441-B机——记西南地区第一台全晶体管通用数字计算机的诞生

作者:刘乃琦,来源:计算机六十年, 更新于:2023年12月18日 23:41,阅读:105

在40多年前的成电,一群成电人凭着开拓创新、团结协作、艰苦奋斗、无私奉献和精益求精的精神,在极端困难的条件下,第一个成功复制出当时国内最先进的441-B机,也是整个西南地区第一台全晶体管通用数字计算机,使我校成为当时全国研制计算机的“四大家族”之一。

一、成电复制441-B机的背景

上世纪50年代末至60年代初期,国际上计算机进入了第二代(即由晶体管取代电子管)计算机的研制。英国的晶体管计算机已能连续运行57个小时。

在国内还是电子管计算机的时代。当时苏联援助我国156项工程项目之一的738厂(北京有线电厂)生产的仿造苏联的104电子管计算机,体积十分庞大,占地面积达200m2,耗电量惊人,其售价却高达400万元,且生产周期长达22个月。

也就是在60年代初期,中国人民解放军军事工程学院(简称哈军工)以康鹏助教发明的隔离阻塞式振荡器和推拉式触发器为基础,通过自主创新,于1964年11月成功地研制出了我国第一台全晶体管通用数字计算机,定名441-B。运算次数达到每秒8000次,样机连续工作达268小时,其性能完全可以和英国研制的晶体管计算机相媲美。

国防部国防科学技术委员会(简称国防科委)对此成果非常重视。鉴于当时西方对我国计算机禁运,国内计算机奇缺的状况,为解决国防科研与高等院校人才培养以及计算机专业发展需要计算机的燃眉之急,国防科委决定加快推进这一新技术成果,要求所属的有关靶场、基地和院校等单位大力协作,复制441-B机。

学校先后于1964年9月1日和14日,两次向国防科委四局、八局提出在我院开展复制441-B机的工作。1964年9月29日,国防科委以〔(64)科四字第1126号〕文批复同意西军电(现西安电子科技大学)、北工(现北京理工大学)、上海交大、成电、西工大(现西北工业大学)从1965年起开始复制441-B晶体管计算机。所谓复制,就是各参与单位按照哈军工提供的全套图纸,利用国防科委提供的主要器材各自仿制一台441-B机。为了集中优势兵力,取长补短,避免重复,各参与单位大力协作,分担了441-B机各部分的设计、制造任务。

成电复制441-B机的大幕就此拉开。

二、441B机的复制过程

(一)一帮年轻人被派往哈军工学习

1964年12月,学校从数学系选派了龚天富、陈景春、杨声林等教师到哈军工学习和摸索如何用机器代码为441-B机编写程序,先后开始接触软件方面工作。1965年4月,由国防科委举办的441-B晶体管通用数字计算机经验交流会在哈军工开幕。实际上这就是一个大型学习研讨班,来自国防科委下属靶场、基地等军内外学员60余人。我校参加学习的有计算机专业刚毕业没几年的年轻教师:黄安南、郭宗桂、袁宏春、周明天、欧慎章。后来又有黄天发、许家才老师参加软件培训。5月初,当北国初春,柳枝吐绿的时候,那一帮年轻教师踏上归程回到成都,投入了成电当时规模空前的441-B机复制大战。

1965年,成电教师赴哈军工参加软件开发,左起:龚天富、杨声林、陈景春、许加才、黄天发。

(二)441-B机的复制过程

复制441-B机是在国防科委直接指导下,由各参与单位大力协作,共同完成的。在组织领导方面,由各参研单位的技术负责人组成协作小组,“成电”为组长,“上交大”为副组长。该协作小组在国防科委直接指导下开展工作,研究复制的分工协作,决定重大技术问题。此外,还成立了由各参与单位分别派人参加的机械结构工艺设计、负责研制设计电路和器材等三个专业小组,分别在上交大、军工和北工领导下进行工作。而各单位所需的主要器件、原材料如晶体三极管、二极管、记忆磁芯和阻容器件等等,是由国防科委出面安排国内厂家定点生产,统一供配。

为了有条不紊地开展工作,既保证工期的进度,又保证工程的质量,在成电校内组成了441-B工程领导小组:张志浩副主任亲任组长,周锡龄老师为技术总负责人,程正贤老师为行政主管,原均任政治协理员,负责项目进展的日常管理工作。在领导小组下,设立了运控组(负责人:王学均、黄安南、郭宗桂)、存储组(负责人:袁宏春、朱景义)、软件组(负责人:龚天富、许家才)、外设组(负责人:章鉴汀、欧慎章)、电源组(负责人:周明天)、焊接组、磁芯测试组、印制工艺加工组等,具体承担相关的工作。

当学员们在哈尔滨学习时,学校这边的复制工作随即展开。学校在主楼中部三楼投入了24平方米大的房间三间,72 平方米的房间两间,还有主楼西一楼的几间房,作为了生产车间和工作坊。从1965年6月至1966年4月,经过各个组和所有人员不辞辛劳,夜以继日的奋战,先后完成了441-B机全套图纸的学习消化,15种单元电路的重新定型和测试,直流供电电源的研制,磁芯测试仪的自主设计与生产,数以千计晶体三极管、二极管的高温老化及测试筛选,数十万颗存储器用记忆磁芯的测试挑选,40面磁芯板的穿线制作,上千个脉冲变压器的绕制与测试,成千上万个元器件、连线间的焊接,磁芯测试仪的调试,400多块插件板的功能模拟测试,分调、联调与系统可靠性测试等工作,我校仿研的441-B晶体管计算机终于耸立起来,在参加复制的单位中,“我们学校是最早搞出来的”,西南地区第一台全晶体管通用数字计算机就此诞生。



图:成电仿制的“441-B”晶体管通用计算机

(三)441-B计算机的成功

1965年4月13日,成电计算机黄安南老师接到中国人民解放军军事工程学院函,邀请黄安南老师作为鉴定委员会委员,参加国产441-B晶体管通用数字计算机院内鉴定。

图:哈军工聘请黄安南老师作为鉴定组成员函

      黄安南同志:我院441-B晶体管通用数字计算机定于本月21日举行院内鉴定,敬聘您担任鉴定委员会委员。

1965年4月21日,以哈军工为首研制的国产441-B晶体管通用数字计算机在哈尔滨军事工程学院通过考核验收,4月25-26日通过正式鉴定。成电计算机黄安南老师作为鉴定组成员和专家之一参加了鉴定。陈景春、周明天、杨声林、黄安南、郭宗桂、朱景义、区慎章、袁宏春、龚天富等参加了验收鉴定仪式。

图:国产441-B晶体管通用数字计算机在军事工程学院通过考核验收合影

      陈景春(2排左2)、周明天(2排左3)、杨声林(2排左5下)、黄安南(3排左5)、郭宗桂(3排左6)、朱景义(2排左12)、区慎章(2排左14)、袁宏春(3排右7)、龚天富(3排右5)

【注】成电自行仿制441-B计算机,参加人员共有40余人。

任务领受者:王甲纲、何文清。

任务组织者:张志浩、周锡令、原钧、陆世昌。

参加教师(以姓氏笔划为序):陈景春、陈文珍、程正贤、俸远祯、龚天富、郭家治、郭宗桂、何光华、何兴华、黄安南、黄天发、敬万均、刘正容、罗运修、彭得荣、区慎章、屈炳秀、舒铭惠、孙贞运、唐佳云、王昌群、王世云、王学均、王正智、吴克忠、许家才、杨成忠、杨声林、杨玉海、袁宏春、张素清、章鉴汀、曾丽蓉、郑韵萍、周明天、朱景义。

三、441-B计算机的技术状况

441-B机是由晶体三极管、二极管、电阻、电容等分立元件组成的全晶体管通用数字计算机。字长20位,可浮点运算(阶码5位);运算速度为平均每秒1-1.2万次; 内存储器由两个磙芯体构成,采用电流重合法技术,存储容量2×4096字; 机器指令20多条;输入设备为穿孔纸带读入机,输出设备为自行研制的电灼式打印机。

从外观上看,441-B机由铝、钢材质的四个双门机柜组成,每个机柜大约高165cm、宽80cm、厚45 cm。其中1号、2号机柜为运算控制器机柜,3号机柜为存储器机柜,4号机柜为外设(输入/输出设备)机柜。运控、存储、外设机柜的上方各放置一组提供±5伏、±12伏供电的电源。四个机柜竖立在一起构成一个长3.2米、高1.85米的机柜组。中央操作控制台安置于面对机柜组2米左右的中部,它通过电缆导线与各机柜相连,控制台上布置了几排板键式开关、指示灯和按钮等,以对全机实施人工操作控制。控制台的两侧,分别放的是纸带读入机和电灼式打印机。整个441-B机,从外观上看壮观而气派。

每个机柜内部包含三个机箱,每个机箱划分成上下两层,每层24个插槽,以插入插件板用。每个插槽根据其所在机柜、机箱的位置给一个编号,这就是它的物理位置。运控、内存和外设机柜分别有288个、110个和48个插槽,外设机柜留有一定的空插槽以作为今后扩充功能时使用。在机柜的前部,按插槽编号插入对应的装有40芯插头的某单一功能的插件板,运控机柜实装插件板278块;内存机柜装有2个磁芯体,实装插件板101块,外设机柜实装插件板48块,全机共用插件板427块,每块插件板尺寸接近A4纸大小。

机柜背板的每个插孔装有由两个20芯拼成的40芯插座,各个40芯插座引脚及其之间按其在运控、存储逻辑图中连线的规定用导线焊连起来,以实现整个计算机电路的联系。

四、难能可贵的441-B机精神

我常在想441-B机的成功靠的是什么?答案是:靠“不甘于人后”的开拓创新精神;靠的是团队攻关的团结协作精神;靠的是不怕吃苦的艰苦奋斗精神;靠的是不计名利的无私奉献精神;靠的是“严”字当头的精益求精精神……这些难能可贵的441-B精神融入了成电精神,丰富了成电精神的内涵。

441-B机的成功靠的是“不甘于人后”的开拓创新精神。1964年8月,国防科委组织召开第一次军内晶体管计算机的经验交流会,“仿制XXX机问题”是当时十个讨论专题之一。而会前,上交大、西军电、西工大、北航、北工等院校均已知晓复制441-B机的任务,并已做了许多工作。而我校对此毫不知情,甚至连441-B的名字也未听说。但在会议过程中,考虑到西南地区这么大,国际工厂这么多,还没有一台像样的计算机,国防科委希望我院参加复制工作,学院经过慎重考虑,决定参与其中,并最终获得国防科委支持,成为首批参与单位之一。

 一方面,这是学院在计算机教学与研究方面实力的体现。我校是全国最早开办计算机专业(当时叫“解算装置”)的院校之一,同时在准备经验交流会期间,学院计算机系和相关教研室就组织9位教师、实验员和技工及十多位同学开展了“晶体管化磁芯存储器”、“晶体管化电压—数字变换器”、“二进制 ——   十进制数码转换装置”等三个项目的研究试制,并向大会提交了6篇论文。在最后的论文评选中,我校1篇论文获得表扬,是仅有的4篇获得表扬的论文之一。更重要的是,这是成电“不甘于人后”的开拓创新精神的体现。在1964年8月知晓复制441-B机任务,到9月1日电话请示国防科委领导,到9月14日正式提出申请,到9月29日得到同意,中间只有短短的一个多月时间。这种工作的高效率和的开拓精神,使我校同其他先期开展工作的院校站在了同一起跑线上。到1966年4月,首台仿制成功的441-B机的诞生,使我校成为当时全国研制计算机的“四大家族”之一。

 441-B机的成功靠的是团队攻关的团结协作精神。441-B机的复制,在当时的历史条件下,不管是器材还是工艺设计与生产加工,参加复制的单位谁也很难单独完成。441-B机的成功,离不开参加复制的各高校之间的大力协作,也离不开校内相关系、教研室的团结合作、团队攻关。在国防科委的统一领导下,开展了高校、研究所和工厂的大协作:比如上海交大承担设计和制造机箱、电源等任务,北工承担设计、制造磁芯板的任务,西军电承担生产晶体管测试仪的任务,而我校则承担研制、生产磁心测试仪和电灼式打印机等外设的任务。各单位完成研制、生产任务后还得向其他单位供货。

在研制过程中,大家互通有无,同舟共济,共克难关。比如,当得知三机部六院一所缺少20线插头座时,我校主动支援200付。当磁芯测试仪不稳定影响磁芯测试工作时,我校周锡龄老师前往上交大协助修理,并到各单位巡回排除故障。又比如,我校在制造磁芯测试仪过程中,在遇到缺乏3AA型、3ZK型大功率晶体管的困难时,曾得到相关兄弟院、所的大力支持,七院六所25支、上海上大15支、哈军工15支、西军电15支、西工大10支。再如,哈军工在了解到有些单位缺少10×6×5脉冲变压器磁芯时,主动调拨给需要的单位。同样,441-B机的成功,也是学校内部相关系、教研室团队攻关的结果。由于教研室数字部分的人手不够,从本系的其它教研室、仪器修配室以及当时的六系抽调了不少人来支援。如从数学专业抽调了龚天富、黄开发等老师参与调试工作。磁芯组调来了罗运修、刘正容、张素清等七八位师傅,焊接组还从十所和40信箱请来师傅作为外援,整个工程人数最多时有近100人。可以说,如果没有校院所的大力协作、互通有无,没有校内各系、教研室的团队攻关,就没有441-B机的成功。

441-B机的成功靠的是不怕吃苦的艰苦奋斗精神。在磁芯测试仪生产中,由于学校没有无线电设备加工厂,校外也无适当的工厂协作,为此教研室动员了一切可能的力量参加生产工作,成立了焊接组、测试组和工艺组,仪器从敲机壳、安装、焊接到调试全部是在教研室中进行。正是这种不怕吃苦的艰苦奋斗精神,使30台磁芯测试仪得以按计划顺利完成。此外,测磁芯也是一项艰苦卓绝的工作。测试的方法是用磁芯测试仪通过对小磁环加入一定幅度的读写电流脉冲,使其磁场发生翻转,从而产生感应电势。只有电压波形幅度在一个范围内相一致的才算合格品。测试就是要挑选出磁芯中的合格品。当时磁芯的合格率只有30%左右,441-B机要用16万多颗记忆磁芯,这就需要测试几十万颗。而一般每人每天只能测磁芯4000-4500次,要完成工作量这么巨大的测试工作是一件多么艰苦的事情。但成电人做到了。

441-B机的成功靠的是不计名利的无私奉献精神。由于工作量太大,时间紧任务重,加夜班是太平常的事情了,那时主楼三楼中间的几个房间,日夜都是灯火通明。当时根本没有什么加班费或报酬的概念,唯一的待遇就是过午夜零点后,教工食堂的师傅会送来馒头或者面汤为大家加油。当时,张志浩老师冒着夏日的酷暑到全国各地出差、协作,连续几个月不休息,结果导致前列腺疾病复发,形成尿潴留。在住院期间,他也没有停止工作,仍然不断找同事谈话,撰写方案。正是有这些教师、实验员和工人不计名利的无私奉献,才有了我校441-B机第一个复制成功。

 441-B机靠的是“严”字当头的精益求精精神。当时提出的口号是严字当头,一丝不苟,精心施工。穿磁芯板,机柜插座引脚焊线的检查,大批量阻容元件焊装前将引脚弯曲成形和上锡等等,都是既重要又枯燥的工作。要在每颗内径0.2cm的磁芯中穿过4根线,要求不能漏穿一颗,穿线时,每条漆包线的绝缘层不能有划破之处,否则就会导致磁芯板的报废。整个复制过程中,要穿60多万根线,要保证上万个焊点无虚焊,上万条连线无漏线、无错连,这是多么不容易的啊!但成电人硬是靠着精益求精的精神高质量地完成了。

从1964年9月开始筹备到1966年4月,历时一年半,411-B仿研任务圆满完成了!经过不断地完善和维护,直到1978年购入DJS-130小型机后,441-B机才退役。它为我校教学科研整整服务了12年。

441-B的成功,使成电计算机专业挤身于国内前茅;培养锻炼了一批掌握计算机内核的专业队伍,不少人成为以后研发“930”保密通信专用机的设计者和主研;创建了让学生参观和操作实习的平台,为理论联系实际,提高教学质量起到了十分重要的作用。当时成电计算机专业学生的这种条件是难得和令人羡慕的。

今天,在建设国内外知名高水平研究型大学的征程中,我们更应该与时俱进地传承老成电人的优良品格和光荣传统,发扬光大包含441-B精神在内的成电精神,铸就新时代的电子科大精神,并用这些精神激励、鼓舞、引导我们的事业和行动,以取得新的更大的辉煌。

(2016-04-07 电子科大档案馆,发表于《成电记事》)

(刘乃琦根据成电档案馆,及袁宏春、黄安南、龚天富等同志回忆综合)

 

作者介绍:

刘乃琦, 电子科技大学教授,四川省教学名师,四川省有突出贡献的优秀专家。1968年参军入伍,1972年进入成都电讯工程学院计算机工程专业学习,毕业留校任教,1984年后先后到加拿大、美国进修学习。1988年后历任电子科技大学计算机科学与工程系副系主任、系主任,计算机学院副院长,电子科大国家示范性软件学院副院长。2010年兼任四川托普信息技术职业学院院长,2015年退休。

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