原题：记JKX-351工业控制计算机系统诞生——给计算机配输入输出与磁芯存储器（二）
当年，计算机没有“键盘”和“显示器”，如何传输数据？如何进行人机交互？如何控制计算机启动与终止？如何了解系统工作的状态？以及在紧急状态下的人工操作切换？这些是通过一个叫做“控制台”的装置完成的。
控制台面板上嵌装有系统电源启动开关（按钮），数据输入按钮及B、C运算器状态（数据和地址）、存储器状态（断点）及控制点位状态的氖灯显示管（按照位数排列），也装有单位、双位和三位的扳键开关，用于人工设定输入地址，读出地址等。
这种人工操作模式会有较大弊端，为此，给计算机配置“显示器”和“键盘”就成为当务之急。
图6：JKX-351工业控制计算机系统
三、给计算机配显示器和键盘
351机的显示氖灯分别安装在机架和控制台，分别显示数据变化和系统控制状态。氖灯亮度会因工作时间过长和驱动晶体管的漏电流等波动和乱闪，造成对系统控制和数据的误判。刘绍烯老师负责显示系统、控制台等任务，在硬件可靠性上费尽心思，在氖灯控制和稳定性设计上花去不少时间。
当时351机数据的输入不得不依靠扳键开关和穿孔纸带，前者在控制台上用于设定地址和几条关键微指令编码（类似于DJS-130机的手拨13条），依次用一个按钮送入，设置寄存器的初始状态，并使计算机执行最初的指令。后者则将含有数据编码的穿孔纸带通过纸带阅读机送入计算机内存（磁芯存储器），用于较长的指令序列（程序）的输入。不过，穿孔纸带的数据输入有时不得不反复送几次才保证程序的完整正确。幸好磁芯存储器具有非易失性，主控程序输入后则一直存放在磁芯存储器中。
当时的输入方式不能做到人机即时交互，送进机器的数据不能马上确认是否正确。为提高输入速度和实时性，刘心松老师大胆地提出了用电传机作为JKX-351机的输入和输出，作为控制台打印机，并把这个任务交给了我。
电传机与打字机不同的是每按下一个字母键，会驱动一个电磁铁，通过吸合连杆在电传机胶辊卷纸上打印出字母。重要的是在按键的同时，它会在该电磁铁连接端口上产生一个脉冲序列，每个字母按键对应了不同的编码，称为电传码。我的任务就是为计算机配置这个既可以作为数据输入，又可以作为数据输出的设备。当时，可以看作是计算机“键盘”的雏形。
电传机是东德型号RFT-T51，全名叫电传电报机。此前我对电传机一窍不通，对如何与计算机相连，也没有任何概念。
我在一个星期内翻译完成了T51电传机的使用手册，分析了该机全部按键和控制键的五单位电码序列（国际标准电码表）。列出了任务功能和时序：用电传机键盘发出键码编码信息传送到主机，主机接收后将电传码转译为二进制码，存入内存，同时回传打印出来，并控制是否穿孔为五单位纸带。
T51输入输出数据为双字长28位，用5位二进码表示一个十进制数。然后开始I/O控制电路设计，绘出电路框图，对5单位电传码组合简化得出逻辑归并式，然后设计28位打印寄存器组、脉冲源和移位电路，再设计电平转换电路（主机是负逻辑0至-12V，电传机是正逻辑0至+10V）和电磁铁线圈驱动电路，继而采用晶体管（锗管和硅管），选择触发器的配对管，编写数据传送和打印调试程序，穿孔成纸带……
经过数次的失败，改进，解决了电平转换、脉冲宽度与时延、电流电压稳定，以及电源退耦和滤波，终于配置成功。电传机成为人机交互的新工具，也是我们DIY的第一个“键盘”，为351机控制台命令发送、数据回传奠定了基础，适用于系统联调。
我们还编写了一段小程序，控制电传机用黑体字符“H”组合，打印出了“拥护华主席”的字样（正值粉碎“四人帮”时期）；在示波器的小屏幕上显示出了汉字。
输入输出（电传机）的配置成功，大大缩短了系统调试时间，增强了即时性观察，也提高了故障追溯和数据分析效能（具有了打印输出能力）。
省、市领导也先后视察了208厂这个首创的计算机控制系统，观看了通过电传机控制生产过程参数的整个过程。
图7：五单位穿孔纸带
图8：T51电传机（带纸带穿孔）
四、计算机的“下雨”和“唱歌”
计算机与“下雨”和“唱歌”有什么关系？为什么要让计算机“下雨”和“唱歌”？
磁芯存储器是晶体管工业控制JKX-351计算机的主存储器，容量2048位（后扩充为4096位），分为8个页面（板），每页256个单元，用一个页面寄存器（4位）来控制对磁芯存储器页面的访问。存储字位仍然是14位加上1位奇偶校验位（15位）。鉴于本机运行速度不高，故采用线路方式实现“塔式译码”和“奇偶校验”。
图9：精密部件磁芯板
教师向世清负责计算机的存储器设计，成百上千个直径约0.4-0.5毫米的小磁环排列成一个M×N的阵列，比头发丝还细的绝缘导线要在其内环中按一定顺序穿过三根或者四根，从而组成了一个存储器平面，如果在引出线上通以脉冲电流，就可以利用电流重合方向对磁芯进行翻转磁化，形成数据的记录，每一个小磁环作为一个数据位（一个bit）。
为了检查磁芯板和存储器的稳定与否，要对存储器进行读写测试，在众多存储器检查测试方案中，“下雨”则是一种特殊的检查方式。它通过将有一定规则的数据图案循环地写入磁芯存储器矩阵中，然后读出进行符合比较。以验证“读写”是否正常，测试磁芯的磁化翻转效果，以及读写电路、驱动电路的质量。这种测试称为“动态光点检测”，也称“下雨”检查。
如果在读写这些循环代码过程中，将读写驱动线上流动或者感应的电脉冲送入音响电路，由于数据位分布不同，声响频率也不同，在喇叭中就产生了“叮叮咚咚”的似水流水滴的声音。如果把这些信号接到示波器上，在那小小的绿色屏幕上，一排排一屏屏的光点图案，随着音响的叮咚声逐屏下移，真像是“下雨”一样。亲眼看见和亲耳听到这“下雨”情景和声响的人，都感到这是多么美妙的比喻，多么动听的音响啊！
“下雨”检查是对磁芯存储器的一项极严格的考验，常用来判断存储系统是否工作正常，是一个“考机”的过程。这种“考机”往往要连续进行，常常是24小时、48小时甚至更长。这种测试也决定了计算机整机系统的“无故障时间”，作为评测计算机性能的一项标准。
每当启动“下雨”，我们总盼望这“下雨”声能连续不断，清晰悦耳，这表明存储器正经受严格的读写测试，如果存储器不稳定和有故障，“下雨”之声会杂乱无章，模糊涩耳，示波器屏幕上的图案也会乱七八糟。当“叮咚”之声嘎然而止，我们的心里总会冒出遗憾的心境，“唉，又不下了？！”。尤其当“下雨”断断续续，更会搅得人心烦意乱，于是，几个人又再次躺在地板上，靠在机架上，一次次测脉冲波形，调脉冲时序，直到那下雨声接连不断地响个几小时，十几小时，乃至几天，我们这些计算机迷才会伴随着这叮咚之声，在机房地板上睡得如此香甜。听熟听惯了这计算机“下雨”声的老一辈计算机工作者，把他（她）们的青春默默地、而同样是热烈地献给了这崇高的事业。
“唱歌”也是另一项检查磁芯存储器系统工作是否正常的检测手段，利用计算机读取磁芯中数据、或者执行存储器中的程序，采用计数、循环、输出等程序手段，编制一条“唱歌程序”，通过光电输入机将程序的穿孔纸带输入内存，再启动程序。于是，一曲优美的乐曲就通过扬声器放出来了。
当然，这个过程是非常费时间、费脑子的。因为要考虑发声频率的对应、高低音、节拍等，以确定程序循环次数。然后再根据程序的机器编码，把这个程序代码穿孔到纸带上，启动光电输入机读取代码穿孔，输入乐曲纸带程序。根据“唱歌”（播放乐曲）的音准和音质，不断调整程序代码，直到听起来满意。自然，第一首计算机播放出来的乐曲就是《东方红》。赵恒友师傅还编写出了“小小竹排江中走”的演奏程序。
在没有键盘、没有显示器的时代，这是一个非常苦、也是非常酷的工作。往往反反复复、调了又调，不断修改，不断对穿孔纸带进行补孔、贴孔，甚至整条程序重新穿孔。当年，208厂项目组赵恒友师傅废寝忘食、夜以继日编写出了“内存0-1干扰”“最坏布局检查”等测试程序，成电祁仁义、李曙光、杨映华等同志在“演奏程序”“字符显示”上做出了很大的贡献。
图10：音符与频率对照表
图11：当年使用的纸带补孔器
图12：JKX-351内存时序波形、干扰检查及最坏布局检查笔记
JKX-351计算机系统基本配置成功后，必须与生产过程现场相连，进行系统联调，检验计算机的工作状态与稳定性，也观察和验证计算机对十几台炉温控制的实际效果。这是一个“系统工程”，不仅仅是计算机调试通过就完结，此时，“工程思维”就摆在每一个人面前。
**本项目回忆共分三篇文章陆续发出。请见“记351工业控制系统之工程思维（三）”。
刘乃琦
刘乃琦：电子科技大学教授，四川省教学名师，四川省有突出贡献的优秀专家。1968年参军入伍，1972年进入成都电讯工程学院计算机工程专业学习，毕业留校任教，1984年后先后到加拿大、美国进修学习。1988年后历任电子科技大学计算机科学与工程系副系主任、系主任，计算机学院副院长，电子科大国家示范性软件学院副院长。2010年兼任四川托普信息技术职业学院院长，2015年退休。
《计算机六十年》文章选读：
记351工业控制系统（一）
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