Основные характеристики и вычислительные возможности первых ЭВМ в СССР

Введение

Современный мир тесно связан с компьютерами. Люди активно следят за их развитием, проходят ежегодные конференции с объявлением новинок – ведь современную жизнь без компьютера уже сложно представить даже тем, кто застал эпоху калькуляторов и бумаг.
По всему миру постоянно выходят новинки компьютерной техники, и Россия здесь – не исключение. Компания МЦСТ Эльбрус занимается выпуском микропроцессоров, ПК и серверов на их базе. История компании уходит корнями в Советский союз, но МЦСТ – далеко не единственные, кто занимался подобными разработками в СССР. Исследования СССР и научный потенциал страны для аудитории всего мира долго оставались покрытыми тайной.
Привычное нам слово «компьютер» вплоть до 1980-х гг. не использовалось, заменяясь термином «электронно-вычислительная машина».
История отечественной компьютерной отрасли, как и многие другие действительные и мнимые достижения советской эпохи, стала в постсоветские годы очередной площадкой для попыток переписать историю, причем сразу со многих сторон. 
Так, с одной стороны, из-за того, что большая часть истории была секретной и не публиковалась, информацию о разработках ЭВМ в СССР найти очень сложно и озвучиваются мнения, что ничего в Советском союзе не разрабатывалось, и всё заимствовано. С другой стороны, ряд мнений утверждает, что даже в США все делали выходцы из Советского союза.
Без знания прошлого нельзя двигаться вперед, поэтому необходимо и важно знать, какие разработки были в нашей стране. Первая электронная вычислительная лаборатория, ставшая прообразом будущих вычислительных центров, была открыта еще в 1941 г. С того момента советскими учеными было сделано немало независимых открытий.
Целью данного реферата является первых ЭВМ в СССР, а точнее – их основных характеристик и вычислительных возможностей.

1. ЭВМ первого поколения
1.1 Пионеры отрасли
Разговоры о создании ЭВМ в СССР невозможны без упоминания имени С.А. Лебедева – пионера в этой области, создавшего первую аналоговую вычислительную машину для решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Эта машина была не только первой для СССР но и первой для всей континентальной Европы. Значение его работ усиливается еще и тем, что в условиях информационной изоляции, он пришел к тем же выводам, что и сам фон Нейман, только на полгода раньше.

Рисунок 1 – Сергей Александрович Лебедев (50-е гг.)
Путь к созданию первых ЭВМ был долгим и непростым: в 1945 году в СССР работала первая аналоговая вычислительная машина. В 1948 г. было зарегистрировано свидетельство на изобретение автоматической цифровой вычислительной машины. Авторство данной разработки принадлежит И. С. Бруку и Б. И. Рамееву. Эта машина:
работала на двоичной системе (с фиксированной запятой),
имела 24 двоичных разряда,
параллельный арифмитический узел,
двухадресную систему команд,
память на магнитном барабане (256 25-разрядных чисел) и на электростатических трубках (256 25-разрядных чисел).
Быстродействие с магнитной памятью составляло 20 операций в секунду. С использованием электронной памяти операция сложения выполнялась за 50 мкс., операция умножения за 2000 мкс.
Могла выполнять сложение, умножение, вычитание, деление и некоторые вспомогательные операции.
Для программ использовалась перфолента, а результаты выводились телетайпом.
Включала в себя 730 радиоламп и занимала 15 квадратных метров.
В целом, первые разработки вычислительной техники можно разделить на три школы:
Школа С. А. Лебедева
Разработки в рамках этой школы были направлены на повышение быстродействия. Под руководством Лебедева было создано 15 различных ЭВМ, начиная от ламповых и заканчивая суперкомпьютерами на интегральных схемах. Сюда относятся МЭСМ, все БЭСМ, М-20
Школа И. С. Брука
Данная школа больше концентрировалась на разработке малых и управляющих ЭВМ, ведя работы по электронным ЦВМ с 1958г. Машины: М-1, М-2, М-3, разработки использовались в машинах «Минск» и «Раздан». Важным достижением можно назвать концепцию «малогабаритных машин» для разных областей народного хозяйства. И. С. Брук одним из первых в мире осознал, что не всегда нужна предельная производительность.
Школа Б. И. Рамеева
Основное направление данной школы – универсальная вычислительная техника. Главными в множестве разработок можно считать «Стрелу» и «Урал».


1.2 Первые ЭВМ
Первой в СССР и континентальной Европе считается разработанная С. А. Лебедевым на базе Киевского Института электротехники АН УССР МЭСМ (малая электронная счётная машина).
Данная машина:
Насчитывала шесть тысяч электронных ламп (3500 диодов и 2500 диодов)
едва помещалась в крыле двухэтажного здания, занимая шестьдесят квадратных метров.
Имела трехадресную систему команд,
запоминающее устройство, способное хранить 94 слова в каждом по 16 разрядов (и один на знак),
арифметическое устройство параллельного действия на триггерных ячейках (триггерные ячейки использовались в качестве оперативной памяти).
Способна была выполнять 3000 операций в минуту,
Ппотребляла мощность примерно в 25 кВт
Работала на тактовой частоте 5кГц.
Внешнего запоминающего устройства машина не имела. Роль «ПЗУ» играла штекерная панель. Контролировалась машина системой программирования. Результаты снимались фотографированием или посредством электромеханического печатающего устройства

. Ввод данных производился с перфорационных карт или посредством набора кодов на штекерном коммутаторе. Изначально эта машина планировалась, как макет («М» в названии, как раз, означало не «малая» а «макет»).

Рисунок 2 – МЭСМ, за пультом В. В. Крайницкий.
25- го декабря 1951г. МЭСМ была принята Комиссией Академии Наук СССР (председатель - академик М.В.Келдыш) и передана в эксплуатацию. Задачи, которые вручную и на аналоговых машинах решались очень медленно и трудоемко, машина решала точно и быстро, включая задачи со множеством дифференциальных и алгебраических уравнений, в которых были сотни неизвестных. По сравнению с аналоговыми, эта машина позволяла моделирование в самых разных областях науки и техника. Она могла обеспечивать автоматическое управление различными объектами и процессами. Ее создание послужило мощным толчком к тому, чтобы ставились новые и более сложные задачи в разных областях, что обеспечило ускорение развития науки и промышленности.
Система использовала двоичную систему счисления, но параллельно велись работы и исследования, в которых рассматривались другие схемы запоминающих устройств и систем счета. Машина была довольно устойчива – но во многом благодаря команде, которая с большой скоростью устраняла все неисправности. По воспоминаниям участников тех событий, самым слабым звеном были двухваттные сопротивления типа BC в анодной цепи, которые часто перегорали. Однако, Лебедеву не нравились ламповые ЗУ и им активно искали аналоги – перебирая варианты от бумажного, до магнитного барабана. Были попытки создать ЗУ на ртутных колбах и электронно-лучевых трубках.
Так же в конце 1951 г. в эксплуатацию вступила ЭВМ М-1, разработанная в Москве, параллельно с Киевской МЭСМ. Разработана она была под руководством И. С. Брука и Б. И. Рамеева, на базе АВЦМ
Характеристики ЭВМ «М-1»
Система счисления: двоичная, 25 разрядов в машинном слове.
Быстродействие: 15—20 оп/с над 25-разрядными словами (24 разряда — модуль числа и 1 разряд — знак числа).
Память: 256 слов на магнитном барабане («медленная» память),
256 слов на электростатических электронно-лучевых трубках («быстрая» память).
Двухадресная система команд.
Элементная база: 730 электровакуумных ламп; немецкие купроксные диоды, полученные по репарациям.
Потребляемая мощность: 8 кВт.
Занимаемая площадь: 9 м².
М-1 была одной из первых подобных машин, использующих хранимую программу. Ее производительность составляла 20 операций в секунду.
В 1953 г. в Москве была разработана ЭВМ «Стрела». Она была первой в стране машиной, которая выпускалась серийно. Предшественники ее были единственными в своем роде. Однако, «серийно», не значит «много» - было выпущено всего семь экземпляров. Однако, учитывая объемы данной машины и ее оборудования – это не так уж и мало. Ее характеристики были следующие:
Быстродействие 2000 3-х адресн. ком./сек., такт: 500 мкс.
Операции с плавающей точкой над 43 разрядными числами (35 — мантисса и 6 — порядок; 1 знак). Адреса команд: 12-разрядные.
Оперативная память на электронно-лучевых трубках с циклом обращения 20 мкс. ЭВМ имела ПЗУ на полупроводниковых диодах емкостью 15 стандартных подпрограмм по 16 команд и 256операндов.
Два накопителя на магнитной ленте емкостью 1,5 млн слов (внешнее ЗУ).
Ввод информации с перфокарт или с магнитной ленты. Вывод на магнитную ленту, перфоратор карт или на широкоформатное печатающее устройство.
Потребляемая мощность: 150 кВт (процессор — 75 кВт);
Занимаемая площадь: 300 м2 (из них процессор — 150 м2).
Среднее время полезной работы машины: 15—18 часов в сутки.
6200 ламп и 60000 полупроводниковых диодов.
Программное обеспечение: библиотека подпрограмм, часть из которых зашита в постоянной памяти.
Новая машина отличалась гибкостью системы команд. Было несколько типов операций, как арифметических, так и логических, кроме того, имелась система контрольных тестов. Таким образом, можно было создавать библиотеки прикладных программ различного направления, до 100 миллионов команд.
Так же эта ЭВМ отличается тем, что в ней впервые было выполнено матричное исполнение блока умножения на диодах, впервые было разработано и использовано оперативное ЗУ на 43 специализированных запоминающих электронно-лучевых трубках. В последней модификации был введен накопитель на магнитном барабане, вмещающий 4096 слов, с частотой обращения 6000 об/мин.
В этом же году была введена в эксплуатацию БЭСМ – Большая электронная счетная машина. Так же букву «Б» расшифровывают как «Быстродействующая». К 1956 г. эта машина была самой быстрой в СССР и Европе. Характеристики БЭСМ:
4000 электронных вакуумных ламп
5000 полупроводниковых диодов
Потр. Мощность – 80 кВт.
10000 оп/сек.
Оперативная память на 2048 чисел. В более поздних конструкциях оперативная память строилась на ферритовых сердечниках.
Внешняя память: 4 магнитные ленты на 120 тыс. 39-разрядных чисел, и 2 магнитных барабана на 5120 чисел каждый
Ввод до 1200 чисел в мин.
Вывод электромеханическим и фотопечатающим устройствами.
ЭВМ «Урал-1» была разработана в 1955 г. там же, где и «Стрела» под руководством Б. И. Рамеева. Она также выпускалась серийно, и было выпущено 183 ЭВМ. С нее началось широкое внедрение ЭВМ не только на крупных предприятиях, но и на сравнительно небольших, а также в институтах. Машина обладала следующими характеристиками:
Система счисления: двоичная, количество разрядов ячейки памяти: 36 (имеется возможность работы с 18-разрядными ячейками); диапазон представления чисел: –236 < x < 236–1;
Программное обеспечение: тестовое обеспечение, контрольные задачи.
Количество операций: 29.
Принцип работы машины: параллельно-последовательный с фиксированной длительностью такта 10 мс.
Емкость оперативного накопителя (НМБ): 1024 36-разрядных кода.
Емкость НПЛ: 10 тыс