55 lat informatyki na Wydziale Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska AGH

Drukuj
Geodezja jest dziedziną techniki, w której relacje pomiędzy światem realnym i jego modelem wymagają znacznej ilości obliczeń.

W przekroju historycznym obliczenia geodezyjne jeszcze w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego wieku były realizowane ręcznie. W tych latach arytmometry ostatecznie wyparły stosowane wcześniej tablice, suwaki logarytmiczne i nomogramy. Arytmometr był maszyną cyfrową, która przewyższała analogowe środki obliczeń (suwaki i nomogramy). W arytmometrach układy kółek zębatych reprezentowały liczby, a obroty tych kółek realizowały cztery operacje arytmetyczne. Pierwiastkowanie było wykonywane poprzez odejmowanie kolejnych liczb nieparzystych.

Powszechne stosowanie arytmometrów przyspieszyło rozwój metod obliczeń geodezyjnych. W latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych w środowisku Krakowa i Warszawy powstały szkoły nowych metod obliczeń. Rachunek krakowianowy profesora Tadeusza Banachiewicza przystosował operacje na macierzach do logiki liczenia z wykorzystaniem arytmometrów. W środowisku Warszawy powstały formy rachunkowe profesora Stefana Hausbrandta, jako praktyczne schematy obliczeniowe typowych zadań rachunku współrzędnych. Obydwie szkoły miały szeroką rangę ponadkrajową, co potwierdziła międzynarodowa konferencja poświęcona obliczeniom geodezyjnym, zorganizowana w AGH w roku 1959.

Przełom lat 50-tych i 60-tych ubiegłego wieku był dobrym czasem dla rozwoju polskiej myśli technicznej w dziedzinie racjonalizacji obliczeń geodezyjnych. Ale w krajach o przodującej w świecie technice od końca lat czterdziestych kształtowała się nowa epoka w obliczeniach - epoka komputerów, które w tamtych czasach nazywano maszynami matematycznymi (lub maszynami cyfrowymi).
W latach 1961-1963 Rektorem AGH był geodeta – profesor Tadeusz Kochmański, specjalista od obliczeń geodezyjnych i mechaniki górotworu. To właśnie jemu AGH zawdzięcza dokonanie przełomu technologicznego. Uczestnicząc w konferencji międzynarodowej, poświęconej obliczeniom, wysłuchał referatu z dziedziny mechaniki. Przedmiotem referatu było wyliczenie parametrów skomplikowanego zestawu współpracujących kół zębatych za pomocą maszyny cyfrowej, w procedurze 70-ciu iteracji. Ten referat stał się dla niego decydującym argumentem w podjęciu decyzji o wprowadzeniu tej nowej technologii obliczeń w AGH. Taka była geneza zakupu w roku 1963 dwóch pierwszych komputerów o symbolicznej nazwie UMC1, które po badaniach eksperymentalnych w roku 1962 zostały wyprodukowane w ELWRO w roku 1963 w liczbie 14-tu sztuk.

Akronim UMC pochodzi od nazwy – Uniwersalna Maszyna Cyfrowa. Była ona komputerem, którego w żadnym razie nie można porównywać z obecnymi. W budowie tego komputera zastosowano lampy elektroniczne. Miał pomięć bębnową o niewielkiej pojemności – 4096 słów długości 36 bitów. Urządzeniami zewnętrznymi były – dalekopis z czytnikiem i perforatorem taśmy papierowej 5-cio bitowej. Parametry eksploatacyjne były także nieporównywalne z dzisiejszymi – komputer wykonywał zaledwie 100 dodawań na sekundę. Do obliczeń był wykorzystywany system liczbowy o podstawie minus-dwójkowej (tak zwany negabinarny). Taki system liczbowy został zastosowany w celu eliminacji znaku liczby – w tym przypadku znak jest zawarty w zapisie.

Komputer UMC1 był mikroprogramowalny. Programowanie komputera było trudne. Programy musiały być pisane na poziomie elementarnych operacji pobierania z komórek pamięci, umieszczania w rejestrach, wykonywania działań arytmetycznych w sumatorze i odsyłania wyników do wskazanych komórek. Operacje były reprezentowane przez krótkie łańcuchy alfanumeryczne – 3-literowe lub 4-literowe polecenia systemowe.

Zestaw sprzętu UMC1 wymagał dużej sali. Komputer lampowy emitował znaczne ilości ciepła więc wymagał permanentnego chłodzenia. Ale zapotrzebowanie na dużą powierzchnię wynikało nie tylko z konieczności zapewnienia obiegu powietrza. Ten komputer lampowy w komplecie ważył około 1,5 tony. Te wielkie niedogodności sprzętowe zostały częściowo zmniejszone w roku 1965 – została uruchomiona w ELWRO produkcja wersji tranzystorowej o nazwie UMC10. Wyprodukowano 10 sztuk komputerów w tej wersji.

Ze względu na wymienione wymagania eksploatacyjne - komputer UMC1, jeden z zakupionych w roku 1963, był instalowany w budynku geodezji w trójmodułowej sali 408 na czwartym piętrze od jesieni tego roku – przez wiele tygodni.

W programie edukacyjnym studentów geodezji na III-cim roku, w szóstym semestrze kontynuowany był przedmiot o tematyce obliczeń geodezyjnych pod nazwą "Rachunek wyrównawczy". Ten przedmiot wykładał ówczesny Rektor AGH - profesor Tadeusz Kochmański. W czasie jednego z pierwszych wykładów w semestrze letnim, na przełomie lutego i marca 1964 roku, profesor Kochmański powiedział, że w chwili obecnej stoimy wobec wielkiego wyzwania dla technik stosowanych w naszym zawodzie. W takiej sytuacji zamiast dokończenia w bieżącym semestrze kursu przedmiotu "Rachunek wyrównawczy" przestawia edukację na nową technologię - na programowanie maszyn cyfrowych i znajdzie do tego przedmiotu odpowiedniego wykładowcę.

Od następnego tygodnia prowadzony był nowy wykład - dotyczący budowy i działania komputerów, a na ćwiczeniach rozpoczęto naukę praktycznego programowania. Profesor Kochmański mając wizję przyszłości obliczeń, uznał, że nowa technika jest ważniejsza niż dokończenie programu swojego przedmiotu. Wykazał tą decyzją niezwykłą otwartość umysłu i wysoką klasę człowieka traktującego swoją pracę nie jak zwykły zawód, ale jak misję edukacyjną. Taki był początek informatyki w kursie edukacji geodetów w AGH, a stało się to na początku marca 1964 roku. Przy końcu semestru letniego, z datą 1 czerwca 1964 roku, studenci otrzymali wpis do indeksu z oceną – zaliczenie przedmiotu "Maszyny matematyczne".

Zajęcia dydaktyczne były prowadzone częściowo w kontakcie z komputerem, ale na pozostałe obliczenia studenckie, jak na przykład związane z pracami dyplomowymi, trzeba było czekać nawet kilka tygodni, w rezultacie czego studenci często nadal ręcznie realizowali swoje terminowe prace obliczeniowe. Takie były trudne początki informatyki, ale niezaprzeczalnie - było to otwarcie nowej epoki.

Rysunek 1 zawiera wydruk z dalekopisu programu realizującego zadanie szkolne Gaussa - dodawanie kolejnych liczb naturalnych od 1 do 100. W zadaniu zaliczeniowym postawiono warunek, aby nie korzystać z pomysłowego rozwiązania Gaussa (dodawania liczb w odwróconej połowie szeregu) lecz zastosować pętlę z narastaniem zmiennej.

Uczestniczenie w wykładach kursowych prowadzonych przez Rektora wielkiej uczelni przydarza się studentom bardzo rzadko. Decyzja Rektora, profesora Tadeusza Kochmańskiego o rozpoczęciu edukacji w zakresie informatyki przed 55-ciu laty była kamieniem milowym w procesie kształcenia i otworzyła nowy rozdział w edukacji informatycznej w AGH.

Skrót artykułu, zamieszczonego w Biuletynie AGH, w numerze z lutego 2019 na stronach 38 i 39.


Rys. 1. Program  do rozwiązania zadania szkolnego Gaussa napisany w języku wewnętrznym komputera UMC1 (wiosna 1964).  Realizacja zadania w pętli z narastaniem zmiennej – temat zaliczeniowy autora z przedmiotu "Maszyny matematyczne".