Lata 50. XX wieku: ZAM-2, dalekopis i pole świetlne monitora

Lata 50. XX wieku: ZAM-2, dalekopis i pole świetlne monitora

Na podstawie: Fiałkowski, K. (1963). Maszyna cyfrowa ZAM-2. Budowa, programowanie, zastosowania. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, ss.70. Available at: http://hint.org.pl/hid=D28E8

Szybkość obliczeń, bezbłędność uzyskanych wyników i zdolność jednoczesnego pamiętania dużej ilości danych – cechy te wywołały niezwykle szybki rozwój maszyn cyfrowych.

W rzeczywistości jednak eksploatacja pierwszych maszyn cyfrowych nastręczała wielu trudności o czym świadczy m.in. relacja P. Stasiewicza z 1968 roku. Pierwsze maszyny cyfrowe to także pierwsze formy raportowania/wyświetlania wyników ich pracy, co opisali J. Dańda i I. Malerczyk-Dańda [1968].

Burzliwe początki

Za początek historii elektronicznych maszyn cyfrowych przyjmuje się rok 1946, kiedy to na uniwersytecie w Pensylwanii uruchomiono maszynę cyfrową ENIAC. Jednakże koncepcja nowoczesnych maszyn cyfrowych pochodzi od Johna von Neumanna i po raz pierwszy została zrealizowana w amerykańskiej maszynie EDVAC. Maszyna ta była sterowana wewnętrznie i przeprowadzała obliczenia na liczbach w systemie binarnym. Po maszynie EVAC, a potem EDSAC nastąpił dynamiczny rozwój elektronicznych maszyn cyfrowych na całym świecie. W Polsce pierwsza elektroniczna maszyna cyfrowa XYZ została uruchomiona jesienią 1958 roku w Zakładzie Aparatów Matematycznych Polskiej Akademii Nauk. Projekt wstępny tej maszyny powstał w 1957 roku. Maszyna XYZ była modelem laboratoryjnym elektronicznej maszyny cyfrowej ZAM-2 (ryc. 1) [Fiałkowski 1963].

Rycina 1. Widok ogólny maszyny cyfrowej ZAM-2. Źródło: Fiałkowski [1963].

Model laboratoryjny

W zasadzie modelu laboratoryjnego nie eksploatuje się, a jedynie analizuje się jego pracę, aby wszystkie zauważone usterki usunąć przed rozpoczęciem produkcji seryjnej. Model laboratoryjny dawał także możliwość dalszych badań i wprowadzania ulepszeń. Takie właśnie zadanie miała spełniać maszyna XYZ według zamierzeń projektantów. Pomimo tego weszła ona do eksploatacji i przez trzy lata rozwiązywano na niej problemy obliczeniowe. XYZ była wtedy największą elektroniczną maszyną cyfrową dostępną w Polsce. Przez te trzy lata XYZ pracowała w sposób ciągły, jedynie z przerwą na konserwację i remonty [Fiałkowski 1963].

ZAM-2

W maszynie cyfrowej ZAM-2, która jako urządzenia we-wy posiadała czytniki i drukarki papierowej taśmy perforowanej oraz dalekopisy, etapem pośrednim przetworzenia informacji z alfabetycznej postaci w elektryczną była perforowana taśma papierowa. Dalekopis, przypominający maszynę do pisania (ryc. 2), pozwalał na wydziurkowanie taśmy, której treść była odpowiednikiem treści, wydrukowanej równocześnie na papierze (ryc. 3).

Rycina 2. Dalekopis (teletype). Źródło: Fiałkowski [1963].

Rycina 3. Drukarka taśmy papierowej. Źródło: Fiałkowski [1963].

Taśma po wydrukowaniu była zakładana do czytnika fotoelektrycznego. W czytniku taśma przesuwała się między silnym źródłem światła a pięcioma fotodiodami ustawionymi w rzędzie prostopadłym do kierunku ruchu taśmy. Dziurki w taśmie odsłaniały fotodiody i powodowały powstanie w ich obwodach impulsów elektrycznych. Kombinacje impulsów w obwodach stanowiły jednoznaczne odwzorowanie kombinacji dziurek na taśmie, a więc i znaków alfabetu.

Wyniki uzyskane przez maszynę otrzymywane były w postaci takiej samej taśmy wydziurkowanej na drukarce taśmy papierowej, sterowanej przez maszynę. Uzyskaną taśmę można było odczytać na dalekopisie (ryc. 4).

Rycina 4. Schemat współpracy urządzeń wejścia-wyjścia w maszynie ZAM-2. Źródło: opracowanie własne na podstawie [Fiałkowski 1963].

Do bezpośredniej wymiany informacji między programistą a maszyną służył stolik operatora (ryc. 5).

Rycina 5. Stolik operatora w maszynie cyfrowej ZAM-2. Źródło: Fiałkowski [1963].

Przekazywanie informacji maszynie dokonywało się na stoliku operatora za pomocą kluczy. Umożliwiały one zewnętrzne sterowanie pracą maszyny. Informacja z maszyny przekazywana była przy pomocy obrazów synchroskopowych oraz neonówek.

Ewolucja formy kontaktu człowieka z maszyną

Na podstawie: Dańda, J., Malerczyk-Dańda, I. (1968). Ergonomia w konstrukcji i oprogramowaniu EMC. Maszyny Matematyczne, IV(6), 7-11.

Typowa maszyna lat pięćdziesiątych w Stanach Zjednoczonych, pomijając wcześniejsze pierwowzory typu MARK czy ENIAC, była zbudowana z arytmometru, sterowania, pamięci, urządzenia wejścia i wyjścia oraz pulpit sterująco-kontrolnego.

W maszynie cyfrowej lat pięćdziesiątych urządzenia we-wy były bardzo proste. Były to albo czytniki i perforatory kart statystycznych, co pozwalało na wykorzystywanie istniejącego już parku maszyn analityczno-liczących, albo czytniki i perforatory taśm papierowych, powszechnie używany przy telegrafii dalekopisowej. Stosunkowo wcześnie wprowadzono fotooptyczne czytniki taśmy papierowej o szybkości czytania ok. 300 znaków/sek.

Pulpit sterująco-kontrolny zwany był również stolikiem operatora (ryc. 6). W maszynach lat pięćdziesiątych XX wieku przyjmował on kształt dużego pulpitu sterowniczego. Na rycinie 6 przedstawiono fragment pulpitu pierwszej polskiej elektronicznej maszyny cyfrowej XYZ, uruchomionej w 1958 roku. Stolik operatora jest to ta część maszyny cyfrowej, która pozwala operatorowi „ingerować” w przebieg obliczeń i uzyskiwać pewne informacje o ich przebiegu.

Monitor na lampie oscyloskopowej

Pulpit operatora był z reguły wyposażony w monitor pamięci wykonany na lampie oscyloskopowej. Pozwalało to na zupełnie wygodną równoczesną obserwację, nawet w czasie biegu maszyny, 16 do 64 słów pamięciowych. Obserwacja tych monitorów w czasie biegu maszyny dostarczała tylko informacji o tych rozkazach i operandach, które nie zmieniały się, lub zmieniały się bardzo wolno. Dokładna wartość rejestrów mogła być odczytana tylko po zatrzymaniu maszyny.

Rycina 6. Fragment maszyny cyfrowej XYZ, Fot. Henryk Nowicki [Dańda i Malerczyk-Dańda 1968].

W latach 50. XX wieku środki techniczne, używane do informowania operatora programisty, można uszeregować w następujący sposób, zgodnie z ilością przekazywanych za ich pomocą informacji:

• monitory oscyloskopowe pamięci operacyjnych i rejestrów;
• zespoły lampek (informacja binarna), sygnalizujące stany rejestru rozkazów, rejestru B-modyfikacji, licznika adresowego i centralnego (buforowego) rejestru;
• zespoły lampek specjalnych.

Świetlne punkty

W roku 1958 opracowano program dla maszyny XYZ*, umożliwiający wyświetlanie na ekranie jej monitora pamięciowego liczb dziesięciocyfrowych (dziesiętnych). Cyfry były „składane” ze świetlnych punktów. Obraz na ekranie monitora przypominał tzw. gazety świetlne.

Był to program w zasadzie demonstracyjny i nie znalazł szerszego zastosowania. Zamierzeniem autorów tego programu było użycie go do szybkiej komunikacji wyników operatorowi bez pośrednictwa kart (maszyna XYZ była wyposażona w tzw. reproducer kart statystycznych, używany jako urządzenie we-wy). Należy podkreślić, że pole świetlne monitora pamięci maszyny XYZ składało się z 32-36 punktów świetlnych, co dawało bardzo wyraźny obraz cyfr (6 x 7/punktów). W wersji produkcyjnej tej maszyny, tj. w maszynie ZAM-2 ilość punktów świetlnych monitora pamięci zmalała do połowy, ponadto wprowadzone zostało wygodniejsze urządzenie we-wy w postaci czytnika i perforatora taśmy papierowej.

*Program opracowano w Zakładzie Aparatów Matematycznych PAN.

Ciekawostki z eksploatacji ZAM-2

Na podstawie: Stasiewicz, P. (1968). Z doświadczeń eksploatacji maszyny ZAM-2. Maszyny Matematyczne, 5, 14-16.

Maszyna ZAM-2 dostarczała obliczeń, przez co rozwiązań, które usprawniały pracę lub przynosiły oszczędności. Miała też swoje wady i nie była prosta w eksploatacji. Świadczą o tym opinie użytkowników.

Maszyna ZAM-2 została zainstalowana w Ośrodku Obliczeniowym „Etoprojekt” w 1964 roku. Normalną eksploatację rozpoczęto 1 stycznia 1965 roku. Na podstawie przeszło dwuletniej obserwacji w różnych warunkach pracy stwierdzono, że ZAM-2, przy odpowiedniej konserwacji, jest urządzeniem stosunkowo pewnym w działaniu i spełnia swoje zadanie w obliczeniach naukowo-technicznych, jak też częściowo w problematyce ekonomicznej.

Temperatura w pomieszczeniu maszyny mierzona w sposób ciągły termohydrografem TŻ-8 wzrastała od 20°C w momencie włączenia maszyny – do ponad 30°C po kilku godzinach jej pracy.

Współczynnik sprawności całej maszyny wynosił około 70%, chociaż bezawaryjny czas pracy maszyny ZAM-2 był ściśle związany z rodzajem obliczeń.

Najdłuższy bezawaryjny czas liczenia, jaki odnotowano w czasie obserwacji, wyniósł 140 godzin, w tym 125 godzin pracy non-stop.

Największym problemem liczonym na maszynie ZAM-2 była optymalizacja przewozów kruszywa w skali ogólnokrajowej. Zadanie to wykonano na zlecenie Zjednoczenia Przemysłu Kruszyw i Surowców Mineralnych.

Najsłabszym i niezmiernie kłopotliwym blokiem w maszynie ZAM-2 była pamięć operacyjna.

Większość czasu awaryjnego przypadała na przekłamania z powodu złej pracy urządzeń we-wy oraz na zniekształcenia treści informacji zawartej w pamięci operacyjnej.

Pomimo, że urządzenia we-wy poważnie ograniczały międzyawaryjny czas pracy maszyny, najpoważniejszym problemem konserwacji ZAM-2 była pamięć operacyjna. W wielu przypadkach powstawały w związku z tym straty kilku lub kilkunastu godzin pracy maszyny z powodu dopisywania lub gubienia bitów w kasetach i to w zależności od liczonego programu.

Źródła

• Dańda, J., Malerczyk-Dańda, I. (1968). Ergonomia w konstrukcji i oprogramowaniu EMC. Maszyny Matematyczne, IV(6), 7-11.
• Fiałkowski, K. (1963). Maszyna cyfrowa ZAM-2. Budowa, programowanie, zastosowania. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, ss.70. Available at: http://hint.org.pl/hid=D28E8
• Stasiewicz, P. (1968). Z doświadczeń eksploatacji maszyny ZAM-2. Maszyny Matematyczne, 5, 14-16.