АЦВМ М-1

Ю.В. Рогачев

Первыми  учеными  в  нашей стране, положившими начало развитию циф­ровой электронной вычислительной техники, были член-корреспондент АН СССР Исаак Семенович Брук и академик АН УССР Сергей Алексеевич Лебедев. Эти ученые  в 1950-1951 годах  независимо друг от  друга создали первые цифровые  ЭВМ в СССР:  И.С. Брук  - АЦВМ М-1 в лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР в Москве, С.А. Лебедев - МЭСМ   в Институте электротехники и теплоэнергетики АН Украины в Киеве.

Специалист в области электроэнергетики И.С. Брук поступил на работу в Энергетический институт АН СССР имени  Г.М. Кржижановского в 1935 году. В организованной им лаборатории электросистем он развернул исследования по расчету режимов работы мощных энергосистем и их статической устойчивости, по вопросам компенсации реактивной мощности дальних линий электропередач и многим другим проблемам электроэнергетики. Занимаясь этими вопросами, И. С. Брук остро ощущал необходимость создания технических средств для автоматизации вычислений. В лаборатории создается расчетный стол переменного тока - своеобразное специализированное вычислительное устройство, предназначенное для моделирования сложных электрических сетей. За эту работу в мае 1936 года И.С. Бруку присуждается ученая степень кандидата технических наук. А в октябре того же года он защищает докторскую диссертацию на тему "Продольная компенсация линий электропередач". В 1936 году им создан механический прибор для решения обыкновенных дифференциальных уравнений. В 1939 году разработан, изготовлен и установлен в ЭНИНе механический интегратор, позволяющий решать дифференциальные уравнения до 6-го порядка. По современной классификации этот механический интегратор - аналоговая вычислительная машина.

В 1939 году И.С. Брук избирается членом-корреспондентом АН СССР. Поиск путей автоматизации расчетов продолжался  И.С. Бруком и в послевоенные годы. В 1946 году он создает механический прибор для приближенного решения дифференциальных уравнений ПУАССОНА-ЛАПЛАСА. Однако ученого все больше привлекал значительно возросший уровень радиоэлектроники. В лаборатории электросистем было разработано и изготовлено аналоговое вычислительное устройство - электронный дифференциальный анализатор, предназначенный для интегрирования уравнений до 20-го порядка.

И первым в нашей стране И.С. Брук совместно с Б.И. Рамеевым в августе 1948 года разработал проект ЦИФРОВОЙ электронной вычислительной машины. Они же в декабре 1948 года получили первое в СССР авторское свидетельство об изобретении цифровой ЭВМ.

С этого времени И.С. Брука не покидает идея о создании электронной цифровой вычислительной машины в своей лаборатории. В начале 1950 года он готовит проект постановления Президиума АН СССР с поручением разработать ЭЦВМ в лаборатории электросистем ЭНИНа. Этот проект на заседании Президиума Академии наук был рассмотрен, и 22 апреля 1950 года Президент АН СССР С.И. Вавилов его утвердил. Постановлением предусматривалось финансирование работы и выделение дополнительной численности лаборатории специально для разработки ЭЦВМ.

В апреле  1950  года  на  работу  к  И.С. Бруку был направлен выпускник радиотехнического факультета МЭИ Николай Яковлевич Матюхин, зачисленный в лабораторию электросистем на должность младшего научного сотрудника. Н.Я. Матюхину, увлекавшемуся во время учебы в МЭИ исследованиями в области УКВ радиопередающих устройств, пришлось вникать в совершенно новое направление в науке и техни­ке - создание автоматических электронных цифровых вычислительных машин. В лице Н.Я. Матюхина И.С. Брук получил достойного ученика, который сумел достаточно быстро усвоить идею и основные принципы построения электронной цифровой вычислительной машины. С этого началась практическая работа по созданию одной из первых в нашей стране вычислительной машины М-1. Н.Я. Матюхин начал свою работу по ЭВМ М-1 проектированием трехвходового сумматора на ламповых диодах 6х6 и разработкой общей схемы арифметического узла.

Блок-схема АЦВМ М-1

Участие в работах по созданию машины М-1 определило и мою дальнейшую трудовую деятельность - работу в области вычислительной техники. В мае 1950 года я демобилизовался из армии и в июне 1950 года был принят на работу в ла­бораторию электросистем ЭНИНа к Н.Я. Матюхину на должность техника-электромеханика. Н.Я. Матюхин поручил мне исследовать и экспериментально проверить возможность замены ламповых диодов 6х6 миниатюрными купроксными выпрямителями в  логических схемах, в том числе и в сумматоре. Результаты оказались положительными. К сентябрю 1950 года были отработаны элементы и изготовлен макет одного разряда арифметического узла с сумматором, клапанами и другими логическими схемами, которые обеспечивали  выполнение  арифметических и логических операций. Макет показал, что схема работает надежно, и что использованные в устройстве купроксные выпрямители устойчиво выполняют ло­гические функции ламповых диодов. После всесторонней проверки работы этого макета лично И.С. Бруком и Н.Я. Матюхиным было принято решение строить логические схемы машины М-1 на полупроводниковых элементах - миниатюрных купроксных выпрямителях КВМП-2-7. Так я включился в разработку и изготовление арифметического устройства машины М-1.

Элементная база.   

В машине  М-1 использовалась потенциально-импульсная система  элементов. Триггеры и клапаны были импульсными и строились на радиолампах (триггеры – на  двойных триодах 6Н8С, клапаны на пентодах 6Ж4). Диодные логические схемы были потенциальными и строились на полупроводниковых приборах  -  малогабаритных купроксных выпрямителях КВМП-2-7 .

Параметры купроксного выпрямителя КВМП-2-7:

• допустимый прямой ток   4 мА
• прямое сопротивление 3 – 5 ком,
• допустимое обратное напряжение 120 в,
• обратное сопротивление 0,5  -  2 Мом.

Соотношение величин прямого и обратного сопротивлений этих выпрямителей показывает ярко выраженный полупроводниковый эффект, что и было использовано в машине М-1.   Применение купроксных выпрямителей вместо радиоламп позволило значительно сократить объем работ,  сроки изготовления машины и значительно уменьшить ее размеры: все основное оборудование размещалось на трех стойках, установленных на постаменте площадью около 4-х квадратных метров.

Осенью состав лаборатории значительно расширился. Пришли на выполнение дипломных проектов студенты из МЭИ - Т.М. Александриди, Н.А. Дорохова, из МАИ - Ю.А. Лавренюк, из Горьковского университета - Г.М. Грязнов и еще несколько дипломников. Поступили на работу техники -  Р.П. Шидловский и Л.М. Журкин. На работу по совместительству были приняты студенты 5-го курса радиотехнического факультета МЭИ М.А. Карцев и Ю.Б. Пржиемский. Несколько позднее (весной 1951 года) поступили на работу в лабораторию электросистем инженеры А.Б. Залкинд, В.В. Белынский, Л.С. Легезо.

М.А. Карцеву И.С. Брук поручил разработку устройства управления машины - главного программного датчика, Т.М. Александриди - разработку электронной памяти на электростатических трубках.  Разработку памяти на магнитном барабане  вели Н.Я. Матюхин, А.Б. Залкинд и Л.М. Журкин.

В октябре 1950 года началось изготовление узлов машины. Для монтажа всех схем использовались два типа панелей: малые -  на 10 радиоламп с однорядным их расположением и крупные - на 22 лампы с двухрядным расположением. Первыми начали монтироваться схемы  цифровой части арифметического узла на малых панелях. На одной  такой панели размещался полностью один разряд арифметического узла со все­ми триггерами, сумматором, клапанами и логическими схемами. Всего машина содержала 25 таких панелей. Блоки местного программного датчика арифметического узла (блок для выполнения умножения и деления, блок для выполнения сложения и вычитания и блок для формирования и усиления импульсов) изготавливались на крупных панелях. Монтаж выполнялся непосредственно в лаборатории силами монтажников лаборатории под руководством А.Д. Гречушкина и группой привлеченных сторонних монтажников, оплачиваемых по трудовому соглашению.

В это же время готовилось место для установки и сборки машины. В комнате площадью 15 кв. метров был построен постамент, в центре которого установлена прямоугольная вентиляционная колонна с отверстиями для обдува панелей. По бокам этой колонны размещались три стойки, предназначенные для крепления на них панелей с электронными схемами: стойка арифметического узла, стойка главного программного датчика и стойка с электроникой запоминающего устройства на маг­нитном барабане. Под постаментом установлен вентилятор, нагнетающий в колонну воздух для охлаждения стоек.

По мере изготовления панели устанавливались на свое штатное место в стойке. Здесь проводилась их автономная настройка, а затем и частичная стыковка. Такая организация работы значительно сократила сроки автономной отладки уст­ройств.

В начале декабря было закончено изготовление панелей арифметического узла,  в феврале 1951 года  -  панелей главного программного датчика, разработанного М.А. Карцевым,  а  к весне 1951 года был изготовлен и магнитный барабан.

По мере поступления от монтажников панелей производилась их автономная отладка непосредственно на своих «штатных» местах  в стойках, стыковка с другими панелями своего узла  и, по возможности, стыковка с другими узлами машины. Н.Я. Матюхин и М.А. Карцев, отлаживая аппаратуру на своих стойках, работали, не считаясь со временем. Вместе с ними так же работали и техники: автор этих строк  - на  стойке  арифметического  узла  с Н.Я. Матюхиным, Р.П. Шидловский - на стойке главного программного датчика с  М.А. Карцевым, Л.М. Журкин - на стойке  памяти с Н.Я. Матюхиным и А.Б. Залкиндом.

Разработку устройства ввода-вывода с использованием телетайпа и трансмиттера провели А.Б. Залкинд и специалист по телеграфной аппаратуре  Д.У. Ермоченков. (В машине М-1 использовался немецкий рулонный телетайп, который И.С. Бруку удалось получить со склада  трофейного имущества АН СССР).

Успешно шла работа и по электронной памяти. Т.М. Александриди блестяще защитила дипломный проект, темой которого были исследования возможностей построения памяти на электронно-лучевых трубках. После защиты дипломного проекта Т.М. Александриди по распределению была направлена на работу в лабораторию электросистем. Здесь она успешно завершила свою работу вводом в состав машины М-1 устройства электронной памяти на электростатических трубках ЛО-737.

Всю первую половину 1951 года шла работа по автономной настройке устройств, их электрической и функциональной стыковке и комплексной отладке машины в целом. К августу месяцу эта работа была доведена до такого состояния, при котором машина в неавтоматическом режиме выполняла все арифметические операции. К этому времени А.Б. Залкинд завершил отладку системы ввода-вывода, а В.В. Белынский - разработку и внедрение общей схемы электропитания М-1. (В процессе автономной настройки устройств каждая стойка пользовалась своими автономными источниками питания). В процессе наладочных  работ  оперативно осуществляли внесение изменений и устранение неисправностей в стойках монтажники лаборатории электросистем под руководством А.Д. Гречушкина.

С конца августа началась комплексная отладка машины: выполнение арифметических и логических операций в автоматическом режиме. К этим работам подключились так  же В.В. Белынский  и  Ю.Б. Пржиемский.

Одновременно отрабатывалась технология программирования. И.С. Брук привлек к этой работе кандидата физико-математических наук Ю.А. Шрейдера. Они разрабатывали программы для решения на М-1 конкретных задач, обучали программированию разработчиков машины и ее потенциальных  пользователей. Активно участвовал в этой работе академик С.Л. Соболев. 

Первоначально для контроля правильности работы машины при комплексной стыковке составлялись программы решения простых задач, результаты которых можно было сравнительно легко проверить вручную. Удачной оказалась программа решения уравнения параболы  У=Х2. Одинаковые результаты решения для положительного и отрицательного значений Х давали возможность определить правильность работы машины, сравнивая распечатки симметричных значений результатов решения. Можно считать, что эта программа явилась первой тестовой программой машины М-1.

Комплексная настройка машины завершилась решением целого ряда контрольных задач, в том числе и задач  академика С.Л. Соболева.

Отчет по работе «Автоматическая цифровая   вычислительная машина М-1» был утвержден директором   Энергетического института АН СССР академиком  Г.М. Кржижановским 15 декабря 1951 года.

В отчете дано подробное описание машины, приведены функциональные семы узлов и блоков, показаны их особенности и взаимодействие при выполнении арифметических и логических операций. В порядке рекомендаций для программирования  и эксплуатации машины  при решении задач дано приложение  «Работа на АЦВМ»

Технические характеристики М-1.

• Система счисления - двоичная.
• Количество двоичных разрядов - 25.
• Система команд - двухадресная.
• Объем внутренней памяти:
  • на магнитном барабане - 256 адресов,
  • на электростатических трубках - 256 адресов.
• Быстродействие:
  • с памятью на магнитном барабане  -  20 оп/с.
  • с памятью на электростатических трубках операция сложения выполнялась за 50 мкс, операция умножения - за 2000 мкс.

С начала 1952 года машина М-1 перешла в режим постоянной эксплуатации. На ней решались различные задачи с целью проверки технических решений, отрабатывалась технология программирования, решались многие научные задачи в интересах лаборатории электросистем и ЭНИНа. Использовалась она и для решения крупных научных задач сторонними организациями. Одним из первых решал на ней свои задачи академик С.Л. Соболев, в то время заместитель по научной работе в институте академика И.В.Курчатова.

В эксплуатации машина М-1 находилась около трех лет.

Установка М-1 на постаменте (фотография выполнена на этапе настройки)

Копия титульного листа отчета по М-1.

Из книги Вычислительная техника от М-1 до М-13. (1950 - 1991). 1998 г.