ЭВМ М-4, М-4М

Ю.В. Рогачев

В 1957-1958 годах в Советском Союзе начали появляться первые типы транзисторов, освоенных массовым производством. Их применение вместо радиоламп сулило значительный прогресс в развитии вычислительной техники. И разработчики ЭВМ это чувствовали сильнее других. Поэтому в Лаборатории управляющих машин и систем АН СССР широко развернулись исследования характеристик транзисторов в различных режимах их работы в электронных схемах ЭВМ (надежность, стабильность параметров, скорость работы и др.). Разрабатывались различные варианты схемных решений элементов на транзисторах: статические, динамические, импульсные, потенциально-импульсные, потенциальные.

Вот некоторые из этих работ, результаты которых в свое время были опубликованы:

• В.А.Браиловский,  Э.Н.Вагнер,  Ю.Н.Глухов "О частотных возможностях некоторых схем, использующих насыщенные транзисторы".
• В.В.Белынский, Л.В.Иванов,  Л.В.Клыков, "Импульсные схемы систем элементов цифровых машин".
• А.Н.Чернов "Узлы арифметического устройства с динамическим триггером на плоскостном кристаллическом триоде".
• В.В. Белынский, В.И.Золотаревс­кий, Л.В.Иванов, Н.А.Кукушкина "Потенциально-импульсная система элементов цифровых машин".
• М.А.Карцев, Ю.В.Рогачев "Потенциальные полупроводниковые элементы и построение из них логических схем".
• А.Н.Чернов, Е.Б.Володин, Л.Я.Чумаков "Применение динамических элементов с линиями задержки в арифметических устройствах параллельного действия".
• Ю.В.Нифонтов "Выбор параметров феррит-транзисторной ячейки".
• В.А.Браиловский, Э.Н.Вагнер, Ю.Н.Глухов, А.В.Дацко, Э.Ф.Ступин "Потенциальный статический триггер на токовом ключе с обратной связью через диодные логические схемы".

Результаты этих исследований подтверждали надежную работоспособность и возможность на освоенных в то время транзисторах построить электронные схемы для вычислительных машин с быстродействием свыше 10 тысяч операций в секунду.

В 1957 году директор Радиотехнического института АН СССР академик А.Л.Минц обратился к И.С.Бруку с предложением разработать электронную вычислительную машину для управления и обработки информации радиолокационной станции,  создаваемой  в  этом  институте  главным конструктором  Ю.В.Поляком.  Предложение  было  принято,  и  в плане работ ЛУМС АН  СССР 1958 года появилась новая тема - разработка ЭВМ М-4. Функции главного конструктора И.С.Брук оставил за собой, руководство работами он поручил М.А.Карцеву.

Техническое задание на ЭВМ М-4 разработано М.А.Карцевым, В.В.Белынским, А.Л.Брудно, Ю.В.Поляком. Утвердили это техническое задание А.Л.Минц и И.С.Брук.

Было определено, что ЭВМ М-4 должна строиться на транзисторах и полупроводниковых (германиевых) диодах. В структу­ру машины закладывались особенности, связанные с конкретным назначением. Предусматривалась аппаратная реализация некоторых сложных операций (извлечение квадратного корня, двойное сравнение и др.), внутренняя постоянная память для хранения программ и констант, функциональное распараллеливание вычислений благодаря использованию специализированных процессоров ввода-вывода.

Функционально состав машины включал арифметическое устройство, устройство управления, оперативную и постоянную внутреннюю память, устройства ввода-вывода, систему питания и пульт. Кроме то­го, в состав машины включались два специализированных устройства - устройство сопряжения с аппаратурой РЛС и устройство отображения информации.

Конструктивные единицы – шкаф, блок, субблок.

Блок-схема М-4

К началу разработки устройств и выпуска конструкторской документации машины М-4 Лаборатория управляющих машин АН СССР получила новое пополнение. Приступила к работе выпускница МФТИ Г.И.Смирнова, пришли молодые специалисты из МЭИ - Л.В.Клыков, Р.П.Макарова, Н.А.Кукушкина,  Е.Б.Володин. Возвратился на работу к И.С.Бруку уже в качестве инженера  и автор этих строк, окончив радиотехнический факультет МЭИ.  Начали    работать техники   Б.Л.Квин,   В.И.Никитин,  В.И.Самойлов, Е.Н.Кузнецов, Л.И.Пиастро, З.Н.Гаврилина. Все они активно включились в работы по М-4.

Для ЭВМ М-4 проектировалось два варианта арифметических устройств: параллельного типа - на статических триггерах с транзисторами П-16 и последовательного типа - на динамических триггерах с высокочастотными транзисторами П-403. Арифметическое   устройство  на  статических триггерах   разрабатывали   Г.И.Танетов,  Ю.Е.Авалиани, Ю.Н.Глухов, Л.В.Клыков. Автор вместе с А.Н.Черновым, Л.Я.Чумаковым, Е.Б.Володиным разрабатывал арифметическое устройство на динамических триггерах. Были изготовлены оба типа, но в эксплуатацию ЭВМ М-4 вводилась с арифметическим устройством на статических триггерах.

Устройство управления разрабатывали М.А.Карцев и  Г.И.Смирнова, оперативную память - Л.В.Иванов, И.З.Блох, В.М.Минаев, постоянную память - Р.П.Шидловский,  В.Н.Каменский, З.Н.Гаврилина, устройства ввода-вывода - Е.Н.Филинов и Р.П.Макарова, стойки сопряжения с РЛС - В.П.Кузнецова и Б.Л.Квин, систему питания -  Е.С.Шерихов. Конструкцию машины  разрабатывали О.А.Литинский, Г.В.Лейтес,  Ю.А.Шмульян,  Е.И.Цибуль, В.Ф.Ситников, Ю.И.Ларионов.

Вся аппаратура ЭВМ М-4  размещалась в четырех  шкафах и двух стойках: арифметическое устройство на статических триггерах - в шкафу У1, АУ на динамических триггерах – в шкафу У2, устройство управления, устройство ввода-вывода, оперативная и постоянная памяти - в шкафу У3, блоки питания и схемы пульта управления - в шкафу У4, устройство отображения информации - в стойке У5, устройство сопряжения с РЛС - в стойке У6.

В апреле 1958 года полный комплект конструкторской документации был передан Загорскому электромеханическому заводу (ЗЭМЗ), на который возлагалось изготовление машины. Практически с этого момента началось наше творческое содружество, и именно на ЗЭМЗе получали свою жизнь все наши последующие разработки. Предстояла работа по согласованию документации со службами завода. Была организована группа разработчиков и конструкторов для корректировки документации по замечаниям представителей завода. Постоянным ответственным представителем главного конструктора на завод назначался Р.П.Шидловский. Остальной состав группы формировался разработчиками и конструкторами в зависимости от конкретной работы. Большую помощь в организации и обеспечении работы на заводе нашим представителям оказывали: директор В.Г. Попов,  главный инженер А.Г.Шишилов, главный технолог Шишкин, начальник ОКБ С.А.Устинов, зам. начальника ОКБ В.Я.Ряшенцев, начальник 30-го цеха В.И.Шаронов, начальник 13 цеха А.В.Гробов, инженеры и техники ОКБ, ОГТ и других служб завода. Этап согласования и корректировки документации на заводе, участие в подготовке производства, а также тесные контакты с рабочими и инженерами в цехах завода непосредственно в процессе изготовления машины стали для разработчиков отличной школой. Опыт, приобретенный в этот период, позволил во всех последующих разработках уже при выпуске конструкторской документации находить такие решения, которые обеспечивали высокую технологичность на всех этапах изготовления, включая настройку и контроль. Разработчики освоили особенности организации производства на заводе, его технические и технологические возможности.

Летом 1960 года завод изготовил два комплекта устройств машины М-4 и поставил  их  в  Радиотехнический институт АН СССР для настройки и комплексной стыковки. Началась активная работа с аппаратурой непосредственно на устройствах. Работы проводились в две смены - приближался срок отправки ЭВМ М-4 на объект. Коллектив разработчиков М-4 объединяется в спецлабораторию №2 под руководством М.А.Карцева, который также полностью переключался на настройку машины М-4.

В спецлабораторию №2 было зачислено около 30 человек. Вот практически полный список инженеров и техников, включенных в ее состав: М.А.Карцев, Г.И.Танетов, Л.В.Иванов, Р.П.Шидловский, Г.И.Смирнва, Е.С.Шерихов, Ю.В.Рогачев, В.П.Кузнецова, Р.П.Макарова, Ю.Е.Авалиани, И.З.Блох, В.М.Емелин, Ю.И.Галкин, В.А.Лазарев, В.С.Соколов, Г.В.Коростылев, З.Н.Гаврилина, Л.И.Пиастро, В.Я.Рожавский, Б.Л.Квин, В.И.Никитин, А.Ф.Лапин, С.Н.Самсонов. Несколько позднее поступили на работу в лабораторию В.А.Брик, Ю.Н.Мельник, Л.Я.Миллер, Л.Д.Степанов, Т.Н.Хомич, Е.А.Братальский, В.И.Самойлов, О.Н.Бибиков, Б.Н.Соловьев, Н.М.Сухова. Для отработки программного обеспечения на объекте к спецлаборатории №2 подключились Е.В.Гливенко, Л.Н.Ковалева, В.Филиппов.

Этот состав и явился основой формирования М.А.Карцевым научного коллектива до уровня научно-исследовательского института.

В декабре 1960 года ЭВМ М-4 была в основном отлажена и направлена на объект в Казахстан, в район озера Балхаш, а в начале 1961 года туда же выехали практически  все сотрудники спецлаборатории №2 вместе с М.А.Карцевым, который назначался главным конструктором.

Начались  работы  по монтажу машины и стыковке ее с радиолокационной станцией. Вместе со всеми напряженно работали и программисты Е.В.Гливенко, Л.Н.Ковалева и В.Филиппов, занимаясь не только математическим обеспечением машины, но и активно участвуя в отладке основных эксплуатационных программ РЛС.

В процессе стыковки машины М-4 с РЛС завязалась тесная дружба с разработчиками станции - инженерами и программистами Радиотехнического института. Встречи М.А.Карцева с академиком А.Л.Минцем, с главным конструктором станции Ю.В.Поляком и другими ведущими специалистами РТИ во время работ на объекте. Обсуждение технических вопросов  построения на базе создаваемых РЛС  «Днестр», «Днестр-М», «Днепр» территориальной системы обнаружения космических объектов вдоль границ Советского Союза затрагивало и требования к вычислительным средствам. Отлично разбираясь в радиолокации, в совершенстве владея математическим аппаратом, М.А.Карцев понимал, что технические возможности машины М-4 по производительности, объемам памяти и другим характеристикам не смогут в полной мере обеспечить решение всего круга задач такой радиолокационной системы. Уже тогда он обдумывал структуру и технические характеристики новой вычислительной машины, которая сможет обеспечить обработку информации на всех уровнях системы и позволит прочно удерживать позиции коллектива в системе обнаружения космических объектов.

До середины 1962 года коллектив спецлаборатории №2 практически безвыездно находился на объекте. Работы проводились круглосуточно. В результате одна из первых в нашей стране транзисторных ЭВМ - машина М-4, работавшая в реальном масштабе времени, в июле 1962 года успешно выдержала Государственные испытания совместно с радиолокационной станцией, созданной под руководством А.Л.Мин­ца.

Основные технические характеристики ЭВМ М-4:

• система  счисления - двоичная,
• представление чисел - с фиксированной  запятой,
• скорость работы - 50 тыс. сложений или вычитаний в секунду, 15 тыс. умножений в секунду,  5,2 тыс. операций деления или извлечения квадратного корня в секунду,
• объем оперативной памяти - 1024 23-разрядных чисел,
• объем постоянной памяти - 1024 23-разрядных чисел.

В ноябре 1962 года вышло постановление Правительства о серийном произ­водстве ЭВМ М-4.

Общий вид ЭВМ М-4

ЭВМ М4-М.

В конце 1960 года, когда было принято решение вводить в эксплуатацию машину М-4 с арифметическим устройством параллельного типа, я оказался свободным от работ по этой машине. М.А.Карцев поручил мне заняться вторым комплектом  М-4,  который предназначался  для работы  в  составе  радиолокационной станции дециметрового диапазона.

30.01.1961 года И.С.Брук утвердил ТЗ на модернизацию ЭУМ М-4. В состав машины вводились дополнительные узлы для первичной обработки информации радиолокационной станции: переключатель секторов, преобразователь кодов, накопитель, пороговое устройство, буферная память, устройства перекодирования, устройство определения координат, буферные регистры и другие устройства. От ИНЭУМ ТЗ было  подписано М.А.Карцевым, А.Л.Брудно, Е.В.Гливенко, от  РТИ  -  В.С.Кельзоном,  Ю.В.Поляком, Ю.В.Очкиным, Д.М.Зарезновым. Все новые  узлы устройства первичной обработки (УПО)  предстояло разместить в одном   типовом   шкафу  машины  М-4. В конструкторской документации устройство первичной обработки обозначалось как шкаф У-7. Доукомплектованной этим шкафом машине  присваивалось   название   М-4М. Большой объем и высокая частота поступления информации на вход УПО при необходимости ее обработки в реальном времени предъявляли повышенные требования к быстродействию электронных схем. Эле­ментная база машины М-4 не могла обеспечить эти требования, поэтому проектиро­вание устройства пришлось начинать с   разработки электронных схем логических элементов на  новых высокочастотных транзисторах. В результате была создана принципиально новая система потенциальных логических элементов, основу которой составляли инвертор - формирователь уровней и многоступенная диодная логическая схема, конструктивно оформленные в виде самостоятельных ячеек.  С использованием высокочастотных диффузионных транзисторов эта система обеспечивала достаточно высокое быстродействие, высокую степень унификации элементов, унификацию связей между элементами и широкие логические возможности. Все это позволило выполнить требования и по размещению оборудования в одном шкафу и обеспечить обработку информации в режиме реального времени. Буферная память устройства первичной обработки строилась на ферритовых сердечниках.

В разработке конструкторской документации УПО принимали участие А.Т.Валикова, В.Я.Рожавский, В.И.Никитин (логическая часть), В.М.Емелин, Е.Н.Аболина, С.Г.Виноградов (буферная память).

Полный комплект конструкторской документации шкафа УПО в октябре 1961 года был передан Загорскому заводу.  Постоянное авторское сопровождение производства на заводе осуществляли  В.Я.Рожавский и В.И.Никитин. В марте 1962 года шкаф УПО был смонтирован, полностью укомплектован блоками и субблоками и поставлен под настройку в доме №18 по Ленинскому проспекту, где находились и шкафы второго комплекта  машины М-4,

Началась настройка устройств и машины М-4М в целом. Настройку устройства первичной обработки вместе со мной проводили А.Т.Валикова, Е.А.Братальский, В.И.Никитин и В.Я.Рожавский. К октябрю 1962 года автономная настройка УПО в основном была завершена. На этом мое участие в работах по ЭВМ М-4М закончилось: я переключался на разработку элементной базы новой машины, которая готовилась для серийного производства вместо М-4. Дальнейшее руководство работами по настройке машины М-4М было возложено на  Г.И.Смирнову. Вместе с опытными инженерами спецлаборатории №2 к этой работе подключились молодые специалисты Л.Я.Миллер и Л.И.Лушпин.

В 1963 году машина М-4М была отлажена и отправлена на объект в район озера Балхаш, где находился и первый комплект машины М-4.

Авторский надзор за работой этих машин на объекте и их техническое обслу­живание обеспечивала группа инженеров и техников, которую возглавила Г.И.Смирнова.

Обе машины находились в эксплуатации на объекте до 1966 года.

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