«Урал-1» — малая (по существовавшей на момент создания классификации) ламповая программно-управляемая вычислительная машина из семейства ЭВМ «Урал», предназначенная для решения инженерных задач в научно-исследовательских институтах, конструкторских бюро, в высших учебных заведениях и полигонах. Первая серийно производимая ЭВМ на территории СССР (ранее неё была модель ЭВМ «Стрела», произведённая в количестве 7 шт). В сравнении с БЭСМ была существенно дешевле. По утверждению Энтони Саттона в его книге «The best enemy money can buy», ЭВМ серии «Урал» были единственными серийно производимыми компьютерами в СССР в 1960-х годах, что неверно, так как серийно выпускались ЭВМ серии БЭСМ, в том числе БЭСМ-6 (1968 г.) — одна из лучших в мире среди ЭВМ 2-го поколения, а также ЭВМ серий М-20 и «Минск».
История
ЭВМ была разработана в 1954—1955 годах, первый образец был создан тогда же (в 1955 году) на Московском заводе счётно-аналитических машин. Наладка осуществлялась СКБ-245. Частично налаженная машина была отправлена в Пензенский филиал (будущий Пензенский НИИ математических машин). Там же с 1957 по 1961 год осуществлялось серийное производство. Всего было произведено 183 машины.
РИН-609 Самый редкий терминал темной эпохи советских ЭВМ!
Одна из машин использовалась на космодроме «Байконур» для расчёта полёта ракет.
Главный конструктор — Башир Искандарович Рамеев, разработчики: В. С. Антонов, Б.П. Бурдаков, А. Г. Калмыков, А. И. Лазарев, В. И. Мухин, А. Н. Невский, А. И. Павлов, Д. И. Юдицкий.
Описание
Лампы в панели Унифицированные блоки ЭВМ УРАЛ-1
При занимаемой площади в 70—80 м2 машина содержала 1000 ламп (преимущественно 6Н8) и диодно-резисторные вентили, потребляла 7—10 кВт мощности.
Большинство инструкций выполнялось за два такта, однако в машине был реализован механизм совмещения по времени выполнения двух инструкций, являвшийся по сути двухступенчатым конвейером, поэтому фактическое быстродействие приближалось к 100 операциям с фиксированной запятой в секунду (операция деления выполнялась в четыре раза, а нормализации в два раза медленнее).
Ёмкость оперативной памяти составляла 1024 полных машинных слова (которые в 1960-е годы назывались «коды»), или примерно 4,5 кБ. Оперативная память реализовывалась на магнитных барабанах (100 оборотов в секунду). При этом размер ячейки памяти (36 или 18 бит) определялся адресом — одно и то же место на магнитном барабане могло быть прочитано как 36-битное число, так и как любое из двух 18-битных. Время доступа к машинному слову в памяти занимало 1 такт (в некоторых «неудачных» случаях — 2). Скорость последовательного чтения составляла 75 кодов в секунду..
Для ввода-вывода использовался перфоратор. В качестве перфоленты использовалась зачернённая фотоплёнка. Скорость ввода составляла 3600 бод (100 слов в секунду) вывод — 5600 бод (150 слов в минуту).
Пульт управления состоял из индикаторов, показывающих в двоичном коде значение регистров блоков управления и АЛУ (процессора, как отдельного устройства, машина не имела), позволял оператору выставлять значения этих регистров и осуществлять отладку с помощью нескольких клавиш и тумблеров. Данные в памяти сохранялись при выключении машины; записав на бумагу или распечатав значения регистров и введя их после включения, можно было продолжить расчёты с места прерывания. Машина также могла осуществлять цифровой вывод на печатающее устройство (100 машинных слов в минуту). «Урал-1» также имел накопитель на магнитной ленте со скоростью чтения 75 слов в секунду (2700 бод), скоростью записи 150 слов в минуту. Данные на плёнке хранились в форме зон (две зоны параллельно друг другу), которые отделялись друг от друга перфорацией (по магнитной плёнке). При том, что плёнка была медленнее перфоленты, она обеспечивала большую ёмкость (40 000 слов, то есть 180 кБ).
Единая система электронных вычислительных машин, 1974
При конструировании последующих моделей (Урал-2, Урал-3, Урал-4) была сохранена частичная программная и аппаратная совместимость с моделью «Урал-1».
Архитектура
- Арифметическое устройство (АУ); регистры АУ, частного, входной и выходной регистр.
- Устройство управления (УУ); регистр счётчика команд, регистр команд, регистр счётчик циклов
- Оперативное запоминающее устройство
- Накопитель на магнитной ленте
- Устройства ввода и вывода
Арифметическое устройство и регистры
В состав Арифметического устройства (АУ) входят следующие основные блоки:
- СМ 37-разрядный двоичный сумматор (обозначение в формулах операций — s), работающий в обратном модифицированном коде;
- ДСМ дополнительный 6-разрядный сумматор;
- РГАУ 36-разрядный регистр АУ (обозначение в формулах операций — r), использующийся как вспомогательный при выполнении операций над кодами в АУ, для приёма кода числа из входного регистра, работающий в прямом коде;
- ДРГ дополнительный 6-разрядный регистр;
- РГМ 9-разрядный регистр множителя;
- РГЧ 36-разрядный регистр частного, использующийся для деления.
- Входной и выходной регистры имеют по 9 разрядов и используются для обмена кодами между АУ и другими устройствами (ОЗУ, накопители на магнитных лентах);
- Пр преобразователи кода;
- Блоки выработки управляющих сигналов ω и φ.
Оперативное запоминающее устройство
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) выполнено на магнитном барабане (называющееся «накопителем на магнитном барабане» НМБ) состоит из 2048 неполных ячеек, ёмкостью 18 разрядов. Ячейки нумеруются с 00008 до 37778 (восьмеричная система счисления). Две соседние неполные ячейки могут объединяться для создания одной полной 36-разрядной ячейки. Полные ячейки нумеруются (восьмеричные числа): 40008+n (где n — номер первой неполной ячейки, использующейся для хранения полной ячейки). Полные ячейки имеют адреса с 40008 до 77768 (с шагом в 2, то есть 40008, 40028, 40048…).
Устройство управления
Устройство управления (УУ) содержит:
- Регистр-счётчик номера команды (C, «счётчик команд»), 11 разрядов. Используется для указания номера ячейки ОЗУ, из которой осуществляется выборка команды на регистр-сумматор команд.
- Регистр-сумматор команд («регистр команд»), 18 разрядов. Представляет собой сумматор с циклическим переносом (из старшего в младший). Используется для выборки из ОЗУ, изменения и хранения очередной команды (выполняемой специальной операцией или по счётчику переадресации)
- Регистр-счётчик переадресации (F, «счётчик циклов»), 11 разрядов. Используется для автоматического изменения адреса исполняемой команды (изменением управляет триггер f, являющийся частью УУ).
Пульт управления
Пульт управления состоит из сигнальной и командной частей. Сигнальная представляет собой ряд индикаторов (неоновых лампочек), отображающих содержимое регистра-сумматора АУ, контрольного регистра, регистра команд, регистра-счётчика команд, сигналов φ и ω и др.
Управляющая часть содержит:
- Тумблеры, позволяющие указать значение ячейки памяти, которые выводятся в окне контрольного регистра (и обновляющиеся каждый такт)
- Два тумблера: Блокировка φ и Остановка по φ, позволяющие отлаживать выполняемую программу. При включённом тумблере «Блокировка φ», очередная команда выполняется вне зависимости от значения φ и положения тумблера «Остановка по φ». Для φ=1 и выключенных тумблерах «Блокировка φ» и «Остановка по φ», следующая команда пропускается (в ранних экземплярах происходила передача управления на ячейку 00018). Если тумблер блокировки выключен, а тумблер остановки включен, то после выполнения очередной команды происходит останов.
- Семь тумблеров для управления командами перехода по ключу (θ=23)
- Две кнопки «Стирание», при одновременном нажатии которых происходит обнуление всех 1024 ячеек памяти в ОЗУ.
- Кнопка «начальный пуск», при нажатии которой в ячейки 00028−00108 считывается содержимое зоны 00028 на перфоленте и передаётся управление команде в ячейке 00028. Зона 00028 на перфоленте называется Зона начального ввода.
- Кнопка «Пуск»
- Кнопка «Останов»
- Кнопка «Однотактный режим», каждое нажатие которой приводит к выполнению одной (очередной) инструкции и останову
- Тумблеры для указания адреса остановки (машина останавливается перед выполнением инструкции перед указанным адресом)
- Два тумблера «печать программы» для вывода (во время вывода машина продолжает работать, с поправкой на задержку устройств ввода-вывода):
- I режим: печать введённой в ОЗУ программы
- II режим: печать адреса команды, вида исполняющейся команды и содержимого регистра сумматора.
Устройства ввода-вывода
Запись на накопитель на магнитной ленте (НМЛ) блочная (зонная). Зоны нумеруются от 0000 до 01778 и от 10008 до 11778 (всего 256 зон). Размер зоны произвольный, может достигать размеров ОЗУ (1024 36-разрядных коды).
Физически на ленте зоны диапазона 0000-01778 и диапазона 10008−17778 располагаются попарно (первая зона слева, вторая справа по ширине ленты). Разметка ленты осуществляется перфорацией. Лента двигается в одну сторону, максимальная длина ленты 300 м. Время поиска зоны — до 5 минут.
Перфорированная лента (зачернённая киноплёнка) используется для ввода, максимальная длина 300 метров. Для чтения используется фотоэлетрический считыватель (скорость до 75 кодов в секунду). Считывание производится блоками (зонами), номера зон от 0000 до 01778. Максимальная ёмкость зоны — 1024 36-разрядных кодов или 2048 18-разрядных кодов. Обратное движение перфоленты не предусмотрено.
Время поиска до 2 минут.
Вывод осуществляется на печатающее устройство или на перфоратор. Используется буферный регистр для кеширования. Вывод происходит без замедления работы машины при интервалах между выводом: 0,64 с при печати, 0,46 с при перфорировании.
Схема работы УУ
Тактовая частота (длительность рабочего цикла) определяется по времени оборота магнитного барабана. Такт делится на две части: первая часть (0.8 оборота барабана) — считывание (или запись — в зависимости от значения регистра команд) из/в ОЗУ числа, с которым производится операция. Одновременно производится считывание команды для следующего такта (согласно регистру-счётчику команд); вторая часть (0.2 оборота барабана) — выполнение арифметической (или другой) операции согласно коду операции, находившемуся перед выполнением такта в регистре команд. (В это время текущая команда сохраняется на специальном пятиразрядном регистре). Во время второй половины такта также производится инкремент счётчика команд и переадресация на содержимое регистра переадресации, если считанная команда содержит признак переадресации.
Выполнение операций нормализации и деления занимает 4 и 2 такта (оборота магнитного диска). Во время этих тактов выборка команд не производится.
Если исполнительный адрес команды ã находится в интервале от C до С+64 (C — регистр-счётчик команд), то время выполнения инструкции может увеличиться на 1 такт.
Команды
Урал-1 поддерживает 29 различных инструкций (35, включая 6 инструкций, которые «ничего не делают», аналог современного NOP). Существенным отличием от современной архитектуры компьютеров является равноправие операций с регистрами, оперативной памятью и устройствами ввода-вывода.
Арифметические команды: запись в регистр, сложение, сложение, допускающее переполнение, вычитание, разница модулей, два вида умножения, деление, смена знака, сдвиг влево и право (одна команда, направление сдвига определяется флагом), поразрядное умножение (конъюнкция), поразрядное сложение (дизъюнкция), сравнение, нормализация представления
Управляющие команды: запись в память, запись в регистр, запись адреса в сумматор, условный переход, безусловный переход, операция выбора по ключу (близкий аналог case в Си), команды организации цикла, команда изменения кода программы, команда остановки
Команды ввода-вывода: обмен данными с перфоленты (или магнитной ленты) и оперативной памяти, команда чтения с перфоленты, записи на перфоленту, вывод содержимого сумматора на перфораторе, команда «прогона» перфоленты.
Применение
Машины Урал-1 использовались для инженерных и экономических расчётов. В частности, Урал-1 применялся для расчёта полёта ракет на Байконуре, для моделирования процесса обучения, связанном с процессом творчества..
ЭВМ Урал-1 использовались и в школах. Например, в середине 1960-х гг. такая машина была передана в 30-ю математическую школу Ленинграда.. ЭВМ Урал-1 также использовалась как учебная в 239-й физико-математической школе Ленинграда до переезда в новое здание в 1975 году, где была заменена на ЭВМ Минск-22 и, к сожалению, не сохранилась.
В 1965 г. машина Саратовского государственного университета (серийный номер в пределах первого десятка) после списания была передана в среднюю школу № 13 (ныне Физико-технический лицей № 1) и использовалась для обучения школьников программированию. Впоследствии была расширена до Урал-3, а затем заменена ЭВМ 2-го поколения (БЭСМ). К сожалению, «Урал» не был принят на хранение местным краеведческим музеем и потому разобран.
Дополнительная литература
- Бондаренко В. Н., Плотников И. Т., Полозов П. П., Программирование задач для машины «Урал», Изд. Арт. инж. академии им. Дзержинского, 1957
- Китов А. И. Электронные цифровые машины. М.: Советское радио, 1956.
- Китов А. И., Криницкий Н. А., Электронные цифровые машины и программирование, изд. второе, Физматгиз, 1961
- Жданюк Б. Ф. Краткое руководство по работе за пультом управления вычислительной машины «Урал». М., 1961; (недоступная ссылка с 12-3-2022 [261 день])
- Бураков М. В. Опыт эксплуатации цифровой вычислительной машины «Урал». М., 1962;
- «УРАЛ-1» — первая советская серийная ЭВМ
Источник: sunmuseum.ru
Башир Рамеев: как сын «врага народа» «Урал» прославил
Об учёном без образования, который решил повторить успех американских коллег и создал первое в СССР поколение компьютеров.
Иллюстрация: Мининский университет / Wikimedia Commons / Habr / Annie для Skillbox Media
Дмитрий Зверев
Любитель научной фантастики и технологического прогресса. Хорошо сочетает в себе заумного технаря и утончённого гуманитария. Пишет про IT и радуется этому.
Башир Искандарович Рамеев родился в Башкортостане, в деревне Баймак. Родословная его была, по советским временам, подозрительной. Дед — богатый золотопромышленник, иначе говоря — буржуй. Отец — квалифицированный горный инженер, выпускник одной из самых престижных немецких академий во Фрайберге, в 1938 году был осуждён как враг народа.
На момент ареста Рамеев-младший учился в Московском энергетическом институте. Под давлением ректората ему пришлось бросить учёбу, поэтому высшего образования он так и не получил.
Начало карьеры
Рамеев пытался найти работу, но «сына врага народа» никуда не брали. Лишь в 1940 году он наконец устроился техником в московский Центральный НИИ. Помогли юношеские увлечения радиотехникой — с 1935 года Башир Искандарович был участником Всесоюзного общества изобретателей.
С началом войны он добровольно отправился на фронт в составе батальона Министерства связи СССР. Воевал на Первом Украинском фронте до 1944 года, когда его освободили от службы и командировали на восстановление народного хозяйства.
Первым послевоенным местом работы стал ЦНИИ №108, которым руководил академик Аксель Берг. Он помог Рамееву восполнить пробелы в математике, физике и электротехнике.
Через три года молодой инженер услышал по радио об ЭВМ ENIAC, созданной под руководством легендарного Алана Тьюринга.
Загоревшись идеей сделать отечественный аналог этой машины, Рамеев обратился к Бергу с просьбой инициировать работу над проектом. Тот рекомендовал его коллеге — членкору АН СССР Исааку Бруку. Под его патронажем Башир Искандарович поступил инженером-конструктором в Лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР.
Запуск «Стрелы»
Уже через год работы на новом месте Рамеев под руководством Брука создал первый в СССР прототип компьютера — автоматическую цифровую электронную машину.
Это была абстрактная ЭВМ, которая умела выполнять математические операции с двоичными числами. Управлялась она через специальный программный датчик, позволявший записывать программы на перфоленту, подавать их машине на считывание и выводить результаты обратно на перфоленту.
Однако после первого успеха работа приостановилась: в 1949 году учёного вновь призвали в армию и отправили преподавать радиолокацию в школе подводников на Дальнем Востоке. Служил Рамеев недолго.
Уже через год по приказу министра машиностроения Паршина его назначили заведующим лабораторией СКБ-245 московского завода САМ. Лаборатория занималась производством цифровых вычислительных машин. Министр лично поручился за учёного и даже ходатайствовал о том, чтобы ему дали доступ к секретным сведениям о советских разработках.
Через некоторое время Рамеев предоставил схему «Стрелы» — первой советской ЭВМ. Идею новой машины они вместе с Бруком заложили ещё на прошлом месте работы. В «Стреле», по задумке Башира Искандаровича, вместо реле использовались электронные лампы, а вычислительное устройство и блок памяти были выполнены в виде магнитных барабанов.
Первый образец «Стрелы» прошёл государственные испытания и получил «одобрение к производству». Всего выпустили семь таких ЭВМ, которые разместили в ведущих советских научных центрах: Институте прикладной математики АН СССР, ВЦ АН СССР и вычислительных центрах министерств по атомной энергетике и космическим исследованиям.
За эту разработку Рамеева наградили Государственной премией СССР.
«Урал» — железный мозг державы
Вскоре учёный возглавил новый проект — по созданию ЭВМ «Урал-1», которую разрабатывали на Пензенском заводе ВЭМ. Рамеев стал заместителем директора по научной работе Пензенского НИИ управляющих вычислительных машин, собрал группу молодых талантливых инженеров и приступил к работе.
«Урал-1» вышел в свет в 1957 году. Эта малая ЭВМ для инженерных расчётов имела следующие характеристики:
- скорость работы — 100 операций в секунду;
- оперативная память в виде магнитного барабана на 1024 слова по 36 разрядов каждое;
- одноадресная система команд;
- способность обрабатывать числа с фиксированной точкой;
- внешняя память на магнитной ленте на 40 тысяч слов.
Позже вышли «Урал-2», «Урал-3» и «Урал-4». Все они были ламповыми, с ферритовой оперативной памятью и внешней памятью на магнитных барабанах (64 тысячи слов) и магнитной ленте (260 тысяч слов).
Кроме того, на заводе создали другие специализированные ЭВМ:
- «Погода» — для расчёта метеорологических данных;
- «Гранит» — для вычисления вероятностных характеристик по результатам геологических наблюдений;
- «Кристалл» — для проведения рентгеноструктурного анализа кристаллов.
За все достижения Рамееву в 1962 году присвоили докторскую степень без защиты диссертации. Так он стал чуть ли не единственным доктором наук без высшего образования.
Новое поколение «Уралов»
Проанализировав недочёты «Уралов», Башир Искандарович взялся их улучшать. В результате появились ЭВМ второго поколения: «Урал-11», «Урал-14» и «Урал-16».
Рамеев переделал практически всё: интерфейсы, архитектуру, структуру и принципы унификации. Главным новшеством новых «Уралов» стал унифицированный полупроводниковый комплект элементов «Урал-10». С его помощью получилось автоматизировать производство машин. Всего на пензенском заводе выпустили несколько миллионов таких комплектов.
Новые «Уралы» строились на общей конструктивной, технологической и схемной базе, с одними и теми же устройствами ввода, вывода и хранения информации. Во всех ЭВМ использовался единый входной и выходной алфавит, а также кодировка информации на перфокартах и магнитных лентах.
Рамеев отмечал, что его инженеры впервые в истории СССР предложили формально описывать системы команд, чтобы архитектура системы была понятна всем — и системным программистам, и конструкторам ЭВМ.
Машины следующих модификаций — «Урал-21» и «Урал-25» — строились на интегральных схемах и обладали многопроцессорной архитектурой.
К концу 1960-х «Уралы» использовали практически везде — в вычислительных центрах НИИ, в банках, на заводах и военных объектах. На их основе даже создали специальные системы «Банк» и «Строитель» и несколько систем обработки данных со спутников.
Выход на третий уровень
Рамеев считал, что для создания нового, прорывного поколения ЭВМ нужно объединить работы учёных из разных коллективов. Он верил, что международное сотрудничество продвинет разработки СССР в области ЭВМ на один уровень с IBM и даже вытолкнет часть её продукции с рынка Восточной Европы. Так родился проект «Единая Система ЭВМ» — ЕС ЭВМ.
Параллельно учёный вёл активные переговоры с британской компанией ICL. Производитель мейнфреймов согласился передать советской стороне документацию на ПО для машин System 4 и планировал выделить специалистов для помощи в их освоении.
Однако советская власть думала по-другому: вместо разработки ЕС ЭВМ решили закупать IBM-360.
После этой неудачи Рамеев попросил освободить его от обязанностей заместителя генерального конструктора ЕС ЭВМ. Оставшуюся часть карьеры он занимался тестированием новых советских компьютеров, а новые разработки оставил окончательно.
К счастью, время расставило всё на свои места, и современное русскоязычное IT-сообщество оценило вклад Башира Искандаровича в развитие индустрии куда выше, чем чиновники в СССР. Его имя, наряду с именем Брука, упоминают на всех торжественных мероприятиях, посвящённых Дню информатики — 4 декабря. В его честь установлена мемориальная доска на главном здании НПП «Рубин», где он провёл самые продуктивные годы. Его именем в Пензе названы улица, проезд в микрорайоне «Заря-1» и Технопарк высоких технологий. Не забывают учёного и на малой родине, в Поволжье: открывшемуся в конце августа 2022 года казанскому IT-парку также присвоено имя Башира Рамеева.
- Андрей Ершов: отец советской «информатики» и один из первых программистов в СССР
- Тест. Какой язык создадите вы — Java или Python?
- Всё о Java: экосистема, популярные фреймворки, системы сборки, JDK, JVM и будущее языка
Источник: skillbox.ru
Первая в СССР автоматическая цифровая вычислительная машина «Урал-1»
Первая в СССР автоматическая цифровая вычислительная машина «Урал-1». ЭЦВМ «Урал-1» — первая отечественная серийная ЭВМ. ЭВМ «Урал-1» разработана в середине 50-х годов 20 в.
Урал-1 — первая в СССР автоматическая цифровая вычислительная машина
ЭЦВМ «Урал-1» — первая отечественная серийная ЭВМ.
ЭВМ «Урал-1» разработана в середине 50-х годов 20 в.
Год начала выпуска: 1956.
Год прекращения выпуска: 1961.
Число выпущенных машин (серийность): 183 шт.
Производитель: Пензенский завод счетно-аналитических машин
ЭВМ «Урал-1» относилась к классу малых ЭВМ.
ЭВМ «Урал-1» относилась к классу малых ЭВМ. Она имела быстродействие 100 операций в секунду, оперативную память на магнитном барабане емкостью 1024 слова, одноадресную систему команд. Скорость вычислений определялась скоростью вращения магнитного барабана – 6000 оборотов в минуту, 100 оборотов в секунду, за один оборот считывается одно машинное слово.
Источник: archive.itcon-s.com