ЭВМ в космонавтике
ЭВМ, применяемые в космонавтике, делятся на две части: бортовые (БЦВМ, те, которые летают) и ЭВМ наземной инфраструктуры.
 
Бортовые разрабатывались, в основном, в СКБ-245 — НИЭМ — НИЦЭВТ — НИИ «Аргон» (всё это одна контора в разное время).
 
В мае 1958 г. на базе СКБ-245 был создан НИИ электронных машин (НИЭМ). Директором — научным руководителем НИЭМа в 1960 г. был назначен Крутовских Сергей Аркадьевич. Незаурядный организационный талант, энергия, настойчивость и огромное трудолюбие С. А. Крутовских вскоре привели к полной перестройке предприятия, созданию новой, современной системы выполнения НИР и ОКР, выдвижению талантливых технических руководителей и конструкторов, обеспечивших успех выполняемых НИЭМ разработок.
 
В 1963 г. распоряжением Комиссии Президиума Совета Министров СССР по военно-промышленным вопросам НИЭМ был назначен головным предприятием страны по бортовым ЦВМ, а директор предприятия С. А. Крутовских приказом председателя государственного комитета по радиоэлектронике назначен главным конструктором бортовых ЦВМ серии «Аргон». Он возглавил Межведомственный совет главных конструкторов БЦВМ СССР, и под его научно-техническим руководством были заложены основы проектирования БЦВМ, создан научно-технический задел по конструированию и технологии их изготовления, разработаны первые отечественные бортовые ЦВМ для ракетно-космических, авиационных и мобильных объектов. Обеспечивая организационное и научно-техническое руководство всеми исследованиями института, С. А. Крутовских уделял наибольшее внимание созданию, отладке и поставкам БЦВМ «Аргон-11С» — первой в мире ЭВМ, работавшей в космосе в составе космических объектов системы «Зонд», облетевших в конце шестидесятых годов Луну и сфотографировавших ее обратную сторону. К концу 1968 г. на разной стадии проектирования и изготовления в институте находились одиннадцать моделей бортовых ЭВМ серии «Аргон», предназначенных для работы на наземном, авиационном и ракетно-космическом борту.
 
Подробнее о БЦВМ «Аргон» читайте
тут.
 
Наземная инфраструктура состояла из «больших» ЭВМ и средств связи. Это были, в основном, М-220, М-222 а, позже - ЭВМ серии «Ряд» (ЕС ЭВМ) и вычислительные комплексы на их основе, выпускаемые в Казани. Они были установлены в институтах МО и АН СССР, ГВЦ (Голицыно-2), центрах дальней космической связи (Симферополь, Евпатория), на космодромах и НИПах (Щёлково, Балхаш (Приозёрск), Колпашево, Улан-Удэ, Галёнки (Уссурийск), Ключи (Камчатка). «На подхвате» применялись также «Мински».
 
Важным компонентом наземной инфраструктуры являлись средства связи. Космическими объектами (КО) нужно управлять. Для этого на борт должны быть загружены команды и программы через командные радиолинии. Командные радиолинии (КРЛ) — это радиотехнические станции с антеннами (Куб, Коралл), которые сопровождают КО в зоне видимости и передают на бортовые ЭВМ информацию.
 
На КРЛ, установленных на научно-измерительных пунктах (НИПах), разбросанных по всей территории страны, нужно доставить командную информацию и данные об орбите, так называемые целеуказания — эфемериды (склонение, прямое восхождение и т. п.), т. е. когда и откуда спутник вынырнет в данной местности из-за горизонта, чтобы его поймать, сопровождать и передать на борт программы и команды. Естественно, эти данные готовились на больших ЭВМ в центре. Для доставки этой информации на конкретные НИП был разработан комплекс СПД аппаратуры «Луч», состоящий из трёх устройств.
 
Луч-1 — передатчик, установленный в центре. В него вводилась с перфоленты передаваемая информация. По телеграфным каналам (самым надёжным на то время) данные передавались на приёмник — Луч-2 на соответствующем НИП и фиксировались на перфоленте. При прохождении КО в зоне видимости НИП, команды и программы загружались на борт через Луч-3 и КРЛ.
 
Аппаратура была разработана коллективом НИЭМ в течение 1961–1963 гг. и серийно выпускалась на КЗЭВМ. Следует отметить, что вначале указанная СПД не была непосредственно связана с ЭВМ наземной инфраструктуры ввиду небольшого объёма передаваемой командной информации (до 32 слов). С усложнением программ и увеличением мощности БЦВМ (серия «Аргон») возникла необходимость загрузки на борт программ большого объёма. Конструктивные ограничения Луч-3 не обеспечивали возможность передачи на борт программ такой величины за время прохождения КО «низколётов», в том числе обитаемых орбитальных станций, в зоне видимости НИП (несколько минут).
 
В рамках проекта «Алмаз» (орбитальная станция военного назначения, (Генеральный конструктор Челомей) была выполнена модернизация наземной инфраструктуры, при которой Луч-2 и Луч-3 были сопряжены с ЭВМ НИПа. В начале 70-х годов СКБ Казанского завода ЭВМ разработало изделие УСЛ-2, которое обеспечивало приём информации с линий связи непосредственно в оперативную память ЭВМ М-220 и М-222. При прохождении КО в зоне видимости НИП был обеспечен темп загрузки на БЦВМ программ объёмом до 2 тысяч слов трёхкратно. Информация загружалась на БЦВМ непосредственно из оперативной памяти ЭВМ НИПа. Изделие серийно выпускалась на КЗЭВМ. УСЛ-2 использовалось также и для загрузки телеметрии в ЭВМ (проект «Янтарь», Голицыно-2).
 
Производство аппаратуры «Луч-Восток» на Казанском заводе Математических Машин (КЗММ) и СКБ ММ (1961 – 1967)
 
:
Период с 1961 по 1967 оказался знаковым для предприятия, поскольку коллектив впервые принял участие в разработке, наладке и опытной эксплуатации системы обработки и передачи информации для управления космическим объектом («Луч-Восток»). Это была одна из первых полупроводниковых систем подобного назначения в СССР.
 
Руководителем темы от СКБ ММ (Специальное конструкторское бюро математических машин СКБ ММ , позже - СК КЗЭВМ, Казань) был назначен Энвер Бикулов, (лаборатория Тихоновой Л.М.), до этого около года проработавший в НИИ-19 (г. Новосибирск) и знакомый с вычислительной техникой не понаслышке. Постоянные командировки Бикулова в Москву (в п/я 2473 (СКБ-245), впоследствии ставшим родоначальником НИЦЭВТа), его эрудиция и коммуникабельность позволили убедить Адольфа Фёдоровича Кондрашова, начальника отдела п/я 2473, в целесообразности подключения казанской команды молодых инженеров в качестве соисполнителей. Группа, состоявшая в основном из выпускников КАИ 1960-1961 г.г., (Виталий Киселев, Геннадий Куцаков, Борис Макарычев, Ирина Рохлина, Людмила Шабакова, Фарид Шагиахметов, Лев Цыгенборд) увлеченно принялась за работу.
 
Совместная работа с московской командой дала очень много коллективу СКБ ММ, не читавшего ничего, кроме Китова-Криницкого и Ричардса. Московские инженеры охотно делились опытом и знаниями с молодыми казанскими коллегами. Здесь следует упомянуть ведущих инженеров Владимира Аксенова, Римму Кутлянцеву, Ларису Савенкову, старших инженеров Татьяну Щебакову и Юрия Сухова. За все техническое обеспечение (документация, монтаж, электромеханика) отвечали инженер-механик Владимир Скрипкин, техник-механик Владимир Мягкий, техник Раиса Аксенова и монтажник 6-го разряда Виктор Лосев, быстро и безошибочно выполняющий монтаж блоков.
 
Опытные образцы, отлаженные на п/я 2473, должны были пройти “боевое крещение” на площадках заказчика (Балхаш, Болшево, Евпатория, Красноярск, Симферополь) в реальной рабочей обстановке. Иногда это было “боевое крещение” в прямом смысле (октябрь 1962 г. – Кубинский кризис) – на площадке под Симферополем (Школьная). Иногда это была обстановка, по суровости “приближающаяся к боевой” (НИП 3Д «Балхаш», Сары Шаган, декабрь 1962 г.: мороз, метели).
 
Все изделия (Луч-1, Луч-2, Луч-3) показали надежное функционирование и соответствие требованиям ТЗ, что и было подтверждено соответствующими актами, подписанными заказчиком (МО СССР).
 
В сентябре 1966 г. началась подготовка производства в Казани, и с февраля 1967 г. была выпущена малая серия упомянутых устройств.
 
Кирилл Мурафа
Источник: www.kazan-computer-museum.ru
 
Производство  ЭВМ М-220 на Казанском заводе Математических Машин (КЗММ, позже - КЗЭВМ)
 
Характеристики ЭВМ М-220
 
ЭВМ-М220, разработанная в Научно-исследовательском институте электронного машиностроения (НИИЭМ) г. Москва под руководством главного конструктора Вениамина Степановича Антонова, по архитектуре была аналогична ЭВМ М-20. Благодаря этому решалась проблема сохранения довольно богатого программного обеспечения М-20, которое разрабатывалось многие годы ведущими коллективами программистов страны.
 
Для построения схем в «М-220» использована импульсно-потенциальная система элементов, работающая на частоте 660 килогерц. Электронные компоненты размещались на платах (ячейках) 200?120 мм, имеющих печатный монтаж и ножевые разъёмы. М-220 конструктивно выполнялись в виде комплекса шкафов (стоек) с однорядным размещением ячеек. Монтаж между ячейками и стойками был струнным проводным (пайка). Охлаждение — воздушное (вентиляторы).
 
Вычислительное устройство (АЛУ) и блок управления размещались в шести стойках, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — в двух (первая линейка). Оперативное ЗУ на ферритовых сердечниках со временем обращения 6 микросекунд имело емкость от 4 тысяч до 16 тысяч 47-разрядных слов.
 
Другую линейку составляли стойки УУ МЛ и накопители на магнитной ленте. Внешнее ЗУ (ВЗУ) на магнитной ленте состояло из 4 лентопротяжных механизмов и одной стойки управления, имело общую емкость 4 миллиона слов. Скорость чтения или записи информации — 5 тысяч слов в 1 секунду.
 
Четыре стойки питания, стойки устройства управления магнитными барабанами, устройства управления вводом и устройства управления печатью составляли третью линейку. ВЗУ на МБ имел емкость 24 тысяч слов. Максимальное время обращения к МБ не превышало 60 миллисекунд, а скорость обмена составляло 17 тысяч слов в секунду. Была предусмотрена возможность дополнительного подключения МБ, увеличивая общую емкость накопителя до 65 тысяч слов.
 
Устройство управления выводом обеспечивало вывод информации на алфавитно-цифровое печатающее устройство типа АЦПУ-128 или на перфоратор результатов. Скорость работы перфоратора — 100 карт/минуту, АЦПУ — 400 строк/минуту. АЦПУ позволяло печатать информацию в восьмеричной, десятичной или алфавитно-цифровой форме. Длина строки — 128 знаков. С помощью АЦПУ можно было выводить таблицы и графики.
 
Устройство ввода с перфокарт позволяло вводить информацию со скоростью 700 карт/минуту.
 
Для повышения надежности, облегчения контроля за выполнением вычислительного процесса и устранения неисправностей в машине осуществлен контроль по модулю 2 передачи информации между магнитным ОЗУ, центральным вычислителем, внешними магнитным ЗУ, внешним выходными и входными устройствами и контроль над выборкой числа пли команды по адресу.
 
Пульт управления ЭВМ — отдельно стоящее устройство в виде стола.
 
ЭВМ М-220 размещалась на площади 100 кв. м и более в зависимости от комплектации внешним оборудованием. Потребляемая мощность от сети 380/220 В не превышала 20 кВА. Среднее время между отказами — 500 ч.
 
Производительность машины составляла 27 тысяч трёхадресных операций с плавающей точкой в секунду. Для увеличения скорости выполнения операций применен ряд логических приемов: прием следующей команды совмещен с выполнением текущей, умножение производится одновременно на два разряда с запоминанием переносов, сложение и вычитание при операциях умножения и деления совмещены во времени со сдвигами.
 
М-220 выпускалась заводом в трёх модификациях: М-220, М-220А и М-220М. В ряде публикаций,  в эту серию включается ЭВМ М-222. Мы считаем такое мнение неправомерным и позиционируем М-222 как самостоятельную модель.
 
Освоение М-220 на КЗЭВМ
 
Хотя в начале 1964 года испытания М-220 у разработчика еще не были проведены, завод с первых же дней включился в напряженную работу по изготовлению этой машины, т. к. она должна была стать очередным фундаментом его экономики. В плане 1965 года значился выпуск уже 12-ти машин.
 
Для выполнения плана по выпуску М-220 приказами по заводу предписывалось:
— ОГТ и ИНО пересмотреть график подготовки производства и форсировать изготовление оснастки^;
— ПДО до 1.10.64 изготовить стенды для наладки ячеек^;
— цеху № 7 завершить сборку и монтаж головного образца М-220 до 25.11.64^;
— ОН наладить головной образец до 25.12.64 г.
 
Для ускорения наладки бригада наладчиков была направлена на стажировку к разработчику в г. Москву.
 
Государственная комиссия под председательством академика А. А. Дородницына (нач. ВЦ АН СССР) в количестве 29 человек приступила к госиспытаниям М-220. От завода в её составе были Е. Б. Барыкин, Ю. Ф. Сотов, В. Д. Шурыгин. Результаты испытаний — положительны, акт испытаний передан на утверждение министру. Проведенные испытания дали путевку в жизнь М-220, а заводу — уверенность, что его труд не пропадет даром. Началась усиленная работа во всех подразделениях завода и СКБ.
 
Новое руководство отдела наладки — В. П. Царьков и начальник лаборатории М-220 Ю. Ф. Сотов организовали работы по подготовке процесса наладки первых четырех М-220, для чего были изготовлены ложные полы, комплекты технологических кабелей, подводка силового напряжения. Прежде всего были скомплектован персонал лабораторий, во главе которых пназначены опытные специалисты: Ю. Ф. Сотов, И. З Гизатуллин, Р. М. Касимов. Организовано изучение всей схемной и текстовой документации, затем по 300-часовой программе прослушаны лекции по М220, организованные разработчиком.
Кроме того, многие специалисты стажировались в наладке на машинах у разработчика. Существенным этапом изучения стал тщательный контроль монтажа электронных стоек, участие в наладке первых партий ячеек, отдельных блоков и устройств машины.
Наладка первой заводской ЭВМ М-220 началась 16 сентября 1965 года. Наладка облегчалась тем, что архитектура машины была знакома по М-20, но перейти от ламповых машин к транзисторным было далеко не просто. Да и, как водится, в первой машине было много недоработок, узких мест, элементарных монтажных ошибок. Но уже по первой машине стало ясно, что модель технологична в изготовлении и в наладке.
 
К концу 1965 года все 12 машин М-220 были поставлены из цехов 7 и 8 в отдел наладки. Две машины были сданы заказчику. Для остальных 10 заказчиков машины были автономно налажены, но комплексную наладку не прошли. Поскольку завод находился на хорошем счету, имел кредит доверия у заказчиков, все 10 заказчиков, видя, что две первых машины функционируют нормально, решили их оплатить. Завод сумел оформить их как товарный выпуск 1965 года.
 
План производства 1966 года предусматривал выпуск уже 17 ЭВМ М220.
 
Очень важными решениями в деле повышения производительности труда и отдачи стало организационное нововведение — перевод наладки М-220 на поточный метод с использованием технологической машины.
 
Для расширения рекламы с целью увеличения сбыта одна М-220 была отгружена на ВДНХ. За освоение М-220 Министерство выделило премию по новой технике. И все участники освоения (630 чел) получили от 5 до 70 руб.
 
Планировались поставки ЭВМ и устройств II-го поколения на экспорт. Вследствие этого повышались требования не только к техническим характеристикам аппаратуры, но и к документации. Эксплуатационная документация (ЭД) должна была издаваться типографским способом. Для подготовки оригиналов ЭД при ОГК было создано КБТО. СКБ завода при разработке ЭД сразу выполняло её с учетом требований для поставки на экспорт.
 
На базе бюро рационализации и изобретательства (БРИЗ) и ОНТИ был организован отдел научно-технической информации, рационализации и изобретательства (ОНТИРИ), которым велась в коллективах всех подразделений завода активная пропаганда работы в области рационализации и изобретательства. В результате этого уже в течение двух лет количество внедрённых рационализаторских предложений увеличилось в 3.2 раза, а экономический эффект от их внедрения вырос в семь раз. Наиболее активными рационализаторами этого периода можно отметить В. Ф. Гусева и М. З. Шагивалеева (СКБ) и С. А. Пантюхина (ОН). Комплекс рационализаторских предложений этих специалистов в дальнейшем был использован ими же в разработке ЭВМ М-222.
Устранение серьёзных недостатков
 
К середине 1966 года практически определилась номенклатура основных изделий, которые можно было уверенно планировать для производства в 8-й пятилетке. Перечень основных изделий содержал ЭВМ М-220, «Наири», АЦПУ-128-3 и изделия «ЛУЧ-1М» — «ЛУЧ-3М».
 
Реализация мероприятий по технологическому переоснащению завода, его реорганизации была нацелена прежде всего на создание технологической базы, обеспечивающей готовность завода к крупносерийному производству указанных изделий к началу 1968 года.
 
Однако уже в начале 1967 года стало ясно, что технико-экономические характеристики указанных изделий не удовлетворяют требованиям на продукцию, предназначенную для крупносерийного производства.
 
По ЭВМ М-220 выявились следующие основные недостатки:
— элементная феррит-транзисторная база имела низкие показатели надёжности и не позволяла организовать их массовое производство вследствие наличия технологических операций изготовления трансформаторов;
— объём оперативной памяти (4 К) недостаточен для решения сложных задач, определяемых назначением машины;
— трудоёмкость изготовления пульта управления чрезвычайно велика;
— неудовлетворительны технические характеристики накопителей на магнитной ленте НМЛ-1;
— недостаточна ёмкость накопителя на магнитном барабане НБ-9;
— выделение тепла в электронных стойках неравномерно, и система их вентиляции не обеспечивает необходимый режим теплообмена;
— пультовый режим не позволяет реализовать эффективное управление процессом решения задач.
 
Анализ перечисленных недостатков и возможных методов их устранения показал, что для обеспечения устойчивого производства крупной серии требуются не только конструктивные изменения в машине и совершенствование технологий, но необходима также её серьёзная техническая модернизация и разработка новых устройств, обеспечивающих применение машины в системах оборонного назначения. Для того чтобы подготовить М-220 к крупносерийному производству, необходимо было выполнить комплекс работ, включающих:
— разработку полупроводниковой элементной базы, не содержащей трансформаторов;
— разработку ОП большей ёмкости и более высокого быстродействия, а также средств эмуляции прямой адресации;
— разработку нового более технологичного и менее трудоёмкого ульта управления;
— привязку к машине накопителей на магнитной ленте НМЛ-2 вместо накопителей НМЛ-1;
— привязку к машине накопителей на магнитном барабане НБ-11 вместо накопителей НБ-9;
— исследование теплообмена в электронных стойках, изменение топографии ячеек и разработку более эффективной системы воздушного охлаждения;
 
Модернизация ЭВМ М-220
 
Первый этап модернизации — создание модификации М-220А.
 
Производство ЭВМ М-220А взамен М-220 было начато в 1967 году. Разработка была выполнена силами отделов СКБ № 2 (начальник В. Д. Шурыгин), № 4 (начальник И. А. Файзуллин) и № 5 (начальник Н. Б. Бадамшина). В этой работе наиболее значимую роль играли Ю. Н. Савватеев, В. Ф. Гусев, В. В. Фадеев, Л. И. Нейман (лаб. № 21 СКБ), М. З. Шагивалеев (лаб. № 41 СКБ) и Ф. А. Григорьев (лаб. № 51 СКБ).
 
Машина М-220А в сравнении с ЭВМ М-220 комплектовалась оперативной памятью 4К слов в одной стойке, стойкой питания большей мощности, обладала более технологичной конструкцией жгутов и кабелей. Проектная трудоёмкость производства М-220А была на 20% меньше трудоёмкости производства ЭВМ М-220.
 
Второй этап модернизации — создание модификации М-220М.
 
Производство ЭВМ М-220М взамен М-220А было начато в 1968 году. Разработка машины М-220М была выполнена с учетом поставки на экспорт. Планировалась поставка в страны СЭВ и Бенилюкса, для чего бригада специалистов и ОНТИРИ была командирована в патентную библиотеку ВПТБ для проверки ЭВМ на патентную чистоту.
 
Разработка модернизированного варианта была выполнена силами отделов № 2, № 3, № 4 и № 5 СКБ. В этой работе кроме названных выше сотрудников, игравших активную роль в разработке М-220А, наиболее значимую роль играли сотрудники отдела № 3 СКБ Л. Н. Шувалов и В. А. Беляков.
 
Была разработана оперативная память 8К слов в одной стойке. М-220М имела более высокие характеристики в сравнении с М-220А за счёт частичной замены элементной базы, привязки НМЛ-2 и НБ-11. Трудоёмкость ЭВМ М-220М была на 40% меньше трудоёмкости производств ЭВМ М-220А.
 
Вместо одного громоздкого пульта управления для машины были разработаны отдельные инженерный и математический пульты. Пульт программиста был стационарный, а инженерный перемещаемый — на колёсиках. Его можно было подвезти к нужной стойке для наладки и техобслуживании машины. Такой конструкции пультов не встречается больше ни в одной известной нам ЭВМ. Была также идея выполнить пульт на графическом дисплее (М. Шагивалеев), но в связи с «экзотичностью» реализована не была. Впервые такой пульт вместо традиционного лампочно-кнопочного был реализован в ЭВМ ЕС-1007.
 
Вообще пульт управления для машин второго поколения был довольно важным элементом ЭВМ и составлял значительную долю её оборудования. Собственно пульт — это внешний терминал. Основная начинка пульта размещена в стойках. АЛУ ЭВМ состоит из комбинационных схем, вентилей и множества регистров на триггерах. А каждый триггер имел свою лампочку на пульте, питание которой осуществлялось ячейками сигнализации. На одной стандартной ячейке размещалось 4 триггера, на ячейке сигнализации размещалось 8 схем сигнализации. Таким образом, оборудования сигнализации было всего в два раза меньше, чем триггеров. А на пульте размещено ещё несколько линеек клавиш, каждая из которых была «внешним регистром» для АЛУ. Причём кнопок было не меньше чем лампочек. Это напоминает систему телефонной связи — телефонный аппарат на столе — это только внешний терминал, а основная его начинка размещена в телефонной станции.
 
Выпуск ЭВМ М-220 всех модификаций на КЗЭВМ по годам:
1965 г. — 2 машины
1966 г. — 21 машина
1967 г. — 25 машин
1968 г. — 47 машин
1969 г. — 70 машин
1970 г. — 90 машин
Всего 255 товарных машины.
 
Позже, по спецзаказу МО СССР, были изготовлено ещё несколько ЭВМ. Сведений о выпуске М-220 на московском заводе САМ, кроме одного опытного образца для госиспытаний, мы не имеем (хотя это предприятие во всех публикациях стоит как первый, основной производитель).
 
Заводом уделялось большое внимание надёжности выпускаемой продукции. Министерство обороны СССР оказывало предпочтение ЭВМ производства казанского завода по причине их высокой надёжности. Это подтверждается следующим фактом: поставленные Заказчику в конце 60-х годов ЭВМ серий М-220, М-220А и М-220М, стоящие на объектах МО, завершили свой десятилетний (в соответствии с ТУ) срок службы. Однако они прекрасно работали, и согласно совместному Решению МО и 8ГУ МРП было проведено авторское обследование всех объектовых машин (начиная от Симферополя, кончая Камчаткой). МО выделило специальный самолёт для работы комиссии. Комиссия, проведя обследование, дала рекомендации по доработке машин и продлила срок их службы ещё на несколько лет.
 
Проведённые мероприятия по модернизации М-220 существенно улучшили её технологические и эксплуатационные характеристики, однако уже к 1967 году стало ясно, что требуется не просто модернизация модели М-220, а разработка новой ЭВМ, отвечающей современным требованиям к машинам подобного класса. Требовалось провести:
— разработку аппаратных средств, обеспечивающих автоматическое управление процессами решения задач;
— разработку системного программного обеспечения, обеспечивающего автоматическое управление процессом решения задач.
 
По существу данный комплекс работ представлял разработку новой модели ЭВМ, хотя и создаваемую на базе М-220, но существенно от неё отличающуюся техническими, технологическими и экономическими характеристиками.
 
Эта позиция была выработана группой сотрудников отдела 2 СКБ (Ю. Н. Савватеев, В. Ф. Гусев, В. В. Фадеев, Ю. Ф. Сотов), отдела 3 (В. П. Шляпников, Л. Н. Шувалов, В. Н. Беляков), отдела 4 (И. А. Файзуллин, М. З Шагивлеев) и отдела 5 (Н. Б. Бадамшина, Ф. А. Григорьев) под руководством заместителя начальника СКБ Э. А. Ситницкого и была активно поддержана и директором завода В. Н. Ивановым.
 
Источник: www.kazan-computer-museum.ru
 
Справка об ЭВМ М-220
 
Главный конструктор: Антонов Вениамин Степанович. Основные разработчики: А. А. Шульгин, Г. Г. Зоткин, Н. Егорычева, В. С. Клепинин, В. Гуров.
 
Организация-разработчик: Научно-исследовательский институт электронных машин (НИЭМ).
 
Завод-изготовитель: Московский завод счетно-аналитических машин (САМ), Казанский завод ЭВМ. Ведомство: Министерство радиопромышленности СССР.
 
Год окончания разработки: 1968.
Год начала выпуска: 1968.
Год прекращения выпуска: 1974.
 
Область применения: научно-технические расчеты на предприятиях и организациях народного хозяйства и Министерства обороны.
 
Число выпущенных машин: около 200 ЭВМ, включая модификации М-220М и М-222, разработанные в СКБ Казанского завода ЭВМ.
Описание машины
 
Структура машины М-220 (так же, как БЭСМ-3 и БЭСМ-4 ) мало чем отличается от структуры ЭВМ М-20. Их внутренние информационные связи аналогичны. Благодаря этому решалась проблема сохранения довольно богатого программного обеспечения М-20, которое разрабатывалось многие годы ведущими коллективами программистов страны. Отличие от М-20 состоит, во-первых, в том, что все перечисленные ЭВМ выполнены на полупроводниковых приборах (потенциально-импульсные схемы, диодно-трансформаторная логика), а во-вторых, объем ферритового ЗУ увеличен до 16К слов (М-220) и 32К слов (М-222) Система команд дополнена командами переключения с одного модуля ЗУ на другой. Применено умножение на 2 разряда, имеется операция извлечения квадратного корня. Машины БЭСМ-4 и М-222 получили систему прерывания, защиту памяти, связь с другими ЭВМ. Все машины этой группы получили модернизированные внешние накопители и устройства ввода-вывода.
 

Элементная база - диодно-трансформаторные схемы на базе транзисторов П-401.
 

Конструкция. Машины М-220 и М-222 конструктивно выполнялись в виде комплекса шкафов с однорядным размещением ячеек. Электронные компоненты размещались на платах 200х120 мм, имеющих печатный монтаж.
Технология. Впервые в производстве отечественной вычислительной техники монтаж ответных панелей производился методом накрутки провода на ножки разъема.
Программное обеспечение. Программное обеспечение семейства М-20, М-220, М-222 создавалось в течение более 10 лет силами НИИ и вузов, в которых широко использовались эти ЭВМ. Оно было достаточно богатым, однако разрозненным и недостаточно корректно документированным. Его распространением занималась Ассоциация пользователей М-20. Помимо библиотеки стандартных программ имелся транслятор с Алгол-60, оптимизирующий АЛЬФА-транслятор (Ершов А. П.) транслятор с языка Фортран, операционные системы ОС4-220 для ЭВМ М-220 и ОС ДМ-222 для ЭВМ М-222. Эти операционные системы обеспечивали режим пакетной обработки с совмещением вычислений с работой устройств ввода-вывода. Последняя ОС допускала режим мультипрограммного использования.
Т
ехнико-эксплуатационные характеристики. ЭВМ М-220 и М-222 размещались на площади 100 кв. м и более в зависимости от комплектации внешним оборудованием. Быстродействие их составляло 28 тысяч операций в секунду. Потребляемая мощность от сети 380/220 В не превышала 20 кВА. Среднее время между отказами — 500 ч.
Особенности. ЭВММ-220/222 интересна теми методами, которыми производилось совершенствование логической структуры в жестких условиях сохранения совместимости с моделью М-20. В производстве этих ЭВМ впервые использован метод накрутки, ставший основным в сборочных процессах ЭВМ после 1970 г.
 
 
Штейнберг В.И.
Источник: www.computer-museum.ru
 
Пульт М-220. ЦДКС (НИП-16) в Евпатории. За пультом - ст. л-т Валерий Шихирин, 1973-1975 года.
 
 
 
Аппаратура
сопряжения
ЭВМ М-220
с телеметрическкими
станциями.
 
 
 
Валерий Николаевич
ныне в Чикаго,
передает всем привет!
и обещает прислать
воспоминания о службе....
Пишите ему:
info@elastoneering.com
Его сайт:  www.elastoneering.com.
 
 
 
ЭВМ М-222: разработка в СК КЗЭВМ и производство на КЗЭВМ
 
ЭВМ М-222 — самостоятельная марка машины, а не очередная модификация М-220. Ниже доказательства этого утверждения.
Под самостоятельной разработкой ЭВМ мы понимаем процесс: идея — доказательство жизнеспособности идеи — официальное признание — ТЗ — получение финансирования — разработка документации — макет — опытный образец — испытания опытного образца — документация серийного образца — подготовка производства — установочная партия — устойчивый серийный выпуск машины — организация сервисного обслуживания потребителя.
 
Бытует мнение, что первую часть этой работы должны выполнить НИИ или КБ, а другую, фактически наиболее трудоёмкую, завод-изготовитель. Поэтому и получаются «сырые», убыточные, нежизнеспособные изделия. Идеальный случай, когда «разработчик» и «изготовитель» — одно предприятие. Именно КЗЭВМ и стал таким предприятием, единым в двух лицах за счёт наличия в своём составе специального конструкторского бюро (СКБ).
 
В упомянутой выше статье перечислены выявленные в процессе производства и эксплуатации недостатки ЭВМ М-220. Но главным её недостатком являлось то, что выявилось с течением времени и развитием тенденций построения ЭВМ, а именно её «однозадачность». Машина могла решать одновременно только одну единственную задачу. Исходные данные вводились с колоды перфокарт, их «перемалывала» ВЧУ, после чего шел вывод результатов на печать, ленту или перфокарты. При скорости обработки данных 27 000 операций в секунду, ввод данных и вывод результатов занимал минуты и даже десятки минут во время которых «вычислитель» простаивал.
 
На период проектирования М-20 и М-220 это казалось вполне естественным.
 
Однако уже появились понятия «разделение времени», «пакетная обработка», «система прерываний» и другие подобные идеи. Неразумно было терять драгоценное время «вычислителя» на простой в ожидании пока механические внешние устройства выполнят свою работу. Как не совершенствуй механику (карточный ввод ВУ-700 пропускал 700 карт в минуту!), за электроникой ей не угнаться. В серьёзных организациях, например «Галицино-2» (ныне Краснознаменск) «машинное время» расписывалось по минутам. Приходилось видеть такую картину: «очередник» стоял у пульта со своей колодой перфокарт и требовал немедленно освободить машину. А «предочередник» чуть не на колеях просил дать ещё минут 10 «потому что на АЦПУ идёт вывод результатов нескольких часов работы вычислителя».
 
Чтобы заставить машину работать эффективно, необходимо было совместить время ввода-вывода и обмена с внешними ЗУ с процессом счёта, то есть обрабатывать одновременно несколько задач.
 
А это требует наличие системного программного обеспечения — планировщика заданий, диспетчера и т. д. И, конечно, соответствующего аппаратного обеспечения — многоуровневой системы прерываний, отделения аппаратуры «вычислителя» от аппаратуры «ввода-вывода», позволявшей их независимую одновременную работу. Ничего этого в М-220 не было.
В это время группа рацонализаторов в составе В. Ф. Гусева (центр), М. З. Шагивалеева (элементная база), И. А. Файзуллина (оперативная память) и С. А. Пантюхина подготовила комплекс рационализаторских предложений, которые существенно сокращали электронную аппаратуру ВЧУ и значительно улучшали технические характеристики выпускаемой машины М-220.
 
По заявлению рационализаторов внедрением этих предложений достигалось:
— повышение производительности на 40% с 27 тыс. оп./сек. до 40 тыс. оп./сек.;
— увеличение ёмкости оперативной памяти базового комплекта с 4 до 8 Кслов (длина слова 48 разрядов);
— сокращение энергопотребления примерно на 30%;
— существенное уменьшение электронного оборудования (6 стоек ВЧУ сокращалось до 4).
 
Все эти существенные изменения в электронике не затрагивали конструктивной базы (печатные платы, шкафы и пр.), что должно было обеспечить безболезненный переход для производства. Целью этой разработки группой энтузиастов было полагающееся авторам рацпредложений довольно приличное по тем временам вознаграждение за достигнутый экономический эффект.
 
Однако для руководства СКБ было очевидно, что такие кардинальные изменения выпускаемой модели ЭВМ потребуют полной переработки документации, массу согласования проводимой работы на всех уровнях, серии испытаний, в том числе и с военным заказчиком. Потребуется открытие финансирования разработки и привлечение к работе целиком всего состава Специального конструкторского бюро. Практически предстояло пройти все этапы, положенные при разработке новой машины.
 
В тоже время такой хороший задел упускать было неразумно. Назревала идея разработки силами СКБ новой современной, многозадачной машины с системой разделения времени (СРВ). Специалистам было очевидно, что основная трудность ляжет на плечи программистов. Необходимо было разработать совершенно новый класс матобеспечения, управляющего — фактически прообраз современных операционных систем. Такого коллектива математиков в СКБ ещё не было, его только предстояло создать. Или привлечь к работе ведущих программистов СССР (Новосибирск, Москва, Питер).
 
И такие возможности были. Дело в том, что ранее была создана Ассоциации пользователей программ ЭВМ семейства М-20. С согласия директора Института математики АН СССР М. С. Келдыша в отдел М. Р. Шура-Бура приняли в качестве ответственного секретаря Ассоциации Н. В. Дмитриеву. Нина Васильевна поименно знала основных разработчиков программ, находилась с ними в тесной связи, фондировала программы, стыковала пользователей с разработчиками в случае возникновения проблем и необходимости доработок, отслеживала внесение соответствующих изменений. Там же, в Ассоциации, начали скапливаться и предложения программистов о введении некоторых доработок в схемотехнические решения ЭВМ.
 
Для ознакомления с этими предложениями в Ассоциацию был направлен заместитель начальника СКБ по научной работе Э. А. Ситницкий, где он и познакомился со многими ведущими программистами СССР (Шура-Бура, Штаркман, Товбис, Чесалин, Ершов). Последний (будущий академик) говорил о необходимости серьезной модернизации схемотехнических решений М-220, о необходимости введения системы прерываний и дополнительных регистров для пакетной обработки задач, о необходимости увеличения объема памятей всех уровней.
 
Э. А. Ситницкий вышел на директора завода В. Н. Иванова, который поддержал идею разработки новой ЭВМ. Назревала серьёзная и престижная работа, которая обещала, в случае успеха, поднять планку СКБ как разработчика на более высокий уровень и обеспечить заводу устойчивую экономическую базу. Предложение было поддержано и в Министерстве радиопромышленности.
 
Главный инженера НИИЭМ В. К. Левин и Главный конструктор М-220 В. С. Антонов предложили выработать совместные предложения по глобальной модернизации М-220, подключив к этому вопросу Институт математики им. Стеклова (г. Москва), в котором были выполнены основные работы по программному обеспечению машин М-20 и М-220.
 
В конце 1967 г. в Новосибирске было заключено соглашение между СКБ и Сибирским отделением АН СССР в лице Г. П. Марчука об их участии в разработке ТЗ и новой ЭВМ с системой команд М-20. Ершов назначил Загадского Бернарда Анатольевича ответственным исполнителем программы, названной «Автодиспетчер». Со стороны СКБ этой проблемой (аппаратная реализация диспетчера) занимался Владимир Васильевич Фадеев. В Казань из Новосибирска переехала Софья Давидовна Тартаковская — будущий начальник отдела программирования СКБ (отдел № 8).
 
В итоге ТЗ на М-222 было утверждено в 8 ГУ МРП, получено финансирование, и СКБ приступило к разработке новой машины. Главным конструктором ЭВМ М-222 был назначен москвич В. С. Антонов. В то время СКБ ещё не созрело для того, чтобы выдвинуть собственного Главного конструктора. Между тем Антонов ни разу за всё время разработки не посетил Казань. Многие исполнители впервые увидели его живьём на банкете в ресторане «Нева» на Невском проспекте по случаю подписания акта Межведомственной комиссии по приёмке М-222. Заместителем Главного конструктора был назначен Э. А. Ситницкий (не из-за скромности, которой казанцы никогда не страдали а, видимо, из политических соображений). Фактически он и выполнял функции Главного конструктора как руководителя работ. Техническими лидерами разработки были В. Ф. Гусев (центр) и В. В. Фадеев (каналы ввода-вывода).
 
Вскоре волевым решением начальника 8 главка МРП М. К. Сулима работы по программному комплексу «Автодиспетчер» были переданы из Новосибирска в Ленинград во ВНИИРЭ, который подчинялся МРП. Сулим мотивировал это тем, что «академики» сроки работ не выдерживают, считая это маловажным фактором, документацию по МН СЧХ выпустить не сумеют и не будут, а вот начальник вычислительного центра ВНИИРЭ Борис Аронович Кацев, представляя организацию министерства, сумеет этих недостатков избежать. Организационно решение было вполне резонным и обеспечивало контроль и управление важной разработкой за министерством. К сожалению, оно не учитывало другого важного фактора — квалификации исполнителей. Ленинградские программисты, несмотря на принадлежность к МРП, сроки сорвали, продукт получился низкого качества.
Опытный образец был разработан и по документации СКБ изготовлен в заводских условиях. В состав машины были включены новые: стойка каналов внешних устройств (до 128 устройств), оперативная память ёмкостью до 32К слов повышенного быстродействия, аппаратурная реализация системы прерывания по 16 уровням и система управления пакетной обработкой задач. Введена команда управления вводом-выводом. Фактически от М-220 осталось только ВЧУ, да и то существенно модернизированное путём применения новой безтрансформаторной элементной базы и более компактной её упаковки в ячейки (М. З. Шагивалеев).
 
Изготовленный опытный образец М-222 функционировал на тестах М-220, но его основная «изюминка» — пакетная обработка пока не работала ввиду отсутствия соответствующего программного обеспечения. Для ускорения разработки «мягкой части» опытный образец был доставлен в Ленинград и развёрнут на ВЦ ВНИИРЭ (Московский проспект, здание Ленсовета).
Разработка системного ПО шла трудно. Разработчики «железа» практически переселились в Ленинград, где «на лету» перепаивали свои схемы чтобы удовлетворить запросы программистов. Настал директивный срок межведомственных испытаний машины — конец 1969 года. М-222 испытания выдержала, но акт приёмки был подписан и длинным хвостом замечаний и рекомендаций по доработкам. Замечания в основном касались системного ПО.
 
Документирование всех схемных изменений в опытном образце было организовано чётко (начальник отд. № 2 В. Д. Шурыгин, начлаб Ю. Н. Савватеев) и СКБ оперативно отслеживало изменения и корректировало серийную документацию машины. По подписанию акта МВК немедленно была запущена в производство установочная партия из четырёх ЭВМ М-222, которая была изготовлена в основном производстве завода
 
Одну из 4 машин в конце 1969 года установили в отделе наладки на «деревянный стенд», изолированный от общего зала цеха. Собственно на этом образце и было доведено до ума системное ПО «Диспетчер» Львом Сергеевичем Чесалиным, которого и надо считать автором первой в стране операционной системы для ЭВМ общего назначения.
 
Первая М-222 была установлена в МВТУ им. Баумана, вторая на ВДНХ. Первые ЭВМ налаживались по три месяца, в конце выпуска — 2-3 дня. Массовый выпуск был прекращён в 1973 году, но в 1976 году по заказу МО (который, естественно, не подлежал никакому обсуждению) был возобновлён и продолжался малыми партиями до 1978 года. Всего было выпущено 551 ЭВМ М-222.
 
Машина заслужила высокую популярность у потребителя. За счёт совмещения процесса счёта с вводом-выводом и автоматическим запуском очередной программы из введённого пакета эффективное быстродействие М-222 по сравнению с М-220 возросло в 2 раза. Высока была надёжность ЭВМ. Даже в начале третьего тысячелетия (когда уже многие ЭВМ серии ЕС были списаны как выработавшие ресурс) на объектах МО приходилось видеть «живые» М-222. Машины семейства М-220, М-220А, М-220М, М-222 использовались на важнейших объектах МО СССР. Они стали основными моделями, с применением которых была создана вычислительная сеть центров НИП, обслуживающих космическую программу страны.
 
Хорошую службу сослужила М-222 и для завода, обеспечив прочную экономическую базу и позволив достаточно безболезненно (с точки зрения экономики) перейти к выпуску третьего поколения ЭВМ серии «Ряд». Проектная трудоёмкость производства ЭВМ М-222 была на 30% меньше трудоёмкости производства ЭВМ М-220М (последняя модификация М-220), а сокращение проектной трудоёмкости М-222 в сравнении с М-220 (первые полупроводниковые ЭВМ семейства) составило 90%. Это дало заводу возможность сделать значительный шаг в наращивании объёмов промышленного производства ЭВМ, увеличив за четыре года выпуск машин этого семейства в 12 раз.
 
Комплекс работ, выполненный по серии М-220А, М-220М и М-222 сыграл особую роль в становлении коллектива СКБ как интеллектуального ядра завода, способного профессионально выполнить разработки сложных изделий с учётом особенностей конкретного производства в предельно сжатые сроки. В 1972 году коллектив основных разработчиков машин семейства М-220, М-220А, М-220М, М-222 был представлен на соискание звания лауреатов Государственной премии СССР. Представленная работа прошла успешно первый тур голосования в комиссии по присуждению званий лауреатов Государственной и Ленинской премий. Результаты были опубликованы в открытой печати («Правда», «Известия»). Разработчиков машины поздравляли их коллеги из разных городов страны, а также многочисленные пользователи. Все считали решение очевидным. Однако в результате вмешательства ЦК КПСС Государственная премия была присуждена коллективу разработчиков ЭВМ «Наири» из Армении.
Всё сказанное выше подтверждает наш тезис, что М-222 — это самостоятельная марка ЭВМ, а не модернизация М-220. Да, Главным конструктором обеих моделей был один и тот же человек — В. Антонов. Но ведь никто не говорит, что сверхзвуковой самолёт ТУ-144 является модернизацией ТУ-104, потому что Генеральным конструктором этих машин был А. Туполев.
 
Источник: www.kazan-computer-museum.ru
 
Краткая характеристика ЭВМ М-222
 
ЭЦВМ М-222 предназначена для решения сложных математических и технических, информационно-логических, экономических задач, а также задач математического моделирования сложных физических систем. Машины М-222 могут объединяться в вычислительные системы и совместно с аналоговыми машинами в аналогово-цифровые комплексы. Возможно подключение графопостроителей типа ДРП-3 и ДРП-5 со своими устройствами управления.
 
На М-222 решается поток задач в режиме автоматической пакетной обработки. Это обеспечивается некоторыми особенностями структуры машины и наличием специальной программы «диспетчер». Сущность пакетной обработки задач заключается в том, что реакция на все события, происходящие в процессе решения задачи, и смена одной задачи на другую происходят автоматически без вмешательства человека.
 
Основные функции по управлению прохождением задач переданы программе «диспетчер», которая при появлении авоста, останова, сигнала неготовности какого-либо устройства производит анализ ситуации, выдает сведения о происшедшем событии и выполняет дальнейшую работу согласно инструкции математика к данной задаче или, если в инструкции нет нужного указания, снимает задачу и переходит к решению следующей.
 
Система команд — трехадресная, состоящая из двух групп команд: команд пользователя и системных команд, позволяющих производить автоматическую обработку пакета задач.
 
 
Быстродействие в среднем 27 000 операций в секунду. Машина работает в двоичной системе счисления. Арифметические действия выполняются над числами, записанными с плавающей запятой. Диапазон изменения абсолютных величин нормализованных чисел, действия с которыми может производить машина, от 2 в степ. -65 до 2 в степ. +63. Мантисса числа имеет 36 двоичных цифр, порядок — 7. Представление чисел в машине такое же, как для М-220.
 
Цифровая вычислительная машина М-222 состоит из вычислительного устройства (ВчУ), запоминающего устройства, устройств ввода и вывода, пульта управления с пишущей машинкой оператора, системы схемного контроля.
При обращении к МОЗУ проверяется, не нарушены ли границы защиты. При нарушении границ защиты происходит прерывание, и управление передается в программу «Диспетчер».
 
Запоминающие устройства. Запоминающие устройства М-222 подразделяются на оперативное запоминающее устройство и устройства, предназначенные для длительного хранения информации. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) непосредственно связано с входящим в состав ВчУ арифметическим устройством. Коды, хранящиеся в ОЗУ, могут непосредственно использоваться при выполнении операций. Запись результата операции может производиться только в ОЗУ.
Оперативное запоминающее устройство связано с ВчУ 47-разрядной магистралью (45 информационных разрядов и 2 разряда для контроля кода и адреса). К магистралям могут быть подключены четыре МОЗУ по два блока. Емкость блока — 4096 чисел.
Емкость оперативной памяти минимального комплекта 16384 кода.
 
Оперативная память пользователей имеет страничную защиту. Емкость одной страницы — 512 кодов. Защита программ организована по принципу — все вне двух установленных границ закрыто. Таким образом, каждая программа может обращаться к одной или нескольким страницам, расположенным подряд.
 
Запоминающими устройствами для длительного хранения информации в М-222 являются магнитные барабаны, магнитные ленты, перфокарты и перфоленты. Магнитные барабаны и магнитные ленты называются магнитным запоминающим устройством (МЗУ).
 
Основные данные машины М-222
Система счисления
Двоичная с учетом порядка (с плавающей запятой)
Разрядность вводимых и выводимых десятичных чисел
9 разрядов
Разрядность при выполнении операций в двоичной системе счисления:
 
мантисса
36 разрядов
порядок числа
7 разрядов
знак числа
1 разряд
признак числа
1 разряд
Диапазон представления чисел в машине
От 2 в стап. -99 до 2 в стап. +63 (для нормализованных чисел от 2 в стап. -65 до 2 в стап. +63)
Система команд
Трехадресная
Емкость оперативного запоминающего устройства
От 16384 (минимальный комплект) до 32768 ячеек,
по 45 двоичных разрядов каждая
Емкость внешнего накопителя:
 
на магнитных барабанах
49 152 45-разрядных кода (два барабана)
на магнитных лентах
8000000 45-разрядных кодов
(четыре лентопротяжных механизма).
Допускается подключение до 6 внешних накопителей
Скорость выполнения операций:
 
однотактных
40 000 операций в секунду
сложения (в среднем)
35000 операций в секунду
умножения (в среднем)
19000 операций в секунду
деления (в среднем)
9200 операций в секунду
извлечения квадратного корня
5100 операций в секунду
Скорость ввода исходного материала
 
с перфокарт
700 карт в минуту
с пишущей машинки
в темпе работы оператора
с перфолент
1 500 строк в секунду
Скорость вывода
 
на перфокарты
20 кодов в секунду
на перфоленту
80 строк в секунду
на алфавитно-цифровую печать
7 строк в секунду
на пишущую машинку
10 знаков в секунду
Скорость записи на магнитную ленту и считывания с нее
10000 кодов в секунду
Скорость записи на магнитный барабан и считывания с него
17000 кодов в секунду
Минимальная занимаемая площадь (без учета подсобных помещений)
80 м2
 
Магнитные барабаны. Накопитель на магнитных барабанах (НМБ) М-222 имеет емкость 49152 кода и состоит из устройства управления магнитными барабанами и двух барабанов.
 
Скорость вращения ротора магнитного барабана — 900 оборотов в минуту. Максимальное время обращения — не более 70 мс. Адресация барабанов обеспечивает для пользователя единый массив памяти на магнитных барабанах. Емкость памяти на магнитных барабанах может быть доведена до 240 000 кодов путем подключения пяти НМБ.
 

Магнитные ленты. Накопитель на магнитных лентах (НМЛ) имеет емкость 8 000 000 48-разрядных кодов (информационных разрядов — 45). Накопитель состоит из четырех лентопротяжных механизмов емкостью по 2 000 000 кодов каждый. В качестве носителя информации используется лента шириной 35 мм. Чтение и запись производятся по 11 дублированным каналам. Скорость движения ленты 2 м/с при плотности записи 25-27 импульсов на миллиметр. Запись на ленту и считывание с нее производится группами кодов. Каждая группа кодов записывается в свой участок ленты, называемый зоной. Емкость памяти на магнитной ленте может быть доведена до 40 000 000 кодов путем подключения пяти НМЛ, содержащих 20 лентопротяжных механизмов.
 

Вычислительное устройство (ВчУ). Вычислительное устройство предназначено для связи всех устройств машины в единый комплекс. ВчУ работает с основным циклом в 24 мкс и включает в себя арифметический блок, блоки управления, адресный блок и систему прерываний. ВчУ связано с остальными устройствами с помощью шести магистралей и оперирует с 45-разрядными кодами.
 
Вычисления по программам могут быть совмещены во времени с работой устройств канала ввода-вывода, накопителей на магнитной ленте в режиме подвода зоны, ВУ-700-3, работающего в режиме «ввод по строке».
 

Устройства ввода и вывода. В машине М-222 первичный ввод информации производится с перфокарт и перфолент. Для ввода с перфокарт используется вводное устройство ВУ-700-3 со скоростью ввода до 700 карт в минуту. Считывание производится с помощью фотодиодов; устройство имеет коммутационную доску, позволяющую обрабатывать перфокарты, набитые на любом перфорирующем устройстве. В состав М-222 входят два ВУ-700-3.
 
Для ввода информации с перфоленты используется фотосчитывающее устройство FS-1500, имеющее скорость ввода 1500 строк в секунду. Ввод информации производится также с электрической пишущей машинки Consul-254, имеющей 92 различных символа.
Вывод информации производится на алфавитно-цифровое печатающее устройство со скоростью 400 строк в минуту, на перфокарты с помощью перфоратора карточного со скоростью 1200 кодов в минуту и на перфоленту с помощью перфоратора ленточного ПЛ-80/3 со скоростью 4800 строк в минуту.
 
Вывод информации может производиться через печатающую машинку Consul-254 со скоростью до 600 символов в минуту.
 

Пульт управления. Пульт управления состоит из инженерного пульта, предназначенного для технического контроля исправности машины, и пульта оператора. Пульт оператора обеспечивает двухстороннюю связь оператора с машиной в процессе работы и представляет собой стол с электрической пишущей машинкой Consul-254.
 

Управляющая программа. Управляющая программа, т. е. диспетчер, размещается в седьмом блоке МОЗУ, аппаратно защищенном от обращений к нему программ пользователей.
 
Диспетчер организует пакетную обработку задач, отладку задач, управляет обменом ВчУ со всеми устройствами.
При возникновении ситуаций, требующих вмешательства программы-диспетчера, происходит прерывание работы основной программы (т. е. программы пользователя). Система прерываний имеет 33 различных признака, объединенных по приоритету в 16 групп, и обеспечивает обращение из основной программы и с пульта управления к диспетчеру.
 
В М-222 имеется команда диалога, которая служит для обмена управляющей информацией между ВчУ и диспетчером. Получив информацию о состоянии устройства, программа-диспетчер принимает решение о дальнейших действиях.
 

Внешние устройства. Внешние устройства состоят из устройства подготовки перфокарт УПП, позволяющего переносить на карты цифровую и буквенно-цифровую информацию, и перфоратора-репродуктора ПР-80-2. Перфоратор-репродуктор позволяет производить размножение перфокарт и сравнение двух комплектов карт. Внешние устройства соединены с ВчУ через устройство сопряжения, называемое каналом ввода — вывода. Канал ввода — вывода подключается к любому ответвлению магистралей 1 и 2 и позволяет обслуживать 18 одновременно работающих внешних устройств. Всего в М-222 может быть использовано 7 каналов ввода — вывода, обеспечивающих обмен информацией как со стартстопными устройствами, так и с нестартстопными. Максимальное число внешних устройств составляет 7в18 = 126.
 

Для размещения машины необходим комплекс технологически связанных между собой помещений, строительство и оборудование которых должно быть выполнено с учетом специальных требований:
главный зал машины не менее 80 м2;
помещение для проверки и ремонта ячеек 20 м2;
помещение для установки устройств подготовки перфокарт 40 м2;
помещение для хранения запасных материалов и измерительных приборов 10 м2;
помещение для установки агрегатов питания.
 
Ляшенко Ф. В.,
 
Источник: www.computer-museum.ru
 
УСЛ-2 – космическая сеть
 
Разработка изделия УСЛ-2 - полностью самостоятельная разработка КЗЭВМ, выполненная под конкретные нужды развития космических программ СССР.
 
Напомним ситуацию на то время: Проектируемые обитаемые орбитальные космические станции оснащались бортовыми ЭВМ. Перспективные сложные спутники также имели на борту счётно-решающие приборы, обеспечивающие функционирование по программам, загружаемым на борт космического объекта (КО) с земли. Средства загрузки программ на борт – командные радиолинии (КРЛ «Куб», «Коралл») уже были установлены и работали практически на всех НИП. Доставку разработанных программ к КРЛ обеспечивал комплекс «ЛУЧ», разработанный СКБ-245 и выпускаемый Казанским заводом ЭВМ (КЗЭВМ) в 1967-1968 гг.
 
В то же время практически все НИП ЦУКОС (научно-измерительные пункты), размещённые по всей территории страны от Евпатории до Камчатки, были оснащены стационарными универсальными ЭВМ, которые не были задействованы в этом процессе.
 
Комплекс «ЛУЧ» был разработан под конкретные технические параметры бортовых командоаппаратов спутников первого поколения. Он состоял из трёх устройств: «Луч-1» - передатчик, размещённый в Центре, «Луч-2» - приёмник, установленный на НИП (в здании КРЛ). Программы загружались в передатчик с перфоленты, передавались по государственной скоростной линии связи к приёмнику и выводились также на перфоленту. Перфоленты складывались в коробочку. В момент прохождения КО в зоне НИП программа с перфоленты через «Луч-3» вводилась в КРЛ и загружалась на борт. Загрузка выполнялась трёхкратно. Естественно, по линиям «Луч-1» - «Луч-2» передавались не только программы для КО, но и другая информация, в частности эфемериды, т.е. расчётные данные о времени и координатах появления КО в зоне конкретного НИП. Данные рассчитывались ВЦ вначале НИИ-4, а позднее КИКом (командно-измерительный комплекс) по данным орбитальных измерений, осуществляемых наземными пунктами. Они выдавались в виде целеуказаний для каждого НИПа и зависели от наклонения и высоты орбиты полета спутника, а также от географической широты, на которой располагался данный НИП.
 
Луч-3 имел существенный лимит по объёму передаваемой на КРЛ информации в связи с ограничениями по механике (скорость перфоввода и искрового контрольника) – не более 32 слов за один цикл, которых необходимо было выполнить три раза за один сеанс связи с КО. КО-низколёты (орбита 100 – 300 км) были в зоне видимости НИП всего около 6 минут. А на новые объекты необходимо было передавать программы объёмом в несколько сот 36-разрядных слов. Существующие средства не обеспечивали загрузку такого объёма данных на борт.
 
По проекту «Алмаз» ЦКБМ МОМ (бывшая ОКБ-52 МАП) под руководством Генерального конструктора Владимира Николаевича Челомея велась разработка орбитальной посещаемой станции (ОПС) и транспортного корабля (ТК) для задач Министерства Обороны. Задачи были аналогичны тем, что и у разрабатывавшейся в то время американской станции MOL (Manned Orbiting Laboratory) — ведения фотографической и радиотехнической разведки и управления с орбиты наземными военными средствами. Станция была оборудована длиннофокусными фотокамерами для съемки Земли и бортовыми ЦЭВМ серии «Аргон». Для транспортного корабля была разработана отдельная модификация БЦВМ «Аргон».
 
КБ С.П. Королёва также разрабатывало долговременную орбитальную станцию (ДОС), многие элементы конструкции и систем управления были заимствованы от ОПС «Алмаз», в том числе и БЦВМ.
 
В последствии обе эти станции вперемежку запускались под общим наименованием «Салют». Салюты-2, -3, и -5 – это, в самом деле, ОПС «Алмаз». Одновременно иметь на орбите ОПС и ДОС было невозможно – центр управления не справлялся с такой нагрузкой. Позже были запущены ещё два «Алмаза» в беспилотном варианте.
 
Поскольку работы В.Челомея по ОПС были развёрнуты значительно раньше, чем ДОС С. Королёва, то и недостатки наземной инфраструктуры, в том числе по «ЛУЧУ» были выявлены загодя. В связи с этим модернизация системы закладки программ на борт выполнялась в рамках проекта «Алмаз». Разработка модернизированного варианта была поручена СКБ КЗЭВМ, а выпуск аппаратуры – на Казанский завод ЭВМ.
 
Проектирование началось с разработки аванпроекта (руководитель темы А.У. Ярмухаметов). Основная идея проекта – использование ЭВМ М-220 (позже М-222), которыми были оснащены НИП, для приёма данных, хранения их и выдачи непосредственно на КРЛ в момент прохождения КО в зоне видимости НИП. Этим устранялись ограничения по скорости, свойственной механическим устройствам старой системы, обеспечивался темп передачи данных на борт до двух тысяч слов трёхкратно за сеанс. Кроме того, существенно повышалась надёжность системы в связи с исключением из процесса механических устройств и бумажных перфолент. Попутно обеспечивалась он-лайн загрузка в ЭВМ любой другой информации, поступающей по линиям связи, превращая ЭВМ НИП а элемент сети.
 
При выполнении аванпроекта прорабатывались следующие вопросы:
- Логическое сопряжение СПД и КРЛ с ЭВМ М-220 по приёму и выдаче информации
- Физические проблемы помехозащищённой передачи данных по территории НИП.
- Замена системы «ЛУЧ» на более современные СПД
 
 Было предложено применить ранее не используемые (но заложенные при проектировании М-220) команды комплексирования ЭВМ, обеспечивающие параллельные приём и выдачу массива данных и управление этим процессом.
 
Физические проблемы передачи данных заключались в удалённости здания вычислительного центра от зданий КРЛ (до 1 км) и прохождения трассы линии связи между ними по территории с интенсивными импульсными помехами (антенные поля на территории НИП. Например, на центрах дальней космической связи в Симферополе и Евпатории работали передатчики с антеннами диаметром до 40 метров и мощностью 50 КВт). Было предложена оригинальная система помехозащищённого кодирования с квитированием и переспросами.
 
Максимальная сессия связи могла быть от Крыма (Симферополь) до Камчатки (Ключи). Выяснилось, что имеющиеся, современные и перспективные на то время цифровые СПД не могли обеспечивать устойчивую связь на таких протяжённых линиях связи. Аванпроектом было предложено сохранить существующую систему связи ЛУЧей как наиболее надёжную.
 
Более того, аванпроект предусматривал минимальное вмешательство в отработанные длительной эксплуатацией интерфейсы между компонентами существующей системы. В проекте было предложено не разрабатывать систему заново, а «врезать» ЭВМ в существующую путём создания «Устройства сопряжения ЭВМ М-220 с устройствами «ЛУЧ». Комплект УС должен был состоять из 2 устройств – стойки сопряжения с ЭВМ (на ВЦ), стойки сопряжения с Луч-2 и Луч-3 (в здании КРЛ) и скоростной помехозащищённой линии связи между стойками. Работа заключалась в следующем: в режиме приёма данные через Луч-1, протяжённую линию связи, Луч-2, стойку сопряжения с ЛУЧ, скоростную ЛС и стойку сопряжения с ЭВМ загружались непосредственно в оперативную память (ОП) М-220. Данные в режиме выдачи из ОП М-220 через стойку сопряжения с ЭВМ, ЛС, стойку сопряжения с ЛУЧ поступали на Луч-3 и далее на КРЛ. Все механические ограничения снимались, заданный ТЗ темп передачи данных обеспечивался, а существующие интерфейсы были полностью сохранены.
 
Аванпроект был заслушан на техсовете СЕВиСРУ (служба единого времени и счётно-решающих устройств) в\ч 32103 ЦУКОС ((Центрального управления космических средств МО СССР) под председательством полковника Воронова, одобрен, устройство получило шифр «УСЛ-2», СКБ КЗЭВМ было поручено приступить к разработке изделия, а заводу – к подготовке производства.
 
Работы велись отделом 2 СКБ (начальник отдела Ю.Н.Савватеев). Разработка документации и наладка опытного образца выполнялись бригадой под руководством А.У. Ярмухаметова. Поскольку проект курировался военным представительством (ВП МО), все члены бригады имели соответствующий допуск, было выделено отдельное помещение (вне здания СКБ).
 
В устройстве были применены конструктивы и элементная база ЭВМ М-222, за исключением ячейки приёмо-передатчика ЛС. Схему ячейки разработал М.З. Шагивалеев с применением экзотических тогда туннельных диодов.
 
При наладке опытного образца наибольшей проблемой являлась комплексная наладка системы в составе УСЛ-2, ЭВМ М-220 и Луч. Для этого был разработан «Имитатор». Имитатор полностью повторял интерфейс межмашинного обмена М-220 и цепи внешних интерфейсов Луч-2 и Луч-3 как логически, так и аппаратурно – были применены «родные» ячейки указанных устройств. Имитатор имел аппаратный датчик случайных чисел и обеспечивал нужный темп выдачи информации на сопрягаемые устройства системы с контролем передачи данных в различных режимах. ЛС имитировалась комплектом коаксиальных кабелей строительной длины 1 км. В дальнейшем, при стыковке опытного образца УСЛ-2 с реальными объектами, было доказано, что имитатор полностью обеспечивал достоверную проверку системы, и был принят в качестве стенда наладки и сдачи-приёмки серийной продукции.
 
Опытный образец подвергся заводским испытаниям под контролем ВП (прогоны на надёжность и на достоверность передачи данных с имитатором) и был отгружен на НИП-10 в Симферополь (Школьная) для стыковки с реальными объектами. От Заказчика в работах по комплексной наладке принимал участие программист майор Туманов. Система показала свою работоспособность, соответствие ТЗ, была подвергнута войсковым испытаниям и рекомендована к принятию на вооружение. Опытный образец УСЛ-2 оставлен на опытную эксплуатацию и в течение более полугода обеспечивал реальную боевую работу НИП-10.
 
Следует отметить конструктивное и деловое отношение сотрудников НИП-10 при развёртывании и испытаниях системы, в том числе начальника НИП полковника Бугаева в отличие от руководителей некоторых других НИП по отношению к «промышленникам» при монтаже и вводе УСЛ-2 на их объектах.
 
В 1971 году была запущена установочная партия устройств в количестве трёх комплектов. Наладку выполняла бригада Н.И.Макаровой с привлечением разработчиков.
 
Всего было выпущено в 1971-1972 гг. 15 комплектов и установлено на НИП Симферополь, Щёлково, Балхаш, Колпашево, Улан-Удэ, Енисейск, Ключи и др., а также в Галицино-2. При установке УСЛ-2 на объектах кроме бригады наладчиков активное участие принимали разработчики под руководством начальника лаборатории В.Ф.Гусева.
 
В дальнейшем, при замене на НИП ЭВМ М-220 на М-222 была проведена модернизация УСЛ-2 (разработчик – О.Е. Поливода).
 
Успешная разработка УСЛ-2 имела большое значение для СКБ и завода КЗЭВМ. Она показала, что СКБ в состоянии проводить самостоятельные работы в интересах Заказчика в лице МО, тесно взаимодействуя с ним как в процессе разработки, так и при внедрении в производстве и вводе в эксплуатацию спецтехники. Высокая репутация разработчика и производителя в дальнейшем обеспечили получение заказов заводу и привлечение СКБ для других работ в данной области, в частности при сопряжении ЭВМ НИП с системой сбора телеметрической информации СТИ-90 (руководитель работ от СКБ В.Гусев).
 
Для наземной инфраструктуры ЦУКОС внедрение УСЛ-2 также было большим шагом вперёд в использовании вычислительной техники. Разрозненные (автономные) ЭВМ НИП на огромной территории СССР были объединены в единую сеть передачи данных уже в 1972 году.
А.У. Ярмухаметов
Источник: www.computer-museum.ru
 
Тезисы доклада А.У. Ярмухаметова "ЭВМ в космонавтике"
на конференции «Космические решения земных задач», посвященной 50-летию полета в космос Ю.А.Гагарина
 
Чтобы «полезный груз» был доставлен в нужную точку на земле или в космосе, выполняется большой объем сложных расчетов траектории полета. Первые расчеты выполнялись у Келдыша коллективом девушек-расчетчиц на механических калькуляторах. И это только для «одноразовой» траектории. При выводе объекта в космос понадобились еще более трудоемкие расчеты, имея в виду, что объекты могли совершать маневры на орбите. Стало очевидно, что без применения вычислительной техники не обойтись. Необходимость применения ЭВМ для расчетов траектории, наряду с атомными проектами, стала побудительной причиной разработки и производства отечественных ЭВМ.
 
Для получения данных о фактической траектории объекта необходимо проводить траекторные измерения на всех этапах полета. Для этого был создан Командно-измерительный комплекс (КИК), состоящий из Центра, оснащенного ЭВМ, и ряда Научно-измерительных пунктов (НИП). НИП были размещены на территории СССР от Мукачева до Камчатки и на судах в акваториях Тихого и Атлантического океанов.
 
Данные измерений передавались в Центр для обработки. С ростом количества отслеживаемых Космических объектов (КО), загрузка ЭВМ Центра превысила его вычислительную мощность. В связи с этим некоторые ключевые НИП были оснащены автономными ЭВМ типа М-220, на то время самыми мощными и надежными из серийно выпускаемых машин с военной приемкой. Это НИП в Евпатории, Симферополе, Щёлкове, Сары-Шагане, Енисейске, Колпашеве, Улан-Удэ, Уссурийске, на Камчатке.
 
КИК не только выполнял траекторные измерения, но и функции управления КО, путем передачи на борт определенных команд. Команды передавались через КРЛ - Командные радиолинии (Куб, Коралл, Подснежник), представляющие собой радиолокаторы, сопровождающие объект в зоне видимости НИП с одновременной передачей на борт некоторой закодированной цифровой комбинации-команды. Команды воспринимались бортовыми командоаппаратами, которые задавали последовательность действий по выполнению маневра. Разработку команд выполнял Центр КИК и заранее передавал на соответствующий НИП по линиям связи с помощью комплекса аппаратуры ЛУЧ, который был разработан СКБ-245 в 1961-1967 гг. и представлял собой ЛУЧ-1 – передатчик в Центре, ЛУЧ-2 – приёмник на НИП. Данные выводились на перфоленту. При нахождении КО в зоне видимости НИП, данные с перфоленты вводились в ЛУЧ-3, затем передавались на командные радиолинии и далее на борт. Система была рассчитана на закладку максимально 32 слов, что соответствовало уровню техники того периода.
 
Схема выдачи команд на борт КА
 
Абсолютное большинство наших сограждан связывают победы СССР в космосе с именем С.П. Королёва. Это неудивительно: первый спутник, первый человек в космосе, первая орбитальная станция! Большинству невдомек, что было три конкурирующих, примерно равного масштаба, главных конструкторов МБР: Королёв, Челомей и Янгель. И если Янгель не претендовал на космос, то Челомей активно выполнял космические проекты. Королёв «работал на ТАСС», а Челомей занимался исключительно военным космосом, за что на Западе его прозвали «космическим ястребом».
 
Пока Королёв и его последователи (Мишин, Глушко) лихорадочно готовили очередной запуск к «очередной дате», Челомей разрабатывал космические проекты военного назначения, самым масштабным из которых был проект «Алмаз».
 
Комплекс состоял из тяжелой МБР «Протон», орбитальной посещаемой станции (ОПС) космической разведки, транспортного корабля снабжения (ТКС) и соответствующей наземной инфраструктуры. ТКС (20 т) стартовал с экипажем на борту, мог выполнять маневры на орбите, служить буксировщиком, имел многоразовые спускаемые аппараты.
 
ОПС также весом 20 т и диаметром 4 м, имела на борту экипаж (2-3 человека), радиолокаторы и оптическую аппаратуру с фоторегистрацией. Самый большой фотоаппарат имел диаметр объектива 2 м. Отснятые материалы сбрасывались на землю в специальных капсулах. Для обороны ОПС имела перископ кругового обзора, пушку калибра 23 мм и 2 ракеты «космос-космос».
 
Самым примечательным была бортовая ЭВМ ОПС и ТКС. Челомей заказал ее профессионалам – главному конструктору БЦВМ Крутовских в НИИ «Аргон». Это была современная, на интегральных схемах, троированая универсальная ЭВМ.
 
Возникла проблема с наземной инфраструктурой – на БЦВМ необходимо было передавать не краткие команды, а полноценные программы объёмом до 2 тыс. слов, что не обеспечивалось устаревшим комплексом ЛУЧ-КРЛ. КИК объявил тендер на разработку аппаратуры с нужными характеристиками. Было предложено несколько вариантов, но принято предложение СКБ Казанского завода ЭВМ. Проект отличался экономичностью, простотой и сжатыми сроками реализации. Предлагалось задействовать ЭВМ М-220, уже установленные на НИП, для хранения программ БЦВМ и выдачи их на борт напрямую от ЭВМ М220 на БЦВМ «Аргон» с максимальной скоростью, обеспечиваемой КРЛ.
 
Технические требования заказчика
 
Проект, названный «УСЛ-2», предусматривал полное сохранение существующей системы с «врезкой» в нее устройств сопряжения, исключающих механические ограничения (перфоленты) при закладке на борт. Устройство УС-2 устанавливалось рядом с ЛУЧ-2 и ЛУЧ-3 в здании КРЛ. Второе устройство УС-1 – в машинном зале М-220. Информация, передаваемая из Центра на ЛУЧ-2, вводилась в УС-2 , передавалась на УС-1 и записывалась в оперативную память ЭВМ, где и сохранялась до очередного сеанса связи с бортом. Во время сеанса данные из оперативной памяти ЭВМ через УС-1, линию связи, УС-2. ЛУЧ-3 выдавались на КРЛ и на борт КО. Скорость работы такого комплекса обеспечивала закладку информации объёмом до 2 тыс. слов троекратно за время прохождения объекта (орбитальной станции) в зоне НИП (около 6 минут). Задача в рамках проекта «Алмаз» была решена.
 
УСЛ-2.. Связь ЭВМ с БЦВМ.
 
Однако данная работа имела гораздо большее значение для компьютеризации космонавтики. Впервые была создана сеть из ЭВМ КИК, протяженностью от Крыма до Камчатки. По сети передавались далеко не только программы для БЦВМ КО, а, в основном, масса разнообразной информации, такой как эфемериды, служебная информация и пр., причем она обрабатывалась немедленно по вводу в ЭВМ, что исключало ошибки и существенно сокращало время и трудоемкость. Во-вторых, впервые была осуществлена связь наземной ЭВМ с бортовыми вычислительными устройствами в реальном масштабе времени.
 
Источник: www.kazan-computer-museum.ru