ЭВМ “Урал-11” — младшая модель нашего ряда

Из нашего ряда машин были выделены две первоочередные модели: “Урал-11” и “Урал-14”. Была названа и первейшая задача — разработка самой малой ЭВМ. Опыт разработки машин “Урал” первого поколения подтверждал эффективность такой стратегии: быстрое внедрение в производство, очень широкий спрос, несложное освоение на предприятиях-потребителях, невысокие требования к обслуживающему персоналу и т.п. Освоенные в производстве компоненты машины (ферритовые и ленточные накопители, считыватели и перфораторы лент и карт, печатающие устройства и др.) безболезненно переходили бы в другие, более сложные модели ряда. По такому пути шли и некоторые другие разработчики машин второго поколения (от IBM-1620 и IBM-1401 к IBM-7090, от CDC-160 к CDC-6600, от GE-225 к GE-625).

Надо заметить, что каждая наша проектируемая машина (от одиннадцатой до пятнадцатой модели) оказалась без персонально ответственного, ведущего разработчика; заместители Главного конструктора изначально руководили работами лишь по основным направлениям (устройствам АУ, УУ, ферритовая память). И Башир Искандарович попытался исправить такое положение: на встрече с нами, его заместителями, он предложил каждому стать главным конструктором отдельной, первоочередной модели, оставляя за собой функции своего рода Генерального конструктора, однако ему пришлось услышать аргументированные отрицательные ответы. Башир Искандарович не стал настаивать.

Главный конструктор сам выделяет ЭВМ “Урал-11” как самую приоритетную. Во исполнение этого требования вопреки правилам нормативных документов проводилось рабочее проектирование основных устройств машины, не дожидаясь решений по аван-проекту.

Не у всех разработчиков машины дела шли “по написанному” в проекте: интересная, “осовремененная” разработка процессора в лаборатории А. С. Горшкова продвигалась медленно и не в полном соответствии с замыслом Главного конструктора, который с учетом предварительных оценок исполнителей ожидал построения процессора У-320 в одном шкафу Ш-2. Время шло, Рамеев увеличил количество разработчиков процессора машины с одной до трех лабораторий, но нужного результата не было. Минчане в это время уже осваивали в производстве более простую модель “Минск-2”. С момента выхода постановления Правительства о запуске в производство специальной ЭВМ М-4 (ноябрь 1962 г.) М. А. Карцев со своими коллегами в ИНЭУМе полностью переработали всю документацию за 10 месяцев, увеличили быстродействие машины с 50 тыс. до 220 тыс. оп/с и передали документацию на серийный завод. Время же разработки первого процессора “уральской” машины затягивалось. Терпение Главка истощалось.

В феврале 1964 г. у Главного конструктора состоялось совещание с участием его заместителей А. Н. Невского и Г. С. Смирнова и основных исполнителей. Заслушав очередное сообщение об отсутствии у А. С. Горшкова и его коллег положительного решения поставленной задачи, Башир Искандарович приказал разрабатывать “в пожарном порядке” незаявленный ранее процессор У-328 (АУ и УУ в одном шкафу Ш-2) для ЭВМ “Урал-11”. Он поручил эту работу физику Л. Н. Богословскому из лаборатории логических элементов, к которому подключили А. И. Барышева, И. С. Яшину, Т. А. Семеновскую, В. М. Шебаршову, В. М. Пыркова и других. Новыми исполнителями была рассмотрена возможность построения 12-разрядной машины. Подобный формат слов использовался в машинах CDC-160 (1961 г), массовой мини-ЭВМ PDP-8 (1964 г), SDS-92 (1964 г) и др. Но исполнители выбрали более простую в разработке 24-разрядную структуру, по которой у нас уже были определенные наработки. Тогда 24-разрядный формат слов использовался весьма широко: в ЭВМ GE-415, -425, -435, -455, -465 (1964-1965 гг.). SDS-930 (1964 г.), SDS-940 (1966 г.), в отечественных машинах “БЕТА-2”, позднее “Снег”, “Аргон-12А”, “Карат”), с обеспечением обработки и 12-разрядных слов, эффективно применявшихся в сфере управления тогда и позже (В-3, 5Э65, МСМ, “Бета-2”). В разрядной сетке полного слова три позиции (по 8 бит) для представления алфавитно-цифровых символов. В разрядной сетке команды 6 битов были выделены для указания операции, 3 бита — для номера индексного регистра: в большой трехадресной ЭВМ М-20 и в ламповых “Уралах” было лишь по одному индексному регистру!

А. И. Барышев разработал систему команд и новую для нас форму описания логических схем. В арифметическом устройстве помимо сумматора использовали регистры входной, промежуточный и для хранения результата предыдущей операции. В устройстве управления помимо счетчика команд и регистра команд — сумматор, его регистр и индексный регистр. Принцип работы процессора — параллельный с переменной длительностью такта. По заданию Рамеева экспертизу предложенных коллективом Л. Н. Богословского решений выполнили заместители Главного конструктора В. И. Мухин и А. Н. Невский.

Определились реальные характеристики машины. Максимальная емкость МОЗУ — 16К слов. Внешняя память — НМЛ емкостью до 8М слов. Максимальное количество подключаемых к машине устройств для ввода и вывода — 16, причем количество устройств вывода — не более 8. Работа медленных периферийных устройств организовывалась с помощью программ, выполняемых в режиме прерывания. Разработчиками машины была показана возможность организации одновременной работы периферийного устройства и исполнения программы. Например, время исполнения программы ввода с устройства У-215 4 мс, а время между концом считывания карты и началом считывания следующей карты 26 мс, значит, 22 мс можно использовать для выполнения фрагмента программы или для ввода (вывода) информации другого устройства. Уже в опытный образец машины были включены устройства У-250 и У-570 для работы с сигналами не цифрового вида, а непрерывными. Позже состав дополнительных устройств был значительно расширен, в частности, за счет устройств сопряжения с магнитными накопителями барабанного, дискового и ленточного типа, с каналами связи и др. После этого машины могли работать совместно как одна система с общим полем внешней памяти и как многомашинные системы.

Проявляя недюжинные способности, Л. Н. Богословский твердо вёл вверенную команду. В апреле 1965 г. (за месяц до начала выпуска первых моделей IBM-360 на элементах ДТЛ) успешно прошли испытания машины “Урал-11” на модульных элементах ДТЛ. В составе испытывавшегося опытного образца машины были и устройства-преобразователи У-250 и У-570.

К этому времени оперативная память работала настолько надежно, что испытания провели без разработчиков ферритовой памяти. От Заказчика в испытаниях принимал участие Н. Игнатьев.

В мае был подготовлен А. Н. Невским (не без участия Рамеева!) и разослан нашим предприятием информационно-справочный листок МРП № 6304 с краткими сведениями о машине. В нем сообщалось, в частности, о составе моделей машины:

• “Урал-11А” — У-107, У-328А, У-451А;
• “Урал-11Б” — 2 У-105, У-215, У-328, У-435, 2 У-445, У-451, У-545;
• “Урал-11В” — У-107, У-328А, У-435, У-445, У-451А;
• “Урал-11Г” — У-107, У-230, У-328, У-340, У-451;
• “Урал-11Д” — 4 У-105, У-145, У-215, У-328, У-342, У-435, 8 У-445, 2 У-451, У-525, У-545;
• “Урал-11Е” — У-107, У-225, У-328, У-435, 2 У-445, У-451, У-535, У-545.

В моделях “Б”, “Г”, “Д” и “Е” пульт управления был помещен на дверь шкафа процессора. В моделях “А” и “В” процессор (Л. Н. Богословский) и модуль оперативной памяти (Г. С. Смирнов, В. П. Бучина) были выполнены в виде стола, на котором находились пульт управления, печатающая машинка оператора типа “Консул” и механизм считывания с перфоленты. Во всех этих моделях адресное пространство оперативной памяти составляло 16384 24-разрядных слов (или 32768 12-разрядных) и потому потребители могли наращивать свою память за счёт дополнительных модулей ПЗУ или ОЗУ. Они же могли пополнять свои машины устройствами из развиваемого разработчиками набора “уральских” устройств.

Машины “Урал-11” выполняли в секунду до 50000 (вместо заданных 10000) сложений 24-разрядных двоичных чисел с фиксированной запятой, а с использованием подпрограмм до 350 умножений, а также до 1000 сложений и до 330 умножений чисел с плавающей запятой. Последние показатели удовлетворили далеко не всех пользователей. Главный конструктор принимает решение о разработке не заявленных в проекте дополнительных устройств.

С целью увеличения производительности машины при решении задач с высоким процентом операций умножения Л. Н. Богословским и его коллегами было разработано У-340 (Ш-1), своего рода сопроцессор умножения. При использовании устройства У-340 машина выполняла в секунду до 14000 умножений 24-разрядных слов или до 25000 при одном 12-разрядном сомножителе.

Для увеличения производительности машин, на которых решались задачи с высоким процентом сложений десятичных чисел, физиком из Саратовского университета Н. Н. Виноградовым с Т. А. Шепелевой в 1965 г. было создано устройство У-342 (Ш-1), сопроцессор десятичных сложений. С таким устройством машина выполняла до 12000 сложений 5-разрядных чисел или до 5000 11-разрядных.

В 1966-1970 гг. Л. Н. Богословскому, И. С. Яшиной, В. М. Пыркову, Т. А. Балясиной и др. пришлось разработать устройство У-345 (3 Ш-1), предназначенное для обработки 48-разрядных двоичных слов в формате с фиксированной запятой или с плавающей запятой. При использовании такого сопроцессора машина выполняла — до 25000 сложений или до 10000 умножений таких чисел.

Машины “Урал-11” имели единый с другими ЭВМ ряда полупроводниковых машин “Урал” входной и выходной алфавит, единую кодировку информации на картах, лентах и внутри машины.

С учётом весьма широкой номенклатуры подключаемых устройств по своим возможностям ЭВМ “Урал-11Д” перекрывала заявленные в аван-проекте ЭВМ “Урал-12А, Урал-12Б”

ЭВМ “Урал-11” были предназначены для решения транспортных задач и задач внутризаводского планирования и учета, для статистических расчетов в системе ЦСУ, для обработки данных измерений и пр.

Машины “Урал-11” могли использоваться для переписи информации на разные носители данных. Перекачку информации с перфокарт или перфолент на магнитную ленту для последующего быстрого ввода или перекачку информации обратно и/или на печать независимо от процессора разработчики машин UNIVAC-1, UNIVAC-2 выполняли с помощью трех независимых от ЭВМ отдельных (автономных), достаточно непростых устройств (конвертеров) с весьма негибкой структурой. Каждая из самых массовых машин второго поколения IBM-1401 и ее модификаций могла заменить эти три конвертера и эффективно выполнять их функции, причем стоимость машины была ниже суммарной стоимости всех трех конвертеров. Объем выпуска IBM-1401 — до 17000 шт. В состав машины входили (Г. С. Антонов и др., Зарубежная вычислительная техника. Минск, “Наука и техника”, 1970 г.) ферритовая память емкостью всего лишь 1,4-4К цифр с временем цикла 11,5 мкс, внешняя память на магнитной ленте (до 10 блоков), перфокарточный ввод-вывод (800 и 250 карт/мин соответственно), перфоленточный вывод, принтер; время сложения 230 мкс. Машина IBM-1440 была с НФ емкостью 2К-16К алфавитно-цифровых знаков и с НМД небольшой емкости выпускалась с 1963 г. Обе машины поставлялись без трансляторов с языков высокого уровня. Наряду с ними выпускались модель IBM-1410 с ферритовой памятью емкостью всего лишь 10К-40К знаков, без НМД, с временем сложения 88 мкс. Цена машин в зависимости от комплектности от 125000 до 326000 долларов. Очень нужны были такие машины! Наш “Урал-11” с определенным успехом также мог выполнять подобные функции.

Условия эксплуатации машин “Урал-11”: +5 … +40 градусов Цельсия; в каких отечественных универсальных ЭВМ они тогда были такими?!

Сотрудники нашего математического отдела А. И. Барышев, Н. И. Конопля, А. В. Инкин и Ю. Г. Юренков в 1965 году выпустили Инструкцию по программированию ПС0.170.000И, в которой описали систему команд, способы программирования и наиболее употребительные подпрограммы.

Н. И. Конопля, А. С. Шумилов, И. Я. Гейсман, А. И. Плетминцев, Ю. И. Патрушев, Н. И. Смирнов и другие развивали и далее программное обеспечение машины. В 1968 г. была выпущена Инструкция по программированию ПС0.170.006И.

А. И. Плетминцев, Ю. И. Патрушев и др. разрабатывали автокод (АРМУ), общий для всех машин ряда, и транслятор с этого языка на машинный язык “Урала-11”. В 1967 году аналогичный подход был описан известными отечественными программистами С. С Камыниным и Э. З Любимским. Ими разрабатывался универсальный промежуточный язык АЛМО, для нескольких ЦВМ разрабатывались трансляторы с проблемно-ориентированных языков на АЛМО и компиляторы с АЛМО на конкретный машинный язык, причем допускалось расширение числа исходных языков высокого уровня с необходимыми трансляторами на АЛМО, но с неизменным компилятором с АЛМО. В те же годы для машины “Минск-22” разрабатывался автокод (символический машинно-ориентированный язык) АКИ, ССК и др. (всего 210000 команд).

Для машин ограниченной комплектности, особенно в управляющих системах, пользователи создавали свое, специфическое системное программное обеспечение и не нуждались в типовой операционной системе.

Машины “Урал-11” относились к классу универсальных вычислительных машин, но могли использоваться для решения плановых, производственных, учетных, статистических и других задач. Однако развитые средства прерывания вместе с дополнительными устройствами (преобразователями) типа У-250 и У-570 (В. К. Елисеев и др.) и постоянной памятью (У-479) позволяли пользователям вторгаться в сферу управления реальными объектами и технологическими процессами (по аван-проекту эти функции возлагались на ЭВМ “Урал-12”). И Б. И. Рамеев использовал эту возможность: ЭВМ “Урал-11” применили и в этой сфере. На базе нашей машины с использованием “уральского” серийного МОЗУ Московским СКБ БИОФИЗИКА была разработана машина “РИТМ-2” (Б. М. Якобсон), которая с 1969 года использовалась в управляющем комплексе М-7-800 (А. Н. Московский, ИНЭУМ) на Славянской ГРЭС. На “уральских” компонентах была создана одноадресная управляющая машина “Тбилиси-1” с обслуживанием 25 источников прерываний, с быстродействием 20000 оп/с, с МОЗУ из 1-7 устройств, каждое ёмкостью 4096 27-разрядных слов.

Представляется полезным сравнить “Урал-11” с опытным образцом ВНИИЭМ-1 (В. М. Долкарт), а также с 12-разрядной ЭВМ PDP-5 (США), спроектированной для управления реактором, но послужившей началом (1963 г.!) особого направления развития вычислительной техники (мини-ЭВМ): 12-разрядных PDP-8 (1965 г.) и других.

ЭВМ “Урал-11А” и “Урал-11В” были предназначены для решение инженерных задач, отличалась компактностью и вполне могла вписаться в число других отечественных серийных машин аналогичного назначения “Мир-1” (1965 г.), “Наири-2/К/С” (1967 г.), “Мир-2” (1969 г.) и др. Опытный образец ЭВМ “Урал-11А” был изготовлен в НИИУВМ и налажен разработчиками.

В Ереване  Е. Л. Брусиловский со своими коллегами раньше нас завершил разработку универсальной транзисторной двухадресной, с плавающей запятой ЭВМ “Раздан-2” на импульсно-потенциальных элементах, выполненных на транзисторах П15: транзисторов — 5000, диодов — 30000. Параметры машины близки к параметрам машины “Урал-2”: НМЛ емкостью 120000 слов, перфоленточный ввод-вывод, цифровая печать; среднее быстродействие — 5000 оп/с, но с неэкономичным МОЗУ (типа 2D) ёмкостью 2048 в 36 бит при t_ц = 20 мкс, рабочий диапазон составлял 10-25 град. Запоминающие сердечники — ФКЗ-10-2 с внешним диаметром 2,2 мм.

Стремительно вырос и окреп молодой, не лишенный здоровых амбиций коллектив разработчиков СКБ Минского завода им. Орджоникидзе. Здесь теперь работали В. В. Пржиялковский и Н. А. Мальцев, поработавшие с транзисторными схемами в Ногинске, Бостанджан, участвовавший в работах по “Раздану-2”, А. И. Бахир и П. Жигулин из Загорска, Г. Д. Смирнов из Ереванского НИИММ, К. В. Ветошкин и другие. Первой транзисторной машиной этого СКБ стала двухадресная ЭВМ “Минск-2” (Главный конструктор В. В. Пржиялковский) с уникальной разрядностью (37 бит) на импульсно-потенциальных (без автоматизированных сборки и монтажа) элементах с транзисторами П16А: быстродействие — 5500 оп/с, ввод-вывод — перфоленточный, НМЛ емкостью 400000 слов, МОЗУ типа 3D емкостью 4096 слов с t_ц=24 мкс с близкой к нашей схемотехникой: диодная матрица выбора координатных шин, генератор тока с токоограничивающим резистором, ключи на транзисторах П-601 с трансформаторных входом, сердечники ВТ-1 с внешним диаметром 1,4 мм. МОЗУ было разработано, по свидетельству В. А. Аверьянова, с его участием, знавшего наши технические решения по модулям памяти БНФ-1 и У-450 и в определенной степени использовавшего эти решения. У меня сохранились фотоснимки, полученные от Вадима Алексеевича, минского МОЗУ и его компонент. На одном из них показана разрядная плоскость, состоявшая из четырех элементарных ферритовых матриц емкостью по 1024 бита как и в нашем модуле У-450. МОЗУ “Минска-2” без переделки и доработки использовалось и в другой тоже серийной модели “Минск-22”. Такая ситуация рассматривалась нами как подтверждение высокого качества разработки “уральской” ферритовой памяти.

Машинам “Урал-11” суждена была довольно долгая жизнь: неизвестный тогда многим конструктор ракетных систем В. Уткин на совещании у Башира Искандаровича рассказал ведущим “уральским” разработчиках о запланированных космических программах и о месте в них цифровой вычислительной техники. Знакомство с нашими машинами побудило В. Уткина включить ЭВМ “Урал-11” в телеметрическую систему “ЛОТОС”. Основное программное обеспечение разрабатывал потребитель. Началось наше длительное и плодотворное сотрудничество.

Н. С. Николаевым было предложено использовать ЭВМ “Урал-11” в УВК “ЛИСТОПРОКАТ” для Магнитогорского металлургического комбината. Он же использовал машины “Урал-11” в ВК “СТРОИТЕЛЬ”. Е. Б. Рассказов включил серийную машину “Урал-11” в автоматизированную систему “БАНК”.

Машины “Урал-11” были включены и в состав нашего многомашинного комплекса “КОРУНД”. Машина “Урал-11” в 1966 г. экспонировалась на выставке Интероргтехника.

Пензенский завод ВЭМ (В. А. Стукалов) в 1963 году направил к нам, в НИИУВМ на стажировку своих ведущих специалистов: А. С. Шумилова, И. Ф. Кручинина, Н. Ф. Симакова, В. А. Гладько, П. В. Рябихина и А. Жалнина. По завершению производства ламповых машин “Урал” завод совместно с Волжским заводом РТЭ, Астраханским заводом “Прогресс”, Кузнецким заводом приборов № 2 приступил к выпуску полупроводниковых машин нашего ряда: 32 машин “Урал-11Б” в 1965-1968 гг., 32 шт. “Урал-11” в 1967-1971 и 59 шт. “Урал-11БВ” в 1967- 1975 гг. Всего 123 шт. Сборкой и наладкой машин руководили Н, Жулимов и А. И. Прусакова, пусконаладочные работы у потребителей выполняла бригада Б. Абрамовича.

Кузнецкий завод поставлял ферритовые матрицы МЭ-4/МЭ-4В. Мы убедили Астраханский завод “Прогресс” не только изготавливать сердечники С-1 и матрицы МЭ-4/МЭ-4В, но и выпускать термостатированные ферритовые кубы КФТ-7/КФТ-7В. Необходимую нестандартную контрольно-измерительную аппаратуру (У-700, У-701, У-715) по нашей документации изготовил Пензенский завод и поставил астраханцам. Командировка к астраханцам убедила меня в том, что наша аппаратура попала в надежные руки.

Надо все же признать, что “уральцы” подготовили машину к существенно большему объему производства своих машин, но то ли излишне высокая цена на используемые кремниевые диоды, то ли плохая информированность потенциальных потребителей, или иные причины не позволили развернуть массовое производство “Уралов”.

Место нашей машины “Урал-11” в парке отечественных универсальных полупроводниковых ЭВМ показывает таблица 5.

Таблица 5. Универсальные серийные отечественные ЭВМ второго поколения

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