ЭВМ серии Урал

Урал — это серия советских ламповых и транзисторных электронных вычислительных машин (ЭВМ) общего назначения, разработанных и выпускавшихся в период с 1955 по 1967 год. Серия создавалась в Пензенском научно-исследовательском институте математических машин (НИИММ, ныне АО «ПНИЭИ») под руководством главного конструктора Башира Искандаровича Рамеева. ЭВМ «Урал» предназначались для решения широкого круга научных, инженерных и планово-экономических задач и стали одними из самых массовых и распространённых советских компьютеров второго поколения.

История создания

Предпосылки и начало разработки

В середине 1950-х годов в СССР остро ощущалась нехватка вычислительной техники для нужд народного хозяйства. Существовавшие машины (например, БЭСМ, «Стрела») были уникальными, дорогими и сложными в эксплуатации. Требовалась серийная, относительно недорогая и надёжная ЭВМ, пригодная для эксплуатации в вычислительных центрах предприятий и научных институтов.

Работы над первой машиной серии — «Урал-1» — начались в 1954 году в Пензе под руководством Б. И. Рамеева. Машина была спроектирована как ламповая ЭВМ малого класса, ориентированная на замену счётно-аналитических машин и выполнение инженерных расчётов.

Хронология выпуска

Серия «Урал» прошла три основных этапа развития:

1. Первое поколение (ламповое):

• «Урал-1» (1955–1958) — первая серийная ЭВМ в СССР, выпускавшаяся на Пензенском заводе счётно-аналитических машин (САМ). Всего выпущено около 150 машин.
• «Урал-2» (1958–1963) — более производительная ламповая машина с увеличенным объёмом памяти и расширенной системой команд.
• «Урал-3» (1959–1963) — модификация «Урал-2» с улучшенными характеристиками ввода-вывода.
• «Урал-4» (1961–1964) — последняя ламповая машина серии, имевшая наибольшую производительность среди ламповых «Уралов».

1. Второе поколение (транзисторное):

• «Урал-11» (1963–1965) — первая полностью транзисторная ЭВМ в серии, ознаменовавшая переход к полупроводниковой элементной базе. Отличалась значительно меньшим энергопотреблением и габаритами.
• «Урал-14» (1965–1967) — дальнейшее развитие архитектуры «Урал-11» с увеличенным быстродействием и объёмом оперативной памяти.
• «Урал-16» (1966–1967) — самая мощная и совершенная машина серии, способная работать в многопрограммном режиме. Выпускалась ограниченной серией.

1. Прекращение выпуска:

В конце 1960-х годов развитие серии было остановлено. Причинами стали моральное устаревание архитектуры (ориентация на десятичную систему счисления и специфическую систему команд), а также начало выпуска более перспективных унифицированных ЭВМ третьего поколения — Единой серии (ЕС ЭВМ). Последняя машина «Урал-16» была снята с производства в 1967 году.

Архитектура и технические характеристики

Система счисления и представление данных

Все машины серии «Урал» были десятичными ЭВМ. В отличие от большинства западных и многих советских машин (например, БЭСМ), использовавших двоичную арифметику, «Уралы» оперировали числами в десятичном коде. Каждая десятичная цифра кодировалась четырьмя двоичными разрядами (тетрадой), а знак числа хранился отдельно.

• Разрядность: переменная, обычно 36 или 40 двоичных разрядов, что соответствовало 9 или 10 десятичным цифрам.
• Система команд: одноадресная. Команды имели фиксированную длину (один машинный слот) и содержали код операции и адрес операнда в памяти.

Память

• Оперативная память (ОЗУ): на первых моделях («Урал-1») — на магнитном барабане ёмкостью 1024 36-разрядных слова. Начиная с «Урал-2» и далее — на ферритовых сердечниках. Ёмкость ОЗУ росла от 1024 слов у «Урал-1» до 32768 слов у «Урал-16».
• Внешняя память: на магнитных лентах (накопители НМЛ) и магнитных барабанах. Позднее, для «Урал-16», применялись сменные магнитные диски.

Быстродействие

Производительность машин серии была невысокой по современным меркам, но достаточной для задач того времени:

• «Урал-1»: около 100 операций в секунду (сложение).
• «Урал-2»: около 5000 операций в секунду.
• «Урал-14»: около 15 000 операций в секунду.
• «Урал-16»: около 50 000 операций в секунду.

Ввод-вывод

Ввод данных осуществлялся с перфолент (бумажных) и перфокарт (начиная с «Урал-2»). Вывод — на быстродействующее печатающее устройство (алфавитно-цифровое печатающее устройство, АЦПУ) и перфоленту. Для связи с оператором использовался пульт управления с наборным полем и световой индикацией.

Программное обеспечение

Системы программирования

Изначально программирование для «Уралов» велось в машинных кодах. Позднее были разработаны:

• Автокоды: упрощённые языки ассемблерного типа (например, автокод «Урал»).
• Алгоритмические языки: трансляторы с языков Алгол-60 и Фортран (для «Урал-14» и «Урал-16»).
• Библиотеки стандартных программ: готовые подпрограммы для вычисления элементарных функций, решения систем линейных уравнений, статистической обработки данных.

Операционные системы

Для машин серии «Урал» были созданы одни из первых в СССР операционных систем. Наиболее известна ОС «Урал-16» (ДИСП-16 — Диспетчерская система для «Урал-16»), которая поддерживала:

• Пакетный режим обработки заданий.
• Мультипрограммирование (одновременное выполнение нескольких программ).
• Динамическое распределение памяти.
• Управление внешними устройствами.

Применение

ЭВМ серии «Урал» широко применялись в различных сферах народного хозяйства и науки СССР:

• Планово-экономические расчёты: в Госплане СССР, министерствах и ведомствах для расчёта балансов, планов материально-технического снабжения, ценообразования.
• Научные и инженерные расчёты: в НИИ и КБ для решения задач аэродинамики, прочности конструкций, ядерной физики, баллистики.
• Управление производством: на заводах для расчёта зарплаты, учёта материалов, планирования загрузки оборудования.
• Образование: в ведущих технических вузах (МГУ, МФТИ, МИФИ и др.) для обучения студентов программированию и вычислительной математике.

Критика и недостатки

Несмотря на широкое распространение, серия «Урал» имела ряд существенных недостатков, которые в конечном счёте привели к её замене:

1. Десятичная арифметика: хотя десятичная система удобна для экономических расчётов, она менее эффективна для научных вычислений, требующих высокой точности и быстродействия. Двоичные машины (БЭСМ, М-20) в этом отношении были предпочтительнее.
2. Сложность программирования: одноадресная система команд и специфическая архитектура затрудняли написание эффективных программ, особенно по сравнению с более развитыми машинами.
3. Отсутствие унификации: каждая модель серии имела свою систему команд, что делало программы непереносимыми. Переход на новую модель требовал перепрограммирования.
4. Моральное устаревание: к середине 1960-х годов архитектура «Уралов» перестала соответствовать мировым тенденциям развития вычислительной техники (переход к двоичной арифметике, байтовой организации памяти, развитым операционным системам).

Наследие

Несмотря на прекращение выпуска, ЭВМ серии «Урал» сыграли важную роль в истории советской вычислительной техники. Они стали первыми серийными машинами, доступными для широкого круга предприятий и организаций, и способствовали массовому внедрению вычислительной техники в народное хозяйство СССР. Опыт, полученный при разработке и эксплуатации «Уралов», был использован при создании последующих поколений советских ЭВМ, в том числе ЕС ЭВМ. Некоторые машины серии «Урал» сохранились в музеях вычислительной техники (например, в Политехническом музее в Москве и Музее компьютерной истории в Пензе).

Источники

1. Рамеев Б. И. Электронные вычислительные машины «Урал». — М.: Знание, 1962.
2. Ревич Ю. В. Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники. — СПб.: БХВ-Петербург, 2014.
3. Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах. — Киев: Фирма «КИТ», 1995.
4. Прокофьев В. И. ЭВМ серии «Урал» // Информационные технологии и вычислительные системы. — 2005. — № 2.
5. Материалы Музея компьютерной истории (г. Пенза).