Быстродействующая универсальная цифровая вычислительная машина М-2

М-2 была разработана в Лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР (с 1957 г. — Лаборатория управляющих машин и систем АН СССР, с 1958 г. — Институт электронных управляющих машин) под руководством члена-корреспондента АН СССР И. С. Брука. В группу, работавшую над М-2, входили на разных этапах от 7 до 10 инженеров: М. А. Карцев, Т. М. Александриди, В. В. Белынский, А. Б. Залкинд, В. Д. Князев, В. П. Кузнецова, Ю. А. Лавренюк, Л. С. Легезо, Г. И. Танетов, А. И. Щуров. Группой разработки М-2 руководил М. А. Карцев.

В. В. Белынский и Ю. А. Лавренюк у пульта М-2.

Разработка и монтаж машины были проведены с апреля по декабрь 1952 г. С 1953 г. осуществлялась круглосуточная эксплуатация М-2 при решении прикладных задач. Зимой 1955 г., а затем в 1956 г. машина была существенно модернизирована, после чего она имела оперативную память на ферритовых сердечниках емкостью 4096 чисел. Ферритовая память для М-2 была разработана группой под руководством М. А. Карцева, в состав которой входили О. В. Росницким, Л.В. Ивановым, Е.Н. Филиновым, В.И. Золотаревским.

М-2 представляла собой цифровую вычислительную машину с хранимой программой. При разработке М-2 частично были использованы идеи, воплощенные в одной из первых советских машин М-1, эксплуатация которой началась весной 1952 г. Система команд М-2 была выбрана трехадресная, как наилучшим образом отвечающая организации вычислений (указывались код операции, адреса двух операндов и результат операции). Формат команды — 34-разрядный:

• код операции — 4 двоичных разряда;
• коды трех адресов операндов — по 10 двоичных разрядов (в расчете на емкость оперативного запоминающего устройства — 1024 числа).

Для сокращения записи программ в кодах машины применялась смешанная четверично-шестнадцатеричная система — первые два двоичных разряда адреса записывались в виде четверичной цифры, а последующие восемь разрядов — в виде двух шестнадцатеричных цифр.

Система команд М-2 включала 30 различных операций (за счет дополнения собственно 4-разрядного кода операции признаками, указываемыми в адресах, которые не использовались при некоторых операциях).

И. С. Брук

В составе команд М-2 имелись:

• шесть арифметических операций;
• два вида операций сравнения (алгебраическое и сравнение по модулю);
• семь операций переключения (плавающая точка — фиксированная точка и обратно, нормальная точность — двойная точность и обратно, переключение на фиксированную точку и одновременно на двойную точность и т. д.)
• операция логического умножения двух чисел;
• операции переноса числа, изменения знака числа;
• четыре операции ввода информации;
• три операции вывода информации;
• четыре операции перемотки магнитной ленты внешнего запоминающего устройства;
• операция "стоп".

Представление двоичных чисел в М-2 было как с фиксированной точкой, так и с плавающей точкой. При этом точность вычислений составляла около 8 десятичных знаков при работе с плавающей точкой и около 10 десятичных знаков с фиксированной точкой. Были возможны вычисления с удвоенной точностью.

Внутренние запоминающие устройства — основное электростатическое (серийные ЭЛТ) на 512 чисел с временем обращения 25 мкс, дополнительное на 512 чисел — магнитный барабан с частотой вращения 2860 об/мин.

Внешнее запоминающее устройство емкостью 50 тыс. чисел — на магнитной ленте.

Ввод данных — фотосчитывающее устройство с перфоленты. Вывод данных — телетайп.

УУ и АУ М-2. А. Б. Залкинд

Арифметический узел М-2 параллельного типа с четырьмя триггерными регистрами.

Скорость работы М-2 составляла в среднем 2 тыс. операций/с.

Схемотехника — электронные лампы и полупроводниковые диоды в логических схемах арифметики и управления.

Общее число электронных ламп — 1879, из них — 203 в источниках питания. Питание осуществлялось от 3-фазной сети переменного тока 127/220 В, потребляемая мощность — 29 кВт.

Площадь, занимаемая машиной, — 22 м2. Основные узлы и блоки размещались в четырех шкафах на одном постаменте, в который был вмонтирован шкаф электропитания. Кроме того, машина имела пульт управления со световыми индикаторами состояния триггеров регистров арифметики, селекционного и пускового регистров и тумблерами управления. Система охлаждения — воздушная с замкнутым циклом.

Конструктивно каждый узел машины состоял из отдельных блоков, которые располагались на шасси, прикрепленных к рамам шкафов. Электронная часть машины была собрана на съемных ламповых субблоках с 14-контактными или 20-контактными разъемами. Принятые конструктивные решения обеспечили легкость замены отказавших электронных ламп, контроля и диагностики схем с помощью стендов.

По мере эксплуатации машины, начиная с 1953 года, накапливалось ее программное обеспечение в виде библиотеки стандартных программ и подпрограмм (А. Л. Брудно, М. М. Владимирова при участии А. С. Кронрода и Г. М. Адельсон-Вельского).

На М-2 проводились расчеты для Института атомной энергии (академик С. Л. Соболев), Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР (академик А. И. Алиханов), Института проблем механики АН СССР (расчеты прочности плотин Куйбышевской и Волжской гидроэлектростанций), Теплотехнической лаборатории АН СССР (академик М. А. Михеев), Военно-воздушной академии, Артиллерийской академии, института "Стальпроект", предприятия академика А. И. Берга и многих других научных и промышленных организаций. В 1953 г. серьезные вычислительные задачи для нужд обороны страны, науки и народного хозяйства можно было решать на трех экземплярах вычислительных машин — БЭСМ, «Стрела» и М-2.

УУ и АУ М-2.

Вокруг М-2 сложился неформальный круг программистов, работавших в разных организациях, в который входили Г. М. Адельсон-Вельский, В. Л. Арлазаров, М. М. Бонгард, А. Л. Брудно, М. Я. Вайнштейн, Д. М. Гробман, А. С. Кронрод, Е. М. Ландис, И. Я. Ландау, А. Л. Лунц и другие. Помимо чисто практических приемов программирования вычислительных задач в кодах машины М-2, они занимались программированием игровых задач, задач распознавания и диагностики. Результаты этих исследований привели к находкам оригинальных методов перебора, в частности метода ветвей и границ, построения справочных систем с логарифмическими записью и поиском и т. д.

В первом международном матче шахматных программ победила программа, А. С. Кронрода, В. Л. Арлазарова разработанная для машины М-2.

Опыт программирования задач в кодах М-2 привел к программированию в содержательных обозначениях (А. Л. Брудно).

Основные особенности М-2

М-2 имела примерно такую же производительность, как ЭВМ «Стрела», но занимала в 6 раз меньшую площадь, потребляла в 8 раз меньше электроэнергии и стоила в 10 раз меньше.

Использование полупроводниковых диодов для построения логических схем арифметики и управления позволило значительно сократить число электронных ламп. Диодная логика, примененная в М-1, М-2 и М-3, в дальнейшем послужила прототипом диодно-транзисторной логики (DTL) ЭВМ второго и третьего поколений.

Идея укороченных кодов команд и кодов адресов в 34-разрядном формате трехадресной команды в сочетании с операциями переключения, которая была предложена и реализована М.А. Карцевым в М-2, послужила в дальнейшем прототипом принципа формирования исполнительных адресов в архитектуре ЭВМ второго и третьего поколений.

Оперативная память М-2 была разработана с использованием 34 обычных электронно-лучевых трубок типа 13 Л037, а не специальных потенциалоскопов (которые применялись в БЭСМ и "Стреле"). Это была сложная инженерная разработка, которую выполнили Т. М. Александриди и Ю. А. Лавренюк, обеспечив требуемые характеристики памяти и избежав трудностей с комплектованием машины специальными потенциалоскопами, которые были у разработчиков БЭСМ.

Магнитный барабан для дополнительного внутреннего запоминающего устройства был разработан (автор А. И. Щуров) и изготовлен в Лаборатории одновременно с разработкой машины.

В качестве устройства вывода информации в М-2 использовался обычный рулонный телетайп. Это решение позволяло обеспечить дистанционную работу М-2. В феврале 1957 г. работа М-2 с удаленным терминалом демонстрировалась в павильоне АН СССР на ВСХВ (ныне ВВЦ).

Литература

1. Карцев М. А., Александриди Т. М., Князев В. Д. и др. Быстродействующая вычислительная машина М-2. Под редакцией чл.-корр. АН СССР И. С. Брука. М., Гостехтеоретиздат, 1957.
2. Карцев М. А. Арифметический узел вычислительной машины М-2. В сб. Материалов конференции "Пути развития советского математического машиностроения и приборостроения". Секция универсальных цифровых машин. Ч. 1. М., 12-17 марта 1956.
3. Александриди Т. М. Электростатическое запоминающее устройство М-2. Там же. Ч. 1.
4. Быстродействующая электронная вычислительная машина М-2. Электричество, 1956, № 9.