Троичный код

00Три состояния вместо двух

Конец 1950-х годов — время, когда вычислительная техника в СССР только выходила из стадии единичных уникальных машин и ещё не была жёстко регламентирована. Университеты получали возможность вести собственные разработки, а кибернетика, ещё недавно критиковавшаяся официально, превращалась в приоритетное направление. В этих условиях нестандартный проект имел шанс возникнуть и дойти до серийного производства.

Эти обстоятельства иллюстрирует история создания ЭВМ «Сетунь». Машина создавалась в «предкремнии», — писал один из создателей ЭВМ, Николай Брусенцов, в статье «Троичные цифровые машины в МГУ».

В интервью Upgrade Брусенцов вспоминал, как это было. МГУ должна была получить машину М-2, изготовленную лабораторией Исаака Брука. Помешали академические разногласия. На выборах академиков глава кафедры вычислительной математики МГУ академик Сергей Соболев проголосовал в пользу Лебедева, а не Брука. Брусенцов полагает, что Брук затаил обиду, именно поэтому отказался высылать машину. Соболев позволил Брусенцову заняться созданием собственной машины — это было в конце 1955 года.

Соболев поставил Брусенцову ряд условий: была необходима машина широкого назначения, которая подойдет для учебных заведений и лабораторий. При этом она должна быть небольшой, надежной и простой в освоении и использовании.

Как вспоминал Брусенцов, уже тогда было ясно, что ламповые машины ненадежны. Проблема заключалась в самих лампах — у них был короткий срок службы. ЭВМ могли работать всего несколько часов, затем следовала поломка. Тогда Юлий Гутенмахер строил машину ЛЭМ-1 на феррит-диодных элементах, Брусенцов был знаком с его работами, и посчитал направление перспективным. Так он попал к нему на стажировку.

Использовалась так называемая симметричная троичная система, в которой разряд принимает значения −1, 0 и +1. Такая запись естественно описывает и положительные, и отрицательные числа, не требуя отдельного знакового разряда и специальных правил для отрицательных величин. Для арифметики это давало ряд практических упрощений, которые Брусенцов и его группа стремились реализовать аппаратно, а не программно.

По воспоминаниям Брусенцова, в лаборатории, готовившей «Сетуни», никогда не работало более двух десятков человек. Разработку начинали и вовсе с четырьмя сотрудниками, в 1956 году. А уже через два с половиной года, в 1958 году, был рабочий образец. Однако почти с самого начала, разработка «Сетуни» сталкивалась с давлением.

Но ученым удалось отбиться: по настоянию Соболева, которому пришлось защищать проект в ЦК КПСС, были проведены испытания «Сетуни», в апреле 1960 года. Машина, по воспоминаниям Брусенцова, уже тогда отлично работала. «Сетунь» показала 95% полезного времени (это время, которое машина тратит на выполнение задач, а не тестово-наладочные работы) — в то время уже считалось очень хорошим результатом, если она показывала хотя бы 60%.

После испытаний было принято постановление Совмина об организации серийного производства в Казанском заводе. В год начали выходить по 10–12 устройств, что, по мнению Брусенцова, было всего лишь формальным выполнением постановления.

01Безламповая надежность

Ключевым техническим решением стал почти полный отказ от ламповой схемотехники. В «Истории вычислительной техники в лицах» Б. Н. Малиновского приводятся общие характеристики машины: в качестве основного элемента схем применяется магнитный усилитель с питанием импульсами тока.

Такой усилитель состоит из нелинейного трансформатора с миниатюрным ферритовым сердечником и германиевого диода. Необходимые для реализации троичного счета три устойчивых состояния получаются с помощью пары усилителей. Общее число усилителей в машине — около четырех тысяч. Электронные лампы использованы в машине для генерирования импульсов тока, питающих магнитные усилители, и импульсов записи на магнитный барабан. Полупроводниковые триоды применены в схемах, обслуживающих матрицу запоминающего устройства на ферритовых сердечниках и в усилителях сигналов, считываемых с магнитного барабана.

Машина использовала троичную систему счисления с коэффициентами 1, 0, -1. Длина слова в арифметическом устройстве машины составляла 19 троичных разрядов: команды кодировались полусловом, то есть, девятью разрядами (по сути, машина оперировала девятитритными словами). В памяти устройства каждая пара полуслов (составляющие полное слово) и каждое полуслово в отдельности имели независимые адреса.

Память была двухуровневой — быстрая оперативная на ферритовых сердечниках и более ёмкая внешняя на магнитном барабане; обмен между ними организовывался автоматически. В сочетании с троичной арифметикой и ферритодиодной элементной базой такое устройство давало «Сетуни» очень высокую устойчивость в работе.

Благодаря тому, что «Сетунь» была машиной с арифметическим устройством последовательного действия с блоком быстрого умножения, удалось достичь быстродействия в 1–2 тыс. операций в секунду (на уровне параллельных машин того времени — столько же, например, было у М-2 Брука). Небольшая оперативная память ЭВМ «Сетунь» состояла из трех зон объемом 54 9-разрядных слов каждая, связанных позонным обменом с основной памятью на магнитном барабане, объем которого составлял 36 зон.

Троичная логика давала и собственные преимущества. Знак числа кодировался естественным образом, без отдельного разряда; округление выполнялось проще; ряд операций требовал меньше действий. Программисты, работавшие на «Сетуни», отмечали логическую стройность её системы команд.

Не менее важной была технологичность. «Сетунь» собиралась из небольшого набора унифицированных элементов, что упрощало производство и ремонт.

02Пятьдесят машин из Казани

До 1965 года Казанский завод изготовил 50 машин, из которых 30 поступили в университеты и вузы СССР. Машины разбросало по стране. Как писал Малиновский, «Сетунь» эксплуатировалась во всех климатических зонах — от Калининграда до Магадана, от Одессы и Ашхабада до Новосибирска и Якутска. При этом никакой технической поддержки не было — ни сервиса, ни запасных частей. Но ЭВМ работали стабильно и не вызывали нареканий.

Высокая надёжность ферритодиодной схемотехники означала минимальное время простоя — критичный параметр в условиях, когда ЭВМ были редким и дорогим ресурсом, а очередь на машинное время растягивалась на недели.

Но уже в 1965 году производство «Сетуни» прекратили. Сложились два фактора: во-первых, машина оказалась слишком эффективна — её поставляли всего за 27,5 тысяч рублей (281,4 млн рублей в пересчете на сегодняшние деньги). По иронии, дешевизна в производстве сделала машину недостаточно привлекательной для заводов. Запрос на масштабирование поставок был: Внешторг получил заявки из ряда стран Европы, в том числе и из соцстран.

В Чехословакии ждали документацию для выпуска. В СССР, однако, настаивали, что сначала нужно освоить крупносерийное производство этой машины — против чего, по словам Брусенцова, было ГКРЭ. В противодействии властей заключалась вторая причина. Как позже заявлял Брусенцов, власти сообщали чехам отдельно, что машину будут снимать с производства, так что заказывать её не стоит.

При давлении со стороны ГКРЭ и отсутствии интереса со стороны заводов, проект «Сетуни» лишился и единственного влиятельного покровителя — Соболева. В 1957 году он покинул Москву и возглавил созданный им в Новосибирске Институт математики Сибирского отделения АН СССР.

Брусенцов продолжил работу: в 1970 году была создана опытная машина «Сетунь-70» со стековой архитектурой и обработкой данных в обратной польской записи; она использовалась в учебных целях на факультете вычислительной математики и кибернетики МГУ. Дальнейшего серийного развития троичное направление в СССР не получило. Сам Брусенцов до конца жизни оставался сторонником троичной логики, продолжал развивать её теоретически и рассматривал троичные системы как недооценённое направление вычислительной техники.