Prvi mikroračunalniki v Sloveniji: Procesni mikroračunalniki

V novi seriji prispevkov smo se podrobneje posvetili mikroračunalniški revoluciji. Spremljamo pojav prvih mikroračunalnikov pri nas in razvoj domače mikroračunalniške proizvodnje. Obravnavamo različne razvojne stopnje in vidike mikroračunalništva, njegov vpliv na razvoj osebnega računalništva, splošne povezljivosti in računalniške kulture v družbi.

Prvi mikroračunalniki so se pri nas pojavili sredi sedemdesetih. V uporabo so jih takrat prvi vpeljali strokovnjaki Inštituta Jožef Stefan, aktivno pa so se v tem času z mikroprocesorsko tehnologijo ukvarjali tudi strokovnjaki Fakultete za elektrotehniko. To so bili zelo preprosti računalniki s strojno in programsko opremo po meri. Uporabljali so prve 8-bitne mikroprocesorje in poganjali le preproste zagonske operacijske sisteme. Programirali so jih izključno v zbirniku. Uporabni so bili predvsem pri avtomatizaciji procesov v industriji in izvajanju eksperimentov v laboratorijih. Nastopali so na primer kot upravljalni deli različnih merilnih, nadzornih in regulacijskih naprav. Včasih jih označujemo tudi kot mikroračunalnike prve generacije.

Mikroelektronika in avtomatika

Napredek elektronike je omogočil eksploziven razvoj avtomatizacije na vseh področjih. Zlasti mikroelektronika v drugi polovici šestdesetih z napredujočo miniaturizacijo in možnostjo razmeroma cenene izdelave integriranih vezij v velikih serijah. Poleg nizke porabe elektrike in manjšega pregrevanje je mikroelektronika prinesla tudi neprimerljivo izboljšanje v zanesljivosti in vzdržljivosti celo v težkih delovnih pogojih, ki se pogosto pojavljajo v industrijskih proizvodnih procesih.

Do sredine sedemdesetih so področje procesnega računalništva v celoti obvladovali miniračunalniki. V primerjavi z zgodnjimi mikroračunalniki so imeli v tem času še številne prednosti. Bili so boljše opremljeni s strojno in programsko opremo. Njihova procesna uporaba je bila dobro uveljavljena in poznana v laboratorijih, industriji, ter v velikih komunikacijskih in elektroenergetskih sistemih.

Prvi procesni mikroračunalniki

Kmalu po predstavitvi prvega 8-bitnega mikroprocesorja Intel 8008 so nastali prvi mikroprocesorski terminali in prvi preprosti mikroračunalniki. Častno mesto zaseda francoski Micral N, ki so ga leta 1973 v majhnem podjetju zasnovali kot procesni mikroračunalnik za upravljanje laboratorijskih meritev in beleženje rezultatov. Rezultate so z njim lahko shranjevali na magnetne nosilce, tiskali na papir ali spremljali na zaslonu. Programsko opremo so v celoti izdelali v zbirniku.

Zelo podobna je bila sestava in uporaba tudi pri ostalih zgodnjih mikroračunalnikih. Kljub temu, da so bili zelo enostavni, so njihove zmogljivosti že zadoščale za tekoč nadzor enostavnih procesov, avtomatizacijo proizvodnih linij v tovarnah in upravljanje obdelovalnih strojev. Posebej uporabni so bili kot upravljalni deli merilnih inštrumentov kjer so lahko vodili merilne in druge procese, zajemali in urejali podatke in skrbeli celo za njihov prenos prek oddaljenih povezav.

Razvoj mikroprocesorjev

Poleg Intel 8008 je bila v tem času na voljo le peščica mikroprocesorjev. Pogosto so jih kot vgradne upravljalne naprave uporabljali v kalkulatorjih, v robotskih manipulatorjih in perifernih napravah kot so zaslonski terminali. Naslednik Intel 8080 je na trg prišel leta 1974. To je bil prvi resnično uspešen mikroprocesor, ki mu pripisujejo zasluge za eksploziven razvoj mikroračunalništva v drugi polovici sedemdesetih.

Kmalu za njim je prišel na trg še prvi pravi konkurent Motorola 6800. Konkurenca med proizvajalci mikroprocesorjev in podpornih vezij, pa tudi druge primerne periferne in programske opreme zanje, se je nato vztrajno krepila. Mikroračunalniki so zelo hitro napredovali in so kmalu lahko upravljali tudi večje in bolj zahtevne sisteme. Vse bolj pa so posegali tudi na druga profesionalna in amaterska področja uporabe, od znanstvene in poslovne do ljubiteljske.

Najbolj poznani 8-bitni mikroprocesorji po času nastanka: Intel 8008, Intel 8080, Motorola 6800, MOS 6502, MOS 6510, Fairchild F8, Zilog Z-80, Intel 8085, Motorola 6809, MOS 8502

Mikroračunalniška avtomatizacija pri nas

Prvi so sredi sedemdesetih tudi pri nas začeli raziskovati in razvijati mikroračunalniške rešitve na Inštitutu Jožef Stefan. Njihovi strokovnjaki so izdelovale lastne mikroračunalnike z 8-bitnimi procesorji Intel 8008 in Intel 8080. V sodelovanju s Fakulteto za elektrotehniko in Višjo tehniško šolo v Mariboru so za Iskro razvili tudi prvi domači serijski mikroračunalnik Iskradata 1680 s procesorjem Motorola 6800. Razvoj je bil v tem času močno otežen. Uvoz mikroprocesorjev je bil v Jugoslaviji tako kot v drugih državah vzhodnega bloka omejen, domači kadri in računalniška industrija pa še povsem nerazvita.

Iskra se je pri zgodnjih projektih avtomatizacije, razvoju koncepta njihove lastne računalniške proizvodnje in vzgoji prvih računalniških kadrov v tem začetnem obdobju močno naslonila prav na Inštitut Jožef Stefan. Na začetku sedemdesetih so zanje usposobili prve programerske ekipe za delo s programsko vodenimi elektronskmi centralami Metaconta 10C. Pomagali so jim tudi vzpostaviti njihovo proizvodnjo. Na proizvodni liniji so izdelali enega izmed prvih računalniško vodenih robotskih manipulatorjev pri nas. Razvili pa so še povsem avtomatiziran sistem za testiranje njihovih elektronskih sklopov. Oboje sta takrat še upravljala miniračunalnika in sicer DEC PDP-8/e in CDC 1700.

Zatem so nekje leta 1975 na inštitutu že začeli razvijati prve mikroračunalniške rešitve.

Spektrometer Spekol in mikroračunalnik DARTA 80

Najprej so izdelali zanimiv mikroračunalnik za iskrino Tovarno elektronskih merilnih inštrumentov v Horjulu. Za računalniško krmiljeni spektrometer so uporabili 8-bitni mikroprocesor Intel 8008, ki so ga takrat lahko mimo uvoznih omejitev dobili kar z nakupom nekaterih prosto dostopnih kalkulatorjev. Dodali so še izbrisljiv programabilni pomnilnik (EPROM) in dodatno logično vezje, ki je omogočilo, da je naprava lahko izvajala predprogramirane funkcije po zgledu dražjih programabilnih znanstvenih kalkulatorjev. Spektrometer je lahko izvajal osnovne aritmetične, pogojne in zankaste operacije, ter vhodno-izhodne operacij, kot je odčitavanje signalov iz merilnih senzorjev in izpis številčnih podatkov prek LED prikazovalnika ali tiskalnika.

Spektrometer Spekol je bil pri Iskrinem naročniku, vzhodnonemškem podjetju Carl Zeiss, dobro sprejet. Izdelano rešitev pa so zaradi originalnosti takrat lahko tudi patentirali. Avtorja Jurij Tasič in Saša Divjak sta za programsko in strojno opremo dobila nagrado Sklada Borisa Kidriča. Takšen mikroračunalniški analizator podatkov so lahko uporabili tudi v drugih merilnih napravah, z velikim uspehom pa tudi v zgodnjih domačih projektih robotike. V naslednjih letih je na podlagi te rešitve nastal standardiziran mikroračunalniški sistem z nazivom DARTA 80, ki je vseboval tudi doma razvit disketni pogon in preprost disketni operacijski sistem. Programirali so ga v zbirniku.

Avtomatske meteorološke postaje

Odmeven zgodnji mikroračunalniški projekt inštituta je bil tudi razvoj avtomatske meteorološke postaje za Hidrometeorološki zavod. Postaja je s pomočjo miniračunalnika in mikroračunalnika, ki so ga sami izdelali, lahko avtomatsko zbirala podatke iz okolja, jih osnovno statistično obdelala in posredovala centrali v obliki primerni za nadaljno obdelavo na osrednjem računalniku. Hidrometeorološki zavod je podatke v tem času še obdeloval v Republiškem računskem centru. Želja meteorologov je bila, da bi v državi vzpostavili celotno mrežo takšnih avtomatskih postaj, v Ljubljani pa svoj lasten zmogljiv centralni računalnik, kjer bi zbirali in obdelovali te podatke. Računalnik so na zavodu dobili konec sedemdesetih.

S projektom so začeli sredi leta 1974, prvi prototip postaje pa so v letu in pol dokončali in uspešno namestili za zgodnje obveščanje o radioaktivni onesnaženosti zraka v meteorološkem stolpu Jedrske elektrarne Krško. Postaja je najprej izpisovala podatke na luknjani trak, kasneje pa je podatke lahko tudi posredovala prek oddaljene pozezave. Vsebovala je celoten nabor običajnih meteorološlkih senzorjev, ki so jih večinoma izdelali sami na inštitutu.

Podobno postajo so kmalu za tem namestili še na Meteorološkem zavodu v Ljubljani in pri nekaj večjih industrijskih onesnaževalcih v državi, na primer v Termoelektrani Šoštanj in Tovarni glinice in aluminija v Kidričevem. Projekt je v osemdesetih prerastel v malo podjetje za avtomatske meteorološke sisteme AMES.

Prvi projekti mikroračunalniške avtomatizacije v industriji

Podoben mikroračunalnik so nato uporabili pri avtomatizaciji betonarne v podjetju Gradis. Nadziral je mešanje betona po vnaprej predvidenih receptih. Operater je v betonarni lahko prek nadzorne plošče vnašal potrebne podatke in ukaze, s pomočjo indikatorjev pa sledil krmilnim signalom, ki jih je računalnik pošiljal po sistemu. Na voljo je imel 10 stalnih receptov, ki so bili shranjeni v pomnilniku mikroračunalnika, vse uporabljene količine pa je ta izpisoval tudi na papirnem traku, kar je bilo pomembno pri kontroli kakovosti betona. To je bil prvi primer uporabe mikroračunalnika pri vodenju industrijskega procesa v Jugoslaviji.

Z manjšimi spremembami so mikroračunalnik s sistemom za natančno doziranje in mešanje sestavin nato uporabili tudi v novomeški Krki. Z njim pa so izvedli tudi avtomatizacijo zahtevnejšega numerično krmiljenega odbelovalnega stroja (CNC) v lesni industriji. Avtomatizacijska dejavnost inštituta je kasneje prerastla v malo podjetje za industrijsko avtomatizacijo INEA.

Mikroračunalnik IJS Mikro M

Po začetnih uspehih so leta 1977 na podlagi te rešitve oblikovali standardiziran procesni mikroračunalnik z nazivom Mikro M. Zasnovan je bil tako, da so ga lahko preprosto prilagodili potrebam upravljanega procesa. Izdelan je bil na enem tiskanem vezju standardne evropske velikosti z 8-bitnim mikroprocesorjem Intel 8080 in 64 KB delovnega pomnilnika (RAM).

Zanj so razvili še najbolj osnoven nabor vmesnikov običajno potrebnih pri avtomatizaciji procesov od analogno-digitalnih in obratnih pretvornikov do izbiralnikov signalov in programabilnih ojačevalnikov. Različni digitalni vmesniki so omogočali izvedbo komunikacije z zunanjimi napravami, na primer s tiskalnikom, kasetnikom ali omrežno opremo. Razvili so osnovni zagonski operacijski sistem (BIOS) in gonilnike za vmesnike.

V drugi polovici sedemdesetih so na inštitutu uporabljali Mikro M inženirji iz vseh oddelkov, med drugim tudi kot razvojni sistem. Z njim so lahko v zbirniku za Intel 8080 razvijali programsko opremo ali pa preizkušali elektronske sklope za specifične procesne rešitve v industriji. K njim so ga konec sedemdesetih redno hodili preizkušati tudi inženirji iz industrije, ki so jih že zanimale možnosti praktične uporabe mikroračunalnikov pri vodenju proizvodnje.

Na oddelku za jedrsko elektroniko so nanj priključili razlilčne vhodno-izhodne naprave. Uporabljali so teleprinter, terminal,kasetnik in hitro enoto za delo z luknjanim trakom. Razvili so tudi nadzorno ploščo zanj, ki je po zgledu velikih in mini računalnikov omogočala neposreden dostop do registrov procesorja, ter modularni vmesnik za testiranje.

Drugi projekti avtomatizacije z Mikro M

Mikro M se je večkrat uspešno izkazal v sodelovanju z industrijo. Za industrijsko montažno podjetje (IMP) so konec sedemdesetih izvedli mikroračunalniško avtomatizacijo dvigal in upravljanje varnostnih in komunikacijskih naprav v večjih objektih. Razvili so vso potrebno elektroniko, strojno, komunikacijsko in programsko opremo za mikroračunalnik.

Za upravljanje dvigal so izdelali sistem za identifikacijo nadstropij in krmiljenje motorja dvigala, nato pa še bolj zahtevem sistem za krmiljenje štirih dvigal hkrati. Takšne sisteme so takrat namestili v številne ljubljanske stolpnice. Kot dopolnilni sistem za upravljanje reaktorske inštrumentacije so mikroračunalnik Mikro M konec sedemdesetih vgradili še v Nuklearno elektrarno Krško.

Mikroračunalnike so kot naprave za lokalni nadzor, zbiranje in posredovanje podatkov namestili tudi v takrat sveže zgrajenem predoru Karavanke. Podatke so mikroračunalniki posredovali na glavna miniračunalnika nameščena v nadzornih postajah na obeh straneh predora. Glavna računalnika sta vršila upravljanje prometa in vseh naprav prek posameznih mikroračunalnikov v predoru. Sistem je beležil promet, krmilil semaforje in spremenljive prometne znake, upravljal prezračevalni sistem, razsvetljavo, opravljal požarni nadzor in nadzor električnega napajanja ter zapisoval in analiziral vse podatke. Izdelali so tudi programe za avtomatično ravnanje v primeru nesreče, požara ali zastoja.

Sistem za izravnavanje konic SIC-80

Mikroračunalnik Mikro M so konec sedemdesetih uporabili tudi v sistemu za optimizacijo porabe električne energije z avtomatičnim izravnavanjem konic SIK-80. Izdelavo sistema so po opravljeni analizi energetskih sistemov v večjih industrijskih obratih po državi predlagali sodelvci inštituta. Veliko zanimanje podjetij za takšen sistem pa je nato spodbudilo njegov nadaljni razvoj. Sestavljen je bil iz osrednjega pulta z grafičnim terminalom, mikroračunalniško vodeno zbirno postajo in avtomatično stikalno omarico na katero so bili priključeni upravljani porabniki.

Izdelali so ustrezne algoritme in programe, ki so omogočili tesno zasledovanje procesa z mikroračunalnikom in avtomatsko zbiranje statističnih podatkov o potrošnji med posamezno izmeno in v daljših časovnih obdobjih. Sistem je nato glede na zbrane podatke lahko vnaprej napovedoval porabo v 15 minutnih obdobjih in tako predvidel potrebo po dinamičnem izklapljanju določenih nenujnih bremen v času konic. Podatke je sistem zbiral trajno in tako omogočil še bolj natančne analize energetskih sistemov v posameznih podjetjih.

Namestili so več deset sistemov po državi, v tovarnah pa so z njimi dosegli vsakodnevno zmanjševanje konic za 10-15%, v izrednih primerih tudi več. V času hude energetske krize konec sedemdesetih sistem ni predstavljal le načina za zmanjšanje proizvodnih stroškov v tovarnah in večjo konkurenčnost proizvodov, temveč tudi prepotrebno racionalizacijo pri splošni porabi električne energije v državi.

.. zbral in sestavil Miha Urh.

Več o tem

Naslednji članek v seriji Prvi mikroračunalniki: Zgodnji poslovni mikroračunalniki

Povezan članek v seriji Prvi mikroračunalniki: Samogradni mikroračunalniki

Povezan članek v seriji Prvi mikroračunalniki: Vgradni mikroračunalniki

Članek v seriji Avtomatika: Robotika

Članek v seriji Prvi računalniki: Procesni miniračunalniki

Nekaj virov

IJS Novice (29.06.1974) (LINK) | Delo (23.01.1976, letnik 18, številka 18) (LINK) | IJS Novice (26.02.1976) (LINK) | Glasilo delovnega kolektiva LIP Bled (15.07.1977, letnik 7, številka 7) (LINK) | Delo (21.09.1977, letnik 19, številka 219) (LINK) | Delo (07.10.1977, letnik 19, številka 233) (LINK) | IJS Novice (17.10.1977) (LINK) | IJS Novice (22.12.1977) (LINK) | Informatica (1977, letnik 1, številka 3) (LINK) | IJS Novice (14.07.1978) (LINK) | Informatica (1978, letnik 2, številka 1) (LINK) | IJS Novice (08.10.1979) (LINK) | Delo (06.06.1980, letnik 22, številka 132) (LINK) | Delo (12.09.1981, letnik 23, številka 211) (LINK) | Delo (17.01.1985, letnik 27, številka 13) (LINK) | Uporabna informatika (2020, letnik 28, številka 2) (LINK)

Wikipedia: Intel 8008 | Intel 8080 | Micral | SCELBI | Altair 8800 | IMSAI 8080 | Automation

Naslovna slika: Računalnik MITS Altair 680. Iz zbirke National Museum of American History. slika prilagojena. (CC Public domain) (LINK)