E-mózg MT-518

E-mózg MT-518
W 2018 roku świętowaliśmy siedemdziesiąte urodziny polskiej informatyki (1). Gdy rodziła się ta dziedzina nauki (bez której już trudno wyobrazić sobie współczesną cywilizację), w naszym kraju komputery nazywano mózgami elektronowymi. Taką też nazwę miały kiedyś bardzo popularne (a i dziś wciąż jeszcze produkowane) zabawy edukacyjne z prostymi obwodami elektrycznymi. W najnowszym "Na warsztacie" proponujemy wykonanie podobnie prostej, ale uwspółcześnionej gry tego typu, która pozwoli wykonawcom choć zmierzyć się z miniaturyzacją obwodów elektrycznych, a graczom sprawdzać odpowiedzi na pytania testowe - znacznie sprytniej niż miało to miejsce w przypadku egzemplarzy pierwszej generacji. Przy tej okazji wspomnimy też postać inż. Jacka Karpińskiego - niezwykłego twórcy pierwszych polskich komputerów osobistych, próbując znaleźć odpowiedź na pytanie, dlaczego jego dzieła, mimo doskonałych parametrów technicznych wyprzedzających swoje czasy, nie podbiły jednak informatycznego świata.
1. Za początek polskiej informatyki przyjmuje się rok 1978 - zatem obchodzimy w tym roku jej siedemdziesięciolecie! (ilustracja: historiainformatyki.pl).

Przełom lat 60. i 70. był czasem, kiedy komputery właśnie zaczynały przeobrażać się z wielkich "elektronicznych bibliotek" (ogromnych maszyn-szaf z własną klimatyzacją, specjalnym pomieszczeniem i zespołem wysoko wykwalifikowanych operatorów i serwisantów) w komputery osobiste, które można postawić na biurku i używać dla własnych potrzeb. Niewielu z naszych rodaków wie, jak wiele w tym temacie działo się właśnie nad Wisłą i Odrą.

System wiodący…

W tym czasie Polska, także w tym zakresie, w dużej mierze zmuszona była współpracować ze Związkiem Radzieckim - po to właśnie powstał "RIAD" (z rosyjskiego - "szereg", w Polsce znany pod nazwą "Jednolity System Elektronicznych Maszyn Cyfrowych"). Wszystkie komputery produkowane w krajach demokracji ludowej według tego systemu miały być wzajemnie kompatybilne i odpowiadać amerykańskiemu IBM System/360.

Działania te miały połączyć wysiłki ogółu naukowców i wynalazców z krajów socjalistycznych w celu doścignięcia i wyprzedzenia techniki zachodniej. Jak wyszło? Chyba nie trzeba wyjaśniać…

K-202, czyli komputer, który nie miał prawa istnieć

Choć historia komputera K-202 nie jest powszechnie znana, to całkiem sporo informacji dotyczących tego projektu i jego twórcy znaleźć można dziś nie tylko w sieci WWW. Jak twierdził jego pomysłodawca, ówcześni decydenci uważali, że taki komputer nie może istnieć, bo w przeciwnym razie Amerykanie już by go mieli!

Prawdą jest jednak niezbitą, że K-202 wyprzedził komputery IBM PC co najmniej o cztery lata (niektórzy twierdzą, że nawet dziesięć). W porównaniu do ówczesnej produktów konkurencji był wielokrotnie mniejszy, wydajniejszy i bardziej wszechstronny - umożliwiał wielozadaniowość, wielodostępność i wieloprocesorowość. Naprawdę można było mieć nadzieję, że będzie to pierwszy prawdziwy komputer osobisty, który podbije świat!

Został zaprojektowany i wykonany w ciągu jednego roku (1969), pod kierunkiem inż. Jacka Karpińskiego - w dużej mierze dzięki współpracy z pozyskanymi przez niego angielskimi kontrahentami. Współautorami urządzenia byli: Ewa Jezierska, Andrzej Ziemkiewicz, Zbysław Szwaj, Teresa Pajkowska, Krzysztof Jarosławski i inni.

Sercem sprzętu były najnowsze, wprowadzane dopiero na świecie, a sprowadzone właśnie z Anglii, szesnastobitowe układy scalone. W komputerze zastosowano pamięć, którą można było rozszerzać teoretycznie aż do niebotycznych w tamtych latach 8 MB (de facto nie zdołano tego w pełni wykorzystać, ale i tak uzyskano znacznie ponad dwa razy więcej niż w konkurencyjnych urządzeniach).

Na początku lat 70. komputer K-202 zaprezentowano na Międzynarodowych Targach Poznańskich (2) oraz na wystawie w Londynie - w obu imprezach zebrał wspaniałe recenzje i było o nim naprawdę głośno. W tym czasie mógł być z powodzeniem produkowany i sprzedawany - stał się prawdziwą sensacją!

2. Komputer K-202 z ulotki reklamowej Targów Poznańskich z roku 1972, w wersji eksportowej.

Z pewnością stanowił konstrukcję wyprzedzającą swoją epokę. I z całą pewnością nie został właściwie wykorzystany. Jego produkcję zakończono po trzech latach na ledwie trzydziestu sztukach, mimo że na dokończenie czekało już kolejnych dwieście.

Dlaczego?

To bardzo dobre pytanie, na które odpowiedź wcale nie jest tak oczywista, jak mogłoby się wydawać…

Geniusz i świnie?...

Popularna opinia głosi, że niepowodzenie projektu było winą ustroju, a "polski Bill Gates" zwyczajnie przyszedł na świat w nieodpowiednim kraju. Jednak zdaniem osób bezpośrednio znających temat (oraz konstruktora), przyczyny porażki leżały raczej gdzie indziej.

3. Jak się okazuje, inżynier Karpiński nie był wcale ostatnim pionierem polskiej informatyki, który zajął się hodowlą trzody chlewnej… (fot: https://goo.gl/8c3sQj).
4. Okładka książki Piotra Lipińskiego, poświęconej bohaterowi najnowszego
"Na warsztacie".

Nikt nie odmawia inż. Karpińskiemu talentu konstruktorskiego (ten i ów podkreśla także jego patriotyzm oraz chlubne karty z czasów walk w słynnym z "Kamieni na szaniec" batalionie "Zośka"), ale wielu twierdzi też, że brakowało mu podstawowych umiejętności biznesowych i interpersonalnych (np. doceniania nie tylko konkurentów, ale nawet najbliższych współpracowników). Lider projektu K-202 osiągał wiele, ale bywało, że chwalił się nawet ponad swoje osiągnięcia. Miał też niemiły zwyczaj, by wyniki pracy zespołowej przypisywać tylko sobie…

Prócz tego, to właśnie naszym rodakom (a nie Rosjanom), decydującym w tamtych latach o rozdziale środków (szczególnie dewiz), najwyraźniej nie udało się wznieść ponad osobiste ambicje i interesy, by mimo niełatwego charakteru konstruktora docenić wartość jego dzieła dla rozwoju nie tylko polskiej, ale wręcz światowej informatyki.

Sfrustrowany odsunięciem od kierowania projektem K-202 w zakładzie mikrokomputerów MERA, główny konstruktor zajął się… hodowlą świń (3) - stąd tytuł tego akapitu, będący jednocześnie tytułem książki o nim, autorstwa Piotra Lipińskiego (4).

Później opracował jeszcze kilka interesujących urządzeń (choćby ręczny skaner pisma), ale i tu brak doświadczeń w marketingu (lub wspólnika, który odciążyłby go w tej części projektu - jakim był np. Steve Jobs dla Steve’a Woźniaka) sprawił, że i te projekty upadły, a sam konstruktor w nowej już polskiej rzeczywistości popadł w niemałe długi.

Jego dotychczasowy zespół kontynuował jeszcze prace nad projektem K-202, tworząc także rozwojowe komputery typu MERA 400 oraz MX-16 (ostatecznie prace przerwano po wprowadzeniu stanu wojennego).

Mimo wszystko śp. inżynierowi Jackowi Karpińskiemu (zmarł w 2010 r., w wieku 83 lat) należy się nasz szacunek. Wybitne dzieła jego życia (komputery AKAT-1, KAR-65, K-202 oraz Perceptron) znajdują się dziś w zbiorach warszawskiego Muzeum Techniki. Można śmiało nazwać je milowymi kamieniami w siedemdziesięcioletniej historii polskiej informatyki.

Gra!

5. To tylko jedna z wielu współczesnych wersji starej gry logicznej typu "mózg elektronowy" - i nasz punkt odniesienia!

Czas na "nawarsztatowy" projekt. Rozwiniemy wspomniany we wstępie pomysł na grę edukacyjną typu "mózg elektronowy" (5). Jej zasady są proste: pod kartą z odpowiednimi otworami (w końcu od perforowanych kart zaczęła się historia komputerów!) znajdują się punkty stykowe, łączące poszczególne pytania i odpowiedzi.

W wyniku prawidłowego połączenia odpowiedniego zestawu "pytanie-odpowiedź" (czyli zwarcia dodatkowym kablem, zakończonym zwykle wtykiem bananowym), zapala się żarówka. Jednak połączenia takiej gry są niezmienne, co sprawia, że już po kilku próbach użytkownik zwykle "rozpracowuje system" i gra z logicznej staje się tylko grą w memory… Temu właśnie w pierwszej kolejności zaradzimy!

Karty do gry, czyli nieco inaczej niż dotąd

Zminiaturyzujemy grę, wykorzystując na plansze do niej wzór i wielkość współczesnych kart płatniczych (6). Na marginesie: czy wiecie, że ich historia zaczęła się w amerykańskim hotelu Credit Letter Company w roku 1917? Dzięki nim stali klienci mogli po raz pierwszy w ten bezgotówkowy sposób regulować należności za pobyt w hotelu.

6. Karty kredytowe to całkiem dobra inspiracja dla modyfikacji kart do naszej gry.

Przyznaję, że pomysł wykorzystania jednego z oryginalnych wzorów styków kart chipowych jest bardzo kuszący (7), jednak ostatecznie przyjąłem nieco mniej wymagające od wykonawcy rozwiązanie, bazujące na większych powierzchniach stykowych na rewersie karty (ułatwi to prace nad modelem).

7. Wykorzystanie w samodzielnie i jednostkowo wykonywanej grze typowego układu mikrostyków jest zdecydowanie bardziej kłopotliwe - co nie znaczy, że niemożliwe…

Karty składać się będą z czterech warstw: papierowych okładzin (naklejek - najlepiej zafoliowanych), rdzenia dającego karcie wytrzymałość (najkorzystniej z elastycznego, białego plastiku o ok. 0,5 mm grubości, ale można też użyć podwójnego brystolu) oraz metalowych powierzchni stykowych - np. z folii aluminiowej. Dzięki małej grubości metalu połączenia poszczególnych styków pod naklejką nie będą widoczne, a przez to możliwość podejrzenia odpowiedzi zredukujemy praktycznie do zera.

8. Elektroniczne czytniki kart mikroprocesorowych to także wyśmienita inspiracja - do wykorzystania!
9. Okładziny karty do nowej gry warto wydrukować na samoprzylepnym papierze i zafoliować. Otwory stykowe mogą mieć średnicę od 3 do 6 mm - przyda się dziurkacz lub wycinak do skór.
10. Zastosowałem rdzeń z folii PCV 0,4 mm, na który najpierw przykleiłem wydruk prawej strony, paski folii, a następnie lewą stronę z otworami (widać połączenia odpowiednie dla karty D).

Montaż kart jest łatwy - wystarczy spojrzeć na dołączone ilustracje (9-12) - reszta to raczej kwestia staranności wykonania. Można wykonać dowolną ich liczbę, w dowolnym czasie i dla dowolnych pytań - byle założone wymiary i ich tolerancje pozostały niezmienione. Dla mniej wprawnych poleciłbym ewentualnie tylko zwiększenie średnicy punktów stykowych, przez co zwiększy się tolerancja ustawienia styków dekodera.

11. Styki to największe wyzwanie tego projektu - szczególnie te wykonywane od podstaw. Dokładność i powtarzalność stanowią tu nieodzowne umiejętności - wtedy nawet z pineski zrobimy przycisk!
12. Do cięcia blachy z puszki (bodaj po fistaszkach) lepiej użyć solidnych nożyc (np. kuchennych). W kształtowaniu styczników z pasków blaszki pomocne będą kombinerki i pręt ok. 1 mm (zaokrąglenia części bezpośrednio stykającej się z kartą bardzo się przydają).
13. Doskonałe zasilanie i oświetlenie znaleźć można w e-świeczce. Mała operacja i mamy gotowy bateryjny koszyk do czytnika!

Czytnik

Skoro mamy już (niemal) współczesne karty, idąc dalej tym tropem, warto wykonać bardziej współczesny czytnik. Niech zatem także będzie wielkości plastikowej karty! Do jego zbudowania można użyć choćby tektury o grubości 1,5 mm (jak w prezentowanym prototypie), ale i sklejka, i plastik, i druk 3D też doskonale się do jego (o)budowy przydadzą (14-16). Rysunek sprawdzonego wzoru znajduje się obok (wersji PDF do wydruku 1:1 polecam też poszukać na stronie www.MODELmaniak.pl).

14. Korzystając z pdf-a, w 1:1 można przenieść rysunki, naklejając kartkę na tekturę, lub wprasowując wydruk laserowy bezpośrednio w docelowy materiał. Reszta to cięcie, klejenie, impregnowanie cyjano-akrylem itd…
15. Nie wszystkie otwory da się wykonać dziurkaczem. Czasem potrzebne jest wiertło, ale wszystkie otwory warto zaimpregnować klejem C-A.
16. Przyciski powinny znajdować się na równi z powierzchnią obudowy lub odrobinę ponad nią. Większe otwory mają za zadanie umożliwić zafoliowanej nakrętce większą swobodę ruchu. Również otwór na diodę zostanie docelowo zaklejony wspólną naklejką.

Nieco więcej uwagi i precyzji w wykonaniu wymagać będzie komplet styków - zarówno tych od strony karty, jak i tych przy przyciskach (17). Można je zrobić całkowicie od podstaw, ale pineski, mikroguma lub pianka elastyczna i blacha ze stalowych puszek też wystarczą. W prototypie ilustrującym ten artykuł styki karty wykonane zostały od podstaw. I choć po pierwszych testach wymagały pewnych korekt - działają!

17. Po umocowaniu przycisków możemy przystąpić do lutowania połączeń (elektroników proszę tu o wyrozumiałość), a później do pierwszych  testów i ewentualnych korekt położenia blaszek stykowych (jest taka możliwość). Gdy wykonamy zamykającą  pudełko pokrywkę i zaimpregnujemy tekturę, można rozpocząć malowanie. W kolejnym egzemplarzu klej na gorąco wykorzystam jednak do mocowania przycisków w obudowie (uwaga: superklej potrafi je dość łatwo, a niespodziewanie, unieruchomić!), natomiast na gniazda wkrętów raczej użyję drewnianych kołków.

Mając dostęp do mikrowyłączników (2 zł za 4 szt.), zaoszczędzimy na czasie i własnej pracy. Klawisze do czytnika można wykonać w formie foliowanej naklejki (to częsty sposób we współczesnej elektronice) lub wykorzystać klawisze przeznaczone do mikrostyczników - ewentualnie użyć przycisków z jakiegoś zepsutego już kalkulatora czy pilota TV.

18. Ukończony prototyp czytnika gry wraz z jedną z uniwersalnych kart (pytania i odpowiedzi można zapisać na niej foliopisem, a w razie potrzeby później wpisać inne – nie da się tylko zmienić w niej zaklejonego układu połączeń elektrycznych).
19. Widok tych samych elementów od ich dolnych stron.

Wskaźnikiem poprawnego wyboru odpowiedzi będzie już nie żarówka, lecz biała dioda elektroluminescencyjna (LED), którą wraz z baterią pastylkowych ogniw znajdziemy w elektronicznych świeczkach.

Trochę cienkich przewodów miedzianych, okruch kalafonii, ździebko cyny, lutownica - i to wszystko, czego potrzeba, by wykonać najprostszy z możliwych w tym przypadku obwód elektryczny.

Po starannym montażu, pomalowaniu wodoodporną farbą (akrylową - pędzlem lub sprayem) i przyklejeniu zdobień, czytnik jest gotowy do pierwszych testów użytkowych (18, 19).

Zasady gry

Nasza gra może zawierać dowolną liczbę kart, z których na każdej znajduje się jedno pytanie testowe z możliwymi odpowiedziami. Jeden z uczestników zabawy (może być ich wielu - choćby wszyscy uczniowie w klasie) losuje kartę z przetasowanej puli i po jej odwróceniu oraz przeczytaniu pytania wybiera jeden z czterech (w tym akurat egzemplarzu) wariantów odpowiedzi.

Sprawdzenie następuje po włożeniu karty do czytnika i naciśnięciu odpowiedniego przycisku (prawidłowego dla danego pytania - a ściślej: karty). Na koniec zlicza się pulę kart z poprawnymi odpowiedziami (czyli liczbę punktów) i określa końcowy wynik.

A gdyby tak coś więcej…?

Oczywiście nic (prócz chęci i umiejętności wykonawcy) nie stoi na przeszkodzie, by ten prosty układ rozszerzyć o dodatkowe funkcje (np. o czerwone światło lub dźwięk, sygnalizujące błędną odpowiedź). Gdyby wykonawcą urządzenia był uczeń technikum elektronicznego, a nawet student, na pewno jego nauczyciel doceniłby zastosowanie prostego procesora do zliczania prawidłowych i błędnych odpowiedzi - choćby na bazie Arduino-Nano i podobnych mu rozwiązań.

Wszystkim, których zainspirował dzisiejszy materiał, życzę satysfakcji z budowy własnych "mikrokomputerów" i ich użytkowania. 

Warto przeczytać także:

https://goo.gl/Mqyy2v
https://goo.gl/zfTLTZ
https://goo.gl/yjxvim
https://goo.gl/CaVb4q
https://goo.gl/Lck4Pp
https://goo.gl/Lj9hHL
https://goo.gl/ocNY2u

Paweł Dejnak