Почему троичный компьютер сетунь не стал популярен
В начале 1956 г . по инициативе академика С.Л. Соболева, заведующего кафедрой вычислительной математики на механико-математическом факультете Московского университета, в вычислительном центре МГУ был учрежден отдел электроники и стал работать семинар с целью создать практичный образец цифровой вычислительной машины, предназначенной для использования в вузах, а также в лабораториях и конструкторских бюро промышленных предприятий. Требовалось разработать малую ЭВМ, простую в освоении и применениях, надежную, недорогую и вместе с тем эффективную в широком спектре задач.
Обстоятельное изучение в течение года имевшихся в то время вычислительных машин и технических возможностей их реализации привело к нестандартному решению употребить в создаваемой машине не двоичный, а троичный симметричный код, реализовав ту самую уравновешенную систему счисления, которую Д. Кнут двадцать лет спустя назовет быть может, самой изящной [1] и как затем стало известно, достоинства которой были выявлены К. Шенноном в 1950 г . 121.
В отличие от общепринятого в современных компьютерах двоичного кода с цифрами 0, 1, арифметически неполноценного вследствие невозможности непосредственного представления в нем отрицательных чисел, троичный код с цифрами -1, 0, 1 обеспечивает оптимальное построение арифметики чисел со знаком. При этом, не только нет нужды в искусственных и несовершенных дополнительном, прямом либо обратном кодах чисел, но арифметика обретает ряд значительных преимуществ: единообразие кода чисел, варьируемая длина операндов, единственность операции сдвига, трехзначность функции знак числа, оптимальное округление чисел простым отсечением младших разрядов, взаимокомпенсируемость погрешностей округления в процессе вычисления [3].
Троичная ЭВМ “Сетунь” [4, 5], опытный образец которой разработали, смонтировали и к концу 1958 г . ввели в эксплуатацию сотрудники отдела электроники, как показал опыт ее освоения, программного оснащения и многообразных практических применений, с исчерпывающей полнотой удовлетворяла всем предусмотренным заданием на ее разработку требованиям. Этот успех, с учетом того, что разработка троичной ЭВМ предпринималась впервые, проводилась немногочисленным коллективом начинающих сотрудников (8 выпускников МЭИ и МГУ, 12 техников и лаборантов) и была выполнена в короткий срок, явно свидетельствует о благодатности троичной цифровой техники. Ценой усложнения по сравнению с двоичными элементов памяти и элементарных операций достигается существенное упрощение и, главное, естественность архитектуры троичных устройств.
При минимальном наборе команд (всего 24 одноадресные команды) “Сетунь” обеспечивала возможность вычислений с фиксированной и с плавающей запятой, обладала индекс-регистром, значение которого можно как прибавлять, так и вычитать при модификации адреса, предоставляла операцию сложения с произведением, оптимизирующую вычисление полиномов, операцию поразрядного умножения и три команды условного перехода по знаку результата. Простая и эффективная архитектура позволила усилиями небольшой группы программистов уже к концу 1959 г . оснастить машину системой программирования и набором прикладных программ [6], достаточными для проведения в апреле 1960 г . междуведомственных испытаний опытного образца.
По результатам этих испытаний “Сетунь” была признана первым действующим образцом универсальной вычислительной машины на безламповых элементах, которому свойственны “высокая производительность, достаточная надежность, малые габариты и простота технического обслуживания”. По рекомендации Междуведомственной комиссии Совет Министров СССР принял постановление о серийном производстве “Сетуни” на Казанском заводе математических машин. Но почему-то троичный компьютер пришелся не по нраву чиновникам радиоэлектронного ведомства: они не обеспечили разработку серийного образца машины, а после того как он все-таки был осуществлен с использованием конструктивов выпускавшейся заводом машины М-20, не содействовали наращиванию выпуска в соответствии с растущим числом заказов, в частности из-за рубежа, а наоборот, жестко ограничивали выпуск, отклоняя заказы, и в 1965 г . полностью прекратили, причем воспрепятствовали освоению машины в ЧССР, планировавшей ее крупносерийное производство. Поводом для этой странной политики могла быть рекордно низкая цена “Сетуни” — 27,5 тыс., рублей, обусловленная бездефектным производством ее магнитных цифровых элементов на Астраханском заводе ЭА и ЭП, по 3 руб. 50 коп. за элемент (в машине было около 2 тыс., элементов). Существенно то, что электромагнитные элементы “Сетуни” позволили осуществить пороговую реализацию трехзначной логики на редкость экономно, естественно и надежно. Опытный образец машины за 17 лет эксплуатации в ВЦ МГУ, после замены на первом году трех элементов с дефектными деталями, не потребовал никакого ремонта внутренних устройств и был уничтожен в состоянии полной работоспособности. Серийные машины устойчиво функционировали в различных климатических зонах от Одессы и Ашхабада до Якутска и Красноярска при отсутствии какого-либо сервиса и запчастей.
Троичная система счисления основана на том же позиционном принципе кодирования чисел, что и принятая в современных компьютерах двоичная система, однако вес i -й позиции (разряда) в ней равен не 2 i , а 3 i . При этом сами разряды не двухзначны (не биты), а трехзначны (триты) — помимо 0 и 1 допускают третье значение, которым в симметричной системе служит -1, благодаря чему единообразно представимы как положительные, так и отрицательные числа. Значение n -тритного целого числа N определяется аналогично значению n -битного:
где а i ∈ — значение цифры i -го разряда.
Цифры в троичной симметричной системе целесообразно обозначать их знаками, т.е. вместо 1, 0, -1 писать +, 0, -. Например, десятичные числа 13, 7, 6, -6 в такой троичной записи будут: 13 = +++, 7 = +-+, б = +-0, -6 = -+0. Изменение знака числа в симметричном коде равносильно потритной инверсии, т.е. взаимозамене всех “+” на “-” и всех “-” на “+”. Операции сложения и умножения в троичном симметричном коде определены таблицами:
В отличие от двоичной, это арифметика чисел со знаком, причем знаком числа оказывается цифра старшего из его значащих (ненулевых) разрядов. Проблемы чисел со знаком, не имеющей в двоичном коде совершенного решения, в троичном симметричном коде просто нет, чем и обусловлены его принципиальные преимущества.
Страничная двухступенная структура памяти с пословной адресацией в пределах трех страниц ОЗУ, обходящейся 5-тритными адресами и соответственно 9-тритными командами, обусловила необыкновенную компактность программ и вместе с тем высокое быстродействие машины, несмотря на то, что в интерпретирующих системах магнитный барабан функционирует как оперативная память.
В 1967-1969 гг. на основе опыта создания и практических применений машины “Сетунь” разработана усовершенствованная троичная цифровая машина “Сетунь 70”, опытный образец которой вступил в строй в апреле 1970 г . Это была машина нетрадиционной двухстековой архитектуры, ориентированной на обеспечение благоприятных условий дальнейшего развития ее возможностей методом интерпретирующих систем [9].
Операционный трайт указывает операции, а вернее процедуры, выполняемые над стеком операндов, а также над регистрами процессора. Всего предусмотрена 81 операция — 27 основных, 27 служебных и 27 программируемых пользователем.
Второй (системный) стек, содержащий адреса возврата при обработке прерываний и при выполнении вложенных подпрограмм, позволил успешно реализовать на “Сетуни 70” идею структурированного программирования Э. Дейкстры, введя операции вызова подпрограммы, вызова по условию и циклического выполнения подпрограмм. Осуществленное таким образом процедурное структурированное программирование на практике подтвердило заявленные Дейкстрой преимущества его метода: трудоемкость создания программ сократилась в 5-7 раз, благодаря исключению традиционной отладки тестированием на конкретных примерах, причем программы обрели надлежащую надежность, упорядоченность, понятность и модифицируемость. В дальнейшем эти особенности архитектуры “Сетуни 70” послужили основой диалоговой системы структурированного программирования ДССП, реализованной на машинах серии ДВК и на последующих персональных компьютерах [10, 11].
К сожалению, дальнейшее развитие заложенных в “Сетуни 70” возможностей путем разработки ее программного оснащения было административным порядком прекращено. Пришлось переориентироваться на компьютеризацию обучения. “Сетунь 70” стала основой для разработки и реализации автоматизированной системы обучения “Наставник” [12, 13], воплотившей принципы “Великой дидактики” Яна Амоса Коменского. Назначение компьютера в этой системе не “электронное перелистывание страниц” и не мультимедийные эффекты, а отслеживание верности понимания учащимся того, чему он учится, своевременное преодоление заблуждений и обеспечение путем обоснованно назначаемых упражнений реального овладения предметом обучения. Вместе с тем компьютер протоколирует ход занятия, предоставляя разработчику учебного материала возможность оценивать эффективность используемых дидактических приемов и совершенствовать их.
Учебный материал в “Наставнике” предоставляется учащимся в печатном виде с пронумерованными секциями, абзацами, упражнениями и справками к ошибочным ответам, благодаря чему при помощи простейшего терминала с цифровой клавиатурой и калькуляторным индикатором компьютер без гипертекстового дисплея легко и безвредно взаимодействует с обучаемым, придавая книге недостающую ей способность диалога с читателем. Создание учебных материалов для “Наставника” не связано с программированием компьютера, и, как показала практика, разработка вполне удовлетворительных пособий по математике, физике, английскому языку и другим предметам посильна школьным учителям. Дидактическая эффективность этой немудреной системы оказалась на редкость высокой. Так, курс “Базисный Фортран” студенты факультета ВМК МГУ проходили в “Наставнике” за 10-15 часов, студенты экономического факультета — за 15-20 часов, показывая затем в практикуме более совершенное умение программировать на Фортране, чем после обычного семестрового курса.
Реализованный в “Наставнике” принцип “книга-компьютер” обусловил оптимальное использование компьютера как средства обучения практически во всех отношениях: необходимая аппаратура (микрокомпьютер и подключенные к нему 3-4 десятка терминалов, подобных простейшему калькулятору) предельно дешева, надежна и легко осваивается как учащимися, так и преподавателями, работа в режиме диалога с книгой неутомительна, увлекательна и при надлежащей организации изложения гарантирует быстрое и полноценное усвоение изучаемого предмета. Применение системы в МГУ, МАИ, ВИА им. Куйбышева, в средней школе и для профессионального обучения на ЗИЛе подтвердили ее высокую эффективность в широком спектре предметов и уровней обучения. Вместе с тем “Наставник” уже более 30 лет постоянно используется на факультете ВМиК для автоматизированного проведения контрольных работ, а также тестирования поступивших на факультет, определяющего уровень владения английским языком для комплектования однородных учебных групп.
Однако при, казалось бы, насущной потребности действенного усовершенствования процесса обучения в наш информационный век “Наставник” не был востребован. По-видимому, слишком прост и дешев, да и какая же это компьютерная система — без дисплея, мышки и гипертекста. Ведь ИТ-оснащенность учебного процесса все еще принято оценивать не по уровню и качеству обучения, а по количеству и мощности вовлеченных в него компьютеров.
Система команд машины “Сетунь”
- Shаnnonc. Е.А Symmetrical notation for numbers. — “The American Mathematical Monthly”, 1950, 57, N 2, р, 90 — 93,
- Reid J.B. Letter to the editor. — “Comm. ACM”, 1960, 3, N 3, р. А12 — A13.
- Howden Р.F. Weigh-counting technique is faster then binary. - “Electronics”, 1974, 48, N 24, р. 121 — 122.
- Байцер Б. Архитектура вычислительных комплексов , т. 1. М., “Мир”, 1974.
- Proceedings of the Sixth International Symposium on Multiple-Valued Logic , Мау 25 — 28 1976. IEEE Press, 1976.
- Croisier А. Introduction to pseudoternary transmission codes. - “IBM Journal of Research and Development”, 1970, 14, N 4, р. 354 — 367.
- Брусенцов Н.П. Электромагнитные цифровые устройства с однопроводной передачей трехзначных сигналов. — В кн.: Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. XIV Всесоюзное совещание (Москва, сентябрь 1972 г.). М., “Наука”, 1972, с. 242 — 244.
- Аристотель. 06 истолковании. СПб., 1891.
- Брусенцов Н.П. Диаграммы Льюиса Кэррола и аристотелева силлогистика. — В кн.: Вычислительная техника и вопросы кибернетики, вып. 13. Изд-во МГУ, 1976, с. 164-182.
- Introduction to programming. PDP-8 handbook series. Digital Equipment Corporation, 1972.
Материалы международной конференции SORUCOM 2006 (3-7 июля 2006 года)
Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССС: история и перспективы
Статья помещена в музей 31.10.2007 с разрешения автора
В далёкие времена, когда деревья были ниже, а космос ещё так далёк, где-то в конце 50-х прошлого столетия, зарождалась эра вычислительных машин.
Инженеры в белых халатах творили историю.
Транзисторы, диоды, реле, ферритовые кубы… создавались первые ЭВМ.
В стенах МГУ появилась легенда. И имя ей — Сетунь.
Сетунь — первая и единственная троичная ЭВМ
- Главный конструктор: Брусенцов Н. П.; основные разработчики: Жоголев Е. А., Маслов С. П., Веригин В. В.
- Организация-разработчик: Вычислительный центр Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
- Завод-изготовитель: Казанский завод математических машин Минрадиопрома СССР. Изготовитель логических элементов — Астраханский завод электронной аппаратуры и электронных приборов Минрадиопрома СССР. Изготовитель магнитных барабанов — Пензенский завод ЭВМ Минрадиопрома СССР. Изготовитель печатающего устройства — Московский завод пишущих машин Минприборпрома СССР.
- Год окончания разработки: 1959.
- Год начала выпуска: 1961.
- Год прекращения выпуска: 1965.
- Число выпущенных машин: 50.
- Заводская цена: 27,5 тыс. руб.
- 27 команд (3 зарезервированы)
- Оперативная память — 162 9-тритных ячейки
- Основная память — магнитным барабан емкостью 36 либо 72 страницы (страница — 54 ячейки).
- Средняя оперативная скорость машины 2000-4500 операций в секунду
- Тактовая частота — 200 кГц.
- Потребляемая мощность — 2,5 кВА,
- Площадь для размещения — 25—30 кв. м.
- Рабочий диапазон температур — 15—30°С
Наши дни
Несколько лет назад я впервые узнал о существовании троичной симметричной системы счисления, с её интересными особенностями. В поисках информации по этой теме, с сайта виртуального компьютерного музея я узнал об ЭВМ построенной на её базе — МЦВМ Сетунь. Вскоре родилась идея создания программного симулятора этой машины.
«Сетунь-ВС»
Это интернет-приложение, имитирующее работу реальной машины, позволяет осуществлять выполнение программ написанных для «Сетуни».
В симуляторе воссоздана оригинальная панель «Сетуни», с которой осуществляется управление ходом работы.
Все устройства представлены в виде стандартных элементов интернет-приложений: текстовых полей, кнопок и изображений.
Загрузка программ осуществляется через текстовые поля ввода представляющие собой виртуальные фототрасмиттеры. Также команды можно вводить непосредственно с пульта.
После загрузки, запуск программы, как и в реальной машине, выполняется кнопкой «Начальный пуск».
Состояние регистров можно оценить по индикаторам на панели управления.
Для вывода данных имитируется принтер ЭУМ-46.
Так, например, можно выполнить программу «Тест-1», написанную для «Сетуни», которая проверяет основную функциональность, и при правильном выполнении принтер выводит строку «ТЕСТ1».
Для анализа хода выполнения программ существует специальный консольный режим, который, помимо состояний регистров, отражает состояние каждой ячейки запоминающего устройства. Также в консольном режиме ход выполнения каждой операции представлен в развёрнутом виде, с кратким описанием выполняемой команды.
По скорости выполнения операций «Сетунь-ВС» сопоставима с реальной машиной.
Работает в Gecko и WebKit.
На сайте также можно найти руководство по работе с симулятором, краткое описание «Сетуни», тексты программ.
На днях в МГУ состоялась конференция посвящённая 50-летию машины «Сетунь» и 55-летию научной деятельности её главного конструктора Николая Петровича Брусенцова. Мне посчастливилось стать её участником.
В наше время «Сетунь» не имеет аналогов, но исторически сложилось, что развитие информатики ушло в русло двоичной логики. Но время переменчиво и возможно в будущем люди вернуться к троичке, а идеи заложенные в «Сетунь» вновь станут актуальными.
Этот компьютер, разработанный учёными МГУ в 1959 году, работал на троичном коде – в отличие от существующих сегодня компьютеров, работающих на двоичном. Это позволяло ему потреблять меньше энергии и быстрее выполнять вычисления. Почему? Давайте разберёмся.
«Се́тунь» — первый и единственный компьютер на основе троичной логики
«Се́тунь» — малая ЭВМ на основе троичной логики, разработанная в вычислительном центре Московского государственного университета в 1959 году.
Руководитель проекта — Н. П. Брусенцов, основные разработчики: Е. А. Жоголев, В. В. Веригин, С. П. Маслов, А. М. Тишулина. Разработка машины была предпринята по инициативе и осуществлялась при активном участии советского математика С. Л. Соболева.
Казанским заводом математических машин было произведено 46 компьютеров Сетунь, 30 из них использовались в университетах СССР.
В начале 1956 г . по инициативе академика С.Л. Соболева, заведующего кафедрой вычислительной математики на механико-математическом факультете Московского университета, в вычислительном центре МГУ был учрежден отдел электроники и стал работать семинар с целью создать практичный образец цифровой вычислительной машины, предназначенной для использования в вузах, а также в лабораториях и конструкторских бюро промышленных предприятий. Требовалось разработать малую ЭВМ, простую в освоении и применениях, надежную, недорогую и вместе с тем эффективную в широком спектре задач.
Обстоятельное изучение в течение года имевшихся в то время вычислительных машин и технических возможностей их реализации привело к нестандартному решению употребить в создаваемой машине не двоичный, а троичный симметричный код, реализовав ту самую уравновешенную систему счисления, которую Д. Кнут двадцать лет спустя назовет быть может, самой изящной [1] и как затем стало известно, достоинства которой были выявлены К. Шенноном в 1950 г . 121.
В отличие от общепринятого в современных компьютерах двоичного кода с цифрами 0, 1, арифметически неполноценного вследствие невозможности непосредственного представления в нем отрицательных чисел, троичный код с цифрами -1, 0, 1 обеспечивает оптимальное построение арифметики чисел со знаком. При этом, не только нет нужды в искусственных и несовершенных дополнительном, прямом либо обратном кодах чисел, но арифметика обретает ряд значительных преимуществ: единообразие кода чисел, варьируемая длина операндов, единственность операции сдвига, трехзначность функции знак числа, оптимальное округление чисел простым отсечением младших разрядов, взаимокомпенсируемость погрешностей округления в процессе вычисления [3].
Троичная ЭВМ “Сетунь” [4, 5], опытный образец которой разработали, смонтировали и к концу 1958 г . ввели в эксплуатацию сотрудники отдела электроники, как показал опыт ее освоения, программного оснащения и многообразных практических применений, с исчерпывающей полнотой удовлетворяла всем предусмотренным заданием на ее разработку требованиям. Этот успех, с учетом того, что разработка троичной ЭВМ предпринималась впервые, проводилась немногочисленным коллективом начинающих сотрудников (8 выпускников МЭИ и МГУ, 12 техников и лаборантов) и была выполнена в короткий срок, явно свидетельствует о благодатности троичной цифровой техники. Ценой усложнения по сравнению с двоичными элементов памяти и элементарных операций достигается существенное упрощение и, главное, естественность архитектуры троичных устройств.
При минимальном наборе команд (всего 24 одноадресные команды) “Сетунь” обеспечивала возможность вычислений с фиксированной и с плавающей запятой, обладала индекс-регистром, значение которого можно как прибавлять, так и вычитать при модификации адреса, предоставляла операцию сложения с произведением, оптимизирующую вычисление полиномов, операцию поразрядного умножения и три команды условного перехода по знаку результата. Простая и эффективная архитектура позволила усилиями небольшой группы программистов уже к концу 1959 г . оснастить машину системой программирования и набором прикладных программ [6], достаточными для проведения в апреле 1960 г . междуведомственных испытаний опытного образца.
По результатам этих испытаний “Сетунь” была признана первым действующим образцом универсальной вычислительной машины на безламповых элементах, которому свойственны “высокая производительность, достаточная надежность, малые габариты и простота технического обслуживания”. По рекомендации Междуведомственной комиссии Совет Министров СССР принял постановление о серийном производстве “Сетуни” на Казанском заводе математических машин. Но почему-то троичный компьютер пришелся не по нраву чиновникам радиоэлектронного ведомства: они не обеспечили разработку серийного образца машины, а после того как он все-таки был осуществлен с использованием конструктивов выпускавшейся заводом машины М-20, не содействовали наращиванию выпуска в соответствии с растущим числом заказов, в частности из-за рубежа, а наоборот, жестко ограничивали выпуск, отклоняя заказы, и в 1965 г . полностью прекратили, причем воспрепятствовали освоению машины в ЧССР, планировавшей ее крупносерийное производство. Поводом для этой странной политики могла быть рекордно низкая цена “Сетуни” — 27,5 тыс., рублей, обусловленная бездефектным производством ее магнитных цифровых элементов на Астраханском заводе ЭА и ЭП, по 3 руб. 50 коп. за элемент (в машине было около 2 тыс., элементов). Существенно то, что электромагнитные элементы “Сетуни” позволили осуществить пороговую реализацию трехзначной логики на редкость экономно, естественно и надежно. Опытный образец машины за 17 лет эксплуатации в ВЦ МГУ, после замены на первом году трех элементов с дефектными деталями, не потребовал никакого ремонта внутренних устройств и был уничтожен в состоянии полной работоспособности. Серийные машины устойчиво функционировали в различных климатических зонах от Одессы и Ашхабада до Якутска и Красноярска при отсутствии какого-либо сервиса и запчастей.
Троичная система счисления основана на том же позиционном принципе кодирования чисел, что и принятая в современных компьютерах двоичная система, однако вес i -й позиции (разряда) в ней равен не 2 i , а 3 i . При этом сами разряды не двухзначны (не биты), а трехзначны (триты) — помимо 0 и 1 допускают третье значение, которым в симметричной системе служит -1, благодаря чему единообразно представимы как положительные, так и отрицательные числа. Значение n -тритного целого числа N определяется аналогично значению n -битного:
где а i ∈ — значение цифры i -го разряда.
Цифры в троичной симметричной системе целесообразно обозначать их знаками, т.е. вместо 1, 0, -1 писать +, 0, -. Например, десятичные числа 13, 7, 6, -6 в такой троичной записи будут: 13 = +++, 7 = +-+, б = +-0, -6 = -+0. Изменение знака числа в симметричном коде равносильно потритной инверсии, т.е. взаимозамене всех “+” на “-” и всех “-” на “+”. Операции сложения и умножения в троичном симметричном коде определены таблицами:
В отличие от двоичной, это арифметика чисел со знаком, причем знаком числа оказывается цифра старшего из его значащих (ненулевых) разрядов. Проблемы чисел со знаком, не имеющей в двоичном коде совершенного решения, в троичном симметричном коде просто нет, чем и обусловлены его принципиальные преимущества.
Страничная двухступенная структура памяти с пословной адресацией в пределах трех страниц ОЗУ, обходящейся 5-тритными адресами и соответственно 9-тритными командами, обусловила необыкновенную компактность программ и вместе с тем высокое быстродействие машины, несмотря на то, что в интерпретирующих системах магнитный барабан функционирует как оперативная память.
В 1967-1969 гг. на основе опыта создания и практических применений машины “Сетунь” разработана усовершенствованная троичная цифровая машина “Сетунь 70”, опытный образец которой вступил в строй в апреле 1970 г . Это была машина нетрадиционной двухстековой архитектуры, ориентированной на обеспечение благоприятных условий дальнейшего развития ее возможностей методом интерпретирующих систем [9].
Операционный трайт указывает операции, а вернее процедуры, выполняемые над стеком операндов, а также над регистрами процессора. Всего предусмотрена 81 операция — 27 основных, 27 служебных и 27 программируемых пользователем.
Второй (системный) стек, содержащий адреса возврата при обработке прерываний и при выполнении вложенных подпрограмм, позволил успешно реализовать на “Сетуни 70” идею структурированного программирования Э. Дейкстры, введя операции вызова подпрограммы, вызова по условию и циклического выполнения подпрограмм. Осуществленное таким образом процедурное структурированное программирование на практике подтвердило заявленные Дейкстрой преимущества его метода: трудоемкость создания программ сократилась в 5-7 раз, благодаря исключению традиционной отладки тестированием на конкретных примерах, причем программы обрели надлежащую надежность, упорядоченность, понятность и модифицируемость. В дальнейшем эти особенности архитектуры “Сетуни 70” послужили основой диалоговой системы структурированного программирования ДССП, реализованной на машинах серии ДВК и на последующих персональных компьютерах [10, 11].
К сожалению, дальнейшее развитие заложенных в “Сетуни 70” возможностей путем разработки ее программного оснащения было административным порядком прекращено. Пришлось переориентироваться на компьютеризацию обучения. “Сетунь 70” стала основой для разработки и реализации автоматизированной системы обучения “Наставник” [12, 13], воплотившей принципы “Великой дидактики” Яна Амоса Коменского. Назначение компьютера в этой системе не “электронное перелистывание страниц” и не мультимедийные эффекты, а отслеживание верности понимания учащимся того, чему он учится, своевременное преодоление заблуждений и обеспечение путем обоснованно назначаемых упражнений реального овладения предметом обучения. Вместе с тем компьютер протоколирует ход занятия, предоставляя разработчику учебного материала возможность оценивать эффективность используемых дидактических приемов и совершенствовать их.
Учебный материал в “Наставнике” предоставляется учащимся в печатном виде с пронумерованными секциями, абзацами, упражнениями и справками к ошибочным ответам, благодаря чему при помощи простейшего терминала с цифровой клавиатурой и калькуляторным индикатором компьютер без гипертекстового дисплея легко и безвредно взаимодействует с обучаемым, придавая книге недостающую ей способность диалога с читателем. Создание учебных материалов для “Наставника” не связано с программированием компьютера, и, как показала практика, разработка вполне удовлетворительных пособий по математике, физике, английскому языку и другим предметам посильна школьным учителям. Дидактическая эффективность этой немудреной системы оказалась на редкость высокой. Так, курс “Базисный Фортран” студенты факультета ВМК МГУ проходили в “Наставнике” за 10-15 часов, студенты экономического факультета — за 15-20 часов, показывая затем в практикуме более совершенное умение программировать на Фортране, чем после обычного семестрового курса.
Реализованный в “Наставнике” принцип “книга-компьютер” обусловил оптимальное использование компьютера как средства обучения практически во всех отношениях: необходимая аппаратура (микрокомпьютер и подключенные к нему 3-4 десятка терминалов, подобных простейшему калькулятору) предельно дешева, надежна и легко осваивается как учащимися, так и преподавателями, работа в режиме диалога с книгой неутомительна, увлекательна и при надлежащей организации изложения гарантирует быстрое и полноценное усвоение изучаемого предмета. Применение системы в МГУ, МАИ, ВИА им. Куйбышева, в средней школе и для профессионального обучения на ЗИЛе подтвердили ее высокую эффективность в широком спектре предметов и уровней обучения. Вместе с тем “Наставник” уже более 30 лет постоянно используется на факультете ВМиК для автоматизированного проведения контрольных работ, а также тестирования поступивших на факультет, определяющего уровень владения английским языком для комплектования однородных учебных групп.
Однако при, казалось бы, насущной потребности действенного усовершенствования процесса обучения в наш информационный век “Наставник” не был востребован. По-видимому, слишком прост и дешев, да и какая же это компьютерная система — без дисплея, мышки и гипертекста. Ведь ИТ-оснащенность учебного процесса все еще принято оценивать не по уровню и качеству обучения, а по количеству и мощности вовлеченных в него компьютеров.
Система команд машины “Сетунь”
Shаnnonc. Е.А Symmetrical notation for numbers. — “The American Mathematical Monthly”, 1950, 57, N 2, р, 90 — 93,
Reid J.B. Letter to the editor. — “Comm. ACM”, 1960, 3, N 3, р. А12 — A13.
Howden Р.F. Weigh-counting technique is faster then binary.- “Electronics”, 1974, 48, N 24, р. 121 — 122.
Байцер Б. Архитектура вычислительных комплексов, т. 1. М., “Мир”, 1974.
Proceedings of the Sixth International Symposium on Multiple-Valued Logic, Мау 25 — 28 1976. IEEE Press, 1976.
Croisier А. Introduction to pseudoternary transmission codes.- “IBM Journal of Research and Development”, 1970, 14, N 4, р. 354 — 367.
Брусенцов Н.П. Электромагнитные цифровые устройства с однопроводной передачей трехзначных сигналов. — В кн.: Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. XIV Всесоюзное совещание (Москва, сентябрь 1972 г.). М., “Наука”, 1972, с. 242 — 244.
Аристотель. 06 истолковании. СПб., 1891.
Брусенцов Н.П. Диаграммы Льюиса Кэррола и аристотелева силлогистика. — В кн.: Вычислительная техника и вопросы кибернетики, вып. 13. Изд-во МГУ, 1976, с. 164-182.
Introduction to programming. PDP-8 handbook series. Digital Equipment Corporation, 1972.
Материалы международной конференции SORUCOM 2006 (3-7 июля 2006 года)
Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССС: история и перспективы
Статья помещена в музей 31.10.2007 с разрешения автора
Не все так просто
Давайте разберем историю появления и забвения компьютеров "Сетунь", поскольку это ближе к нам, и, возможно, - это еще одно не признанное гениальное изобретение и заслуга наших советских конструкторов.
"Сетунь" создавался в 1954-1955 годах, когда уже были работающие компьютеры на бинарной логике. Руководитель разработки Николай Петрович Брусенцов получил задание разработать свой компьютер, когда для МГУ было отказано в поставке компьютера М-2. Это сегодня кажется нереальным с нуля создать свой компьютер, со своей архитектурой, машинными командами, системой хранения, ввода-вывода и программным обеспечением. Но, на тот момент, как говорится "Сказано - сделано". Работающий прототип появился в очень короткий срок - уже через 20 дней с момента старта команда из 12 человек смогла предоставить свой первый "Сетунь" на троичной архитектуре с 24 машинными командами. Конструкторские работы длились еще 3 года, прежде чем в в 1959 году было начато мелкосерийное производство компьютеров "Сетунь". Цена компьютера "Сетунь" была примерно в 20 раз меньше, чем существующие на тот момент компьютеры и предназначались для учебных заведений и конструкторских бюро.
Возможно ли сегодня возрождение компьютеров на троичной логике?
Да, возможна. Но, есть неоспоримо несколько моментов в этом:
1. наличие комплектующих для производства таких компьютеров
2. наличие ощутимых задач, которые могли существенно повысить производительность существующих решений (расчетов)
3. наличие специалистов, готовых применять троичную логику в своих разработках
И если с п.1 - уже сегодня ряд производителей готовы наладить выпуск электронных компонентов с троичной и более логикой, то вот с п.2 и, тем более, п.3 не все так однозначно. Проблема в засевшей очень глубоко бинарной логике наших специалистов. В вузах нет преподавания иной логики и "Закон исключения третьего" по прежнему является основой основ. Задачи на сегодня уже есть, - это и обработка изображений и биотехнологии и генная инженерия, где существует как двоичная так и троичная логика. Удивительным свойством переплетаются в кодировании аминокислот двоичное противопоставление Цитозин (Ц) - Гуанин (Г), Аденин (А) - Тимин (Т) и триплетов, кодирующих 21 аминокислоту.
Facebook Если у вас не работает этот способ авторизации, сконвертируйте свой аккаунт по ссылке ВКонтакте Google RAMBLER&Co ID
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Что такое двоичный код?
Двоичный код, а точнее, двоичную позиционную систему счисления изобрёл живший ещё в XVII веке математик Готфрид Вильгельм Лейбниц. Что это такое? Это система счёта в которой используются всего две цифры: 0 и 1.
Считать от одного до десяти надо так: 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001, 1010.
Зачем это понадобилось? Как раз в те годы он придумал механическую машину для счёта – первый в мире арифмометр. Однако металлические цифровые колёса для такого арифмометра получались сложными, вытачивать их было трудно и дорого. И Лейбниц подумал, что если бы в машине использовались только цифры «0» и «1», то конструкция арифмометра стала бы в несколько раз проще и дешевле.
Догадка Лейбница была абсолютно верной: в наше время почти все компьютеры в мире (включая то устройство, с помощью которого вы читаете этот текст) работают именно на двоичной системе счисления.
Конечно, металлических колёсиков с цифрами в компьютерах нет. Вместо этого в них "работают" разные уровни напряжения электрического тока. Но, если бы компьютеры работали по привычной нам десятичной системе счисления, то для того, чтобы представить значения от «0» до «9», потребовалось бы десять разных уровней напряжения. Устройство машины получилось бы крайне непростым.
А если вдруг произошла неполадка, и напряжение упало? Или скакнуло вверх? Сразу же начнутся ошибки, причём многочисленные! А система с нулём и единицей – надёжна и проста. Есть ток – нет тока. Всё!
Однако у всего на свете есть недостатки. Есть они и у двоичной системы счисления.
Биты, байты, гигабайты.
Основа двоичной системы счисления – бит (от английского «binary digit» – «двоичная единица»). 8 бит – это байт, 1024 байта – это килобайт, 1024 килобайта – это мегабайт, 1024 мегабайта – гигабайт. Так вот, 1 бит на самом деле не очень удобен при работе с информацией!
Дело в том, что жизнь не укладывается в двоичную логику – то есть в логику "да" и "нет". Между "да" и "нет" существует куча оттенков: "и да, и нет", "ни нет, ни да", "может быть" и так далее. Например:
"– На простой вопрос всегда можно ответить «да» или «нет», по-моему, это не трудно! – завопила фрекен Бок.
– Представь себе, трудно, – вмешался Карлсон. – Я сейчас задам тебе простой вопрос, и ты сама в этом убедишься. Вот, слушай! Ты перестала пить коньяк по утрам, отвечай – да или нет?
У фрекен Бок перехватило дыхание, казалось, она вот-вот упадет без чувств. Она хотела что-то сказать, но не могла вымолвить ни слова".
Как с такими ситуациями справляется "двоичный" компьютер? Рассмотрим вот таком примере.
Вот поэтому Осирис «формализовал задачу».
Он (вернее, его помощник, бог Анубис) клал на одну чашу весов сердце умершего, а на другую – перо из крыла богини правды Маат. Если сердце перевешивало – шагом марш в ад! А если сердце оказывалось легче пера, тогда пожалуйте в рай. А если поровну?
Допустим, мы в двоичной системе передаём на компьютер информацию о результате взвешивания.
Если перо тяжелее сердца, передаём 0
Если сердце тяжелее пера, передаём 1
Это два бита информации.
А если сердце и перо одинаковы по весу? Ой. А на этот случай у нас ничего нет, у нас только «0» и «1». Значит ли это, что задачка неразрешима? Нет, конечно, она разрешима:
Если перо тяжелее сердца, передаём 00
Если сердце тяжелее пера, передаём 10
Если перо и сердце весят одинаково, передаём 01
Это три бита информации.
Но обратите внимание: у нас осталась не использованной, "лишней" комбинация "11"!
Это как если на грузовике грузоподъёмностью четыре тонны перевозить три тонны груза. Бензина расходуется почти столько же, амотризация грузовика почти такая же, трудозатраты водителя ровно такие же – а полезной работы меньше!
Взлет и падение
В интервью с Брусенцововым, его сравнивают с другимми успешными компьютерными руководителями, такими как Стив Джобс. Но это сравнение на мой взгляд совершенно не корректное. Почему так? Полагаю, что это сравнение в корне не верное, и так же являющееся одной из причин неудачного старта производства Сетунь.я, не желающих поддерживать это новое направление, всячески препятствуя какому-либо развитию. В конечном итоге был выпущено всего 50 компьютеров Сетунь и была создана в единичном экземпляре Сетунь-70 - версия более совершенная по сравнению со своим предшественником, но увы так и не принятого для производства.
В интервью с Брусенцововым, его сравнивают с другим успешными компьютерными руководителями, такими как Стив Джобс. Но это сравнение на мой взгляд совершенно не корректное. Почему так? Полагаю, что это сравнение в корне не верное, и так же являющееся одной из причин неудачного старта производства Сетунь.
В СССР Брусенцов делает разработку на заказ, полностью полагаясь на единственного потребителя и финансиста своих разработок - это государство, в лице министерства образования, никак не пытаясь уйти от этого, создать коммерческое предприятие. При такой себестоимости он мог прекрасно продавать свои компьютеры по цене рынка, зарабатывая в прибыли 400-700%. Но этого не произошло. Не было в стране конструкторских бюро компьютерных систем по аналогии с КБ самолетостроения или ракетной техники, которые в первую очередь финансировались для создания военной техники и уже потом как гражданского назначения. Судьба такого государственного сотрудничества на 99% зависит от политических интриг и никак от гениальности разработчика.
Что такое двоичный код?
Двоичный код, а точнее, двоичную позиционную систему счисления изобрёл живший ещё в XVII веке математик Готфрид Вильгельм Лейбниц. Что это такое? Это система счёта в которой используются всего две цифры: 0 и 1.
Считать от одного до десяти надо так: 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001, 1010.
Зачем это понадобилось? Как раз в те годы он придумал механическую машину для счёта – первый в мире арифмометр. Однако металлические цифровые колёса для такого арифмометра получались сложными, вытачивать их было трудно и дорого. И Лейбниц подумал, что если бы в машине использовались только цифры «0» и «1», то конструкция арифмометра стала бы в несколько раз проще и дешевле.
Догадка Лейбница была абсолютно верной: в наше время почти все компьютеры в мире (включая то устройство, с помощью которого вы читаете этот текст) работают именно на двоичной системе счисления.
Конечно, металлических колёсиков с цифрами в компьютерах нет. Вместо этого в них "работают" разные уровни напряжения электрического тока. Но, если бы компьютеры работали по привычной нам десятичной системе счисления, то для того, чтобы представить значения от «0» до «9», потребовалось бы десять разных уровней напряжения. Устройство машины получилось бы крайне непростым.
А если вдруг произошла неполадка, и напряжение упало? Или скакнуло вверх? Сразу же начнутся ошибки, причём многочисленные! А система с нулём и единицей – надёжна и проста. Есть ток – нет тока. Всё!
Однако у всего на свете есть недостатки. Есть они и у двоичной системы счисления.
Почему был выбрана троичная логика?
Объяснение столь гениального решения достаточно простое - нужно было получить простое, не дорогое и эффективное решение. Брусенцов предлагает использовать в качестве логических элементов для математических вычислений ферритовые кольца, обладающие возможностью хранения трех своих состояний.
В голове сразу всплывает картинка из учебника по полупроводниковой технике, где показана система хранения информации на магнитных кольцах, через которые проходят по 3 провода.
Эта возможность как раз и легла во основу применяемой троичной логики, кроме того, что троичная логика хорошо подходит под мыслительный процесс человека.
"Сетунь" применяла троичную симметричную логику "-1", "0", "+1". За одно действие можно задать, к примеру, включение двигателя и направление вращения. В случае бинарной логики - это потребовало бы два действия.
Какие еще преимущества давало применение троичной логики Сетунь?
В первую очередь, такая логика обеспечивает оптимальное построение арифметики чисел со знаком. При этом, не только нет нужды в искусственных и несовершенном дополнительном, прямом либо обратном кодах чисел, но арифметика обретает ряд значительных преимуществ: единообразие кода чисел, варьируемая длина операндов, единственность операции сдвига, трехзначность функции знак числа, оптимальное округление чисел простым отсечением младших разрядов, взаимокомпенсируемость погрешностей округления в процессе вычисления.
При минимальном наборе команд (всего 24 одноадресные команды) “Сетунь” обеспечивала возможность вычислений с фиксированной и с плавающей запятой, обладала индекс-регистром, значение которого можно как прибавлять, так и вычитать при модификации адреса, предоставляла операцию сложения с произведением, оптимизирующую вычисление полиномов, операцию поразрядного умножения и три команды условного перехода по знаку результата. По результатам межведомственных испытаний в 1960 г “Сетунь” была признана первым действующим образцом универсальной вычислительной машины на безламповых элементах, которому свойственны “высокая производительность, достаточная надежность, малые габариты и простота технического обслуживания”.
Троичный код, в чём его преимущество
В советской ЭВМ "Сетунь", работающей на троичном коде, вместо 0 (нет тока) и 1 (есть ток) используются три значения: 0 (нет тока), 1 (слабый ток) и 2 (сильный ток). (На самом деле, - 1, 0, 1, но так понятнее.)
Поэтому в троичной системе счисления используются не привычные нам биты, а триты – "троичные единицы". Шесть тритов составляют 1 трайт.
Троичная система даёт существенную экономию памяти: например, для передачи двадцати шести букв латинского алфавита в двоичной системе нам понадобится 5 бит информации, то есть 32 комбинации. А в троичной – 3 трита – 27 комбинаций!
В нашей жизни мы пользуемся определенной логикой. В компьютерной технике применяется булева (бинарная) логика, подразумевающая лишь два возможных состояния - "0" или "1" (истина - ложно, да - нет). Однако, в быту нам этой логики уже не достаточно, - нам нужны дополнительные варианты, кроме белого и черного, да или нет. Как правило, - это дополнительное состояние неопределенности. Голосуя, мы говорим о тех, кто "За", тех кто "Против" и кто "Воздержался". Это более функциональная, близкая к мыслительному процессу логика. Но, проблема с навязыванием двоичной логики - это не порождение нашего компьютерного мира, история с запретом на применение троичной логики насчитывает не одну сотню лет и появилось за долго до того, как возникла задача разработки компьютерной техники. Этот запрет, означенный как "Закон исключения третьего" появился как упрощение интуитивной логики, и являющегося базисом классической бинарной логики.
Мы сегодня работаем на компьютерах, применяющих двоичную логику, но история имеет и иные решения. Были разработки и работающие компьютеры, на основе троичной логики. Одним из таких проектов был компьютер "Сетунь", выпускавшийся в нашей стране в 60-х годах.
Но жизнь этих технологий была ограничена, и, в конечном итого, эти компьютеры не смогли заявить о себе и получить признательность своих потребителей. В мире победили компьютеры с бинарной логикой.
Но в чем проблема, скажет читатель? Победил, - значит таков закон рынка, не смог показать свое преимущество и проиграл.
Читайте также: