Trocha počítačové historie
08/28/2007 | Kříž Miroslav
Začátek éry praktického využívání počítačů u nás spadá do konce 50. let minulého století. Od té doby se toho ve světě počítačů změnilo tolik, že si dnes už jen velmi málo lidí dokáže představit, jak tehdejší počítače vypadaly a jak se s nimi pracovalo. Pamětníků počítačových začátků pomalu ubývá a na druhé straně přibývá historek, které se k tomuto období sice vážou; někdy ale mají k realitě dosti daleko. Pokusme se tedy alespoň v kostce si tu dobu přiblížit.
Typickým představitelem tohoto počátečního období byly v Československu sovětské počítače Ural 1 a Ural 2. První Ural 1 k nám byl dovezen v roce 1958 a byl nainstalován na pracovišti Ústavu teorie informace a automatizace Československé akademie věd. Toto pracoviště také posloužilo jako hlavní zdroj informací o počítačích Ural a o jejich provozu pro tento článek.
Z dnešního pohledu se tehdejší počítače dodávaly jako „holé železo“. Nebyly vybaveny vůbec žádnými nástroji, které by usnadnily programování, tedy žádnými programovacími jazyky ani standardními podprogramy, natož pak operačním systémem. Nedokázaly zpracovávat abecední ani zvláštní znaky s výjimkou znaků plus a minus, uměly pracovat pouze s dvojkovými čísly, která se v psané formě kódovala osmičkově. Jediným programovým vybavením těchto počítačů byly testovací programy, které sloužily technikům údržby pro ověření základních funkcí počítače.
Jak Ural fungoval
Ural 1 pracoval s výjimkou operací s periferními zařízeními rychlostí 100 operací za sekundu. Bylo to dáno zejména jeho velmi neobvyklou operační pamětí – magnetickým bubnem, který se otáčel rychlostí 100 ot./s. Buben byl masivní válec, jehož poloměr měřil odhadem téměř 15 cm a výška činila kolem 6 cm. Za těchto podmínek neměli konstruktéři počítače prakticky žádný prostor pro podstatnější zvýšení otáček bubnu, a tím ani pro zásadnější zvýšení operační rychlosti počítače. I při těchto otáčkách byl buben jedním z nejzranitelnějších míst počítače. Kladl značné nároky na přesnost výroby, životnost ložisek a přesnost nastavení čtecích a zapisovacích hlav, které tvořily jeden kompaktní celek. Porucha ložisek nebo nastavení hlav znamenala totální havárii bubnu. Jakmile se v důsledku nějaké poruchy blok hlav dotkl povrchu bubnu, začaly hlavy působit jako tupý soustružnický nůž, který strhl magnetickou vrstvu a zakousl se do vlastního tělesa bubnu. Buben se zastavil, jeho motor shořel a bylo nutné obě součásti vyměnit. U Uralu 1, který k nám byl dovezen jako první, nastala popsaná havárie za dobu jeho provozu jednou.
Bubnová paměť měla kapacitu 2 048 samostatně adresovatelných 18bitových slov. Slova o délce 18 bitů byla určena pro uložení jednoadresových instrukcí. Aritmetické a logické operace však pracovaly s operandy, které měly dvojnásobnou délku 36 bitů. Takový operand byl uložen do dvou 18bitových slov na dvou po sobě jdoucích adresách. Aritmetické operace probíhaly v režimu s pevnou řádovou čárkou, která byla umístěna před nejvyšším dvojkovým řádem. Absolutní hodnota všech zobrazených čísel byla tedy menší než jedna. Pro praktické použití není zobrazení s pevnou řádovou čárkou vyhovující, takže si uživatelé Uralu 1 museli sami vypracovat podprogramy, které jim umožnily pracovat s čísly ve tvaru s pohyblivou řádovou čárkou (mantisa a exponent).
Prakticky každý uživatel počítače se musel naučit programovat. Některé programy pro řešení obecnějších problémů se objevily až později, např. v oboru výpočtů strojírenských nebo stavebních konstrukcí, ale i tak je většinou využíval poměrně úzký okruh spolupracovníků autora programu. Jak už bylo řečeno, s počítačem se nedodávaly žádné pomůcky pro programování, takže sestavit program znamenalo napsat do programového formuláře řádek po řádku posloupnost strojových instrukcí v absolutních adresách. Počítače Ural měly jednoadresovou koncepci instrukční sítě, takže každý řádek programu měl tvar šestimístného osmičkového čísla. Na prvních dvou místech byl zapsán kód operace, na dalších čtyřech adresa operandu. Většina aritmetických a logických operací však potřebuje dva operandy. Princip jednoadresového počítače je takový, že v počítači existuje zvláštní registr – střádač, jehož obsah slouží jako druhý operand, a po skončení operace se do střádače ukládá výsledek.
Pro ladění programů byl k dispozici prakticky jediný nástroj, a to byl ovládací pult počítače. Byl vybaven tlačítky, která umožňovala počítač spustit, zastavit a vkládat do počítače čísla i instrukce, a dále displejem, na němž doutnavky zobrazovaly obsah všech důležitých registrů počítače. Při ladění programátor procházel program z ovládacího pultu po blocích nebo i po jednotlivých instrukcích a kontroloval, co se v jednotlivých krocích děje.
Ural 1 byl počítač elektronkový. Základní počítačové obvody byly konstruovány s použitím elektronek a dalších prvků tehdejší klasické radiotechniky, odporů a kondenzátorů, které byly vzájemně propojeny letovanými drátovými spoji. Jedinými polovodičovými součástkami počítače byly hrotové a plošné diody, které tvořily hlavní stavební kámen logických obvodů. Vnitřek elektronkového počítače se tedy podobal vnitřku rozhlasového nebo televizního přijímače té doby. Rozdíl byl jedině v počtu použitých elektronek a ostatních radiotechnických součástek. Počet elektronek v Uralu 1 už byl v řádu stovek, počty ostatních součástek šly do tisíců; Ural 2 jich měl ještě mnohem víc. To samozřejmě vyžadovalo dát elektrickým obvodům nějaký konstrukční řád.
Konstrukce počítače
Konstrukční uspořádání počítače bylo skříňové, Ural 1 se skládal z pěti skříní vysokých asi dva metry. Ve spodní části skříní byly uloženy napájecí zdroje, před prostřední skříní byl umístěn ovládací pult. V horní části skříní byly vestavěny konektory, do nichž se po vodicích lištách zasunovaly typové elektronické obvody, umístěné na standardizované desce. Na přední části desky byl umístěn malý panel, jehož rovina byly kolmá k rovině desky a do něhož byla vestavěna patice pro zasazení elektronky.
Rozvod hlavních řídicích signálů, které musely být k dispozici ve všech skříních, se uskutečňoval soustavou sběrnic (měděných vodičů) natažených v nejhornější části každé skříně. Když se při instalaci počítače usadily jednotlivé skříně vedle sebe, propojovaly se sběrnice mezi skříněmi drátěnými spojkami, které se ke sběrnicím připájely.
Pro vstup dat se u počítačů Ural používal snímač děrné pásky. Jako páska sloužil klasický černý perforovaný kinofilm 35 mm, do něhož se děrovaly obdélníkové otvory podobně jako do děrného štítku. Páska se nakonec slepila do nekonečné smyčky. Data se snímala po blocích, každý blok byl na pásce vyznačen vyděrovaným číslem bloku. Manipulace s děrnou páskou, zejména opravy chyb, nebyla ničím příjemným. Uměním bylo už jen vadné políčko na dlouhé pásce najít. Nalezená chyba se pak opravovala tak, že se chybějící otvor doděroval ručním děrovačem, kdežto otvor navíc se pečlivě zalepil jedním z okének, která vznikala při děrování pásky.
Funkci vnější paměti plnila magnetopásková jednotka. Samotná páska – jako médium – byla opět tvořena perforovaným kinofilmem, tentokrát potaženým magnetickou vrstvou a slepeným opět do nekonečné smyčky. Tato nekonečné smyčka se vkládala do magnetopáskové jednotky, která byla téměř identická se snímačem děrné pásky. Rozdíl byl pouze v tom, že fotodiody děrnopáskového snímače byly až na jednu výjimku nahrazeny blokem magnetických hlav. Poněkud kuriózním důvodem zmíněné výjimky byl fakt, že i vnější pásková paměť pracovala s daty uspořádanými do bloků, číslo bloku se však na pásku nezaznamenávalo magneticky, ale děrovalo se do ní. Aby se přečetlo, nějaká fotodioda tam zůstat musela.
Ural 1 disponoval číslicovou tiskárnou, která tiskla na každý řádek jedno osmičkové nebo desítkové číslo. Tisklo se na úzký pruh papíru pomocí typových lišt. Každý číselný řád měl v tiskárně svou typovou lištu, na níž byly umístěny typy číslic od 0 do 9. V klidu byly lišty zasunuty do výchozí polohy. Při operaci tisku se každá lišta vysunula tak, aby se na úroveň tištěného řádku dostal typ číslice, která se měla na daném řádu vytisknout. Operace skončila úderem kladívek, které typy nastavené v jednotlivých řádech otiskly přes barvicí pásku na papír. Rychlost tisku dosahovala 100 řádek za minutu. U tiskárny Ural 2 nahradil typové lišty rotující typový váleček, jehož osa byla rovnoběžná s tištěnou řádkou a číslicové typy byly rozmístěny po obvodu válečku. I zde se tisk uskutečňoval úderem kladívka. Použitím typového válečku se rychlost tisku zvýšila zhruba na desetinásobek, ale tisk měl horší kvalitu, řádky byly často roztřesené.
Ural při práci
V ČSAV byl počítač v provozu nepřetržitě na tři směny od pondělního rána až do sobotního večera. Přestávka byla pouze v neděli. Ve dvou denních směnách se zpravidla ladily programy, noční směny sloužily převážně k výpočtům podle odladěných programů. Ranní směna začínala profylaktickou údržbou, během níž se pouštěly testy a opravovaly běžné závady. Po obě denní směny byli k dispozici technici, kteří průběžně odstraňovali běžné chyby. Čas od času se opravovalo v jednom kuse i několik hodin. Noční směna se techniky neobsazovala, přítomen byl jen noční hlídač, jehož úkolem bylo napsat na závěr směny do deníku stručný zápis o jejím průběhu. Zápisy o noční směně četli všichni s velkým zájmem, protože se mohli například dozvědět, že proběhla bez technické poruchovosti, ale nepočítalo se, protože počítač počítal, co sám chtěl. Je třeba říct, že zápisy tohoto typu nebyly příliš časté, protože na noční směny chodili počítat ostřílení harcovníci a navíc velcí fandové počítačů, kteří si s řadou běžných chyb dokázali sami poradit. Ne snad tím, že by je přímo opravili, ale dokázali na místě modifikovat svůj program tak, aby se alespoň některým problémům vyhnuli.
Údržba nebyla jednoduchá už proto, že konstrukční prvky neměly stabilní parametry. Elektronky s narůstajícím počtem odpracovaných hodin měnily své charakteristiky, polovodičové diody byly zase značně závislé na teplotě. Příkonem 10 kVA představoval Ural 1 slušná kamínka, a protože neměl klimatizaci, v horkých letních dnech někdy nezbylo než ho vypnout. Zákeřným nepřítelem byly tzv. studené spoje vzniklé při pájení, kdy se spoj dostatečně neprohřál. K odhalení takových spojů sloužilo proklepávání gumovou paličkou. Omezená životnost elektronek se začala projevovat prudkým nárůstem jejich poruch. V ČSAV se to řešilo tím, že zhruba jednou za rok se udělala během jednoho víkendu generální oprava. Celý počítač se při ní důkladně vyčistil, proměřily se všechny elektronky a ty, jejichž parametry nevyhovovaly, se vyměnily.
Některé chyby počítače byly opravdu záludné. Jednou testy neustále signalizovaly chybu, ale závadu se nedařilo odkrýt ani při pečlivém zkoumání signálů osciloskopem; až si jeden technik všiml, že při připojeném osciloskopu závada zmizí a při jeho odpojení se opět objeví. Nechat k počítači připojený osciloskop nebylo dost dobře možné, ale vše se vyřešilo tím, že se mezi místo, kam byl osciloskop připojen, a mezi uzemnění počítače připojil malý kondenzátor, který simuloval vstupní kapacitu připojeného osciloskopu.
Ještě stručně k Uralu 2. Konstrukčně převzal koncepci Uralu 1, tj. byl postaven na stejných prvcích (elektronky, odpory, kondenzátory, polovodičové diody), používal podobné typové elektrické obvody a i vzhledově vypadal téměř stejně, jen počet skříní se rozrostl téměř na trojnásobek. Úměrně vzrostl i příkon, na 30 kVA. Mezi hlavní odlišnosti Uralu 2 patřila feritová operační paměť, instrukce pro aritmetické operace s pohyblivou řádovou čárkou a bubnová paměť ve funkci vnější paměti.
Spolu se zavedením aritmetických operací v pohyblivé řádové čárce se zvýšila délka operandu ze 36 na 40 bitů a délka instrukce z 18 na 20 bitů. Kapacita feritové paměti stoupla prakticky na dvojnásobek. Feritová paměť také výrazně zvýšila operační rychlost počítače, zhruba na 5 až 6 tisíc operací za sekundu. Ke zvýšení operační rychlosti přispěly i bubnové paměti ve funkci vnějších pamětí. Kapacita jedné bubnové paměti činila 8 192 40bitových slov; celkem bylo možné k počítači připojit osm takových pamětí.
Ruské prameny udávají, že počítačový závod v Penze vyrobil celkem 183 počítačů Ural 1 a 139 kusů Uralu 2. Historie počítačů Ural skončila roku 1969, kdy by vyroben jediný kus posledního modelu Ural 16.
Miroslav Kříž
V diskusi je 0 příspěvků.
článek z č.7/2007
Registrace k odběru časopisu
Soutěž!
