1958
Г.С. Смирнов
В феврале 1958 года в Пензенском филиале СКБ-245 открылось финансирование разработки автоматической универсальной цифровой электронной вычислительной машины “Урал-2”. Главным конструктором машины Б.И. Рамеевым поставлена цель: превзойти скорость вычислений серийной машины “Урал-1” в 100 раз.
Разрядность слова новой машины Б.И. Рамеевым увеличена с 36 («Урал-1») до 40 бит. Среди обрабатываемых чисел теперь есть и числа с плавающей запятой. Длина неполного слова, как и одноадресной команды, увеличена с 18 до 20 бит. Адрес числа стал 12-разрядным вместо 11-разрядного, код операции увеличен с 5 до 6 бит.
Главным конструктором оставлены неизменными коды операций (восьмеричные) “Загрузка сумматора” (02), “Установка знака” (10), “Выделение части числа” (12), “Формирование числа” (13), “Сравнение чисел” (14), “Условная передача управления” (21), “Безусловная передача управления” (22), “Передача управления по ключу” (23), “Передача управления в цикле” (24) и “Начало цикла” (25). Операциям над числами с фиксированной запятой присвоены номера одноименных операций “Урала-1”: “Сложение” (01), “Вычитание” (03), “Умножение” (06), “Деление” (07), “Сдвиг” (11), “Запоминание числа в ОЗУ” (16), “Посылка счётчика циклов в ОЗУ” (27), “Модификация команды” (30), “Останов машины” (37), “Протяжка бумажной ленты на строку” (34), “Печатать или перфорировать восьмеричное число” (33), “Печатать или перфорировать десятичное число” (32). Сохранена трёхстрочная структура групповых операций, но им присвоены новые коды: “Перепись информации из зоны Z перфоленты в ОЗУ, начиная с адреса А1 по адрес А2” (50), “Перепись информации магнитного барабана, начиная с адреса А3, в ОЗУ, начиная с адреса А1 по адрес А2” (51), “Перепись информации из ячеек ОЗУ, начиная с адреса А1 по адрес А2, на магнитный барабан, начиная с адреса А3” (52), “Перепись информации из зоны X магнитной ленты в ОЗУ, начиная с адреса А1 по адрес А2” (53), “Перепись информации из ячеек ОЗУ, начиная с адреса А1 по адрес А2, в зону Y на магнитной ленте” (54). Операциям над числами с плавающей запятой присвоены новые коды: 41 – “Сложению”, 42 – “Загрузке сумматора”, 43 – “Вычитанию”, 44 – “Вычитанию модулей чисел”, 46 – “Умножению”, 47 – “Делению”. Новой операцией стала “Загрузка сумматора с дополнительного входа” (40), на котором могло быть до 11 устройств (считывания с телеграфной ленты, устройство считывания с перфокарт и др.). Исключены из использования операции “Урала-1” “Нормализация числа” (15), “Загрузка регистра из сумматора” (17), “Загрузка в сумматор адреса команды” (20), “Умножение” (05). Приведенный перечень свидетельствует о стремлении сохранить преемственность в кодировании операций и упростить переход к использованию новых операций.
Состав центральной части машины «Урал-2» показан на схеме.
Устройство управления (УУ) и арифметическое устройство (АУ) образуют центральный процессор У-301.
В марте разработчики “Урала-1” В.И. Мухин и А.Н. Невский в отделе Ю.Н. Беликова стали начальниками лабораторий, теперь они – ведущие разработчики процессора. Их задача – реализовать заданную Б.И. Рамеевым систему команд и снизить время короткой операции с 10000 до 80-100 мксек. Они выбирают тактовую частоту в процессоре F= 200 кГц. Реализацию А.Н. Невским АУ поясняет приведенная ниже схема.
В.И. Мухин реализовал устройство управления машины, спроектировал пульт управления и панель сигнализации машины. Новыми компонентами на них стали средства ввода чисел с плавающей запятой, индикация регистра слова МОЗУ (выходного регистра НФ) и др.
Процессор реализовали в 9 серийных “уральских” шкафах.
Приём информации с накопителя на перфорированной киноленте (НПЛ), с накопителя на магнитном барабане (НМБ), с накопителя на магнитной ленте (НМЛ) и выдачу информации на НМЛ, НМБ, перфоратор киноленты ПфУ, цифропечатающее устройство ПчУ было решено выполнять через процессор.
А.М. Полячкин разработал и наладил систему питания процессора. Электромеханический стабилизатор переменного напряжения исключили. Б.И. Рамеев поручил В.К. Елисееву разработку стабилизатора трёхфазного напряжения. Систему охлаждения машины дополнили вытяжной вентиляцией. Её построил А.А. Смирнов.
Участники работ по процессору: М.В. Суков, Ю.В. Пинигин, А.Я. Пыхтин, Г.С. Богословская, В.К. Францев и другие.
Наладка арифметического устройства велась под руководством и при участии А.Н. Невского. Выполнив наладку, он уехал в составе научно-технической делегации в командировку в США, на выставку фирмы IBM. В составе делегации были и участник разработки “Стрелы” Д.А. Жучков (на снимке справа) и специалист по управляющим машинам В.И. Лоскутов (на снимке второй слева).
Фотоснимки А.Н. Невского.
А.Н. Невский сообщил Б.И. Рамееву, что среди экспонатов на выставке была ЭВМ TRANSAC, выполненная на полупроводниковых приборах. Это была одна из первых “ласточек” из нового поколения машин.
Ключевую роль в наладке процессора “Урала-2”, а в дальнейшем и машины в целом играл В.И. Мухин.
Важным инструментом наладки процессора “Урала-2” был НПЛ. Он использовался для ввода и хранения тестирующих программ, которые составляли разработчики. Для нанесения информации на ленту они использовали серийный “уральский” набор внешних устройств: клавишное (КУ), контрольно-считывающее (КСУ) и перфорирующее (ПфУ) устройства. Информацию на ленте размещали в зонах. Она должна быть однородной. Это или двоичные, или двоично-десятичные числа, 20-разрядные или 40-разрядные. Количество слов в зоне – до 4096 или до 2048. Количество зон на ленте – до 256. Для пробивки номера зоны и специальных признаков на перфоленте использовалось специальная установка. Информационные пробивки размещаются по 11 дорожкам. Плотность размещения информации на ленте – до 52 20-разрядных слов на одном метре ленты. Скорость движения ленты – до 2,8 м/сек. вместо 1,5 м/сек в “Урале-1”. НПЛ размещался, как и на “Урале-1”, справа от пульта управления машины.
В процессе наладки процессора разработчики установили, что время исполнения короткой операции составляет 80 мксек.
Однако реализовать достигнутую скорость работы процессора можно было только при использовании быстродействующего ОЗУ. Ещё в январе 1958 года В.С. Маккавеев сообщил о переориентации работы моей группы на разработку магнитного оперативного запоминающего устройства (МОЗУ) на ферритовых сердечниках для ЭВМ “Урал-2”. Мне была предоставлена полная свобода действий.
Основное требование: в течение 80 мксек надо обеспечить выборку из МОЗУ команды и выборку (или запись) полного (или неполного) числа. Решил разрабатывать МОЗУ ёмкостью 4096х20 бит на ферритовых сердечниках марки К-28 с внешним диаметром 2,54 мм по схеме 3D,4W. Из СКБ-245 были получена документация на технологию производства запоминающих сердечников К-28 и на автомат сортировки их по импульсным параметрам.
В лаборатории новых элементов В.Г. Чубаров и В.А. Болотский приступили к освоению производства этих сердечников, М.И. Голубев – к наладке и модернизации автомата.
Главный конструктор машины «Урал-2» был озабочен в особой степени. Почти ежедневно он заслушивал мои сообщения о ходе выполненных работ и принятых решениях по реализации схем. В марте он направил меня в ИТМ и ВТ, ЛУМС и СКБ-245 для ознакомления с последними достижениями разработчиков МОЗУ. У С.А. Лебедева отказались от воспроизведения МОЗУ БЭСМ-1, сделали ставку на новый сердечник марки ВТ-1, у И.С. Брука в ЭВМ М-2 по-прежнему использовалась память на ЭЛТ, в СКБ-245 работы с МОЗУ типа 3D,4W были далеки от завершения.
В своей группе по экспериментальной отработке схем и макетированию узлов я выделил направление работ каждому участнику, с каждым ежедневно обсуждал итоги его работ и координировал его деятельность.
Со мной теперь с неистощимым энтузиазмом работали В.А. Аверьянов, Т.П. Вьюшкова, Г.Н. Губкина, В.Я. Сковородин, С.Н. Телков, В.Н. Филиппов, Н.Н. Мишин, Т.П. Шутова, В.И. Близнин, В.И. Макарова и другие. К.Б. Х.В. Гольберг обеспечивало конструкторское сопровождение наших работ.
Работу запоминающего сердечника в разрабатываемом нами МОЗУ поясняет приведенный ниже рисунок.
Амплитуда считанного сигнала “единицы” с запоминающего сердечника – около 400 мВ, длительность – 1500 нсек. Считывающая обмотка – из четырёх секций, нагруженных каждая на повышающий импульсный трансформатор. С выходов трансформаторов сигнал поступал на двухполупериодные выпрямительные схемы, реализованные на германиевых диодах Д9Д. Через схему “ИЛИ” сигнал передавался на усилитель воспроизведения, выполненный В.Я. Сковородиным на лампе 6Н6П, вентиль временного стробирования – на лампе 6Ж1П. Стробирующий сигнал сформировали с помощью заторможенных блокинг-генераторов на лампах 6Н6П, первый из которых заряжал накапливающий конденсатор, а второй, задержанный, разряжал его. Съём с конденсатора прямоугольного импульса с фронтом около 80 нсек выполнили с помощью катодного повторителя. Стабильное положение сформированного импульса обеспечивалось используемыми “уральскими” линиями задержки с распределёнными параметрами.
В нашей диодно-трансформаторной схеме в качестве ламп Л1 – Л16, ЛI – ЛVIII и в схемах “И” использованы лампы 6П13С, а в качестве диодов – лампы 6Н1П в диодном включении. Величина сформированных импульсов координатного тока – 500 мА. В канале регенерации – лампа 6П13С с трансформаторным выходом, соединённым с обмоткой запрета разрядной плоскости через лампу 6Н5С в диодном включении для непропускания сигнала обратной полярности.
Каждая схема тщательно отрабатывалась нами, Б.И. Рамеев регулярно заслушивал мои сообщения.
В июне по предложению Б.И. Рамеева меня назначили начальником лаборатории по разработке МОЗУ. Вместе с Б.И. Рамеевым мы приняли решение об использовании матриц ёмкостью 16х16 бит (МЭ-1) для построения разрядной плоскости, решение огромной важности! Монтаж матриц МЭ-1 выполнили девушки, принятые “с улицы”, без навыков какого-либо монтажа.
В лаборатории в октябре уже работало одноразрядное МОЗУ (стенд проверки матриц СПМ-1), созданное с участием В.И. Близнина и К.Г. Лактюшкина. Тест “Бегающая единица” подтвердил устойчивую работу матриц МЭ-1. Мы проверяли область устойчивой работы каждой матрицы МЭ-1 при изменении координатных токов и тока запрета до 1-3 сбоев. Для текущего контроля нами использовался тест с наихудшим отношением сигнал-помеха (“Шахматный порядок”). Ферритовый куб КФ-1 с 22 разрядными плоскостями смонтировали В.Г. Зоткин и А.М. Мордвинцев.
К середине декабря 1958 года завершилась автономная наладка промышленного образца МОЗУ со схемой типа 3D,4W, первого в нашей стране! Время цикла не превышало 15 мксек. МОЗУ присвоили шифр У-400.
До конца декабря мы успели завершить стыковку МОЗУ с процессором и комплексную их проверку. МОЗУ обеспечивало выборку команды и чтение (или запись) числа, не удлиняя цикл работы процессора! Составленные В.И. Мухиным тест-программы МОЗУ исполнялись верно. Работа была выполнена нами, молодыми специалистами, менее чем за 11 месяцев!
В.И. Мухин с участием А.В. Куренкова и Р.В. Ворониной разработал схемы ПчУ У-542, устройства с вращающимися печатающими колесами. ПчУ можно подключать к выходу ЭВМ “Урал-2”. Чертежи печатающего механизма БМП-20, разработанного В.И. Добросмысловым, были получены из НИИсчетмаша. Принцип печати поясняет приведенный справа рисунок. На нижнем фотоснимке БМП-20 1 – печатающие колеса, 2 – синхробарабан, 3 – электромагниты, приводящие в действие печатающие молоточки.
Изготовление механической части устройства сопровождали конструкторы С.М. Долбенского, в изготовлении БМП-20 – заслуга механика В.С. Сергеева. Под его руководством изготавливались “накаткой” печатающие колеса цифрового барабана ЦБ с 12 символами на колесе (десять цифр и знаки + и -).
Электрические схемы печатающего устройства разработал В.И. Мухин. В качестве приёмного регистра данных из машины им были использованы, как и в печатающем устройстве машины “Урала-1”, МТХ-90, малогабаритные тиратроны с холодным катодом.
16 электромагнитов БЭМП возбуждались тиратронами типа ТГ-3 0,3/1,3. Считывание синхросигналов с кодового барабана КБ выполнялось с помощью фотодиодов блока БФД. Ширина бумажной ленты – 90 мм.
Скорость вывода цифровых данных из “Урала-2” по сравнению с “Уралом-1” возросла в 12 раз, достигла 20 строк в секунду. Такая скорость была только на опытных образцах М-20, машин более высокого класса.
Разработкой ВЗУ руководил опытный “уральский барабанщик” А.Г. Калмыков, с июня 1958 года – начальник лаборатории в отделе Ю.Н. Беликова. Накопитель на магнитном барабане выполнили в виде контроллера У-410 (один “уральский” шкаф) и подключаемых к нему до 8 магнитных барабанов У-421 ёмкостью 8192 слова каждый. Плотность записи – 4 имп/мм. Расстояние между дорожками – 6 мм. Зазор между магнитной головкой и поверхностью барабана – до 25 мкм. Скорость передачи данных – до 5000 слов/сек. Выдача и приём данных – по 5 бит в каждой из 4 групп 20-разрядного слова. Разработчики НМБ: В.Д. Борщевский, А.М. Фиштейн, Н.Н. Виноградов, В.И. Дубинин и Б.А. Малафеев. Убедились в эффективности теста Б.В. Коробова со случайными числами. Была предусмотрена возможность контрольного считывания данных, хранящихся на магнитном барабане, с суммированием их в АУ без записи в МОЗУ (операция 51 с признаком 4 вместо 0). Операцию использовали при отладке программ.
В лаборатории А.Г. Калмыкова модернизировали и “уральский” накопитель на магнитной ленте (НМЛ). Его ёмкость увеличили с 40000х36 бит до 100000х40 бит. Носитель информации прежний – перфорированная магнитная лента шириною 35 мм.
Операции с магнитной лентой – групповые. Информация на ленте располагалась в зонах, количество которых – не более 255. Номер зоны пробивался на ленте. В зоне могло размещаться до 4096х20 бит. Каждое 20-разрядное слово записывалось по 5 дорожкам в четыре строки. Плотность записи – 20-разрядное слово на миллиметре ленты. Длина ленты – до 250 м. Скорость считывания – до 1000 40-разрядных слов в секунду.
Модернизацию НМЛ выполнили в начале 1959 года Н.А. Горшкова, В.И. Дубинин, В. Васюк и другие не без помощи В.И. Мухина.
Из книги Рамеевская школа конструирования ЭВМ. История разработок в фотографиях
