О уральских конвейерах
День 7 октября, бывший красный день календаря, и сейчас праздник, ибо у архитекторов всего мира и ценителей архитектурных шедевров сегодня профессиональный международный праздник - Всемирный день архитектуры (World Architecture Day), который они отмечают в первый понедельник октября. В этот день стоит начать разговор о таком ныне банальном элементе компьютерной архитектуры как конвейер, также известном как pipeline или водопровод и времени и месте/ах появления этого архитектурного веения впервые на свет.
Типичный уральский конвейер тех лет
В 1953 году сразу после окончания работ над ЭВМ “Стрела” (первой советской серийной вычислительной машины) в СКБ-245 Министерства приборостроения и средств автоматизации (МПСА) началось проектирование по техническому заданию, согласованному с директором созданного в том же году ОПМ МИАН В. М. Келдышем, новой одноадресной, двоичной, с фиксированной запятой универсальной ЭВМ М-53, и нескольких специализированных ЭВМ на её основе и технологической базе “Погода”, “Кристалл”, “Гранит”, М-46, М-56, М-17, М-27 под общим руководством Б. И. Рамеева, одновременно являвшегося главным конструктором М-53, позже ставшей известной под названием “Урал”. Её конструирование было сразу ориентировано на внедрение в серийное производство. Кстати с учётом работы “Урал” на Байконуре, и взятой с собой на удачу при полёте к МКС перфоленточки с “Урала” Карой Шимоньи, и во вселенной наверное тоже какая-нибудь известность появилась у этой легендарной серии машин.
Согласно решению Главточмаша Министерства машиностроения и приборостроения от марта 1955 года, для массового внедрения и расширения использования ЭВМ в народном хозяйстве и обороне страны, ещё до междуведомственных испытаний опытного образца М-53 началось освоение её серийного производства и ряда специализированных ЭВМ на её технологической основе, на Пензенском и Московском заводе САМ при сопровождении пензинским филиалом СКБ-245, образованным в мае 1953 года, и до того выполнявшим в основном работы по аналоговой технике. Туда заместителем начальника бюро по научной работе был переведен Б. И. Рамеев 20 июня 1955 г. Он организовал в этом филиале СКБ отделы универсальных (нач. Ю. Н. Беликов), специальных (нач. В. С. Маккавеев) и аналоговых (нач. Н. С. Николаев) машин, отдел контрольно-измерительной аппаратуры (нач. А. К. Щенников), общетехнический отдел и математическую лабораторию. В каждом тематическом отделе было свое конструкторское бюро и макетная мастерская. Своей информационной службы на предприятии не было, они пользовались заводской технической библиотекой.
Урал в естественной среде обитания.
Заказчиком ЭВМ “Погода” стал Гидрометеоцентр СССР, ЭВМ “Кристалл” предназначалась Физико-химическому институту АН СССР им. Карпова, все остальные ЭВМ были заказаны Министерством обороны СССР. Опытный образец машины “Урал” успешно прошёл испытания в СКБ-245 в декабре 1955 года.
ЭВМ “Погода”, М-46 и М-56 от начала до конца разрабатывались в СКБ-245, ЭВМ “Гранит”, “Кристалл”, М-17 и М-27 с 1955 г. делали в Пензенском филиале СКБ-245, куда и был направлен Б.И. Рамеев с группой разработчиков.
Все специализированные ЭВМ создавались на элементной базе и конструктивных элементах ЭВМ “Урал-1”. Благодаря своей экономичности все они были эффективны для пользователей до 1960 - 1961 гг, когда им стали доступны новые малые универсальные ЭВМ типа “Минск”, “Раздан”, итп.
...ЭВМ “Урал” относилась к классу малых универсальных электронных цифровых вычислительных машин параллельного действия с последовательно-параллельными передачами информации. Машина имела развитую систему команд, включая операции с индексным регистром (с 1956 г) и операции условной и безусловной передачи управления, имела систему сигнализации и ручное управление, позволявшие оператору следить за исполнением программы и вмешиваться в ход ее выполнения для внесения изменений в процессе отладки. Как и ЭВМ IBM-701, “Урал” оперировал с 36- и 18-разрядными словами, что позволяло лучше использовать оперативную память, некоторые пользователи (М. В. Бураков) работали и с 71-разрядными словами. Система команд позволяла выполнять вычисления в формате с плавающей запятой. Основной элемент - статический триггер Т1 - был выполнен на электронной лампе 6Н8С (время переключения - 3,5 мкс); его схема и принцип действия описаны С. Ф. Баваровым, московским офицером-стажером. Расчет триггера был выполнен графо-аналитическим способом (студентам МЭИ излагался как метод Рамеева) с учетом наихудшего сочетания отклонений от номинальных значений компонент и питающего напряжения. Выбор магнитного барабана ёмкостью в 1024 36-разрядных слов в качестве ОЗУ предопределил компактность, повышенную надёжность, экономичность и быстродействие машины (100 оп/с). Однако путь к достижению таких показателей был трудным, Главный конструктор вынужден был использовать свой предшествующий опыт в разработке схемотехники, конструкции и технологии этого устройства. В 1954 г. участников проектирования машины стало значительно больше, в основном, за счёт принятых выпускников МЭИ, прослушавших курс С. А. Лебедева по вычислительным машинам дискретного действия и выполнивших дипломный проект в ИТМ и ВТ. Один из них (В. И. Мухин) по заданной Рамеевым системе команд самостоятельно разработал функциональную схему “уральского” устройства управления, А. Н. Невский принимал активное участие в разработке схем арифметического устройства. Вскоре они выделились настолько, что Б. И. Рамеев стал относить их к основным разработчикам машины наряду с В. С Антоновым, А. И. Лазаревым, Д. И Юдицким и А. Д. Павловым. В декабре (пр. 1954 года!) был предъявлен комиссии М. Келдыша эскизный проект машины. Проект был рассмотрен и принят.
Истории развития компьютеростроения посвящено много зарубежных работ, но они для нас мало доступны и, за редким исключением, не касаются нашей техники. Первая отечественная работа по этой тематике была доложена на конференции “Пути развития советского математического машиностроения и приборостроения” (12-17 марта 1956 г): сообщение профессора Д. Ю. Панова (ИТМ и ВТ АН СССР) “История и развитие электронных вычислительных машин”. Известны публикации о первой советской машине МЭСМ (Управляющие машины и системы. № 6, 1976), о лебедевском коллективе разработчиков (От БЭСМ до супер-ЭВМ. Страницы истории ИТМ и ВТ им. С. А. Лебедева АН СССР в воспоминаниях сотрудников. Под редакцией Г. Г. Рябова, М., 1988). Найти сейчас подобное о рамеевском коллективе смогут не многие. Видимо, это будут те, кто сможет познакомиться с редкой по обилию нового фактического материала, увлекательно написанной книгой Б. Н. Малиновского “История вычислительной техники в лицах” (Киев, фирма “КИТ”, ПТОО “А. С. К.”, 1995). В ней рассказано о деятельности выдающихся отечественных первопроходцев электронной вычислительной техники И. С. Бруке, Б. И. Рамееве, С. А. Лебедеве и других, о созданных ими школах конструирования ЭВМ. У каждой такой школы свои достижения и свои несхожие судьбы. Они привлекут еще внимание историков и тех, кто будет интересоваться развитием отечественной вычислительной техники. Представляется, что среди последних будут и участники разработок, изготовления и использования машин “Урал”, самых массовых отечественных ЭВМ первого поколения...
Таким образом можно зафиксировать факты, что студенты впитали мысли Лебедева и применили их на практике. В декабре 1954 года две стадии конвейера были зафиксированы на бумаге, в 55 году реализованы в металле и прошли гос. испытания, а в марте 1956 года опубликованные стали доступны широкой обществености, а в конце года и применимы на практике на первых 10 (десяти) серийных машинах “Урал”. Одновременно с первым ЭВМ ещё М53, а не “Урал” была сделана и на порядок более быстрая ЭВМ “Погода”.
Более подробно и наглядно как оно в “Урале” было реализовано можно посмотреть в руководстве по программированию на этой самой ЭВМ “Урал”.
Ситуацию с делами в начале конвейеростроения в других странах расмотрим позже.
PS Первый двукратный космический турист Карой Шимоньи, ставший с 1982 года Чарльзом Симони после принятия гражданства США, наш человек не только потому как на "Урале" работал, но и у него есть два радиолюбительских позывных - KE7KDP и HA5SIK. Однако с декабря 2008 года пропал человек, у него завелась жена - Лиза Персдоттер (Lisa Persdotter), гражданка Швеции, фотомодель. Брачный контракт заключённый с ней, кроме всего прочего, содержит запрет лететь ему в космос третий раз, и теперь шесть месяцев в году "бедный" Чарли проводит с ней на своей супер-яхте Skat (название не от рыбы, а от датского слова "сокровище") :((
Типичный уральский конвейер тех лет
В 1953 году сразу после окончания работ над ЭВМ “Стрела” (первой советской серийной вычислительной машины) в СКБ-245 Министерства приборостроения и средств автоматизации (МПСА) началось проектирование по техническому заданию, согласованному с директором созданного в том же году ОПМ МИАН В. М. Келдышем, новой одноадресной, двоичной, с фиксированной запятой универсальной ЭВМ М-53, и нескольких специализированных ЭВМ на её основе и технологической базе “Погода”, “Кристалл”, “Гранит”, М-46, М-56, М-17, М-27 под общим руководством Б. И. Рамеева, одновременно являвшегося главным конструктором М-53, позже ставшей известной под названием “Урал”. Её конструирование было сразу ориентировано на внедрение в серийное производство. Кстати с учётом работы “Урал” на Байконуре, и взятой с собой на удачу при полёте к МКС перфоленточки с “Урала” Карой Шимоньи, и во вселенной наверное тоже какая-нибудь известность появилась у этой легендарной серии машин.
Согласно решению Главточмаша Министерства машиностроения и приборостроения от марта 1955 года, для массового внедрения и расширения использования ЭВМ в народном хозяйстве и обороне страны, ещё до междуведомственных испытаний опытного образца М-53 началось освоение её серийного производства и ряда специализированных ЭВМ на её технологической основе, на Пензенском и Московском заводе САМ при сопровождении пензинским филиалом СКБ-245, образованным в мае 1953 года, и до того выполнявшим в основном работы по аналоговой технике. Туда заместителем начальника бюро по научной работе был переведен Б. И. Рамеев 20 июня 1955 г. Он организовал в этом филиале СКБ отделы универсальных (нач. Ю. Н. Беликов), специальных (нач. В. С. Маккавеев) и аналоговых (нач. Н. С. Николаев) машин, отдел контрольно-измерительной аппаратуры (нач. А. К. Щенников), общетехнический отдел и математическую лабораторию. В каждом тематическом отделе было свое конструкторское бюро и макетная мастерская. Своей информационной службы на предприятии не было, они пользовались заводской технической библиотекой.
Урал в естественной среде обитания.
Заказчиком ЭВМ “Погода” стал Гидрометеоцентр СССР, ЭВМ “Кристалл” предназначалась Физико-химическому институту АН СССР им. Карпова, все остальные ЭВМ были заказаны Министерством обороны СССР. Опытный образец машины “Урал” успешно прошёл испытания в СКБ-245 в декабре 1955 года.
ЭВМ “Погода”, М-46 и М-56 от начала до конца разрабатывались в СКБ-245, ЭВМ “Гранит”, “Кристалл”, М-17 и М-27 с 1955 г. делали в Пензенском филиале СКБ-245, куда и был направлен Б.И. Рамеев с группой разработчиков.
Все специализированные ЭВМ создавались на элементной базе и конструктивных элементах ЭВМ “Урал-1”. Благодаря своей экономичности все они были эффективны для пользователей до 1960 - 1961 гг, когда им стали доступны новые малые универсальные ЭВМ типа “Минск”, “Раздан”, итп.
...ЭВМ “Урал” относилась к классу малых универсальных электронных цифровых вычислительных машин параллельного действия с последовательно-параллельными передачами информации. Машина имела развитую систему команд, включая операции с индексным регистром (с 1956 г) и операции условной и безусловной передачи управления, имела систему сигнализации и ручное управление, позволявшие оператору следить за исполнением программы и вмешиваться в ход ее выполнения для внесения изменений в процессе отладки. Как и ЭВМ IBM-701, “Урал” оперировал с 36- и 18-разрядными словами, что позволяло лучше использовать оперативную память, некоторые пользователи (М. В. Бураков) работали и с 71-разрядными словами. Система команд позволяла выполнять вычисления в формате с плавающей запятой. Основной элемент - статический триггер Т1 - был выполнен на электронной лампе 6Н8С (время переключения - 3,5 мкс); его схема и принцип действия описаны С. Ф. Баваровым, московским офицером-стажером. Расчет триггера был выполнен графо-аналитическим способом (студентам МЭИ излагался как метод Рамеева) с учетом наихудшего сочетания отклонений от номинальных значений компонент и питающего напряжения. Выбор магнитного барабана ёмкостью в 1024 36-разрядных слов в качестве ОЗУ предопределил компактность, повышенную надёжность, экономичность и быстродействие машины (100 оп/с). Однако путь к достижению таких показателей был трудным, Главный конструктор вынужден был использовать свой предшествующий опыт в разработке схемотехники, конструкции и технологии этого устройства. В 1954 г. участников проектирования машины стало значительно больше, в основном, за счёт принятых выпускников МЭИ, прослушавших курс С. А. Лебедева по вычислительным машинам дискретного действия и выполнивших дипломный проект в ИТМ и ВТ. Один из них (В. И. Мухин) по заданной Рамеевым системе команд самостоятельно разработал функциональную схему “уральского” устройства управления, А. Н. Невский принимал активное участие в разработке схем арифметического устройства. Вскоре они выделились настолько, что Б. И. Рамеев стал относить их к основным разработчикам машины наряду с В. С Антоновым, А. И. Лазаревым, Д. И Юдицким и А. Д. Павловым. В декабре (пр. 1954 года!) был предъявлен комиссии М. Келдыша эскизный проект машины. Проект был рассмотрен и принят.
Истории развития компьютеростроения посвящено много зарубежных работ, но они для нас мало доступны и, за редким исключением, не касаются нашей техники. Первая отечественная работа по этой тематике была доложена на конференции “Пути развития советского математического машиностроения и приборостроения” (12-17 марта 1956 г): сообщение профессора Д. Ю. Панова (ИТМ и ВТ АН СССР) “История и развитие электронных вычислительных машин”. Известны публикации о первой советской машине МЭСМ (Управляющие машины и системы. № 6, 1976), о лебедевском коллективе разработчиков (От БЭСМ до супер-ЭВМ. Страницы истории ИТМ и ВТ им. С. А. Лебедева АН СССР в воспоминаниях сотрудников. Под редакцией Г. Г. Рябова, М., 1988). Найти сейчас подобное о рамеевском коллективе смогут не многие. Видимо, это будут те, кто сможет познакомиться с редкой по обилию нового фактического материала, увлекательно написанной книгой Б. Н. Малиновского “История вычислительной техники в лицах” (Киев, фирма “КИТ”, ПТОО “А. С. К.”, 1995). В ней рассказано о деятельности выдающихся отечественных первопроходцев электронной вычислительной техники И. С. Бруке, Б. И. Рамееве, С. А. Лебедеве и других, о созданных ими школах конструирования ЭВМ. У каждой такой школы свои достижения и свои несхожие судьбы. Они привлекут еще внимание историков и тех, кто будет интересоваться развитием отечественной вычислительной техники. Представляется, что среди последних будут и участники разработок, изготовления и использования машин “Урал”, самых массовых отечественных ЭВМ первого поколения...
Таким образом можно зафиксировать факты, что студенты впитали мысли Лебедева и применили их на практике. В декабре 1954 года две стадии конвейера были зафиксированы на бумаге, в 55 году реализованы в металле и прошли гос. испытания, а в марте 1956 года опубликованные стали доступны широкой обществености, а в конце года и применимы на практике на первых 10 (десяти) серийных машинах “Урал”. Одновременно с первым ЭВМ ещё М53, а не “Урал” была сделана и на порядок более быстрая ЭВМ “Погода”.
Более подробно и наглядно как оно в “Урале” было реализовано можно посмотреть в руководстве по программированию на этой самой ЭВМ “Урал”.
Ситуацию с делами в начале конвейеростроения в других странах расмотрим позже.
PS Первый двукратный космический турист Карой Шимоньи, ставший с 1982 года Чарльзом Симони после принятия гражданства США, наш человек не только потому как на "Урале" работал, но и у него есть два радиолюбительских позывных - KE7KDP и HA5SIK. Однако с декабря 2008 года пропал человек, у него завелась жена - Лиза Персдоттер (Lisa Persdotter), гражданка Швеции, фотомодель. Брачный контракт заключённый с ней, кроме всего прочего, содержит запрет лететь ему в космос третий раз, и теперь шесть месяцев в году "бедный" Чарли проводит с ней на своей супер-яхте Skat (название не от рыбы, а от датского слова "сокровище") :((