Развитие работ по созданию средств ВТ и управляющих систем в НПП ВНИИЭМ (1953–2003 гг.)

В. М. Долкарт

Создание малогабаритной электронной вычислительной машины М-3 было начато в 1953 г. Оно проводилось по договоренности академиков А. Г. Иосифьяна и И. С. Брука в содружестве НИИЭП Госплана СССР (затем – ВНИИЭМ, сейчас – НПП ВНИИЭМ) и ЛУМС АН СССР (позднее ИНЭУМ) и закончилось сдачей госкомиссии в 1956 году построенного в НИИЭП первого образца универсальной малогабаритной ЭВМ М-3.

Работа была выполнена по инициативе академика А. Г. Иосифьяна с целью механизации трудоемких расчетов используемых в электротехнической промышленности. Первое применение М-3 нашла для расчетов серии электрических машин, которые были проведены уже в 1957 г. под руководством д. т. н. Т. Г. Сорокера и к. т. н. Б. М. Кагана. Вычисления ЭВМ М-3 выполняла с 30-разрядными двоичными числами. Запоминающее устройство на магнитном барабане имело емкость 2048 чисел.

Документация ЭВМ М-3 разрабатывалась в ЛУМС под руководством Н. Я. Матюхина. В ней использовались логические схемы на полупроводниковых диодах и электронных лампах, число которых приближалось к 800. Наладка проводилась во ВНИИЭМ группой инженеров ЛУМС во главе с В. В. Белынским. От ВНИИЭМ в наладке участвовала группа сотрудников, возглавляемая В. М. Долкартом и Г. П. Лопато. Затем они же проводили во ВНИИЭМ модернизацию М-3, в ходе которой в машину были внесены существенные улучшения. В частности, было усовершенствовано арифметическое устройство, местный программный датчик, разработан магнитный барабан с никель-кобальтовым покрытием, а затем ферритовое запоминающее устройство.

Позднее в работах по модернизации и эксплуатации ЭВМ М-3 приняли участие Г. Х. Новик, Е. К. Ульянова, Е. И. Шаповалов, А. М. Левыкин. Конструкторскую часть возглавлял А. П. Толмасов. Для ферритового запоминающего устройства обновленной ЭВМ М-3 ферритовые сердечники были предложены В. Г. Глотовым. Программирование задач для ЭВМ М-3 проводилось под руководством В. Д. Розенкнопа.

В это же время в институте были установлены аналоговые вычислительные машины. Решением задач на аналоговых машинах руководил Л. В. Мазия (позднее он возглавил вычислительный центр ВНИИЭМ).

ЭВМ М-3 была связана с аналоговой машиной в единый аналогово-цифровой комплекс, на котором был решен ряд задач.

По отработанной документации во ВНИИЭМ была изготовлена небольшая серия ЭВМ М-3. Одну из машин изготовили по документации ВНИИЭМ в Китае. Наладка этой машины проводилась под руководством Г. П. Лопато. Машины М-3 были установлены также в Калининграде (ныне Королеве), Ереване, Минске и Риге. В трех последних городах после этого были созданы НИИ и заводы по производству средств вычислительной техники. Г. П. Лопато переехал в Минск, где на базе М-3 начали выпускать ЭВМ "Минск".

Комплект микросредств управляющей вычислительной техники МСУВТ-10

Создание во ВНИИЭМ аналогово-цифрового вычислительного комплекса показало, что прямое преобразование напряжения в цифровой код, как и обратное преобразование, могут выполняться достаточно просто и что, учитывая ожидаемый быстрый рост производительности ЭВМ, уже в ближайшее время возможно создание управляющих вычислительных машин (УВМ), в масштабе реального времени осуществляющих обработку реальных сигналов сложных электротехнических комплексов и управление этими комплексами.

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

В конце 50-х – начале 60-х годов во ВНИИЭМ под общим руководством Б. М. Кагана коллективом возглавляемым В. М. Долкартом, была разработана первая 32-разрядная полупроводниковая цифровая управляющая вычислительная машина "ВНИИЭМ-1" с ферритовым запоминающим устройством емкостью 2048 слов. Помимо перечисленных ранее в этой работе принимали участие М. М. Каневский, В. Н. Степанов, Л. М. Лукьянов, И. С. Колтыпин, В. И. Адасько, А. И. Воителев. 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, куда на год был командирован из Москвы Г. Б. Рыбковский. Эта работа положила начало Истринскому отделению ВНИИЭМ (ИО ВНИИЭМ, сейчас – ФГУП НИИЭМ).

Для уменьшения размеров в ЭВМ "ВНИИЭМ-1" в качестве регистров применялись ячейки ферритового запоминающего устройства. Основным транзистором, используемым в вычислительной технике, в это время служил довольно медленный транзистор П16. Для "ВНИИЭМ-1" были предложены быстродействующие германиевые транзисторы П 403, разработанные во НИИ-35 и выделенные для ВНИИЭМ директором НИИ-35 А. Ф. Трутко, и мощные быстродействующие транзисторы П-603, которые были созданы сотрудником НИИ-35 Стружинским. На основе этих транзисторов В. М. Долкартом была разработана оригинальная система диодно-транзисторных логических элементов, которая использовалась в ЭВМ "ВНИИЭМ-1" и во всех последующих транзисторных ЭВМ, разработанных во ВНИИЭМ.

В машине "ВНИИЭМ-1" использовалось запоминающее устройство на магнитной ленте, разработка которого велась под руководством В. И. Адасько и при участии Р. Р. Пурэ. На базе "ВНИИЭМ-1" в начале 60-х годов под руководством В. М. Долкарта была создана система записи полетных программ управления ракетами, которая в масштабе реального времени могла записывать программы на магнитный носитель и также в масштабе реального времени проверять их правильность. В. М. Долкарт не только рассчитал алгоритмы работы системы, но и запрограммировал задачу в машинных кодах, что позволило разместить программу в памяти небольшой емкости. Бортовой магнитофон устанавливался в блок связи и синхронизировался кварцевым генератором. Машина рассчитывала очередные значения записываемых данных, запускаясь в работу сигналами прерывания поступающими из блока связи. При проверке правильности записанных данных попадание считываемых сигналов в допустимые границы определялось аппаратно в блоке связи.

В начале 60-х годов стало очевидно, что для создания надежных управляющих ЭВМ необходимы специальные соединители и система монтажа плат и панелей, обеспечивающая высокую надежность работы управляющих вычислительных машин. Требовалось также повысить производительность будущих УВМ и обеспечить легкое наращивание их возможностей.

С учетом этого в середине 60-х годов во ВНИИЭМ была разработана 24-разрядная полупроводниковая управляющая вычислительная машина "ВНИИЭМ-3", которая в сентябре 1965 г. была продемонстрирована на международной выставке в Сокольниках.

Под руководством д.т.н. Б. М. Кагана на основе этой УВМ были созданы информационно-управляющие системы на химическом производстве в Ангарске и на металлургическом комбинате в Галаце (Румыния). Большую роль в запуске этих систем сыграли В. Н. Степанов, И. А. Жигунов и И. С. Колтыпин.

УВМ "ВНИИЭМ-3" подверглась значительной модернизации, после которой стала называться В-3М. Эта машина оказалась очень удачной с точки зрения как архитектуры, так и конструктивного исполнения. В ней использовались унифицированные каналы передачи информации, позволявшие легко добавлять к машине новые устройства; развитая система команд для работы с полными словами и полусловами; развитая система прерывания; многомашинный режим работы; контроль и коррекция ошибок в четырехпортовом ферритовом запоминающем устройстве. Большие усовершенствования были сделаны в конструкции машины, – впервые в стране вместо паяного монтажа в панелях был применен монтаж накруткой, в платах использован печатный монтаж, для плат предложен палладированный соединитель с двойным контактированием.

Система печатного монтажа была освоена в ИО ВНИИЭМ силами С. А. Шапиро, С. И. Щербакова, А. Д. Слонимского, Ю. Б. Кудряшова и Кузнецова. В ЭВМ В-3М сменные печатные платы надежно закреплялись в панели и отлично вентилировались. Использовалось автоматическое изменение напряжений питания при проведении профилактических работ. Все это обеспечивало большую аппаратную надежность ЭВМ.

В середине 60-х годов по инициативе А. Г. Иосифьяна состоялся дебют УВМ В-3М в космической тематике. Над одним из зданий ВНИИЭМ была установлена антенна, которая принимала телеметрическую информацию с метеорологического спутника, созданного во ВНИИЭМ, при пролете его над Москвой. Сформированные кадры телеметрической информации из приемной станции передавались в В-3М, где проводилась дешифрация кадров и выделение телеметрической информации. Машина заменила сложную ручную расшифровку параметров и, проводя фильтрацию кадров, обеспечила получение достоверной информации, даже когда 80–90% кадров были искажены помехами. При этом результат печатался практически сразу после пролета спутника.

В конце 60-х годов встал вопрос о создании системы комплексной автоматизации для Ленинградской АЭС с реактором РБМК. По инициативе академиков А. Г. Иосифьяна и Н. Н. Шереметьевского ВНИИЭМ предложил создать такую систему на основе УВМ В-3М. После этого в конце 1969 г. решением министров Минрадиопрома, Минприбора, Минэлектротехпрома, Минэлектронпрома, а также Президиума 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 В-3М. Работа была поручена ВНИИЭМ и в начале 70-х годов система комплексной автоматизации Ленинградской АЭС "Скала" была разработана переведенным во ВНИИЭМ из ВНИИЭлектропривода коллективом 38-го отдела под руководством Ю. Д. Проферансова. Серийный выпуск систем "Скала" для АЭС с реакторами РБМК начался в ИО ВНИИЭМ, в нем активно участвовали В. И. Адасько, М. Я. Танаев, А. Д. Воробьев, И. А. Карасев, А. М. Прядкин, Н. Д. Федченко. Гигантский объем ПО для системы "Скала" с использованием концепции "виртуальных машин" был разработан в ИО ВНИИЭМ под руководством В. Ф. Ткача. Внедрением систем "Скала" на АЭС руководил И. И. Десятников.

В 70–80 годы на машине В-3М под руководством И. А. Жигунова были разработаны различные автоматизированные испытательные системы для испытаний космических аппаратов, созданных во ВНИИЭМ, в ИО ВНИИЭМ и в г. Самаре. Большой вклад в создание ПО 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.

Оба эти основных направления использования ЭВМ В-3М в 60-е годы были предложены академиками А. Г. Иосифьяном и Н. Н. Шереметьевским.

В 80-е годы Минэлектротехпром предпринимал попытки прекратить поставки систем "Скала" для АЭС, но директор ВНИИЭМ академик Н. Н. Шереметьевский отстоял направление работ по совершенствованию оборудования для АЭС и сейчас оно является одним из основных.

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

Уже в середине 60-х годов во ВНИИЭМ началось использование 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 проводившиеся в стране работы по элионике, обеспечивающей обработку кремниевых пластин электронными и ионными лучами. Состоялось также знакомство с работами Староса и Берга в Ленинграде, однако они представились 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. М. Долкарт, Г. Х. Новик и И. С. Колтыпин ознакомились также с запоминающим устройством на ферритовых пластинах с отверстиями, но и это направление показалось неперспективным, поскольку уже начались разработки микросхем полупроводниковых памятей .

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

Одноплатный микроконтроллер

В 70-х и начале 80-х годов микросхемы ТТЛ 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 надежные микроЭВМ, обеспечивающие значительное снижение стоимости вычислений, привело к прекращению этой работы.

К активному созданию микроЭВМ на основе микросхем и микропроцессоров приступили во ВНИИЭМ после выставки "Электро-77". Основой этих работ явилось использование предложенного А. В. Кобылинским в Киеве восьмиразрядного микропроцессора К580, программно совместимого с микропроцессором 8080 фирмы Intel. В 1982 г. ВНИИЭМ приобрел 10 персональных компьютеров IBM PC, один из которых передал в Киев Кобылинскому, что ускорило разработку в Киеве микропроцессора К1810, программно совместимого с шестнадцатиразрядным микропроцессором 8086 фирмы Intel.

В конце 70-х годов во ВНИИЭМ в короткие сроки были созданы функционально-модульные микросредства управляющей вычислительной техники (МСУВТ) 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 печатной объединительной панели, по которой проходила общая шина, соединяющая модули. В МСУВТ В7 использовались 4-слойные печатные платы и панели с внутренними слоями земли и питания. Такая система монтажа обеспечила надежность компьютера при использовании в его модулях быстродействующих микросхем ТТЛ Шотки.

Уже в 1979 г., в рамках работ по министерской проблеме Минэлектротехпрома "Автоматизация", научным руководителем которой являлся академик Н. Н. Шереметьевский, были созданы первые платы и комплексы МСУВТ В7.

Для того чтобы на плате было легче разместить законченный функциональный модуль, площадь платы более чем в 1,5 раза превышала площадь стандартной двухразъемной европлаты. Основной процессорный модуль разработал В. Н. Степанов.

В создании МСУВТ В7 активно участвовали В. М. Долкарт, Г. Х. Новик, Л. М. Лукьянов, Р. Р. Пуре, В. Н. Степанов, М. М. Каневский, И. С. Колтыпин, С. Ф. Редина, Е. К. Ульянова, С. Я. Куцаков, В. В. Тащиян, И. Р. Крамфус, В. В. Лурье, Е. И. Шаповалов, И. В. Дубенская, Л. И. Лапидус и др. Основные работы по созданию конструкции МСУВТ В7 были выполнены А. Н. Федосеевым.

Отладка программ проводилась на стенде Intellec, освоением которого руководил И. Р. Крамфус.

Первоначально с 1980 г. В7 производились в Истринском отделении ВНИИЭМ, а затем и на заводе в г. Александрия. Большой вклад в организацию производства внес А. И. Прусс.

Четырехслойный печатный монтаж для плат и панелей МСУВТ В7 разработан в ИО ВНИИЭМ и внедрен затем и на заводе в г. Александрия. Основная заслуга в этом принадлежит С. И. Щербакову.

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 функционировать 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 под руководством И. И. Десятникова была разработана информационная система для АЭС, а под руководством Л. М. Лукьянова – испытательная система для испытания стационарного ИСЗ "Электро".

В это же время в 80-е годы во ВНИИЭМ шло создание микросредств В10 на стандартных европлатах с евроразъемами, размещаемыми в конструктивах евромеханики.

Руководила им С. Я. Куцакова, в ней участвовали В. В. Тащиян, В. В. Мышкин, М. В. Протопопов, В. Б. Иванчук, Д. П. Тимошенко, Т. А. Гроховская. Разработкой конструкции руководил А. Н. Федосеев.

Для использования на стационарном ИСЗ "Электро" в конце 80-х годов во ВНИИЭМ был предложен 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 – А. Н. Федосеева и В. Л. Дыбовского; ПО было написано под руководством С. Я. Певзнера при активном участии Н. Р. Герман.

Работы по вычислительной технике начались во ВНИИЭМ в 1953 г. в секторе, возглавляемым Б. М. Каганом. Затем сектор преобразовался в отдел. В 1966 г. отдел вычислительной техники возглавил к. т. н. В. М. Долкарт. В 70-е годы отдел разделился на несколько отделов, которые образовали отделение вычислительной техники. В. М. Долкарт по просьбе директора ВНИИЭМ академика Н. Н. Шереметьевского согласился стать его заместителем и принять на себя руководство работами при условии, что он продолжит заниматься конкретными разработками. Общее руководство проводимыми во ВНИИЭМ работами по вычислительной технике академик АЭН д. т. н. В. М. Долкарт осуществлял до 1995 г.

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

Системы выпускаются на основе однокристальных микроконтроллеров семейств МСS51, МСS96, SAB167, микропроцессоров 386SX, 386EX, 486SX и сигнальных процессоров TMS320 и ADSP218X, отличающихся малой потребляемой мощностью.

В создании комплекса технических средств для СУЗ АЭС, проводимого под руководством С. Я. Куцакова, участвуют 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. ПО 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.

Конечно, данный обзор не претендует на полноту и в него не попали многие интересные работы. Так, в начале 80-х годов во ВНИИЭМ для МСУВТ была построена собственная дублированная локальная вычислительная сеть – дистанционная магистраль (ДМ), основная заслуга в создании которой принадлежала С. Ф. Рединой и А.Н. Федосееву.

В 70-е годы было разработано высокоточное расчерчивающее устройство для изготовления точных фотошаблонов многослойных печатных плат и панелей (авторы А. Н. Федосеев, А. В. Алексеевский и Э. С. Подлесный).

Множество работ по созданию управляющих комплексов на МСУВТ проводились по стране совместно с другими предприятиями электротехнической промышленности.

Главный вывод из обзора деятельности ВНИИЭМ состоит в том, что сложившаяся в институте практика создания сложных вычислительных управляющих комплексов на базе универсальных управляющих вычислительных средств и специализированных устройств связи с объектом, учитывающих особенности объекта, полностью себя оправдала и сохраняется и по сей день.

Данный обзор рассматривает в основном этапы создания во ВНИИЭМ средств управляющей вычислительной техники и знакомит с основными разработчиками, которые решали технические проблемы, выходили в смены на наладку, сидели перед экранами осциллографов и пультов, стояли за кульманами, разрабатывали оборудование и технологии.

Обзор написан мной лишь по многократной просьбе людей, проявляющих интерес к истории развития вычислительной техники. При этом сам автор не видел никакой необходимости в появлении этого материала и уж тем более не ставил перед собой задачи оценивать вклад того или другого человека в историю.

Автор пытался, пока еще не забыл, просто перечислить фамилии людей, которые несколько десятилетий создавали средства вычислительной техники в лабораториях ВНИИЭМ и ИО ВНИИЭМ. Автор не писал исторический очерк, а просто изложил часть событий, в которых участвовал лично.

Хотя с начала работ прошло всего около 50 лет, с точки зрения современных успехов информационной технологии прошлое вычислительной техники выглядит как пещерный век.

Современные компьютеры, использующие микросхемы процессоров и памяти, содержащие сотни миллионов транзисторов на кристалле, производимые на фабриках стоимостью 2 млрд. долл., ничем не напоминают первые ЭВМ. Еще более удивительно то, что купив через Интернет комплектующие, даже не очень квалифицированный человек в течение дня может собрать дома неплохой домашний компьютер, обрабатывающий информацию на частоте в несколько гигагерц и использующий миллиарды транзисторов.

Можно ожидать, что дальнейшее развитие информационной технологии, сопровождающееся слиянием компьютерной и коммуникационной техники, объединит компьютеры во всемирную сеть и безгранично расширит возможности информационных технологий, хотя и не даст ясного ответа на тревожный вопрос: "когда машина начнет мыслить?".

Статья опубликована 6.06.2003 г.