Статья

Первые полупроводниковые: что умели советские ЭВМ «Урал»

Интеграция
мобильная версия

В 1960-е годы в СССР начались первые попытки создания не отдельных ЭВМ, а целых их семейств. Расширению возможностей компьютеров способствовало применение современных полупроводниковых технологий. Такими были машины «Урал – 11, 14, 16», пришедшие на смену своим ламповым предкам.

ЭЦВМ «Урал-11»

1. Главный конструктор: д. т. н. Б. И. Рамеев, заместители главного конструктора – В. И. Бурков, А. Н. Невский, Г. С. Смирнов, А. С. Горшков, В. И. Мухин, основные разработчики: Л. Н. Богословский, В. К. Елисеев, В. Г. Желнов, А. Г. Калмыков, М. Н. Князев, О. Ф. Лобов, А. И. Плетминцев, Ю. В. Пинигин и др.

2. Год окончания разработки: 1965.

3. Год начала выпуска: 1965.

4. Год прекращения выпуска: 1975.

5. Область применения ЭЦВМ «Урал-11» – решение широкого класса математических задач в вычислительных центрах НИИ, КБ и промышленных предприятиях.

6. Число выпущенных машин (серийность): 123 шт.

Описание машины

Машина «Урал-11» является первой из ряда машин, в который также входят «Урал-14» и «Урал-16». Машины ряда «Урал» 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.

Вид ячейки комплекса логических элементов поздних «Уралов»

ЭВМ «Урал-11» оперировала числами с фиксированной и плавающей запятой, а также алфавитно-цифровыми символами. Длина адресуемого слова составляла 24 двоичных разряда. Система команд – одноадресная (как и у остальных ЭВМ ряда).

Система счисления – двоичная и десятично-двоичная. Емкость оперативной памяти – от 8192 до 16 384 24-разрядных слов.

В состав центрального блока ЭВМ входило устройство арифметическое и устройство управления – У-328, обеспечивавшее весь набор арифметических и логических операций над 24-разрядными словами. Оно производило до 50 000 коротких операций и 350 умножений/с. Для ускорения операций умножения и работы с десятично-двоичными числами использовались отдельные, конструктивно автономные устройства — умножения (У-340) и суммирующие десятично-двоичные числа (У-342). Они повышали производительность до 14 000 операций умножения/с, а сложения и вычитания десятично-двоичных чисел – до 5000 при 11-разрядных числах. Кроме того, было разработано арифметическое устройство для 48-разрядных чисел – У-345. В зависи-мости от комплектации арифметическими устройствами, оперативной памятью и внешним оборудованием выпускались шесть модификаций «Урала-11». Они комплектовались накопителями на магнитных барабанах и на магнитной ленте, перфоленточным и перфокарточным оборудованием, алфавитно-цифровым печатающим устройством.

Элементная база

ЭВМ «Урал-11» – «Урал-16» построены на унифицированном комплексе логических элементов «Урал-10». Он представляет собой набор полупроводниковых схемных элементов модульной конструкции.

Имелось пять типов основных и 10 типов специальных модулей (для накопителей и внешних устройств). Электронные схемы «Урал-11» на 90% состояли из двух типов основных диодно-транзисторных модулей, способных работать в диапазоне температур от –10 до +70°C. Модули размещались в ячейках, имеющих запаиваемый разъем.

Конструкция

Семейство машин «Урал-11» – «Урал-16» выпускалось в стандартных конструкциях. Электронное оборудование располагалось в стандартных шкафах. В шкафах помещались панели с ячейками, на которых монтировались модули с диодно-транзисторными элементами. Монтаж модулей и ячеек, а также некоторые соединения на панелях выполнялись печатным способом. ЭВМ «Урал-11А» – самая младшая модель этой машины – имела конструкцию в виде углового стола. Все накопители и внешние устройства были общими для всех машин «Урал».

Технология

Применены традиционные технологические процессы механообработки конструкций. Каркасы шкафов – сварные. Модули и ячейки, впервые в машинах «Урал» выполненные печатным монтажом на фольгированном диэлектрике, предназначались для массового изготовления на специализированном производстве. Новыми для Пензенского завода были технологии изготовления ферритовых накопителей и внешних устройств, в частности новых накопителей на магнитных лентах, механизма алфавитно-цифрового устройства.

Программное обеспечение

Основной программой, организующей работу ЭВМ, являлась программа-диспетчер. Она 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 АРМУ («Автокод Ряда Машин Урал»), который был единым автокодом ряда ЭВМ типа «Урал». Он был составлен с учетом особенностей этих машин и обеспечивал полную совместимость от меньшей машины к большей.

Каждая ЭВМ «Урал» имела собственный транслятор с языка АРМУ на свой машинный язык. Таким образом, совместимость ЭВМ типа «Урал» была ограниченной и существовала только на уровне автокода АРМУ.

Помимо тест-программ, библиотеки программ и программы отладки с языка АРМУ вместе с машиной поставлялся транслятор с языка АЛГАМС на АРМУ.

Основные эксплуатационно-технические данные «Урал-11»:

– длина слова, адресуемого в оперативной памяти, – 12 или 24 бит

– разрядность чисел, бит:
• с фиксированной запятой – 12, 24, 48;
• с плавающей запятой: мантисса – 39, порядок – 7;
• десятичных – 3 и более;

– система счисления – двоичная и десятичная;

– система команд – одноадресная;

– число команд – 150;

– индексных регистров – 7;

– каналов прерывания – 30;

– уровней прерывания – 30;

– время выполнения операций, мкс:
• сложение, логические (24 разр.) – 20;
• сложение, логические (48 разр.) – 40 (с У-345);
• сложение десятичное (5 разр.) – 80 (с У-342);
• сложение с плавающей запятой (39+7) – 40 (с У-345);
• умножение (24 разр.) – 70 (с У-340);
• умножение (48 разр.) – 100 (с У-345);
• умножение с плавающей запятой – 100 (с У-345);

– емкость накопителей в словах длиной 24 + 2 разряда:
• ферритовый 8192–16384;
• на магнитных барабанах 98 444–787 552;
• на магнитных лентах 1 000 000–48 000 000;

– скорость обмена информацией (бит в секунду) между оперативной памятью и устройствами:
• накопителями на магнитном барабане – до 500 000;
• накопителями на магнитной ленте – от 130 до 700 000;
• максимальная скорость – 2 200 000;

– скорость ввода информации:
• перфолент – 1000 строк с одного устройства;
• перфокарт – 700 карт в минуту с одного устройства;
• каналов связи – до 2 200 000 бит в секунду;

– скорость вывода информации:
• на печать – 400 строк в минуту (одно устройство);
• на перфокарты – 110 карт в минуту;
• на перфоленту – 80 строк в секунду;
• каналы связи – 2 200 000 бит в секунду;

– условия эксплуатации:
• температура окружающей среды – от 5 до 40 °С;
• влажность – 65 ± 15%.

Особенности ЭВМ

«Урал-11» – первая ЭВМ ряда «Урал», выполненного на единой конструктивно-технологической базе «Урал-10». В СССР это была первая попытка проектирования не отдельной ЭВМ, а сразу целого семейства совместимых ЭВМ. Главное внимание уделялось конструктивному и технологическому единству ЭВМ и их отдельных устройств. Отдельные арифметические устройства для умножения, десятичной арифметики, плавающей запятой существенно удорожали малую ЭВМ «Урал-11».

ЭЦВМ «Урал-14»

1. Главный конструктор: д. т. н. Б. И. Рамеев, заместители главного конструктора – В. И. Бурков, А. Н. Невский, Г. С. Смирнов, А. С. Горшков, В. И. Мухин, основные разработчики: Л. Н. Богословский, В. К. Елисеев, В. Г. Желнов, А. Г. Калмыков, М. Н. Князев, О. Ф. Лобов, А. И. Плетминцев, Ю. В. Пинигин и другие.

2. Год окончания разработки: 1965.

3. Год начала выпуска: 1965.

4. Год прекращения выпуска: 1974.

5. Область применения: решение широкого класса математических и информационно-логических задач в вычислительных центрах НИИ, КБ и промышленных предприятий.

6. Число выпущенных машин (серийность): 201 шт.

Описание машины

«Урал-14» является средней машиной в ряде машин «Урал». ЭВМ «Урал-14» оперировала с числами с фиксированной и плавающей запятой, а также с алфавитно-цифровыми символами и последовательностью бит переменной длины. Длина адресуемого слова составляла 24 двоичных разряда, а длина массива информации, непосредственно адресуемого к оперативной памяти, – 24, 48, 72, …, 98 304 бит.

Урал-14

Система команд одноадресная (так же, как и у остальных ЭВМ ряда). Система счисления – двоичная и десятично-двоичная. Емкость оперативной памяти от 16 384 до 65 536 24-разрядных слова.

В состав центрального блока ЭВМ входили арифметическое устройство У-320 и отдельное устройство управления У-321. Устройство У-320 выполняло арифметические и логические операции над числами и словами переменной длины от 1 до 24 двоичных разрядов. Устройство работало только с фиксированной запятой. Операции над десятичными числами, над 48-разрядными двоичными числами и словами, а также операции с плавающей запятой выполнялись дополнительными арифметическими устройствами У-342 и У-345.

В зависимости от комплектации арифметическими устройствами, оперативной памятью и внешним оборудованием выпускалось несколько модификаций «Урала-14». Они комплектовались двухвходовыми накопителями на магнитных барабанах, накопителями на магнитной ленте, перфоленточным и перфокарточным оборудованием, алфавитно-цифровым печатающим устройством.

Программное обеспечение

Основной программой, организующей работу ЭВМ, являлась программа-диспетчер. Она 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. Остальные средства – как в «Урал-11».

Основные эксплуатационно-технические данные:

– длина слова, адресуемого в оперативной памяти – 12 или 24 бит;

– разрядность чисел, бит:
• с фиксированной запятой – 12, 24, 48;
• с плавающей запятой: мантисса – 39, порядок – 7;
• десятичных – 3 и более;

– система счисления – двоичная и десятичная;

– система команд – одноадресная;

– число команд – 230;

– индексных регистров – 14;

– базисных регистров – 128;

– каналов прерывания – 64;

– уровней прерывания – 16;

– время выполнения операций, мкс:
• сложение, логические (24 разряда) – 22;
• сложение, логические (48 разряда) – 40 (с У-345);
• сложение десятичное (5 разряда) – 100 (с У-342);
• сложение чисел с плавающей запятой (39+7) – 40 (с У-345);
• умножение (24 разряда) – 300;
• умножение (48 разряда) – 100 (с У-345);
• умножение чисел с плавающей запятой – 100 (с У-345);

– условия эксплуатации:
• температура окружающей среды – от 5 до 40 °С;
• влажность – 65 ±15%

Особенности ЭВМ

«Урал-14» была средней ЭВМ ряда «Урал», выполненного на единой конструктивно-технологической базе «Урал-10». Как уже упоминалось, в СССР это была первая попытка проектирования не отдельной ЭВМ, а целого ряда совместимых ЭВМ.

Главное внимание уделялось конструктивному и технологическому единству ЭВМ и их отдельных устройств. Несмотря на то что большинство схемных, структурных и конструктивных решений были перспективными, выпуск машин был относительно невелик. Отдельные арифметические устройства для десятичной арифметики и 48-разрядных операций с плавающей запятой существенно удорожали ЭВМ «Урал-14».

ЭЦВМ «Урал-16»

1. Главный конструктор: д. т. н. Б. И. Рамеев, заместители главного конструктора – В. И. Бурков, А. Н. Невский, Г. С. Смирнов, А. С. Горшков, В. И. Мухин, основные разработчики: Л. Н. Богословский, В. К. Елисеев, В. Г. Желнов, А. Г. Калмыков, М. Н. Князев, О. Ф. Лобов, А. И. Плетминцев, Ю. В. Пинигин и др.

2. Год окончания разработки: 1968.

3. Год начала выпуска: 1969.

4. Год прекращения выпуска: 1969.

5. Область применения: решение широкого класса математических и информационно-логических задач в крупных вычислительных центрах НИИ, КБ и промышленных предприятиях.

6. Число выпущенных машин (серийность): 1.

Описание машины

«Урал-16» является старшей моделью в ряде машин «Урал». Для ЭВМ «Урал-16» было разработано арифметическое устройство У-330, выполнявшее арифметические, логические и посылочные операции над двоичными числами и словами переменной длины от 1 до 48 двоичных разрядов. Арифметические операции выполнялись над числами с плавающей и фиксированной запятой. Был предусмотрен ряд операций, увеличивающих производительность машины при решении информационных задач.



Урал-16

В состав центрального блока ЭВМ входили арифметическое устройство У-330 и отдельное устройство управления У-331. У-331 обеспечивало взаимодействие всехустройств машины в процессе одновременного решения нескольких задач: одновременное выполнение до пяти команд в центральных устройствах, обмен информацией между накопителями на магнитной ленте, барабане и ферритовым накопителем, работа нескольких устройств ввода и вывода информации.

У-331 производило непосредственную адресацию слов длиной от 1 до 48 бит и массивов слов длиной от 48 до 98 000 бит в оперативной памяти емкостью до 25 000 000 бит. Аппаратная система защиты программ обеспечивала защиту одних программ от возможных ошибок в других одновременно работающих программах, а система относительных адресов – независимость программ от места в памяти. Среди 300 команд, выполняемых устройством, имеются команды для «разговора» нескольких (до 8) машин на уровне центральных устройств.

«Урал-16» комплектовалась стандартными для машин «Урал» двухвходовыми накопителями на магнитных барабанах, накопителями на магнитной ленте, перфоленточным и перфокарточным оборудованием, алфавитно-цифровым печатающим устройством.

Программное обеспечение – как на «Урал-14».

Основные эксплуатационно-технические данные:

– длина, бит:
• слова, адресуемого в оперативной памяти – 1, 2, 3,…, 48;
• массива информации, непосредственно адресуемого в оперативной памяти – 24, 48, 72, …, 98304;

– разрядность чисел, бит:
• с фиксированной запятой – 1, 2, 3,…, 48;
• с плавающей запятой: мантисса – 39, порядок – 7;

– система счисления – двоичная;

– система команд – одноадресная;

– количество команд – 300;

– индексных регистров – 14;

– базисных регистров – 512;

– каналов прерывания – 64+24;

– уровней прерывания – 64;

– время выполнения операций, мкс:
• сложение, логические (24 разряда) – 10;
• сложение, логические (48 разрядов) – 10;
• сложение чисел с плавающей запятой (39 + 7) – 10;
• умножение (24 разряда) – 15;
• умножение (48 разрядов) – 30;
• умножение с плавающей запятой – 30;

– емкость накопителей в словах длиной 24 + 2 разряда:
• ферритовый 131 072–524 288;
• на магнитных барабанах 98 444–787 552;
• на магнитных лентах 8 000 000–48 000 000;

– скорость обмена информацией, бит/с между оперативной памятью:
• и накопителями на магнитном барабане – до 500 000;
• накопителями на магнитной ленте – от 130 до 700 000;
• максимальная скорость – 2 200 000.

Особенности ЭВМ

«Урал-16» была старшей ЭВМ ряда «Урал», выполненного на единой конструктивно-технологической базе «Урал-10». Несмотря на то что большинство схемных, структурных и конструктивных решений были правильными и перспективными, машину «Урал-16» создали в единственном экземпляре. Анализа причин этого в литературе нет.

***

CNews продолжает публиковать главы из книги «Страницы истории отечественных ИТ» – совместного проекта «АйТи» и «Виртуального компьютерного музея» (Сост. Эдуард Пройдаков. – М.: Альпина Паблишер, 2015). Читайте также:

МЭСМ и «Стрела»: Как советские ЭВМ делали первые шаги

М-1. Как зарождалась ЭВМ

Как Исаак родил советскую информатику

Первые быстродействующие: три советские ЭВМ, которые двигали науку

Как создавались первые серийные советские ЭВМ