Малогабаритная электронная вычислительная машина М-3

М-3 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) и Научно-исследовательским институтом электротехнической промышленности (ныне — ВНИИЭМ) под руководством члена-корреспондента АН СССР И. С. Брука. Группой разработки М-3 руководил Н. Я. Матюхин. Разработчики М-3: В. В. Белынский, В. М. Долкарт, Н. А. Дорохова, А. Б. Залкинд, Б. М. Каган, Г. П. Лопато, Б. Б. Мелик-Шахназаров, В. Н. Овчаренко, Ю. Б. Пржиемский, Г. И. Танетов. Конструкторы: А. Н. Патрикеев, А. П. Толмасов.

До начала серийного выпуска несколько экземпляров М-3 по документации НИИ ЭП были изготовлены в 1957-1958 гг. НИИЭП (академик А. Г. Иосифьян), КБ академика С. П. Королева, Институтом математики АН Армянской ССР (академика С. Н. Мергелян), из которого позже выделился Ереванский институт математических машин.

М-3 послужила прототипом двух промышленных серий ЭВМ: «Минск» (Г.П. Лопато, В.В. Пржиялковский) и ГОАР (затем «Раздан»). М-3 стала источником для развития школы управляющих машин во ВНИИЭМ, Б. М. Каган, В. М. Долкарт и другие участники группы разработки М-3.

М-3 была предназначена для решения задач в вычислительных лабораториях, научно-исследовательских институтах, конструкторских бюро.

В отличие от крупных вычислительных машин (таких, как «Стрела», БЭСМ), требующих значительных затрат на их содержание и специальных условий эксплуатации (большое помещение, мощные источники питания, охлаждающие установки и т. п.), М-3 реализовала концепцию малогабаритной вычислительной машины, сформулированную И. С. Бруком.

На М-3, производилось интегрирование обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных (как линейных, так и нелинейных), решение систем линейных уравнений со многими неизвестными, алгебраических и трансцендентных уравнений и др.

Система представления чисел в М-3 — двоичная с фиксированной точкой: 30 двоичных разрядов (по модулю < 1) и разряд знака числа.

Система команд М-3 была выбрана двухадресной с форматом:

• 6 двоичных разрядов кода операции;
• два адреса по 12 двоичных разрядов (адреса представлялись 4 восьмеричными цифрами).

Коды команд представлялись двумя восьмеричными цифрами таким образом, что указывался основной признак — вид арифметической операции и дополнительные признаки, указывающие на вариант выполнения операции. Два из этих вариантов отводились для операций над модулями чисел. Другие варианты использовали возможность сохранения в арифметическом узле результата выполненного действия, который служил в качестве одного из операндов следующего действия (т.е. фактически реализовался режим одноадресной работы для уменьшения количества обращений к памяти).

К логическим и вспомогательным операциям, выполняемым машиной, относились команды условного и безусловного переходов операции ввода с перфоленты, переноса чисел из одной ячейки запоминающего устройства в другую. Признаком для условного перехода являлся знак результата предыдущего действия. В зависимости от него управление передавалось по первому или второму адресу команды условного перехода.

Построение системы команд М-3 обеспечивало гибкость программирования, уменьшающую количество обращений к памяти на магнитном барабане.

Арифметический узел и запоминающее устройство в М-3 были параллельного типа (внутреннее запоминающее устройство — магнитный барабан с параллельной выборкой емкостью 2048 чисел). Средняя производительность М-3 составляла 30 операций/с. После замены магнитного барабана на ферритовую память той же емкости, разработанную СКБ Минского завода, производительность машины была увеличена до 1,5 — 2 тыс. операций/с (при испытаниях с приставной диодной памятью арифметический узел и устройство управления обеспечивали производительность 3 тыс. операций/с). Объем памяти М-3 можно было увеличить до 4096 чисел подключением второго шкафа запоминающего устройства, идентичного основному.

В М-3 были широко использованы полупроводниковые элементы. Основным логическим элементом машины являлся дешифратор несоответствия, применявшийся в большинстве арифметических и управляющих схем. Регистры устройства управления (программного датчика) и арифметического узла представляли собой триггеры и клапаны приема информации, выполненные на электронных лампах.

Всего машина содержала 774 электронные лампы, в том числе 43 в источниках питания. Питание осуществлялось от трехфазной сети переменного тока с допустимыми колебаниями напряжения — от минус 5% до плюс 10%. Потребляемая мощность составляла 10 кВт. Площадь, занимаемая шкафами машины, — менее 3 м2.

Конструкция М-3 состояла из трех самостоятельных шкафов: главный шкаф с арифметическим узлом, системами местного и центрального управления и пультом машины, шкаф запоминающего устройства с магнитным барабаном, усилителями записи и считывания и устройства управления выборкой чисел, шкаф питания. Кроме того, был предусмотрен стол для размещения телеграфной аппаратуры используемой в качестве устройств ввода информации с перфоленты и вывода на печать и перфоленту. обеспечивало возможность дистанционной работы машины с помощью обычных телеграфных и телефонных линий связи. Электронные схемы М-3 конструктивно были выполнены в виде съемных двухламповых субблоков с 20- или 14-контактными разъемами.

Во всех шкафах была предусмотрена принудительная воздушная вентиляция с разомкнутым циклом. В отдельном помещении можно было устанавливать агрегат автономного питания с трехфазным асинхронным двигателем, генераторами переменного и постоянного тока.

Основные особенности М-3

В машине М-3 была реализована концепция малогабаритной ЭВМ, предложенная И. С. Бруком. Это позволяло применять М-3 в научно-исследовательских организациях и конструкторских бюро без создания специальных помещений. Так, требуемая площадь для установки М-3 составляла 3 м2, а для машины «Урал» со сходными возможностями требовалась площадь около 60 м2.

Применение асинхронного принципа работы устройства управления. В отличие от синхронного принципа управления в М-3 последовательность работы отдельных блоков и устройств определялась их взаимодействием типа приказ-ответ. Переход к выполнению следующего элементарного действия происходил только после того, как был получен сигнал об окончании выполнения предыдущего действия. При таком построении обеспечивалась в значительной степени независимость работы отдельных устройств машины, что облегчало ее наладку и эксплуатацию. В случаях нарушений работы какого-либо устройства происходила остановка машины и имелась возможность сравнительно просто обнаружить неисправное устройство.

Основные публикации

1. Белынский В. В., Долкарт В. М., Каган Б. М., Лопато Г. П., Матюхин Н. Я. Малогабаритная электронная вычислительная машина М-3. Серия "Передовой научно-технический и производственный опыт". Тема 40, № П-57-89. М., филиал ВИНИТИ, 1957.
2. Каган Б. М., Матюхин Н. Я., Белынский В. В., Долкарт В. М., Лопато Г. П. Универсальная быстродействующая вычислительная машина М-3. В сб. материалов Конференции "Пути развития советского математического машиностроения и приборостроения". Секция универсальных цифровых машин. Ч. 1. М. 12-17 марта 1956 г.