Первые отечественные ЭВМ
категория
Из мира электроники
Е. Бронин, Л. Кудряшова, И. Городецкий, г. Москва
Радио, 2003 год, № 3
Сегодня, когда ЭВМ свободно размещается на письменном столе, в портфеле и даже на ладони, превратившись в предмет бытовой техники подобно радиоприемнику или телевизору, интересно оглянуться на 50 лет назад, в эпоху зарождения электронно-вычислительных машин.
Уже перед окончанием второй мировой войны в ведущих странах мира начались интенсивные научно-исследовательские работы в области автоматизации вычислений. Холодная война! Надо наращивать боевую мощь. Возникла огромная потребность в сложных расчетах. Математика из абстрактной науки превращалась в важное техническое средство. Несмотря на послевоенную разруху, такие работы велись и в СССР. Научно-исследовательские институты Академии наук в Москве и Киеве начали собственными силами создавать макетные образцы отдельных устройств цифровых вычислительных машин.
Конец 40-х — начало 50-х годов. Идут научные споры об элементной базе и принципах построения ЭВМ будущего. Но жизнь требует большего — необходимо организовать серийное производство ЭВМ. Распоряжением правительства создается мощное объединение из СКБ-245 и Московского завода счетно-аналитических машин. В результате в 1953 г. завод САМ выпускает первую пригодную к серийному производству ЭВМ "Стрела". Ее проект был разработан авторским коллективом СКБ-245.
Вспоминают ветераны: "Нас после окончания радиотехнических факультетов московских ВУЗов, в обстановке строжайшей секретности, ничего не говоря о роде будущей деятельности, направили на дополнительное обучение в ИТМ и ВТ АН СССР и на практику на московский завод САМ. Там мы узнали о существовании двоичной системы счисления и зарождении новой отрасли промышленности. Хорошая вузовская подготовка позволила быстро освоить новые премудрости". Оглядываясь назад, поражаешься объему инженерно-технического труда, вложенного в создание этой ЭВМ.
Приведем некоторые характеристики "Стрелы", отражающие смелость технической мысли инженеров середины прошлого века. Все активные элементы были выполнены на обычных для того времени радиолампах типа 6Н8 и 6ПЗ с октальным цоколем. Общее их количество достигало 6000 штук (обычный радиоприемник тех лет содержал 4 радиолампы). По мнению академических скептиков, при гарантийном сроке службы каждой радиолампы 500 часов ЭВМ не должна бы работать вообще из-за отказов ламп, но тем не менее удалось достичь средней продолжительности полезной работы до 20 часов в сутки.
Общая потребляемая ЭВМ мощность составляла 150 кВ-А. Вся она, естественно, превращалась в тепло. Для отвода тепла предназначалась специальная система воздушного охлаждения. Площадь, занимаемая "Стрелой", составляла 300 квадратных метров.
Конструктивная реализация тоже производит впечатление. Вся электрическая схема ЭВМ была разбита на конструктивно законченные стандартные ячейки, содержащие 3 или 9 ламп. Ячейка состояла из лицевой панели, на которой размещались ламповые панельки, и монтажной платы, на которой навесным монтажом крепились радиодетали. Монтажная плата заканчивалась разъемом типа "лист".
Такая конструкция позволяла оперативно устранять неисправности. Ячейки размещались в вертикальных стойках высотой 2,5 м. Лицевые панели ячеек своими краями плотно прилегали друг к другу, отделяя радиолампы от остальных деталей. Межячеечный монтаж проводился с задней стороны стоек. Для придания ЭВМ конструктивной законченности и удобства доступа к монтажу стойки располагались в два ряда, монтажными сторонами друг к другу, образуя коридор, изнутри которого можно было производить профилактические работы. В нижней части стоек размещались десятки трансформаторов и блоков выпрямителей для питания накальных и анодных цепей радиоламп.
Стойки располагались так: представьте себе букву П с длиной сторон около 8 метров. Внутри, вдоль верхней перекладины, находились пульт управления и устройства ввода—вывода. На рис. 1 приведен план размещения ЭВМ. Цифрами обозначены: 1 — арифметическое устройство; 2 — устройство управления и оперативная память; 3 — накопитель на магнитной ленте и блок стандартных программ; 4 — коридоры-проходы в стойках. В ночные часы, когда "Стрела" была выведена на режим автоматической работы и внешнее освещение притушено, свечение 6000 нитей накала ламп и мерцание тысячи неоновых индикаторов производило почти фантастическое впечатление.
Общий вид ЭВМ приведен на фотографии тех лет (рис. 2).
Основные характеристики ЭВМ "Стрела":
- Быстродействие — 2000 операций в секунду.
- Тактовая частота — 50 кГц.
- Оперативная память — 2048 чисел или команд.
- Система команд — трехадресная.
- Длина числа — 43 двоичных разряда.
Внешняя память представляла собой накопитель на магнитной ленте шириной 125 мм. Это не опечатка. Действительно, лента имела ширину 12,5 см. Запись производилась параллельным кодом. Конструкция механизма была предельно простой — лента перематывалась с одной катушки относительно большого диаметра на другую без ведущего вала и прижимного ролика. При работе лента постоянно стремилась сползти вбок, поэтому при обращении к внешней памяти около механизма должен был стоять техник, контролирующий движение ленты. Плотность записи была настолько низкой, что можно было визуально прочитать записанное число или команду, применив специальное "проявление" — погружение ленты во взвесь мелких железных опилок в бензине. Бензин быстро испарялся, а опилки оставались притянутыми к намагниченным участкам ленты.
Блок памяти стандартных программ содержал до 16 программ, которые можно было менять. Он был выполнен на единственных в то время полупроводниках — купроксных (медноокисных) диодах.
Для ввода и вывода информации использовались перфокарты и хорошо освоенные к тому времени электромеханические устройства.
Интересна конструкция оперативной памяти. Она была выполнена на электронно-лучевых трубках. Каждый разряд слова запоминался в одной из трубок. Элементом памяти являлся электростатический заряд одной из 2048 точек экрана. "1" и "0" записывались разнополярными импульсами. Запись и чтение производились электронным лучом. Следует отметить, что память на ЭЛТ оказалась самым ненадежным узлом и впоследствии была заменена устройством памяти на ферритовых сердечниках.
Общий контроль за работой ЭВМ осуществлялся оператором, находящимся на центральном пульте управления. Собственно пульт содержал три ряда по 43 индикатора на неоновых лампах, позволяющих видеть три числа, и ряд индикаторов адреса выполняемой команды. Кроме того, на пульте находилась ЭЛТ, позволяющая видеть содержание любого из 43 разрядов оперативной памяти. Тумблерные регистры, расположенные на горизонтальной панели пульта, позволяли вводить в ЭВМ двоичные коды чисел и производить вычисления в ручном режиме.
Как происходила организация вычислений? Языков программирования в то время еще не было. ЭВМ фактически являлась арифмометром, позволяющим производить вычисления в строгом соответствии с последовательностью команд. В результате сформировалась особая каста посредников между инженером, формулирующим задачу, и ЭВМ — возникла новая профессия — программист. Программист должен был написать программу — последовательность команд, выполняемых ЭВМ. Система команд содержала адреса двух участвующих в операции чисел и адрес, куда надо записать результат. Для защиты от сбоев и повышения вероятности получения правильных результатов применялось контрольное суммирование вводимой информации и двойной просчет.
Уже первые результаты эксплуатации ламповых ЭВМ показали, что наибольшее количество отказов происходит во время включения. Для вывода на режим устойчивой работы требовалось 8—10 часов. По этой причине ЭВМ не выключалась никогда. Она работала 24 часа в сутки без выходных и праздничных дней. Эксплуатирующая смена состояла из 5—7 человек.
Каждое из устройств ЭВМ имело аппаратные средства контроля и диагностики. Кроме того, имелись программы тестового контроля.
Для экстренного вызова из дома и доставки специалистов при возникновении сложных отказов круглосуточно дежурила автомашина.
Безусловно, такие "колоссы" не могли получить широкого распространения. Всего было изготовлено 7 или 8 ЭВМ "Стрела" для самых важных для государства отраслей. Но начало было положено. Началась подготовка специалистов в ВУЗах. Стали создаваться специализированные НИИ и заводы. Процесс пошел!
С тех времен прошло всего 50 лет. И вот сегодня на письменном столе стоит ЭВМ, доступная для всех. Она работает на тактовой частоте 1 ГГц и имеет объем памяти, приближающийся к 1 Гбайт, рисует графики и обрабатывает изображения, производит сложнейшие расчеты и моделирует технологические процессы, редактирует тексты, переводит с языка на язык, ищет и "скачивает" информацию из сети "Интернет". Для "программирования" современной ЭВМ можно вообще не знать о существовании двоичной системы счисления, да и самого слова "программирование". Не правда ли, прогресс впечатляет?