Вклад ВНИИ Электромеханики (ВНИИЭМ) в развитие отечественной вычислительной техники

Б. М. Каган

В первом поколении (поколении ламповых) ЭВМ заметное место занимает малогабаритная по тем временам ЭВМ М-3, предназначавшаяся для инженерных расчетов.

Создание машины М-3 сыграло определяющую роль на первых этапах становления создаваемых по решению советского правительства баз разработки и производства электронной вычислительной техники в Белоруссии (Минск) и Армении (Ереван).

ЭВМ М-3 – первая в стране ЭВМ с двухадресной архитектурой. Машина оперировала 30-разрядными словами и фиксированной запятой и в первых образцах имела память обьемом 2000 слов на магнитном барабане. В машине использовались логические схемы на полупроводниковых диодах и электронных лампах, число которых приближалось к 800.

В 1953 г. руководитель лаборатории энергетического института АН СССР чл. корр. АН СССР И. С. Брук и директор ВНИИЭМ академик АН Армении А. Г. Иосифьян заключили соглашение о проведении совместных работ по созданию ЭВМ для инженерных расчетов.

Первоначально проект ЭВМ М-3 был разработан группой сотрудников лаборатории И. С. Брука под непосредственным руководством Н. Я. Матюхина.

Этот проект не остался на бумаге благодаря ВНИИЭМ, который взял на себя комплекс работ, включавший изготовление и отладку опытных образцов машины, разработку ее минимального необходимого программного обеспечения, разработку технической документации, пригодной для заводского производства машин, подготовку и проведение Государственных испытаний машины М-3 и продвижение машины в серийное производство. Общее руководство этим комплексом работ во ВНИИЭМ осуществлял к. т. н. Б. М. Каган, который организовал во ВНИЭМ отдел (впоследствии отделение) вычислительной техники с собственным КБ (ОВТ) и руководил ими последующие 20 лет.

Наладка построенного во ВНИИЭМ опытного образца ЭВМ М-3 производилась во ВНИИЭМ совместно группой сотрудников лаборатории ЭНИНа во главе с Н. Я. Матюхиным и В. В. Белынским и группой сотрудников ОВТ во главе с В. М. Долкартом и Г. Н. Лопато. Они же провели во ВНИИЭМ работы по модернизации ЭВМ М-3, в результате которой в машину были внесены существенные улучшения. В частности, были модернизированы арифметическое устройство, местный программный датчик, разработан магнитный барабан с никель-кобальтовым покрытием, а затем ферритовое ЗУ.

Конструкторские работы по модернизации машины возглавлял А. П. Толмасов. Программы для ЭВМ М-3 разрабатывались В. Д. Розенкнопом и группой стажеров-программистов из Еревана во главе с Т. М. Тер-Микаэляном.

Первое применение ЭВМ М-3 нашла для оптимизационных расчетов серий электрических машин по критерию минимальной стоимости, которые были проведены уже в 1956 г. под руководством д. т. н. Т. Г. Сорокера и к. т. н. Б. М. Кагана. Во ВНИИЭМ были изготовлены несколько головных экземпляров ЭВМ М-3, в том числе для КБ С. П. Королева и АН Армении.

В 1956 г. во ВНИИЭМ были успешно проведены Государственные испытания ЭВМ М-3 (председатель Госкомиссии академик Н. Н. Бруевич) и машина была рекомендована для серийного производства. Состоялось решение о передаче ЭВМ на серийное производство на вновь построенный Минский Завод вычислительных машин.

По технической документации и с технической помощью ВНИИЭМ на минском заводе им. Орджоникидзе началось производство ЭВМ М-3 под названием "МИНСК 1", положившей начало известной серии ЭВМ "Минск"; была построена первая ЭВМ в созданном в 1956 г. Ереванском НИИ ММ; в Китае и Венгрии были построены первые в этих странах ЭВМ.

ВНИИЭМ оказал помощь ряду организаций в подготовке кадров. В его отделе вычислительной техники прошли подготовку многочисленные стажеры. Сотрудник ОВТ ВНИИЭМ Г. Н. Лопато стал начальником КБ Минского завода, а впоследствии – директором Минского НИИ ЭВМ. Стажировавшийся в ОВТ Б. Б. Мелик Шах-Назаров стал первым главным инженером Ереванского НИИ ММ. Г. Н. Лопато оказывал помощь в освоении машины М-3 в Китае, а также – вместе с Б. М. Каганом – в Венгрии.

Следует отметить, что архитектура ЭВМ М-3 в значительной степени была воспроизведена в первых полупроводниковых (транзисторных) ЭВМ "Раздан" (Ереваниский НИИММ) и "Минск 2" (Минский завод им. Орджоникидзе).

По окончании работ, связанных с ЭВМ М-3 встал вопрос, в каком направлении продолжать во ВНИИЭМ работы по вычислительной технике. Б. М. Каган на основе анализа выполняемых в Минэлектропроме работ по автоматизации производственных процессов с использованием комплексов электроприводов (прокатные станы, шагающие экскаваторы и др.) обосновал целесообразность перехода к разработке универсальных (многоцелевых) управляющих ЭВМ (УВМ). Именно универсальных, хотя в то время (конец 50х годов) продолжалось увлечение созданием специализированных управляющих вычислительных машин для отдельных технологических процессов.

Именно это направление вычислительной техники и стало основным для ВНИИЭМ в последующие годы.

В конце 50-х начале 60-х годов во ВНИИЭМ под руководством В.М. Долкарта была разработана первая 32-х разрядная полупроводниковая цифровая управляющая вычислительная машина ВНИИЭМ-1 с ферритовым запоминающим устройством емкостью 2048 слов. В этой работе принимали участие Г. Х Новик., М. М. Каневский, В. Н. Степанов, Л. М. Лукьянов, И. С. Колтыпин, В. И. Адасько, А. И. Воителев, Г. Н. Рыбковский. В создании конструкции машины большую роль сыграл А.Н. Федосеев. Матрицы запоминающего устройства на ферритовых сердечниках по предложению А. Г. Иосифьяна начали собирать в клубе в городе Новый Иерусалим. Эта работа положила начало Истринскому отделению ВНИИЭМ (сейчас ФГУП НИИЭМ)

Для уменьшения размеров в УВМ ВНИИЭМ-1 в качестве регистров были применены ячейки ферритового запоминающего устройства. Во ВНИИЭМ-1 использовались быстродействующие германиевые транзисторы П-403, которые были созданы в НИИ-35, и мощные быстродействующие транзисторы П-603, разработанные сотрудником НИИ-35 Стружинским. На основе этих транзисторов В. М. Долкартом была разработана оригинальная система диодно-транзисторных логических элементов, которая применялась в УВМ ВНИИЭМ-1 и во всех последующих транзисторных УВМ, разработанных ВНИИЭМ.

В машине ВНИИЭМ-1 использовалось запоминающее устройство на магнитной ленте, разработка которого была проведена под руководством В. И. Адасько и при участии Р. Р. Пурэ.

В самом начале 60-х наступил звездный час для сотрудников отдела ВТ ВНИИЭМ.

В это время Уралмашзавод приступил к проектированию блюминга-автомата 1300 для Челябинского и Криворожского металлургических комбинатов с рекордной производительностью 6 млн. тонн в год. Этот прокатный стан требовал повышения уровня автоматизации технологических процессов. Разработку системы электроприводов выполнял Электропривод Минэлектропрома, а на ВНИИЭМ была возложена разработка управляющих вычислительных машин.

Под руководством профессора Б. М. Кагана для этого стана была разработана во многом передовая для того времени архитектура управляющего комплекса.

Архитектура предполагала использование однотипных быстродействующих УВМ, образующих двухуровневую систему.

Первый уровень образовывали два двухмашинных дуплекса для прямого управления соответственно клетью и ножницами стана, а второй уровень – УВМ, планирующая и оптимизирующая технологические процессы.

УВМ должны были обеспечивать межмашинный обмен информации и мультипрограммные режимы работы, иметь быстродействующую систему прерывания для управления асинхронно протекающими производственными процессами . Машины должны были обладать повышенной надежностью и обслуживаемостью. Технические требования на разрабатываемую универсальную УВМ, получившую название ВНИИЭМ-3 (впоследствии В-3), учитывали вышесказанное. Разработку УВМ ВНИИЭМ-3 финансировал Уралмаш.

УВМ ВНИИЭМ-3 была разработана под непосредственным руководством В. М. Долкарта. Машина имела совершенно оригинальную архитектуру. Впервые в отечественной вычислительной технике оперативная память была выполнена с автоматической коррекцией ошибок. Были реализованы унифицированные каналы передачи информации, позволявшие легко добавлять новые устройства (принцип открытых систем), в том числе разработанные во ВНИИЭМ запоминающие устройства на магнитных лентах. УВМ имела развитую систему команд для работы с 24- разрядными словами и полусловами.

Многоуровневая система прерываний обеспечивала мультипрограммное управление асинхронными процессами. Машина имела автоматическую программно-управляемую систему изменения напряжений питания при профилактических работах. Система допускала встраивание контрольных профилактических процедур в последовательности управляющих программ. Для повышения надежности в конструкции машины впервые в стране был использован монтаж накруткой вместо пайки, а также платы с печатным монтажом. Для плат был разработан палладированный соединитель с двойным контактированием.

Система печатного монтажа была освоена в ИО ВННИЭМ усилиями С. А. Шапиро, С. И. Щербакова, А. А. Слонимского и Ю. Б. Кудрящева.

Следует отметить, что задуманный многомашинный управляющий комплекс блюминга из-за отсутствия датчиков и алгоритмов управления отдельными процессами удалось реализовать лишь в небольшой степени, только для управления ножницами на Челябинском блюминге. Но ВНИИЭМ-3 была создана. В сентябре 1965 г. эта УВМ демонстрировалась на Международной выставке в Сокольниках.

Под руководством Б. М. Кагана на основе этой УВМ были разработаны несколько информационно-управляющих систем, в том числе на химическом производстве в г. Ангарске и на металлургическом комбинате в г. Галац (Румыния).

В 1966г. УВМ ВНИИЭМ-3 успешно прошла Государственные испытания (председатель Госкомиссии проф. М. Р. Шура-Бура) и была рекомендована для серийного производства.

Несомненно, в это время ВНИИЭМ-3 была единственной в стране УВМ с хорошо сбалансированными характеристиками для управления сложными технологическими процессами. ВНИИЭМ имел большое количество заказов на эту УВМ на десятки миллионов рублей. На эти деньги можно было построить специальный завод для выпуска этих машин. Но началась бюрократическая ведомственная волокита с решением вопроса о серийном производстве этой УВМ.

Госплан принял решение об освоении производства УВМ ВНИИЭМ-3 в Армянском Совнархозе на Ереванском заводе "Электрон".

По технической документации и с технической помощью ВНИИЭМ завод "Электрон" освоил производство ВНИИЭМ-3 и изготовил несколько машин. Но вскоре Совнархозы были упразднены, и завод "Электрон" отошел к Радиопрому, посчитавшему, что УВМ не входят в его номенклатуру. Завод прекратил их производство.

Совет Министров СССР принял специальное постановление об освоении производства УВМ ВНИИЭМ-3 на Московском заводе "Энергоприбор". Однако руководство Минприбора (министр Руднев) нашло способ не пустить на свой завод эту УВМ, разработанную в чужом министерстве (Электропроме).

Производство УВМ ВНИИЭМ-3 в небольшом объеме сохранилось лишь в Истринском филиале ВНИИЭМ. История попыток продвижения ВНИИЭМ в серийное производство является ярким примером того, как цепко ведомственные интересы, бюрократизм, волюнтаризм, отсутствие рыночной конкуренции держали за горло научно-технический прогресс в Советском Союзе, особенно в области электроники и вычислительной техники.

Вспомните для сравнения историю возникновения фирм-пионеров Intel и Apple в области соответственно микропроцессоров и персональных компьютеров.

В это время Минприбор волюнтаристически предпринял нелепую и экономически необоснованную попытку реализации на транзисторах архитектуры вычислительных машин серии IBM360, выполненных на микросхемах высокой степени интеграции.

И вот, когда стране потребовались высокопроизводительные УВМ для управления, сбора и обработки информации на сложных объектах, оказалось, что кроме ВНИИЭМ-3 нет в стране других машин.

В конце 60-х годов встал вопрос о создании системы комплексной автоматизации для Ленинградской и других АЭС с реактором РБМК. По инициативе академиков А. Г. Иосифьяна и Н. Н. Шереметьевского ВНИИЭМ предложил создать такую систему на основе УВМ ВНИИЭМ-3. В конце 1969 г. решением пяти министров (Минрадиопром, Минприбор, Минэлектротехпром, Минэлектронпром и АН СССР) было признано, что единственной управляющей вычислительной машиной, позволяющей создать такую информационную систему автоматизации, с десятками тысяч входных аналоговых и цифровых сигналов, является машина ВНИИЭМ-3. Работа была поручена ВНИИЭМ, и в начале 70-х годов система комплексной автоматизации Ленинградской АЭС "Скала" с УВМ ВНИИЭМ-3 была разработана переведенным во ВНИИЭМ из ВНИИ Электропривода коллективом, руководимым Ю. Д. Проферансовым. Серийный выпуск систем "Скала" для АЭС с реакторами РБМК начался в ИО ВНИИЭМ. В этой работе активно участвовали В. И. Адасько, М. Я. Танаев, А. Д. Воробьев, И. А. Карасев, А. М. Прядкин, Н. Д. Федченко. Огромный объем программного обеспечения для системы "Скала" с использованием концепции "виртуальных машин" был разработан в ИО ВНИИЭМ под руководством В. Ф. Ткача. Работы по внедрению систем "Скала" на АЭС проводились под руководством И. И. Десятникова.

Подобная ситуация повторилась, когда возникла необходимость укомплектовать управляющей машиной прокатный стан, поставляемый Советским Союзом в Румынию. За отсутствием других подходящих УВМ была поставлена ВНИИЭМ-3. Для экспортной поставки УВМ подверглась модернизации, после которой получила название В-3М. Приемку поставляемой на экспорт машины возложили на военную приемку, которая засомневалась в надежности монтажа накруткой. Пришлось этот способ монтажа отдельно подвергнуть Государственным испытаниям.

В 1974 г. профессор Б. М. Каган перешел на работу зав. кафедрой "Вычислительные машины и системы" МИИТа. Во время работы во ВНИИЭМ и в последующие годы Б. М. Каган, в том числе в соавторстве со своими аспирантами (М. М. Каневский, В. Н. Адасько, Пуре, Л. Лукьянов, А. Воителев), опубликовал серию монографий и учебных пособий, сыгравших заметную роль в подготовке специалистов по созданию вычислительной техники и ее применению для управления различными процессами.

Руководителем Отделения Вычислительной техники ВНИИЭМ стал В. М. Долкарт. В 70-80 гг. на машине В-3М были разработаны различные автоматизированные испытательные системы для испытаний космических аппаратов, созданных во ВНИИЭМ, в ИО ВНИИЭМ и в г. Самаре. Работы проводились под руководством Л. М. Лукьянова. Большой вклад в создание программного обеспечения этих систем был сделан С. Я. Певзнером.

Всего для автоматизации атомных электростанций и для испытаний космических аппаратов в ИО ВНИИЭМ было изготовлено в 70-80 годах несколько десятков многомашинных управляющих вычислительных комплексов на основе ЭВМ В-3М.

В 70-е годы широко велись разработки новых специализированных устройств связи с объектом для комплексных систем автоматизации на основе УВМ "В-3М", в которых принимали участие И. А. Жигунов, Э. С. Подлесный, В. В. Тащиян, Л. И. Лапидус, А. В. Алексеевский.

Уже в середине 60-х годов во ВНИИЭМ начались работы по использованию интегральных микросхем. В. М. Долкарт и Г. Х. Новик знакомились с работами проводимыми в НИИ-35 Б. В. Малиным , создавшим первый в стране цех по производству микросхем, и Стружинским (погибшим вскоре в Англии), который возглавил проводившееся в стране работы по элионике, обеспечивающей обработку кремниевых пластин электронными и ионными лучами. Состоялось также знакомство с работами Староса и Берга в Ленинграде, однако эти работы представлялись бесперспективными, поскольку не основывались на планарной полупроводниковой технологии. Старос и Берг считали, что для создания сложных цифровых логических схем достаточно использовать простейшие схемы "И-НЕ" на два входа, а семейства микросхем малой и средней степени интеграции разработчикам не нужны. Однако это не подтверждалось развитием мировой микроэлектроники.

В конце 60-х начале 70-х годов у ВНИИЭМ установились связи с Воронежским полупроводниковым заводом, который закупил в Японии оборудование для выполнения планарного полупроводникового процесса. В соответствии с правилами проектирования, принятыми в Воронеже, во ВНИИЭМ В. М. Долкартом и С. Ф. Рединой впервые в стране были разработаны несколько типов интегральных микросхем транзисторно-транзисторной логики, в число которых входили триггерные схемы. На основе этой разработки в Воронеже под руководством Никишина и Петрова были созданы первые в стране микросхемы ТТЛ.

В 70-х и начале 80-х годов микросхемы логики и памяти начали использоваться в некоторых устройствах УВМ В-3М.

В середине 70-х годов под руководством М. М. Каневского и И. Р. Крамфуса началась разработка управляющей вычислительной машины В5 на микросхемах. УВМ В5 представляла собой многопроцессорную машину повышенной живучести, с возможностью автоматической реконфигурации при отказах. Однако быстрое развитие микропроцессорной техники, позволившей выпускать простые и надёжные микроЭВМ, обеспечивающие значительное снижение стоимости вычислений, привело к прекращению этой работы.

Активные работы по созданию микроЭВМ на основе микросхем и микропроцессоров началась во ВНИИЭМ после выставки "Электро-77". Основной этих работ явилось использование разработанного А.В. Кобылинским в Киеве восьмиразрядного микропроцессора К580, программно совместимого с микропроцессором 8080 фирмы Intel. В 1982 г. ВНИИЭМ передал Кобылинскому персональный компьютер IBM PC, что ускорило разработку микропроцессора К1810, программно совместимого с 16-разрядным Intel 8086.

В конце 70-х годов во ВНИИЭМ в короткие сроки были проведены работы по созданию функционально-модульных микросредств управляющей вычислительной техники (МСВУТ) В7 на основе микропроцессора К580.

Микросредства МСУВТ В7 использовали функционально-модульную архитектуру. Каждый модуль выполнял законченную функцию и реализовывался на одной печатной плате. Модули вставлялись в соединители объединительной панели, по которой проходила общая шина, соединяющая модули. В МСУВТ использовались четырехслойные печатные платы и панели с внутренними слоями земли и питания. Такая система монтажа обеспечила надежную работу компьютера при использовании в его модулях быстродействующих микросхем ТТЛ Шотки.

Уже в 1979 году в рамках работ по министерской проблеме Минэлектротехпрома "Автоматизация" были созданы первые платы и комплексы МСУВТ В7. В разработке активно участвовали В. М. Долкарт, Г. Х. Новик, Л. М. Лукъянов, В. М.Каневский, В. В.Тащиян, Р. Р.Пуре, В. Н. Степанов, В. В. Лурье, Е. И. Шаповалов, Е. К. Ульянова, И. М. Крамфус, И. В. Дубенская и др. Основные работы по созданию конструкции МСУВТ В7 были выполнены А.Н. Федосеевым.

Первоначально с 1980 года МСУВТ В7 производились в Истринском отделении ВНИИЭМ, а затем и на заводе в г. Александрия. Четырехслойный печатный монтаж для плат и панелей МСУВТ В7 был также разработан в ИО ВНИИЭМ и внедрен на заводе в г. Александрия.

В середине 80-х годов во ВНИИЭМ были разработаны первые платы микросредств МСУВТ В9 на основе 16- разрядного микропроцессорного набора серии К1810. Эти средства были совместимы со средствами В7 и могли работать совместно в одной системе. На базе МСУВТ В7/В9 в электротехнической отрасли были созданы сотни управляющих вычислительных систем.

В начале 90-х годов во ВНИИЭМ на микросредствах МСУВТ В7/В9 были разработаны информационная система для АЭС и испытательная система для стационарного ИСЗ "Электро".

Одновременно в 80-е годы во ВНИИЭМ велась разработка микросредств В10 на стандартных европлатах с евроразъемами, размещаемых в конструктивах евромеханики. Работа велась под руководством С. Я. Куцакова, и в ней участвовали В. В. Тащиян, В. В. Мышкин, М. В. Протопопов, В. Б. Иванчук, Д. П. Тимошенко, Т. А. Гроховская.

Для использования на стационарном ИСЗ "Электро" в конце 80-х годов во ВНИИЭМ был разработан многомашинный бортовой микропроцессорный управляющий вычислительный комплекс повышенной надежности В6. Основной объем работ выполняли Г. Х. Новик, М. М. Каневский, И. Р. Крамфус, И. С. Колтыпин, И. А. Жигунов, Ю. А. Кащавцев. Конструкция была разработана А. Н. Федосеевым и В. Л. Дыбовским. Программное обеспечение создавалось под руководством С. Я. Певзнера при активном участии Н. Р. Герман. Общее руководство проводимыми во ВНИИЭМ работами по вычислительной технике до 1995 г. осуществлял д. т. н. академик АЭН В. М. Долкарт.

В настоящее время НПП ВНИИЭМ (Отделение электрооборудования для атомных электростанций) занимается разработкой и поставкой систем управления и защиты (СУЗ) для АЭС, включая АЭС в Иране, Индии и Китае. Используется как закупаемое стандартное оборудование, в том числе ПК в промышленном исполнении, так и оборудование, разрабатываемое и изготовляемое во ВНИИЭМ. Работами руководят к. т. н. академик АЭН Г. А. Жемчугов и С. Д. Джумаев.

Разработки ведутся на основе однокристальных микроконтроллеров семейств MCS51, MCS96, SAB167, микропроцессоров 386SX, 386EX, 486SX и сигнальных процессоров TMS320 и ADSP218X, отличающихся малой потребляемой мощностью.

В создании комплекса технических средств для СУЗ АЭС участвуют С. Я. Куцаков, В. В. Тащиян, М. В. Протопопов, В. Б. Иванчук, Т. А. Гроховская, В. Н. Степанов, Э. С. Подлесный, В. В. Мышкин, С. В. Иванов и др. Программное обеспечение разрабатывается под руководством М. М. Рахматуллина, Т. Е. Анпиловой и Н. Р. Герман.

Адаптация ПО для ПК, используемых в проектах, производится под руководством М. В. Протопопова и А. О. Мирошника.

На сегодняшний день ряд информационных и управляющих систем на базе нового комплекса средств вычислительной техники МСУВТ В10Р введены в промышленную эксплуатацию на энергоблоках Калининской, Курской, Смоленской и Нововоронежской АЭС.

Статья опубликована 21.05.2003 г.