Spacer po Odrach - komputerach zaprojektowanych i zbudowanych w Polsce

Odra to nazwa serii polskich komputerów, produkowanych we wrocławskich zakładach elektronicznych Elwro. Kolejne generacje komputerów przeszły od rozwiązań lampowo-tranzystorowych do cyfrowych układów TTL. To musiały być fascynujące wyzwania, projektowania i tworzenia standardów maszyn obliczeniowych. Teoretycznie obecnie wiedziałbym jak zbudować urządzenie cyfrowe z wykorzystaniem tranzystorów, jednak wolałbym użyć układów scalonych, bramek, przerzutników, rejestrów, pamięci lub zwyczajnie mikrokontrolerów. Konstruktorzy komputerów Odra nie mieli wyjścia i musieli użyć dostępnych dla nich podzespołów.

Nie udało mi się dotrzeć do schematów komputerów serii Odra, jeżeli posiadacie więcej informacji lub znajdziecie błąd w opisie tej eksploracji polskich komputerów to proszę odezwijcie się w tym temacie. Lepsza dokumentacja dostępna jest dla polskich komputerów MERA 400, od dawna obserwuję kanał YT MERA400, na którym autor prezentuje eksperymenty z zachowanym egzemplarzem tego komputera. Inny egzemplarz znajdował się na Politechnice Gdańskiej ProjektM400.

Wracamy do komputerów Odra, na stronie aresluna znajdziemy informacje o konstrukcji kolejnych modeli Odry i liczbie wyprodukowanych sztuk. Przykładowo Odra 1001 i 1002 to modele prototypowe, które powstały jako pojedyncze sztuki. Odra 1002 to maszyna obliczeniowa lampowo-tranzystorowa z 1962r operująca na słowach 36 bitowych i wykonująca 800 dodawań na sekundę. Strona Wikipedii o modelu 1002 zawiera zdjęcie, na którym widzimy szafy z zainstalowanym sprzętem i panel kontrolny. Właśnie tak autorzy wczesnych filmów SF wyobrażali sobie komputery - szafy z dużą ilością migających wskaźników.




W konstrukcji komputera widoczne jest wiele modułów instalowanych w szafach. Moduły zawierające lampy połączone są z głowicami pamięci bębnowej. Być może wymóg małego rozrzutu elementów, niewielkie amplitudy sygnałów, wymagane niskie szumy oraz częstotliwości sygnałów powodowały, że lampy były lepszym rozwiązaniem? Sygnały z głowic prowadzone są przewodami ekranowanymi, na zdjęciu widoczne są jako wiązki czerwonych przewodów.




Moduły lampowe znajdują się w środkowej części. Po prawej znajdują się moduły tranzystorowe. Woltomierze analogowe służą do kontroli napięcia zasilaczy.




Zasilacze transformatorowe dostarczają wielu napięć, widoczne są także zespoły kondensatorów elektrolitycznych.




Pamięć bębnowa przechowywała 4096 słów. Na dole widoczny silnik napędowy, widoczny jest także regulator, być może autotransformator. Do czego mógł służyć? Być może do rozruchu silnika lub regulacji obrotów, chociaż silnik synchroniczny powinien osiągać 3000 obr/min z niewielkimi zmianami w zależności od aktualnej częstotliwości napięcia sieciowego. Liczba głowic jest bardzo duża, podejrzewam, że poza głowicami danych mogły występować np. głowice ścieżek synchronizujących położenie bębna?




Na razie konstrukcja prototypu wygląda na urządzenie elektro-mechaniczne wyposażone w moduły lampowe. Jednak w Odrze 1002 znajduje się duża ilość modułów wyposażonych w tranzystory germanowe i diody. Każdy moduł zawiera pięć płytek z półprzewodnikami.




Na Wikipedii znajdziemy zdjęcie pojedynczej płytki z charakterystycznym zielonym tranzystorem germanowym TG2 i diodami DOG-52.




Na płytce widoczny jest pojedynczy tranzystor i osiem diod. Co to mogło być? Być może wielowejściowa bramka? U góry znajduje się element indukcyjny, transformator lub dławik, chociaż ze względu na większą ilość wyprowadzeń bardziej pasuje transformator.




Urządzeniami wejścia/wyjścia tej maszyny liczącej był dalekopis, perforator i czytnik kart perforowanych.
Podziwiam, wiedzę, wytrwałość i skuteczność pionierów informatyki, konstruktorów maszyn liczących. Mi by się obecnie nie chciało robić komputera na tranzystorach, projektanci Odry 1002 nie mieli innego wyjścia.

Na tranzystorach powstały zaskakująco wydajne obliczeniowo konstrukcje, np. KAR-65 z 1968r wykonywał 100 000 operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę! Nic dziwnego, że KAR-65 wykorzystywany był do badań w CERN. Konstruktorem KAR-65 był Jacek Karpiński, który w późniejszym czasie w latach 1970-73 zaangażowany był w budowę 16 bitowego komputera K-202. KAR-65 wykorzystywał tranzystory TG-40, diody DOG-61, 65 tysięcy części znajdowało się w typowej dla tego okresu obudowie modułowej.




Cyfrowe maszyny liczące w pionierskich czasach informatyki musiały być dużym wyzwaniem dla konstruktorów, nic dziwnego, że wykonywane były próby z komputerami analogowymi. W takich analogowych maszynach np. Analizator Równań Różniczkowych sygnał wejściowy i wyjściowy odpowiadał wartości a obliczenia wykonywały układy analogowe. Bardzo ciekawy i futurystyczny wygląd miał np. analogowy tranzystorowy komputer AKAT-1. Komputer cyfrowy rozwiązuje problem przez sekwencję operacji na liczbach zapisanych np. binarnie, natomiast komputer analogowy buduje elektryczny model równania: napięcia i prądy reprezentują zmienne, a wzmacniacze operacyjne, integratory, sumatory i potencjometry realizują działania matematyczne.




Wracamy do tytułowej serii polskich komputerów Odra. Po prototypach pojawiła się Odra 1003 z 1963r. Była to maszyna tranzystorowa wykonująca 500 dodawań na sekundę, wyprodukowana w liczbie 42 sztuk. Pojemność pamięci bębnowej wzrosła do 8192 słów. Obudowa stała się bardziej kompaktowa.




Rozbudowała się konstrukcja płytki w module, widoczne są powtórzone trzykrotnie układy zawierające: 3 tranzystory, 6 diod i indukcyjność.




Tranzystorowe Odry w kolejnych generacjach przyspieszały Odra 1013 dodawała z szybkością 1000 na sekundę i sprzedała się w 84 egzemplarzach. Od modelu 1013 pojawiła się pamięć operacyjna 256 słów, której pojemność rosła w kolejnych wersjach. Ferrytowa pamięć operacyjna w przeciwieństwie do bębna nie miała ruchomych elementów mechanicznych, dostęp do komórek pamięci był swobodny (odpowiednik RAM), odczyt bitu był destrukcyjny (wymagane było przepisanie stanu), jednak pamięć w przeciwieństwie do RAM była odporna na zanik zasilania.




Odra 1103 przyspieszyła do 5000 dodawań na sekundę i sprzedała się w 64 egzemplarzach. Odra 1204 to 60 000 dodawań na sekundę i 179 sprzedanych egzemplarzy. Odra 1304 osiągała 50 000 dodawań na sekundę i sprzedała się w 90 egzemplarzach. Odra 1304 z 1968r była zgodna programowo z brytyjskim ICL1904 będąc jednocześnie maszyną szybszą, mniejszą oraz pobierającą mniej mocy. Zaprojektowanie zgodności z listą rozkazów ICL1904 pozwoliło na przejecie części oprogramowania od ICL. W Elwro zbudowano maszynę pod istniejący ekosystem oprogramowania, jednocześnie polepszając parametry komputera, który pierwotnie wykonywał te programy.




Tranzystory występują w parach, jak uważacie czy są to przerzutniki czy bramki?

Bardzo dobre tabelaryczne zestawienie informacji o Odrach znajduje się na wspomnianej już stronie https://aresluna.org/attached/computerhistory/articles/odra

Nową trzecią generację maszyn opartych o układy scalone rozpoczęła Odra 1305 produkowana od 1973r, której panel widoczny jest na zdjęciu okładkowym tego materiału. Odra 1305 osiągała 370 000 dodawań na sekundę i sprzedała się w 346 egzemplarzach. Oparta również o układy scalone TTL Odra 1325 osiągnęła 280 000 dodawań na sekundę i sprzedała się w 151 sztukach. Łącznie zostało wyprodukowane ponad 1000 sztuk komputerów Odra.

Pakiety w Odrach od 1305 zawierały układy cyfrowe TTL co umożliwiło na znaczące zwiększenie gęstości upakowania względem konstrukcji tranzystorowych.




Na elektroda.pl w temacie zapoczątkowanym przez @dj_volt znajdziemy zdjęcia pakietów Odra zawierających większe ilości układów scalonych TTL umieszczone przez @Gizmoń .


Tutaj kończy się wycieczka po Odrach, napiszcie proszę jakie macie wrażenia,
być może uda się coś uzupełnić, poprawić ew. błędy w opisie lub odpowiedzieć na część pytań.

Ciekawe to były czasy pionierów maszyn cyfrowych i informatyki. Stare komputery Odra generacji drugiej (tranzystorowe) i trzeciej (układy scalone TTL) wyglądają dzisiaj nietypowo, trochę jak panel sterujący jakiegoś urządzenia kontroli automatyki przemysłowej. Komputery Odra często wymagały zasilania trójfazowego! Możliwość zobaczenia pojedynczego tranzystora w komputerze robi wrażenie. Jestem pełen podziwu dla umiejętności i wytrwałości konstruktorów polskich komputerów. Podejrzewam, że proces projektowania pierwszych cyfrowych maszyn liczących musiał być trudny ale i ciekawy. Pokonywanie ograniczeń i wyznaczanie standardów mogło być satysfakcjonujące.

Niestety projektowanie i produkcję komputerów zakończyliśmy na maszynach opartych o układy scalone. Później pojawiły się mikroprocesory i nie udało się w Polsce utrzymać ciągłości projektowania i masowej produkcji dużych, własnych systemów komputerowych klasy Odra. Patrząc na pionierskie konstrukcje można też zauważyć olbrzymi postęp, który odbył się w relatywnie krótkim czasie.