АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2003 ГОД

Компьютерные хроники

• Все журналы \ Номер 22/245 `2003 от 02.06.2003 \ Компьютерные хроники

Владимир СИРОТА vovsir@yandex.ru

Продолжение, начало см. в МК, № 18 (241), 20 (243), 21 (244).

«Слава советскому народу — вечному строителю коммунизма!»

Малая, да удалая

В 1948 г. под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева (рис. 1) были начаты работы по созданию первой в СССР универсальной ламповой вычислительной машины. Еще в 45 лет Лебедев, уже известный на то время ученый, работавший в области электроэнергетики, решил взяться за новое и сулившее огромные перспективы направление деятельности — создание вычислительной техники. В Институте электротехники АН УССР ученым был проведен первый в Союзе научный семинар на тему электронных вычислительных машин. Тогда же была открыта лаборатория по разработке ЭВМ, в которой с успехом было завершено создание первой советской ЭВМ —МЭСМ (рис. 2).

Работы над МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) были закончены в 1950 г., в этом же году состоялся ввод машины в эксплуатацию. Характеристики ЭВМ оказались следующими. На представление чисел отводилось 16 двоичных разрядов с фиксированной перед старшим разрядом запятой. Команды у ЭВМ были трехадресные, длиной 20 двоичных разрядов, из которых 4 разряда приходилось на код операции. Рабочая частота машины составляла 5 кГц, а быстродействие находилось на уровне 50 операций в секунду.

В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) МЭСМ помещалось 31 число и 63 команды. Конструктивно ОЗУ было построено на триггерных регистрах, причем в нем использовалось 2500 триодов и 1500 диодов. МЕСМ располагала постоянным (штекерным) запоминающим устройством (ПЗУ) на те же 31 число и 63 команды. Помимо этого, имелась возможность дополнительного подключения запоминающего устройства на магнитном барабане. Потребляемая аппаратурой мощность составляла 15 кВт, а сама МЭСМ занимала площадь в 60 м2.

Несмотря на скромные характеристики быстродействия МЭСМ, с ее помощью было эффективно решено большое количество всевозможных задач, а сама машина эксплуатировалась довольно регулярно, то есть отнюдь не являлась своеобразным «выставочным образцом».

В том же 1948 году был представлен проект создания электронной вычислительной машины М-1, которым занимались И.С.Брук, Н.Я.Матюхин, А.Б.Залкинд. Однако работы над этим проектом по некоторым причинам затянулись, и создание М-1 (рис. 3) было завершено лишь в 1951 г. Некоторое время заняли подготовительные испытательно-проверочные работы, но уже в 1952 г. аппарат начали применять при решении всевозможных вычислительных задач.

М-1 состояла из 730 электронных ламп, включала три стойки, а занимаемая ею площадь составляла 9 м2. Производительность ЭВМ находилась на уровне 15–20 операций в секунду. Память аппарата вмещала до 512-ти 25-разрядных чисел. Для представления чисел с фиксированной точкой в машине использовалась двоичная система: 24 разряда отводилось на само число и 1 разряд — на его знак. Сама память состояла из быстродействующего электростатического запоминающего устройства на 256 чисел и накопителя на магнитном барабане, еще на 256 чисел.

Кроме того, для машины использовались внешние устройства ввода-вывода: аппарат ввода с перфоленты, а также рулонный телетайп для вывода результатов вычислений.

В лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР группой разработчиков под руководством М.А.Карцева в 1952 г. была разработана машина М-2. Модель создавалась с применением новой элементной базы — в логических схемах электронные лампы сочетались в ЭВМ с полупроводниковыми диодами. И все же М-2 имела аж 1879 электронных ламп (впрочем, 203 из них располагались в блоках питания).

Запоминающие устройства машины подразделялись на основное электростатическое, на 512 чисел, с временем доступа 25 мкс, и дополнительное на 512 чисел, представлявшее собой магнитный барабан (2860 об/мин). Имелось и внешнее запоминающее устройство на магнитной ленте, куда могло быть записано до 50 000 чисел.

Ввод данных в ЭВМ обеспечивался фотосчитывающим устройством с перфоленты, а вывод результатов вычислений осуществлялся на телетайп. Аппарат имел пульт управления со световыми индикаторами и тумблерами управления.

Потребляемая машиной мощность составляла 29 кВт, а занимаемая площадь — 22 м2. Быстродействие М-2 достигало около 2 000 операций в секунду — огромный прогресс по сравнению с М-1.

Ну очень большие, но вчера…

В свою очередь С.А.Лебедев не собирался останавливаться на МЭСМ. Под его руководством начинаются работы над новой ЭВМ, которая вводится в эксплуатацию в 1953 г. в Московской Академии Наук СССР. Новая вычислительная машина получила название БЭСМ (Большая Электронная Счетная Машина). БЭСМ (рис. 4) оказалась лучшей ЭВМ в Европе, и за ее создание С.А.Лебедев получил звание Героя Социалистического Труда.

Работа над первой БЭСМ была закончена в 1952 г. Это была трехадресная машина параллельного действия на 4000 электронных лампах, в которой использовалась двоичная система, обрабатывались числа с плавающей запятой. БЭСМ могла оперировать с 39-разрядными словами со средней скоростью 10 тыс. операций/с.

Сначала в машине применили оперативное запоминающее устройство на электронно-акустических линиях задержки. Впоследствии оно было заменено прибором на электроннолучевых трубках, а затем — запоминающим устройством на ферритовых сердечниках. Последние имели емкость 1024 слова с произвольной выборкой.

Внешнее запоминающее устройство представляло собой накопитель на двух магнитных барабанах емкостью по 5120 слов. Скорость считывания с барабана составляла 800 чисел в секунду. Имелся и накопитель на магнитной ленте, вмещавший до 120 тыс. чисел.

Для ввода информации в БЭСМ использовалась перфолента. Выводились же данные на магнитную ленту, с последующей их распечаткой на специально разработанном быстродействующем фотопечатающем устройстве. Дополнительно имелось электромеханическое печатающее устройство (печатавшее 20 чисел за секунду), используемое для воспроизведения контрольных значений и иногда конечных результатов вычислений (в случае небольшого количества последних).

На протяжении 1959–66 годов было создано 4 модели семейства БЭСМ: БЭСМ-2 (рис. 5), БЭСМ-3, БЭСМ-ЗМ и БЭСМ-4. Совершенствование вычислительных машин осуществлялось за счет улучшения внешних устройств ЭВМ, перехода с электронных ламп на полупроводниковую элементную базу. Постоянно увеличивались емкости ОЗУ и внешних накопителей. На 1967 г. приходится введение в эксплуатацию самой мощной из ЭВМ этой линейки —БЭСМ-6 (рис. 6). Электронная часть машины состояла из 120 тысяч диодов и 40 тысяч транзисторов. ЭВМ обладала быстродействием около 1 млн. операций в секунду. В центральном процессоре этой ЭВМ имелось 16 быстродействующих регистров, работающих со скоростью 300 нс. Тактовая частота процессора БЭСМ составляла 10 МГц.

Машина оперировала со словами длиной до 50 разрядов (2 из них использовались для проверки на парность). Применялась двоичная система счисления, обрабатывались числа с плавающей запятой. Время выполнения операций сложения на БЭСМ занимало в среднем 1.2 микросекунды, умножение длилось 2.1 мкс. Количество основных команд ЭВМ насчитывало 50, применялась одноадресная система команд, а длина команды составляла 24 двоичных разряда (две на слово). Емкость стандартного ОЗУ на 32 тысячи слов можно было расширить до 128 тысяч слов. Время обращения к оперативному запоминающему устройству составляло 2 мкс, время выборки из памяти — 0.8 мкс. Внешнее устройство памяти включало 16 барабанов емкостью по 32 тысячи слов и 32 лентопротяжных механизма с вместимостью бобины на каждом механизме в миллион слов.

В систему ввода-вывода ЭВМ входили несколько устройств. Во-первых, это аппарат считывания с перфокарт, обрабатывающее до 700 карт в минуту. Во-вторых, механизм считывания с перфолент, распознающий 1000 знаков в секунду. Вывод данных осуществлялся либо на быстродействующее алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ, которое использовало 96 знаков), со скоростью 400 строк в минуту (при 128 знаках на одну строку). Либо на выходные карточные перфораторы, производительность — примерно 100 карт в минуту. Также можно было использовать ленточные перфораторы со скоростью вывода 20 знаков в секунду. К достоинствам БЭСМ-6 нужно отнести и развитое программное обеспечение, с которым могла работать эта ЭВМ.

Вычислительные стрелы

К 1953 г. в СКБ-245 Министерства машиностроения и приборостроения (Москва) завершили создание новой серийной ЭВМ «Стрела» (рис. 7). Работы проводились под руководством Ю.Я.Базилевского и Б.И.Рамеева. В 1954 г. начался серийный выпуск этих машин, всего появилось 7 экземпляров ЭВМ «Стрела», одна из которых 15 лет проработал в Энергетическом институте АН СССР.

В конструкции «Стрелы» насчитывалось 6000 электронных ламп. Производительность машины составляла около 2 тысяч трехадресных операций с плавающей запятой в секунду, полезное машинное время могло доходить до 18 часов в сутки. Важным достоинством «Стрелы» являлась гибкая система программирования: на этих ЭВМ выполнялись всевозможнейшие типы арифметических и логических задач.

В уже упоминавшейся лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР была разработана и в 1956 г. представлена Госкомиссии вычислительная машина М-3, которая в дальнейшем послужила прототипом для двух промышленных серий ЭВМ —Минск и Раздан. Главным ее достоинством, по сравнению с другими вычислительными машинами того времени были небольшие размеры и сравнительно скромные эксплутационные расходы. БЭСМ, «Стрела» требовали огромных затрат на свое содержание из-за специальных условий эксплуатации — большие помещения, мощные источники питания, специальные охлаждающие установки и т.д.

Первоначально быстродействие М-3 составляло около 30 операций/с, однако после замены магнитного барабана на ферритовую память той же емкости, производительность возросла до 1.5–2 тыс. операций/с.

М-3 содержала 774 электронные лампы, потребляла около 10 кВт мощности и занимала площадь в 3 м2. В качестве устройств ввода-вывода использовалась телеграфная аппаратура, применяемая для ввода информации с перфоленты и вывода на печать и перфоленту.

Реле + автоматика

С 1954 по 1957 г. — это время создания группой под руководством инженера И.И.Бессонова одной из наиболее совершенных релейных вычислительных машин РВМ-1. Благодаря применению изобретенного Бессоновым (он вообще был специалистом по счетно-аналитическим машинам) каскадного принципа выполнения арифметических операций, удалось заметно повысить быстродействие релейной вычислительной машины. Машина РВМ-1 включала 5500 реле и могла производить до 1250 операций умножений в минуту (более 20 в секунду). Сделанные технические усовершенствования позволили достичь такой надежности устройства, что РВМ-1 проработала до 1965 года, успешно конкурируя с уже действовавшими тогда ЭВМ, особенно на задачах с относительно небольшими объемами вычислений (порядка 2х106 арифметических операций). Например, в 1961–1962 годах именно на РВМ-1 выполнялись расчеты цен согласно нововведенной системе ценообразования.

Пензенский Урал

В год рождения РВМ-1 была создана одноадресная ламповая ЭВМ «Урал-1», положившая начало целому семейству малых ЭВМ «Урал». Сделали машину в Пензе, а руководил работами по ее созданию Б.И.Рамеев. Несмотря на то, что устройство не блистало производительностью, оно выгодно отличалось своей дешевизной. ЭВМ обеспечивала быстродействие на уровне 100 операций в секунду. ОЗУ машины, выполненное на магнитном барабане (скорость вращения — 6000 об/мин), вмещало 1024 слова. Оно дополнялось внешним накопителем на магнитной ленте на 40 тысяч слов, и запоминающим устройством на перфоленте примерно на 10 тысяч слов. В качестве устройств ввода-вывода применили клавишное печатающее устройство и механизм, работающий с перфолентой.

Вообще же, полное семейство «Уралов» включает ламповые «Урал-1», «Урал-2», «Урал-3» и «Урал-4», а также созданные уже на полупроводниковой базе «Урал-11», «Урал-14» и «Урал-16». У моделей «Урал-2» (3, 4) улучшили ОЗУ, увеличили емкость внешних накопителей, значительно расширили перечень устройств ввода-вывода. Эти аппараты уже образовывали линейку программно и аппаратно совместимых комплексов. Причем с возможностью их комплектации согласно потребностям конкретного применения, а также варьирования производительности в некоторых пределах.

Появившиеся в 1964–71 годах модели «Урал-11» (рис. 8), «Урал-14, 16», благодаря единой конструктивной, технологической и схемной базе, также представляли собой программно и аппаратно совместимые модели. Кроме достоинств, присущих предыдущим «Уралам», конструктивные особенности данных машин предусматривали возможность формировать вычислительные комплексы, состоящие из нескольких систем. Что обеспечивало еще большую гибкость при использовании этих ЭВМ. А предусмотренные опции по резервированию отдельных блоков машин позволили создавать системы повышенной надежности.

М…М…М

В Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР в 1958 г. была разработана вычислительная машина М-20, которая послужила базой для создания целого семейства совместимых вычислительных машин М-220 и М-222.

Быстродействие М-20 в среднем доходило до 20 тысяч операций в секунду, на то время эта ЭВМ оказалась самой мощной в Европе. Машина могла оперировать с числами в диапазоне от 2-64 до 2+63. В устройстве применялось 4.5 тысяч электронных ламп и 35 тысяч полупроводниковых диодов.

В ОЗУ машины (выполненном на ферритовых сердечниках) с циклом обращения 6 мкс умещалось 4096 слов. На внешних накопителях — трех магнитных барабанах — можно было сохранять еще свыше 12 тысяч слов. Плюс еще четыре блока накопителей на магнитной ленте дополнительно предоставляли место для хранения свыше 300 тысяч чисел или команд. Скорость обмена информацией с ОЗУ составляла для магнитных барабанов 12 тыс. слов/с, а для магнитных лент — до 2800 слов/с. Ввод информации в ЭВМ производился с перфокарт со скоростью обработки около 100 карт за минуту. Устройствами вывода служили скоростное печатающее устройство (выводящее по 15 строк в секунду) и выходной перфоратор (скорость 50 карт/с). Промежуточное буферное запоминающее устройство на магнитном барабане позволяло одновременно осуществлять вывод результатов и производить вычисления.

Появившаяся позднее М-220 по своим характеристикам полностью идентична М-20, но создана уже на базе полупроводников. Быстродействие машины увеличили до 27 тысяч операций в секунду. Для увеличения скорости вычислений было применено несколько технических ухищрений. Например, прием следующей команды совмещался по времени с выполнением текущей, умножение производилось одновременно на два разряда с запоминанием переносов и т.д. Наличие сигналов прерывания и каналов обмена у М-220 позволяло производить обмен информацией между отдельными ЭВМ, а также давало возможность проводить выполнение одной программы параллельно сразу на нескольких таких машинах.

ОЗУ новой ЭВМ, на ферритовых сердечниках, могло вмещать до 16 тысяч 47-разрядных слов. Новый накопитель на магнитной ленте состоял уже из 4-х лентопротяжных механизмов с общей емкостью 4 миллиона слов. Скорость чтения или записи информации составляла 5 тыс. слов в секунду. Предусматривалась возможность увеличения емкости накопителя на магнитных лентах до 16 миллионов слов.

Емкость накопителей на магнитном барабане довели до 24 тысячи слов. Время обращения к нему не превышало 60 миллисекунд, а скорость обмена данными с ним доходила до 17 тыс. слов в секунду. Кстати, предусматривалась возможность подключать дополнительно магнитные барабаны, увеличивая общую емкость этих накопителей до 65 тыс. слов.

Механизм ввода с перфокарт обрабатывал поступающую информацию со скоростью 700 карт за минуту. Вывод информации в М-220 осуществлялся на алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ-128) или на перфоратор результатов. Скорость работы АЦПУ — 400 строк в минуту, а перфоратора — 100 карт за минуту. Примечательно, что АЦПУ позволяло печатать результирующую информацию в восьмеричной, десятичной или алфавитно-цифровой форме, а также выводить таблицы и графики.

Возможности М-220 значительно улучшились благодаря подключению к ней долговременного запоминающего устройства на 16 тысяч слов.

Даешь Киев!

В институте кибернетики АН УССР к 1958 г. была разработана электронно-вычислительная машина «Киев» (рис. 9). Впервые в СССР эта ЭВМ использовалась для исследований, касающихся вопросов дистанционного управления технологическими процессами. Модель была ламповой. Параллельное арифметическое устройство (процессор) машины включало двухтактный накапливающий сумматор и 3 регистра. Операция сложения занимала 6.6 мкс, деления — 275 мкс, в среднем же быстродействие «Киева» составляло 15 тысяч операций в секунду. В аппарате использовались операции сокращенного умножения и деления. Режим работы с плавающей запятой осуществлялся программно.

В «Киеве» имелось ОЗУ параллельного действия на ферритовых сердечниках, емкостью 1024 слова и длительностью цикла обращения в 10 мкс. Внешнее накопители ЭВМ представляли собой три магнитных барабана общей емкостью 9 тыс. слов и временем выборки 120 мкс. Ввод данных осуществлялся с перфолент, перфокарт, телеграфных линий связи, преобразователей непрерывных величин в дискретные и даже с устройств чтения графиков. Для вывода служили АЦПУ или перфоратор.

Соображая на троих

1958 год в отечественном компьютеростроении ознаменовался тем, что в вычислительном центре Московского университета была создана первая и единственная в мире троичная ЭВМ «Сетунь» (рис. 10). Причем она выпускалась в 1962–64 годах серийно.

Разработчики данной ЭВМ посчитали, что элемент с тремя состояниями наиболее оптимален для представления данных, потому в «Сетунь» и появилась столь «непривычная» троичная система представления чисел (с цифрами 1, 0, -1). Однако жизнь показала, что с работающими в двоичной системе счисления (1, 0) машинами работать куда оптимальнее, а потому и «наследников» у «Сетуни» так не было.

Способ представления чисел в запоминающем устройстве машины — либо 18 троичных разрядов (длинное слово), либо 9 разрядов (короткое слово). Под команды отводилось 9 разрядов, структура команд была одноадресная с признаком модификации адресной части, количество возможных операций в команде сводилось к 24. «Сетунь», как и многие его «коллеги», имела 2 типа памяти: ОЗУ на ферритовых сердечниках емкостью 162 коротких слова и накопитель на магнитном барабане вместимостью 1944 (или 3888 коротких) слов. Пересылка данных от одного устройства другому осуществлялась группами по 54 коротких слова.

Выполнение арифметических и логических операций у ЭВМ «Сетунь» было строго последовательным. При работе с ОЗУ время выполнения операции сложения-вычитания занимало 180 мкс, умножения — 320 мкс (у машины имелся отдельный блок для быстрого умножения). Среднее время обращения к информации на магнитном барабане составляло 7500 мкс.

Ввод данных в «Сетунь» осуществлялся с пятидорожечной бумажной перфоленты (со скоростью 800 строк/секунду) при помощи двух входных устройств — фотовводов. Текст и десятичные числа произвольной формы вводились в ЭВМ как группы алфавитно-цифровых знаков (до 162 в одной группе). Представленные девятеричным кодом команды вводились пакетами по 54 шт. Вывод данных из машины производился на устройство двухцветной печати со скоростью примерно 7 знаков за секунду, а также на бумажную перфоленту примерно по 20 строк в секунду. Вывод мог осуществляться и на телетайп.

В 1959 г. в СССР были созданы опытные образцы ЭВМ М-40 и М-50, предназначенные для систем противоракетной обороны. Специализированный автоматизированный комплекс обработки информации для системы ПРО на базе этих компьютеров получил Ленинскую премию 1966 г. Разработкой упомянутых ЭВМ руководили С.А.Лебедев и В.С.Бурцев.

В Минске с 1960 г. по 1963 г. серийно выпускалась ЭВМ «Минск-1», главным конструктором которых был Г.П.Лопато. «Минск-1», работавшая все еще на электронных лампах, тем не менее, была одной из первых удачных отечественных машин малого класса. Благодаря налаженному серийному производству, эта ЭВМ широко использовалась при решении самых разнообразных задач, как научных (много таких машин попало в научные учреждения, а также вычислительные центры), так и инженерных (эти ЭВМ работали в конструкторских бюро на многих заводах).

«Минск-1» использовала 2-адресную систему команд, обрабатывала числа с фиксированной и плавающей точкой, длина слова составляла 31 бит. Применялось уже привычное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках. Быстродействие машины доходило до 3000 операций/c, емкость ОЗУ — до 1024 слов, а накопителя на магнитной ленте — до 65 000 слов. Ввод данных осуществлялся с перфоленты, а вывод шел на АЦПУ.

Герои советского времени

Год 1960 г. ознаменовался еще и тем, что именно тогда в СССР появилась первая цифровая управляющая вычислительная машина широкого назначения, базирующаяся на полупроводниковой элементной базе. Создана она была в Институте кибернетики АН УССР под руководством В.М.Глушкова и Б.Н.Малиновского и получила название «Днепр».

Виктор Михайлович Глушков (рис. 11) заслуживает отдельного упоминания как выдающаяся личность, внесшая огромный вклад в развитие отечественной вычислительной техники. Во время войны ученый не подлежал призыву на фронт по причине сильной близорукости, а потому работал в тылу. После освобождения от фашистов Донбасса он поступил в Новочеркасский политехнический институт. Во время учебы там он экстерном успешно закончил еще и физико-математический факультет Ростовского университета.

В 1956 г. Виктора Михайловича пригласили на работу в Киев, в организованный тогда Вычислительный центр АН УССР. В 1962 г. на базе этой организации возник Институт кибернетики, бессменным директором которого до последних дней своей жизни был Глушков. За 20 лет под его руководством институт завоевал огромный международный авторитет, постоянно являлся одним из самых передовых учреждений в области кибернетики и вычислительной техники. Сейчас Институту кибернетики присвоено имя В.М.Глушкова.

В Институте кибернетики под руководством Виктора Михайловича и непосредственном участии его многочисленных учеников и коллег успешно решались самые разнообразные научные и технические задачи — там занимались и проблемами управления экономикой, и вопросами создания искусственным интеллектом.

Значителен вклад Глушкова в становление теории автоматов, являющейся одним из центральных теоретических разделов кибернетики. Он с учениками разработал алгебраические модели, легшие в основу этой теории, создал многие методы, направленные на построение реальных дискретных устройств, действующих по принципу конечных автоматов и автоматов со счетным числом состояний. Именно эти работы составили теоретический фундамент, на основе которого в Киеве сформировались новые принципы построения ЭВМ. (Да, тогда мы еще не перешли к простому «передиранию» западных образцов компьютерной техники.) Все эти принципы легли в основу разработанных в Украине машин «Киев», «Днепр», «Мир».

О большинстве практических разработок, реализованных стараниями В.М.Глушкова, можно сказать, что они были сделаны впервые. Среди таких, например, дистанционное компьютерное управление конвертерным цехом металлургического завода или химическим производством. Или тот же оптимальный раскрой стальных листов на судостроительных верфях, или даже системы автоматизированного управления целыми промышленными предприятиями. И не вина Виктора Михайловича, что его идеи быстрее подхватывали за рубежом. Видимо, капитализм оказался более склонен бороться с технологическим «загниванием» промышленности, чем строй развитого социализма с его экстенсивной идеологией экономического развития, вызванной наличием в стране богатых природных ресурсов.

Ну а о первой отечественной полупроводниковой ЭВМ «Днепр» мы поговорим уже в следующий раз.

(Продолжение следует)

Идёт загрузка...

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:
Введите символы или вычислите пример: * Обновить