Samočinné počítače představují logicky velmi složité zařízení, obsahující tisíce relé, elektronek nebo polovodičových diod a triod (tranzistorů). Třídí se zpravidla podle jejich ceny na
a) malé samočinné počítače (do 350 000 Kčs),
b) střední samočinné počítače (od 350 000 do 3,5 mil. Kčs),
c) velké samočinné počítače (7,5 až 20 mil. Kčs i více).
Matematické stroje (stroje na zpracování informací) stojí v popředí vědeckého a hospodářského zájmu ve všech státech s vyvinutým průmyslem. Stávají se nutnou podmínkou vědeckého a technického rozvoje. Umožňují provádět vědeckotechnické výpočty neobyčejně rychle a ve velkém rozsahu. Jejich zavedení do administrativy představuje převrat v metodách správy a řízení větších hospodářských jednotek. Tak lze dosáhnout nejlepšího využití výrobních zařízení a největší efektivnosti. Jako součásti nejsložitějších automatů pro účely obrany nebo pro řízení výrobních procesů vykazují vlastnosti u člověka nedosažitelné. Např. jsou přesnější, nepodléhají únavě ani panice.
Hlavní hospodářský význam počítačů není ani tak v přímých značných úsporách pracovních hodin a počtu pracovníků, jako v tom že,
1. umožňují podstatně zkrátit dobu potřebnou k řešení obsáhlých nebo obtížných vědeckotechnických problémů natolik, aby dosažené výsledky byly vzhledem k stanoveným lhůtám ještě upotřebitelné, a v některých případech umožňují řešení vůbec,
2. umožňují získat rychlý a přesný přehled o současném stavu skutečností, závažných pro ekonomické řízení hospodářských celků;
3. zavedením matematické přesnosti do nejrůznějších oborů lidské činnosti omezují nákladní experimentování a omyly na minimální míru.
Číselně nelze tento hospodářský účin vyjádřit. Samočinné počítače jsou jedním z nejúčinnějších prostředků k dosažení stále rychlejšího vědecko-technického rozvoje, ke zvyšování efektivnosti výroby a služeb obyvatelstvu, k ekonomickému řízení podniků apod. Nesmírný význam budou mít počítače nejen při plánování národního hospodářství jednotlivých socialistických států, ale i při plánování jejich vzájemné hospodářské spolupráce. Největší možnosti použití samočinných počítačů jsou ve státech s plánovaným hospodářstvím. Náš systém dává možnost řídit všechny podniky z hlediska potřeb celého národního hospodářství.
Je třeba si přát, aby i u nás co nejdříve vzrostly výrobní možnosti potřebné k urychlení výzkumu matematických strojů a k sériové výrobě samočinných počítačů. Jenom tak se dosáhne toho, aby mohla být v dohledné době vybavena výpočetní střediska účinnými počítači pro řešení nejnaléhavějších vědeckých, výrobních i organizačních problémů.
Na sklonku roku 1957 byl dokončen v Ústavu matematických strojů ČSAV první čs. samočinný počítač SAPO. Jeho projekt byl dokončen v r. 1951. Byl výsledkem několikaleté práce. Doc. dr. A. Svoboda vypracoval tzv. ideové schéma a jeho první nejbližší spolupracovníci inž. Černý a inž. Oblonský tehdy dokončili podrobné prokreslení elektrických schémat nejdůležitějších částí stroje.
Se stavbou bylo započato v r. 1952. Bylo rozhodnuto, aby tento čs. univerzální samočinný počítač byl reléový, tj používal elektrických relé a nikoli elektronek jako hlavního stavebního prvku. Důvodem k tomu byl nedostatek speciálních elektronek a jiných elektronických součástek v tehdejší době. Nebylo možné pomýšlet na každoroční výměnu několika tisíc elektronek, jak se to u elektronkových strojů musí dělat. Naproti tomu (koncem r. 1951) bylo v n. p. Aritma dosaženo uspokojivých výsledků při výzkumu a vývoji relé.
Zato byl počítač vybaven úplnou tzv. logikou a složitými, důmyslně volenými operacemi. Logika počítače byla řešena tak, aby byla možná co největší rychlost při použití poměrně pomalých prvků reléových. Usilovalo se o zabezpečení správnosti výpočtu i při výskytu nahodilých nebo systematických závad ve stroji a o maximální snížení času potřebného k přípravě programu problémů.
Obdobné stroje bývají na Západě nadneseně nazývány „elektrickými mozky“. Je to proto, že jsou schopny vykonávat určité dílčí funkce, které dosud byly vlastní jen lidskému mozku. Ovšem zdaleka to neznamená, že by stroje mohly myslet nebo vykonávat něco více, než jim určuje program, vypracovaný lidmi. Proto jejich správný název zní samočinný počítač, a první takový obdivuhodný stroj, zhotovený prací našich vědců, techniků a dělníků, dostal podle zkratky tohoto názvu jméno SAPO. SAPO zaujímá několik místností v budově Ústavu matematických strojů.
Obr. Pohled na ovládací panel, na němž lze sledovat, jak SAPO pracuje
Již před začátkem stavby stroje se vědělo, že bude mít asi 7200 relé. Tato relé jsou umístěna po padesáti na deskách, 10 desek na jednom stojanu, kterých je 24 a zaplňují místnosti č. 4). Desky byly nutno po dodání výrobcem n. p. Aritma vyzkoušet tak, aby byla vyloučena každá chyba, která by mohla vzniknout při výrobě. Vždyť každá z desek má asi 1000 kolíčků, které jsou nejrůznějším způsobem mezi sebou propojeny spoustou elektrických drátků. Celkový počet desek – 240 kusů – ukazuje, že jen na deskách se musela prozkoušet správnost připojení drátů na 240 000 kolíčků. Jenom práce na kontrole o opravách těchto spojení trvaly přes půl roku.
Podobnou práci bylo ovšem nutno provádět i na 24 stojanech, kde kontrola a opravy v zapojení vodičů trvaly další tři čtvrti roku. Tato práce byla provedena skutečně pečlivě, což se projevilo velmi příznivě při konečném uvádění počítače do chodu.
Podívejme se nyní blíže, jak SAPO vypadá. Vstoupíme do místnosti č. 1, jejíž název je velitelna. Přímo před námi je rozvodná deska stroje, na které vidíme nejrůznější žárovky, knoflíky, přepínače, zástrčky apod. První upoutá náš zrak světelný display, na kterém se za chodu stroje rozsvítí vždy poslední právě obdržený výsledek, tj. asi 3 čísla za vteřinu. Oko však nemůže touto rychlostí sledovat práci počítače. Světelný display není na rozvodné desce pro tento účel. Jeho hlavní význam se objeví, až když dojde k trvalé poruše stroje.
V prvé polovině rozvodné desky jsou tzv. tiskárny chyb, které mají za úkol oznámit poruchu, jež ve stroji vznikla. Aby byl přehled o tom, o jaký druh chyby šlo (nahodilá, trvalá, opakující se stále, opakující se jenom při některých operacích apod.), musí tiskárna chyb zaznamenat, v které části stroje k chybě došlo, v kterém okamžiku a za jakých okolností, tj. kterou operaci stroj právě prováděl. Takto podává tiskárna chyb jakýsi přehled „zdravotního stavu“ samočinného počítače. Na základě toho záznamu se provádějí potom opravy počítače. Po získání zkušeností bude možno podle něho provádět i jistá preventivní opatření, což má důležitý význam pro udržování trvalého chodu stroje.
Na levé straně rozvodné desky nalezneme 32 zesilovačů, upravených jako zásuvky na dvou stojanech, a řadu kontrolních žárovek. Na pravé straně místnosti jsou dvě zařízení stejného vzhledu. Jsou to vstupní a výstupní zařízení stroje. Prostřednictvím vstupní jednotky se vkládá do stroje úloha, tzv. čísla i návod k výpočtu, prostřednictvím výstupu odevzdává počítač výsledky, a to tak, že je vyděruje do zvláštních kartiček, tzv. děrných štítků.
Z místnosti č. 1 vstoupíme do chodby 2, kde uvidíme klimatizační zařízení. Jeho úlohou je upravovat teplotu a vlhkost vzduchu v místnosti č. 4, která je hlavní místností celého počítače. Klimatizace přivádí do místnosti chladný vzduch a odvádí vzduch ohřátý. Příkon 15 kW, který počítač dostává, se spotřebuje z největší části v této místnosti. Nebýt této klimatizace, stoupla by teplota místnosti asi na 60o C. Takto se však udržuje trvale na 18o C.
Dveře na levé straně chodby nás zavedou do místnosti 3, kde je umístěn hlavní přívod energie. Je zde deska s hlavními vypínači a pojistkami. V měnírně se vyrábí stejnosměrný proud o napětí 100 V, který se přivádí do tzv. generátoru impulsů. Zde se pomocí mnoha set kontaktů vyrábí každou vteřinu několik tisíc impulsů; ty se rozvádějí po celém počítači. Na levé straně je skříňka, regulátor obrátek generátoru impulsů. Generátor impulsů má pět poschodí. V každém poschodí se otáčí 8 hřídelů, na každém hřídeli je asi 50 kontaktů, které se při otáčení rytmicky spínají a rozpínají, některé až 50krát za vteřinu. Celková výška generátoru je asi dva a půl metru.
Protějšími dveřmi se dostáváme do čtvrté hlavní místnosti. Zde jsou umístěny tři nejdůležitější části počítače.
Paměť. Je to rychle se otáčející válec, na kterém je nanesena magnetická vrstva. V tomto zařízení stroj (na obrázku na úvod článku) uchovává všechna čísla, pomocí kterých provádí výpočet; dále je tu uchován celý návod, který k výpočtu potřebuje. Každé číslo, které vložíme do vstupu, se uloží na tento válec tak, jako se nahraje např. hudba na magnetofonový pásek. Potřebuje-li stroj tohoto čísla použít, vyhledá ho na válci a přenese pomocí elektrických impulsů tam, kde ho právě potřebuje. Podobně když stroj ukončí operaci (např. násobení, dělení, sečítání apod.), uloží výsledek vždy zpět do paměti. Zařízení, jehož činnost jsme právě popsali, vykonává funkci, která je při srovnání s činností mozku obdobná tzv. pamatování (nikoliv však přemýšlení). Pro tuto podobnost se dostalo tomuto zařízení dnes všeobecně užívaného názvu paměť.
Zesilovače, o kterých jsme se již zmínili, patří k paměti. V první místnosti jsou umístěny proto, aby byly snadno přístupné a aby bylo možno sledovat činnost paměti přímo z velitelny. Počet zesilovačů 32 souvisí s počtem třiceti dvou drah, na které se v paměti současně nahrává.
Druhou hlavní částí počítače v místnosti č. 4 je tzv. operační jednotka. Je složena ze tří stejných na sobě nezávisle pracujících částí. Kromě slučování, násobení a dělení, které jsme si již jmenovali, je to řada operací dalších, které nelze uvádět bez podrobnějšího vysvětlení. Spokojíme se tedy alespoň se zaokrouhlováním čísel, s obsluhou desetinné čárky, jsou mezi nimi i tzv. logické operace atd. Početní rychlost operační jednotky je 10 000 operací/hod. Hodinová práce počítače by byla tedy pro jednoho výpočtáře prací na několik týdnů.
Proč jsou tyto operační jednotky tři? Na to si odpovíme velmi snadno. Když nám někdo podá dva odlišné výsledky jedné úlohy, nemůžeme rozhodnout, který z nich je chybný. Máme-li však výsledky tři, dva jsou stejné a jeden odlišný, pak snadno řekneme, že odlišný výsledek je pravděpodobně chybný. Tři operační jednotky umožňují tedy počítači, aby při chybě v některé z nich stanovil, v které z nich chyba vznikla, a zároveň aby rozhodl, který výsledek má být jako správný uložen do paměti P počítače. Někdo může namítnout: A co když jsou dva výsledky špatné a jeden správný? Co provede počítač potom?
Abychom si na tuto námitku mohli lépe odpovědět, podíváme se na třetí hlavní část SAPO, která je rovněž v místnosti č. 4 a nazývá se řadič. Již název nám říká, že má něco společného s řízením celého počítače. Má několik důležitých funkcí. Řadič provádí především řízení všech operací, které se během výpočtu provádějí, a jejich řazení ve správném sledu. Jeho úlohu je správně sehrát a vzájemně sladit činnost probíhající v různých částech stroje. Jeho druhou úlohou je kontrolovat správnost chodu stroje – zda nevznikla chyba při přenášení čísel z jedné části stroje do druhé (např. ze vstupu do paměti, z paměti do operační jednotky, z paměti do výstupu atd.). Současně kontroluje správnost výpočtů tím, že v tzv. srovnávači srovnává výsledky vypočtené operačními jednotkami. Má také tzv. prověřovač, pomocí kterého se provádí vzájemná kontrola mezi tímto prověřovačem a srovnávačem. Třetí důležitou funkcí řadiče je provádět zásahy do stroje v tom případě, že ve stroji vznikla porucha. Všechny zásahy směřují k tomu, aby se zamezilo chybě ve výpočtu.
V případě, že se ve výsledku vyskytla chyba malá, takže je znám správný výsledek, zařídí, aby další výpočet pokračoval za použití tohoto správného výsledku. Přitom zachová počítač normální chod.
Ve složitějším případě, kdy nelze rozhodnout, zda výsledek je správný, je třeba složitějšího zásahu. Řadič změní tzv. normální režim na tzv. chybový režim. Zastaví další výpočet, vrátí se ve výpočtu na začátek nepodařené operace a zkusí ji provést celou znovu. Tento zásah je přirozeně značně složitý.
Uveďme si pro názornost tento jednoduchý příklad z denního života. Nákladní auto zatáčí do úzké ulice. Řidič špatně zatočil, nemůže zatáčku vybrat. Aby mohl zajet do ulice, musí se o to znovu pokusit, což předpokládá zastavení auta, přehození zpáteční rychlosti, couvání, opětné zastavení, přehození rychlosti a nový pokus o zatočení. Podobně musí i řadič vrátit stroj do stavu, v jakém byl na konci předešlé operace, tj. po obdržení minulého výsledku. Odtud se stroj znovu pokusí provést tutéž operaci ještě jednou. Povede-li se to, dovolí řadič, aby stroj pokračoval ve výpočtu dále. Je-li však výsledek opět takový, že řadič nemůže rozhodnout s jistotou, zda je správný, nestačí, aby se řadič zachoval jako předešle. To by se stále znovu opakovala táž operace. Proto podruhé musí být řadičem proveden zásah jiný. Tímto zásahem je zastavení stroje a signalizování, že stroj pro nepřekonatelnou poruchu nemůže pokračovat v práci.
Tu máme odpověď na otázku, co se stane, když dva ze tří výsledků jsou chybné. Stroj by nepoznal chybu jen tehdy, kdyby dva špatné výsledky byly naprosto shodné. Jinak to znamená, že stroj nalézá tři různé výsledky – a opakuje operaci. Je však velmi nepravděpodobné, že by vznikly při některé operaci dva chybné a přitom naprosto shodné výsledky. Chyba by musela vzniknout v naprosto stejném okamžiku na dvou úplně stejných místech dvou různých na sobě nezávislých strojů. Pravděpodobnost výskytu takovéto chyby je tak malá, že by připadla v úvahu jednou za několik miliónů let chodu počítače. Ve skutečnosti je zabezpečení proti chybám provedeno v počítači mnohem více, než se zde lze o tom zmínit.
Konečně čtvrtou úlohou řadiče je podávat při vyskytnutí nějaké chyby v počítači hlášení o tom, kde, kdy a při které operaci se chyba vyskytla. Toto hlášení podává řadič pomocí tiskárny chyb. Údaj o chybě je tak podrobný, že umožňuje opravářům a údržbářům v případě potřeby rychlé a přesné odhalení poruchy.
Jakým způsobem se předpisuje počítači, co a jak má počítat? Návod k výpočtům sestává z podrobných instrukcí, které počítači udávají, jakou operaci má právě provádět, kde pro tuto operaci nalezne v paměti čísla, kam má uložit výsledek a co má udělat po provedení operace, tj. kde nalezne v paměti další instrukci. Takovéto instrukce se sestaví v tzv. instrukční síti, a to tak, že instrukce navazují na sebe asi jako oka sítě. Řadič bere jednu instrukci za druhou a provádí je, bere instrukce další nebo se k některým opět vrací. Také opakuje i celé skupiny instrukcí, když se např. podobná část výpočtu opakuje několikrát apod. Právě proto, že výpočet nesleduje pouze řadu instrukcí, ale že se instrukcemi neustále jakoby proplétá, tj. vrací se, opakuje, odbočuje atp., nazývá se návod sestavený z instrukcí instrukční síť.
Sestavení instrukční sítě trvá vždycky určitou dobu, někdy několik dnů, jindy i několik týdnů. Při soustavné práci se strojem vzniká tam řada menších i větších instrukčních sítí. Když se potom později má sestavit návod pro nějakou složitou úlohu, skládá se z již připravených jednodušších návodů, jako ze stavebnicových kamenů. Odborné sestavení návodu klade značné nároky. Musí být totiž pamatováno na všechny možnosti, které se při výpočtu mohou vyskytnout. Návod musí být sestaven tak, aby stroj mohl v každé situaci najít správné pokračování. Je-li třeba rozhodnout mezi více možnostmi dalšího postupu (což se děje během jednoho výpočtu velmi často), musí mít stroj připraveny všechny další možnosti, jakož i pravidla, podle kterých se má rozhodnout.
Špatně sestavený návod znamená zmařený výpočet, ztracený drahocenný čas práce počítače. Chybu v přípravě návodu stroj nepozná. Poněvadž počítač pracuje velmi rychle, není možno postup jeho práce podrobně sledovat a tudíž se ani snadno nenalezne, kde se chyba v návodu nachází. Proto práce při přípravě návodu vyžaduje velkého soustředění, pečlivosti, důkladné znalosti možnosti stroje, zkušenosti s numerickými výpočty apod. Patří k velmi odpovědné práci při používání stroje.
Způsob, jakým se provádí kontrola výpočtu SAPO, je zatím nejdůkladnější z dosud užívaných. V zahraničí připadají dvě třetiny každého dne na chod stroje a jedna na opravy. U čs. počítače SAPO se očekává, že se podstatně sníží doby, po kterou bude nutno pro opravy vyřadit stroj z provozu už z toho důvodu, že je možno celou jednu třetinu stroje vyřadit z chodu (a např. opravovat), aniž je nutno práci celého stroje zastavit.
Postavit počítač takových vlastností bylo možno jedině proto, že elektrická schémata jsou navržena velmi úsporně díky vyspělé metodě navrhování těchto schémat, vyvinuté v ČSR. Pro srovnání uveďme jen, že některé zahraniční stroje používají např. jen ve vstupním zařízení několika tisíc relé, zatímco celý náš – vlastně trojitý počítač – jich obsahuje necelých 8000 pro veškerou svoji činnost.
Československý samočinný počítač SAPO je dnes jediným počítačem na světě, který má úplně vybudovanou kontrolu výpočtu tak, že sám vylučuje chyby, při čemž pokračuje neustále ve výpočtu dál. Přední místo ve světě mu náleží také co do neobyčejně úsporného řešení a konečně co do jednoduchosti přípravy instrukčních sítí.
Čemu bude samočinný počítač sloužit? Na tuto důležitou otázku si odpovíme ve třech bodech. Při výzkumu dalších číslicových matematických strojů je třeba ověřovat si správnou funkci nových zařízení – nových typů pamětí, nové principy vstupních a výstupních jednotek a podobně. K tomu je třeba, aby tato zařízení mohla být zkoušena již v hotovém stroji. Aby mohla být vyzkoušena paměť pro SAPO, bylo nutno sestavit zvláštní zařízení, které by nahradilo do jisté míry celý ostatní stroj. Nyní když je již SAPO hotov, bude možno zkoušky s novými navrženými součástkami provádět přímo na něm, a to tak, že se nové součásti přímo vestaví „na zkoušku“ do počítače.
Za druhé se bude pomocí samočinného počítače SAPO provádět výzkum početních metod – jak nejlépe a nejúsporněji připravovat instrukční sítě. Je to důležité proto, aby se mohlo stále lépe a bohatěji počítače využívat. Metody výpočtů na samočinných počítačích se totiž kvalitativně liší od metod jiných a je třeba je neustále zdokonalovat. Nově nalezené metody, nové způsoby plánování úloh apod. mají pak hluboký vliv na koncepci dalších počítačů.
Konečně za třetí je nutno říci, že výzkum metod se neprovádí na vymyšlených úkolech, ale že je prováděn přímo na úlohách daných praxí, tj. při řešení úloh vědeckých, technických, národohospodářských, tzn. především úkolů státního plánu. Touto výpočtářskou službou bude SAPO ve velké míře sloužit širokým potřebám našeho státu.
Inž. Miroslav Valach, Dvacáté století, kniha o vědě a technice, Orbis 1959
