Персональная ЭВМ "Ириша" для кабинетов информатики и вычислительной техники

В.Н. Барышников, М.А. Воронов, А.В. Гиглавый, Ф.И. Паначев, В.Ю. Романов, О.Ф. Титов

Прежде чем описывать персональную ЭВМ (ПЭВМ) "Ириша", необходимо понять, что такое компьютер для школы, для кабинетов информатики и вычислительной техники. Что должен уметь такой компьютер? Каким он должен быть по конструкции, возможностям, размерам и стоимости? С этими отправными вопросами сталкивается конструктор, начиная разработку компьютеров этого класса. Здесь и возникает ряд трудностей, своего рода порочный круг: с одной стороны - для того, чтобы составить программу машинного курса, очень хотелось бы знать возможности будущей школьной ЭВМ, с другой стороны - сами характеристики машины определяются по требованиям и программы такого курса. Ошибки, промахи, недочеты в архитектуре, конструкции, возможностях программного обеспечения очень нежелательны по причине массовости такого устройства.

Немаловажны и социальные последствия таких промахов: школьный компьютер будет первым серьезным устройством, с которым столкнутся школьники, и нужно, чтобы они после первой своей встречи с компьютером поняли, что это их верный друг и помощник, а не очередное занудливое учебное пособие. Процесс формирования окончательного варианта школьного компьютера, видимо, будет состоять из ряда приближений. Сформулированы (по сегодняшним представлениям о курсе информатики в школе) требования к школьному компьютеру [1]. В ответ на них в ряде организаций разработаны конструкции и опытные образцы школьных ЭВМ, одна из которых - ПЭВМ "Ириша" (см. рис. 1, а также фото на 1-й стр. обложки и на развороте).

Персональная ЭВМ "Ириша" в минимальном комплекте состоит их трех блоков: системного блока, телевизионного монитора и клавиатуры. В таком комплекте она должна, по замыслу авторов, существовать на рабочем месте учащегося в будущем кабинете информатики.

В расширенном комплекте ПЭВМ "Ириша" снабжается НГМД (150 и 203 мм) и принтером "Электроника" УВВПЧ-30-004, подключаемым непосредственно к модулю процессора. В машину преподавателя можно установить дополнительную память (до 128 Кбайт), с помощью которой организуется электронный диск. Это существенно повышает скорость работы программ, требующих частого обмена информации с диском. Расширенный комплект - вполне полноценный инструмент для подготовки программ. Кроме того, в локальной сети машин "Ириша", образующих кабинет информатики, машина преподавателя будет взаимодействовать с машинами на рабочих местах учащихся.

Безусловно, опытная эксплуатация подобных машин внесет свои коррективы в требования к ним, в их конструкцию. Предполагаемую конструкцию ПЭВМ следует рассматривать как некий промежуточный вариант, а сам компьютер, будучи выполненный тиражом в сотни экземпляров, позволит скорректировать конструкцию и требования к новой машине будущего, тираж которой будет существенно больше. Возможно, часть ее узлов в дальнейшем будет исключена, а вместо них будут поставлены новые, необходимость в которых возникнет в процессе создания и отладки учебных программ.

Системный блок

В системном блоке находится сам компьютер и источник питания, а все остальное - это его периферия. Конструктивно системный блок представляет собой небольшую кассету, в которой может устанавливаться до 4 плат размером 150х230 мм (рис. 2).

В минимальном комплекте системный блок ПЭВМ "Ириша" состоит из двух модулей: модуля процессора и модуля телевизионного адаптера. Разделение модулей процессора и телевизионного адаптера позволяет достаточно гибко опробовать различные варианты процессоров при сохранении неизменного формата выдачи информации на экран монитора, и наоборот, а это очень важно на этапе отладки схемотехники компьютера.

Процессорный модуль (рис. 3) выполнен на базе микропроцессорного комплекта серии КР580. Выбор вызван доступностью комплекта, богатством и разнообразием уже существующего для него программного обеспечения (ОС-1800, микроДОС). И хотя МПК КР580, безусловно, не последнее достижение микроэлектроники, все же его система команд, видимо, наиболее подходит для построения 8-разрядных персональных ЭВМ.

Микропроцессор через локальную магистраль взаимодействует с узлами этой же платы: параллельным интерфейсом клавиатуры, многофункциональным интерфейсом для подключения принтера и других устройств, последовательным интерфейсом для работы с бытовым магнитофоном и локальной сетью, таймером, двухканальным звуковым синтезатором, двухканальным адаптером для работы с игровыми пультами, контроллером прерываний и узлом управления расширенной памятью. К той же магистрали подключены и системные ПЗУ (4...15 Кбайт). Кроме того, на плате модуля процессора находятся аппаратные средства для работы с внешней магистралью и дополнительный разъем для технологического контроля и проверки. Через этот разъем к локальной магистрали процессора можно подключать дополнительные интерфейсные узлы, ОЗУ, ПЗУ и т.д.

Модуль телевизионного адаптера выполняет две функции: отображение информации на экране монитора и оперативной памяти компьютера. Он позволяет формировать на экране графическое изображение за счет сканирования определенной области памяти.

Модуль имеет три режима работы.

В монохромном режиме среднего разрешения модуль формирует одноцветное изображение (320х200 точек). Цвет засвечиваемых точек и фона может задаваться программно. Объем памяти, необходимый для этого режима - 8 Кбайт.

В цветном графическом режиме и в режиме графики высокого разрешения объем экранной памяти - 16 Кбайт. В режиме цветной графики среднего разрешения каждая из засвечиваемых точек может быть окрашена в один из четырех цветов одной из двух заранее выбранных палитр. Графика высокого разрешения - одноцветная: рабочее поле 640х200 точек. Во втором и третьем режимах фон, на котором формируется изображение, может быть окрашен в один из 8 выбранных цветов. Эти два режима по организации вывода графического изображения аналогичны соответствующим режимам ПЭВМ IBM PC.

Общий объем ОЗУ модуля телевизионного адаптера - 64 Кбайт (8 БИС К565РУ5Д). Для регенерации изображения служит 16 Кбайт (экранная память монитора), а остальные 48 Кбайт составляют оперативную память процессора.

Особенность ПЭВМ "Ириша" - отсутствие в ней спциальных аппаратных средств для работы с символьной информацией. Текст на экране монитора формируется в графическом режиме программой, "зашитой" в ПЗУ процессора. Самая долгая операция обработки текста на экране (прокрутка) длится 0,2 с (практически незаметно для глаза).

Источник питания находится на передней панели системного блока под декоративной крышкой. Он преобразует входное напряжение 18...24 В в набор напряжений +5 В (5 А), +12 В (0,3 А) и -12 В (0,1 А), необходимых для работы системного блока ПЭВМ и клавиатуры.

По требованиям электробезопасности в школьных кабинетах не допускается разводка по столам учащихся напряжения свыше 42 В, и в действующем техническом задании на школьный компьютер это положение зафиксировано [1]. Но верхний предел 42 В оказался не слишком удобным для схемотехники источника питания; оптимально напряжение в пределах 18...24 В. Питание компьютеров (как и черно-белых телевизоров) на рабочих местах осуществляется от общего выпрямителя и разводится вместе с локальной сетью.

Механическая конструкция кассеты обеспечивает удобный доступ к элементам источника питания и одновременно надежно защищает ПЭВМ от чрезмерно любопытных молодых пользователей. Платы в кассете расположены вертикально, что обеспечивает достаточное охлаждение установленных на них элементов за счет естественной конвекции.

Устройство отображения

Устройство отображения - это черно-белый или цветной телевизор, переделанный в монитор. С увеличением выпуска школьных ЭВМ (большинству из них нужен монитор), промышленность должна выпускать простые мониторы, т.е. телевизоры без радиоканала. А пока можно использовать без переделки любой черно-белый телевизор, имеющий вход видеосигнала для подключения видеомагнитофона, либо доработанный до RGB-монитора цветной телевизор, либо специальный высококачественный монитор.

К персональной ЭВМ черно-белый телевизор, имеющий вход видеосигнала ("Вход ВИДЕО" на задней панели телевизора), подключается просто с помощью коаксильного кабеля. Если такого входа нет, то в большинстве серийных телевизоров сделать это несложно.

Работа с цветными телевизорами связана с организацией, кроме входа видеосигнала, входов для непосредственного управления яркостью лучей кинескопа. Использование антенных входов телевизора для соединения с компьютером оправдано только для бытовых ЭВМ, когда потребитель стремится расширить функции уже имеющегося телевизора. Это для него может оказаться более важным, чем потеря качества изображения, особенно в случае цветного телевизора. Устройство отображения на столе учащегося имеет только одну функцию - монитора ПЭВМ, в комплекте с которым они должны будут поставляться.

В настоящее время для ПЭВМ "Ириша" успешно используются черно-белые ("Сапфир 401", "Юность 405", "Электроника 408 Д"), а также цветные телевизоры ("Юность Ц404", "Шилялис Ц440Д", "Рубин Ц202" и др.). Опытная эксплуатация показала, что оптимальный размер экрана черно-белого монитора на рабочем месте учащегося равен 23...31 см, а цветного не менее 32 см по диаганали. При меньшем размере экрана глаза очень устают. Телевизоры с размером экрана более 61 см по диаганали можно использовать в качестве демонстрационного монитора на рабочем месте преподавателя. ПЭВМ "Ириша" на экране телевизионного монитора формирует изображение (поле из 320 точек по горизонтали и 200 точек по вертикали). Это позволяет отображать текст, состоящий из 40 символов в строке и иметь на экране 25 таких строк. С ПЭВМ "Ириша" могут работать мониторы и более высокого качества: графическая и текстовая информация может отображаться на поле, состоящем из 640 точек по горизонтали и 200 точек по вертикали. Это дает возможность работать с текстами по 80 символов в строке.

Клавиатура

Клавиатура ПЭВМ "Ириша" - контактная, построенная по схеме со сканированием матрицы кнопок. Она формирует выходные коды символов согласно ГОСТ 13052-74 (КОИ-8). Выходной интерфейс клавиатуры - байтный, параллельный. Клавиатура выполнена в основном на микросхемах серии К561 и потребляет (только элементами индикации) при отсутствии передачи кода не более 40 мА, а в момент передачи не более 100 мА. Она содержит 67 клавиш и имеет размеры 328х152х30 мм. Вместо описанной клавиатуры можно использовать любую другую, совместимую по интерфейсным сигналам. Например, большую по габаритам клавиатуру 15ВВВ-97-006, обычно применяемую с дисплеем 15-ИЭ-00-013.

Программное обеспечение

В настоящее время, когда программное обеспечение учебных курсов еще разрабатывается, особенно важно предоставить в распоряжение пользователей наиболее широкий набор инструментальных средств программирования, в том числе: языков, средств обработки текстов, ведения баз данных (игровых и учебных).

В дисковом варианте ПЭВМ "Ириша" оснащена операционной системой, являющейся развитием ОС-1800 микроЭВМ СМ-1800. Это позволяет использовать многочисленные системные и прикладные программы, работающие под управлением ОС-1800: трансляторы с языков Бейсик, Фортан, Паскаль, СИ, макроассемблер, компоновщик и др. Ведется работа по переносу языка "Рапира" [2].

Каждый из указанных языков обладает уникальными свойствами, различаясь мощностью предоставляемых средств, простотой в изучении и использовании, эффективностью создаваемых программ. Выбор конкретного языка определяется уровнем подготовки разработчика учебных программ и сложностью решаемой задачи.

Менее традиционно - применение в учебном процессе профессиональных средств работы с таблицами, позволяющих перейти от простой табличной модели (недалеко ушедшей по приемам работы с ней от калькулятора) к матричным моделям, алгоритмы которых могут быть достаточно сложными (оптимизация и т.п.). Пользовательский интерфейс остается простым - это "окно", перемещающееся по таблице памяти.

Очень важно использовать графические образы в учебном процессе. В настоящее время разрабатывается стандартный графический программный интерфейс пользователя ПЭВМ "Ириша".

По замыслу авторов, бездисковый вариант ПЭВМ "Ириша" в составе кабинета информатики и вычислительной техники должен иметь "зашитый" в ПЗУ Бейсик и через локальную сеть получать доступ к ресурсам дисковой машины преподавателя.

Применение

На сегодняшний день, когда мы находимся еще только на пороге учебных программ, школьная ЭВМ тоже должна стать достаточно мощным программно-аппаратным инструментом для их разработки. Необходимо усовершенствовать методики преподавания различных дисциплин с использованием компьютера и создать соответствующие пакеты программ. Причем объем этого программного обеспечения столь велик, что не обойтись без привлечения к его разработке не только сил НИИ АПН и АН СССР, но и студентов педвузов, актива школьных преподавателей и учащихся. О том, что это реально, говорит опыт разработки языка "Рапира" в ВЦ СО АН СССР [2], зарубежный опыт. На наш взгляд, школе уже сегодня необходим учебно-производственный компьютер, т.е. профессиональный инструмент в специальном исполнении, на котором можно отрабатывать различные программы, методики и саму структуру компьютера в том числе. В качестве одной из моделей школьной ПЭВМ и в порядке эксперимента начата подготовка выпуска и внедрение опытных образцов ПЭВМ "Ириша" в системе образования Молдавской ССР.

Эти работы производятся при активной поддержке ЦК КП Молдавии, ГК Компартии Молдавии г. Кишинева, силами промышленных предприятий, вузов города и республиканского института усовершенствования учителей в сотрудничестве с разработчиками кабинета учебной вычислительной техники на базе ПЭВМ "Ириша" - Химическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова, ИПИ АН СССР и ВЦ СО АН СССР.

В республике предполагатся начать работы по адаптации на ПЭВМ "Ириша" разработанного в ВЦ СО АН СССР пакета программного обеспечения "Школьница" и, в первую очередь, языка "Рапира". Ведутся также подготовительные работы по разработке версии программного обеспечения с использованием в качестве этнического - молдавского языка.

Учебный процесс - не единственная область применения "Ириши". Ее модули без изменений монтируются и в систему автоматизации научных исследований "Вариант 50" [3, 4], применяемую в физико-технических экспериментах. Замена микроЭВМ "Электроника ДЗ-28" в этой системе на ПЭВМ "Ириша" почти в два раза уменьшает стоимость и габаритные размеры и в три раза повышает производительность.

Литература 

 
1. Кабинет вычислительной техники всех типов учебных заведений/Под ред. С.Г. Шаповаленко. - М.: Ротапринт НИИННОТСО АПН СССР, 1985.
2. Звенигородский Г.А., Глаголева Н.Г., Земцов П.А., Налимов Е.В., Цакова В.А. Программная система "Школьница" и ее реализация на персональных ЭВМ. - Микропроцессорные средства и системы, 1984, № 1 с. 50-55.
3. Романов В.Ю., Барышников В.И., Кулаков В.Б., Паначев Ф.И., Шаповалов В.Л. Набор функциональных модулей для построения систем автоматизации физико-химического эксперимента. - В кн.: Автоматизация научных исследований. М.: Изд-во МГУ, 1984, с. 154 - 159.
4. Романов В.Ю., Барышников В.И., Кулаков В.Б., Паначев Ф.И., Внуков П.В. Расширяемая система автоматизации простых экспериментов и приборов "Вариант-50". - В кн.: Информатика, вычислительная техника, автоматизация в науке и технике, народном хозяйстве. М.: ВИНИТИ, 1983. с. 104.