История Пензенской научной школы вычислительной техники. ЭВМ семейства ``Урал''

Началом эры электронной вычислительной техники считается 1946 г. — год создания легендарной ЭВМ ENIAC, первой полномасштабной универсальной цифровой вычислительной машины. В 1996 г. по инициативе Пенсильванского университета многие страны мира отметили 50-летие информатики, связав это событие с 50-летием создания ENIAC. Для этого имелись веские основания — до появления ЭВМ ENIAC и после этого ни одна ЭВМ не вызывала такого интереса и не имела такого влияния на развитие цифровой вычислительной техники.

Развитие вычислительной техники в СССР началось в 1948 г. [1]. В августе 1948 г. был разработан первый в СССР проект автоматической цифровой вычислительной машины — ЭВМ с жестким программным управлением. Авторами этого проекта были И. С. Брук и Б. И. Рамеев, в будущем создатель легендарных советских ЭВМ серии “Урал”, выпускавшихся в Пензе. Проект Брука — Рамеева не был реализован, но это было первое официально запатентованное изобретение в области вычислительной техники.

17 декабря 1948 г. было подписано Постановление Совета Министров СССР № 4663-1829 о создании специального конструкторского бюро СКБ-245 при Московском заводе счетноаналитических машин (САМ). Задачами этого СКБ являлись

Б. И. Рамеев разработка и обеспечение изготовления средств вычислитель ной техники. Именно здесь были созданы первые ламповые машины “Стрела”, “Полет”, “Оператор”, серии специальных тренажеров.

В 1955 г. в Пензе открылся филиал СКБ-245, главным инженером которого стал Башир Искандарович Рамеев — один из разработчиков ЭВМ “Стрела”, за создание которой в 1953 г.

Рис. 1. ЭВМ “Урал-1”

он был удостоен Государственной премии СССР. Под новый проект Б. И. Рамеева — признанную перспективной новую ЭВМ “Урал-1” — в Пензе специально выделялся завод САМ (позднее переименованный в завод вычислительных электронных машин).

С 1955 г. начинается история пензенской научной школы вычислительной техники, которую возглавил Б. И. Рамеев [2]. Вместе с Б. И. Рамеевым в Пензу приехали его молодые коллеги, в основном выпускники Московского инженерно-физического института, которым он читал лекции по основам вычислительной техники.

В конце 50-х гг. потребность в ЭВМ постоянно возрастала, начинали создаваться вычислительные центры, но вычислительных машин было недостаточно. Одна из наиболее мощных по тем временам ЭВМ — БЭСМ — существовала в единственном экземпляре. Машина “Стрела” являлась серийной машиной, но в серии было всего семь ЭВМ. Настоящей серийной машиной стала ЭВМ “Урал-1” и ее модификации.

ЭВМ “Урал-1” разработана в 1954–1955 гг. Опытный образец изготовлен на Московском заводе счетно-аналитических машин в 1955 г., частично налажен в СКБ-245 и передан для проведения дальнейших работ в Пензенский филиал СКБ-245. Позднее на базе этого филиала был создан Научно-исследовательский институт управляющих вычислительных машин (НИИУВМ), переименованный затем в НИИ математических машин (НИИММ), а позднее — в Государственное научно-производственное предприятие “Рубин” и Федеральное государственное унитарное предприятие “Рубин”.

Выпуск машины был начат в 1957 г.

“Урал-1” (рис. 1) — относительно небольшая по размерам машина с одноадресной системой команд, с не очень высоким в то время быстродействием (100 операций в секунду). Емкость оперативного запоминающего устройства на магнитных барабанах составляла 1024 слова по 36 разрядов. Такая оперативная память обеспечивала невысокую скорость считывания, что и определило ее низкое быстродействие. Можно было использовать внешнюю память на магнитных лентах (емкостью 40 тыс. слов) и на перфоленте (10 тыс. слов). Ввод информации осуществлялся с помощью клавишного устройства и с перфоленты, вывод — также на перфоленту и печатающее устройство. Машина имела развитую систему команд с безусловной и условной передачей управления. Ручное управление позволяло следить за выполнением программы и вносить исправления в процессе отладки. Эта ЭВМ имела 800 вакуумных электронных ламп и около 3 тыс. полупроводниковых диодов. Потребляемая мощность составляла 7,5 кВт. Машина “Урал-1” предназначалась для инженерно-технических и планово-экономических расчетов. Несмотря на малую потребляемую мощность, она требовала принудительного охлаждения воздуха в машинном зале площадью около 70 м ² .

По производительности ЭВМ “Урал-1” относилась к малым машинам, была недорогой и предназначалась в основном для инженерных расчетов. За счет этого она пользовалась большим спросом и долгое время проработала в различных институтах и вычислительных центрах.

Создание первых ЭВМ семейства “Урал” сыграло большую роль в развитии отечественной вычислительной техники. Эти ЭВМ появились во многих вычислительных, научноисследовательских и проектных организациях страны.

Вслед за “Урал-1” было создано еще несколько ламповых машин под тем же названием, но с другими порядковыми номерами, а также ряд специализированных ЭВМ. В ЭВМ “Урал-2” (1959 г.), “Урал-3” и “Урал-4” (1961 г.) использовалась оперативная память на ферритовых сердечниках, была расширена емкость внешних запоминающих устройств на магнитном барабане и магнитной ленте, применялся расширенный набор устройств ввода-вывода.

Кроме того, на базе унифицированных элементов и конструктивно-технологических решений ЭВМ “Урал-1” в Пензе под руководством Б. И. Рамеева разработаны следующие специализированные ЭВМ:

• —    “Погода” для метеорологических расчетов;

• —    “Гранит” для расчета вероятностных характеристик результатов наблюдений;

• —    “Кристалл” для рентгеноструктурного анализа кристаллов;

• —    специализированная ЭВМ для определения координат по радиопеленгам и др.

К концу 50-х гг. оформились три основные научные школы советской вычислительной техники, которые начали формироваться еще в 1948 г. [3]:

• —    московская школа С. А. Лебедева (основное направление деятельности — разработка машин с высоким быстродействием);

• —    московская школа И. С. Брука (основное направление деятельности — разработка малых и управляющих ЭВМ);

• —    пензенская школа Б. И. Рамеева (основное направление деятельности — разработка вычислительной техники универсального назначения).

В 1962 г. Б. И. Рамееву по совокупности работ была присвоена ученая степень доктора технических наук без защиты диссертации. Это показывает всю значимость его выдающегося вклада в развитие вычислительной техники в СССР и высокую оценку этого вклада. При этом следует отметить, что у Б. И. Рамеева не было не только ученой степени кандидата технических наук, но и законченного высшего образования, которого он не смог получить, являясь сыном “врага народа”.

В 1961 г. разработчики — математики и конструкторы Пензенского НИИУВМ — начали создание элементной и конструкторско-технологической базы для ЭВМ второго поколения на основе полупроводниковых приборов. В апреле 1963 г. к массовому производству был принят унифицированный комплекс функциональных элементов (модулей) “Урал-10”.

В 1964 г. начался серийный выпуск ЭВМ семейства “Урал” второго поколения, созданных на элементах “Урал-10”.

В серии ЭВМ “Урал” Б. И. Рамеев попытался реализовать одну из главных своих целей — создавать машины с программной совместимостью и унифицированными конструктивными компонентами, т. е. семейство машин, различающихся по производительности, но сходных по принципам построения (то, что позднее стали называть архитектурой ЭВМ). На базе таких машин можно было создавать системы с различными мощностью и назначением, а при необходимости формировать из них вычислительные комплексы. Эта идея опередила знаменитые разработки фирмы IBM.

Рис. 2. ЭВМ “Урал-11”

Рис. 3. ЭВМ “Урал-16”

“Во всей конструкторской деятельности одним из главных принципов я считал унификацию”, — говорил Б. И. Рамеев. Б. И. Рамеев называл машины “Урал” второго поколения рядом ЭВМ. Тем же термином первоначально называлось семейство машин разной производительности, но общей архитектуры ЕС ЭВМ, которое создавалось с конца 60-х гг. по образу и подобию IBM/360. Однако первенство в создании семейств принадлежит Б. И. Рамееву.

Машины ряда “Урал” второго поколения были построены на единой конструктивной, технологической и схемной базе, имели одни и те же устройства для ввода, вывода и хранения информации, использовали единые входной и выходной алфавит, кодировку информации на перфокартах, магнитных лентах и внутри машины. Машины включали унифицированный интерфейс с внешними устройствами и унифицированные устройства оперативной и внешней памяти. В СССР это была первая попытка проектирования не отдельной ЭВМ, а целого семейства совместимых ЭВМ.

Были выпущены ЭВМ “Урал-11” (рис. 2), “Урал-14” и “Урал-16” (рис. 3) — ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических и планово-экономических задач.

Основной программой, организующей работу ЭВМ, являлась программа-диспетчер. Эта программа обеспечивала ввод и вывод информации, организацию многопрограммной работы, защиту областей оперативной памяти, динамическое распределение оперативной памяти, а также внешней памяти на магнитных барабанах и лентах.

С машиной поставлялся автокод ряда машин “Урал” (АРМУ), который являлся единым автокодом ряда ЭВМ “Урал” и обеспечивал полную совместимость от меньшей машины к большей. Каждая ЭВМ “Урал” имела собственный транслятор с языка АРМУ на свой машинный язык. Поэтому совместимость ЭВМ “Урал” была ограниченной и существовала только на уровне автокода АРМУ.

По основным характеристикам “Урал-11”, “Урал-14” не уступали лучшим отечественным ЭВМ “Минск-23” и “М-220”, а также зарубежным аналогам второго поколения (IBM-1410) [4].

В 1969 г. была закончена разработка большой универсальной машины “Урал-16”, предназначенной для решения научно-технических, планово-экономических и других задач в крупных вычислительных центрах страны. По своей архитектуре “Урал-16” находилась на уровне ЭВМ третьего поколения и не имела отечественных аналогов.

Быстродействие ЭВМ “Урал-16” составляло 100 тыс. операций в секунду. В машине использовалось 300 команд, из них 17 основных и 8 модификаций для каждой основной команды. ЭВМ занимала площадь 20 м ² .

К концу 60-х гг. ЭВМ ряда “Урал” эксплуатировались в вычислительных центрах научноисследовательских институтов, на заводах, в банках, в системах военного назначения. Си- стемные возможности ЭВМ ряда “Урал-11” — “Урал-16” обеспечивали создание мощных многомашинных автоматизированных систем, в которых ЭВМ объединялись через каналы связи. На их базе были созданы многомашинные системы “Банк”, “Строитель”, системы обработки данных, получаемых со спутников.

Данные об общем количестве выпущенных ЭВМ “Урал” приведены в таблице.

В 1968–1969 гг. были начаты работы над проектом многопроцессорной ЭВМ “Урал-25”, завершавшей семейство. Была начата проработка “Урал-21” на интегральных схемах.

Общее количество ЭВМ “Урал”

Название ЭВМ	Число выпущенных машин
“Урал-1”	183
“Урал-2”	139
“Урал-3”	22
“Урал-4”	30
“Урал-11”	123
“Урал-14”	201
“Урал-16”	1

Основным итогом создания ряда ЭВМ “Урал” является то, что именно эти машины стали для всей страны “учебником” по вычислительной технике, по которому учились тысячи новых разработчиков, специалистов по эксплуатации и математиков-программистов.

На этом история пензенской школы вычислительной техники не заканчивается. С переходом к созданию ЭВМ третьего поколения — семейства ЕС ЭВМ — в ПНИИММ и на Пензенском заводе вычислительных электронных машин совместно с Московским научноисследовательским центром электронной вычислительной техники начались разработки ЭВМ ЕС-1050 и ЕС-1052. Было выпущено 87 и 74 машины соответственно.

В начале 80-х гг. в Пензе было начато строительство крупнейшего в Европе завода по выпуску накопителей на магнитных дисках емкостью 317 и 635 Мб. На это было выделено более 120 млн инвалютных рублей.

Таким образом, пензенская научная школа вычислительной техники заслуженно являлась одной из трех ведущих научных школ вычислительной техники в нашей стране. До середины 70-х гг. вычислительные машины отечественного производства не уступали лучшим мировым образцам.