Пензенская научная школа вычислительной техники: становление и развитие

№ 3(33) 2011

И. А. Казакова, доцент Пензенского государственного университета

Пензенская научная школа вычислительной техники:становление и развитие

Началом эры электронной вычислительной техники считается 1946 год — год создания легендарной ЭВМ ЕЫ1АС, первой полномасштабной универсальной цифровой вычислительной машины. В то время пензенская научная школа вычислительной техники являлась одной из трех ведущих научных школ вычислительной техники в нашей стране.

В 1996 году по инициативе Пенсильванского университета многие страны мира отметили 50-летие информатики, связав это событие с 50-летием создания ЕЫ1АС, на что имелись веские основания — до ЕЫ1АС и после него ни одна ЭВМ не вызвала такого интереса и не имела такого влияния на развитие цифровой вычислительной техники.

История вычислительной техники в нашей стране началась в 1948 году [1]. В августе этого года разработан первый в СССР проект автоматической цифровой вычислительной машины — ЭВМ с жестким программным управлением. Авторы проекта — И. С. Брук и его коллега Б. И. Рамеев, в будущем создатель легендарных советских ЭВМ серии «Урал», выпускаемых в Пензе.

Проект Брука-Рамеева не был реализован, но стал первым официально запатентованным изобретением в области вычислительной техники.

17 декабря 1948 года подписано Постановление Совета Министров СССР №4663-1829 о создании Специального конструкторского бюро — СКБ-245 — при московском заводе счетно-аналитических машин (САМ). Его задача — разработка и обеспечение изготовления средств вычислительной техники. Именно здесь созданы первые ламповые машины «Стрела», «Полет», «Оператор», а также серии специальных тренажеров.

В 1955 году в Пензе открылся филиал СКБ-245, главным инженером которого стал Башир Искандарович Рамеев — один

из разработчиков ЭВМ «Стрела», за создание которой в 1953 году 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 — ВЭМ).

С 1955 года и начинается история пензенской научной школы вычислительной техники, которую возглавил Б. И. Рамеев [2]. Вместе с ним в Пензу приехали его молодые коллеги, в основном выпускники МИФИ, которым он читал лекции по ос- Б и Рамеев

новам вычислительной техники.

В конце 50-х годов потребность в ЭВМ все возрастала, начинали создаваться вычислительные центры, но вычислительных машин было недостаточно. Одна из самых мощных по тем временам ЭВМ — БЭСМ — существовала в единственном экземпляре. Машина «Стрела» была серийной, но серия насчитывала всего семь ЭВМ. Требовалась настоящая серийная машина, и такой стала ЭВМ «Урал-1» и следующие машины этого семейства.

№ 3(33) 2011

ЭВМ «Урал-1» разработана в 19541955 годах. Опытный образец изготовлен на Московском заводе счетно-аналитических машин в 1955 году, частично налажен в СКБ-245 и передан для проведения дальнейших работ в Пензенский филиал СКБ-245. Позже на базе этого филиала создан научно-исследовательский институт управляющих вычислительных машин (НИИУВМ), переименованный затем в НИИ математических машин (НИИММ), позже — в Государственное научно-производственное предприятие «Рубин» (ГНПП «Рубин») и еще позже — в Федеральное государственное унитарное предприятие «Рубин» (ФГУП «Рубин»), Выпуск машины начат в 1957 году.

«Урал-1» (рис. 1) — относительно небольшая машина с одноадресной системой команд, с не самым высоким на то время быстродействием (100 операций в секунду). Оперативное запоминающее устройство на магнитных барабанах имело емкость в 1024 слова по 36 разрядов. Эта оперативная память обеспечивала невысокую скорость считывания, что и определило ее низкое быстродействие. Можно было использовать также внешнюю память на магнитных лентах (емкостью 40 тыс. слов) и на перфоленте (10 тыс. слов). Ввод ин-

формации осуществлялся при помощи 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.

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 м2.

ЭВМ «Урал-1» по производительности относилась к малым машинам, была недорогой и предназначалась в основном для инженерных расчетов. Благодаря этому она пользовалась большим спросом и долгое время работала в различных институтах и вычислительных центрах.

Создание первых ЭВМ семейства «Урал» сыграло большую роль в развитии отечественной вычислительной техники. Они появились во многих вычислительных, научно-

№ 3(33) 2011

исследовательских и проектных организациях страны.

Вслед за «Урал-1» последовало еще несколько ламповых машин под тем же названием и с другими порядковыми номерами, а также ряд специализированных ЭВМ. В машинах «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 рентгеноструктур-ного анализа кристаллов;

• специализированная ЭВМ для определения координат по радиопеленгам и др.

К концу 50-х годов оформились три основные научные школы советской вычислительной техники, которые ведут свое начало с 1948 года [3]:

• школа С. А. Лебедева. Основное направление деятельности — разработка машин с высочайшим быстродействием;

• школа И. С. Брука. Направление — разработка малых и управляющих ЭВМ;

• школа Б. И. Рамеева. Направление — разработка вычислительной техники универсального назначения. Сам Б. И. Рамеев называл это направление пензенской школой.

Первые две школы базировались в Москве, третья — в Пензе.

В 1962 году Б. И. Рамееву по совокупности работ присвоена ученая степень доктора технических наук без защиты диссертации, что показывает всю значимость его выдающегося вклада в развитие вычислительной техники в нашей стране и высо-

130 у-

кую оценку этого вклада. Следует отметить, что у Б. И. Рамеева не было не только ученой степени кандидата технических наук, но и законченного высшего образования, которое он не смог получить, будучи сыном врага народа.

В 1961 году разработчики, математики и конструкторы пензенского Научно-исследовательского института управляющих вычислительных машин (НИИУВМ) начали создание элементной и конструктор-ско-технологической базы для ЭВМ второго поколения на основе полупроводниковых приборов. В апреле 1963 года в массовое производство принят унифицированный комплекс функциональных элементов (модулей) «Урал-10».

В 1964 году начался серийный выпуск ЭВМ семейства «Урал» второго поколения, созданных на элементах «Урал-10».

В серии ЭВМ «Урал» Б. И. Рамеев пытается реализовать одну из своих главных концепций — создавать машины с программной совместимостью и унифицированными конструктивными компонентами, т.е. семейство машин, отличающихся друг от друга по производительности, но сходных по общим принципам построения (то, что позже назовут архитектурой ЭВМ). На базе таких машин можно было создавать системы разной мощности и назначения, а при необходимости — формировать целые вычислительные комплексы. Изложенная идея опередила знаменитые разработки фирмы IBM.

«Во всей конструкторской деятельности одним из главных принципов я считал унификацию», — говорил Б. И. Рамеев. Он называл свои машины «Урал» второго поколения «рядом» ЭВМ. Этим же термином будет первоначально обозначаться семейство машин разной производительности, но общей архитектуры, которое создавалось с конца 60-х годов по образу и подобию IBM/360 — ЕС ЭВМ. Но первенство в создании семейств принадлежит Б. И. Рамееву.

Машины ряда «Урал» второго поколения характеризовались наличием единой конструктивной, технологической и схемной базы,

№ 3(33) 2011

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 первая попытка проектирования не отдельной ЭВМ, а сразу целого семейства совместимых ЭВМ.

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. 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») — единый для ряда ЭВМ «Урал». Он 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» и «Урал-14» были на уровне лучших отече-

Рис. 2. ЭВМ «Урал-11»

ственных ЭВМ «Минск-23» и «М-220» и зарубежных аналогов второго поколения (1ВМ-1410) [4].

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

Быстродействие ЭВМ «Урал-16» — 100 тысяч операций в секунду. В этой машине использовалось 300 команд, из них 17 основных плюс 8 модификаций для каждой основной команды. ЭВМ занимала площадь 20 м2.

К концу 60-х годов ЭВМ ряда «Урал» эксплуатировались в вычислительных центрах научно-исследовательских институтов, на заводах, в банках, в системах военного назначения. Системные возможности ряда ЭВМ «Урал-11» — «Урал-14» — «Урал-16» обеспечивали создание мощных многомашинных автоматизированных систем, в которых ЭВМ объединялись через каналы связи. На их базе созданы многомашинные системы «Банк», «Строитель», системы обработки данных, получаемых со спутников.

Информация об общем количестве выпущенных ЭВМ «Урал» приведена в табл. 1.

В 1968-1969 годах начаты работы над проектом многопроцессорной ЭВМ «Урал-25», завершающей семейство, а также «Урал-21» на интегральных схемах.

Рис. 3. ЭВМ «Урал-16»

№ 3(33) 2011

Таблица 1

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

Главный итог создания ряда ЭВМ «Урал» — то, что именно машины ряда «Урал» 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 Пензенском научно-исследовательском институте математических машин (ПНИИММ) и на пензенском заводе ВЭМ совместно с московским научно-исследовательским центром электронной вычислительной техники (НИ-ЦЭВТ) начинаются разработки ЭВМ ЕС-1050 и ЕС-1052. Было выпущено 87 и 74 машины соответственно.

Б. И. Рамеев в 1967 г. перешел в Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ) на должность заместителя генерального конструктора ЕС ЭВМ. Имея огромный опыт разработки и организации серийного производства ламповых и полупроводниковых ЭВМ серии «Урал», он понимал важность формирования и реализации единой технической политики в создании семейства отечественных ЭВМ третьего поколения. В 1971 году Б. И. Рамеев стал заместителем начальника Главного управления вычислительной техники и систем управления Госкомитета СССР по науке и технике. Бо-

лее 20 лет он занимался координацией разработок и применения отечественных ЭВМ, оценкой их технического уровня и эффективности, формированием научно-технических программ и Государственного фонда алгоритмов и программ.

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

Таким образом, пензенская научная школа вычислительной техники являлась одной из трех ведущих научных школ вычислительной техники в нашей стране, а российские вычислительные машины до середины 70-х годов были на уровне лучших мировых образцов.

Описок литературы

1. Петров Ю. П. История и философия науки. Математика, вычислительная техника, информатика. СПб.: БХВ-Петербург, 2005.

2. Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах. Киев.: фирма «КИТ», ПТОО «А. С. К.», 1995.

3. Захаров В. Н. Ученые и их школы / сост. В. Н. Захаров, Р. И. Подловченко, Я. И. Фет. М.: Наука, 2003.

4. Зубов Ю. И. История создания цифровых электронных вычислительных машин // История науки и техники. 2002, № 1.С. 2-11.