Электронная цифровая вычислительная машина “Урал-16” (ЭЦВМ “Урал-16”)

Урнев Иван Васильевич

1. Главный конструктор: д.т.н. Б.И. Рамеев, заместители главного конструктора — В.И. Бурков, А.Н. Невский, Г.С. Смирнов, А. С. Горшков, В. И. Мухин, основные разработчики: Л. Н. Богословский, В. К. Елисеев, В. Г. Желнов, А. Г. Калмыков, М. Н. Князев, О. Ф. Лобов, А. И. Плетминцев, Ю. В. Пинигин и др.
2. Организация-разработчик: Пензенский НИИ управляющих вычислительных машин (НИИУВМ).
3. Завод-изготовитель: Пензенский завод вычислительных электронных машин (ВЭМ) Министерства радиопромышленности СССР.
4. Год окончания разработки: 1968.
5. Год начала выпуска: 1969.
6. Год прекращения выпуска: 1969.
7. Область применения: решение широкого класса математических и информационно-логических задач в крупных вычислительных центрах НИИ, КБ и промышленных предприятиях.
8. Число выпущенных машин (серийность): 1.

Описание машины (структура, архитектура, включая периферию)

“Урал-16” является старшей моделью в ряде машин “Урал”. Для ЭВМ “Урал-16” было разработано арифметическое устройство У-330, выполнявшее арифметические, логические и посылочные операции над двоичными числами и словами переменной длины от 1 до 48 двоичных разрядов. Арифметические операции выполнялись над числами с плавающей и фиксированной запятой. Был предусмотрен ряд операций, увеличивающих производительность машины при решении информационных задач.

В состав центрального блока ЭВМ входили арифметическое устройство У-330 и отдельное устройство управления У-331. У-331 обеспечивало взаимодействие всех устройств машины в процессе одновременного решения нескольких задач: одновременное выполнение до пяти команд в центральных устройствах, обмен информацией между накопителями на магнитной ленте, барабане и ферритовым накопителем, работа нескольких устройств ввода и вывода информации.

У-331 производило непосредственную адресацию слов длиной от 1 до 48 бит и массивов слов длиной от 48 до 98 000 бит в оперативной памяти емкостью до 25 000 000 бит.

Аппаратная система защиты программ обеспечивала защиту одних программ от возможных ошибок в других одновременно работающих программах, а система относительных адресов — независимость программ от места в памяти. Среди 300 команд, выполняемых устройством, имеются команды для “разговора” нескольких (до 8) машин на уровне центральных устройств.

“Урал-16” комплектовалась стандартными для машин “Урал” двухвходовыми накопителями на магнитных барабанах, накопителями на магнитной ленте, перфоленточным и перфокарточным оборудованием, алфавитно-цифровым печатающим устройством.

Элементная база.

ЭВМ “Урал-11” — “Урал-16” построены на унифицированном комплексе логических элементов “Урал-10”. Он представляет собой набор полупроводниковых схемных элементов модульной конструкции. Имелось 5 типов основных и 10 типов специальных модулей (для накопителей и внешних устройств). Электронные схемы “Урал-16” большей частью состояли из двух типов основных диодно-транзисторных модулей, способных работать в диапазоне температур от -10 до 70°С. Модули размещались на ячейке, имеющей запаиваемый разъем.

Конструкция “Урал-11” — “Урал-16”

Семейство машин “Урал-11” — “Урал-16” выпускалось в стандартных конструкциях. Электронное оборудование располагалось в стандартных шкафах. В шкафах располагались панели с ячейками, на которых монтировались модули с диодно-транзисторными элементами. Монтаж модулей и ячеек некоторые соединения на панелях выполнены печатным способом. Все накопители и внешние устройства были общими для всех машин “Урал”.

Технология

Применены традиционные технологические процессы механообработки конструкций. Каркасы шкафов — сварные. Модули и ячейки, впервые в машинах “Урал” выполненные печатным монтажом на фольгированном диэлектрике, предназначались для массового изготовления на специализированном производстве. Новыми для Пензенского завода были технология изготовления ферритовых накопителей и внешних устройств, в частности новых накопителей на магнитных лентах, механизма алфавитно-цифрового устройства.

Программное обеспечение. Основной программой, организующей работу ЭВМ, являлась программа-диспетчер. Она обеспечивала ввод и вывод информации, организацию многопрограммной работы, защиту областей оперативной памяти, динамическое распределение оперативной памяти, а также внешней памяти на магнитных барабанах и лентах.

С машиной поставлялся автокод АРМУ (Автокод ряда машин “Урал”), который был единым автокодом ряда ЭВМ типа “Урал”. Он был составлен с учетом особенностей этих машин и обеспечивал полную совместимость от меньшей машины к большей. Каждая ЭВМ “Урал” имела собственный транслятор с языка АРМУ на свой машинный язык. Таким образом, совместимость ЭВМ типа “Урал” была ограниченной и существовала только на уровне автокода АРМУ.

Помимо тест-программ, обширной библиотеки программ и программы отладки с языка АРМУ с машиной поставлялся транслятор с языка АЛГАМС на АРМУ.

Основные эксплуатационно-технические данные машины “Урал-16”

• Длина, бит
  • слова, адресуемого в оперативной памяти — 1, 2, 3,…, 48
  • массива информации, непосредственно адресуемого в оперативной памяти — 24, 48, 72,…98304
• Разрядность чисел, бит
  • с фиксированной запятой — 1, 2, 3,…, 48
  • с плавающей запятой — мантисса — 39, порядок — 7
• Система счисления — двоичная
• Система команд — одноадресная
• Количество команд — 300
• Индексных регистров — 14
• Базисных регистров — 512
• Каналов прерывания — 64+24
• Уровней прерывания — 64
• Время выполнения операций, мкс
  • сложение, логические (24 разряда) — 10
  • сложение, логические (48 разрядов) — 10
  • сложение чисел с плавающей запятой (39+7) — 10
  • умножение (24 разряда) — 15
  • умножение (48 разрядов) — 30
  • умножение с плавающей запятой — 30
• Емкость накопителей в словах длиной 24+2 разряда
  • ферритовый 131 072 — 524 288
  • на магнитных барабанах 98 444 — 787 552
  • на магнитных лентах 8 000 000 — 48 000 000
• Скорость обмена информацией, бит в секунду между оперативной памятью и 
  • накопителями на магнитном барабане — до 500 тыс.
  • накопителями на магнитной ленте — от 130 до 700 тыс.
  • максимальная скорость — 2 200 000
• Скорость ввода информации
  • с перфолент — 1000 строк с одного устройства
  • с перфокарт — 700 карт в минуту с одного устройства
  • с каналов связи — до 2 200 000 бит в секунду.
• Скорость вывода информации
  • на печать — 400 строк в минуту (одно устройство)
  • на перфокарты — 10 карт в минуту
  • на перфоленту — 80 строк в секунду
  • в каналы связи — 2 200 000 бит в секунду
• Условия эксплуатации
  • температура окружающей среды — от 5 до 40°С
  • влажность — 65±15%

Особенности ЭВМ.

“Урал-16” была старшей ЭВМ ряда “Урал”, выполненного на единой конструктивно-технологической базе “Урал-10”. В СССР это была первая попытка проектирования не отдельной ЭВМ, а целого ряда совместимых ЭВМ. Главное внимание при этом, видимо, уделено конструктивному и технологическому единству ЭВМ и их отдельных устройств. Несмотря на то, что большинство схемных, структурных и конструктивных решений были правильными и перспективными, машина “Урал-16” была сделана в единственном экземпляре. Анализа причин этого в литературе нет.