Ферритовая память в аван-проекте ряда ЭВМ

Г.С. Смирнов

Вновь убеждаюсь, наш выбор матричной ферритовой памяти с совпадением координатных полутоков (с выбором 3D) в качестве ОЗУ ЭВМ "Урал" – безупречен. Мы в форватере развития мировой запоминающей техники. По такой схеме создают ферритовую память на фирмах IBM, DEC, Plessey и многих других, в нашей стране - коллективы А. Тюрина, В. Осокина в Москве, К. Лапина в Пензе, В. Аверьянова в Минске и даже в ИТМ и ВТ для БЭСМ-4, инициаторов построения МОЗУ с выбором 2D. С завышенной оценкой МОЗУ со схемой выбора 2D среди нас, разработчиков памяти, покончено.

Для меня новым стало требование Б.И. Рамеева расширить рабочий температурный диапазон pазpабатываемых устройств ЭВМ "Урал" до +5...+40 градусов Цельсия. В беседах со мной Главный конструктор выразил намерение увеличить информационную ёмкость памяти, повысить надёжность. Несколько позже была выдвинута задача обеспечения сохранения информации при выключении первичного напряжения сети. Серьёзные, интересные задачи мне предстояло решать с новой "командой": молодыми специалистами, окончившими, в основном, Пензенский политехнический институт. Они выполняли дипломные работы в нашей лаборатории. Окончательную профессиональную специализацию им предстояло получить в процессе наших реальных работ.

Анализ температурных свойств сердечников С-1, выполненный с участием Геннадия Нефёдова, показал, что имеет место вариация коэффициента температурного изменения порогового тока, а это делает ненадёжным использование принципа температурозависимой подстройки тока возбуждения сердечников в заданном рабочем температурном диапазоне. Поэтому мною принимается решение поместить ферритовый куб в термостат и автоматически поддерживать в нём температуру 45 градусов с точностью в два-три градуса.

В связи с этим были выстроены требования не только к проверке ферритов при повышенной рабочей температуре (+50 градусов), но и к проверке матриц (+48 градусов). В качестве стенда проверки матриц мы использовали модернизированный БНФ-1. Необходимые для стенда средства термостатирования по поручению Рамеева разрабатывали конструкторы во главе с Х.В. Гольберг.

Помню, вскоре очень довольная Хана Вульфовна принесла мне разработанные ими чертежи и расчет средств термостатирования. Она особенно гордилась расчетом, выполненным по методике из научного журнала. Я же забраковал их работу и порекомендовал чертежи доработать. Мои замечания Хану Вульфовну не убедили, ее еще не покинуло чувство эйфории, и она предложила идти к Рамееву, надеясь доказать свою правоту.

Башир Искандарович нас принял немедленно, посмотрел чертежи и поинтересовался моими замечаниями. Он согласился со мной, что следует термостат делать прозрачным, чтобы визуально контролировать размещение матрицы и зажим ее на рабочем месте. Предложил вместо алюминиевого короба использовать прозрачный короб из оргстекла, проволочные нагревательные элементы заменить обычными лампами накаливания, которые помимо нагрева послужат для дополнительного освещения. Термореле обеспечит необходимое управление нагревом. Было принято мое предложение выделить место в термостате для термоподготовки группы матриц, подлежащих проверке. К двум входным отверстиям в коробе (для рук оператора) Башир Искандарович предложил прикрепить матерчатые нарукавники, подобные используемым фотографами для заправки в кассеты фотопленки. Чертежи унесли на переделку. Новый термостат мы пристроили к нашему безламповому накопителю, удалив из него ферритовый куб. Получился стенд проверки матриц СПМ-3

Качество сортирующей сердечники техники всё ещё беспокоило меня: приходилось вводить повторную проверку, а повторяемость результатов тогда была на уровне 70...80 процентов. В таком случае, входной контроль сердечников не может быть эффективным. И мы вынуждены с участием Нины Юльцовой, Павла Тверского и других днем и ночью вести проверку «опроцентованных» изготовителем ферритовых сердечников С-1 у себя в лаборатории на «ручных» стендах. Так продолжалось до начала 1962 года, когда из НИИЭМП мы получили автомат контроля ферритов (АКФ-61).

С появлением автомата АКФ-61 к его обслуживанию были подключены Валентин Близнин, позже Виктор Чернов, Ольга Иванова, Капитолина Бойко, Александр Чижов под "присмотром" Геннадия Нефёдова, способного инженера, склонного к исследовательской работе.

Достигнутое нами качество сортировки сердечников С-1 позволило увеличить информационную ёмкость элементарной матрицы (МЭ-3) до 1024 бит; такие матрицы мы намеревались использовать в накопителях ёмкостью до 8192 - 16384 двоичных слов. К этому времени появились пензенские прессованные каркасы матриц, и мы их немедленно применили в своих матрицах (МЭ-4). Обмотка считывания – по-прежнему диагональная. Через каждый запоминающий сердечник проходят четыре провода марки ПЭВТЛ. Такой провод можно паять без зачистки изоляции, нужен лишь специальный припой.

Вязка матриц МЭ-4 оказалась вполне по силам Нине Ломовцевой и другим нашим лаборанткам. Провод считывания по-прежнему имел "диагональную" прокладку. Через каждый запоминающий сердечник проходило 4 провода (схема 3D,4W). Анатолий Гневшев с операторами-лаборантками вели проверку матриц МЭ-4 на стенде СПМ-3. Они регистрировали области устойчивой работы при изменении координатных токов в каждой матрице, а мы с Геннадием Нефёдовым вели обработку результатов и назначали нормы браковки для заводских условий.

Информационная емкость разрабатываемого устройства памяти в четыре раза больше, чем в модуле БНФ-1. Поэтому применяем более совершенную схему в канале воспроизведения, состоящую из модулей М-3 и М-4. Транзисторы – П403. резисторы - МЛТ. Объединением выходов модулей М-3 получаем схему «ИЛИ».

Канал регенерации – потенциальная схема на транзисторе «Полет» с диодной нелинейной обратной связью для устранения насыщения.

        

В коммутации координатного тока используются модули ключей напряжения М-1 (слева) и М-2. В них транзистор - «Полет», импульсный трансформатор заводского производства, типа «И». Диоды кремниевые Д219/Д220. Входные сигналы – с выходов типовых логических модулей Б-1. Через транзистор и два параллельно включенных диода пропускается импульс коммутируемого тока величиною I =250-260 мА.

На рисунке показана упрощенная схема включения модулей М-1 (К1), М-2 (К2) и диодного дешифратора. На ферритовом кубе модуля памяти У-450 мы помещаем диоды выборки координатных шин, что существенно сокращает количество соединений с ключевыми модулями М-1 и М-2 избирательных схем "X" и "Y". Источник питания у нас один, и мы с Анатолием Михайловым с каждой стороны координатной щины помещаем по паре диодов диодного дешифратора. Подобное решение имело продолжительную жизнь (Шигин А.Г., Дерюгин А.А. Цифровые вычислительные машины. М., Энергия, 1975). Стало известно о появлении пригодных для такого дешифратора импульсных диодов с большим прямым током «Памир», но мы не смогли их получить. Решили использовать кремниевые диоды Д219. И не пожалели.

Выходы с катодов пары диодов модулей М-1 соединены с выходом модуля М-6. Коллектор его транзистора через токоограничивающий резистор соединен с «высоковольтным» источником питания (-40…-60 В). Исходное состояние транзистора «Полет» - проводящее, обеспечивающее U к=-1…-2 В. Запирание модуля М-6 при открытых ключах модулей М-1 и М-2 определяет точное начало протекания импульса тока в избранной координатной шине. Выход модуля М-6 – удобная точка для осциллографического контроля напряжения на шинах. В режиме перебора адресов мы проверяли разброс напряжений и это помогало локализовать неисправность. Нами обеспечивается возможность проверки формы импульсов тока в каждой координатной шине без "вскрытия" термостата. Предусматривается схема аварийного отключения подогрева куба при неисправности в схеме управления. Конструктивное оформление ферритового куба - труд Владимира Стёпушкина и его коллег конструкторов.

Работу в нашей лаборатории считает престижной и Андрей Невский, и ветеран нашего предприятия Ольга Ефимовна Кроник. По ее рекомендации у нас появляется новый молодой специалист из Пензенского политехнического института Константин Юренков. Он аналитически оценивает параметры ферритового куба. Это был наш шаг по пути, проложенному американскими специалистами: была публикация в экспресс-информации. Константин отлично зарекомендовал себя в этой работе.

С участием конструктора Ларисы Елатонцевой и нашего «старожила» Ивана Шульпина Юренков разрабатывает улучшенный вариант блока управления термостатированием ферритового куба.

Я составил новую функциональную схему НФ, продумал решения по основным узлам, добиваясь их функциональной законченности, выбирал и подключал дополнительных исполнителей к дальнейшей, детальной проработке. Достигнутая нами минимизация типов ячеек (шесть) и их определенная универсальность в рамках задуманного ряда модулей ферритовой памяти порадовали. Трассировка ячеек выполнялась вручную и проверялась очень тщательно, по два-три раза. Заключительную проверку я выполнял сам, и каждый раз мне удавалось либо сократить связь, либо даже найти ошибку. На стенде проверки ячейки обычно работала Людмила Назарова (Кузнецова).

Компоновка первого модуля ферритовой памяти (У-450) емкостью 4096х26 бит была выполнена мною с таким расчетом, чтобы обеспечить минимальные длины прохождения важнейших импульсных сигналов. Оставлены свободными 8 верхних ячеек в шкафу Ш-2 для размещения дополнительных схем при реализации функционально законченного устройства ёмкостью до 16384 26-разрядных слов. В модуле памяти У-450 нами использовалось 1100 транзисторов на 350 модульных элементах, размещённых на 86 ячейках.

Мною предусмотрена возможность объединения своих модулей памяти в некую подсистему памяти, где их число могло доходить до 8. Это помогло значительно увеличить вычислительную мощность наших ЭВМ. Но пришлось исключить из модулей памяти средства автономной проверки. Были оставлены в модуле лишь средства изменения координатных токов, необходимые для проведения как профилактических и ремонтных работ, так и для проведения испытаний. Более эффективным представлялось иметь отдельный стенд контроля накопителей (У-725), который можно было бы подключить к любому модулю памяти. По моим техническим требованиям устройство контроля ферритовых модулей памяти разрабатывалось нами одновременно с модулем памяти с помощью откомандированных к нам инженеров Геннадия Глазунова (на снимке) и Вадима Баронца. В 1962 году опытный образец НФ У-450 был налажен и испытан в изумительно короткий срок.

При проектировании этого модуля памяти мы с Анатолием Михайловым продумываем вопросы построения накопителей и У-451 с информационной емкостью 8192х26 бит, и У-454 с информационной ёмкостью 16384 26-разрядных слова, а также модулей У-452, У-453, У-455 с ёмкостью соответственно 4096, 8192, 16384 52-разрядных слова. Готовим оценки необходимого количества компонент, ожидаемой надёжности, потребляемой мощности, занимаемого устройством физического объёма. Построение таких накопителей при нашем наборе разработанных модулей представляется лишь делом времени.

По заданию Рамеева расширяю фронт работ по ферритовой памяти. С Борисом Жулиным мы в трудном поиске схемных решений для модулей памяти с циклом работы 3 мкс. (У-460, У-461 с информационной ёмкостью 4096 26- и 52-разрядных слов). Статья группы авторов (Allen C.A., Bruce G.D., Councill E.D. Trans. IRE , №2, June 1961, pp . 233-237) о разработке для машин IB M -7030, IBM -7080 и IBM -7090 МОЗУ с циклом 2,2 мкс. вскрывает груду очень сложных проблем, с которой нам ещё предстоит встретиться.

Понятно, что предельное быстродействие можно получить на высококоэрцитивных кольцевых ферритовых сердечниках при выборке типа 2D. Ёмкость 1024 26- или 52-разрядных слов с циклом работы 1 мкс. (для У-462, У-463) представляется нам принципиально достижимой (это подтвердит Валерий Осокин со своими коллегами при создании ЭВМ "Весна"), но наш базовый набор логических элементов слишком медленный для такого устройства, а эксперименты с элементами очень высокого быстродействия не внушали оптимизма. Работа в этом направлении носила скорее оценочный характер, чем начало реального проектирования.

Валентине Бучиной и А. Фиштейну поручаю экспериментальную проработку схемотехники памяти с неразрушающим чтением на биаксах К-260; элементы разрабатывает и изготавливает мелкими партиями коллектив Валентина Чубарова в Пензенском НИИЭМП. Оцениваем возможность построения накопителей У-470 и У-471 с информационной ёмкостью 4096 26-разрядных слов с временем выборки 2,0 мкс и 0,7 мкс.

Москвич Ю.И. Визун работает с подобными элементами с заметным опережением и с большим размахом: у него и потребность в таком ЗУ намного серьёзнее нашей. Американцы назойливо рекламируют биаксы. Но очень мало примеров успешной реализации устройств на таких элементах: ЭВМ RW -440 было продано лишь 20 образцов по удручающе высокой цене. Мы не обольщаем Рамеева: наш финиш не близкий. Я присутствовал в Центральном Морском НИИ на защите кандидатской диссертации Василия Хромова по памяти с неразрушающим считыванием на кольцевых ферритовых сердечниках с перпендикулярным отверстием.

Главному конструктору нужно запоминающее устройство для особо надёжного хранения констант, подпрограмм и т. п. Принимаю решение разрабатывать его на ферритовых сердечниках с непрямоугольной петлей гистерезиса: в стране уже есть опыт построения таких устройств, я знаком с ним; нам надо разработать свой вариант на новой "уральской" схемно-конструктивной базе: У-475, У-476, У-477 с информационной ёмкостью 4096, 8192 и 16384 26-разрядных слова. Основными исполнителями становятся Виталий Соколов и Борис Лядов, которых по инициативе Рамеева откомандировывают ко мне из других лабораторий.

В отделе Е.Б. Рассказова (он сменил В.С. Маккавеева) Евгений Павлов, Николай Петрунин и Александр Макеев решают использовать хорошо зарекомендовавшие себя наши технические решения по У-544 и У-550, но реализовать их на новой базе, чтобы получить заданное АЦПУ (У-545). Естественно, что они применяют наши специальные модули типа М-1 ... М-7 и дополняют их своими силовыми, для возбуждения электромагнитов. В считывателе с перфокарт применяют наши решения в блоке буферной памяти.

Перед Анатолием Калмыковым, которого позже сменил Владимир Болотский, Б.И. Рамеевым ставится задача увеличения информационной ёмкости внешних запоминающих устройств, в частности, НМЛ с емкостью до 24000000 бит. Постепенно нарастает функциональная сложность центральных устройств. Всё это обусловливает повышение требований в отношении надёжности и устройств, и будущего программного обеспечения наших ЭВМ. Вместе с разработчиками НМЛ, процессоров и программистами Б.И. Рамеев отрабатывает способы обеспечения надёжности. Его наиболее сведущий консультант по этим вопросам - Лев Богословский, способный углубиться в математические премудрости дальше любого из коллег. Но Главный конструктор хочет знать инженерные решения тех, кто уже имеет практические данные по таким вопросам, и он посылает меня с этой целью ОПМ МИАН к Анатолию Николаевичу Мямлину, где уже была построена машина «Восток» с аппаратным контролем «по модулю 7». О своей беседе с разработчиками «Востока» рассказал Рамееву.

Основополагающие решения по машинам разрабатывает сам Главный конструктор, часть его задумок известны только очень узкому кругу специалистов (по направлениям) или же совсем неизвестны окружающим. Последнее относится, в основном, к конфигурации и сфере применения проектируемых ЭВМ.

В аван-проект ряда полупроводниковых ЭВМ "Урал" Башир Искандарович включает 11 ЭВМ на базе 34 устройств, из которых 31 устройство собственной разработки, не считая нестандартных контрольно-измерительных и технологических устройств.

В таблице показано использование внутренней памяти в предлагаемых моделях ЭВМ.

Впечатляющий, новаторский, очень нужный проект! Какой унификации можно было бы достичь! Как облегчилось бы производство машин!

Однако по Томашу (Data Product) "Новаторство даёт 90 процентов удовольствия, но оно составляет лишь 10% требующегося усилия". Мне ясно, что своих, институтских, сил для реализации проекта не хватит.

В мае 1963 г. Координационный междуведомственный научно-технический совет Госкомитета по радиоэлектронике СССР рассмотрел наш проект. Я был в числе разработчиков, защищавших проект на совете. В постановлении совета записано, что

"7. С целью сокращения сроков разработки машин и освоения их в серийном производстве просить Госкомитет по радиоэлектронике СССР, СНХ СССР, СНХ РСФСР решить вопрос о подключении к разработке НИИ ГКРЭ и КБ заводов совнархозов, имея ввиду окончание разработки и внедрения в серийное производство всех машин ряда в 1964-1965 гг.

8. Считать первоочередной задачей ... разработку и внедрение в народное хозяйство машин типа"Урал-11" и "Урал-14" с учётом обеспечения их серийного производства в 1964-1965 гг. ..."

Следующая статья книги

Из книги "Ферритовая память ЭВМ «Урал»". Пенза, 2006 г.
Перепечатываются с разрешения автора.