Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 101

Компьютерра

26.12.2011 - 01.01.2012

Статьи

Tertium datur: другие компьютеры

Евгений Лебеденко, Mobi.ru

Опубликовано 29 декабря 2011 года

"Наука умеет много гитик". Это карточное высказывание как нельзя лучше подходит к истории разработки троичных компьютеров «Сетунь». Хотя бы потому, что, создавая их, разработчики смело шагнули с истоптанной веками дороги традиционной математической логики на малоизученные тропинки логики многозначной. Или потому, что советскому троичному компьютеру пришлось столкнуться со множеством препон и преодолеть их, постоянно доказывая свою жизнеспособность.

Один факт остаётся по-настоящему непреложным: в начале шестидесятых годов прошлого столетия на эволюционном древе вычислительной техники появилась особая ветвь — ЭВМ, в основе которой лежала логика, отличающаяся от бинарной.

Даже сегодня, спустя полвека с момента рождения троичного компьютера, ветвь эта выглядит эдаким вавиловским гибридом, несколько неуместным на фоне достижений двоичной электроники. Но это обманчивое впечатление. «Сетунь» — не тупиковое направление, а первый пробный шаг учёных и инженеров на пути преодоления несовершенств компьютеров, сделанных по "принципу исключённого третьего". И уже одно это — великий вклад в развитие вычислительной техники.

Рассказывать историю разработки компьютера «Сетунь» легко и сложно одновременно. Легко, потому что у неё, как у большинства историй появления новых технологий, есть главный герой. Человек, который своим упорством и трудолюбием делает эти технологии возможными. Генератор идей, погрузившийся в проблему с головой.

В истории ЭВМ «Сетунь» главный герой — это Николай Петрович Брусенцов, главный конструктор троичного компьютера.

И именно это делает рассказ о появлении «Сетуни» сложным, поскольку промежуток от первоначального замысла до его воплощения в «железе» наполнен множеством разных людей и событий.

Началась история «Сетуни» в 1952 году, в специальном конструкторском бюро Московского государственного университета, куда по распределению попал выпускник МЭИ Николай Брусенцов. В теории бюро должно было совершенствовать техническое оснащение учебного процесса, на практике же оно зачастую решало совершенно другие задачи, выполняя заказы для сторонних НИИ и производств. Молодого инженера Брусенцова такое положение дел совершенно не радовало, поэтому он с энтузиазмом принял предложение заведующего кафедрой вычислительной математики механико-математического факультета МГУ академика Соболева участвовать в получении, установке и настройке вычислительной машины «М-2», разрабатываемой лабораторией электросистем его альма-матер под руководством Исаака Семёновича Брука. Сергей Львович Соболев прекрасно понимал перспективы применения цифровых ЭВМ в учебной и научной деятельности МГУ и изо всех сил способствовал появлению в университете собственного вычислительного центра.

Однокурсники Брусенцова, работавшие в лаборатории Брука, на всю жизнь «заразили» Николая Петровича цифровыми ЭВМ.

История, однако, по-своему распорядилась судьбой «М-2». Машина так и не попала в стены МГУ, несмотря на то что довольно активно использовалась его учёными. Всё потому, что в баталиях научных школ, зарождающейся тогда области вычислительной техники, академик Соболев поддержал направление высокопроизводительных компьютеров Сергея Алексеевича Лебедева, а не малых ЭВМ Брука.

Именно благодаря этому конфликту интересов Соболев принял решение о разработке в МГУ собственной малой ЭВМ, способной решать насущные вузовские проблемы.

Увлечённость Николая Брусенцова компьютерами помогла ему попасть в отдел электроники вычислительного центра МГУ, перед которым и была поставлена задача разработать новую ЭВМ. В поисках элементной базы, наиболее приемлемой по соотношению надёжности, производительности и цены, инженера Брусенцова откомандировали в лабораторию электромоделирования Льва Израильевича Гутенмахера при Институте точной механики и вычислительной техники Академии наук СССР, где в 1954 году была разработана безламповая ЭВМ «ЛЭМ-1». В качестве схемотехнической единицы «ЛЭМ-1» инженеры лаборатории Гутенмахера использовали трёхфазные феррит-диодные логические элементы — уникальную комбинацию запоминающих ячеек на базе ферритовых колец и полупроводниковых диодов. В этих логических элементах ферритовые кольца играли роль сердечников трансформатора и служили для хранения единиц и нолей — базовых компонентов двоичной логики, а диоды использовались в качестве вентилей в цепях связи между ними.

Типовым элементом «ЛЭМ-1» был феррит-диодный регистр сдвига, состоящий из трёх ферритовых колец: входного (записывающего), канального (считывающего, тактового) и выходного (связывающего регистр с последующими элементами).

Эта достаточно элегантная схема феррит-диодного регистра усложнялась за счёт включения в её состав дополнительных компенсирующих сердечников, устраняющих импульсы помехи в выходном ферритовом кольце. Вызванная неидеальностью петли гистерезиса ферритовых колец, эта помеха могла, при повышении рабочей температуры, достигнуть уровня сигнала.

Николаю Брусенцову было очевидно, что подобная схема далека от идеала. Поэтому он предложил её усовершенствовать, введя в цепь рабочих сердечников постоянное напряжение, которое запирало диод. Это решение исключало появление помехи, а значит, не требовало использования компенсирующих магнитных колец. Их теперь можно было применить в качестве второй пары рабочих сердечников, функционирующих встречно основной рабочей паре.

Вот так модернизация несовершенной элементной базы «ЛЭМ-1» способствовала появлению феррит-диодного логического элемента, который мог параллельно передавать две не совпадающие по времени последовательности сигналов — основу троичного кода.

Бинарная логика, являющаяся основой современной вычислительной техники, воспринимается сегодня как некая аксиома, истинность которой не подвергается сомнению. И действительно, кодирование информации с помощью наличия или отсутствия сигнала кажется самым подходящим способом реализации цифровых систем. Но так ли это?

Правила работы компьютеров определяют люди. Использование двоичной логики в вычислительном процессе — не закон природы, а сознательное решение, которое кто-то когда-то принял, потому что оно удовлетворяло разработчиков компьютеров, программистов и пользователей, решающих свои задачи.

Почему именно двоичная логика стала базой современных ЭВМ? Ответ представляется очевидным. Исторически математическая логика опиралась на идею «третьего не дано», сводя процесс логических умозаключений к бинарным решениям.

Эта догма классической логики обязана рождением принципу бивалентности логических суждений, введённому яростным стоиком Хризиппом и поддерживаемому авторитетом Аристотеля

Простота бивалентности действительно неплохо описывает логические реалии жизни. Стоит вспомнить семафоры, пешеходные переходы и тумблеры «вкл-выкл». Бинарность неплохо управляет повседневностью.

Давайте взвесим на обычных рычажных весах два предмета А и В. Весы с лёгкостью позволят определить нам две противоположности: вес А > В и вес А

Так же как третье решение имеет исход футбольного матча (ничья), нейтралитет Швейцарии (третья сторона) и неопределённое «может быть», полученное в ответ на конкретный вопрос.

Превратив рычажные весы в двоичный прибор, мы столкнёмся с неопределённостью A ≤ В, разрешить которую можно, только поменяв взвешиваемые А и В местами, то есть выполнив лишнюю операцию.

Логику повседневной жизни сложно впихнуть в чёрно-белую картину бивалентности — это осознавали многие мыслители. В результате на свет появились неклассические логики, отказавшиеся от закона исключённого третьего. Один из первых вариантов многозначной логики в двадцатых годах прошлого столетия разработал польский учёный Ян Лукасевич. В его трёхзначной логике кроме полярных «да» и «нет» появилось значение «возможно». Трёхзначные логические высказывания Лукасевича допускали отсутствие непротиворечивости и назывались модальными. Помните консилиум в сказке о Буратино? «Пациент скорее жив, чем мёртв». «Скорее жив» и есть модальное логическое высказывание.