Магнитный барабан ЭМБ-1

Магнитный барабан ЭМБ-1 — это запоминающее устройство на магнитном носителе, применявшееся в советских электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) первого поколения. Разработанный в конце 1950-х годов, он представлял собой один из первых серийных образцов внешней памяти с произвольным доступом, используемый для хранения программ и данных в вычислительных комплексах, таких как «Урал-1» и «Минск-1». ЭМБ-1 (Электро-Механический Барабан) являлся промежуточным звеном между медленными перфолентами и перфокартами и более быстрыми, но дорогими и сложными в производстве магнитными лентами.

История создания

Разработка магнитного барабана ЭМБ-1 была начата в 1956 году в Специальном конструкторском бюро вычислительной техники (СКБ ВТ) при заводе «Счётмаш» в городе Пенза. Необходимость в таком устройстве возникла из-за ограничений существовавшей элементной базы: ламповые ЭВМ требовали быстрого доступа к данным, но оперативная память на ферритовых сердечниках была крайне дорогой и малодоступной. Магнитный барабан, как более дешёвая альтернатива, позволял хранить большие объёмы информации (для того времени) и обеспечивал время доступа, измеряемое миллисекундами, что было значительно быстрее, чем считывание с перфокарт.

Первые опытные образцы были изготовлены в 1958 году. После успешных испытаний, в 1959 году ЭМБ-1 был принят в серийное производство и начал поставляться для комплектации ЭВМ «Урал-1» и «Минск-1». Выпуск продолжался до середины 1960-х годов, пока не был вытеснен более совершенными накопителями на магнитных дисках (НМД) и лентах (НМЛ).

Устройство и принцип работы

Основу конструкции ЭМБ-1 составлял вращающийся цилиндр (барабан), изготовленный из алюминиевого сплава. На его внешнюю поверхность наносился тонкий слой ферромагнитного материала — обычно гамма-оксида железа (γ-Fe₂O₃), аналогичный используемому в магнитной ленте.

Механическая часть

• Барабан: Диаметр цилиндра составлял около 200 мм, длина — 300 мм. Он крепился на горизонтальном валу, который вращался с постоянной скоростью.
• Привод: Вращение обеспечивалось асинхронным электродвигателем мощностью около 100 Вт. Стабильность оборотов поддерживалась механическим регулятором (центробежным тормозом) и составляла 3000 об/мин.
• Подшипники: Вал барабана устанавливался на прецизионных подшипниках качения, требующих регулярной смазки.

Магнитная головка

Для записи и считывания данных использовались магнитные головки — электромагниты с сердечником из пермаллоя. Каждая головка была закреплена на неподвижной штанге, расположенной параллельно оси барабана. Зазор между головкой и поверхностью барабана составлял 0,05–0,1 мм, что требовало высокой точности изготовления и сборки.

Логическая организация

Поверхность барабана была разделена на дорожки (треки). Каждая дорожка представляла собой кольцевую область шириной около 1 мм. Всего на барабане размещалось 32 дорожки. На каждой дорожке данные записывались последовательно в виде битов. Ёмкость одной дорожки составляла 256 слов (по 36 бит каждое), что давало общую ёмкость памяти 8192 слова (около 36 килобайт в современных единицах).

Доступ к данным осуществлялся по принципу «циклического считывания»: при вращении барабана под каждой головкой проходили все биты дорожки. Для чтения конкретного слова требовалось дождаться его появления под головкой, что занимало от 0,5 до 10 миллисекунд (в зависимости от текущего положения барабана).

Технические характеристики

Применение

Магнитный барабан ЭМБ-1 использовался в качестве внешней памяти в следующих советских ЭВМ:

• «Урал-1» (1959–1965) — основная память для хранения программ и промежуточных данных. Барабан подключался через специальный контроллер, который обеспечивал побайтовый обмен с центральным процессором.
• «Минск-1» (1960–1964) — применялся для хранения библиотек стандартных подпрограмм и констант. В некоторых конфигурациях устанавливался второй барабан для увеличения объёма памяти.
• «Стрела» (модификации) — в отдельных экспериментальных образцах использовался для ускорения ввода-вывода данных.

Типичные задачи, решаемые с помощью ЭМБ-1:

• Хранение операционной системы (загрузчика) и компиляторов.
• Хранение таблиц (например, тригонометрических функций) для научных расчётов.
• Буферизация данных при обмене с медленными периферийными устройствами (телетайпы, перфораторы).

Эксплуатация и надёжность

ЭМБ-1 был рассчитан на непрерывную работу в течение 8–12 часов. Однако его эксплуатация сопровождалась рядом проблем:

• Износ подшипников: Из-за высоких оборотов и отсутствия герметизации подшипники требовали замены каждые 500–1000 часов работы.
• Загрязнение поверхности: Пыль и частицы масла оседали на барабане, вызывая сбои при чтении данных. Требовалась регулярная протирка спиртом.
• Температурная нестабильность: Изменение температуры приводило к расширению алюминиевого барабана, что изменяло зазор между головкой и поверхностью. Это могло вызвать потерю данных.
• Электрические помехи: Ламповые схемы управления создавали значительные электромагнитные наводки, что требовало экранирования кабелей.

Средняя наработка на отказ (MTBF) составляла около 2000 часов, что считалось приемлемым для того времени.

Сравнение с аналогами

В СССР в тот же период выпускались и другие магнитные барабаны, например, ЭМБ-2 (для ЭВМ «Минск-2») и ЭМБ-3 (для «Урал-4»). ЭМБ-1 был самым массовым и дешёвым. Для сравнения, американский аналог — IBM 350 (1956 год) — имел ёмкость 5 мегабайт (в 50 раз больше), но весил около тонны и стоил в десятки раз дороже. ЭМБ-1, будучи менее ёмким, был компактнее и проще в обслуживании.

Интересные факты

• Конструкция ЭМБ-1 была настолько удачной, что её копировали на заводах-изготовителях без официальной документации. Некоторые детали (например, магнитные головки) изготавливались вручную.
• В 1962 году на базе ЭМБ-1 была создана система «Электроника-1» — первый советский накопитель на магнитных дисках, где барабан был заменён на вращающийся диск.
• До наших дней сохранилось всего несколько экземпляров ЭМБ-1, которые находятся в музеях вычислительной техники (Политехнический музей в Москве, Музей ВТ в Пензе).

Источники

• Б. Н. Малиновский. «История вычислительной техники в лицах». — Киев: Фирма «КИТ», 1995.
• С. А. Лебедев. «Электронные вычислительные машины». — М.: Изд-во АН СССР, 1960.
• Техническое описание «Магнитный барабан ЭМБ-1». — Пенза: СКБ ВТ, 1959.
• Журнал «Вычислительная техника» № 4, 1961, стр. 45–52.