda och löstagbara kontakter, såväl som kilometertal av ledare - en garanterad källa till olika störningar, fel och misslyckanden och okontrollerade sådana. Övergången till SOC gjorde det möjligt att öka systemets stabilitet till fel hundratals gånger.
Som ett resultat hade SOK-maskinen enorma fördelar.
- Högsta möjliga out-of-the-box feltolerans med automatisk inbyggd kontroll av korrektheten för varje operation i varje steg - från att läsa siffror till aritmetik och skriva till RAM. Jag tycker att det är onödigt att förklara att för missilförsvarssystem är detta kanske den viktigaste kvaliteten.
- Den maximala teoretiskt möjliga parallelliteten av operationer (i princip kan absolut alla aritmetiska operationer inom ramen för SOC utföras i en cykel, utan att ta hänsyn till bitdjupet för de ursprungliga talen alls) och beräkningshastigheten, ouppnåelig med någon annan metod. Återigen, ingen anledning att förklara varför PRO-datorer måste vara så produktiva som möjligt.
Alltså tiggde SOK-maskiner helt enkelt om att de skulle användas som missilförsvarsdator, det kunde inte finnas något bättre än dem för detta ändamål under de åren, men sådana maskiner måste fortfarande byggas i praktiken och alla tekniska svårigheter borde kringgås. Tjeckerna klarade detta på ett briljant sätt.
Resultatet av fem års forskning var Walachs artikel "Origin of the code and number system of rest classes", publicerad 1955 i samlingen "Stroje Na Zpracovani Informaci", vol. 3, Nakl. CSAV, i Prag. Allt var klart för datorutveckling. Svoboda lockade till processen, förutom Wallach, ytterligare flera duktiga studenter och doktorander, och arbetet började. Från 1958 till 1961 var cirka 65% av komponenterna i maskinen, kallad EPOS I (från den tjeckiska elektronkovy počitač středni - medelstor dator) klara. Datorn var tänkt att tillverkas vid anläggningen i ARITMA-fabriken, men, som i fallet med SAPO, var införandet av EPOS I inte utan svårigheter, särskilt när det gäller produktion av elementbasen.
Bristen på ferriter för minnesenheten, den dåliga kvaliteten på dioderna, bristen på mätutrustning - detta är bara en ofullständig lista över de svårigheter som Svoboda och hans elever hade att möta. Det maximala uppdraget var att få en sådan elementär sak som ett magnetband, historia hennes förvärv bygger också på en liten industriell romans. För det första, i Tjeckoslovakien var det frånvarande som klass, det producerades helt enkelt inte, eftersom de inte hade någon utrustning för detta alls. För det andra, i CMEA-länderna var situationen liknande - vid den tiden var det bara Sovjetunionen som på något sätt producerade tejp. Inte bara var det av fruktansvärd kvalitet (i allmänhet, problemet med kringutrustning och speciellt med det förbannade bandet från dator till kompaktkassetter förföljde sovjeterna till slutet, alla som hade turen att arbeta med sovjetisk band har ett stort antal berättelser om hur det revs, hälldes, etc.), så de tjeckiska kommunisterna väntade av någon anledning inte på hjälp från sina sovjetiska kollegor, och ingen gav dem bandet.
Som ett resultat anslog ministern för allmän maskinteknik, Karel Poláček, ett bidrag på 1,7 miljoner kronor för utvinning av tejp i väst, men på grund av byråkratiska hinder visade det sig att utländsk valuta för detta belopp inte kunde frigöras inom gränsen för ministeriet för allmän maskinteknik för import av teknik. Medan vi sysslade med detta problem missade vi beställningstiden för 1962 och fick vänta hela 1963. Slutligen, först under den internationella mässan i Brno 1964, som ett resultat av förhandlingar mellan den statliga kommissionen för utveckling och samordning av vetenskap och teknik och den statliga kommissionen för ledning och organisation, var det möjligt att importera bandminne tillsammans med ZUSE 23 dator (Tjeckoslovakiska socialistiska republiken vägrade sälja bandet separat på grund av embargo, jag var tvungen att köpa en hel dator från neutrala schweiziska och ta bort magnetiska enheter från den).
EPOS 1
EPOS I var en unicast tubdator med en modulär struktur. Även om den tekniskt sett tillhörde den första generationens maskiner, var en del av idéerna och teknikerna som användes i den mycket avancerade och implementerades först några år senare massivt i andra generationens maskiner. EPOS I bestod av 15 000 germaniumtransistorer, 56 000 germaniumdioder och 7 800 vakuumrör, beroende på konfigurationen hade den en hastighet på 5–20 kIPS, vilket vid den tiden inte var dåligt. Maskinen var utrustad med ett tjeckiskt och slovakiskt tangentbord. Programmeringsspråk - EPOS I autokod och ALGOL 60.
Maskinens register monterades på de mest avancerade nickel-stål magnetostriktiva fördröjningslinjerna för dessa år. Den var mycket svalare än Arrows kvicksilverrör och användes i många västerländska konstruktioner fram till slutet av 1960-talet eftersom den var billig och relativt snabb, använd av LEO I, olika Ferranti-maskiner, IBM 2848 Display Control och många andra tidiga videoklipp terminaler (en tråd lagras vanligtvis 4 teckensträngar = 960 bitar). Den användes också framgångsrikt i tidiga elektroniska miniräknare, inklusive Friden EC-130 (1964) och EC-132, Olivetti Programma 101 (1965) programmerbara miniräknare och Litton Monroe Epic 2000 och 3000 (1967) programmerbara miniräknare.
Från vänster till höger: IBM 2260 Display Station, IBM 2848 Display Control (ett rejält 400 kg skåp 1,5 meter brett innehållande allt för att generera en videosignal för 24 terminaler, data överfördes över en sträcka av 600 meter), ett typiskt registerblock på en trådfördröjningslinje, foto från arkivet IBM
I allmänhet var Tjeckoslovakien i detta avseende en fantastisk plats - en korsning mellan Sovjetunionen och det fullfjädrade Västeuropa. Å ena sidan, i mitten av 1950-talet fanns det problem även med lampor (kom ihåg att de också fanns i Sovjetunionen, men inte i en sådan försummad grad), och Svoboda byggde de första maskinerna på 1930-talets monstruöst föråldrade teknik - reläer, å andra sidan, i början av 1960-talet blev ganska moderna nickelfördröjningslinjer tillgängliga för tjeckiska ingenjörer, som började användas i inhemsk utveckling 5–10 år senare (när de blev föråldrade i väst, för till exempel inhemsk Iskra-11 ", 1970, och "Electronics-155", 1973, och den senare ansågs vara så avancerad att den redan fick en silvermedalj vid VDNKh).
EPOS I, som man kanske kan gissa, var decimal och hade rik kringutrustning, dessutom tillhandahöll Svoboda flera unika hårdvarulösningar i datorn som var betydligt före sin tid. I/O-operationer i en dator är alltid mycket långsammare än att arbeta med RAM och ALU, det beslöts att använda processorns vilotid, medan programmet den körde åtkomst till långsamma externa enheter, för att starta ett annat oberoende program - på detta sätt det var möjligt att köra upp till 5 program parallellt! Det var världens första implementering av multiprogrammering med hårdvaruavbrott. Dessutom introducerades extern (parallell lansering av program som arbetar med olika oberoende moduler av maskinen) och intern (rörledning för den mest tidskrävande divisionsdriften) tidsdelning, vilket gjorde det möjligt att kraftigt öka produktiviteten.
Denna innovativa lösning anses med rätta vara ett arkitektoniskt mästerverk av Svoboda och användes massivt i industriella datorer i väst bara några år senare. Multiprogramkontrollen av EPOS I-datorn utvecklades när själva idén om tidsdelning fortfarande var i sin linda, även i den professionella elektriska litteraturen under andra hälften av 1970-talet nämns den fortfarande som mycket avancerad.
Datorn var utrustad med en bekväm informationspanel på vilken det var möjligt att övervaka processernas framsteg i realtid. Designen antog till en början att huvudkomponenternas tillförlitlighet inte var perfekt, så EPOS I kunde korrigera enskilda fel utan att avbryta den aktuella beräkningen. En annan viktig funktion var möjligheten att hot-swap komponenter, samt ansluta olika I / O-enheter och öka antalet trumma eller magnetiska minne. På grund av sin modulära struktur hade EPOS I ett brett utbud av applikationer, från massdatabehandling och administrativ automation till vetenskapliga, tekniska eller ekonomiska beräkningar. Dessutom var det elegant och ganska vackert, tjeckerna, till skillnad från Sovjetunionen, tänkte inte bara på prestanda utan också på designen och bekvämligheten av sina bilar.
Trots brådskande förfrågningar från regeringen och akuta ekonomiska subventioner kunde ministeriet för allmän maskinteknik inte tillhandahålla den nödvändiga produktionskapaciteten vid anläggningen i VHJ ZJŠ Brno, där EPOS I skulle tillverkas. Till en början antog man att maskinerna i detta serier skulle tillfredsställa samhällsekonomins behov fram till omkring 1970. Till slut blev allt mycket mer tråkigt, problem med komponenter försvann inte, dessutom ingrep den kraftfulla TESLA-oro i spelet, vilket var fruktansvärt olönsamt att producera tjeckiska bilar.
Våren 1965, i närvaro av sovjetiska specialister, genomfördes framgångsrika statliga tester av EPOS I, där dess logiska struktur, vars kvalitet motsvarade världsnivån, var särskilt uppskattad. Tyvärr blev datorn föremål för ogrundad kritik från vissa dator-"experter" som försökte driva igenom beslutet att importera datorer, till exempel, skrev ordföranden för den slovakiska automationskommissionen, Jaroslav Michalica (Dovážet, nebo vyrábět samočinné počítače? I: Rudé právo , 13. dubna 1966, s. 3.):
Med undantag för prototyper tillverkades inte en enda dator i Tjeckoslovakien. När det gäller världsutvecklingen är den tekniska nivån på våra datorer mycket låg. Till exempel är strömförbrukningen för EPOS I mycket hög, 160–230 kW. En annan nackdel är att den endast har programvara i maskinkod och inte är utrustad med det nödvändiga antalet program. Utformningen av en dator när den installeras inomhus kräver en stor bygginvestering. Dessutom har vi inte helt säkrat importen av magnetband från utlandet, utan vilken EPOS I är helt värdelös.
Det var en kränkande och grundlös kritik, eftersom ingen av dessa brister var direkt relaterad till EPOS - dess strömförbrukning berodde enbart på elementbasen som användes och var ganska tillräcklig för en lampmaskin, problem med tejpen var i allmänhet mer politiska än tekniska, och installationen av vilken stordator som helst i rummet och är nu förknippad med dess noggranna förberedelse och är ganska svårt. Programvara, å andra sidan, hade ingen chans att dyka upp ur luften – det behövdes massproducerade maskiner. Ingenjör Vratislav Gregor (Vratislav Gregor) invände mot detta enligt följande:
Prototypen EPOS I fungerade perfekt i 4 år under olämpliga förhållanden i treskift utan luftkonditionering. Denna första prototyp av vår maskin löser uppgifter som är svåra att lösa på andra datorer i Tjeckoslovakien ... till exempel övervakning av ungdomsbrottslighet, analys av fonetiska data, förutom mindre uppgifter inom området vetenskapliga och ekonomiska beräkningar, som har betydande praktiska applikationer. När det gäller programmeringsverktyg är EPOS I utrustad med ALGOL... Cirka 500 I/O-program, tester etc. utvecklades för den tredje EPOS I. Ingen användare av en importerad dator har någonsin haft program tillgängliga för oss i så god tid och i en sådan mängd.
Tyvärr, när utvecklingen och acceptansen av EPOS I var riktigt föråldrad, slösade VÚMS ingen tid på att parallellbygga sin all-transistorversion.
EPOS 2
EPOS 2 har varit under utveckling sedan 1960 och representerar toppen av andra generationens datorer i världen. Modulariteten i designen gjorde det möjligt för användare att anpassa datorn, precis som den första versionen, till den specifika typen av uppgifter som löses. Medelhastigheten var 38,6 kIPS. Som jämförelse: kraftfull bankstordator Burroughs B5500 - 60 kIPS, 1964; CDC 1604A, Seymour Crays legendariska maskin, som också användes i Dubna i sovjetiska kärnkraftsprojekt, hade en effekt på 81 kIPS, till och med genomsnittet i sin IBM 360/40-linje, vars serie senare klonades i Sovjetunionen, utvecklad i 1965, i vetenskapliga uppgifter gav ut endast 40 kIPS! Med måttstocken från det tidiga 1960-talet var EPOS 2 en förstklassig maskin i paritet med de bästa västerländska designerna.
Fördelningen av tid i EPOS 2 styrdes fortfarande inte av programvara, som i många utländska datorer, utan av hårdvara. Som alltid fanns det en plugg med en förbannad tejp, men de gick med på att importera den från Frankrike, och senare bemästrade TESLA Pardubice sin produktion. Datorn utvecklade sitt eget OS - ZOS, och det flashades i ROM. ZOS-kod har varit målspråket för FORTRAN, COBOL och RPG. Tester av prototypen EPOS 2 1962 var framgångsrika, men i slutet av året var datorn inte färdig av samma skäl som EPOS 1. Som ett resultat av detta försenades produktionen till 1967. Från 1968 massproducerade ZPA Čakovice EPOS 2 under beteckningen ZPA 600, och från 1971 - i en förbättrad version av ZPA 601. Serieproduktionen av båda datorerna avslutades 1973. ZPA 601 var delvis mjukvarukompatibel med sovjetiska maskiner i serien MINSK 22. Totalt tillverkades 38 ZPA-modeller, som var bland de mest pålitliga systemen i världen. De användes fram till 1978. Även 1969 gjordes en prototyp av den lilla ZPA 200-datorn, men den gick inte i produktion.
För att återvända till Tesla, bör det noteras att deras ledarskap verkligen saboterade EPOS-projektet med all sin kraft, och av en enkel anledning. 1966 drev de igenom Tjeckoslovakiens centralkommitté 1,1 miljarder kronor i anslag för inköp av fransk-amerikanska Bull-GE stordatorer och behövde inte alls en enkel, bekväm och billig inhemsk dator. Påtryckningar genom centralkommittén ledde till det faktum att inte bara en kampanj lanserades för att misskreditera Svobodas och hans instituts verk (du har redan sett ett citat av det här slaget, och det trycktes inte bara var som helst, utan i det tryckta huvudorganet av Tjeckoslovakiens kommunistiska parti Rudé právo), men också i slutändan beordrades ministeriet för allmän maskinteknik att begränsa sig till tillverkningen av två EPOS I, totalt, tillsammans med en prototyp, gjordes så småningom 3 av dem.
EPOS 2 fick det också, TESLA gjorde sitt bästa för att visa att denna maskin var värdelös, och genom ledning av DG ZPA (Instrument and Automation Plants, som VÚMS tillhörde) drev idén om en öppen tävling för utvecklingen av Freedom och den senaste stordatorn TESLA 200. Den franska datortillverkaren BULL inledde 1964, tillsammans med den italienska tillverkaren Olivetti, köpt av amerikanerna General Electric, utvecklingen av en ny stordator BULL Gamma 140. Däremot släpptes den för den amerikanska marknaden avbröts, eftersom Yankees beslutade att de skulle konkurrera internt med deras egen General Electric GE 400. Som ett resultat av detta hängde projektet i luften, men sedan ritade representanter för TESLA framgångsrikt upp sig själva och köpte en prototyp och rättigheterna till dess produktion för 7 miljoner dollar (som ett resultat producerade TESLA inte bara cirka 100 av dessa datorer, utan lyckades också sälja flera redan i Sovjetunionen!). Det var denna tredje generationens maskin under namnet TESLA 200 som skulle slå den olyckliga EPOS.
EPOS 2-prototyp i rotundan vid fakulteten för fysik och matematik vid Charles University, foto från arkiven för tjeckisk historia utrustning
TESLA hade en helt färdig seriell debuggad dator med en komplett uppsättning tester och mjukvara, VÚMS hade bara en prototyp med en ofullständig uppsättning kringutrustning, ett ofärdigt operativsystem och enheter med en bussfrekvens 4 gånger lägre än de som installerades på den franska stordatorn. Efter en preliminär körning var resultatet av EPOS, som väntat, en besvikelse, men den briljante programmeraren Jan Sokol modifierade avsevärt standardsorteringsalgoritmen, de anställda, som arbetade dygnet runt, kom ihåg hårdvaran, fick ett par snabba enheter liknande till TESLA, och som ett resultat vann EPOS 2 en mycket kraftfullare fransk stordator!
...och hans motståndare - BULL Gamma 140, foto av Musée virtuel de Bull et de l'informatique Française (http://www.feb-patrimoine.com)
Under utvärderingen av resultaten från den första omgången talade Sokol, under en diskussion med ZPA, om de ogynnsamma förhållandena för tävlingen, och kom överens med ledningen. Men hans klagomål avslogs med orden "efter ett slagsmål är varje soldat en general." Tyvärr påverkade inte EPOS seger i någon större utsträckning hans öde, till stor del på grund av den olyckliga tiden - det var 1968, sovjetiska soldater körde genom Prag танки, undertryckande av Pragvåren, och alltid känd för VÚMS extrema liberalism (från vilken dessutom hälften av de bästa ingenjörerna nyligen flydde till väst med Svoboda) hölls milt sagt inte högt av myndigheterna.
Men så börjar den mest intressanta delen av vår berättelse – om hur den tjeckiska utvecklingen låg till grund för de första sovjetiska missilförsvarsmaskinerna och vilket ärofyllt slut som väntade dem till slut, men det ska vi prata om nästa gång.
Fortsättning följer...