МОЗУ с трехмерной выборкой для машины “Урал-2”

Ни серийные, с приемлемым быстродействием, потенциалоскопы ЛН-1 и более ёмкие ЛН-4, ни необыкновенно быстрый магнитный барабан НИИСчетМаша со скоростью вращения 26000 (в IBM-650 12500) оборотов в минуту не были выбраны Главным конструктором. Он решается на беспрецедентно смелый шаг: разрабатывать ОЗУ емкостью 2048 40-разрядных слов (вдвое большей, чем в БЭСМ-1) силами моей “МОЗУшной” группы, имевшей лишь семимесячный опыт проектирования “ферритовой” схемотехники. Устройство должно было обеспечить выборку 20-разрядной команды и чтение или запись 20- или 40-разрядного числа, не удлиняя машинный цикл.

К этому времени мне стало известно, что в ИТМ и ВТ, накопив опыт работы с первым в стране МОЗУ типа 2D на машине БЭСМ-1, разработчики отказались от использования запоминающих ферритовых сердечников марки Л-2 (с невысокими магнитными и температурными характеристиками). Они приступили к изготовлению новых сердечников ВТ-1, на которых А. С. Федоров пытается построить более быстрое МОЗУ (типа 2D емкостью 4096 слов) для машины М-20 с рекордно высокой скоростью работы. На Московском заводе САМ лишь после пояснения, что прибыл по заданию Рамеева, я получил у начальника отдела М. К. Сулима разрешение на доступ к налаживавшейся машине М-20, строившейся как SEAC и IBM-701 на динамических элементах. Типовые элементы замены (ТЭЗ) ее процессора, в основном, были на миниатюрных (пальчиковых) лампах, ТЭЗы ферритовой памяти — на более крупных лампах, включая ГУ-50. Я увидел новые ферритовые кассеты, множество малогабаритных кабельных соединений в МОЗУ и узнал о затруднениях наладчиков, стремившихся сократить время цикла работы ферритовой памяти. Со схемотехникой МОЗУ меня не познакомили, ее, видимо, считали секретной.

Сведения о таких новшествах не поколебали моих уже сложившихся намерений. Я продолжал конструировать МОЗУ “Урала-2” по наиболее экономичной схеме: с совпадением полутоков (3D,4W), но теперь с организацией 4096 20-разрядных двоичных слов; с 40-разрядными входными и выходными шинами данных, с 40-разрядным выходным регистром слова; с регистром адреса, со схемами синхронизации и пр. Выполнение устройства в виде конструктивно и функционально законченного, автономно проверяемого модуля мне представлялось наилучшим. Предложение мое было заманчивым, но очень рискованным: таких устройств памяти, готовых к промышленному производству, в стране не было, лишь В. В. Китович в СКБ-245 разрабатывал для экспериментальных машин “Волга” и М-180 (А. А. Тимофеев) ферритовую память подобного типа. Однако возражений не последовало, только необычно большое внимание Главного конструктора к моим, почти ежедневным сообщениям о ходе работ свидетельствовало об их особой для него значимости. За мною, всего лишь инженером первой категории сохранялась полная самостоятельность в руководстве конструированием нового МОЗУ. Выбранные ранее для ЭВМ М-30 основные схемотехнические решения я рассматривал как базовые и для нового устройства, но они нуждались в экспериментальной проверке и детальной отработке.

Вместе с пытливой Т. П. Вьюшковой была тщательно исследована работа первой матрицы на ферритовых сердечниках К-28, работавших по схеме выбора 3D,4W; зарегистрированы и проанализированы многочисленные сигналограммы. Дальнейшей моей задачей стало изыскание эффективных способов удержания соотношения сигнал-помеха на считывающем проводе на приемлемом уровне, после чего я смог давать конкретные задания своим коллегам с предпочтительными возможными решениями. Ближайший из них, неутомимый В. А. Аверьянов стал разрабатывать схемы ферритового куба, В. Я. Сковородин — усилитель считывания, с Г. Н. Губкиной мы продолжали разработку канала регенерации. К отработке выбранной мною диодно-трансформаторной матрицы выборки координатных “полутоков” по инициативе Б. И. Рамеева подключились инженеры С.C. Телков и В. Н. Филиппов. Они экспериментировали настойчиво и изобретательно, пока не достигли удовлетворяющих нас результатов. Систему питания МОЗУ с необычной для своей должности самостоятельностью разрабатывал техник Н. Мишин. Общая численность нашей очень молодой группы электриков достигла 15 человек. Более опытные Х. В. Гольберг, З. И. Тювакина и др. участвовали в разработке конструкции устройства. В июне 1958 г. по инициативе Б. И. Рамеева мою группу преобразовали в лабораторию МОЗУ, а меня, двадцатипятилетнего, с тринадцатимесячным стажем работы назначили её начальником. Тем же приказом была образована лаборатория ВЗУ (НМБ и НМЛ) во главе с давним “уральцем” А. Г. Калмыковым.

Инженеры В. Н. Чубаров и В. А. Болотский в лаборатории новых элементов вели освоение московской технологии изготовления запоминающих магний-марганцевых ферритовых сердечников К-28, выбранных мною в качестве запоминающих элементов уже на стадии проектирования МОЗУ ЭВМ М-30. По “написанному” не получалось. Приходилось додумывать самим и много экспериментировать. Дважды случался пожар. Сроки выпуска нужных нам сердечников срывались. Начальник лаборатории В. В. Пропастина сообщила Рамееву, что она не в силах переломить к лучшему ситуацию и потому увольняется. К счастью, к осени удалось добиться положительных результатов. М. И. Голубев успешно модернизировал и реализовал схему московского (СКБ-245) автомата (условное обозначение АКФ-58) для сортировки ферритовых сердечников на четыре группы по амплитуде выходных сигналов разрушенной и неразрушенной “1” dE, uE (из диапазона 330-450 мВ). По заданным мною нормам началась сортировка сердечников для нашего опытного образца МОЗУ.

По оценке В. В. Китовича (СКБ-245) в матрице ёмкостью 4096 бит с выбором типа 3D неидентичность сигналов запоминающих сердечников не должна превышать отпугивающе низкой величины (0,8 %). Хотя мною был предусмотрен и нами реализован обширный комплекс мер (секционирование обмотки считывания, временное разнесение фронта координатных импульсов тока, временное стробирование и амплитудная дискриминация считанных сигналов) по удержанию соотношения сигнал-помеха на приемлемом уровне, представлялось возможным появление большого количества бракованных матриц, что удлинило бы сроки работ. В середине 1958 г. во время очередной беседы с Главным конструктором нами было принято радикальное решение: ферритовую матрицу выполнять из элементарных МЭ-1 (ёмкостью 16в16 бит) по схеме 3D,4W: упрощался монтаж и ремонт матриц, снижались требования к стенду контроля, ускорялось комплектование разрядных плоскостей и т. п. — прелестная мысль! Следует заметить, что в 1964 г. М. Пелегрен в книге “Электронные вычислительные машины” сообщил о МОЗУ машины IBM-704 ёмкостью 4096 слов с реализацией на элементарных матрицах емкостью 16в16 бит, но по менее технологичной 5-проводной схеме (3D,5W). Такое совпадение подтверждало целесообразность и высокую эффективность принятых нами технических решений.

Созданный нами по схеме одноразрядного МОЗУ стенд контроля элементарных матриц (СПМ-1) обеспечивал запись и/или чтение “всех 1” (“всех 0”), а также запись и/или чтение информации, располагаемой в “шахматном порядке” (условие наихудшей помехи). С его помощью мы выполняли и тест “бегающая 1 (0)”, при которой выполнялась однократная запись 1 (0) в ячейку памяти на фоне “всех 0 (1)” и последующее последовательное чтение всех ячеек с переписью прочитанной 1 (0) по следующему адресу. Теперь мы смогли убедиться в устойчивости хранения информации, часами переписывая однократно записанную 1 (0). На использованном нами осциллографе ИО-4 можно было наглядно показать информацию элементарной матрицы в виде растра ярких точек (затемнений). В разработке и отладке стенда принимали участие К. Г. Лактюшкин и В. И. Близнин. Работы завершились в октябре месяце.

На вязку элементарных матриц директор завода САМ и начальник филиала СКБ-245 (с августа 1956 г) В. А. Шумов выделил около 20 девушек, принятых “с улицы”, без специальной подготовки и предложил использовать телевизионные линзы, применявшиеся для увеличения изображения, намереваясь предотвратить зрительную усталость монтажниц. Однако девушки вскоре дружно отказались от использования линз: нарушалась координация движений. Сборку и монтаж ферритового куба выполняли В. Зоткин и др. Теперь стало возможным работать с реальной нагрузкой для схемы выборки координатных “полутоков”. И нам удалось обеспечить “беспомеховый” выход наших диодно-трансформаторных избирательных схем для координатных полутоков “Х” и “У”, величиною 500 мА, при этом мы использовали лампы небольшой мощности 6П13С (всего 54 шт.) и миниатюрные, в диодном включении 6Н1П (128 шт.). В МОЗУ (машины М-20) типа 2D емкостью также 4096 слов для формирования координатного тока использовались более громоздкие и мощные лампы ГУ-50 (128 шт., срок службы 100 суток), каждая с двухкаскадным усилителем (на 6Ж20П и 6П9 со сроком службы 100 суток), и демпферы (128 ламп 6Ц10П). При формировании разрядного тока мы использовали лампу 6П13С и половину триода 6Н5С в диодном включении, в то время как в ЭВМ М-20 — две лампы 6П9 (со сроком службы 150 суток) и две 6Ж4.

Наши работы велись широким фронтом, слаженно, с необыкновенным подъёмом, увлеченно. С рабочих мест не уходили по полторы-две смены, часто и по “выходным” дням. Ни о каком принуждении или о денежных или иных посулах не было и речи. И успех сопутствовал нам: к середине декабря 1958 г. МОЗУ (по “уральской” терминологии НФ У-400) емкостью 4096 20-разрядных слов работало. Оно было размещено в 4-х (в серии в 3-х) шкафах! С нашим устройством ЭВМ “Урал-2” сможет увеличить скорость работы на два порядка!

Общее количество электронных ламп (колб) в НФ У-400 — около пятисот; Широко известный конструктор первых ферритовых ОЗУ  W.N. Papian (MIT, США) называл для своего трехмерного устройства ёмкостью 4096в17 бит 2000 ламп (сдвоенный триод он считал двумя лампами)! Отметим также, что по оценке Л. Ф. Ильюшенко и М. У. Шелеста (Ферриты. АН БССР, Минск, 1960, с 645-652) для МОЗУ с выбором 2D с емкостью всего лишь 1024 слова требовалось 700 электронных ламп!

В середине декабря 1958 г. мы определили области устойчивой работы нашего образца МОЗУ при неблагоприятных условиях: 10-процентное изменение напряжений стало допустимым. Ни одно советское МОЗУ с выбором типа 3D в таком уже промышленном исполнении ещё не работало. Б. И. Рамеев сообщил о нашем успехе москвичам и к нам приехали главный конструктор ЭВМ М-180 А. А. Тимофеев и ведущий разработчик трехмерного МОЗУ для этой машины В. В. Китович. Они познакомились со схемотехникой построения нашего МОЗУ, конструктивным исполнением и технологией изготовления и наладки устройства. По своей инициативе приезжали знакомиться с НФ У-400 и специалисты московского НИИ-5. По просьбе В. К. Левина я выезжал в московское КБПА и рассказывал о нашем МОЗУ ведущему разработчику ферритовой памяти на этом предприятии В. Н. Осокину и другим специалистам. Там же я впервые услышал о работах Б. Н. Файзулаева по высокочастотным транзисторным элементам для новой, безымянной для меня ЭВМ (“Весна”). Знакомились с модулем У-400 специалисты из Киева, Воронежа. Череда знакомившихся с нашим НФ имела большое продолжение. Несколько позже по заданию Рамеева на заводе САМ я консультировал представителя Чехословакии, у которого были затруднения с построением ферритовой памяти для своей ЭВМ. Башир Искандарович приглашал меня рассказать о нашей памяти и “американскому чеху” Ф. Г. Старосу, сообщившему нам о своем намерении строить память в Ленинграде на ферритовых пластинах, к тому времени ставших известными по публикации Райхмана (США).

Следует отметить, что в дальнейшем Пензенский завод САМ без каких-либо серьёзных затруднений изготовил по нашей документации около 200 НФ У-400 и его модификации У-401! В истории развития отечественной техники оперативных запоминающих устройств открывалась новая страница. Наш успех нанёс решающий удар по утверждению о непригодности отечественного уровня ферритовой технологии для МОЗУ с совпадением полутоков (3D). Автор технологии изготовления сердечников К-28 москвич В. В. Косарев (НИЭМ) тепло благодарил меня за её успешное внедрение в массовое производство. В 1959-1964 годах заводами для ЭВМ “Урал” было изготовлено около 20 млн. запоминающих сердечников этой марки, которые представляли около 60 процентов информации, хранимой в МОЗУ универсальных отечественных серийных машин первого поколения! Следует заметить, что в других универсальных цифровых ЭВМ (БЭСМ-1, М-3М, “Минск-1”, БЭСМ-2, М-20, “Киев”, “Арагац”, “Ереван”) использовались только ферритовые ОЗУ с выбором типа 2D. Поэтому заводы вынуждены были изготавливать свыше 13 млн. “лишних” ферритовых сердечников, так как для представления каждого бита памяти в таких МОЗУ требовалось по два сердечника. В этих МОЗУ и электроника обрамления была реализована с использованием большего количества электронных ламп, чем в “уральских” ферритовых ОЗУ, что не могло не снизить надежность их устройств. Нам, молодым “уральским” специалистам, было чем гордиться!

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