中国首台晶体管计算机

哈军工的“441-B”是中国第一台晶体管计算机,也是中国首次自主创新且实现工业化批量生产的计算机,而“康鹏电路”是它的核心部分。




康鹏



2006年,中国计算机事业起步的第50个年头。学界评出对我国计算机事业贡献最大的十位科学家,在九位两院院士的辉耀下,康鹏——这个位列第三的名字显得有些特别。


他,只是国防科技大学一位普通的退休教授,但在终身创造的诸多成果中,却有着中国上世纪六十年代唯一的计算机发明——“康鹏电路”。


1966年春天,康鹏还只是哈尔滨军事工程学院的中尉衔助教。当他在408计算机研究室的一个角落里,为我国首台晶体管计算机“441-B”的继续研发而冥思苦想时,聂荣臻同志签发给他的“发明证书”已送到学院;当几级首长正准备隆重表彰他时,那场持续十年的浩劫开始了。这不仅阻止了“仪式”,也使证书至今无影无踪。


荣誉,已消失在历史深处;耄耋老人仍在为计算机而忙碌,甚至很少回忆起那些关于“第一发明”的故事……




“你有胆量,有才能,研发半导体计算机的任务交给你”


2006年9月5日,“纪念中国计算机教育50周年”座谈会在清华大学举行,中国计算机界先驱10多人出席。清华、北大两校专家特别称赞上世纪60年代的哈军工“做出了441-B计算机的一流工作,比我们做得都好”。这些第一流工作自然离不开康鹏。


哈军工的“441-B”是中国第一台晶体管计算机,也是中国首次自主创新且实现工业化批量生产的计算机,它应用在“两弹一星”、歼六、海军、空军、二炮,以及中国电信、大庆油田,以生产100余台的数量创造了当时的全国第一。而康鹏发明的“隔离阻塞-推拉触发器电路”是它的核心部分,后被称为“康鹏电路”。


康鹏记得,这项工作开端于1961年底。哈军工三系副主任慈云桂教授约他单独谈话:“你有胆量,也有才能,研发半导体计算机的任务交给你”。康鹏热火朝天地干了起来,从此两人结下不解之缘。


晶体管计算机的上马,对新中国意义重大。


1958年,中国科学院向计算所下达了研制109乙晶体管计算机的任务,华北计算所于1962年也开始研制108甲晶体管计算机。用了两年时间安装好109机,一通电,几分钟就出一次故障,称为“跳动”、“抓鬼”(故障现象不重复)。这时,国外计算机界权威断言:中国5年之内做不出晶体管通用计算机。


1961年9月,慈云桂随中国计算机代表团赴英参加学术会议,访问了剑桥、曼彻斯特、牛津等大学,深感全晶体管化就是计算机的未来。他立即写信回国建议停止列入计划的电子管机研制;在历时两个月的访问中,依靠夜间就地完成了晶体管计算机体系结构和基本逻辑电路方案。同年,国防科委决定安排哈军工参与晶体管计算机研制。




“用参数不一致的晶体管,构建出一致的电路”


慈云桂选中康鹏,不仅因为他在清华进修了一年“自动控制”,还因为他肯挑重担。


1961年,在哈军工尚未毕业的康鹏就被留用担任助教,成功开讲新课《脉冲技术与数字电路》,从无到有地编写出40万字的讲义。一学期讲课120学时,每周6-8学时,期末累得吐血,一身重病住进医院。1977年,他已经在计算机、数字仿真、智能兵器、集成电路四个领域中留下了创新纪录。国防科技大学(时称长沙工学院,由哈军工主体南迁而成)当时只有两名教师晋升高级职称,他是其中之一,而且是从助教破格晋升副教授的。


康鹏的拼搏,源于他的切身经历。他是苦出身,本来姓袁,爷爷、奶奶都饿死在逃荒路上,爸爸小时候得病被扔在村外,后来被救当了工人,落户唐山临西矿。1948年,康鹏要饭扒火车到徐州、南京、安徽流浪。1949年4月,解放军过江后,部队送他回山东,后来和妈妈一起到唐山与爸爸团聚。从此,他的生活完全改变了。


1955年,康鹏从开封高中毕业。他回忆说,“高考报名时,我正在犹豫选择北大还是复旦,哈军工的招生组选中了我,400多人筛选后剩了20个。”就这样,康鹏参军进入哈尔滨军事工程学院。


在慈云桂的领导下,1962年3月5日,晶体管计算机设计组成立,康鹏担任副组长。


当时我国半导体器件还不能满足计算机技术的要求,能供计算机用的晶体管型号、产品寥寥无几,质量也不过关。冷风不断地吹过来:“人家专业院所技术人员多,加工、试验、资料、后勤条件俱备,120多人会战,都没有搞出来,你们10来个小年轻就在坦克仓库中,还能搞出来?”


康鹏偏不信这个邪。在攻关中,晶体管的工作寿命短和不稳定是两大难关。电流小,状态就不稳定;加大电流,管子很快就烧毁。康鹏大胆提议:我们不是做管子的,内部微观的问题我们解决不了;把晶体管的电流进出特点搞清楚,把三个电极间的电流关系搞清楚,不让里面的问题影响使用,不就达到目的了吗?慈云桂同意了他的看法,让他放手安排。


“用国产的参数不一致的晶体管,构建出一致的、波形宽度标准的电路”,是当年康鹏的目标,而他确实做到了。当年5月,25岁的康鹏就完成了第一项发明“隔离-阻塞振荡器”,解决了晶体管性能不稳的问题,初战告捷。


国外解决“信号竞争”是靠逻辑方法,用四个逻辑门来实现隔离阻塞,一个触发器就要用20个晶体管;另一个方法是用延迟线,会影响计算速度。康鹏不选延迟线,也不多用晶体管,他另辟蹊径,利用晶体管自身的性能解决隔离阻塞。最后的结果是,国外用10个管子,康鹏用1个。


康鹏邀请正在负责研制119型大型通用电子管计算机的中科院计算所吴几康先生和后来成为院士的高庆狮、沈绪榜二人前来参观。吴先生很欣赏康鹏,他对慈云桂说:“康鹏思路很敏捷,有很丰富的想像力。”他还要求康鹏做出40位的运算器,很快也成功了。


罗沛霖院士这样评价:“我认为康鹏是一位极有科技创新精神和创造能力,对国防建设和国民经济作出重要贡献的、多学科的突出的优秀专家。”他曾对康鹏说:“要是你用国产晶体管做出计算机,我就请你吃奶油蛋糕。”那时蛋糕是幸福生活的象征,一般人很难见到。40年后,康鹏还记得罗老的评价。“不过,许愿的蛋糕,我后来一直没有吃到。罗老还欠我一个奶油蛋糕呢。”




“441—B是国家的自留地!我们多么希望多一点这样的自留地”


上世纪60年代是学大庆、学解放军、全军学空军的日子。康鹏白天不能安心思考,做实验更难,只能依靠晚上。长期夫妻两地生活,他又不会照顾自己,钱和饭票经常丢失,身体瘦弱不堪,每天工作到深夜,睡在实验室的大工作台上还在思考电路。


他面临的第二个问题就是要从原理上解决触发器“一触即发,谁触都翻”的问题。


1963年六七月的一天半夜,“双边推拉”的思路全面“联通”。康鹏焦急地从工作台上一会儿起来、一会儿躺下地等候天亮。


双边推拉,即一侧信号强行“推”,让双态电路一边的晶体管“关闭”;另一侧信号“拉”,使其对应边的晶体管“打开”。把触发信号设计成两个不同极性的脉冲,并同时到达电路两侧;相反,在电路两边入口同时得到不同极性的干扰信号的概率几乎为零,可靠性得以保证,工作电耗也大大下降。


40年后,康鹏回忆说:双态电路的状态老实极了,开关电灯、电扇、电机,插拔烙铁,它都稳稳当当地待着。


1964年11月,441-B整机终于在没有一点差错和返工的情况下宣告成功,样机连续工作268小时,直到一个电路板上的微型变压器被击穿才停机。两位国防科委的参谋日夜厮守,寸步不离,高兴地签字做出证明。他们说,谁想替换我们都被谢绝,整整坚守了11天啊!


研制小组荣立集体一等功。1965年4月26日,经过332个小时25分连续考核,441-机通过了正式鉴定。


据1985年《中国计算机工业概览》记载,“哈军工441-B机的稳定性很高,较之电子管机有很明显的优越性,在试运行期间,已经造成很大影响,对我国计算机进入第二代起到很好的示范作用。”


高庆狮院士在计算机50年的《创业历程》中写道:“哈军工计算机系慈云桂教授领导的自行设计的晶体管计算机441-B(每秒8000次)1964年研制成功,骨干有康鹏等人。1965年,改进为每秒2万次。”


1965年6月,中科院计算所完成了称为109乙的晶体管计算机,在《人民日报》刊登为首台晶体管计算机。当时主管研发的国防科委参谋唐遇鹤说,两个鉴定会我都参加了,当然是哈军工的441-B在先。


1965年3月1日至4月17日,哈军工举办培训班,16个单位64人参加了441-B复制和推广集训。


此时,有关康鹏“做计算机是种自留地”的风言风语逐渐响起。1965年9月4日,国防科委路扬秘书长带领工作组到哈军工参加院党委扩大会议,特别讲到康鹏和441-B的问题:“有人说,康鹏搞创造发明是搞自留地,什么是自留地呀?441—B计算机是咱们国家最急需的重点项目,要说是自留地,也是国家的自留地!我们多么希望多一点这样的自留地!”


10天后,国防科委在北京召开441-B推广大会,路扬秘书长主持会议,康鹏跟着慈云桂教授到了会场,并意外地被路扬请上主席台,讲述在441-B中的发明。


他的《推拉触发器可靠性分析》、《隔离阻塞推拉触发器电路系统》等5篇论文,在国防科委的评奖中皆获一等,哈军工的《工学》全文刊登,这份《工学》现存于中央档案馆。


四年时间,慈云桂和康鹏等人,就把理想变成了现实,至少把中国计算机的进程提前了两三年。现在,晶体管早就离开了不断更新换代的计算机序列。但是他们的创新精神、科学态度,却不会被后辈遗忘。




计算机50年,康鹏跻身整个发展链


1965年,哈军工奉命参加在北京举办的建国以来规模最大的新仪器仪表展览。据回忆,在4台参展机器中,441-B是第一个正常工作的;在遭遇3月8日邢台地震时,也是展品中唯一不受影响的,稳定性荣居首位。


1965年,国防科委决定全面公开441-B的电路和图纸资料,上海交大、成都电讯、西安交大等都仿制了441-B,第一批共生产11台。哈军工在天津电子仪器厂合作建成生产基地,达到了年产15台的生产能力,生产了约40—50台,还有一批C、D型号。上百台441型计算机遍及全国,培养了数以千计的开发、应用人员,441-B占当时全国计算机数量的1/3以上。最“年长”的一台居然兢兢业业地工作到上世纪80年代,算题39000小时。


441-B的推广,带来了对人才的需求。1966年4月1日,中国第一个计算机系在哈军工1号楼成立,慈云桂教授任系主任。


康鹏和他的战友们继续探索441系列计算机的应用,又开创了中国的“数字仿真”,将441-C机用到高射炮指挥仪。1972年6月12日,在河北昌黎靶场进行人工智能实射机动飞机成功,将高射炮命中率从二战时的0.3%提升到66%,炮兵司令员孔从洲亲临验收,为康鹏的成功而欣喜。


2006年,在《中国计算机事业50周年纪念特刊》中,“十大领军人物”有康鹏;“著名计算机型号”有康鹏参与的441—B;“典型计算机应用创新”中有康鹏的“人工智能高炮指挥仪”。自上世纪60年代至今,从电路、整机到创新应用、系统仿真、集成电路,康鹏跻身于整个计算机业发展链。他的“全面破击”,在今天的技术创新发展战略中,也仍然是一个耀眼的亮点。




没入烟尘的“发明证书”


为441—B机立下汗马功劳的“康鹏电路”一经问世,便引起了国家相关部门的重视。


1964年4月10日,黑龙江省科委组织鉴定,第三方单位哈工大431教研室作出评价:“隔离—阻塞式它激间歇振荡器可靠性高,逻辑上灵活,对晶体管要求不高,在目前我国晶体管生产水平的条件下,可以在数字计算机线路中应用。同意列为发明。”


1964年8月17日,电子工业部发文:康鹏电路“是一种具有良好整形特性,并且除能完成通常变压器二极管组成的‘与’、‘或’逻辑外,还有阻塞功能的单元电路。尚未见过具有类似功能和特点的电路,同意列为发明。”


1965年10月10日,在国家科委“发明记录”中,肯定康鹏发明的隔离—阻塞式它激间歇振荡器“是国内、外文献中还未看到过的,既起逻辑作用,又起整形放大作用的脉冲数字电路”。


1966年初,国防科委四局局长李庄告诉康鹏:“你对计算机发展立了一个大功,我们请示了聂老总,要给你三个鼓励———给你颁‘发明证书’;给你的发明命名‘康鹏电路’;给你发奖金。”不久,国家科委就下发了由聂荣臻副总理签署给康鹏的“发明证书”。据中央档案馆永久保存的资料表明,当时全国仅有100余个项目被确定为“发明项目”并颁发证书。


但遗憾的是,3月18日,哈尔滨军事工程学院和北京几乎同步开始了“批判‘三家村’”。441-B给哈军工和康鹏带来的喜悦转眼被“三九”天的寒流吹散。科研处领导“顺便”在上班的路上告诉康鹏有这么个事,庆功大会不可能再召开。“发明证书”先是悄悄锁到了学院科研处的保险柜中,最后竟然不知下落。连看都没看上一眼的大红证书,从此与康鹏无缘。国家科委也在“文革”中被彻底砸烂,只有残存的百多个发明项目的审查记录,静静地躺在档案柜的角落中,为当年的艰辛与光辉作证。


发明证书一直没有下落,成为康鹏全家的“心病”。


2003年7月2日,两位原哈军工的同志邵国材、宁钢通过单位写了证明:“记得大约1966年初,我们在处里的保险柜内见到过一份由国家科委主任聂荣臻元帅签发的‘发明证书’,比一般杂志稍大些,系红色硬壳封面,是发给当时军工学院六系六○一研究室的康鹏同志,以表彰他在研制我国首台使用国产晶体管的441—B计算机工作中,发明‘隔离阻塞推拉电路’所作出的贡献。”


康鹏的发明,是上世纪60年代中国计算机的唯一发明。他的“发明证书”,是中国计算机史的重要内容,不应成为不解之谜。康鹏在期待这一天,参加过441-B开发应用的同志们在期待这一天。



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