Троичный компьютер: Да, нет, может быть: Логика. Троичный компьютер Малая электронная вычислительная машина сетунь

Н.П. Брусенцов

Приблизительно в то же время появились машины второго поколения, построенные на неполупроводниковой элементной базе, например, на магнитных элементах. Так, в МГУ им. М.В. Ломоносова коллективом под руководством Н.П. Брусенцова была создана машина Сетунь (производившаяся серийно в 1962-1964 годах). Машина Сетунь является малогабаритной машиной, выполненной на магнитных элементах. Это одноадресная машина с фиксированной запятой. В качестве системы счисления в ней используется троичная система с цифрами 0, 1, -1. Сетунь является первой в мире машиной, использующей эту систему счисления. У одноадресной машины в команде в явном виде задается лишь небольшая часть информации, необходимой для выполнения этой команды машиной, - код операции и адрес одного из аргументов или результата. Остальная информация определяется в соответствии с некоторыми реализованными в машине соглашениями. Подобные соглашения требуют наличия в программе значительного количества команд, обеспечивающих обмен данными внутри машины.

Машина оперировала 18-разрядными (длинными) и 9-разрядными (короткими) троичными словами (18 троичных разрядов в смысле точности представления чисел примерно эквивалентны 29 двоичным разрядам). В качестве оперативной памяти использовался куб на ферритовых сердечниках (ферритах) сравнительно небольшой емкости: 162 коротких слова. В качестве внешнего запоминающего устройства использовался магнитный барабан емкостью 1944 коротких слова или 3888 коротких слов. Обмен информацией между оперативной памятью и магнитным барабаном осуществлялся группами по 54 коротких слова, причем сравнительно быстро, а потому частые обращения к магнитному барабану не очень сильно снижали производительность машины. Среднее быстродействие без учета обращений к барабану составляло 4800 оп./с (время сложения - 180 мкс, умножения - 320 мкс, передачи управления - 100 мкс). Ввод информации осуществлялся с пятидорожечной перфоленты со скоростью 800 строк/с, вывод - на перфоленту со скоростью 20 строк/с и на печатающее устройство (а также на телетайп). Машина могла вводить и выводить алфавитно-цифровую информацию .

Вообще ферритовая память организовывалась, например, следующим образом . В матрице из ферритов, имеющей n строк и m столбцов, каждая строка и каждый столбец прошивались отдельным проводом, так что получалось n “горизонтальных” и m “вертикальных” проводов. Кроме того, все ферриты матрицы прошивались одним общим проводом. Таким образом, каждый феррит пронизывался тремя проводами (имел три обмотки).

Предположим, что сначала каждый феррит находился в состоянии, соответствующем цифре 0. Для записи цифры 1 в феррит, расположенный, к примеру, на пересечении i-й строки и j-го столбца, по i-му “горизонтальному” и j-му “вертикальному” проводам одновременно пропускались токи, сила каждого из которых была равна половине значения, требуемого для перемагничивания феррита. Перемагниченным оказывался только феррит, расположенный на пересечении i-й строки и j-го столбца, поскольку лишь у данного феррита суммарная сила тока, протекающего по его обмоткам, была достаточной для перемагничивания.

Для чтения хранившейся в данном феррите информации по тем же проводам пропускались такие же токи, но в обратном направлении. В этом случае либо перемагничивался только рассматриваемый феррит, если он хранил цифру 1, либо не перемагничивался ни один феррит матрицы, если рассматриваемый феррит хранил цифру 0. Причем через общий провод передавался сигнал, соответствующий цифре, которую хранил рассматриваемый феррит.

Здесь в каждый момент времени можно было обратиться лишь к одному из ферритов матрицы. Поэтому с точки зрения быстродействия оперативной памяти представлялось целесообразным иметь столько таких матриц, сколько разрядов содержало слово машины, и запоминать разные разряды каждого слова в одинаково расположенных ферритах разных матриц (тем самым обеспечивалась возможность одновременного считывания или записи всех разрядов одного слова). Совокупность этих матриц и образовывала ферритовый куб.

Машина Сетунь содержала 37 электронных ламп, около 300 транзисторов, 4500 полупроводниковых диодов и 7000 ферритов (включая ферритовый куб).

Сумматор

Ферритовый куб

Литература

Частиков А.П. От калькулятора до суперЭВМ // Новое в жизни, науке, технике. Сер. “Вычислительная техника и ее применение”, № 1/88.

Леонов А.Г., Четвергова О.В. История компьютеров // Информатика, № 35, 41/98.

Эти универсальные полупроводники // Информатика, № 38/ 2000.

Грудинин М.М. “Сетунь” // Энциклопедия кибернетики. Киев: Гл. редакция Украинской советской энциклопедии, 1975. Т. 2.

Жоголев Е.А., Трифонов Н.П. Курс программирования. М.: Наука, 1967.

Вторую электронную троичную ЭВМ (компьютер) «Сетунь-70» , ведущим системным программистом которой был Рамиль Альварес Хосе .

г., G. Frieder, A. Fong и C. Y. Chao (SUNY , Буффало , США), создали Ternac - экспериментальный троичный эмулятор с арифметикой над 24-тритными целыми и 48-тритными действительными числами на двоичном компьютере Burroughs B1700 .

Преимущества троичных ЭВМ (компьютеров)

Троичные ЭВМ (компьютеры) обладают рядом преимуществ по сравнению с двоичными ЭВМ (компьютерами).

При сложении тритов в троичных полусумматорах и в троичных сумматорах количество сложений в log 2 ⁡ 3 = 1 , 58... {\displaystyle \log _{2}3=1,58...} раза меньше, чем при сложении битов в двоичных полусумматорах и в двоичных сумматорах, и, следовательно, быстродействие при сложении в 1,58.. раза (на 58%) больше.

При применении симметричной троичной системы счисления и сложение и вычитание производится в одних и тех же двухаргументных (двухоперандных) полусумматорах-полувычитателях или полных трёхаргументных (трёхоперандных) сумматорах-вычитателях без преобразования отрицательных чисел в дополнительные коды , то есть ещё немного быстрее, чем в двоичных полусумматорах и в двоичных полных сумматорах, в которых для вычитания используется сложение с двумя преобразованиями отрицательных чисел, сначала в первое дополнение , а затем во второе дополнение , т.е. два дополнительных действия ("инверсия" и "+1") на каждое отрицательное слагаемое.

Сложение сильно тормозят переносы, которые в двоичном сумматоре возникают в 4-х случаях из 8-ми (в 50% случаев), в троичном несимметричном сумматоре возникают в 9-ти случаях из 18-ти (в 50% случаев), а в троичном симметричном сумматоре в 8-ми случаях из 27-ми (в 29,6...% случаев), что ещё немного увеличивает быстродействие при применении троичных симметричных сумматоров.

3-х битная троичная физическая система кодирования и передачи данных 3B BCT имеет на 15,3% большее быстродействие, чем обычная двоичная система кодирования и передачи данных , что ещё немного увеличивает быстродействие.

3-х битная троичная физическая система кодирования троичных данных 3B BCT избыточна (используются только 3 кода из 8-ми), что позволяет обнаружить ошибки и повысить надёжность изделия.

В сумме, приблизительно в 2 раза большее увеличение быстродействия в изделиях долговременного применения может окупить приблизительно в 1,5 раза большие единовременные затраты на аппаратную часть. В некоторых изделиях одноразового применения увеличение быстродействия и надёжности может перевесить увеличение затрат на аппаратную часть.

Кроме этого, вместо 4-х унарных, 16-ти бинарных и 256-ти тринарных двоичных логических функций в троичных эвм появляются 27-мь унарных, 19 683-и бинарных и 7 625 597 484 987-мь тринарных (трёхоперандных) троичных логических функций , которые намного мощнее бинарных. Увеличение "логической мощности" в неизвестное число раз, может в 19 683/16 = 1 230 раз, а может в 7 625 597 484 987/256 = 29 787 490 175 раз (нет методики сравнения "логических мощностей"), но намного, может увеличить "логическую мощность" даже медленнодействующих физических систем кодирования и передачи данных, в том числе и трёхуровневой (3-Level CodedTernary (3L CT), "однопроводной").

Подобно тому, как в двоичных эвм деление на 2 осуществляется для целых чисел операцией сдвига кода на 1 разряд вправо, а для чисел в виде мантиссы и экспоненты (с плавающей запятой) вычитанием 1 из экспоненты, в троичных эвм для целых чисел операцией сдвига кода на 1 разряд вправо, а для чисел в виде мантиссы и экспоненты (с плавающей запятой) вычитанием из экспоненты 1 производится деление на 3. Из-за этого свойства троичные алгоритмы, а некоторые троичные алгоритмы работают быстрее двоичных алгоритмов, работают на троичных эвм быстрее, чем на двоичных эвм, что ещё немного увеличивает скорость решения некоторых задач, особенно имеющих троичность, на троичных эвм.

В троичной системе знак числа может иметь все три значения: "-", "0" и "+", т.е. лучше используется троичная суть знака числа. Это можно сделать и в двоичной системе, но в двоичной системе потребуется два двоичных разряда (бита) на знак числа, а в троичной системе только один троичный разряд (трит).

Может быть, что на первых порах пакеты прикладных программ с применением более мощной, чем двоичная логика, троичной логики, особенно в задачах имеющих троичность (обработка RGB-изображений, трёхкоординатные (объёмные) x,y,z-задачи и др.) позволит существенно сократить время решения многих троичных задач на обычных двоичных компьютерах (двоичная эмуляция троичных эвм и троичной логики на двоичных компьютерах).

Удельное натуральнологарифмическое число кодов (чисел) (плотность записи информации) описывается уравнением y = ln ⁡ x x {\displaystyle y={\frac {\ln x}{x}}} , где x {\displaystyle x} - основание системы счисления . Из уравнения следует, что наибольшей плотностью записи информации обладает система счисления с основанием равным основанию натуральных логарифмов , то есть равным числу Эйлера (е=2,71…). Эту задачу решали ещё во времена Непера при выборе основания для логарифмических таблиц . Из целочисленных систем счисления наибольшей плотностью записи информации обладает троичная система счисления .

Потенциальные

Трёхуровневые

Амплитуда наибольшего сигнала помехи равной помехоустойчивости с двухуровневыми элементами не более (+/-)Uп/6 (16,7% от Uп), при делении всего диапазона напряжений на три равные части и номинальных напряжениях сигналов в срединах поддиапазонов.

Недостатки:
1. необходимость, для равной помехоустойчивости с обычной двоичной системой, увеличения размаха сигнала в 2 раза,
2. неодинаковость среднего состояния с верхним и нижним состояниями,
3. неодинаковость амплитуд переходов из крайних состояний в среднее (одинарная амплитуда) и переходов из одного крайнего состояния в другое крайнее состояние (двойная амплитуда).

Двухуровневые

Амплитуда наибольшего сигнала помехи не более (+/-)Uп/4 (25% от Uп), при делении всего диапазона напряжений на две равные части и номинальных напряжениях сигналов в срединах поддиапазонов.

Двухбитные

Недостатки:

1. два провода на один разряд.

Трёхбитные

Недостатки:

1. три провода на один разряд.

Смешанные

Узлы троичных ЭВМ

Будущее

В работе возможным путём считают комбинацию оптического компьютера с троичной логической системой. По мнению авторов работы, троичный компьютер, использующий волоконную оптику, должен использовать три величины: 0 или ВЫКЛЮЧЕНО, 1 или НИЗКИЙ, 2 или ВЫСОКИЙ, т.е. трёхуровневую систему. В работе же автор пишет, что более быстродействующей и более перспективной является трёхчастотная система с тремя величинами: (f1,f2,f3) равными "001" = "0", "010" = "1" и "100" = "2", где 0 - частота выключена, а 1 - частота включена.

Будущий потенциал троичной вычислительной техники был также отмечен такой компанией как Hypres, которая активно участвует в её изучении. IBM в своих публикациях также сообщает о троичной вычислительной технике, но активно в этом направлении не участвует.

См. также

• Троичный разряд
• Троичный процессор
• Троичные алгоритмы

Примечания

1. D. C. Rine (ed.), Computer Science and Multiple-Valued Logic. Theory and Applications. Elsevier, 1977, 548p. ISBN 9780720404067
2. Славянская «золотая» группа . Mузей Гармонии и Золотого Сечения.
3. «Liber аbaci» Леонардо Фибоначчи. Наталья Карпушина. Задача 4. Вариант 1
4. «Троичный принцип» Николая Брусенцова . Mузей Гармонии и Золотого Сечения
5. «Liber аbaci» Леонардо Фибоначчи. Наталья Карпушина. Задача 4. Вариант 2
6. Троичная механическая счётная машина Томаса Фоулера .
7. Сайт Томаса Фоулера
8. Раздел 5.2 Choice of binary system
9. Троичные ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь 70». Н. П. Брусенцов, Рамиль Альварес Хосе
10. Брусенцов Н. П. Троичные ЭВМ "Сетунь" и "Сетунь 70" // Международная конференция SORUCOM. - 2006.
11. Брусенцов Н. П. Электромагнитные цифровые устройства с однопроводной передачей трёхзначных сигналов // Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. XIV Всесоюзное совещание (Москва, сентябрь 1972 г.). - Москва: Наука, 1972. - С. 242-244.
12. Забытая история советских ЭВМ. Владимир Сосновский, Антон Орлов
13. Trinary Computer
14. Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture. Jeff Connelly, Computer Engineering Department, August 29th, 2008, with contributions from Chirag Patel and Antonio Chavez. Advised by Professor Phillip Nico. California Polytechnic State University of San Luis Obispo

Н.П. Брусенцов, Рамиль Альварес Хосе

В начале 1956 г. по инициативе академика С.Л. Соболева, заведующего кафедрой вычислительной математики на механико-математическом факультете Московского университета, в вычислительном центре МГУ был учрежден отдел электроники и стал работать семинар с целью создать практичный образец цифровой вычислительной машины, предназначенной для использования в вузах, а также в лабораториях и конструкторских бюро промышленных предприятий. Требовалось разработать малую ЭВМ, простую в освоении и применениях, надежную, недорогую и вместе с тем эффективную в широком спектре задач.

Обстоятельное изучение в течение года имевшихся в то время вычислительных машин и технических возможностей их реализации привело к нестандартному решению употребить в создаваемой машине не двоичный, а троичный симметричный код, реализовав ту самую уравновешенную систему счисления, которую Д. Кнут двадцать лет спустя назовет быть может, самой изящной и как затем стало известно, достоинства которой были выявлены К. Шенноном в 1950 г. 121.

В отличие от общепринятого в современных компьютерах двоичного кода с цифрами 0, 1, арифметически неполноценного вследствие невозможности непосредственного представления в нем отрицательных чисел, троичный код с цифрами -1, 0, 1 обеспечивает оптимальное построение арифметики чисел со знаком. При этом, не только нет нужды в искусственных и несовершенных дополнительном, прямом либо обратном кодах чисел, но арифметика обретает ряд значительных преимуществ: единообразие кода чисел, варьируемая длина операндов, единственность операции сдвига, трехзначность функции знак числа, оптимальное округление чисел простым отсечением младших разрядов, взаимокомпенсируемость погрешностей округления в процессе вычисления .

Троичная ЭВМ “Сетунь” , опытный образец которой разработали, смонтировали и к концу 1958 г. ввели в эксплуатацию сотрудники отдела электроники, как показал опыт ее освоения, программного оснащения и многообразных практических применений, с исчерпывающей полнотой удовлетворяла всем предусмотренным заданием на ее разработку требованиям. Этот успех, с учетом того, что разработка троичной ЭВМ предпринималась впервые, проводилась немногочисленным коллективом начинающих сотрудников (8 выпускников МЭИ и МГУ, 12 техников и лаборантов) и была выполнена в короткий срок, явно свидетельствует о благодатности троичной цифровой техники. Ценой усложнения по сравнению с двоичными элементов памяти и элементарных операций достигается существенное упрощение и, главное, естественность архитектуры троичных устройств.

При минимальном наборе команд (всего 24 одноадресные команды) “Сетунь” обеспечивала возможность вычислений с фиксированной и с плавающей запятой, обладала индекс-регистром, значение которого можно как прибавлять, так и вычитать при модификации адреса, предоставляла операцию сложения с произведением, оптимизирующую вычисление полиномов, операцию поразрядного умножения и три команды условного перехода по знаку результата. Простая и эффективная архитектура позволила усилиями небольшой группы программистов уже к концу 1959 г. оснастить машину системой программирования и набором прикладных программ , достаточными для проведения в апреле 1960 г. междуведомственных испытаний опытного образца.

По результатам этих испытаний “Сетунь” была признана первым действующим образцом универсальной вычислительной машины на безламповых элементах, которому свойственны “высокая производительность, достаточная надежность, малые габариты и простота технического обслуживания”. По рекомендации Междуведомственной комиссии Совет Министров СССР принял постановление о серийном производстве “Сетуни” на Казанском заводе математических машин. Но почему-то троичный компьютер пришелся не по нраву чиновникам радиоэлектронного ведомства: они не обеспечили разработку серийного образца машины, а после того как он все-таки был осуществлен с использованием конструктивов выпускавшейся заводом машины М-20, не содействовали наращиванию выпуска в соответствии с растущим числом заказов, в частности из-за рубежа, а наоборот, жестко ограничивали выпуск, отклоняя заказы, и в 1965 г. полностью прекратили, причем воспрепятствовали освоению машины в ЧССР, планировавшей ее крупносерийное производство. Поводом для этой странной политики могла быть рекордно низкая цена “Сетуни” - 27,5 тыс., рублей, обусловленная бездефектным производством ее магнитных цифровых элементов на Астраханском заводе ЭА и ЭП, по 3 руб. 50 коп. за элемент (в машине было около 2 тыс., элементов). Существенно то, что электромагнитные элементы “Сетуни” позволили осуществить пороговую реализацию трехзначной логики на редкость экономно, естественно и надежно. Опытный образец машины за 17 лет эксплуатации в ВЦ МГУ, после замены на первом году трех элементов с дефектными деталями, не потребовал никакого ремонта внутренних устройств и был уничтожен в состоянии полной работоспособности. Серийные машины устойчиво функционировали в различных климатических зонах от Одессы и Ашхабада до Якутска и Красноярска при отсутствии какого-либо сервиса и запчастей.

Благодаря простоте и естественности архитектуры, а также рационально построенной системе программирования, включающей интерпретирующие системы: ИП-2 (плавающая запятая, 8 десятичных знаков), ИП-3 (плавающая запятая, 6 десятичных знаков), ИП-4 (комплексные числа, 8 десятичных знаков), ИП-5 (плавающая запятая, 12 десятичных знаков), автокод ПОЛИЗ с операционной системой и библиотекой стандартных подпрограмм (плавающая запятая, 6 десятичных знаков), машины “Сетунь” успешно осваивались пользователями в вузах, на промышленных предприятиях и в НИИ, оказываясь эффективным средством решения практически значимых задач в самых различных областях, от научно-исследовательского моделирования и конструкторских расчетов до прогноза погоды и оптимизации управления предприятием . На семинарах пользователей вычислительных машин “Сетунь”, проведенных в МГУ (1965), на Людиновском тепловозостроительном заводе (1968), в Иркутском политехническом институте (1969) были представлены десятки сообщений о результативных народнохозяйственных применениях этих машин. “Сетунь”, благодаря естественности троичного симметричного кода, оказалась поистине универсальным, несложно программируемым и весьма эффективным вычислительным инструментом, положительно зарекомендовавшим себя, в частности, как техническое средство обучения вычислительной математике более чем в тридцати вузах. А в Военно-воздушной инженерной академии им. Жуковского именно на “Сетуни” была впервые реализована автоматизированная система компьютерного обучения .

Троичная система счисления основана на том же позиционном принципе кодирования чисел, что и принятая в современных компьютерах двоичная система, однако вес i -й позиции (разряда) в ней равен не 2 i , а 3 i . При этом сами разряды не двухзначны (не биты), а трехзначны (триты) - помимо 0 и 1 допускают третье значение, которым в симметричной системе служит -1, благодаря чему единообразно представимы как положительные, так и отрицательные числа. Значение n -тритного целого числа N определяется аналогично значению n -битного:

где а i ∈ {1, 0, -1} - значение цифры i -го разряда.

Цифры в троичной симметричной системе целесообразно обозначать их знаками, т.е. вместо 1, 0, -1 писать +, 0, -. Например, десятичные числа 13, 7, 6, -6 в такой троичной записи будут: 13 = +++, 7 = +-+, б = +-0, -6 = -+0. Изменение знака числа в симметричном коде равносильно потритной инверсии, т.е. взаимозамене всех “+” на “-” и всех “-” на “+”. Операции сложения и умножения в троичном симметричном коде определены таблицами:

В отличие от двоичной, это арифметика чисел со знаком, причем знаком числа оказывается цифра старшего из его значащих (ненулевых) разрядов. Проблемы чисел со знаком, не имеющей в двоичном коде совершенного решения, в троичном симметричном коде просто нет, чем и обусловлены его принципиальные преимущества.

Машина “Сетунь” может быть охарактеризована как одноадресная, последовательного действия, с 9-тритным кодом команды, 18-тритными регистрами сумматора S и множителя R , 5-тритными индекс-регистром модификации адреса F и счетчиком-указателем выполняемых команд C , а также однобитным указателем знака результата ? , управляющим условными переходами.

Оперативная память - 162 9-тритных ячейки - разделена на 3 страницы по 54 ячейки для постраничного обмена с основной памятью - магнитным барабаном емкостью 36 либо 72 страницы. Считывание и запись в оперативную память возможны 18-тритными и 9-тритными словами, причем 9-тритное слово соответствует старшей половине 18-тритного в регистрах S и R . Содержимое этих регистров интерпретируется как число с фиксированной после второго из старших разрядов запятой, т.е. по модулю оно меньше 4,5. При вычислениях с плавающей запятой мантисса М нормализованного числа удовлетворяет условию 0,5 < |М| <1,5, а порядок представлен отдельным 5-тритным словом, интерпретируемым как целое со знаком.

Страничная двухступенная структура памяти с пословной адресацией в пределах трех страниц ОЗУ, обходящейся 5-тритными адресами и соответственно 9-тритными командами, обусловила необыкновенную компактность программ и вместе с тем высокое быстродействие машины, несмотря на то, что в интерпретирующих системах магнитный барабан функционирует как оперативная память.

В 1967-1969 гг. на основе опыта создания и практических применений машины “Сетунь” разработана усовершенствованная троичная цифровая машина “Сетунь 70”, опытный образец которой вступил в строй в апреле 1970 г. Это была машина нетрадиционной двухстековой архитектуры, ориентированной на обеспечение благоприятных условий дальнейшего развития ее возможностей методом интерпретирующих систем .

Принятие арифметического стека (стека 18-тритных операндов) обусловлено использованием в качестве машинного языка так называемой польской инверсной записи программ (ПОЛИЗ), положительно зарекомендовавшей себя в одноименном интерпретаторе на “Сетуни”. ПОЛИЗ-программа состоит не из команд той или иной адресности, а является последовательностью коротких слов - 6-тритных трайтов (троичных байтов). Как элемент программы трайт может быть либо адресным, либо операционным. Адресный трайт либо используется в качестве операнда предшествующим операционным, либо воспринимается как предписание заслать в стек операндов из оперативной памяти адресуемое слово от одного до трех трайтов. В оперативной памяти всего 9 страниц по 81 трайту, причем открыты для доступа в данный момент три страницы, номера которых указаны в так называемых “регистрах приписки”.

Операционный трайт указывает операции, а вернее процедуры, выполняемые над стеком операндов, а также над регистрами процессора. Всего предусмотрена 81 операция - 27 основных, 27 служебных и 27 программируемых пользователем.

Второй (системный) стек, содержащий адреса возврата при обработке прерываний и при выполнении вложенных подпрограмм, позволил успешно реализовать на “Сетуни 70” идею структурированного программирования Э. Дейкстры, введя операции вызова подпрограммы, вызова по условию и циклического выполнения подпрограмм. Осуществленное таким образом процедурное структурированное программирование на практике подтвердило заявленные Дейкстрой преимущества его метода: трудоемкость создания программ сократилась в 5-7 раз, благодаря исключению традиционной отладки тестированием на конкретных примерах, причем программы обрели надлежащую надежность, упорядоченность, понятность и модифицируемость. В дальнейшем эти особенности архитектуры “Сетуни 70” послужили основой диалоговой системы структурированного программирования ДССП, реализованной на машинах серии ДВК и на последующих персональных компьютерах .

К сожалению, дальнейшее развитие заложенных в “Сетуни 70” возможностей путем разработки ее программного оснащения было административным порядком прекращено. Пришлось переориентироваться на компьютеризацию обучения. “Сетунь 70” стала основой для разработки и реализации автоматизированной системы обучения “Наставник” , воплотившей принципы “Великой дидактики” Яна Амоса Коменского. Назначение компьютера в этой системе не “электронное перелистывание страниц” и не мультимедийные эффекты, а отслеживание верности понимания учащимся того, чему он учится, своевременное преодоление заблуждений и обеспечение путем обоснованно назначаемых упражнений реального овладения предметом обучения. Вместе с тем компьютер протоколирует ход занятия, предоставляя разработчику учебного материала возможность оценивать эффективность используемых дидактических приемов и совершенствовать их.

Учебный материал в “Наставнике” предоставляется учащимся в печатном виде с пронумерованными секциями, абзацами, упражнениями и справками к ошибочным ответам, благодаря чему при помощи простейшего терминала с цифровой клавиатурой и калькуляторным индикатором компьютер без гипертекстового дисплея легко и безвредно взаимодействует с обучаемым, придавая книге недостающую ей способность диалога с читателем. Создание учебных материалов для “Наставника” не связано с программированием компьютера, и, как показала практика, разработка вполне удовлетворительных пособий по математике, физике, английскому языку и другим предметам посильна школьным учителям. Дидактическая эффективность этой немудреной системы оказалась на редкость высокой. Так, курс “Базисный Фортран” студенты факультета ВМК МГУ проходили в “Наставнике” за 10-15 часов, студенты экономического факультета - за 15-20 часов, показывая затем в практикуме более совершенное умение программировать на Фортране, чем после обычного семестрового курса.

Реализованный в “Наставнике” принцип “книга-компьютер” обусловил оптимальное использование компьютера как средства обучения практически во всех отношениях: необходимая аппаратура (микрокомпьютер и подключенные к нему 3-4 десятка терминалов, подобных простейшему калькулятору) предельно дешева, надежна и легко осваивается как учащимися, так и преподавателями, работа в режиме диалога с книгой неутомительна, увлекательна и при надлежащей организации изложения гарантирует быстрое и полноценное усвоение изучаемого предмета. Применение системы в МГУ, МАИ, ВИА им. Куйбышева, в средней школе и для профессионального обучения на ЗИЛе подтвердили ее высокую эффективность в широком спектре предметов и уровней обучения. Вместе с тем “Наставник” уже более 30 лет постоянно используется на факультете ВМиК для автоматизированного проведения контрольных работ, а также тестирования поступивших на факультет, определяющего уровень владения английским языком для комплектования однородных учебных групп.

Однако при, казалось бы, насущной потребности действенного усовершенствования процесса обучения в наш информационный век “Наставник” не был востребован. По-видимому, слишком прост и дешев, да и какая же это компьютерная система - без дисплея, мышки и гипертекста. Ведь ИТ-оснащенность учебного процесса все еще принято оценивать не по уровню и качеству обучения, а по количеству и мощности вовлеченных в него компьютеров.

Система команд машины “Сетунь”

Литература

1. Shаnnonc. Е.А Symmetrical notation for numbers. - “The American Mathematical Monthly”, 1950, 57, N 2, р, 90 - 93,
2. Reid J.B. Letter to the editor. - “Comm. ACM”, 1960, 3, N 3, р. А12 - A13.
3. Howden Р.F. Weigh-counting technique is faster then binary. - “Electronics”, 1974, 48, N 24, р. 121 - 122.
4. Байцер Б. Архитектура вычислительных комплексов , т. 1. М., “Мир”, 1974.
5. Proceedings of the Sixth International Symposium on Multiple-Valued Logic , Мау 25 - 28 1976. IEEE Press, 1976.
6. Croisier А. Introduction to pseudoternary transmission codes. - “IBM Journal of Research and Development”, 1970, 14, N 4, р. 354 - 367.
7. Брусенцов Н.П. Электромагнитные цифровые устройства с однопроводной передачей трехзначных сигналов. - В кн.: Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. XIV Всесоюзное совещание (Москва, сентябрь 1972 г.). М., “Наука”, 1972, с. 242 - 244.
8. Аристотель. 06 истолковании. СПб., 1891.
9. Брусенцов Н.П. Диаграммы Льюиса Кэррола и аристотелева силлогистика. - В кн.: Вычислительная техника и вопросы кибернетики, вып. 13. Изд-во МГУ, 1976, с. 164-182.
10. Introduction to programming. PDP-8 handbook series. Digital Equipment Corporation, 1972.

Материалы международной конференции SORUCOM 2006 (3-7 июля 2006 года)
Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССС: история и перспективы
Статья помещена в музей 31.10.2007 с разрешения автора

© www.aupi.info

В 1959-м году учёные из Московского государственного университета под руководством Николая Брусенцева разработали первую и единственную ЭВМ на основе троичной логики. Называлась она «Сетунь». Других компьютеров на основе троичного кода нет и не было.

Идею использовать для вычислений троичную систему высказал ещё в 13-м веке итальянский математик Фибоначчи. Он сформулировал и решил «задачу о гирях», более известную под названием Баше-Менделеева: если можно класть гири только на одну чашу весов, то удобнее, быстрее и экономичнее делать подсчёты в двоичной системе, а если можно класть гири на обе чаши, то целесообразнее прибегнуть к троичной системе.

Особенность троичной системы счисления в том, что цельночисленное основание в ней равно трём. Это значит, что всё множество целых чисел можно записать с помощью всего трёх цифр, например 0, 1, 2, 10, 11, 12 и так далее. 10 в данном случае соответствует цифре 3 из привычной нам десятичной системы.

Большинство современных компьютеров используют двоичную систему, где разряд равен степени двойки. Брусенцев и его группа пошли по иному пути - в их машине разряд был равен степени тройки. При работе машина использовала двухбитный троичный код. Единицами измерения были не биты, а триты (то есть не 0 и 1, а 0, 1 и 2). Минимальной единицей, с которой работала непосредственно память «Сетуни», был трайт, равный шести тритам (соответствует примерно 9,5 битам в современном двоичном представлении). Для «Сетуни» даже разработали собственный язык программирования - DSSP.

По современным меркам «Сетунь» не был мощным компьютером: тактовая частота процессора у него была всего 200 кГц. Но в 1959-м году, когда создавались только первые прототипы ЭВМ и учёные ещё даже не договорились, сколько разрядов будет в байте, такая машина была выдающимся достижением. Ей было нужно обработать примерно в 1,5 раза меньше суммарных сложений, чем компьютеру с двоичной системой для той же задачи и за то же время. Так что и работать она могла в 1,5 раза быстрее. Закодировать тоже можно было больше.

Но в Советском Союзе было сделано всего 46 таких машин, 30 из которых отдали институтам по всей стране для решения научно-технических задач средней сложности. Затем выпуск машин прекратился, несмотря на то, что у рабочего прототипа недостатков почти не было. Сам создатель машины Брусенцев говорил потом:

«Сетунь» мешала людям с косным мышлением, которые занимали высокие руководящие посты».

По всей видимости, чиновники посчитали, что на обслуживание машины уйдут огромные деньги. Но машина была до того простой, что обслуживать её не требовалось. Тем не менее, «те, кто душил „Сетунь“, раскидали её по всей стране». Итак, уникальный компьютер задавили бюрократы.

По словам Брусенцева, сейчас многие страны пытаются создать свой троичный компьютер, но все попытки безуспешны: люди так привыкли к двоичной логике, что им сложно освоить троичную. Однако это вопрос спорный: вряд ли за все эти годы никто больше не додумался до того, как сделать аппаратную часть такого компьютера. И если во всём мире в компьютерной индустрии пользуются двоичной системой, а на троичную до сих пор никто не перешёл, то, возможно, необходимости в этом и нет.

Робокрысы, дроны-охотники, говорящие мусорки: 10 гаджетов и изобретений, изменяющих города

25 лучших изобретений 2014-го года

В этих невероятных перчатках можно лазить по стенам

Бельгийские дизайнеры придумали съедобную посуду

Таблетки с замороженными фекалиями могут вылечить кишечную инфекцию

Новая батарея заряжается до 70% за две минуты

В амстердамском аэропорту в каждом писсуаре лежит копия мухи

16-летняя школьница создала фонарик, работающий исключительно за счёт тепла тела

Н.П. Брусенцов

ЭВМ "Сетунь-70". 1971 г.

1. Малая цифровая вычислительная машина «Сетунь-70».
2. Главный конструктор: Брусенцов Н. П.; основные разработчики: Жоголев Е. А., Маслов С. П., Рамиль Альварес Х.
3. Организация-разработчик: Вычислительный центр Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Ведомство: Министерство высшего образования СССР.
4. Год окончания разработки: 1970.
5. Год начала выпуска: машина серийно не выпускалась.
6. Год прекращения производства: опытный образец машины «Сетунь-70» функционировал в составе автоматизированной системы обучения «Наставник» на факультете ВМиК МГУ до замещения его серийным микрокомпьютером «Электроника НЦ 80-20» (ДВК-2) в 1987 г.
7. Область применения: решение научно-технических задач средней сложности; основание для микропрограммной реализации специализированных систем. На основе опытного образца машины созданы диалоговая система структурированного программирования ДССП и автоматизированная система обучения «Наставник», эмулируемые в дальнейшем на серийных компьютерах.
8. Число выпущенных машин: один опытный образец.
9. Элементная база: электромагнитные пороговые логические элементы с однопроводной передачей трехзначных сигналов.
10. Конструкция ЭВМ: модульная, шкаф-стойка 1,8х1,5х0,5 м, съемные платы с логическими элементами, до 40 элементов на плате.
11. Технология: однопроводная передача трехзначных сигналов сократила почти в два раза количество межэлементных и межблочных соединений.
12. Технико-эксплуатационные характеристики: потребляемая мощность - 1,5 кВА, площадь для размещения - 15-20 кв. м, производительность - 5-6 тыс. операций в секунду.
13. Особенности ЭВМ: троичная симметричная система представления данных и программ, трехзначная логика в пороговой реализации на электромагнитных элементах с однопроводной передачей сигналов, страничная двухуровневая организация памяти, двухстековая архитектура, послоговое кодирование программ, управление ходом программы в духе структурированного процедурного программирования.

Описание машины «Сетунь-70»

Двухстековый троичный процессор с послоговым кодированием программ и данных - идентификаторами операций и адресов служат трайты (шестерки тритов), последовательность которых представляет собой программу в польской инверсной (постфиксной) записи. Набор операций включает 81 операцию - 27 основных (тестирование и преобразование данных, управление ходом программы), 27 служебных (управление магнитным барабаном, внешними устройствами, системой прерываний), 27 макроопераций, микропрограммируемых пользователями. Память с непосредственным доступом состоит из девяти страниц по 81 трайту ОЗУ и 18-ти страниц ПЗУ. Магнитный барабан с постраничным обращением емкостью 972 страницы (в опытном образце машины задействовано 243). Каналов ввода-вывода три, до восьми устройств в каждом. На опытном образце ввод/вывод перфолентный и посредством электроуправляемой пишущей машинки «Консул 254». К машине был подключен также класс «Наставник» с 27-ю терминалами учащихся, оборудование для диагностики цветного зрения и устройство для оцифровывания графиков.

Программное обеспечение

Программное обеспечение: операционная система, выполняющая функции загрузчика, отладчика и монитора, организацию обмена с магнитным барабаном и осуществление макроопераций, предоставляет пользователю макрорасширяемый редактор текстов, однопроходный ассемблер с входным языком структурированного программирования и библиотеку сервисных программ, призванных повысить эффективность разработки и облегчить использование программных систем. Наиболее широкое практическое применение получила автоматизированная система обучения «Наставник», которая явилась весьма действенным средством группового обучения теоретическим дисциплинам, проведения автоматизированных контрольных работ, коллоквиумов, экзаменов и различного рода тестов.

Литература

1. Брусенцов Н. П., Жоголев Е. А., Маслов С. П. Общая характеристика малой цифровой машины «Сетунь-70». В сб.: Вычислительная техника и вопросы кибернетики. Вып. 10. Л., Изд-во ЛГУ, 1974, с. 3-21.
2. Брусенцов Н. П., Рамиль Альварес Х. Структурированное программирование на малой цифровой машине Вычислительная математика и вопросы кибернетики. Вып. 15. М., Изд-во МГУ, 1978, с. 3-8.
3. Рамиль Альварес Х. Базовое программное оснащение ЦМ «Сетунь-70». В сб.: Вычислительная техника и вопросы кибернетики. Вып. 17. М., Изд-во МГУ, 1981, с. 22-26.