Rejtélyes számítógépet vizsgálnak évek óta magyar kutatók – Még mindig nem tudják, hogy működött

Egy kutatócsoport évek óta vizsgál egy “rejtélyes” számítógépet. A MESZ I nevű masina, a „Műszaki Egyetem első elektromos számológépe” volt az első magyar (elektromechanikus) számítógép, azonban a szakemberek még mindig nem tudják pontosan, hogyan működött. Ez a gép cseppet sem hasonlít egy mai számítógépre. Négy szürke, üvegezett szekrény, benne fura szerkezetekkel, egy nagy szürke doboz és egy iskolai asztal, rajta kisebb berendezésekkel és egy öreg Mercedes-Electra típusú írógéppel. Dr. Németh Krisztiánt, a kutatás vezetőjét és Vid Gábor villamosmérnököt, a csapat tagját kérdeztük.

Az első kérdés nyilvánvaló, miért is kell kutatni egy gépet?

Németh Krisztián: Egy számítógép építése során a fő szempont a funkcionalitás. Különösen így volt ez a kezdetekben, amikor a tetszetős formaterv szinte egyáltalán nem volt szempont. Ettől függetlenül ezek a gépek néha egész szépre sikerültek, ez azonban nem nagyon érdekelt senkit, a fő cél az volt, hogy gyorsan számoljon. Ez a számítógép, a MESZ I szerencsére fennmaradt az utókornak, azonban most csak “hideg vas”. A Műszaki Tanulmánytárba betérő érdeklődő csak a formát látja, ami olyan, amilyen, arról azonban alig kap információt, hogyan működött, mit is tudott pontosan. Pedig szerintem ez a lényeg. Egy régi autót megnézni is nagyon más, mint beleülni, kipróbálni, milyen gyors volt vagy hogyan vette a kanyarokat. Ezt az érzést szeretném átélni és megmutatni az érdeklődőknek, csak nem egy oldtimer kocsival, hanem ezzel a számítógéppel.

Teljesen más logikájú gép, mint amik bármikor készültek

Mi ebben a gépben a rejtélyes?

Vid Gábor: Jelenleg senki nem tudja, hogyan is működött pontosan ez a gép. Itt a hangsúly a “pontosan” szón van, mert bár elég sokat tudunk, annyit azért nem, hogy például egy programot készítsünk rá, és szimuláljuk, hogyan futna le. Kozma László – a gép tervezője – ugyanis sehol nem publikálta a pontos működést, vagy legalábbis ez nem került elő. Kellett, hogy legyen egy dokumentáció, ami alapján megépült, egy további, ami alapján üzemeltették, illetve egy harmadik, ami alapján a hallgatók programozták, de ezek sincsenek meg. Mivel alapjaiban más logikával működik, mint akár a mai, akár a korabeli más számítógépek, ezért is nehéz a működés megértése.

Mit tudunk a gép eredetéről, keletkezéséről?

NK: A gépet Dr. Kozma László tervezte és vezette a megépítését. Kozma villamosmérnök volt, és a telefonközpontok, telefonhálózatok volt a szakterülete. Az ő élete azonban meglehetősen hányattatott volt, majdnem megölték a nácik, később pedig ártatlanul bebörtönözték a kommunisták. Életéről könyv is készült, ami azonban most érdekes számunkra az az, hogy az ötvenes évek második felében a sors a Budapesti Műszaki Egyetemre sodorta, ahol a Vezetékes Híradástechnika Tanszéknek volt a vezetője.

Itt is telefonrendszereket tanított, amelyeknek egyik sarkalatos pontja a központok vezérlése, melyre ekkoriban jelfogós rendszereket használtak. A jelfogókkal – amelyeket ma talán gyakrabban nevezzünk reléknek – meg lehet valósítani mindent, ami egy számítógép működéséhez kell.

Kozma úgy döntött, hogy egy jelfogós számítógép elkészítése nagyban megkönnyítené a hallgatóinak a digitális technika megértését és (gondolom) a megszeretését. Ehhez megvoltak a kellő ismeretei, hiszen az 1930-as években és a ’40-es évek elején az antwerpeni Bell kirendeltségben készített már több, jelfogóval működő számológépet.

Ezek még valóban a szó mai értelmében számológépek voltak, de kikövezték az utat egy valódi számítógépnek.

Miért számológép a neve, miért nem számítógép?

VG: Egyszerűen 1957-ben, amikor a Kozma az egy évig tartó munkát elkezdte, a “számítógép” szó nem létezett a magyar nyelvben. A számológép viszont igen. A projekt során nem egy esetben kalandoztunk el, hogy a párhuzamos szálakat is felvegyük. Ennek során találtunk egy érdekes cikket, amit egy nyelvész kutató írt, miszerint a magyar nyelvben csak az 1970-es évek közepére-végére szilárdult meg a számítógép kifejezés. Valamikor akkor jelent meg, amikor ez a gép készült, de még várni kellett, hogy elterjedjen. Az 1970-es elején sok helyen még a “programvezérelt számoló automata” vagy a még rosszabbul hangzó “programvezérelt digitális számoló automata” elnevezést is használták. Ez a kifejezés nem rövid, használata nehézkes. A “számológép” sokkal rövidebb, könnyebben felfogható, leírható.

Miben más ez a gép, mint a mai számítógépek?

NK: Ez a gép nem csak a mai, hanem a korabeli számítógépektől is jelentősen eltért. Ugyan szerte a világon készültek jelfogós számítógépek, de összességében azért elég kevés, ráadásul jellemzően egy bő évtizeddel korábban. Ez a technika addigra tehát elég elavult volt világviszonylatban. Mégis valahol el kellett kezdeni, és nálunk ez volt az első. Ráadásul a célnak, amire készült, vagyis az oktatás elősegítésének teljesen megfelelt.

VG: Elsősorban nem Neumann elvű gép. Hogy miben volt más? Röviden mindenben… Ez eleinte nekünk is nehézségeket okozott, amikor azzal a szemlélettel álltunk hozzá, hogy “mi jól ismerjük egy mai gép felépítését, ismerjük azokat a rész áramköröket, alapkapcsolásokat, amiből egy korszerű processzor felépül, Hajrá…”. Hát nem… Annyira más a felépítése, hogy sok dolgot újra kellett tanuljunk.

Milyen részekből áll a gép?

VG: A gép központi része fémvázas, üvegezett szekrényekből áll, melyek jelfogókkal vannak tele. Az eredetileg három, később egy negyedik szekrénnyel kiegészített gép esetében két szekrényben fért el az, amit ma processzornak hívunk. További egyben foglalt helyet a memória, ám a gépet később kibővítettek egy újabb memóriaszekrénnyel, és ekkor kapta meg a mai elrendezést. A gép programozása is egyedi: kézzel, megfelelő helyen kilyukasztott, 33 x 27 centiméteres lapokat kellett egy lapolvasóba belehelyezni, amely magát a programot tartalmazta. Az eredményt egy már akkor harminc éves villanyírógép pötyögte ki. A korra jellemző volt, hogy nehezen lehetett megfelelő anyagokhoz, alkatrészekhez jutni. Ez ugyanakkor más oldalról hasznos volt, mert nagyban segítette a mérnökök találékonyságát. A programlapok esetében is ez a hiány beindította a mérnöki találékonyságot.

Sokáig kísérleteztek megfelelő alapanyag kiválasztásával. Végül arra jutottak, hogy a legmegfelelőbb erre a nagyméretű röntgen film. Elmentek hát klinikákra, rendelőintézetekbe és elkérték a már nem szükséges tüdőröntgen-felvételeket. A röntgenképekről a fényérzékeny réteget lesikálták, és így megkapták azt a műanyag lapot, ami már alkalmas volt a program hordozására.

A programozás úgy törtét, hogy ezeket a lapokat egy nagy fatuskóra helyezték, és közönséges bőrlukasztóval és fakalapáccsal a megfelelő helyen kilukasztották. Kutatócsoportunk egyik tagja, Sziva Hanna már kipróbálta ezt a módszert, és készített is néhány programlapot, pontosan az eredeti technikával.

 

Milyen gyors volt ez a gép? Mennyire volt használható, mint számítógép?

VG: A maga korában itthon ez volt, más nem. Volt a tekerős számológép, volt a logarléc, voltak a 4-6-8-10 jegyű függvénytáblák, és lehetett papíron, kézzel számolni.

Ahhoz képest ez gyors volt és egyszerűbb is. A gép sebessége egyébként néhány elemi művelet (például összeadás, kivonás) volt másodpercenként. Érdekes összehasonlítani a MESZ I-et a mai gépekkel más szempontból is.

A gépben használt relék egész élettartamuk alatt néhány tízmillió kapcsolásra képesek, utána elhasználódnak, a rugók eltörnek, az érintkezők elhajlanak, mechanikai anyagfáradás történik. Egy mai számítógépben lévő 3 GHz-es processzorban van olyan áramköri elem, amelyik egy másodperc alatt három milliárd kapcsolást végez. Azaz egy mai processzor egy másodperc alatt legalább százszor-ezerszer több elemi kapcsolást végez, mint amire ez a gép egész élete alatt képes volt. Ezért is szerelték le az 1960-as évek közepén, mert a reléi elhasználódtak, és már egyre nehezebben lehetett üzemben tartani. Ekkor került – szerencsénkre – a múzeumba.

Hol látható a titokzatos masina?

A gép más korai számítógépekkel, például a lenyűgöző méretű, az 1960-as években készült szovjet URAL-2-es számítógéppel együtt a Magyar Műszaki és Közlekedési Múzeum Műszaki Tanulmánytárában, a XI. kerület Prielle Kornélia utcában tekinthető meg.

A mai embereknek már azt is el kell mondani, mi az a jelfogó vagy más néven relé?

VG: Részben igen, részben nem. Számtalan helyen alkalmaznak ma is reléket, például szellőztető berendezéseknél, lifteknél, de még a személyautókban is.

Van a jelfogóknak néhány olyan tulajdonsága, amit félvezetős megoldásokkal gazdaságosan napjainkban még nem lehet kiváltani. A relék még maradnak jó pár évig velünk. Az persze igaz, hogy ma már kevésbé elterjedtek, mint 50-60 évvel ezelőtt. Akkoriban a telefonközpontok fő alkatrésze a relé volt, és itt használták a legtöbbet belőlük. Ahogy az 1980-as évektől egyre inkább terjedtek az elektronikus, digitális központok, úgy szorult egyre inkább vissza a relék alkalmazása.

Ma már egyáltalán nincs szükség a telefonáláshoz relére, azonban az automatikáknál továbbra is használjuk azokat, fő felépítésében hasonlóan, ahogy az első korszerű jelfogókat Samuel Morse 1838 körül megalkotta.

Kik alkotják a kutatócsoportot?

NK: Már a projekt kezdetén látszott, hogy több ember együttes munkájára lesz szükség. Az persze előny, ha valaki ért az informatikához vagy a villamosmérnöki tudományokhoz, de nem kell a csapat minden tagjának mérnöknek lennie. Vid Gábor ugyan valóban villamosmérnök, én pedig mérnökinformatikus vagyok, de van köztünk középiskolás, matematikus-közgazdász, sőt agykutató is. Mivel én is a Műegyetemen tanítok, igazából pont a Kozma-tanszék jogutódján, több hallgatót is meg tudtam nyerni a projektnek. Közülük többen már végeztek… No igen, ez egy hosszabb projekt lett. Érdekes az is, hogy szinte minden korosztály képviselteti magát. A legfiatalabb tagunk még csak 14 éves, a legidősebbek már régen nyugdíjasok. Itt mindenkinek jut valami testhezálló feladat.

A titokzatos relék és a váratlan áttörés

Mi a végső célja a kutatásnak?

VG.: Az első cél, amiről már beszéltünk, hogy megértsük azt, hogyan épült fel a gép, és azt, hogy pontosan hogyan működött. Áramkör szinten, egy-egy relé egy-egy érintkezőjéről pontosan meg tudjuk mondani, hogy mi a szerepe. Ha ez megvan és egy kis szerencsénk van, akkor talán rekonstruálni tudjuk a gép utasításkészletét, és ebből akár újra programot tudunk rá írni. Az utasításkészlet rekonstruálását nehezíti, hogy nem maradt fenn eredeti programlap. Amit ismerünk, azt egy korabeli Filmhíradó néhány képkockája alapján sikerült rekonstruálnia Krisztiánnak. Ez nagyon kevés, de legalább ez van. A második cél, hogy legalább egy szimulátor szoftvert írjunk, amin látszik, hogyan is történt egy program végrehajtása. Van egy további álmunk is, reméljük egyszer ide is eljutunk. Jó lenne a gép fő egységeit, ha nem is eredeti méretben, hanem kicsinyítve, egyszerűsítve újraépíteni, hogy az érdeklődők láthassák, hogyan is működött. Egyébként ebben is vannak már részeredményeink. Egy egyszerűsített memóriamodell már elkészült és folyamatban van egy kisebb programlapolvasó építése is.

Milyen helyzettel találkoztak, amire nem számítottak?

VG: Egyszerre “új” és egyszerre régi ez a gép. Nagyon röviden én azt mondanám, hogy a fogalom, amibe mindig belebotlunk az a “divat”. Ma az alapvető működését tekintve egy-, maximum kétféle relét lehet kapni, az én generációm már ehhez szokott hozzá. Itt a MESZ I-ben eddig legalább öt, lényeges szerkezeti felépítésében is eltérő relét találtunk. Amikor én 2019 májusában csatlakoztam a csoporthoz, akkorra Krisztiánék a nehezén már túl voltak. Tudták, hogy a reléken vannak funkció feliratok, vannak típus jelek és azt is, hogy ezek hasznosak lesznek. Sőt az egyik memória szekrény mérésével is nagyjából végeztek. Az “egész” még azonban nem állt össze. Ekkor történt egy nagy áttörés. Krisztián az egyetemi könyvtárban talált több korabeli kiadványt, sőt még egy egyetemi jegyzetet is, ami részletesen leírja, hogyan is néztek ki ezek a relék. Ezek a régi anyagok segítettek megérteni azt a “divatot”, ahogy annak idején Kozmáék gondolkodtak, és tervezték a gépet. Hiába dolgozom olyan helyen jelenleg, hogy egy évben több száz relét építünk be különböző automatikákba, a régi tankönyvekből meg kellett ismerjük azokat módszereket, alapkapcsolásokat, sőt relétípusokat is, amikkel itt találkozunk.

Ez egyszerre volt nehéz is, meg rendkívül érdekes része a projektnek, volt egy időutazás feelingje a dolognak. Nem sokkal ezután Krisztián megismerkedett – az azóta sajnálatosan elhunyt – Rédl Gáborral, aki még egyetemi projekt munkán dolgozott ezzel a géppel, később a BHG-ban dolgozott pont azon a részlegen, ahol ezeket a reléket gyártották. Többször eszembe jutott, ha most egy időgép “visszarepítene” abba a korba, amikor ez a gép készült, le tudnék-e vizsgázni jelfogós kapcsolástechnikából az egyetemen.

A Rédl Gáborral történt beszélgetésekkel kiegészítve a könyvtárban fellelt anyagokat egy erős közepes szinten valószínűleg átmennék már egy ilyen képzeletbeli vizsgán. A másik ilyen érdekesség az, hogy ez a gép aszinkron felépítésű. A mai órajel.

A processzoroknál ennek a frekvenciáját meg is adják, ez manapság olyan 2-4 GHz körül szokott lenni. Ez az órajel adja a ritmust az egyes részegységek számára, mint egy karmester, hogy egyszerre, egy időben működjenek. A MESZ I-ben nincs órajel, nincs egy állandó ritmus, amiben működik, ezért aszinkronnak nevezik. Ez mai mérnöki szemmel nagyon-nagyon furcsa.

Mennyi ideig tart még a projekt? Egyáltalán mennyi időt tudnak erre szánni egy évben?

NK: Magunk sem tudjuk. Ez egy hobbiprojekt, nincsenek szoros határidők, de persze szeretnénk mihamarabb végezni. Annál is inkább, mert a projekt kezdete talán 2013-ig nyúlik vissza, de az aktív mérés is nagyjából tíz éve tart. Ez azért elég hosszú idő. Az első fázissal, tehát a mérésekkel idén szeretnénk végezni.

Lehet még csatlakozni, ha valakinek felkeltette az érdeklődését?

Egyelőre van elég emberünk, de ha valakinek nagyon megtetszett a dolog, írjon bátran az info@MESZ I.org-ra egy emailt és utána beszéljük meg a dolgot egy kávé mellett!

Hol lehet további információt szerezni a projektről?

A honlapunk címe https://MESZ I.org/ Kicsit rég frissítettük, mert most főleg a mérésre koncentrálunk, de a lényeg azért megtalálható rajta.