SUC
Jan G. Oblonsky, unul dintre primii studenți ai Svoboda și dezvoltatorul EPOS-1, își amintește acest lucru (Eloge: Antonin Svoboda, 1907-l980, IEEE Annals of the History of Computing Vol. 2. Nr. 4, octombrie 1980):
Ideea inițială a fost prezentată de Svoboda la cursul său de dezvoltare computerizată în 1950, când, explicând teoria construcției multiplicatorilor, a observat că în lumea analogică nu există nicio diferență structurală între un sumator și un multiplicator (singura diferență constă în aplicarea scalele corespunzătoare la intrare și ieșire), în timp ce implementările lor digitale sunt structuri complet diferite. El și-a invitat studenții să încerce să găsească un circuit digital care să efectueze multiplicarea și adunarea cu o ușurință comparabilă. Ceva mai târziu, unul dintre studenți, Miroslav Valach, s-a apropiat de Svoboda cu ideea de codificare, care a devenit cunoscută sub numele de sistemul de clasă reziduală.
Pentru a înțelege munca sa, trebuie să vă amintiți ce este împărțirea numerelor naturale. Evident, folosind numere naturale, nu putem reprezenta fracții, dar putem efectua împărțirea cu restul. Este ușor de văzut că atunci când împărțim numere diferite la același m dat, se poate obține același rest, caz în care se spune că numerele originale sunt modulo m comparabile. Evident, pot exista exact 10 reziduuri - de la zero la nouă. Matematicienii au observat rapid că este posibil să se creeze un sistem numeric în care, în loc de numere tradiționale, vor apărea resturile de diviziune, deoarece acestea pot fi adăugate, scăzute și înmulțite în același mod. Ca rezultat, orice număr poate fi reprezentat de un set de nu numere în sensul obișnuit al cuvântului, ci de un set de astfel de resturi.
De ce astfel de perversiuni, chiar fac ceva mai ușor? De fapt, cum va deveni atunci când vine vorba de efectuarea operațiilor matematice. După cum sa dovedit, este mult mai ușor pentru mașină să efectueze operațiuni nu cu cifre, ci cu resturi, și iată de ce. În sistemul claselor reziduale, fiecare număr, cu mai multe cifre și foarte lung în sistemul de poziție obișnuit, este reprezentat ca un tuplu de numere dintr-o cifră, care sunt resturile împărțirii numărului original la baza RNS (o tuplul numerelor coprimă).
Cum se va accelera munca în timpul unei astfel de tranziții? Într-un sistem de poziție convențional, operațiile aritmetice sunt efectuate secvențial bit cu bit. În acest caz, transferurile se formează pe următorul cel mai semnificativ bit, care necesită mecanisme hardware complexe pentru procesarea lor, funcționează, de regulă, încet și secvențial (există diferite metode de accelerație, multiplicatori de matrice etc., dar aceasta, în în orice caz, este un circuit non-banal și greoi).
RNS are acum capacitatea de a paralela acest proces: toate operațiunile pe reziduuri pentru fiecare bază sunt efectuate separat, independent și într-un singur ciclu de ceas. Evident, acest lucru grăbește toate calculele de mai multe ori, în plus, resturile sunt de un bit prin definiție și, ca rezultat, calculați rezultatele adunării, multiplicării etc. nu este necesar, este suficient să le aruncați în memoria tabelului de operații și să le citiți de acolo. Ca rezultat, operațiunile pe numere în RNS sunt de sute de ori mai rapide decât abordarea tradițională! De ce nu a fost implementat acest sistem imediat și peste tot? Ca de obicei, se întâmplă fără probleme în teorie - calculele reale se pot confrunta cu o astfel de neplăceri precum depășirea (atunci când numărul final este prea mare pentru a fi introdus într-un registru), rotunjirea în RNS este, de asemenea, foarte netivială, precum și compararea numerelor (strict vorbind, RNS nu este sistemul pozițional și termenii „mai mult sau mai puțin” nu au niciun sens acolo). Valakh și Svoboda s-au concentrat asupra soluției acestor probleme, deoarece avantajele pe care le promitea SOC erau deja foarte mari.
Pentru a stăpâni principiile de funcționare a mașinilor SOC, luați în considerare un exemplu (cei care nu sunt interesați de matematică îl pot omite):
Traducerea inversă, adică restabilirea valorii poziționale a numărului din reziduuri, este mai dificilă. Problema este că de fapt trebuie să rezolvăm un sistem de n comparații, ceea ce duce la calcule lungi. Sarcina principală a multor studii din domeniul RNS este de a optimiza acest proces, deoarece acesta stă la baza unui număr mare de algoritmi, în care, într-o formă sau alta, sunt necesare cunoștințe despre poziția numerelor pe linia numerică. În teoria numerelor, metoda de rezolvare a sistemului de comparații indicat este cunoscută de foarte mult timp și constă într-o consecință a teoremei rămase chineze deja menționate. Formula de tranziție este destul de greoaie și nu o vom da aici, menționăm doar că, în majoritatea cazurilor, această traducere este încercată să fie evitată, optimizând algoritmii în așa fel încât să rămână în RNS până la sfârșit.
Un avantaj suplimentar al acestui sistem este că într-un mod tabelar și, de asemenea, într-un ciclu în RNS, puteți efectua nu numai operații pe numere, ci și pe funcții arbitrare complexe reprezentate sub forma unui polinom (dacă, desigur, rezultatul nu depășește gama de reprezentare). În cele din urmă, SOC are un alt avantaj important. Putem introduce motive suplimentare și astfel putem obține redundanța necesară pentru controlul erorilor, într-un mod natural și simplu, fără a aglomera sistemul cu o redundanță triplă.
Mai mult, RNS permite efectuarea controlului deja în procesul de calcul în sine și nu numai atunci când rezultatul este scris în memorie (așa cum fac codurile de corecție a erorilor în sistemul numeric convențional). În general, aceasta este, în general, singura modalitate de a controla ALU în timpul lucrului și nu rezultatul final în RAM. În anii 1960, un procesor ocupa un dulap sau mai multe, conținea multe mii de elemente individuale, contacte lipite și detașabile, precum și kilometri de conductori - o sursă garantată de diverse interferențe, defecțiuni și defecțiuni și altele necontrolate. Trecerea la SOC a făcut posibilă creșterea stabilității sistemului la eșecuri de sute de ori.
Ca urmare, mașina SOK avea avantaje colosale.
- Cea mai mare toleranță la defecțiune posibilă "din cutie" cu control automat încorporat al corectitudinii fiecărei operații în fiecare etapă - de la citirea numerelor la aritmetică și scrierea pe RAM. Cred că nu este necesar să explic că pentru sistemele de apărare antirachetă aceasta este probabil cea mai importantă calitate.
-
Paralelismul teoretic maxim posibil al operațiilor (în principiu, absolut toate operațiunile aritmetice din cadrul RNS ar putea fi efectuate într-un singur ciclu, fără a fi deloc atenți la adâncimea de biți a numerelor originale) și viteza calculelor neatinsă prin orice altă metodă. Din nou, nu este necesar să se explice de ce ar fi trebuit ca computerele de apărare antirachetă să fie cât mai eficiente posibil.
Astfel, mașinile SOK au implorat pur și simplu utilizarea lor ca computer de apărare antirachetă, nu putea fi nimic mai bun decât ele în acest scop în acei ani, dar astfel de mașini trebuiau încă construite în practică și toate dificultățile tehnice trebuiau ocolite. Cehii au făcut față cu brio acestui lucru.
Rezultatul a cinci ani de cercetare a fost articolul lui Wallach „Originea sistemului de coduri și numere ale claselor de resturi”, publicat în 1955 în colecția „Stroje Na Zpracovani Informaci”, vol. 3, Nakl. CSAV, la Praga. Totul era pregătit pentru dezvoltarea computerului. În plus față de Wallach, Svoboda a atras mai mulți studenți talentați și studenți absolvenți către acest proces, iar lucrarea a început. Din 1958 până în 1961, aproximativ 65% din componentele mașinii, denumite EPOS I (din Czech elektronkovy počitač středni - computer mediu), erau gata. Calculatorul trebuia să fie produs la instalațiile fabricii ARITMA, dar, la fel ca în cazul SAPO, introducerea EPOS I nu a fost lipsită de dificultăți, în special în domeniul producției bazei de elemente.
Lipsa feritelor pentru unitatea de memorie, calitatea slabă a diodelor, lipsa echipamentelor de măsurare - acestea sunt doar o listă incompletă a dificultăților cu care Svoboda și studenții săi au fost nevoiți să se confrunte. Căutarea maximă a fost de a obține un lucru atât de elementar ca o bandă magnetică, povestea achiziției sale se bazează și pe un mic roman industrial. În primul rând, în Cehoslovacia, a lipsit ca clasă; pur și simplu nu a fost produsă, deoarece nu aveau deloc echipamente pentru acest lucru. În al doilea rând, în țările CMEA situația era similară - până atunci doar URSS făcea cumva caseta. Nu numai că a fost de o calitate terifiantă (în general, problema cu perifericele și mai ales cu banda blestemată de la computer până la casete compacte a bântuit sovieticii până la capăt, oricine a avut norocul să lucreze cu banda sovietică are o imensă numărul de povești despre cum a fost rupt, turnat etc.), așa că, din anumite motive, comuniștii cehi nu au așteptat ajutorul colegilor lor sovietici și nimeni nu le-a dat o panglică.
Drept urmare, ministrul ingineriei generale Karel Poláček a alocat o subvenție de 1,7 milioane de coroane pentru extragerea benzii în Occident, totuși, din cauza obstacolelor birocratice, s-a dovedit că moneda străină pentru această sumă nu putea fi eliberată în limita al Ministerului Ingineriei Generale pentru import tehnologie. În timp ce ne ocupam de această problemă, am ratat termenul limită pentru comandă pentru 1962 și a trebuit să așteptăm întregul 1963. În cele din urmă, numai în timpul târgului internațional de la Brno din 1964, ca urmare a negocierilor dintre Comisia de Stat pentru Dezvoltarea și Coordonarea Științei și Tehnologiei și Comisia de Stat pentru Management și Organizare, a fost posibil să se realizeze importul de memorie de bandă împreună cu computerul ZUSE 23 (au refuzat să vândă banda din Cehoslovacia separat din cauza embargoului, a trebuit să cumpăr un computer întreg de la elvețianul neutru și să scot unitățile magnetice de pe el).
EPOS 1
EPOS I a fost un computer modular cu tub unicast. În ciuda faptului că aparținea tehnic primei generații de mașini, unele dintre ideile și tehnologiile folosite în aceasta erau foarte avansate și au fost implementate masiv doar câțiva ani mai târziu în mașinile de a doua generație. EPOS I consta din 15.000 de tranzistori de germaniu, 56.000 de diode de germaniu și 7.800 de tuburi de vid, în funcție de configurație, avea o viteză de 5-20 kIPS, ceea ce nu era rău la vremea respectivă. Mașina era echipată cu tastaturi cehe și slovace. Limbaj de programare - autocod EPOS I și ALGOL 60.
Registrele mașinii au fost colectate pe cele mai avansate linii de întârziere magnetostrictivă din nichel-oțel pentru acei ani. Era mult mai rece decât tuburile de mercur Strela și a fost folosit în multe modele occidentale până la sfârșitul anilor 1960, deoarece o astfel de memorie era ieftină și relativ rapidă, a fost utilizată de LEO I, diverse mașini Ferranti, IBM 2848 Display Control și multe alte terminale video timpurii (un fir stoca de obicei 4 șiruri de caractere = 960 biți). De asemenea, a fost folosit cu succes în calculatoarele electronice de birou timpurii, inclusiv calculatoarele programabile Friden EC-130 (1964) și EC-132, calculatorul programabil Olivetti Programma 101 (1965) și calculatoarele programabile Litton Monroe Epic 2000 și 3000 (1967).
În general, Cehoslovacia în acest sens a fost un loc uimitor - ceva între URSS și Europa de Vest cu drepturi depline. Pe de o parte, la mijlocul anilor 1950 au apărut probleme chiar și cu lămpile (reamintim că erau și în URSS, deși nu într-un grad atât de neglijat), iar Svoboda a construit primele mașini pe tehnologia monstruos depășită din anii 1930 - relele, pe de altă parte, la începutul anilor 1960, linii de întârziere nichel destul de moderne au devenit disponibile inginerilor cehi, care au început să fie utilizate în dezvoltarea internă 5-10 ani mai târziu (până la data învechirii lor în Occident, pentru de exemplu, Iskra-11 "intern", 1970 și "Electronics-155", 1973, iar acesta din urmă a fost considerat atât de avansat încât a primit deja o medalie de argint la Expoziția Realizărilor Economice).
EPOS I, după cum ați putea ghici, era zecimal și avea periferice bogate, în plus, Svoboda a oferit mai multe soluții hardware unice în computer, care erau cu mult înaintea timpului lor. Operațiile I / O pe un computer sunt întotdeauna mult mai lente decât lucrul cu RAM și ALU, s-a decis să se utilizeze timpul de inactivitate al procesorului, în timp ce programul pe care îl executa a accesat unități externe lente, pentru a lansa un alt program independent - în total, în acest fel a fost posibil să se execute până la 5 programe în paralel! A fost prima implementare din lume a multiprogramării folosind întreruperi hardware. Mai mult, au fost introduse schimburi de timp externe (lansarea paralelă a programelor care lucrează cu diverse module de mașini independente) și interne (conducte pentru operația de divizare, cea mai laborioasă), ceea ce a făcut posibilă creșterea productivității de mai multe ori.
Această soluție inovatoare este considerată pe bună dreptate capodopera arhitecturală a Libertății și a fost aplicată masiv în calculatoarele industriale din Occident doar câțiva ani mai târziu. Controlul computerizat multiprogramare EPOS I a fost dezvoltat atunci când însăși ideea de partajare a timpului era încă la început, chiar și în literatura electrică profesională din a doua jumătate a anilor 1970, este încă menționată ca fiind foarte avansată.
Computerul a fost echipat cu un panou de informații convenabil, pe care a fost posibil să se monitorizeze progresul proceselor în timp real. Designul presupunea inițial că fiabilitatea componentelor principale nu era ideală, astfel încât EPOS I ar putea corecta erorile individuale fără a întrerupe calculul curent. O altă caracteristică importantă a fost capacitatea de a schimba componentele la cald, precum și de a conecta diverse dispozitive I / O și de a crește numărul de dispozitive de stocare cu tambur sau magnetice. Datorită structurii sale modulare, EPOS I are o gamă largă de aplicații: de la prelucrarea în masă a datelor și automatizarea activității administrative până la calcule științifice, tehnice sau economice. În plus, era grațios și destul de frumos, cehii, spre deosebire de URSS, s-au gândit nu numai la performanță, ci și la designul și comoditatea mașinilor lor.
În ciuda cererilor urgente din partea guvernului și a subvențiilor financiare de urgență, Ministerul Construcțiilor Generale de Mașini nu a reușit să furnizeze capacitatea de producție necesară la uzina VHJ ZJŠ Brno, unde trebuia să fie produs EPOS I. Inițial, sa presupus că mașinile de această serie ar satisface nevoile economiei naționale până în jurul anului 1970. În cele din urmă, totul s-a dovedit mult mai trist, problemele cu componentele nu au dispărut, în plus, a intervenit în joc puternica preocupare TESLA, care a fost teribil de neprofitabilă pentru a produce mașini cehe.
În primăvara anului 1965, în prezența specialiștilor sovietici, au fost efectuate teste de stat de succes ale EPOS I, la care structura sa logică, a cărei calitate corespundea nivelului mondial, a fost deosebit de apreciată. Din păcate, computerul a devenit obiectul unor critici nefondate din partea unor „experți” informatici care au încercat să promoveze decizia de a importa calculatoare, de exemplu, a scris președintele Comisiei de automatizare slovace Jaroslav Michalica (Dovážet, nebo vyrábět samočinné počítače? In: Rudé právo, 13.ubna 1966, s. 3.):
Cu excepția prototipurilor, în Cehoslovacia nu a fost produs niciun computer. Din punctul de vedere al dezvoltării mondiale, nivelul tehnic al computerelor noastre este foarte scăzut. De exemplu, consumul de energie al EPOS I este foarte mare și se ridică la 160-230 kW. Un alt dezavantaj este că are doar software în codul mașinii și nu este echipat cu numărul necesar de programe. Construcția unui computer pentru instalarea în interior necesită o investiție mare în construcții. În plus, nu am asigurat pe deplin importul de bandă magnetică din străinătate, fără de care EPOS I este complet inutil.
A fost o critică jignitoare și neîntemeiată, deoarece niciuna dintre deficiențele indicate în legătură directă cu EPOS - consumul său de energie depindea numai de baza elementului utilizat și pentru o mașină cu lampă era destul de adecvat, problemele cu banda erau în general mai politice decât tehnice și instalarea oricărui mainframe în cameră și acum este asociată cu pregătirea sa temeinică și este destul de dificilă. Software-ul nu a avut șansa să apară din aer - avea nevoie de mașini de producție. Inginerul Vratislav Gregor s-a opus:
Prototipul EPOS I a funcționat perfect timp de 4 ani în condiții neadaptate în trei schimburi fără aer condiționat. Acest prim prototip al mașinii noastre rezolvă sarcini dificil de rezolvat pe alte computere din Cehoslovacia … de exemplu, monitorizarea delincvenței juvenile, analiza datelor fonetice, în plus față de sarcini mai mici în domeniul calculelor științifice și economice care au o aplicație practică semnificativă.. În ceea ce privește instrumentele de programare, EPOS I este echipat cu ALGOL … Pentru al treilea EPOS I, au fost dezvoltate aproximativ 500 de programe I / O, teste etc. Niciun alt utilizator al unui computer importat nu a avut vreodată programe disponibile pentru noi într-un mod atât de oportun și într-o asemenea cantitate.
Din păcate, până la finalizarea dezvoltării și acceptării EPOS I, acesta era într-adevăr foarte depășit și VÚMS, fără a pierde timp, a început în paralel să își construiască versiunea complet transistorizată.
EPOS 2
EPOS 2 este în curs de dezvoltare din 1960 și a reprezentat vârful computerelor din a doua generație a lumii. Designul modular le-a permis utilizatorilor să adapteze computerul, la fel ca prima versiune, la tipul specific de sarcini care trebuie rezolvate. Viteza medie de funcționare a fost de 38,6 kIPS. Pentru comparație: puternicul mainframe bancar Burroughs B5500 - 60 kIPS, 1964; CDC 1604A, legendara mașină Seymour Cray, care a fost folosită și la Dubna în proiectele nucleare sovietice, avea o putere de 81 kIPS, chiar și media în linia sa IBM 360/40, o serie din care a fost clonată ulterior în URSS, dezvoltat în 1965, în problemele științifice a dat doar 40 kIPS! Conform standardelor de la începutul anilor 1960, EPOS 2 era o mașină de top la egalitate cu cele mai bune modele occidentale.
Distribuția timpului în EPOS 2 era încă controlată nu de software, ca în multe computere străine, ci de hardware. Ca întotdeauna, a existat un dop cu banda blestemată, dar au fost de acord să o importe din Franța, iar mai târziu TESLA Pardubice și-a stăpânit producția. Pentru computer, propriul său sistem de operare, ZOS, a fost dezvoltat și a fost introdus în ROM. Codul ZOS a fost limba țintă pentru FORTRAN, COBOL și RPG. Testele prototipului EPOS 2 în 1962 au avut succes, dar până la sfârșitul anului computerul nu era terminat din aceleași motive ca EPOS 1. Ca urmare, producția a fost amânată până în 1967. Din 1968, ZPA Čakovice produce serial EPOS 2 sub denumirea ZPA 600, iar din 1971 - într-o versiune îmbunătățită a ZPA 601. Producția în serie a ambelor computere s-a încheiat în 1973. ZPA 601 a fost parțial software compatibil cu linia de mașini sovietice MINSK 22. Au fost fabricate în total 38 de modele ZPA, care erau unul dintre cele mai fiabile sisteme din lume. Au fost utilizate până în 1978. Tot în 1969, a fost realizat un prototip al micului computer ZPA 200, dar nu a intrat în producție.
Revenind la TESLA, trebuie remarcat faptul că conducerea lor a sabotat cu adevărat proiectul EPOS cu toată puterea și dintr-un motiv simplu. În 1966, au trimis către Comitetul Central al Cehoslovaciei alocări în valoare de 1, 1 miliard de coroane pentru achiziționarea de mainframe-uri franco-americane Bull-GE și nu au avut deloc nevoie de un computer intern simplu, convenabil și ieftin. Presiunea prin intermediul Comitetului Central a dus la faptul că nu doar o campanie a fost lansată pentru discreditarea lucrărilor lui Svoboda și a institutului său (ați văzut deja un citat de acest fel și nu a fost publicat nicăieri, ci în organul principal de presă al Partidul Comunist al Cehoslovaciei Rudé právo), dar și în cele din urmă s-a ordonat Ministerului Construcțiilor Generale de Mașini să limiteze producția a două EPOS I, în total, împreună cu prototipul, au fost realizate în cele din urmă 3 piese.
EPOS 2 a obținut, de asemenea, un succes, compania TESLA a făcut tot posibilul pentru a arăta că această mașină era inutilă și, prin managementul DG ZPA (Instrument and Automation Factories, căruia îi aparținea VÚMS), a împins ideea unei concurențe deschise între dezvoltarea Liberty și cel mai nou mainframe TESLA 200. Producătorul francez de computere BULL a fost În 1964, împreună cu producătorul italian Olivetti, americanii au cumpărat General Electric, au inițiat dezvoltarea unui nou mainframe BULL Gamma 140. Cu toate acestea, lansarea acestuia pentru american piața a fost anulată, deoarece Yankees-ul a decis că va concura intern cu propriul lor General Electric GE 400. Ca urmare, proiectul a atârnat în aer, dar apoi au apărut reprezentanți ai TESLA și, pentru 7 milioane de dolari, au cumpărat un prototip și drepturile până la producția sa (ca rezultat, TESLA nu numai că a produs aproximativ 100 de astfel de computere, dar a reușit să vândă mai multe în URSS!). Această mașină de a treia generație numită TESLA 200 trebuia să învingă nefericitul EPOS.
TESLA avea un computer de depanare serial complet terminat, cu un set complet de teste și software, VÚMS avea doar un prototip cu un set incomplet de periferice, un sistem de operare neterminat și unități cu o frecvență a autobuzului de 4 ori mai mică decât cele instalate pe mainframe-ul francez. După o rundă preliminară, rezultatele EPOS au fost, așa cum era de așteptat, dezamăgitoare, dar ingeniosul programator Jan Sokol a modificat semnificativ algoritmul de sortare obișnuit, angajații, lucrând non-stop, au adus în minte hardware-ul, au pus mâna pe câteva drive-uri rapide similar cu TESLA și, ca rezultat, EPOS 2 a câștigat un mainframe francez mult mai puternic!
În timpul evaluării rezultatelor primei runde, Sokol, în timpul unei discuții cu ZPA, a vorbit despre condițiile nefavorabile ale competiției, convenite cu conducerea. Cu toate acestea, plângerea sa a fost respinsă cu cuvintele „după luptă, fiecare soldat este general”. Din păcate, victoria EPOS nu i-a afectat foarte mult soarta, în mare parte din cauza timpului nefericit - era 1968, tancurile sovietice conduceau prin Praga, suprimând izvorul din Praga, și VÚMS, întotdeauna renumit pentru liberalismul său extrem (din care, în plus,, a fugit recent cu Svoboda) jumătate dintre cei mai buni ingineri din Occident), ca să spunem cu blândețe, nu a fost ținut în mare stimă de către autorități.
Dar apoi începe cea mai interesantă parte a poveștii noastre - modul în care evoluțiile cehe au stat la baza primelor vehicule sovietice de apărare antirachetă și ce sfârșit fără glorie le-a așteptat până la urmă, dar despre asta vom vorbi data viitoare.
