Мой первый проект МОЗУ

Г.С. Смирнов

В феврале 1957 года по окончании МЭИ я получил направление на работу в Пензенский филиал СКБ-245 Министерства машиностроения и приборостроения. Тогда по соображениям секретности на зданиях такого рода предприятий не указывалось ни официальное наименование предприятий, ни присвоенный им номер «почтового ящика». Найти нужный мне «ящик» в незнакомом городе представлялось проблематичным.

Однокурсники, практиковавшиеся в Пензе, пояснили, как мне поступить: с вокзальной площади надо проехать на троллейбусе мимо деревенского типа улиц до появления городских домов, пройти мимо памятника И.В. Сталину до барачного помещения и спросить отдел кадров. Пояснение оказалось безупречным.

Пенза, май 1957 г. Как семейному специалисту мне выделяют комнату в коттедже, строительство которого завершится в ближайшее время, и поселяют временно в частном секторе на восточной городской окраине. Не дожидаясь автобуса, на работу отправляюсь пешком.

В небольшом трехэтажном кирпичном здании, где размещался филиал СКБ-245, в кабинете главного инженера меня принял временно замещавший Б.И. Рамеева начальник отдела специальных ЭВМ Валерий Степанович Маккавеев. Завершая ознакомительную беседу, он спросил, чем бы я хотел заниматься. После дипломного проектирования устройства управления последовательной ЭВМ мне, естественно, хотелось разрабатывать здесь что-то подобное. К моему удивлению это предопределяло необходимость работы в лаборатории, а не в конструкторском бюро.

В.С. Маккавеев

В.С. Маккавеев (на снимке) взял меня к себе в отдел, где разработка машины М-30 из-за отсутствия необходимых специалистов с 1956 года находилась, практически, в «замороженном» состоянии. С помощью математиков было лишь определено, что новая ЭВМ должна быть более быстрой, чем "Урал".

В просторной комнате, где мне было выделено рабочее место, находились проектировщики машины, молодые специалисты со стажем работы менее одного года. Их должности, как и у меня, – инженеры самой низкой категории, третьей.

Работами руководил сам Валерий Степанович, ни ведущего или старшего инженера, ни начальника лаборатории не было. Инженеры, в основном, изучали элементную базу машины «Урал». На столах лежали фотокопии схем «уральских» типовых элементов замены, называвшихся тогда ячейками.

Структурные компоненты проектируемой машины еще не были определены. В процессе поиска Валерий Степанович задумал апробировать в рамках начавшегося эскизного проекта ряд новых схемотехнических решений. Мне было предложено спроектировать электронную установку, которая позволила бы убедиться в способности ферритового сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса выполнять функции элемента памяти в оперативном запоминающем устройстве.

В комнате были одноламповые ячейки ЭВМ "Урал" со схемами, близкими к известным мне схемам трёхламповых ячеек ЭВМ "Стрела". Выполнив графоаналитический расчет выходных силовых каскадов, я в первый же день составил электрическую схему заданной мне установки на базе имевшихся ячеек.

В. А. Аверьянов

На другой день, заглянув в лабораторию, В.С. Маккавеев застал меня за конструктивной проработкой схемных решений. Едва скрывая удивление, он проверил схему и расчёт. И немедленно для ускорения реализации схемы образовал группу специалистов, включив в неё инженера Вадима Алексеевича Аверьянова (на снимке), недавно прибывшего из Ленинградского политехнического института им. Калинина, техников Т. Беглову и Н. Кочелаевского из Пензенского приборостроительного техникума, а меня назначил руководителем группы. В изготовленном по нашему заказу каркасе настольного исполнения мы разместили кассеты с ячейками установки. Монтажные работы выполняли сами. Работа спорилась. Наладку установки завершили быстро. Получили серию импульсов тока для возбуждения ферритового сердечника. Валерий Степанович дал мне для изучения по одному кольцевому ферритовому сердечнику марки К-65 (с размерами 7х4 мм), марки Л-2 (3х2 мм) и марки К-28 (2,55х1,8х1,0 мм).

Вскоре с помощью нашей установки и огромного неуклюжего осциллографа ЭО-1 мне удалось увидеть выходные сигналы с ферритового сердечника марки К-28, оказавшегося наилучшим из полученных сердечников. Сигналограммы внимательно проанализировали.

Рисую петлю гистерезиса и поясняю коллегам процессы записи и чтения, а также свойство сохранения магнитного состояния сердечника при возмущении полутоком. Нам ясно, что такой сердечник может выполнять не только функцию памяти, но и функцию выбора по схеме с совпадением полутоков. Судя по осциллограмме сигналов, можно ожидать, что быстродействие запоминающего устройства на таких сердечниках могло бы на два порядка превысить быстродействие оперативной памяти машины "Урал". Это позволило бы не только получить требуемое для ЭВМ М-30 время решения задачи, но и выполнить машину по параллельно-последовательному принципу, благодаря чему можно было бы сократить объём используемого оборудования. По моему мнению, для перевозимой машины М-30 это очень важно. Первые результаты породили смелые надежды.

Но как будет работать сердечник среди тысяч себе подобных? Какова его чувствительность к воздействию внешних факторов, например, температуры окружающей среды? В какой мере хранение информации будет надёжным? Какие нужны схемные и конструктивные решения? На эти вопросы ответа ещё не было. Однако привлекательность ферритовой памяти стала очевидной, и В.С. Маккавеев разрешил нам приступить к поиску необходимых схемотехнических решений.

В это время молодые специалисты из Пензенского политехнического института Иван Гундоров и Александр Шитов вне нашей группы занялись поиском схемотехнических решений по процессору машины. Вскоре их настольной книгой стала поступившая в Пензу книга Р.К. Ричардса «Арифметические операции на цифровых вычислительных машинах».

Решения по технике ввода данных и программ в машину М-30 и их длительного хранения еще не было. Видимо, поэтому по инициативе начальника отдела последовала моя командировка в Москву, на Пятницкую, на научно-техническое совещание по магнитной записи звука. По заданию, объектом моего внимания стала информация об использовании проволоки в качестве носителя записываемых сигналов. Тогда же я купил сборник переводных материалов под редакцией В.А. Бугрова «Магнитная запись звука», изданную годом ранее. Речь шла о записи звуковых сигналов на стальную проволоку, первые попытки которой сделал Штилле в 1930 году. Он же указал, что запись звуковых сигналов на проволоке сохраняется многие годы. Какой-нибудь полезной информации по использованию проволоки для хранения цифровых данных или для ввода и вывода информации в ЭВМ я не обнаружил. Лишь в следующем году вышла из печати книга о машинах SEAC и DYSEAC , в которых использовались кассеты со стальной проволокой для хранения и ввода-вывода цифровой информации. На кассете помещалось до 700000 бит, а считывание с проволоки выполнялось в 120 раз быстрее, чем с перфоленты.

В то время считалось, что в цифровых машинах для хранения подпрограмм и констант полезно использовать отдельное запоминающее устройство, называвшееся постоянным (ПЗУ). Валерий Степанович отправил меня в СКБ-245 (Москва), к А.А. Тимофееву, руководившему разработкой специальных ЭВМ. У него в отделе я ознакомился с техническим отчетом по разработке ПЗУ на металлизированных листах бумаги. Привлекала возможность создания весьма компактного запоминающего устройства, но настораживала повышенная чувствительность такого устройства к воздействию влаги. Валерий Степанович получил свежую информацию для размышления.

К. Лактюшкин

В июне я поселился в выделенной мне комнате с общей кухней в новом двухквартирном доме на дальнем краю города, на Южном проезде. Соседом оказался мой однокурсник Константин Лактюшкин со своей женой и малолетним сыном. Он, как и я, работал в филиале СКБ-245, но в лаборатории новых элементов, самостоятельном подразделении предприятия.

Теперь я смог получить свой багаж: фанерный ящик из-под папирос с институтскими конспектами, книгами и прочей мелочью. Кровать, стол и стулья получил казенные, из ЖКО. Моя жена Валентина Ивановна с двухмесячной дочерью не заставила долго ждать. Под аккомпанемент местных лягушек мы стали "жить-поживать, да добро наживать".

В заводской библиотеке я нашел фундаментальную монографию Ричарда Бозорта «Ферромагнетизм», перевод которой был издан в нашей стране в 1956 году. Однако внимательное знакомство с ней не помогло: рассматривались лишь публикации до 1951 года. Тогда исследования ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса еще не интенсифицировались. Следует сказать, что лишь в 1954 г. в Массачусетском институте (США) в экспериментальной ЭВМ Whirlwind (Вихрь) в качестве оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) впервые в мире стала работать память емкостью 1024 слова на ферритовых сердечниках. Но какие-нибудь зарубежные статьи об этом в библиотеке Пензенского завода САМ, которой мы могли пользоваться, отсутствовали.

Помог нам Валерий Степанович. Он познакомил меня с фотокопиями зарубежных материалов. W.N. Papian (Electronics , March 1955, pp . 194-197) показал, как можно построить запоминающее устройство на ферритах с трехмерной выборкой (типа 3D) с использованием импульсных трансформаторов, что позволило ему сократить количество пронизывающих сердечник проводов с шести до четырех (4 W ): значительно упростился монтаж сердечников. A.A. Robinson и его коллеги ( Proc . IEE , April 1956, pp . 295-301) пояснили, что при использовании диодно-трансформаторной матрицы можно сократить в устройстве с выбором 3 D ,4 W количество мощных электронных ламп. Параметры используемых запоминающих сердечников, трансформаторов и ламп нам не были известны.

Процессы считывания в таких устройствах, судя по статье москвича В.В. Китовича («Приборостроение», №7, 1956 г), представлялись отпугивающе сложными в реализации: для матрицы ёмкостью 1024 бита допустимая не идентичность сигналов с сердечника составляла не более 1,7%. Это было вряд ли достижимым и нуждалось в серьёзной проверке.

Стало ясно, что ни аналитические оценки, ни творческие размышления, ни расширенный литературный поиск в той ситуации не разрешат кардинально наши задачи: следует поэкспериментировать, многое увидеть своими глазами. Потребовались и самостоятельная разработка схем, и макетирование основных узлов, прежде всего, матрицы запоминающих сердечников с возбуждением координатными полутоками, хотя бы по упрощенной схеме "креста".

Предложенный мною объём макета оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) с учётом предполагавшегося последующего функционального расширения представлялся весьма внушительным. По нашему заказу мы получили типовые шкафы, источники питания и ячейки ЭВМ "Урал". Предстоящий монтаж панели управления, схемы обеспечения однотактного и непрерывного режимов работы, регистра адреса и других схем макета для моих помощников был первой практической работой. Она выполнялась с интересом и увлечением, а огромное доверие повышало их усердие.

Мне хотелось построить весьма экономичный в отношении используемого оборудования дешифратор координатных полутоков ферритового устройства памяти с помощью магнитных кольцевых ленточных сердечников, о замечательных свойствах которых слышал на институтских лекциях. И Валерий Степанович принес мне один такой сердечник. Но ни я, ни он не знали ни наименования сердечника, ни изготовителя. И я был командирован в ИТМ и ВТ АН СССР, в котором велись работы по ферритовой памяти.

Меня направили к М.П. Сычевой, участнице разработки такой памяти. Получил отчет и по студенческой привычке стал конспектировать его, зная, что увезти его в Пензу мне не позволят. В отчете рассматривалось поведение ферритовых сердечников в запоминающем устройстве емкостью 1024 слова с двухмерной их выборкой (типа 2 D ). Дешифратор тока возбуждения имел 1024 выхода, каждый для своей ячейки, хранящей слово данных. Он был выполнен на ферритовых сердечниках К-65 (7х4 мм). Выпускник МЭИ Алексей Сергеевич Федоров, соавтор изучавшегося мною отчета, пояснил, что ленточные сердечники менее технологичны и дороже, чем ферритовые, а недостаточную прямоугольность петли гистерезиса последних они уменьшают с помощью дополнительных (компенсирующих помеху) сердечников.

Вырабатываемый дешифратором ток записи в ячейке равен двум третям от тока переключения сердечника. Отдельная схема устройства вырабатывала ток, воздействовавший на все сердечники одного разряда устройства. Величина тока была втрое меньше тока переключения, а полярность была положительной при записи «единицы» или отрицательной при записи «нуля» данных. Подчеркивалось, что такая запись обеспечивает лучшее сохранение информации.

Экспериментальный образец МОЗУ мне не показали: в этом году он был испытан в машине БЭСМ-1 и эксплуатировался в ее составе. Найти изготовителей ленточных магнитных сердечников мне не удалось.

Тем временем наша группа пополнилась выпускницами ВУЗов Саратова и Ленинграда (Татьяна Вьюшкова, Галина Губкина, Тамара Шутова, Евгения Мишина) "непрофильных" специальностей. Татьяна и Евгения, например, – радиоастрономы. Им были незнакомы книги Л.А. Мееровича и Л.Г. Зеличенко, Я.С. Ицхоки, Н.Т. Петровича и А.В. Козырева, в то время "настольные" у электронщиков.

Всем им были неведомы и азбучные "постулаты" инженера-электрика:
• ток через индуктивность скачком не возрастает;
• напряжение на ёмкости скачком не возрастает;
• чудес на свете не бывает.

Требовалось определенное "перепрофилирование". Тем временем пришлось больше работать самому: за моими плечами был всё же трехлетний опыт работы с электронными схемами на кафедре вычислительной техники МЭИ, где с неизбежностью развивались самостоятельность в принятии решений и уверенность в своих силах. Постепенно наше усердие стало приносить плоды: не только углублялись знания, но и рос объём макета, источник следующих познаний.

В сентябре мы работали очень напряженно, даже ночами, стремились завершить составление эскизного проекта нашей машины. Проект подготовили в заданный срок. Принять работу должна была комиссия с участием Заказчика. До начала ее работы мы продолжали свое дело и даже дополняли проект. Появилась в продаже книга К.М. Поливанова «Ферромагнетики». И автор книги, и Г.Ф. Лисицын, автор главы «Материалы с петлей гистерезиса, близкой к прямоугольной», были авторитетными специалистами. К сожалению, мы не нашли в книге что-либо полезное для своего проекта.

Поступило сообщение о запуске советского первого в мире Спутника Земли. После угнетающего изобилия информации о достижениях США в прочитанных мной журналах "Вопросы ракетной техники" - как гром среди ясного неба!

За достигнутые производственные показатели к празднику Октябрьской революции меня отметили почётной грамотой, благодарностью и помещением моего портрета (первый снимок в этой главе) на Доску Почёта. Это событие положило начало моим дальнейшим многочисленным поощрениям.

Б. И. Рамеев

Комиссия по приемке эскизного проекта ЭВМ М-30 с участием Заказчика начала свою работу в конце декабря 1957 г. В пояснительной записке нами сопоставлялась техника построения МОЗУ со схемами выбора 3D и 2D и показывалась эффективность построения последовательно-параллельной машины с МОЗУ по схеме 3D ёмкостью 1280 слогов.

Заказчик строго проверял нашу общую работу, но в ряде случаев упорно настаивал на требованиях, выходящих за пределы технического задания. В одном из таких случаев была реплика председателя комиссии Б.И. Рамеева: "Если мне зададут спроектировать трактор и не оговорят в задании наличие переднего хода, то я имею право выполнить трактор с обратным ходом, без переднего, а заказчик обязан будет принять и оплатить мою работу, доработка же для обеспечения переднего хода будет выполняться по дополнительному соглашению за дополнительную плату". Тщательность в подготовке технических заданий с той поры стала для меня бескомпромиссно обязательной.

Комиссия приняла наш эскизный проект даже как технический и разрешила рабочее проектирование. Огромный успех молодежи! Приказом начальника филиала СКБ-245 основным разработчикам машины Ивану Гундорову, Александру Шитову и Вадиму Аверьянову была повышена должностная категория с третьей на вторую, а И. Шприцу и мне - на первую. Моя зарплата увеличилась с 940 до 1200 рублей! Я получил и увеличенную квартальную денежную премию. Материальное положение моей молодой семьи заметно улучшилось.

В январе почему-то Валерий Степанович предложил мне познакомиться с техническим описанием магнитного барабана ЭВМ «Урал», выпускавшегося серийно на Пензенском заводе САМ. А вскоре последовала конфиденциальная беседа. Не без грусти мне было сообщено, что меня с "ферритовой" группой переориентируют на разработку оперативной памяти ЭВМ "Урал-2" (Главным конструктором которой уже был Б.И. Рамеев), не выводя из административного подчинения В.С. Маккавееву. Я предложил выполнять две разработки одновременно, но не получил согласия. А оставшиеся проектировщики ЭВМ М-30 по настоянию Рамеева принялись переделывать проект и вводить в машину ОЗУ на магнитном барабане, не выходя за рамки требований технического задания. Их работа оказалась успешной: в 1961-1962 гг. Пензенским заводом САМ было выпущено более 15 ЭВМ "М-30".

Следующая статья книги

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