Egyedülálló és elfeledett: A szovjet rakétavédelem születése. EPOS projekt
GYÜMÖLCSLÉ
Jan G. Oblonsky, a Svoboda korai tanítványa és az EPOS-1 fejlesztője így emlékszik vissza (Eloge: Antonin Svoboda, 1907-980, IEEE Annals of the History of Computing, 2. kötet, 4. szám, 1980. október):
Működésének megértéséhez emlékeznie kell arra, hogy mi a természetes számok felosztása. Természetes számokkal természetesen nem tudunk törteket ábrázolni, de maradékkal osztást végezhetünk. Könnyen belátható, hogy ha különböző számokat ugyanazzal az adott m-mel osztunk, ugyanazt a maradékot kaphatjuk, ilyenkor azt mondják, hogy az eredeti számok összehasonlítható modulo m. Nyilvánvaló, hogy pontosan 10 maradék lehet - nullától kilencig. A matematikusok hamar észrevették, hogy létre lehet hozni egy olyan számrendszert, ahol a hagyományos számok helyett pontosan az osztás maradékai jelennek meg, hiszen ezeket ugyanúgy lehet összeadni, kivonni és szorozni. Ennek eredményeként bármely szám ábrázolható nem a szó szokásos értelmében vett számjegyek halmazaként, hanem ilyen maradékok halmazaként.
Miért ilyen perverziók, könnyebb lesz tőlük valami? Valójában milyen lesz, ha matematikai műveletek végrehajtásáról van szó. Mint kiderült, egy gép sokkal könnyebben nem számokkal, hanem maradékokkal hajt végre műveleteket, és itt van miért. A maradék osztályok rendszerében minden szám, többjegyű és nagyon hosszú a szokásos helyzetrendszerben, egyjegyű számok soraként jelenik meg, amelyek az eredeti számnak az alap RNS-sel (kopprím sor) való osztásának maradékai. számok).
Mi fogja felgyorsítani a munkát egy ilyen átállással? Egy hagyományos helymeghatározó rendszerben az aritmetikai műveleteket egymás után, bitenként hajtják végre. Ilyenkor jönnek létre a következő magasabb rendű átvitelek, amelyek feldolgozásához bonyolult hardvermechanizmusok szükségesek, ezek általában lassan és szekvenciálisan működnek (vannak különféle gyorsítási módszerek, mátrixszorzók stb., de ez mindenképpen nem triviális és nehézkes áramkör).
A SOC-ban lehetővé vált ennek a folyamatnak a párhuzamosítása: az egyes bázisok maradékain végzett összes műveletet külön-külön, függetlenül és egy órajel ciklusban hajtják végre. Nyilvánvaló, hogy ez nagyban felgyorsítja az összes számítást, ráadásul a maradékok definíció szerint egyjegyűek, ennek eredményeként számítsa ki az összeadás, szorzás stb. nem szükséges, elég bevillantani őket a műveleti táblázat memóriájába és onnan kiolvasni. Ennek eredményeként az RNS-ben a számokkal végzett műveletek több százszor gyorsabbak, mint a hagyományos megközelítés! Miért nem vezették be azonnal és mindenhol ezt a rendszert? Szokás szerint ez csak elméletben zökkenőmentes – a valós számítások olyan problémákba ütközhetnek, mint a túlcsordulás (amikor a kapott szám túl nagy ahhoz, hogy beleférjen egy regiszterbe), az RNS-ben a kerekítés is nagyon nem triviális, valamint a számok összehasonlítása (szigorúan az RNS nem a pozicionális rendszer, és a "több-kevesebb" kifejezésnek ott egyáltalán nincs értelme). Valakh és Svoboda ezeknek a problémáknak a megoldására összpontosított, mert a SOK által ígért előnyök már nagyon nagyok voltak.
Az SOC gépek működési elveinek megértéséhez vegyünk egy példát (aki nem érdeklődik a matematika iránt, kihagyhatja):
A fordított fordítás, vagyis egy szám helyzeti értékének visszaállítása a maradékból, problémásabb. A probléma az, hogy ténylegesen meg kell oldanunk egy n összehasonlítás rendszerét, ami hosszú számításokhoz vezet. Az RNS területén végzett számos tanulmány fő feladata ennek a folyamatnak az optimalizálása, mivel számos olyan algoritmus mögött áll, amelyekben valamilyen formában a számok számegyenesen elfoglalt helyzetének ismerete szükséges. Számelméletben a jelzett összehasonlítási rendszer megoldásának módszere nagyon régóta ismert, és a már említett kínai maradéktétel következményéből áll. Az átmenet képlete elég körülményes, itt nem adjuk meg, csak annyit jegyezzünk meg, hogy a legtöbb esetben ezt a fordítást igyekeznek elkerülni, úgy optimalizálják az algoritmusokat, hogy a végsőkig az RNS-en belül maradjanak.
A rendszer további előnye, hogy táblázatos formában és az RNS-ben egy órajelben is nemcsak számokkal, hanem tetszőlegesen összetett, polinomként ábrázolható függvényekkel is végrehajtható (kivéve persze, ha az eredmény túlmutat az ábrázolási tartomány). Végül az SOC-nak van egy másik fontos előnye is. További alapokat tudunk bevezetni, és ezáltal megszerezni a hibaelhárításhoz szükséges redundanciát, méghozzá természetes és egyszerű módon, anélkül, hogy a rendszert hármas redundanciával terhelnénk.
Sőt, az RNS már magában a számítási folyamatban is lehetővé teszi a vezérlést, és nem csak akkor, amikor az eredményt a memóriában tárolják (ahogyan a hibajavító kódok a szokásos számrendszerben teszik). Általában ez az egyetlen módja az ALU vezérlésének a munka során, és nem a végeredmény a RAM-ban. Az 1960-as években a processzor egy vagy több szekrényt foglalt el, sok ezer egyedi elemet, forrasztott és leszerelhető érintkezőket, valamint kilométernyi vezetéket tartalmazott - ez a különféle zavarok, hibák és meghibásodások, valamint az ellenőrizetlenek garantált forrása. Az SOC-ra való áttérés lehetővé tette a rendszer stabilitásának több százszoros meghibásodását.
Ennek eredményeként a SOK gép óriási előnyökkel járt.
- A lehető legmagasabb hibatűrés az egyes műveletek helyességének automatikus beépített vezérlésével minden szakaszban – a számok leolvasásától a számtanon át a RAM-ig történő írásig. Azt hiszem, felesleges magyarázni, hogy a rakétavédelmi rendszerek számára talán ez a legfontosabb tulajdonság.
- A műveletek elméletileg lehetséges maximális párhuzamossága (elvileg abszolút minden aritmetikai művelet az RNS keretein belül egy ciklusban elvégezhető, az eredeti számok bitmélységére egyáltalán nem figyelve) és a számítások sebessége elérhetetlen bármilyen más módszerrel. Ismét nem kell magyarázni, miért kellett a PRO számítógépeknek a lehető legproduktívabbnak lenniük.
Így a SOK-gépek egyszerűen könyörögtek rakétavédelmi számítógépként való használatukért, náluk jobb nem is lehetett erre a célra azokban az években, de az ilyen gépeket a gyakorlatban így is meg kellett építeni, és minden technikai nehézséget ki kellett kerülni. A csehek remekül kezelték.
Öt évnyi kutatás eredménye volt Walach „A maradék osztályok kód- és számrendszerének eredete” című cikke, amely 1955-ben jelent meg a „Stroje Na Zpracovani Informaci” című gyűjteményben. 3, Nakl. CSAV, Prágában. Minden készen állt a számítógépes fejlesztéshez. Svoboda vonzotta a folyamatot Wallachon kívül még több tehetséges hallgatót és végzős hallgatót, és elkezdődött a munka. 1958-tól 1961-ig az EPOS I (a cseh elektronkovy počitač středni - közepes számítógép) nevű gép alkatrészeinek körülbelül 65%-a készen állt. A számítógépet az ARITMA üzem telephelyén kellett volna gyártani, de a SAPO-hoz hasonlóan az EPOS I bevezetése sem volt problémamentes, különösen az elembázis gyártása terén.
A memóriaegység ferriteinek hiánya, a diódák rossz minősége, a mérőberendezések hiánya - ez csak egy hiányos lista azokról a nehézségekről, amelyekkel Svobodának és tanítványainak szembe kellett nézniük. A legnagyobb küldetés egy olyan elemi dolog beszerzése volt, mint egy mágnesszalag, история beszerzése egy kis ipari romantikából is merít. Először is, Csehszlovákiában osztályként hiányzott, egyszerűen nem gyártották, mivel ehhez egyáltalán nem volt felszerelésük. Másodszor, a KGST-országokban hasonló volt a helyzet - addigra már csak a Szovjetunió gyártott valamilyen szalagot. Nemcsak borzasztó minőségű volt (általában a perifériákkal és különösen a számítógéptől a kompakt kazettákig terjedő rohadt szalaggal a probléma a végsőkig üldözte a szovjeteket, akinek volt szerencséje szovjet kazettával dolgozni, rengeteg történetek arról, hogyan szakították ki, öntötték stb.), így a cseh kommunisták valamiért nem vártak segítséget szovjet kollégáiktól, és senki sem adta át nekik a szalagot.
Ennek eredményeként Karel Poláček általános gépészeti miniszter 1,7 millió koronás támogatást különített el a szalag nyugati kitermelésére, azonban a bürokratikus akadályok miatt kiderült, hogy ennyiért nem lehet devizát kibocsátani. az Általános Gépészmérnöki Minisztérium határain belül az import technológia. Amíg ezzel a problémával foglalkoztunk, lekéstük az 1962-es rendelési határidőt, és az egész 1963-at várni kellett. Végül csak az 1964-es brnói nemzetközi vásáron, a Tudomány és Technológia Fejlesztési és Koordinációs Állami Bizottsága és az Állami Vezetési és Szervezési Bizottság közötti tárgyalások eredményeként, sikerült szalagos memóriát importálni a ZUSE-val együtt. 23 számítógép (a Csehszlovák Szocialista Köztársaság az embargó miatt nem volt hajlandó eladni a kazettát külön, nekem kellett vennem egy egész számítógépet semleges svájciból, és ki kellett venni belőle a mágneses meghajtókat).
EPOS 1
Az EPOS I egy moduláris felépítésű unicast csöves számítógép volt. Annak ellenére, hogy technikailag a gépek első generációja volt, a benne használt ötletek és technológiák egy része nagyon fejlett volt, és csak néhány évvel később vezették be tömegesen a második generációs gépekben. Az EPOS I 15 000 germánium tranzisztorból, 56 000 germánium diódából és 7 800 vákuumcsőből állt, konfigurációtól függően 5-20 kIPS sebességgel működött, ami akkoriban nem volt rossz. A gépet cseh és szlovák billentyűzettel szerelték fel. Programozási nyelv - EPOS I autocode és ALGOL 60.
A gép regisztereit az akkori évek legfejlettebb nikkel-acél magnetostrikciós késleltetési vonalain szerelték össze. Sokkal hidegebb volt, mint az Arrow higanycsövek, és az 1960-as évek végéig számos nyugati kivitelben használták, mivel olcsó és viszonylag gyors volt, használta a LEO I, a különféle Ferranti gépek, az IBM 2848 Display Control és sok más korai videoterminál. (egy vezeték általában 4 karakterláncot tárol = 960 bit). Sikeresen használták a korai asztali elektronikus számológépekben is, köztük a Friden EC-130 (1964) és EC-132, az Olivetti Programma 101 (1965) programozható számológépekben, valamint a Litton Monroe Epic 2000 és 3000 (1967) programozható számológépekben.
Általában véve Csehszlovákia ebben a tekintetben csodálatos hely volt - a Szovjetunió és a teljes értékű Nyugat-Európa keresztezése. Egyrészt az 1950-es évek közepén még a lámpákkal is voltak problémák (emlékezzünk rá, hogy a Szovjetunióban is voltak, bár nem olyan elhanyagolt mértékben), és a Svoboda az 1930-as évek szörnyen elavult technológiájára építette az első gépeket - a relék viszont az 1960-as évek elejére egészen modern nikkel késleltető vonalak váltak a cseh mérnökök rendelkezésére, melyeket 5-10 évvel később (mire Nyugaton elavulttá váltak, pl. például a hazai Iskra-11 ”, 1970 és az „Electronics-155”, 1973, utóbbit annyira fejlettnek tekintik, hogy már ezüstérmet kapott a VDNKh-nál).
Az EPOS I, ahogy sejthető, decimális volt, és gazdag perifériákkal rendelkezett, emellett a Svoboda számos egyedi hardvermegoldást biztosított a számítógépben, amelyek jelentősen megelőzték korukat. A számítógépben az I/O műveletek mindig sokkal lassabbak, mint a RAM-mal és ALU-val való munkavégzés, ezért úgy döntöttek, hogy a processzor üresjárati idejét használjuk fel, miközben az általa végrehajtott program lassú külső meghajtókat ért el egy másik független program elindítására - ilyen módon akár 5 program párhuzamos végrehajtására volt lehetőség! Ez volt a világon az első olyan multiprogramozás megvalósítása, amely hardveres megszakításokat használ. Sőt, bevezették a külső (a gép különböző, egymástól független moduljaival működő programok párhuzamos indítása) és a belső (a legidőigényesebb divíziós működéshez szükséges csővezetékek) időfelosztást, ami lehetővé tette a termelékenység többszörös növelését.
Ezt az innovatív megoldást joggal tekintik Svoboda építészeti remekének, és csak néhány évvel később alkalmazták tömegesen a nyugati ipari számítógépekben. Az EPOS I többprogramos számítógépes vezérlést akkor fejlesztették ki, amikor az időmegosztás gondolata még gyerekcipőben járt, még az 1970-es évek második felének elektromos szakirodalmában is nagyon fejlettként emlegetik.
A számítógép kényelmes információs panellel volt felszerelve, amelyen valós időben lehetett nyomon követni a folyamatok előrehaladását. A tervezés kezdetben azt feltételezte, hogy a fő alkatrészek megbízhatósága nem tökéletes, így az EPOS I az egyes hibákat az aktuális számítás megszakítása nélkül tudta kijavítani. Egy másik fontos funkció volt az alkatrészek üzem közbeni cseréjének lehetősége, valamint különféle I / O eszközök csatlakoztatása és a dob vagy mágneses memória számának növelése. Az EPOS I moduláris felépítéséből adódóan a tömeges adatfeldolgozástól az adminisztratív automatizáláson át egészen a tudományos, műszaki vagy gazdasági számításokig széles körű alkalmazási körrel rendelkezett. Ráadásul elegáns volt és elég szép is, a csehek a Szovjetunióval ellentétben nemcsak a teljesítményre, hanem az autóik dizájnjára és kényelmére is gondoltak.
A sürgős kormányzati kérések és a rendkívüli pénzügyi támogatások ellenére az Általános Gépipari Minisztérium nem tudta biztosítani a szükséges termelési kapacitást a VHJ ZJŠ Brno gyárában, ahol az EPOS I-t gyártani akarták, kezdetben azt feltételezték, hogy ennek gépei sorozat nagyjából 1970-ig elégítené ki a nemzetgazdasági igényeket. Végül minden sokkal szomorúbbra sikeredett, a komponensekkel kapcsolatos problémák sem szűntek meg, ráadásul a nagy teljesítményű TESLA konszern is beavatkozott a játékba, amivel borzasztóan veszteséges volt cseh autókat gyártani.
1965 tavaszán szovjet szakemberek jelenlétében az EPOS I sikeres állami tesztjeit végezték el, amelyeken különösen nagyra értékelték annak logikai felépítését, amelynek minősége megfelelt a világszintnek. Sajnos a számítógép alaptalan kritika tárgyává vált néhány számítógépes "szakértőtől", akik megpróbálták átvinni a számítógépek importjáról szóló döntést, például a Szlovák Automatizálási Bizottság elnöke, Jaroslav Michalica írta (Dovážet, nebo vyrábět samočinné počítače? In: Rudé právo , 13. dubna 1966, s. 3.):
Ez sértő és alaptalan kritika volt, mivel ezeknek a hiányosságoknak egyike sem volt közvetlenül az EPOS-hoz köthető - az energiafogyasztása kizárólag a használt elemalaptól függött, és teljesen megfelelő volt egy lámpagéphez, a szalaggal kapcsolatos problémák általában inkább politikaiak, mint technikaiak, és bármilyen nagyszámítógép beszerelése a helyiségbe, és most a gondos előkészítéshez kapcsolódik, és meglehetősen nehéz. A szoftvernek viszont esélye sem volt légből kapott megjelenésre - tömeggyártású gépekre volt szükség. Vratislav Gregor (Vratislav Gregor) mérnök a következőképpen tiltakozott ez ellen:
Sajnos, mire az EPOS I fejlesztése és elfogadása valóban elavulttá vált, a VÚMS nem vesztegette az időt a tranzisztoros változatának párhuzamos megépítésével.
EPOS 2
Az EPOS 2-t 1960 óta fejlesztik, és a második generációs számítógépek csúcsát képviseli a világon. A tervezés modularitása lehetővé tette a felhasználók számára, hogy az első verzióhoz hasonlóan a számítógépet az adott típusú megoldandó feladatokhoz igazítsák. Az átlagsebesség 38,6 kIPS volt. Összehasonlításképpen: nagy teljesítményű banki mainframe Burroughs B5500 - 60 kIPS, 1964; A CDC 1604A, Seymour Cray legendás gépe, amelyet Dubnában is használtak a szovjet nukleáris projektekben, 81 kIPS teljesítményű volt, még az IBM 360/40 sorozat átlagát is, amelynek sorozatát később a Szovjetunióban klónozták, ben fejlesztették ki. 1965, tudományos feladatokban mindössze 40 kIP-t adott ki! Az 1960-as évek elejének szabványai szerint az EPOS 2 első osztályú gép volt, a legjobb nyugati formatervezési mintákkal egyenrangú.
Az időelosztást az EPOS 2-ben még mindig nem szoftver szabályozta, mint sok külföldi számítógépben, hanem hardver. Mint mindig, most is volt egy átkos szalaggal ellátott dugó, de megegyeztek, hogy Franciaországból importálják, és később a TESLA Pardubice sajátította el a gyártását. A számítógép kifejlesztette saját operációs rendszerét - ZOS-t, amelyet ROM-ban flasheltek. A ZOS kód a FORTRAN, COBOL és RPG-k célnyelve. Az EPOS 2 prototípus tesztjei 1962-ben sikeresek voltak, de az év végére a számítógép nem készült el ugyanazon okok miatt, mint az EPOS 1. Emiatt a gyártás 1967-ig csúszott. 1968 óta a ZPA Čakovice sorozatban gyártja az EPOS 2-t ZPA 600 néven, 1971 óta pedig a ZPA 601 továbbfejlesztett változatát. Mindkét számítógép sorozatgyártása 1973-ban fejeződött be. A ZPA 601 részben szoftveresen kompatibilis volt a MINSK 22 szovjet gépsorral, összesen 38 darab ZPA modell készült, amelyek a világ legmegbízhatóbb rendszerei közé tartoztak. 1978-ig használták. Szintén 1969-ben készült el a kis ZPA 200-as számítógép prototípusa is, de nem került gyártásba.
Visszatérve a Teslára, meg kell jegyezni, hogy vezetésük valóban minden erejükkel szabotálta az EPOS projektet, és ennek egyetlen egyszerű oka volt. 1966-ban Csehszlovákia Központi Bizottságán keresztül 1,1 milliárd korona előirányzatot nyomtak le francia-amerikai Bull-GE nagyszámítógépek vásárlására, és egyáltalán nem volt szükségük egyszerű, kényelmes és olcsó hazai számítógépre. A Központi Bizottságon keresztüli nyomás oda vezetett, hogy nem csak kampány indult Svoboda és intézete munkáinak lejáratására (látott már ilyen idézetet, és nem is bárhol, hanem a fő nyomtatott orgánumban nyomtatták). a Csehszlovák Kommunista Párt Rudé právo), de végül is Az Általános Gépipari Minisztériumot arra kötelezték, hogy korlátozza magát két EPOS I gyártására, összesen egy prototípussal együtt végül 3 darab készült el.
Az EPOS 2 is megkapta, a TESLA mindent megtett, hogy bemutassa, hogy ez a gép használhatatlan, és a DG ZPA (Műszer- és Automatizálási Üzemek, amelyhez a VÚMS is tartozott) vezetésével terjesztette a Freedom fejlesztésére kiírt nyílt verseny ötletét. A francia BULL számítógépgyártó 200-ben az amerikai General Electric által megvásárolt olasz Olivetti gyártóval közösen kezdeményezték egy új BULL Gamma 1964 nagyszámítógép kifejlesztését, de ennek megjelenését az amerikai piacra szánták. törlésre került, mivel a jenkik úgy döntöttek, hogy belső versenyben fognak versenyezni a saját General Electric GE 140-asukkal. Ennek eredményeként a projekt a levegőben lógott, de a TESLA képviselői sikeresen elkészítették és megvásárolták a prototípust és a gyártási jogokat. 400 millió dollár (ennek eredményeként a TESLA nem csak körülbelül 7 ilyen számítógépet gyártott, hanem néhányat már a Szovjetunióban is értékesített!). Ez a TESLA 100 néven futó harmadik generációs gép volt az, amelyik legyőzte a szerencsétlen EPOS-t.
A TESLA-nak teljesen kész soros hibakereső számítógépe volt teljes teszt- és szoftverkészlettel, a VÚMS-nek csak egy prototípusa volt hiányos perifériával, egy befejezetlen operációs rendszerrel és a meghajtókkal, amelyek buszfrekvenciája 4-szer alacsonyabb, mint a francia mainframe-re. Előzetes futtatás után az EPOS eredményei a várakozásoknak megfelelően kiábrándítóak voltak, de a zseniális programozó, Jan Sokol jelentősen módosította a szokásos rendezési algoritmust, az éjjel-nappal dolgozó munkatársak eszébe jutottak a hardvert, kaptak pár hasonló gyors meghajtót. a TESLA-nak, és ennek eredményeként az EPOS 2 sokkal erősebb francia nagyszámítógépet nyert!
Az első forduló eredményeinek értékelése során Sokol a ZPA-val folytatott megbeszélésen beszélt a verseny kedvezőtlen feltételeiről, egyeztetett a vezetőséggel. Panaszát azonban a "harc után minden katona tábornok" szavakkal utasították el. Sajnos az EPOS győzelme nem befolyásolta nagyban a sorsát, nagyrészt a szerencsétlen idő miatt - 1968 volt, szovjet katonák hajtottak keresztül Prágán танки, a prágai tavaszt elnyomó, és a VÚMS szélsőséges liberalizmusáról mindig híres (amely elől ráadásul nemrég a legjobb mérnökök fele menekült Nyugatra Svobodával) finoman szólva sem tartotta nagy becsben a hatalom.
Ám ekkor kezdődik történetünk legérdekesebb része - arról, hogy a cseh fejlesztések hogyan képezték az első szovjet rakétavédelmi gépek alapját, és milyen dicstelen vég várt rájuk a végén, de erről majd legközelebb.
Folytatjuk...
- Alekszej Eremenko
- www.feb-patrimoine.com, www.historiepocitacu.cz, www.righto.com
Információk