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1-期刊信息
期刊名：北京有线电（内部刊物）
发行日期：1959年3月
文章名：介绍“八一”型通用数字电子计算机
作者：钱基广（“八一”型计算机主持设计师）
2-期刊内容
我国第一部数字式通用电子计算机，在苏联的技术援助下，已由北京有线电厂和中国科学院计算技术研究所通力合作试制成功。由于该机是在五八年八月一日前已经完成，故名为“八一”型通用数字电子计算机。
电子计算机的应用是非常广泛的，能用于军事国防、科学研究、工业生产，企业管理等各方面。它的工作效率很高，而且许多难以解决的问题，也能通过它很快解决。从应用范围来讲。可分通用计算机和专用计算机。前者可解决一切计算问题和逻辑问题，而后者则对于解决某些方面问题特别方便。一般通用机总比专用机结构大。“八一”型计算机是属于通用机的一种。
现将“八一”型通用电子计算机简单介绍如下:
一、“八一”型计算机的数制。
该计算机采用定点的二进位计数制。人们习惯于十进位计数制，而一般计算机则大都采用二进位计数制，用十进位计数制的比较少。二进计数是逢二进位，例如十进位的2在二进位制中为10，十进位的3在二进位制为11，十进位的4在二进位制为100，……。任意数可写为：
式中：R为底数在10进计数制中R为10，则在二进位计数中R为2。
Ai= 0，1……R—1；n为x的位数在10进计数制中Ai是从0到9在二进位制Ai是0和1二位。p表示x的小数点位置，也称为阶小数点在从最高数起的第p位数后例如x=1234567则p=4。
例如：十进位的
二进位的
在计算机内若所有数的p都是一样的，则此计算机称为定点计算机。在定点计算机内p不需用设备标出来。“八一”型计算机的p=0因此数的可能范围是从-1到=1，一旦当中间计算结果等于或大于1时，就自动地停止计算，同时将机器停止，定点计算的机构比较简单，但使用不是很方便，因为要将计算过程中所有的数都在一定的范围内。在定点计算机内所有的阶都是一样的，所以作加减法可不需对位可以节省设备和操作时间。
在计算机内若p是可变的，即不同的数有不同的p，则此计算机称为浮点计算机，在浮点计算机内p要用设备标出来，因此浮点计算机要多用些设备数的范围要比定点的大很多，使用起来比定点计算机方便。苏联БЭСМ快速计算机是属于浮点计算机。
“八一”型计算机的数的位数是30位二进位数，这相当于十进位的9位，也就是说计算的准确度可达十亿分之一，而一般模拟机的准确度最高能达到百分之一或千分之一。当然一个数字机能表示位数越多，计算的准确度也就愈多。不过位数愈多，所需设备愈多，苏联БЭСМ快速电子计算机的位数是39位。
二、指令系统
电子计算机是一个能自动且很快地按预先由人安排好的一定的指令程序对给予的数据或信号进行加工的复杂设备。指令是指挥计算机怎样工作的各种命令信号。任务一个复杂的数学问题，可化成许多次的基本运算（基本运算即加、减、乘、除法等），由程序度设计者将这样许多基本运算按公式排成一个运算程序，运算程序的内容由一连串的“指令”组成，一条指令只能完成一个基本运算。指令包括两部分，一部分是操作码，另一部分是地址码。操作码是用数码表示各种基本操作，“八一”型计算机中以00代表加法，01代表减法等等，每部计算机操作码都不相同。地址码也是用数码来表示，指明数据存在存储器中的第几个存储单元。该机的指令系统是采用二地址制指令，此项指令也需要存在存储器里，因此，指令本身也有地址码。八一型计算机的指令形状如下:
指令与数码一样，也以二进位表示，但在编写程序时，为了方便起见是用八进位的。一位八进位等于三位二进位，操作码用的是二位八进位，因此，需要六位二进位；地址码用的是四位八进位，即需12位二进位，因此，指令与数据共需30位二进位。
例：指令 00 0012 0105
表示从存储器取出第0012存储单元中的数码和第0105存储单元中的数码由控制器控制运算器对取出的两数码进行相加（如果00代表加法）。运算程序由这样的一连串指令组成。
三、结构及工作原理：
八一型计算机与一般的计算机一样，由四个主要部分组成的，这四个主要部分是1.运算器AУ、2.控制器ПД、3.存储器ЗУ和4.输入输出器УВВ。它的方框图如图分述如下：
1.运算器采用并联型，即可同时对各位数进行运算，“八一”型的运算器完成基本运算的时间如下：加法为60微秒；减法75-120微秒；乘法1900微秒；除法2000微秒。运算器由A.B.C.Д. 四个寄存器组成。在运算器内完成的基本运算是两数相加。取寄存器A和B中的数为补数的设备，使得在运算器AУ中能作减法；此外寄存器B和C能左右两面移位，使AУ可做乘法和除法。
加法时，寄存器A和B中的数相加，相加的结果送到寄存器B来代替被加数。作减法时A寄存器中放减数B寄存器中存放被减数，差在B寄存器内形成，作乘法时，A寄存器中存被乘数C寄存器中存乘数商在B寄存器中形成。
寄存器Д是为了形成进位用的。如法系30位并联完成；每一位皆有相同的逻辑线路，这些逻辑线路按二进加法的规则将寄存器AB和Д各位组合进行译码，以便将和送到B寄存器中。因为八一型计算机是定点计算机，数的阶数就不需要标出来也不需要对阶进行运算，因此八一型计算机的运算器可不要阶码加法器只要有对数进行运算的数码加法器就可。
每次操作的结果在B寄存器中一直保存到接收新数为止。第一，这可以不将中间结果送入存储器ЗУ利用B存储器来作为存储中间结果的辅助存储单元（当上次运算结果在下次运算时要应用时）。因此，有可能减少访问存储器的次数，从而提高机器的工作速度。这种操作称作“累加操作”。运算器与机器各部分的连系主要是靠C存储器完成的。例如从输入数据到存储器ЗУ必须经过C寄存器。从存储器ЗУ输出结果也需要经C寄存器。
2.存储器：它的作用是写下需要记下来的数码或信息；或者读出需要发送出以前记下来的数码和信息。小型计算机目前采用涂以铁磁层的旋转的磁鼓作为存储器，它装有读头和写头，号码脉冲磁头和零脉冲磁头。磁鼓存储器可存储程序指令，原始数据，辅助数据，及解题过程中得到的中间结果和最终结果。存储器的技术数据如下：
容量：2048个字（每个字是30个二进位数码）
平均存取时间：10微秒
写数密度：3.2个脉冲/每厘米
转数：3000转/分
鼓的直径：216厘米
铁磁层：镍—钴合金，厚3—5微米
号码脉冲频率：108千赫
存储器系并联工作。写入和读出是用31条线（30个数位和1个符号位）在磁鼓的某一条磁道上同时进行的，磁鼓存储单元的地址由号码脉冲的顺序号码来决定。
存储器写数与读数工作情况——要存储一位二进数就须有两个稳定状态，一个相当“0”，而另一个相当“1”。磁性存储器能够实现所需要的稳定状态。磁头空气隙的磁心和线圈来组成。电流通过空气隙成一回路。如果铁磁层与空气隙大小相差不多的距离内则有部分磁通经铁磁层而闭合。电流中断后，铁磁层中由于剩磁通的缘故，留下了一个像小磁铁一样的经过磁化的小段“磁迹”。像小磁铁一样。因为铁磁层有两个磁化方向，因此小磁铁的极性取决于线圈中电流的方向。如有“磁迹”的铁磁层在磁头下面移动，则在磁头内便感应出电动势，该电动势的大小正比于磁通的变量。读出信号的波形与小磁铁“磁迹”的极性有关。如果铁磁层不被磁化或且均匀地向某一方向磁化，则不产生信号。
磁鼓存储器采用这种工作方法：铁磁层预先均匀地向某一方向磁化饱和。在写“0”时，磁头线圈中的电流脉冲将铁磁层向同一方向磁化，所以铁磁层不改变其原来状态。写“1”时，电流流向相反的方向，因而铁磁层就被磁化到另一方面的饱和状态。这样，“读出”所记录的信息时，只有“1”信号才进入到读出线路，而读“0”时则没有信号。
磁鼓的每一个存储单元转到读写头下面时，就由号码脉冲磁头给出号码脉冲到号码脉冲计数器CMЧ，它是一个十一位的计算器，有2048种组合状态；因此，在磁鼓的一转内，计数器的触发器每一次可能具有这些所有组合状态，计数器每一种组合状态相当于磁鼓中的某一个存储地址。在第2048个和第一个号码脉冲之间利用了零脉冲磁头，使计数器处于“0”状态，这样可检查出计数器的工作是否正确；如果不正确，计数将中断。计数器的11位触发器经比较线路与选择寄存器的11位触发器相连，当比较线路和号码脉冲计数器状态一致时，比较线路就给出符合脉冲送到磁存储控制器УMП，若УMП同时又接到由脉冲分配器PИ发出《读》或《写》的命令，读头就读出希望在该存储单元的信息，经读放大器送至C寄存器，或从寄存器C将信息经写放大器由写头写入被选择器CP选着符合的相应存储单元中。
3.控制器，由五个部件组成。
①局部程序发送器——这是用来控制运算器进行加法、减法、乘法、除法按三位或四位成组的输入或输出，逻辑乘法等操作的装置。相当于某种操作的指令从操作部件和输入输出装置来到以后，局部程序发送器就向运算器发出一定序列的脉冲，当这个指令做完时，它就向脉冲分配器和输入输出装置发送操作结束的回答脉冲（输入——输出的指令不要求回答脉冲）。
②操作部件БO——操作部件用来存储和译解由机器依次执行的程序和指令操作码，这些操作码存放在寄存器C的1—6的各位上，这几位相应地与操作部件寄存器的第1—6的触发器连接。当脉冲分配器进行第三拍工作时，操作部件的寄存器即接收操作码，并在那里保存到该指令执行完了为止。根据采用的代码系统，操作部件向局部程序发送器和输入输出装置发出命令，命令它们执行指令中规定的操作。
③起动寄存器ПP和选择寄存器CP——起动寄存器和选择寄存器的二十位的触发器，是用来存储和改变从存储器选择来的数码和指令的地址。每个选择寄存器的触发器，通过非符合译码器与存储器的号码脉冲计数器的触发器相接。选择寄存器的状态与号码脉冲计数器中现存地址符合与否，由比较线路来决定；并根据送往存储器的命令或者将结果按选择寄存器CP中所示的地址，从寄存器C（运算器）写入到存储器ЗУ去。或者按选择寄存器CP中所示的地址将数码和指令从存储器ЗУ读到C寄存器（运算器）去。据此，信息（在此情况下是地址）可以从以下各途径进入选择寄存器。
（a）从寄存器C的7—13位中（运算器）——第一数据的地址（传送《C1—CP》）
（σ）从寄存器C的13—30位中（运算器）——第二个数据的地址（传送《C2—CP》）
（B）从起动寄存器中——指令的地址（传送《ПP—CP》）
当指令执行过程中，在启动寄存器内就已形成程序的下一指令的地址。通常指令是按照记录的顺序一道接着一道的写在存储器中。因此在起动寄存器中规定“加1”的制度，即计算制度。
（4）脉冲分配器部件PИ：
机器的每个部件接受“命令”脉冲后，便进行给定的操作，然后发出回答脉冲，表示操作进行完了，可以开始进行下一操作。得到关于操作已结束的回答后，脉冲分配部件把“读出下一指令的命令”送往存储器，同时并将这个指令的地址从起动寄存器送到选择寄存器，就这样协调了控制器其他部件的工作。
当从存储器传来关于指令读出已结束的回答脉冲后，脉冲分配器便根据操作码往存储器，操作部件，选择寄存器，起动寄存器，运算器和局部程序发送器发送不同的控制脉冲。脉冲分配器的工作循环的全部过程由八拍（0—7）组成，通过的拍数由脉冲分配器的三位计数器来记录。拍的内容（即在这拍内做什么事——译者）可以根据被执行的操作码来改变。
下面来看一下操作码译为00，01，02，03，06（即加、减、乘、除逻辑乘法）的八拍内容。
第一拍时，由PИ向CP送出ПP→CP讯号，指令的地址从ПP传送到CP，PИ将读数命令送到部件УMH。
第二拍时自ЗУ中取出指令放到AУ的C寄存器内。存指令的方法与存取数一样。
第三拍：PИ向ПP送出ПP+1信号使ПP内的指令地址加1因通常指令是依次完成的，这个加1是执行下一个指令的准备。此外在第三拍把存在C寄存器内第1—6位的指令操作码送入操作部件БO内，同时向CP发C1→CP讯号将指令的第一地址（第一个数的地址）送到CP内，部件PИ又将“读”命令送到УMП内，ЗУ准备取数。
第四拍：部件PИ向CP发送C2→CP讯号将指令的第二地址送入CP内，此后第一个数就送入C寄存器内。
第五拍：部件PИ向AУA寄存器发出C→A信号将存在C寄存器的第一个数送入A寄存器。同时向УMП发出“读”命令以准备自ЗУ内取第二数。
第六拍：CP向第二地址与CMИ符合时第二数自ЗУ取出并送到C寄存器内。
第七拍：PИ向AУ的B寄存器发送一个C→B讯号于是第二数自C寄存器送到Б寄存器并向БO送出操作命令。
第八拍：БO接受操作命令后根据所存操作码的不同向局部程序发送器发一个操作信号，MПД就根据一定操作讯号送出一定脉冲序列至AУ的控制线路，AУ就进行运算。操作完成后MПД把写的命令送入УMП并根据CP内的第二地址将在C寄存器内的运算，结果送入ЗУ，此后PИ就转到执行下一条命令。
4.输入输出设备：
要进行运算的原始数据和运算程序，用专门的凿孔机以“二进位编码”形式凿在纸带上，然后把这纸带送入F50型的发送器，信息就从发送器送出，经过输入寄存器和运算器的C寄存器，存入存储器。输入可以自动也可以是人工的。人工输入时，在带上的每个数码之前还要凿上该数码送到存储器的那个单元的地址；自动输入时，根据事先用人工放入的“输入子程序”来控制输入装置。
计算结果的输出是用电传打字机进行的，印出的结果是十进制的，根据电传打字型式，计算的结果可以印在纸带上也可以印在纸页上。
四、电源供给
“八一”型计算机的电源由220伏50周的三相交流市电供给所需市电总功率为10KW，市电电压允许波动为15%
为了减少电网电压波动的影响，整流器和电子管的灯丝电路由4C—7 200週发电机发出的200週240伏的三相电压供给，因而减小了电力变压器和滤波器的外形尺寸。
有一个电机组用以供给240伏直流电压和240伏200週之相交流电压，这些电压先送入电源柜，由此再送往机器的其他部件。发电组由三个电机组成；即由220伏50週市电供电，功率为14KW的A—62异步电机及ПH—68直流发电机，和功率为14KW的ЧC—7型交流发电机组成，这三部电机用皮带联动。
电源系统共供给十种电压，其中有五种电压是用电子负反馈式稳定器来稳定电压波动。各种电压都有它的保护电路。
五、“八一”型计算机试制过程的几个主要问题
八一型机试制工作从开始到完成共花了七个月时间，其中四个月为另件制造，一个月的装配接线，二个月的调整测试。在试制工作中有下面一些体会：
在机械加工方面，以磁鼓最为困难，由于磁头与磁鼓表面铁磁层的空隙只有20—30微米，因此对磁鼓的偏心度，平衡和表面光洁度要求都非常高，磁鼓做得好坏完全决定于这个因素。磁鼓的表面是紫铜涂以镍钴合金，由于缺乏高精度车床，开始第一次加工时，车床的转速用一般的转速，事也未经仔细的调整它与车床的同心度，并且用白钢刀来加工表面，结果发现偏心度达不到图纸上的要求，而且表面光洁度也因用了白钢刀达不到设计要求。后来经技术员和老师傅积极开动脑筋，把刀子换了硬质合金刀解决刀子易钝的问题，把车床转速降得很慢而事先又仔细调整，使与车床转动轴偏心很小。并且用砂子磨表面，最后才达到图纸所要求的光洁度。
在电镀镍钴合金时，碰到密封和镀得不均匀的问题，后来采用一个起辅助阴极作用的防漏水夹具，才解决镀得不均匀和密封问题。
铁磁层是用电镀法镀上去的，铁磁层的镍钴合金成分比例的选择，对存储密度有很大影响，“八一”型计算原要求的存储容量为2048个字，可是目前只能存储1024个字，这正是我们目前所需迫切解决的问题。
磁鼓所用的滚珠轴承的精度要求相当高，不然，转动时产生的摆幅就会超过磁头与磁鼓表面的间隙。在八一型计算机里采用了A级轴承，有条件的话，采用比A级还高级的轴承，工作更为可靠。
计算机是一个复杂的自动装置，在装配焊接几十万个接点中，只要有一个接错就会导致计算的错误。在制造时即使对一个部件的接线进行数次的检查，在调整测试过程中还会发现焊接错的地方。此外所用的无线电元件，都需逐个地进行检验，因为调整时在几十万个元件中，若有一个出问题，也会给调整带了不少麻烦。
六、结论：
“八一”型通用机按其使用性能来说是供科学研究机构与设计单位应用的，它能解积分、常微分方程和偏微分方程，含有多个未知数的线性方程组，代数和超越方程等等。如果不要求工作速度的话，可解决任何问题。
文章更新日期：2024年8月1日
关联：电子计算机、电子数字计算机、103 型计算机、103 机、DJS-1 计算机、数字计算机、计算机、电子管计算机