М-20

М-20 — это советская ламповая вычислительная машина, разработанная в 1958—1959 годах в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) АН СССР под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева. Машина относилась к классу универсальных электронных вычислительных машин (ЭВМ) второго поколения, выполненных на полупроводниковых диодах и магнитных элементах, и предназначалась для решения широкого круга научно-технических и инженерных задач. М-20 стала одной из первых советских серийных ЭВМ, обеспечивавших производительность порядка 20 тысяч операций в секунду, что было выдающимся показателем для своего времени.

История создания

Разработка М-20 началась в 1955 году в ИТМиВТ. К этому времени в СССР уже были созданы первые ламповые ЭВМ — МЭСМ (Малая электронная счётная машина) и БЭСМ (Большая электронная счётная машина). Однако их производительность (около 8—10 тысяч операций в секунду) уже не удовлетворяла растущие потребности атомной промышленности, аэродинамики и оборонных расчётов. Задание на создание машины с быстродействием 20 тысяч операций в секунду было сформулировано по инициативе С. А. Лебедева и поддержано руководством Академии наук.

Проект получил обозначение «М-20» — по планируемой производительности. В 1958 году был изготовлен опытный образец, а в 1959 году машина прошла государственные испытания и была рекомендована к серийному производству. Серийный выпуск М-20 был организован на Московском заводе счётно-аналитических машин (САМ) и продолжался до 1965 года. Всего было выпущено несколько десятков экземпляров — по разным данным, от 40 до 60 машин.

Архитектура и технические характеристики

М-20 была построена по классической архитектуре фон Неймана с хранимой в памяти программой. Основные технические решения были заимствованы у предшествующей машины БЭСМ-2, но с существенными улучшениями.

Элементная база

Основу схемы составляли электронные лампы (около 4 тысяч штук) и полупроводниковые диоды (около 20 тысяч штук). Использование диодов позволило сократить количество ламп по сравнению с БЭСМ-2 (где их было около 5 тысяч) и повысить надёжность. Для хранения информации применялись ферритовые сердечники — накопители на магнитных сердечниках (НМС).

Основные параметры

• Быстродействие: 20 тысяч операций в секунду (сложение/вычитание), 4 тысячи операций умножения в секунду.
• Разрядность: 45 двоичных разрядов (что соответствовало примерно 13 десятичным знакам).
• Оперативная память: на ферритовых сердечниках, объёмом 4096 слов (около 18 Кбайт). Время обращения — 6 микросекунд.
• Внешняя память: магнитные барабаны и магнитные ленты (накопители на магнитной ленте — НМЛ).
• Система команд: одноадресная, с фиксированной запятой.
• Потребляемая мощность: около 50 кВт.
• Площадь размещения: около 100 м².

Устройство ввода-вывода

Ввод данных осуществлялся с перфолент (бумажных) со скоростью до 800 строк в минуту. Вывод — на электромеханическое печатающее устройство (быстродействующее печатающее устройство — БПУ) со скоростью до 20 строк в секунду. Также предусматривался вывод на перфоленту.

Программное обеспечение

Для М-20 была разработана система команд, включавшая около 100 инструкций. Программирование велось в машинных кодах — на языке ассемблера, который для М-20 назывался «код М-20». Позднее, в 1961—1962 годах, для машины были созданы первые советские алгоритмические языки высокого уровня:

• АЛГОЛ-60 (транслятор с языка Алгол-60, разработанный в ИТМиВТ);
• Фортран (адаптированная версия для М-20).

Кроме того, существовала библиотека стандартных подпрограмм для решения типовых задач — решения систем линейных уравнений, вычисления элементарных функций, обработки матриц.

Применение

М-20 использовалась в первую очередь для расчётов в области:

• Атомной и термоядерной физики — моделирование ядерных реакций, расчёт критических параметров реакторов и боеприпасов.
• Аэродинамики и ракетостроения — расчёт траекторий полёта баллистических ракет и космических аппаратов.
• Гидро- и газодинамики — решение уравнений Навье-Стокса для задач обтекания.
• Сейсмологии и геофизики — обработка данных сейсморазведки.
• Экономических и статистических расчётов — в академических институтах.

Машины М-20 были установлены в ведущих научных центрах СССР: в ИТМиВТ, в Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова, в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ), в Вычислительном центре АН СССР, а также в ряде оборонных предприятий.

Модификации и развитие

На основе архитектуры М-20 были разработаны несколько модификаций и последующих машин:

• М-220 (1964) — усовершенствованная версия с увеличенным быстродействием (до 30—40 тысяч операций в секунду) и расширенной памятью.
• М-222 (1966) — дальнейшее развитие, с использованием более надёжных элементов, повышенной производительностью (до 50—60 тысяч операций в секунду) и улучшенной системой ввода-вывода.
• БЭСМ-3М и БЭСМ-4 — машины, созданные на той же элементной базе, но с архитектурными улучшениями.

М-20 и её модификации эксплуатировались в СССР до середины 1970-х годов, пока не были вытеснены машинами третьего поколения на интегральных схемах (серия ЕС ЭВМ).

Значение и наследие

М-20 стала важным этапом в развитии советской вычислительной техники. Она продемонстрировала возможность создания высокопроизводительных машин на отечественной элементной базе и заложила основы для последующих поколений ЭВМ. Машина активно использовалась для расчётов, связанных с советской космической программой (включая полёт Юрия Гагарина в 1961 году) и созданием ядерного оружия.

С точки зрения истории информатики, М-20 интересна как пример перехода от полностью ламповых машин к гибридным схемам с широким использованием полупроводников. Она также стимулировала развитие советского программирования — в частности, создание первых трансляторов с языков высокого уровня.

Источники

• Лебедев С. А. «Электронные вычислительные машины». — М.: Издательство АН СССР, 1956.
• Китов А. И. «Электронные цифровые машины». — М.: Советское радио, 1958.
• Малиновский Б. Н. «История вычислительной техники в лицах». — Киев: Фирма «КИТ», 1995.
• Шилейко А. В., Шилейко Т. И. «ЭВМ второго поколения: М-20 и её модификации» // Вопросы истории естествознания и техники, 1988, № 4.
• Техническое описание ЭВМ М-20. — М.: ИТМиВТ АН СССР, 1959.