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103机是中国制造的第一种通用数字电子计算机,为电子管小型计算机。该型机是在苏联提供的M-3小型电子计算机图纸的基础上研制的,研制工作由中国科学院计算技术研究所和北京有线电厂(国营738厂)承担。1958年8月,第一台103机在中科院计算所初步调试成功,这标志了中国第一台计算机的诞生。
103机在不同的阶段有不同的型号名称:初期沿用原名称M-3型,1958年试制的第一台机器被命名为八一型计算机,738厂扩大生产的机器改称103机,1961年经过质量整顿后定型为DJS-1型,经过改进提升的机器有113机、DJS-3型等型号[1]。从1958年至1966年,103机系列共计生产约49台。目前,仅有一台DJS-1型机较为完整地保存于曲阜师范大学图书馆。
103机是字长31位(1位符号和30位二进制数字)的定点机,支持加、减、乘、除、逻辑乘法5种运算,支持有条件跳转、无条件跳转、停机等操作,是图灵完备的。103机最早使用磁鼓存储器,后又增配了磁芯存储器。使用磁鼓存储器时,103机运算速度约为每秒30次;使用磁芯存储器时,运算速度约为每秒1500至2000次。[2][3][4]
1956年,国务院科学规划委员会编制的《1956-1967年科学技术发展远景规划纲要》(简称十二年科学规划)提出要建立计算技术,在一两年内设计并制造电子计算机。在编制十二年科学规划的同时,在周恩来的主持下,科学规划委员会又提出“大力发展计算机、无线电电子学、半导体、自动化,并将新技术应用于工业和国防”的“四项紧急措施”。[5]
1957年,中国科学院主持召开了第二机械工业部、总参谋部等部门参与的计算技术计划协调会议,讨论同意并签订了《合作发展中国计算技术协议书》,以落实“四项紧急措施”。根据协议,研制工作通过“先集中,后分散”的方式,首先从二机部和国防部门抽调人员到中科院计算所,集中力量制造中国第一台通用电子计算机,然后有关人员再回到原单位建立发展本单位的计算机。[6]
1957年4月,中国科学院经政府途径向苏联科学院订购了M-3计算机的图纸。图纸于1957年9月中旬运抵中国科学院,随后送到北京广播器材厂。由于北京广播器材厂缺乏数字系统和精密机械的生产能力,图纸又于9月28日转送到738厂。[7] 1957年11月中科院计算所和738厂签订了试制M-3机的生产合同。根据协议,738厂负责复制图纸、编制加工工艺文件、采购元器件和原材料、制造各个部件并总装、参与机器调试、准备批量生产等,中科院计算所负责编制机器接线表、调试和应用。[6]
1957年10月,738厂成立总设计科第二设计室,开始着手103机的生产工作。1958年6月1日,第一台103机的3个机柜完成生产安装,机器从738厂用卡车运送到中科院计算所。[8] 经过2个月调试,到1958年8月1日,第一台103机成功运行了一个具有4条指令的短程序,被命名为“八一型”计算机,标志了中国第一台通用数字电子计算机的诞生[9]。但此时,由于可靠性、稳定性和质量问题,机器还无法投入实际使用。1958年9月上旬,苏联专家Г. П. 拉巴笃到计算所协助103机调试工作,主张进行可靠性调整。到1959年8月,103机正式投入使用。
在第一台103机调试成功后,全国多个单位提出要使用103机。1958年9月起,738厂开始批量生产103机。这批机器总共18台(其中1台留在738厂),以较低标准出厂,即电源机柜能够正常输出、插件测试正常、机柜接线通铃检查正确。这批机器交由用户自己调试。
1960年,一些用户单位向国家科委、三机部十局反馈103机的质量问题。1960年10月起,738厂停止供应103机,开始对103机电路设计的质量整顿。1961年12月22日,103机生产性试制阶段的正样试制鉴定会在738厂召开,103机通过正样试制鉴定,被命名为DJS-1。通过鉴定的第一台DJS-1机的用户是中国科学院大连化学物理研究所。
1962年下半年,738厂开始试制用于DJS-1机的2048字容量磁芯存储器,1963年12月通过鉴定,命名为CX-1型磁芯存储器。CX-1型磁芯存储器可配套于103、DJS-1机,可与磁鼓存储器同时使用。
1964年初,738厂开始试制DJS-1的全面改进型,1965年3月通过鉴定命名为DJS-3型。DJS-3型改进了运算线路,将速度提升到2300次/秒,增配了1/4英寸磁带存储器,增加了自动变址功能。
1966年2月8日至12日,103机系用户技术交流会在北京西郊科学会堂召开,共48家用户单位到会。国家计划委员会三局局长戴忠经作“计算机发展形势报告”,指出要发展晶体管计算机,电子管计算机自此停产。[10]
103机由数个高约2米的机柜组成,包括运算控制器柜、磁鼓存储器柜、电源柜等,一些机器还配有磁芯存储器柜、输入输出与磁带机柜、通风机柜等。
103机由运算器、程序发送器、存储器、输入输出设备组成。运算器包含A寄存器、B寄存器、C寄存器和累加器,用于对数进行算数和逻辑操作。程序发送器即控制器,包括脉冲分配器、局部程序发送器、操作器、选择寄存器、启动寄存器等。
103机为异步设计,全机没有统一的时钟信号,机器执行一条指令分为八拍。
103机字长为31位,包含1位符号和30位数。通常,指令和数据写成符号加上10位八进制数的形式(如:+12 3456 7012
)。
103机使用五单位穿孔纸带作为输入输出数据的载体,可以采用八进制或十进制输入,也配有电传打字机。
103机的指令由操作码、第一地址、第二地址组成。操作码为两位八进制数,其中第二位表示操作种类:
第一位则表示操作性质和细节:
除根据上面的规则组合而成的40个操作码之外,其余指令用于转移、传送、停机等:
103机被广泛用于测绘[11]、建筑、矿山[12]等领域的科学计算,以及大学计算数学、计算技术等专业的教学。
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