Крупносерийная малая ЭВМ “Урал-1”

В 1953 году в Институте атомной энергии начала работать первая в стране последовательная машина ЦЭМ-1 (Г. А. Михайлов), с памятью на ртутных трубках емкостью 128 двоичных слов, ввод-вывод — с телетайпного аппарата СТ-35, оборудование — 1900 электронных ламп. Серийное производство этой машины не планировалось.

Для удовлетворения нараставшей потребности в вычислительной технике в 1953 г. в отделе Ю. Я. Базилевского (СКБ-245) под руководством Главного конструктора, начальника лаборатории Б. И. Рамеева по техническому заданию, согласованному с директором созданного в том же году ОПМ МИАН  В. М. Келдышем, началась разработка одноадресной, двоичной, с фиксированной запятой машины М-53, ставшей известной под названием “Урал”, а позже называвшейся как “Урал-1”. Её конструирование было ориентировано на широкое серийное производство.

Электрическая схема триггера —
основного элемента ламповых машин “Урал”1

ЭВМ “Урал” относилась к классу малых универсальных электронных цифровых вычислительных машин параллельного действия с последовательно-параллельными передачами информации. Машина имела развитую систему команд, включая операции с индексным регистром (с 1956 г) и операции условной и безусловной передачи управления, имела систему сигнализации и ручное управление, позволявшие оператору следить за исполнением программы и вмешиваться в ход ее выполнения для внесения изменений в процессе отладки. Как и ЭВМ IBM-701, “Урал” оперировал с 36- и 18-разрядными словами, что позволяло лучше использовать оперативную память, некоторые пользователи (М. В. Бураков) работали и с 71-разрядными словами. Система команд позволяла выполнять вычисления в формате с плавающей запятой. Основной элемент — статический триггер Т1 — был выполнен на электронной лампе 6Н8С (время переключения — 3,5 мкс); его схема и принцип действия описаны С. Ф. Баваровым, московским офицером-стажером. Расчет триггера был выполнен графо-аналитическим способом (студентам МЭИ излагался как метод Рамеева) с учетом наихудшего сочетания отклонений от номинальных значений компонент и питающего напряжения. Выбор магнитного барабана ёмкостью в 1024 36-разрядных слов в качестве ОЗУ предопределил компактность, повышенную надёжность, экономичность и быстродействие машины (100 оп/с). Однако путь к достижению таких показателей был трудным, Главный конструктор вынужден был использовать свой предшествующий опыт в разработке схемотехники, конструкции и технологии этого устройства. В 1954 г. участников проектирования машины стало значительно больше, в основном, за счёт принятых выпускников МЭИ, прослушавших курс С. А. Лебедева по вычислительным машинам дискретного действия и выполнивших дипломный проект в ИТМ и ВТ. Один из них (В. И. Мухин) по заданной Рамеевым системе команд самостоятельно разработал функциональную схему “уральского” устройства управления, А. Н. Невский принимал активное участие в разработке схем арифметического устройства. Вскоре они выделились настолько, что Б. И. Рамеев стал относить их к основным разработчикам машины наряду с В. С Антоновым, А. И. Лазаревым, Д. И Юдицким и А. Д. Павловым. В декабре был предъявлен комиссии М. Келдыша эскизный проект машины. Проект был рассмотрен и принят.

Электронная вычислительная машина “Урал-1”. Структурная схема.

Типовой элемент замены машин “Урал”

ЭВМ “Урал-1” выгодно отличалась от других глубокой инженерной отработкой конструкции. Мелкоблочное исполнение, реализованное в машине БЭСМ-1 и (частично) в “Стреле”, получило дальнейшее развитие: типовой элемент замены выполнили в виде одноламповой ячейки (58 типов при общем количестве 996 штук). В каждом из пяти удобных для монтажа и эксплуатации шкафов (2440в1250 мм) размещались до 208 ячеек и обслуживающие их сменные источники вторичного питания. Потребляемую мощность по сравнению с МЭСМ удалось уменьшить более чем втрое. Для вывода результатов вычислений было разработано штанговое печатающее устройство со скоростью до 100 чисел в минуту, а для ввода программ и данных — высокоскоростной считыватель (накопитель) с зачернённой перфорированной киноленты емкостью 10000 слов. В качестве устройства внешней памяти использовалась менее широкая, чем в “Стреле”, и более надежная перфорированная 36-миллиметровая магнитная лента ёмкостью 40000 слов. Широкое применение германиевых и купроксных диодов (3000 шт.), как и предсказывалось в проекте 1948 года, позволило снизить количество использованных электронных ламп (до 838).

Согласно мартовскому (1955 г.) решению Главточмаша Министерства машиностроения и приборостроения, до междуведомственных испытаний опытного образца машины началось освоение серийного производства “Уралов” на Пензенском заводе САМ при сопровождении местным филиалом СКБ-245, образованным в мае 1953 г. и выполнявшим в то время, в основном, работы по аналоговой технике (персонал филиала в первые два года — менее 60 сотрудников). Сюда 20 июня 1955 г. заместителем начальника бюро по научной работе был переведен Б. И. Рамеев. Следом за ним прибыли разработчики его московской лаборатории старшие инженеры Ю. Н. Беликов, В. С. Маккавеев. Башир Искандарович организовал в этом филиале СКБ отделы универсальных (нач. Ю. Н. Беликов), специальных (нач. В. С. Маккавеев) и аналоговых (нач. Н. С. Николаев) машин, отдел контрольно-измерительной аппаратуры (нач. А. К. Щенников), общетехнический отдел и математическую лабораторию. В каждом тематическом отделе было свое конструкторское бюро и макетная мастерская. Такая структура отделов прекрасно зарекомендовала себя не только в СКБ-245, но и в других НИИ. Своей информационной службы на предприятии не было, приходилось пользоваться заводской технической библиотекой. Общая численность сотрудников филиала СКБ-245 (на конец года) — 248 человек, филиал находился на территории завода САМ, в небольшом трехэтажном здании.

Опытный образец машины “Урал” успешно прошёл испытания в СКБ-245 в декабре 1955 г.

В феврале 1956 г. “уральские” разработчики В. С. Антонов (нач. лаборатории), Б. П. Бурдаков, А. Г. Калмыков, А. Ф. Коноваленко, В. И. Мухин, А. Н. Невский, А. Д. Павлов, Б. Е. Четвергов и другие переезжают из Москвы в Пензу и активно участвуют в процессе производства машины. Вместе с ними корректировали документацию машины С. В. Кострицин, С. М. Долбенский, З. И. Тювакина, В. Елизаров, Ф. П. Невская, И. С. Яшина, С. Г. Кочетов. Завод САМ и филиал СКБ-245 тогда пополнились молодыми специалистами, выпускниками МЭИ (19), основной кузницы компьютерных кадров в то время. Прибыли и непрофильные молодые инженеры из Киева (3), Горького (6), Саратова (18) и Пензы (48), а также специалисты из Московского машиностроительного (16) и Пензенского приборостроительного (23) техникумов. Московские “уральские” разработчики прочитали им трехмесячный курс лекций по импульсной и вычислительной технике и по построению осваиваемой машины. Позже подобный курс лекций был прочитан прибывшему на завод обслуживающему персоналу первых “Уралов”.

Технологический процесс изготовления магнитного барабана в заводских условиях оказался очень трудным, были выявлены также некоторые конструктивные недоработки. Заводчане даже начали разработку своего варианта НМБ, но Башир Искандарович вместе с А. Г. Калмыковым и его коллегами сумели преодолеть свои затруднения раньше, чем смогли завершить разработку заводчане. Ф. Ф. Гулин описал особенности производства этого барабана и привел его технические данные (Сыпчук П. П., Гулин  Ф. Ф., Палашевский  А. М. Магнитная запись в вычислительной технике. ЦНИИКА, 1958). Им отмечены проводившаяся статическая и динамическая балансировка собранного барабана, 12-часовая его обкатка перед нанесением магнитного покрытия, контроль температуры шарикоподшипников и толщины ферролакового покрытия, а также зазора между рабочей поверхностью магнитных головок и поверхностью барабана (5-30 мкм) и контроль разброса считанных электрических сигналов (10-процентный допуск). Блок магнитного барабана помещался в кожухе с масляным фильтром для очистки воздуха, температура внутри кожуха поддерживалась на уровне 45 градусов с допуском 3 градуса с помощью воздушного вентилятора и термореле. Серийный магнитный барабан стал работать надежно.

В процессе наладки машин было обнаружено, что обратное сопротивление многих германиевых диодов, изготовленных здесь на заводе, до истечения срока службы уменьшается до недопустимого уровня. Из филиала СКБ-245 на завод пришлось откомандировать выпускника МЭИ  И. П. Тищенко и других специалистов для выявления и устранения причины этого опасного явления. Другие обнаруженные недоработки (например, в штанговом ПчУ) были проще, их преодоление было менее болезненным и потому пребывание на заводе московских специалистов Е. Н. Клокова (по типовым элементам) и А. Д. Павлова (по периферийным устройствам) было непродолжительным. Качество изготовленных машин теперь зависело, в основном, от квалификации и усилий наладчиков.

В цехе сборки и наладки машин установилась деловая, доброжелательная обстановка, ведущие специалисты и начинающие обращались друг к другу по именам. Потому и запомнились участникам тех работ лишь имена и фамилии. В числе первых заводских наладчиков устройств управления: В. Высоцкий, Н. Жулимов, Т. Новородский; арифметических: А. Шумилов, А. Горшков, Ю. Привезенцев, А. Железов; запоминающих: Д. Лощинин, А. Люлькин, Г. Жаринов; периферийных: Иевлев, Н. Жалнин, М. Обухов, Л. Тюрин, В. Гагарин, С. Мельников, И. Конев, З. Бояркина.

Вместе с ними работали и представители предприятий-заказчиков машин Е. Т. Гавриленко, С. Н. Грачёв, В. А. Комарницкий, З. Кудж, Л. Петров, А. Ф. Хмелёв и другие. Цеховые работы выполнялись под руководством Ю. С. Дятлова, его заместителя Б. П. Артамонова, позже А. И. Пруссаковой. В наладке серийных образцов принимали участие сотрудники филиала СКБ-245 В. И. Мухин, А. Н. Невский, А. Г. Калмыков, Ф. П. Невская, И. С. Яшина, О. Ф. Лобов, Б. А. Малофеев и другие (в 1957 г. из филиала СКБ-245 на завод было откомандировано 46 специалистов).

Из десяти первых машин, изготавливавшихся по доработанной в филиале СКБ документации, был выделен головной серийный образец, заводские испытания которого закончили 18 октября 1956 г, на его базе была образована вычислительная лаборатория филиала СКБ-245, которую возглавил выпускник МЭИ (февраль 1956 г) О. Ф. Лобов. Этот же образец испытывался на междуведомственных испытаниях с участием М. Р. Шура-Буры (ИПМ АН СССР), А. Д. Смирнова (ЦАГИ), В. П. Суховерхова (СредМаш) и др. По свидетельству В. И. Мухина, до конца 1956 г. первый образец “Урала-1” плановой поставки был вывезен заказчиком в Москву самолётом. В комплект поставки машины помимо АУ, УУ, НМБ, НМЛ, НПЛ и пульта управления, входивших в состав стойки из пяти шкафов, были включены печатающее устройство, входной и выходной перфораторы, а также клавишное и контрольно-считывающее устройства. Общая занимаемая машиной площадь — 40 кв. м. Пуск в эксплуатацию первых машин на площадках заказчиков происходил с участием “уральцев” Б. П. Бурдакова (НМЛ), А. Г. Калмыкова (НМБ), А. Ф. Коноваленко (УУ), В. И. Мухина (УУ) и А. Н. Невского (АУ). Полезное время работы этих машин превышало 80 процентов.

Малая универсальная ЭВМ “Урал-1” для инженерных расчетов.
Поставки с пензенского завода САМ с 1956 г.

В 1955-1956 гг. появились и первые зарубежные серийные малые ЭВМ от простейших до сопоставимых по сложности с ЭВМ “Урал”: E-101 (фирмы Burroughs) с НМБ на 220 48-разрядных слов, G-15 (Bendix) с НМБ на 2176 29-разрядных слов и LGP-30 (Librescope) с НМБ 4096 32-разрядных слов. Тогда же были созданы американские CIRCLE (700 ламп), READIX (260 ламп), ALWAC (280 ламп) со скоростью счета, соответственно, 120, 100 и 40 операций в секунду.

Удостоверение № 19385 (1960 г) Комитета по делам изобретений и открытий при СМ СССР подтверждает авторство в создании малой универсальной электронной автоматической цифровой машины “Урал” Б. И. Рамеева, В. С. Антонова, В. И. Мухина, А. Н. Невского, А. Г. Калмыкова, Б. П. Бурдакова и А. Д. Павлова.

Удостоверение № 19385 (1960 г)

По сведениям одного из нынешних руководителей завода (Н. С. Васильева) Пензенским заводом САМ (директор В. А. Шумов, главный инженер Б. А. Маткин) до конца 1961 г. было изготовлено свыше 180 машин “Урал-1”. Пенза стала крупнейшим центром отечественного математического машиностроения, способным создавать и выпускать и более сложные ЭВМ.

Только с сентября 1959 года в Минске начали выпуск небольшой партии малых двухадресных, с фиксированной запятой, 31-разрядных машин М-3 (И. С. Брук, Н. Я. Матюхин) в виде трех шкафов: процессора, ЗУ и питания; в качестве ОЗУ использовался НМБ. Внешней памяти (НМЛ) в машине не было, ввод-вывод — перфоленточный, низкоскоростной, скорость вычислений — 30 оп/с, объём электронного оборудования — 774 лампы и 3000 диодов, потребляемая мощность — 10 кВт (от мотор-генератора). В том же году в МГУ появился опытный образец единственной в мире троичной машины “Сетунь” (Н. П. Брусенцов).

Из книги Г. С. Смирнова “Семейство ЭВМ «Урал». Страницы истории разработок.” Пенза, 2005 г.
Перепечатываются с разрешения автора.