Текст книги "Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники"

Проектом не предусматриваются дополнительные капитальные затраты, связанные с производством измерительной аппаратуры в течение периода развертывания работ лаборатории, так как по характеру аппаратуры в этом нет необходимости.

При проектировании научно-исследовательского и конструкторского отделений лаборатории были использованы некоторые относительные показатели научно-исследовательских институтов, занимающихся разработкой радиолокационной аппаратуры, как наиболее соответствующие по тематике. При проектировании производственных мастерских были использованы некоторые опытные данные ГСПИ-5 для заводов, производящих радиоаппаратуру.

Проект составлен по ориентировочной программе научно-исследовательских, конструкторских и производственных работ. Более точно программа должна быть определена после составления эскизного проекта машины.

2. ПРОГРАММА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ, КОНСТРУКТОРСКИХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ РАБОТ

Необходимо в течение 2,5 лет разработать, сконструировать и построить одну автоматическую цифровую вычислительную машину общего назначения, работающую по релейно-кодовому принципу со скоростью до 2000 арифметических операций в секунду.

Так как эта машина строится по новым схемам, требующим значительного объема научных и экспериментальных работ, не представляется возможным в настоящий момент точно определить время, необходимое для разработок и строительства. Ориентировочно принимается 2,5 года.

Проектирование конструкторского бюро и производственных мастерских производится на основании приведенной программы.

В качестве изделия-представителя взята 20-ламповая электронная схема средней сложности (приемник радиолокационной установки), для которой имеются опытные данные по трудоемкости конструкторских и сборочно-монтажных работ для условий опытного завода научно-исследовательского института и которая наиболее подходит по характеру работы.

Таблица № 1

Приведенная программа

3. НАУЧНЫЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СВЯЗИ С ДРУГИМИ НИИ И ЗАВОДАМИ

Научно-исследовательские и производственные работы лаборатории организованы на основе кооперирования с другими НИИ и заводами, которые проводят разработку некоторых специальных устройств и материалов, а также поставляют готовые детали и полуфабрикаты.

Разработки, выполняемые другими НИИ, а также детали и полуфабрикаты, поставляемые другими заводами, указаны в таблице № 2.

Таблица № 2

4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ

Машина, подлежащая разработке, конструированию и изготовлению в лаборатории, представляет собой уникальное, в целом очень сложное электронное устройство. Она составлена из большого количества нескольких основных типов схем и элементов. Кроме чисто электронных и магнитных узлов имеются также электромеханические узлы. Машина отличается не только конструктивной и схемной сложностью, но и новизной принципов действия и схем, поэтому требуется выполнить большой объем как производственных, так и научно-исследовательских работ. Это обстоятельство, а также характер конструкций и схем машины определили основную структуру лаборатории.

Лаборатория проектируется в составе научно-исследовательского отделения, конструкторского бюро, производственных мастерских и административно-хозяйственных служб. Научно-исследовательское отделение состоит из нескольких групп, разрабатывающих отдельные сходные между собой по принципу действия или назначения элементы машины.

В задачу этих групп входит разработка, изготовление и испытание макетов отдельных элементов и узлов. Для ускорения и облегчения экспериментов, по опыту других лабораторий в некоторых группах предусматривается станочное оборудование для механических работ по макетированию.

Как уже упоминалось выше, разрабатываемая машина составлена из нескольких основных типов блоков и узлов. Из этих же блоков и узлов в дальнейшем могут быть составлены цифровые вычислительные машины для других специальных назначений. Поэтому на разработку и исследование их должно быть обращено особое внимание. Для этих основных блоков должна быть определена зависимость всех технических и конструктивных показателей от разброса параметров деталей, нестабильности источников питания, влияния температуры, влажности и т. д.

Должны быть составлены таблицы и монограммы для выбора деталей в зависимости от различных условий: скорости работы, длительности импульса, входных и выходных напряжений, стабильности источников питания и т. д.

На основании результатов разработок и испытаний макетов конструкторское бюро конструирует и составляет рабочие чертежи для изготовления машины в производственных мастерских.

При конструировании должно быть обращено особое внимание на нормализацию и взаимозаменяемость деталей, блоков и узлов. Те из готовых деталей и изделий, которые подвержены износу, должны быть исключительно отечественного производства из числа освоенных или намечаемых к освоению.

При конструировании отдельных блоков, узлов и всей машины в целом должно быть обращено внимание на легкость доступа к деталям для осмотра и замены их.

Габариты и вес машины не лимитируются.

Производственные мастерские в целом носят характер индивидуального, опытного производства, но в то же время некоторые элементы могут изготовляться мелкими сериями. Значительную долю трудозатрат составляют сборочные и монтажные работы.

Изделия, в основном простой формы и невысокой точности, монтируются в отдельные блоки, собираемые на каркасном основании в сложные и деликатные устройства, требующие тщательной настройки и регулировки. Изготовление некоторых деталей небольшими сериями потребует специального инструмента и приспособлений.

Работы по разработке, конструированию и изготовлению делятся на два этапа:

1. Разработка и составление эскизного проекта.

2. Разработка и изготовление машины.

Эти два этапа делятся на следующие подэтапы:

1. Разработка и составление эскизного проекта:

а) составление общей блок-схемы машины;

б) составление блок-схемы отдельных узлов; в) заполнение блок-схемы старыми и вновь сочиненными схемами;

г) теоретический анализ вновь сочиненных схем;

д) экспериментальная проверка некоторых схем;

е) составление эскизного проекта и детализация объема дальнейших работ.

2. Разработка и изготовление машины:

а) экспериментальная проверка отдельных схем;

б) экспериментальная проверка отдельных узлов;

в) экспериментальная проверка совместной работы узлов;

г) экспериментальное исследование с целью определения допустимого разброса деталей, стабильности в рабочих условиях, требуемой стабильности напряжения, требуемой мощности, рассеиваемой мощности и т. д.;

д) корректировка схемы с целью устранения нерационально использованных ламп, деталей и т. д.;

е) рациональная разбивка схемы на электрические подузлы;

ж) составление заданий для конструирования и конструирование машины; з) изготовление машины; и) налаживание, регулировка и испытание машины;

к) составление методики обнаружения и устранения неисправностей;

л) составление отчета и инструкции к пользованию машиной;

м) предварительные эксплуатационные испытания машины;

о) внесение изменений и исправление недостатков;

п) государственные испытания и сдача машины.

6. СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

На основании анализа научно-исследовательских и конструкторских работ, а также видов обработки изделий в производственных мастерских и опыта других НИРГ и лабораторий, проектом установлен состав Лаборатории, указанный в таблице № 3.

Таблица № 3

В эту таблицу не включено энергетическое и складское хозяйство (котельные, трансформаторная подстанция), так как проектом предусматривается не новое строительство, а только переоборудование готовых помещений и мастерских.

Характеристики «Уралов»

«Урал» – семейство цифровых вычислительных машин общего назначения, ориентированных на решение инженерно-технических и планово-экономических задач. Первые четыре модели семейства – «Урал-1», «Урал-2», «Урал-3» и «Урал-4» – были ламповыми, «Урал-11», «Урал-14» и «Урал-16» – на полупроводниковых элементах.

Созданная в 1957 году ЭВМ «Урал-1» по производительности относилась к малым машинам (в основном инженерного применения) и отличалась дешевизной. Машина имела развитую систему команд (несколько минимальных форматов) с безусловной и условной передачей управления, систему сигнализации и ручное управление, позволявшее следить за исполнением программы и вмешиваться в ход ее выполнения для внесения исправлений в процессе отладки. Основные технические характеристики машины: система счисления – двоичная, форма представления чисел – с фиксированной запятой, разрядность – 36, система команд – одноадресная, быстродействие – 100 операций в секунду. Оперативное ЗУ машины – на магнитном барабане, объемом 1024 слова (скорость вращения – 6000 об./мин), дополнялось внешним ЗУ на магнитной ленте (40 тыс. слов) и перфоленте (10 тыс. слов). В качестве устройства ввода-вывода использовались клавишное печатающее устройство и устройство на перфоленте.

В дальнейших моделях – «Урал-2», «Урал-3», «Урал-4» было введено ферритное ЗУ, расширена емкость внешних ЗУ на барабане (8×8192 слов) и магнитной ленте (12×260 тыс. слов), а также значительно расширен набор устройств ввода-вывода. Характерно, что уже машины «Урал-2», «Урал-3», «Урал-4» образовывали ряд программно и аппаратно совместимых моделей с комплектуемым по потребностям применения составом устройств, позволяющим в некоторых пределах варьировать производительность машины.

В 1964–1972 годах создан ряд также программно и аппаратно совместимых моделей «Урал-11», «Урал-14» и «Урал-16», на единой конструктивной, технологической и схемной базе, обладающих следующими чертами. Машины образуют конструктивно, схемно– и математически-совместимый ряд ЭЦВМ с различной производительностью, гибкой блочной структурой, с широкой номенклатурой устройств со стандартизированным способом подключения, позволяющим составлять комплект машины, наиболее подходящий для данного конкретного применения; предусмотренные конструктивные и схемные возможности позволяют комплектовать вычислительные системы, состоящие из нескольких машин; предусмотренные возможности резервирования отдельных устройств машин позволяют создавать системы повышенной надежности: система схемной защиты данных, независимость программ от их места в памяти, система относительных адресов, развитая система прерываний и соответствующая система команд позволяют организовать одновременное решение нескольких задач; возможность работы в режимах с плавающей и фиксированной запятой, в двоичной и десятичной системах счисления, выборка и выполнение операций со словами фиксированной и переменной длины позволяют эффективно решать как плановоэкономические, так и научно-технические задачи; система аппаратного контроля обеспечивает контроль хранения, адресации, передачи, ввода, вывода и обработки данных; большая емкость оперативного ЗУ с непосредственной выборкой слов переменной длины, эффективные аппаратные средства контроля и защиты памяти, ступенчатая адресация, развитая система прерываний и приостановок, возможность подключения памяти большой емкости с произвольной выборкой на магнитных барабанах и дисках, наличие датчика времени, аппаратуры сопряжения с каналами связи и пультов операторов для связи с машиной дает возможность строить различные системы обработки данных коллективного пользования, работающие в режиме разделения времени; унификация элементов, блоков и устройств обеспечивает хорошую технологичность серийного производства машин. Последние три модели семейства построены на полупроводниковых элементах модульной конструкции, и по чисто формальным признакам (элементная база) их надо отнести к электронным вычислительным машинам второго поколения, хотя в архитектуре их имеется много черт, присущих машинам третьего поколения.

Основные технические характеристики последней модели семейства – машины «Урал-16» таковы: представление данных – слова переменной длины, числа с плавающей запятой, числа с фиксированной запятой переменной разрядности, символы; длина слова (в битах) – 1, 2…, 48; длина массива информации (в битах) – 24, 48…, 98 303; разрядность чисел с фиксированной запятой – 1, 2…, 48, с плавающей запятой – мантисса 39, порядок 7; система счисления – двоичная; система команд – 300 одноадресных команд; система адресации – относительная, ступенчатая (номер массива – начало подмассива – относительный адрес слова заданной длины); время выполнения операций сложения 48-разрядных слов – 10 мкс, умножения – 30 мкс; количество каналов сигналов прерывания – 64 + 24: количество уровней прерывания – 64. Оперативное ЗУ – на ферритовых сердечниках, емкостью 131–524 тыс. слов, внешние ЗУ на магнитном барабане – 98–784 тыс. слов, на магнитных дисках – 5–40 млн слов, на магнитных лентах – 8–48 млн слов (слова длиной 24+2 бита). В качестве устройства ввода используют устройство на перфокартах – 700 карт в минуту, на перфоленте – 1000 строк в секунду, ввод с каналов связи – до 2,2 млн бит в секунду. В качестве устройств вывода используют печатающее устройство, производительностью 400 строк (по 128 знаков) в минуту, устройство на перфокартах – 110 карт в минуту, выходной перфоратор – 80 строк в секунду, вывод в каналы связи – до 2,2 млн бит в секунду, алфавитно-цифровое печатающее устройство – 800 строк в минуту. Имеется также экранный пульт – устройство индикации, предназначенное для реализации диалога режима – с максимальным объемом воспроизводимых данных – 2048 символов.

Основу системы математического обеспечения последних моделей семейства «Уралов» составляет универсальная программа-диспетчер, выполняющая функции операционной системы. В состав математического обеспечения входит также автокод АРМУ, обеспечивающий полную совместимость программ от меньшей модели к большей и запись на нем алгоритмов решения определенного круга задач. АРМУ обеспечивает запись программ для работы со словами и массивами переменной длины, выполнение операций над числами в двоичной и десятичной системах счисления с плавающей и фиксированной запятой. В системе математического обеспечения предусмотрен транслятор с АРМУ на машинный язык. Имеются программы отладки на уровне языков машин и автокода АРМУ, для обнаружения неисправностей набор тест-программ. Библиотека программ, содержащая стандартные программы и программы решения различных задач, комплектуется из программ, написанных на языках отдельных ЭЦВМ, АРМУ, АЛГОЛ-60, АЛГАМС и АЛГЭК. Предусмотрено расширение библиотеки за счет программ, написанных на других языках и автокодах, после разработки соответствующих трансляторов с этих языков на язык АРМУ.

Копия титульного листа аванпроекта

Государственный комитет по радиоэлектронике СССР

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЦИФРОВЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ «УРАЛ-11», «УРАЛ-12», «УРАЛ-13», «УРАЛ-14», «УРАЛ-15»

Аванпроект

Часть 1

Элементы, узлы и блоки.

ПС0071000Д-1

на 148 листах.

Главный конструктор машин «Урал» главный инженер НИИУВМ Б. РАМЕЕВ 27 апреля 1963 г.

Выдержки из Введения к 1 части Аванпроекта:

ВВЕДЕНИЕ

На основании изучения типовых применений, организационных форм использования, изучения технических заданий на ряд систем переработки и материалов по зарубежным машинам разработчики пришли к выводу, что для удовлетворения основных потребностей народного хозяйства достаточен небольшой набор вычислительных машин и машины могут быть в значительной степени унифицированы с точки зрения конструкции, технологии, схем, структуры, входных языков, систем автоматизации программирования и условий эксплуатации.

Как известно, вычислительная техника принадлежит к тем отраслям науки и техники, которые развиваются особенно быстро, поэтому вычислительные машины очень быстро морально стареют. Они становятся все более сложными, в связи с этим требуют значительного времени для разработки и освоения в серийном производстве.

Выход из этого положения, очевидно, нужно искать в унификации.

Унификация элементов, устройств и машин позволит сократить сроки разработки и освоения в производстве. Унификация входных языков, систем команд позволит сократить сроки внедрения и резко повысить эффективность использования вычислительных машин в народном хозяйстве.

Унификация даст возможность сократить номенклатуру и увеличить количество изделий вычислительной техники, окажется целесообразной организация специализированных производств для выпуска унифицированных элементов, узлов и устройств, что даст возможность повысить качество изготовления и снизить стоимость.

Ограниченный типаж машин облегчит условия технической и математической эксплуатации большого парка машин (обеспечение запасными частями, обучение кадров обслуживающего персонала и программистов, модернизация машин и т. д.).

Ограниченный набор вычислительных машин и устройств различной производительности и назначения, могущих обмениваться информацией, позволяет создавать крупные системы для переработки информации, состоящие из многих машин, соединенных линиями связи. Различные ступени такой системы могут быть оборудованы машинами соответствующей производительности и сложности.

Все, что представлено в аванпроекте, базируется на реальных ОКР, серийно выпускаемых или осваиваемых, узлах и механизмах и освоенных технологических процессах.

Универсальность устройств, из которых составлены машины, гибкая блочная структура, позволяющая в широких пределах менять комплектность машин как по количеству, так и по типам устройств, возможность замены одних устройств другими с лучшими параметрами, добавление новых устройств, наличие развитой системы прерывания и связанная с этим возможность одновременной работы многих устройств, гибкая система команд, приспособленная к требованиям автоматизации программирования и многопрограммной работы, возможность объединения машин в системы, применение полупроводниковых приборов делает машины, представленные в аванпроекте, достаточно морально устойчивыми и ставит их на уровень наиболее распространенных зарубежных машин.

Наряду с введением новых принципов, перечисленных выше, при разработке обращалось особое внимание на технологичность конструкций.

Разработанные модульные схемные элементы, из которых построены все устройства и машины, рассчитаны на специализированное производство с использованием механизированных процессов, имеют малую номенклатуру простых схем и типономиналов деталей. Полупроводниковые приборы используются без отбора и без дополнительных, к действующим ТУ, требований. В конструкции узлов, блоков и устройств также учтены требования технологичности, связанные с необходимостью их крупносерийного производства.

Для сравнительно сложных машин и систем, рассмотренных в аванпроекте, одним из важнейших вопросов является вопрос надежности, поэтому повышению надежности при разработке обращалось особое внимание и во всех случаях, когда это оказывалось возможным, параметры надежности определялись и регламентировались.

…Разработка и освоение в производстве машин, рассмотренных в аванпроекте, может явиться переходным этапом в разработке универсальных вычислительных машин на микроминиатюрных элементах и может существенно сократить сроки появления нового поколения машин.

Для всех элементов, узлов, устройств и машин, рассмотренных в аванпроекте, приводятся проекты технических заданий на разработку, содержание которых дополняет информацию, имеющуюся в кратких описаниях.

Виктор Михайлович Глушков

«Как только у меня появляется свободное время, я начинаю доказывать теоремы».

В. М. Глушков

Юрий Ревич

От автора

Очерк написан на основе текста раздела о В. М. Глушкове книги Б. Н. Малиновского «История вычислительной техники в лицах» [1.1]. Как указывает в этой книге Борис Николаевич, рассказы самого Глушкова взяты из автобиографии, составленной по рассказам В. М. Глушкова журналисту В. П. Красникову в 1974 году, и текстов, записанных дочерью Глушкова Ольгой 3–11 января 1982 года, когда ученый находился в реанимационной палате Кремлевской больницы в Москве. Автор благодарит В. А. Китова и О. В. Китову (Глушкову) за ценные уточнения и замечания по тексту.

Зимой 1942 года в помещении склада сельскохозяйственного института под Новочеркасском скрывались от немцев два молодых человека. Ночами они таскали с полей мороженную картошку для пропитания и заодно разбрасывали по дорогам куски колючей проволоки. Один раз чуть не попались напоровшейся на эту проволоку группе немецких солдат на машине и чудом сумели убежать под обстрелом.

Одним из этих молодых людей был будущий академик АН СССР, АН УССР и ряда зарубежных академий, всемирно признанный авторитет в области кибернетики Виктор Михайлович Глушков. Его молодость может послужить основой для остросюжетного триллера – кажется невероятным, чтобы это все могло произойти с одним человеком. Правда, такой боевик вряд ли получился бы развлекательным. Ровесник поколения, ушедшего на войну прямо из школьных стен, юный Виктор Глушков не был принят в ряды действующей армии из-за близорукости, но не один раз мог пополнить ряды своих сверстников, практически поголовно оставшихся на полях сражений. Его мать Вера Иосифовна, депутат Шахтинского горсовета, была арестована немцами по доносу и расстреляна осенью 1942 года, но Виктору удалось скрываться в течение нескольких зимних месяцев. После освобождения города Шахты от оккупации в феврале 1943 года, его мобилизовали на восстановление шахт Донбасса. Он дважды попадал под завал и второй раз просидел в забое восемь часов, гадая – вспомнит ли кто-нибудь о том, что он тут находится?

Виктор Михайлович Глушков, 1970-е годы

Виктор Михайлович Глушков более всего известен, как один из первопроходцев советских информационных технологий, сделавший чрезвычайно много для их развития. Но специалистам Глушков известен своими научными работами еще в целом ряде дисциплин. Трудно переоценить его вклад в математику, информатику, кибернетику, вычислительную технику и программирование, где он создал собственные научные школы. Значительные успехи были достигнуты им в теории топологических групп и топологической алгебре; теории цифровых автоматов; создании новых ЭВМ; развитии методов кибернетики и, в частности, систем искусственного интеллекта; создании автоматизированных систем управления (АСУ) технологическими процессами и промышленными предприятиями; разработке основ построения общегосударственной автоматизированной системы управления народным хозяйством (ОГАС); в вопросах развития информационного общества. Его заслуги на выбранном им поприще были высоко оценены международной организацией IEEE Computer Society: Виктор Михайлович в 1996 году, через четырнадцать лет после своей кончины, удостоен медали «Computer Pioneer».

Все знавшие его люди в своих воспоминаниях подчеркивают фантастическую работоспособность Виктора Михайловича. Подсчитано, что им опубликовано более восьмисот печатных работ, причем более пятисот из них написаны собственноручно. Характерный штрих к личности В. М. Глушкова: еще в девятом классе он по собственной инициативе прочел Гегеля. После этого ему уже не приходилось напрягаться, сдавая диамат в институте – он знал предмет лучше преподавателей, которые, разумеется, Гегеля и в руки не брали.