Mineva sto let od rojstva prof.dr. Franceta Bremšaka, enega izmed ključnih začetnikov slovenskega računalništva. Ob tem jubileju se v Računalniškem muzeju poklanjamo spominu nanj z mini serijo člankov o analognem in hibridnem računalništvu.
Prof.dr. France Bremšak je leta 1962 začel predavati na Fakulteti za elektrotehniko, kjer se je nato tudi redno zaposlil in ustanovil Laboratorij za analogno in hibridno računanje. Na Inštitutu Jožef Stefan je v šestdesetih nadaljeval raziskovalno delo in vodil odsek za analogno tehniko in servomehanizme. Z ekipo odseka so sodelovali pri vzpostavitvi in uporabi raziskovalnega jedrskega reaktorja Triga, ter razvoju priprav za njegovo upravljanje in spremljanje. V tej drugi objavi obravnavamo nekatere pomembne dosežke, ki sta jih pod njegovim vodstvom v tem obdobju dosegli obe ekipi na fakulteti in inštitutu, ter predstavljamo širše področje hibridnega računalništva, ki so se ga v tem času posluževali pri svojem delu.
Hibridni analogno-digitalni računalniki
V šestdesetih so nastali novi hibridni računalniki, ki so analogne zmogljivosti okrepili z bolj natančnimi in prilagodljivimi digitalnimi. Za delovanje hibridnih računalnikov so bili bistveni analogno-digitalni in digitalno-analogni vmesniki oziroma pretvorniki, ki so omogočali komunikacijo med analognim in digitalnim delom računalnika. Prvi lahko zvezne signale pri poljubni natančnosti pretvorijo v serijo digitalnih vrednosti, ki jih digitalni računalnik lahko razume in nato prosto analizira in obdeluje. Drugi pa obratno lahko iz digitalnih vrednosti proizvedejo zvezne signale, zato se imenujejo tudi generatorji signalov.
V hibridnih računalnikih je digitalni del običajno skrbel za nastavitve analognega računalnika, nadzoroval in uravnaval je njegovo delovanje, omogočal pa je tudi izvajanje zaporednih ali vnaprej pripravljenih serij analognih izračunov, pri katerih je lahko samodejno podajal, zbiral in analiziral podatke. Analogni del je običajno simuliral določen dinamičen sistem, digitalni del pa ga je z ustreznimi algoritmi lahko uravnaval. Digitalni del je seveda lahko sodeloval tudi neposredno pri reševanju problemov brez uporabe analognih zmogljivosti.
Prednosti in področja uporabe
S hibridnimi računalniki so lahko veliko bolj učinkovito in natančno izvajali vsa opravila običajnih analognih računalnikov. Z njimi so zelo enostavno in sistematično lahko optimizirali pogoje obravnavanih simulacij. Na običajnih analognih računalnikih je bil to pogosto zelo dolgotrajen proces, ki je zahteval številne ročne spremembe ali pa izredno drago strojno opremo. Digitalne zmogljivosti so lahko pripomogle tudi k bolj podrobnim analizam in lažji povezavi z drugimi bolj zmogljivimi digitalnimi računalniki.
Analogno in hibridno računalništvo posegata na različna področja. Najpomembnejša so področja računalniške simulacije in matematičnega modeliranja, ter področja identifikacije, optimizacije in regulacije dinamičnih procesov in sistemov. V povezavi s tem pa posegajo tudi na področje računalniškega krmiljenja in avtomatizacije. Kot simulatorji dinamičnih sistemov so hibridni računalniki uporabni na številnih interdisciplinarnih področjih, ki niso nujno tehnične narave.
Hibridno računalništvo pri nas
Pri nas so se predvsem po zaslugi prof.dr. Franceta Bremšaka že konec petdesetih začela pojavljati prva znanja s teh področij na oddelku za elektroniko Inštituta Jožef Stefan. V šestdesetih so na inštitutu ta področja še naprej pokrivali na odseku za nuklearno elektroniko in kasneje na odseku za analogno tehniko in servomehanizme. Ekipa je bila tesno povezana z laboratorijem na Fakulteti za elektrotehniko. Del teh področij iz digitalne strani pa so seveda pokrivali tudi na odseku za digitalno tehniko, ki je nato prerastel v samostojen oddelek za računalništvo pod vodstvom prof.dr. Antona P. Železnikarja.
Področje analognega in hibridnega računalništva so od leta 1963 naprej pokrivali predvsem v Laboratoriju za analogno in hibridno računanje na Fakulteti za elektrotehniko. Hibridnega računalnika so se posluževali tudi v Laboratoriju za tehnično kibernetiko, obdelovalne sisteme in računalniško tehnologijo na Fakulteti za strojništvo.
EAI-580 na Fakulteti za elektrotehniko
V sodelovanju z Inštitutom Jožef Stefan so v Laboratoriju za analogno in hibridno računanje na Fakulteti za elektrotehniko leta 1968 kupili takrat najnovejši tranzistorski analogni oziroma hibridni računalnik EAI-580 vodilnega proizvajalca Electronic Associates Incorporated. To je bil splošnonamenski hibridni računalnik. S številnimi analognimi računskimi pripomočki je bilo mogoče na računalniku praktično simulirati in prilagajati skoraj vsako matematično funkcijo.
Računalnik EAI-580 je bil sestavljen iz 16 integratorjev, 16 seštevalnikov, 32 inverterjev, 4 množilnikov, 4 funkcijskih genertorjev in 2 trigonometričnih generatorjev. Za nastavitev koeficientov je imel 10 ročno nastavljivih potenciometrov in 80 potenciometrov nastavljivih prek servomehanizmov. Vseboval je še vrsto logično krmiljenih elementov in digitalni logični del s štirimi registri, dvema števcema in 32 logičnimi vrati. Rezultate je lahko prikazoval na osciloskopu ali na koordinatnem risalniku.
Prek digitalnega vmesnika so ga lahko povezali z večjim digitalnim računalnikom v še bolj zmogljiv hibriden sistem. V laboratoriju so ga uporabljali za pedagoško delo in za preučevanje temeljev analogne tehnike, analognih računalniških metod in postopkov. Precej pa so z njim preučevali tudi praktične probleme v domačih telekomunikacijskih in elektroenergetskih sistemih s pomočjo simulacije in matematičnega modeliranja. Leta 1977 so ga povezali z računalnikom DEC PDP-11/34, ki so ga takrat kupili na fakulteti. Uporabljali so ga do konca osemdesetih, ko so kupili nov še bolj zmogljiv hibridni računalnik EAI-2000.
Zelo pomembno delo je ekipa na fakulteti konec šestdesetih opravila tudi z razvojem in izgradnjo lastnega operacijskega ojačevalnika za analogni računalnik v tehniki integriranih vezij po naročilu iz tujine.
Simulacija, identifikacija, regulacija in optimizacija procesov
Hibridne računalnike so s pridom uporabljali tudi pri načrtovanju avtomatizacije. Z njimi so v laboratoriju namreč lahko simulirali poljubne upravljane procese in predvideli oziroma identificirali parametre upravljanega procesa. Nato so ustrezno programirali procesni računalnik, ki je prek vmesnikov spremljal in upravljal proces. Procesni računalnik je lahko že v laboratoriju prek servomehanizmov uravnaval potenciometre hibridnega računalnika in s tem uravnaval parametre simulacije, tako kot bi upravljal dejanski proces v tovarni.
V sedemdesetih so digitalni računalniki po zaslugi izrazitega povečanja strojnih zmogljivosti in novih specializiranih programskih jezikov začeli prevzemati tudi tradicionalno analogno področje simulacije. Digitalno simulacijo so na začetku sedemdesetih začeli raziskovati tudi pri nas, najprej na računalniku IBM 1130, ki so ga kupili leta 1971 na Fakulteti za elektrotehniko, vendar pa so bili v tem času tudi veliko večji računalniki še premalo zmogljivi, da bi lahko na področju simulacije popolnoma nadomestili analogne oziroma hibridne. Hibridni računalniki so vsaj do sredine sedemdesetih še vedno predstavljali glavno orodje na tem področju.
Jedrski reaktor Triga
Verjetno en izmed prvih projektov avtomatizacije s procesnim računalnikom pri nas sta izvedli ravno ekipi iz inštituta in fakultete na raziskovalnem jedrskem reaktorju Triga, ki so ga v Podgorici namestili oziroma dokončali leta 1966. Razvili so potrebne vmesnike, upravljaljne in merilne naprave za spremljanje njegovega delovanja in izvedli računalniško upravljanje reaktorja s tranzistorskim mini računalnikom CDC 1700. To je bil običajni digitalni mini računalnik, ki so ga pogosto uporabljali pri upravljanju procesov. Prek ustreznih vmesnikov je skrbel za nadzor pri izvajanju poskusov in beleženje podatkov.
Prav za potrebe reaktorskih preračunov pa so na inštitutu že leta 1962 pristopili tudi k nakupu prvega digitalnega elektronskega računalnika pri nas Zuse Z-23. Pred njim so nekaj preračunov izvedli tudi na prvem digitalnem računalniku v Jugoslaviji IBM 705. Programe zanj je takrat sestavil prof.dr Janez Grad.
IBM System 7 in ARITMA Meda 41T na Fakulteti za strojništvo
S področjem avtomatizacije in računalniškega upravljanja so se ukvarjali tudi v Laboratoriju za tehnično kibernetiko, obdelovalne sisteme in računalniško tehnologijo, ki ga je leta 1965 na Fakulteti za strojništvo ustanovil prof.dr Janez Peklenik. V laboratoriju so leta 1972 poleg mini računalnika IBM 1130 kupili tudi sistem analognih računalnikov in procesni računalnik. Uporabljali so jih za simuliranje procesov in modeliranje avtomatiziranih sistemov kot tudi za tehnološke raziskave na področju obdelave materialov.
Njihov računalnik IBM System 7 je bil takrat relativno nov specializiran procesni računalnik s hibridnimi zmogljivosti za hkratno beleženje in pretvorbo večjega števila analognih vrednosti. Vrednosti je v digitalni obliki nato posredoval na povezan digitalni računalnik, običajno večji računalnik iz serije IBM/370, v tem primeru pa njihov mini računalnik IBM 1130, s katerim so v laboratoriju zbrane podatke analizirali. Na njem so tudi sestavljali programe za procesni računalnik, večinoma v višjih jezikih Fortran, Algol, Basic ali pa v zbirnem jeziku.
Dodaten sistem analognih iteracijskih računalnikov Aritma MEDA 41T so uporabljali za reševanje bolj zahtevnih problemov. Tudi ta je imel napredne hibridne zmogljivosti, sestavljen pa je bil iz treh medsebojno povezanih enot, ki so lahko delovale v več različnih načinih pri reševanju posameznih ali skupnega problema. Večinoma je bil izdelan v tranzistorski tehniki, delno pa že iz standardnih integriranih vezij. Poleg vgrajenega kazalčnega inštrumenta z več območji in digitalnega inštrumenta je vključeval še oscilograf in registrirni inštrument z možnostjo zvezne in točkovne registracije.
Danes hibridno enoto MEDA 41T/C razstavljamo v Računalniškem muzeju na Celovški cesti 111.
Hibridni računalnik HRS-100
Konec šestdesetih so lasten večji hibridni računalnik v sodelovanju s sovjetskimi kolegi začeli razvijati na beograjskem Inštitutu Mihajlo Pupin. To je bil splošnonamenski računalnik takrat že v veliki meri izdelan v tehnologiji integriranih vezij. Analogna in digitalna enota sta bili povsem ločeni, v tretji hibridni enoti pa so bili vsi analogno-digitalni in digitalno-analogni pretvorniki. Z ločitvijo enot so dosegli večjo izkoriščenost in realizacijo potenciala analognih in digitalnih zmogljivosti. Ekipi sta sodelovali pri razvoju vseh treh enot, vključno s programsko opremo.
Analogna enota je lahko reševala linearne in nelinearne diferencialne enačbe z zelo veliko natančnostjo. Omogočala je tudi reševanje z iterativno metodo in je vsebovala dodaten logični del z naprednim upravljanjem. Nanjo je bil priključen poseben tiskalnik, tribarvni osciloskop in koordinatni risalnik. Digitalna enota je lahko uporabljala do 64 KB glavnega pomnilnika z mangnetnimi jedri in do 8 izmenljivih diskovnih enot proizvajalca CDC. Uporabljal je še enoto za delo z luknjanim trakom in enote za delo z luknjanimi karticami, ter vrstični tiskalnik istega proizvajalca. Kot teleprintersko napravo je uporabljal kar klasični električni pisalnik IBM Selectric.
Načrtovali so serijsko proizvodnjo računalnika, vendar so nazadnje izdelali le tri računalnike za izvoz v Sovjetsko zvezo. Računalnike HRS-100 so namestili na sovjetski Akademiji znanosti v Moskvi in v Novosibirsku, prvega leta 1971. Uporabljali so jih na področjih energetike, telekomunikacij, mikroelektronike, kemije, medicine in astronavtike. Na Inštitutu Trapeznikov v Moskvi so ga uporabljali na različnih znanstvenih, tehničnih in ekonomskih področjih, v pedagoške in raziskovalne namene pa so ga uporabljali tudi na moskovskem Inštitutu za fiziko in tehnologijo.
.. zbral in sestavil Miha Urh
Več o tem
Povezan članek v seriji Prvi računalniki: Analogno računalništvo
Prejšnji članek v seriji Prvi računalniki: Mini računalniki
Naslednji članek v seriji Prvi računalniki: Univerzitetno računalništvo
Povezan članek v seriji Avtomatika: Procesno računalništvo
Nekaj virov
Delo (06.11.1971, letnik 13, številka 302) (LINK) | Slovenska biografija: France Bremšak (LINK) | Fakulteta za elektrotehniko: Spominsko srečanje ob stoti obletnici (LINK) | Fakulteta za računalništvo in informatiko: Zbornik ob dvajseti obletnici (LINK) | Božidar Radenkovič et al.: Development of analog, digital and hybrid computing in Serbia 1950-70 (LINK) | Arthur I.Rubin: Analog/Hybrid – What it was, what it is, what it may be (LINK) | Brošura EAI-580 analog hybrid computing system (LINK) | EAI Education and training department: Handbook of analog computation (LINK)
[…] Naslednji članek v seriji Avtomatika: Hibridno računalništvo […]