«FEB JUL AUG » 24 2008 2009 2010 8 captures 24 Feb 09 - 11 Dec 09

Close Help

KRONIKA VÝPOČETNÍ TECHNIKY VE FZÚ

---

Obsah 1. Vlastní konstrukce jednoúčelových počítačů pro krystalografické výpočty 2. První univerzální počítač v Praze (URAL-1) 3. První univerzální počítač v ústavu (Zuse Z-22/R) 4. Sálové počítače v ústavu 5. Řízení experimentů 6. Superpočítače a osobní počítače

---

1. Vlastní konstrukce jednoúčelových počítačů pro krystalografické výpočty

(od dětského počitadla k prvním strojům)

Pracoviště  Fyzikálního ústavu  v Cukrovarnické ulici má bohatou tradici ve vědeckých výpočtech a v provozu počítačů, která sahá skoro k počátkům novodobé historie počítačů.

Prvním iniciátorem vybavování tohoto pracoviště (které bylo tehdy samostatným  Ústavem technické fyziky ČSAV ) výpočetní technikou byl RNDr. Allan Línek (nar.1925), který jako čerstvý absolvent  Přírodovědecké fakulty UK  nastoupil do ústavu v roce 1949. Jeho snaha o využití strojového počítání byla vyvolána potřebami práce: pracoval v oblasti řešení krystalových struktur, jež je ve všech svých stadiích velmi náročná na numerické výpočty – jak při vyhodnocování strukturních faktorů, tak i elektronových hustot. Tyto výpočty se podle potřeby iterativně opakují. Závěrečným stadiem řešení je upřesňování struktury, které je na numerické výpočty rovněž náročné. Přitom v počátcích své činnosti byl doktor Línek vybaven pro svou práci jen tabulkami číselných hodnot a pro počítání používal dětské kuličkové počitadlo.

Doktor Línek navázal již počátkem padesátých let pracovní styky s docentem Antonínem Svobodou ( http://www.vumscomp.cz/Svoboda.html ), ředitelem  Ústavu matematických strojů  a dalšími pracovníky tohoto ústavu, v němž byl v té době konstruován první československý univerzální samočinný počítač  SAPO  (reléový). Výsledkem těchto styků byly návrhy dvou jednoúčelových strojů podle koncepce doktora Línka. Jeden z nich měl sloužit pro výpočet strukturních faktorů, druhý k řešení struktur metodou pokusu a omylu.

Stroj pro výpočet strukturních faktorů byl jednoúčelový stolní reléový počítač pro vyhodnocování trigonometrické části strukturního faktoru, tj. výrazů kosinus a sinus argumentu 2p(hx+ky+lz). Těchto výrazů je při každém iterativním kroku řešení struktury třeba vyhodnocovat několik set až několik tisíc.

ELIŠKA  byla desetimístná dvojková reléová sčítačka ovládaná z klávesnice, na níž se pomocí tří desítek klíčů nastavovaly s přesností 2-10 periody identity hodnoty proměnných, tj. atomových souřadnic x, y, z. Jedním ze tří tlačítek na klávesnici se ovládalo přičítání vždy jedné z proměnných a tak se krok za krokem vytvářela hodnota argumentu (hx+ky+lz). Na sčítačku byl napojen mechanicko-optický dekodér udávající funkční hodnotu – sinus a kosinus – pro vypočtený argument. Dekodér byl vytvořen osmi pohyblivými clonkami a skleněnou deskou, na niž bylo fotografickou cestou naneseno 256 dvojic hodnot funkce sinus a kosinus z intervalu <0,p /2> uspořádaných do čtvercové matice 16×16. Každá ze clonek byla ovládána jedním z osmi elektromagnetů, napojených na osm nejnižších řádů výstupu ze sčítačky, a mohla zaujímat jednu ze dvou poloh. Clonky tak mohly být nastaveny do 256 různých poloh a v každé z nich propouštěly světlo právě na jednu z 256 dvojic funkčních hodnot. Výstup z nejvyšších dvou řádů sčítačky ovládal indikační žárovičky, jež udávaly znaménko pro odečtené hodnoty sinu a kosinu. Údaj dekodéru pak byl zapisován do připraveného formuláře. Výpočet strukturních faktorů se při používání stroje podstatně zrychlil a zároveň zjednodušil tak, že práci mohl vykonávat zacvičený pracovník.

ELIŠKA  byla v provozu do začátku šedesátých let a dnes je v depozitáři  Národního technického muzea . Její využití  podstatně urychlilo vyřešení struktury piezoelektrické látky etylén-diamin tartarátu (EDT), jejíž atomový model byl nabídnut výstavní komisi pro  Světovou výstavu v Bruselu  v roce 1958 jako exponát  Československé akademie věd . Nabídka byla přijata a model byl na výstavě umístěn v Paláci vědy.

Nicméně během jeho výroby se potřeba urychlení výpočtu hustoty elektronů, tzv. map hustoty elektronů, stávala stále naléhavější. Proto počátkem roku 1954 doktor Línek navrhl spolu s ing. Ctiradem Novákem jednoúčelový stroj, který měl zajistit tuto druhou, na výpočty velmi náročnou část výpočtů při řešení krystalových struktur [2,6,7].

Stroj sestavil laboratorní mechanik Mirko Novák, ke stavbě byl použit telefonní materiál – krokové voliče a relé. Základními bloky byly desetimístná dvojková násobička a sčítačka spolu s reléovou pamětí hodnot funkcí sinus a kosinus. Stroj byl vybaven na výstupu tiskárnou, pracující v osmičkové soustavě.  Umožňoval vyhodnocování elektronové hustoty podle volby ve 120, 60 nebo 40 ekvidistantních bodech periody identity a provádění součtů až do patnácté harmonické. Byl uveden do provozu ještě během roku 1954 a nazván  SUPERELIŠKA .

Za jeho stavbu byla udělena cena Akademie. Sloužil do roku 1957, pak byl nakrátko zapůjčen do Bratislavy a poté, co byl vrácen, byl odevzdán  Národnímu technickému muzeu  s výjimkou jednoho křídla zadních dveří skříně, které bylo ponecháno v ústavu na památku. Zdobí ji totiž řada podpisů návštěvníků ústavu v letech 1954 – 57. Nejvzácnějším je podpis indického fyzika Ramana, který se podepsal v horním rohu dveří a obtáhl svůj podpis rámečkem, aby se oddělil od ostatních, protože byl z vysoké kasty.

V roce vzniku  SUPERELIŠKY  byly n.p.  ARITMA  dodány stroje  M1  a  M2 , oba děrnoštítkové reléové, nebyly však hned z počátku uvedeny do provozu.

Stroj  M2 , ač provozuschopný, nemohl být využit, protože vyhotovit a zkontrolovat základní kartotéku o 74 400 štítcích (paměť sčítanců Fourierových řad pro různé podmínky syntézy), tj. přibližně 37 krabic ručně děrovaných štítků, nebylo lze zvládnout v krátkém čase. A protože  Supereliška  pracovala spolehlivě a přibližně stejně rychle jako měl pracovat  M2 , nebylo děrování štítků základní kartotéky nikdy dokončeno a stroj nebyl k předpokládanému účelu nikdy použit. Díky netrpělivosti a vědecké horlivosti dr. Línka a dalších vědců, kteří se nemohli dočkat stroje z unikátní produkce velkého podniku, byl M2 předběhnut jiným "na koleně" sestaveným strojem.

Stroj  M1  byl původně (v roce 1950-51) navržen k řešení struktur metodou pokusu a omylu. Než byl dodán, tak v oboru převládla metoda řešení a upřesňování struktur iterativními výpočty elektronových hustot. A protože se při upřesňování metodou zkoušení a chyb opakovaně vyhodnocují výrazy formálně shodné s výrazy pro sčítání Fourierových řad, bylo možno stroj  M1  po dodání do jisté míry snadno s pomocí pracovníků  Aritmy  na místě překonstruovat tak, aby jej bylo možné použít pro výpočet elektronových hustot [9]. Stroj M1 byl osazen 1100 speciálními relé, stejnými jako  SAPO , a pracoval rychlostí 40 operací za vteřinu. Pamětí pro hodnoty funkcí sinus a kosinus argumentu (2p hx) byla malá sada děrných štítků – jejich počet odpovídal dělení periody identity (nejvýše 120 bodů). Stroj vyhodnocoval Fourierovy řady do 29. harmonické a nahradil tak v roce 1957  SUPERELIŠKU .

Celé uvedené strojové vybavení dobře sloužilo [3,8] a umožnilo nejen rozvoj vlastní práce skupiny, ale přispělo i k výchově nových mladých vědeckých pracovníků v oboru, kteří se později stali zakladateli dalších skupin pro řešení krystalových struktur v Praze a v Bratislavě.

V letech 1958-9 se řešení struktur díky počítačovému vybavení značně rozvinulo a přitom se ukázalo, že  ELIŠKA  už svým výkonem na nové požadavky nestačí, a to především proto, že výstupní údaje bylo nutno ručně opisovat z dekodéru. Okolnosti si vyžadovaly výstup ve formě, která by umožnila jejich mechanické zpracování.

Proto se připravovala stavba nového stroje pro výpočet strukturních faktorů,  ELIŠKY II . Tento nový stroj měl mít možnost děrovat výstupní údaje do děrných štítků. K tomu cíli byl vyvinut a vlastními silami ústavu vyroben reléový generátor goniometrické funkce [10], na nějž byl udělen český patent. Další jednotlivé části nového stroje byly postupně v ústavu vyráběny a provozně zkoušeny. K jeho dokončení a vyžívání však nedošlo, neboť počátkem roku 1960 byl v  Ústavu teorie informace a automatizace ČSAV  instalován a do provozu uveden univerzální samočinný počítač ruské výroby  URAL-1 .