Dobrze jest obce rzeczy znać, a swoje obowiązek – ODRA (1948-1970)

Dobrze jest obce rzeczy znać, a swoje obowiązek – ODRA* (1948-1970)

Do końca 1960 roku, we Wrocławskich Zakładach Elektronicznych ELWRO, został skonstruowany i zmontowany model pierwszej maszyny cyfrowej ODRA 1001. Nazwa pochodziła od rzeki Odra, która przepływa przez Wrocław, a liczba 1000 symbolizowała zbliżającą się tysięczną rocznicę powstania państwa polskiego.

*Przygotowano na podstawie m.in. historii komputerów ODRA produkowanych we wrocławskich zakładach ELWRO, opisanej szczegółowo w publikacjach: Maćkowiak i in. [2018] i Urbanek [2019].

Dzień 23 grudnia 1948 r. przyjmuje się za początek historii polskiej informatyki. Tego dnia zapadła decyzja o powołaniu, w ramach Państwowego Instytutu Matematycznego, Grupy Aparatów Matematycznych.

Przyjmuje się, że era komputerów została zapoczątkowana w Polsce już pod koniec 1948 r., kiedy to utworzono Grupę Aparatury Matematycznej w Instytucie Matematycznym w Warszawie. Pierwszy komputer analogowy o nazwie „Analizator równań różniczkowych” (Analyzer of Differential Equations) został ukończony w 1954 r. i był używany przez kilka lat – „z jego pomocą można było rozwiązywać układy do ośmiu równań różniczkowych zwyczajnych pierwszego rzędu. Parametry równań zmieniało się przy pomocy pokręteł, a efekt można było obserwować na kilku ekranach” [Madey i Sysło 2000]. Pierwszy udany komputer cyfrowy, a właściwie elektroniczną maszynę cyfrową – bo tak je wtedy nazywano – XYZ, został ukończony w 1958 r. Maszyna cyfrowa XYZ wykonywała około 800 operacji na sekundę i była kamieniem węgielnym w rozwoju polskich komputerów. Wkrótce komputer XYZ został ulepszony i pod nazwą ZAM 2 został wyprodukowany i zainstalowany w wielu miejscach w kraju i za granicą [Lukaszenwicz 1990].

ELWRO

6 lutego 1959 r. powołano do życia państwowe przedsiębiorstwo Wrocławskie Zakłady Elektroniczne ELWRO. To tam powstała legenda polskiej informatyki: komputer Odra [Nowakowski 2019]. Koncepcja rodziny maszyn cyfrowych (dalej skrót mc.) ZAM (ZAM 11, ZAM 21, ZAM 31, ZAM 41 i ZAM 51) powstała w 1965 r. Była to kolejna po IBM koncepcja szeregu komputerów o rosnących cechach użytkowych [Bilski i in. 2017].

ODRA: Komputery pierwszej i drugiej generacji

Maszyna ODRA 1001, skonstruowana w oparciu o technikę lampową (pierwsza generacja), została uruchomiona w czerwcu 1961 r. Jednym z wyzwań konstrukcyjnych było zbudowanie bębna pamięci o pojemności 1024 słów. Na moduł pamięci składał się walec, który umieszczony w odpowiedniej obudowie miał się obracać z szybkością około 3000 obrotów na minutę. W górnej części obudowy znajdowały się szyny, na których zamontowano 64 głowice „odczytu-zapisu”. Głowice umieszczono nad ścieżkami, z których każda zawierała 32 słowa 18-bitowe. Bęben był idealnie wyważony oraz pokryty ferromagnetyczną warstwą, która umożliwiała cyfrowy zapis informacji [Zuber 2015].

ODRA 1001 oraz 1002 były pierwszymi modelami „szeregowych” maszyn liczących [Urbanek 2019].

Równolegle opracowano założenia techniczne dla maszyny ODRA 1002 (ryc. 1), opartej na technice lampowo-tranzystorowej (pierwsza generacja) o wyższych parametrach technicznych (egzemplarz tej maszyny znajduje się w Muzeum Techniki w Warszawie). Montaż maszyny ODRA 1002 zakończono w grudniu 1961 r., a w czerwcu następnego roku została ona uruchomiona. ODRA 1001 i ODRA 1002 nie weszły do produkcji seryjnej z uwagi na stosunkowo dużą zawodność [Maćkowiak i in. 2018].

Rycina 1. Komputer Odra 1002, eksponat w Muzeum Techniki w Warszawie (fot. Marcin Marucha [Nowakowski 2019], na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 3.0).

W 1962 r. uruchomiony został pierwszy egzemplarz maszyny cyfrowej UMC-1, pracującej w arytmetyce minus dwójkowej [Bilski 1989]. Jego prototyp powstał w 1960 r. w ZKTiR Politechniki Warszawskiej. W 1965 r. uruchomiono maszynę UMC 10, która była tranzystorową wersją maszyny UMC 1 [Madey i Sysło 2000]. W latach 1963-1964 wyprodukowano 25 maszyn cyfrowych UMC-1. Dzięki dobremu oprogramowaniu stworzonemu przy udziale matematyków Politechniki Warszawskiej i Politechniki Wrocławskiej komputery UMC-1 znalazły zastosowanie przy obliczeniach związanych z kartografią i geodezją.

UMC 1 była dużą maszyną lampową, energochłonną i mocno nagrzewającą się, dlatego też wymagała intensywnego chłodzenia. Była wyposażona w pamięć bębnową o pojemności 4096 słów 36 bitowych. Osiągała szybkość 100 dodawań na sekundę. Na wejściu i jednocześnie wyjściu miała dalekopis z perforatorem taśmy [Zuber 2015, s. 138].

ODRA 1003 była pierwszym, seryjnie produkowanym polskim komputerem [Madey i Sysło 2000].

Maszyna UMC-1 była urządzeniem w pełni lampowym, a jej możliwości techniczne niewiele różniły się od maszyn ODRA 1001 i ODRA 1002. Model ODRY 1003 (druga generacja – technika tranzystorowa) został wykonany w 1962 r., a prototyp rok później. W 1964 r. uruchomiono produkcję seryjną. W latach 1964–1965 wyprodukowano 42 egzemplarze ODRY 1003 [Maćkowiak i in. 2018]. Komputer ODRA 1003 o szeregowym i dynamicznym przetwarzaniu informacji oraz wyposażony w podprogramy stałego i zmiennego przecinka, miał za urządzenia WE/WY jedynie dalekopis, czytnik i dziurkarkę taśmy papierowej oraz konwerter analogowo-cyfrowy [Urbanek 2019]. W Katedrze Metod Numerycznych w Uniwersytecie Warszawskim wykonano wtedy Autokod Most 1 dla maszyny Odra 1003 oraz dwie realizacje języka Algol 60 i ich translatory, a w późniejszym czasie także system operacyjny MASON i bibliotekę około 200 podstawowych algorytmów numerycznych dla maszyny ODRA 1204 [Madey i Sysło 2000].

Rok 1965 – ODRA 1013

W czerwcu 1965 r. powstał prototyp ulepszonej wersji mc. ODRA 1003 o nazwie ODRA 1013 (ryc. 2). Był to komputer drugiej generacji zbudowany w oparciu o germanowe diody i tranzystory, wyposażony w pamięć bębnową oraz ferrytową o pojemności 256 słów maszynowych, a także oprogramowanie zaadoptowane z maszyny ODRA 1003 [Maćkowiak i in. 2018]. Dzięki temu ODRA 1013 była dwa razy szybsza niż jej poprzedniczka (do 2,8 tys. operacji na sekundę). ODRA 1013 została wdrożona do produkcji seryjnej w 1966 r. [Madey i Sysło 2000]. Kolejną wersją komputera ODRA była ODRA 1103, która posiadała rozszerzoną pamięć ferrytową oraz systemową pamięć bębnową [Urbanek 2019].

Komputery ODRA 1003 oraz UMC-1 były prawie wyłącznie wykorzystywane do obliczeń naukowo-technicznych [Maćkowiak i in. 2018].

Urbanek [2019] zwrócił uwagę, że ODRA 1001, 1002, 1003 oraz 1013 były prostymi maszynami cyfrowymi (w porównaniu do dzisiejszych komputerów) o szeregowym sposobie liczenia (sumatory jednobitowe). Każda z nich wymagała indywidualnego dostrajania się do aktualnej szybkości informacji spływającej z bębna magnetycznego, który stanowił serce systemu. Jednak były one niezawodne w działaniu i pomimo niewielkiej mocy obliczeniowej pozwalały na realizację prostych, lecz żmudnych i czasochłonnych obliczeń algorytmicznych.

Rycina 2. Maszyna cyfrowa ODRA 1013 wyprodukowana w 1966 r.
Źródło: Maćkowiak i in. 2018

Zasadniczy postęp w rozwoju wrocławskich komputerów nastąpił podczas projektowania mc. ODRA 1204 zbudowanej w oparciu o technikę tranzystorową. W maszynie cyfrowej ODRA 1204, po raz pierwszy w Polsce zastosowano unikatową ówcześnie, mikroprogramowaną realizację rozkazów procesora centralnego. Druga generacja maszyn cyfrowych miała „równoległą” strukturę logiczną tzn. umożliwiała jednoczesne przetwarzanie słów 24-bitowych (sumator równoległy) – sterowaną za pośrednictwem mikrooperacji znajdujących się w pamięci stałej (ROM) o pojemności 1K słów [Urbanek 2019]. W latach 1968-1972 wyprodukowano 179 egzemplarzy mc. ODRA 1204, z czego wyeksportowano 114. ODRA 1204 była jedną z najlepszych maszyn cyfrowych produkowanych w tym okresie w krajach Europy Wschodniej i Środkowej [Maćkowiak i in. 2018].

Założono, że Odra 1204 będzie miała mikroprogramowaną strukturę logiczną, modułową pamięć ferrytową o pojemności 16, 32 lub 64 ksłów 24-bitowych, czytnik i perforator taśmy papierowej, pamięć bębnową 4×16 ksłów oraz możliwość dołączenia pamięci taśmowej [Bilski i in. 2017, s. 14].

Rok 1968 – ODRA 1304

Model procesora ODRA 1304 powstał w połowie 1968 r., jako wynik zaledwie rocznej pracy konstruktorów. Nie bez znaczenia był fakt, że w jego konstrukcji zastosowano wiele wcześniej sprawdzonych rozwiązań, znajdujących się w seryjnej produkcji mc. Odra 1204. Jednocześnie jednak mc. ODRA 1304 różniła się diametralnie od strony technicznej oraz wyposażeniem wewnętrznym i zewnętrznym od pierwowzoru, którym był brytyjski ICL 1904.

W latach 1970–1983 Elwro wyprodukowało łącznie ponad 600 komputerów Odra serii 1300 [Bilski i in. 2017].

Standardowym systemem operacyjnym dla maszyn ODRA 1304 (ICL 1904) był program zarządzający Executive E6BM (Batch processing Mode), projektowany do sprawnej obsługi pracy wsadowej. System ten przeważnie rezydował na taśmach magnetycznych, dlatego też zyskał oznaczenie: „egzekutor taśmowy” [Urbanek 2019]. Maszynę cyfrową ODRA 1304 zaprojektowano tak, aby mogła ona akceptować oprogramowanie ICL. Została w tej materii zawarta stosowna umowa pomiędzy ICL a Elwro. Jednak podstawą projektu Odry 1304 była jedynie otrzymana od ICL lista rozkazów i dokładny opis wszystkich instrukcji. Realizacja umowy software’owej była na ówczesne czasy osiągnięciem unikatowym w skali światowej. Nastąpiło otwarcie polskiej informatyki na Zachód [Bilski i in. 2017, s. 22]. Dzięki umowie zawartej z ICL, wszystkie produkty komputerowe serii Odra 1300 były dobrze oprogramowane systemowo, narzędziowo i użytkowo [Urbanek 2019].

W skład systemu ODRA 1304 wchodziły nowe urządzenia zewnętrzne, w tym czytnik taśmy papierowej CT-304, dziurkarka taśmy papierowej DT-304 oraz czytnik kart perforowanych CK-304, jednak najważniejszym urządzeniem do wyprowadzania informacji była drukarka wierszowa DW-304. W styczniu 1970 r. we wrocławskim ZETO odbył się pierwszy publiczny pokaz zgodności programowej ODRY 1304 z komputerem ICL 1904 [Maćkowiak i in. 2018]. Pokaz zakończył się sukcesem. Jednak czy świat mógł pozwolić na to, aby Polska była centrum rozwoju myśli komputerowej? (…)

Do czego służyły komputery ODRA?

Wszystkie komputery drugiej generacji, poza ODRĄ 1304, torowały rozwój informatyki w obszarach wymagających obliczeń naukowo-technicznych, w pracach badawczych, projektowych, w uczelniach, instytutach, w geodezji, meteorologii, pracując w kraju i poza jego granicami. Podmioty, które wykorzystywały komputery ODRA zostały wymienione w publikacji B. Maćkowiak i współautorów [2018].
Instalowane w kraju zestawy komputerowe Odra 1304 stanowiły pierwszy etap tworzenia krajowych systemów przetwarzania danych w ośrodkach obliczeniowych ZETO lub przyzakładowych, a także były wykorzystywane w wielu sektorach gospodarczych, m.in.: wydobywczym, kolejowym, energetycznym, a także w instytucjach bankowych i statystycznych [Urbanek 2019].

Czytaj: Komputery trzeciej generacji – rodzina komputerów* ODRA 1300.

*W stosunku do maszyn ODRA stosowano określenie „rodzina komputerów”. Jednak, pomimo że komputery te miały wspólną genealogię, nie były kompatybilne – różniły się nie tylko realizacją techniczną i organizacją logiczną, ale przede wszystkim architekturą. Rodzinę maszyn tworzyły dopiero, produkowane od 1970 r., modele serii ODRA 1300. Wydaje się, że podstawowym czynnikiem wpływającym na koncepcję tych maszyn była realizacja pamięci operacyjnej jako pamięci bębnowej. Wszystkie maszyny ODRA aż do modelu 1013 (również UMC-1) miały pamięć bębnową i wszystkie, z wyjątkiem modelu 1001, były niesekwencyjne. Pamięć ferrytową wprowadzono po raz pierwszy w modelu ODRA 1013. Dopiero ODRA 1204 miała pamięć typu RAM zrealizowaną na rdzeniach ferrytowych [Komorowski 2002].

Źródła

• Bilski, E. (1989). Okres maszyn cyfrowych typu ODRA. Informatyka, 8–12, 27.
• Bilski, E., Kamburelis, T., Piwowar, B. (2017). Wrocławskie Zakłady Elektroniczne. Okres komputerów Odra 1300. W:
• Komorowski, W. (2002). Pierwsze polskie komputery Odra. Kwartalnik Historii Nauki i Techniki, 47(2), 97-109.
• Noga, M., Nowak, J.S (red.). Polska informatyka: wizje i trudne początki (pp. 11-35). Polskie Towarzystwo Informatyczne, Warszawa.
• Lukaszewicz, L. (1990). On the Beginnings of Computer Development in Poland. Annals of the History of Computing, 12(2), 103-107. https://doi.org/10.1109/MAHC.1990.10021
• Maćkowiak, B., Myszkier, A., Safader, B. (2018). Polskie komputery rodziły się w ELWRO we Wrocławiu. W: Trzaskowska, G. (red.). Rola Wrocławskich Zakładów Elektronicznych ELWRO w rozwoju informatyki w Polsce, Wrocław.
• Madey, J., Sysło, M.M. (2000). Początki informatyki w Polsce. Informatyka, 9(10).
• Nowakowski, W. (2019). 50 lat polskich komputerów. Historia romantyczna (cz. 2), available at: http://bit.ly/2oo2m1t
• Urbanek, A. (2019). Jak powstała seria ODRA 1300. Wspomnienia konstruktora maszyn cyfrowych w ELWRO, available at: http://www.elwrowcy.pl
• Zuber, R. (2015). The first years of computer science in Wrocław. Recolection of 1945-1968. Antiquitates Mathematicae, 9(1), 125-168. https://doi.org/10.14708/am.v9i0.830