ЭВМ «Урал-4

Урал-4 — советская электронная вычислительная машина (ЭВМ) второго поколения, разработанная в Пензенском научно-исследовательском институте электронных вычислительных машин (ПНИИЭВМ) под руководством главного конструктора Бориса Ивановича Рамзеева. Выпускалась серийно с 1962 по 1965 год на Пензенском заводе вычислительных машин (Счётмаш). Относится к семейству машин «Урал», являясь дальнейшим развитием модели «Урал-2» и предшественницей «Урал-11» и «Урал-14». «Урал-4» была одной из наиболее массовых и распространённых ЭВМ в СССР в 1960-х годах, предназначенной для решения широкого круга научно-технических, планово-экономических и статистических задач.

История создания

Разработка ЭВМ «Урал-4» началась в 1960 году в ПНИИЭВМ. Основной задачей было создание более производительной и надёжной машины по сравнению с предшествующей моделью «Урал-2», которая была выполнена на ламповой элементной базе и имела ограниченные возможности. Ключевым нововведением стал переход на полупроводниковые элементы — диоды и транзисторы, что позволило значительно увеличить быстродействие, уменьшить габариты и энергопотребление, а также повысить надёжность работы.

Главным конструктором проекта выступил Б. И. Рамзеев, который ранее возглавлял разработку всех машин семейства «Урал». Проектирование велось с учётом опыта эксплуатации «Урал-2» и требований заказчиков — вычислительных центров министерств, ведомств, научно-исследовательских институтов и промышленных предприятий. Первый образец «Урал-4» был изготовлен в 1961 году, а в 1962 году началось его серийное производство. Выпуск продолжался до 1965 года, после чего производство было переориентировано на более совершенные модели «Урал-11» и «Урал-14». Всего было выпущено несколько сотен экземпляров «Урал-4», что сделало её одной из самых массовых ЭВМ второго поколения в СССР.

Технические характеристики

«Урал-4» представляла собой машину с последовательным выполнением команд и двоичной системой счисления. Основные технические параметры:

• Элементная база: полупроводниковые диоды и транзисторы (германиевые), печатный монтаж. Около 10 000 транзисторов и 20 000 диодов.
• Система счисления: двоичная, с фиксированной и плавающей запятой.
• Разрядность: 36 разрядов (слово), 18 разрядов (полуслово).
• Быстродействие: до 10 000 операций в секунду (сложение/вычитание), около 2 000 операций в секунду (умножение/деление).
• Оперативная память: на магнитных сердечниках (ферритовых кольцах). Объём — 4096 36-разрядных слов (около 18 Кбайт). Время цикла — 10 мкс.
• Внешняя память: на магнитных лентах (лентопротяжки типа НМЛ-1) и магнитных барабанах (типа БМ-1). Объём магнитного барабана — до 16 384 слов.
• Устройства ввода: с перфоленты (фотосчитыватель ФС-1) и перфокарт (скорость до 600 карт/мин).
• Устройства вывода: на перфоленту, перфокарты, а также цифропечатающее устройство (ЦПУ) со скоростью 10 строк/сек.
• Энергопотребление: около 15 кВт.
• Габариты: несколько стоек (до 4–5) общей площадью около 30–40 м².
• Система охлаждения: воздушная, принудительная.

Архитектура и программное обеспечение

Архитектура «Урал-4» была основана на принципах, заложенных в машинах семейства «Урал». Команды имели длину 36 бит и кодировались в формате «адрес-операция». Система команд включала арифметические (сложение, вычитание, умножение, деление), логические (И, ИЛИ, НЕ, сдвиги), управляющие (условные и безусловные переходы) и операции ввода-вывода.

Программное обеспечение для «Урал-4» разрабатывалось в основном на машинном языке (языке команд) и на языке ассемблера. Для упрощения программирования были созданы библиотеки стандартных подпрограмм (вычисление тригонометрических функций, логарифмов, работа с массивами). Позднее, в 1964–1965 годах, для «Урал-4» был разработан первый в СССР компилятор с языка Алгол-60 (транслятор «Алгол-60»), что позволило программировать на более высоком уровне.

Операционная система в современном понимании отсутствовала. Управление работой машины осуществлялось с пульта оператора, с помощью которого можно было вводить программы, запускать их, контролировать выполнение и останавливать. Для организации пакетной обработки задач использовались простейшие мониторы (загрузчики), которые автоматически считывали и запускали программы с перфоленты или перфокарт.

Применение

ЭВМ «Урал-4» активно использовалась в различных сферах народного хозяйства и науки СССР:

• Научные расчёты: решение задач математической физики, аэродинамики, баллистики, ядерной физики, обработка данных экспериментов.
• Планово-экономические задачи: расчёты по балансу народного хозяйства, планирование производства, оптимизация транспортных потоков, статистическая обработка данных.
• Промышленность: автоматизация проектирования (САПР) в машиностроении, расчёты прочности конструкций, моделирование технологических процессов.
• Образование: обучение студентов и инженеров программированию и основам вычислительной техники в вузах и техникумах.
• Оборонная промышленность: расчёты в системах управления и навигации, обработка данных с испытательных стендов.

Машины устанавливались в вычислительных центрах крупных предприятий, министерств, академических институтов (например, в Институте прикладной математики АН СССР, Вычислительном центре АН СССР). В 1960-е годы «Урал-4» была одной из основных ЭВМ, обеспечивавших вычислительные потребности советской экономики.

Эксплуатация и надёжность

«Урал-4» отличалась сравнительно высокой для своего времени надёжностью, что было достигнуто за счёт применения полупроводниковых элементов и печатного монтажа. Однако, как и все ЭВМ того поколения, она требовала квалифицированного обслуживания. Среднее время наработки на отказ составляло несколько десятков часов. Для поддержания работоспособности требовался штат инженеров-электронщиков, программистов и операторов.

Эксплуатация «Урал-4» продолжалась до середины 1970-х годов, когда она была постепенно заменена более производительными машинами третьего поколения (серии «Урал-11», «Урал-14», а затем ЕС ЭВМ). Некоторые экземпляры сохранились в музеях (например, в Политехническом музее в Москве, в Музее вычислительной техники в Пензе).

Значение и наследие

ЭВМ «Урал-4» сыграла важную роль в развитии вычислительной техники в СССР. Она стала одной из первых массовых полупроводниковых машин, что позволило существенно расширить сферу применения ЭВМ в народном хозяйстве. На её основе были разработаны и внедрены многие методы численного решения задач, а также созданы первые компиляторы с языков высокого уровня.

Опыт, полученный при разработке и эксплуатации «Урал-4», был использован при создании последующих машин семейства «Урал» (в частности, «Урал-11» и «Урал-14»), которые стали основой для создания единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) в СССР. В истории советской вычислительной техники «Урал-4» занимает место как одна из наиболее успешных и распространённых моделей второго поколения.

Источники

• Апокин И. А., Майстров Л. Е. История вычислительной техники: от простейших счётных приспособлений до сложных релейных систем. — М.: Наука, 1990.
• Брусиловский Б. Я. ЭВМ «Урал-4»: техническое описание и руководство по эксплуатации. — Пенза: ПНИИЭВМ, 1962.
• Каган Б. М. Электронные вычислительные машины и системы. — М.: Энергия, 1973.
• Рамзеев Б. И. Разработка и создание ЭВМ семейства «Урал» // Вопросы радиоэлектроники. Серия ЭВТ. — 1965. — № 1. — С. 3–12.
• Смирнов Г. А. Вычислительная техника в СССР: история и перспективы. — М.: Знание, 1985.