Електронна обчислювальна машина М-20

Загальний опис (принцип дії)

M-20 — советская ламповая электронная вычислительная машина. Разработана в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) и СКБ-245 под руководством С. А. Лебедева. Заместители главного конструктора — М. К. Сулим и М. Р. Шура-Бура, основные разработчики — П. П. Головистиков, В. Я. Алексеев, В. В. Бардиж, В. Н. Лаут, А. А. Соколов, М. В. Тяпкин, А. С. Федоров. Разработка была начата в 1955 году и завершена в 1958 году.

В середине 60-х годов прошлого столетия были широко распространены вычислительные машины типа М-20, построенные коллективом, возглавляемым академиком С. А. Лебедевым. По тем временам это были вполне современные компьютеры, обладающие производительностью около 20 тыс. операций в секунду. Однако их оперативная память была малой и позволяла решать системы линейных алгебраических уравнений с плотной матрицей порядка всего лишь 50-100. Требования практики заставляли искать способы решения систем значительно большего порядка. В качестве медленной памяти на этих машинах использовались магнитные барабаны. Они играли тогда такую же роль, какую сейчас в персональном компьютере играют жесткие диски. Естественно, с поправкой на объем хранимой информации.

Под этот тип медленной памяти была разработана специальная блочная технология решения больших алгебраических задач. Она позволяла с использованием только 300 слов оперативной памяти решать системы практически любого порядка. Точнее, такого порядка, при котором матрица и правая часть могли целиком разместиться в медленной памяти. При этом системы решались почти столь же быстро, как будто вся информация о них на самом деле была размещена в оперативной памяти. Созданные на основе данной технологии программы были весьма эффективны. В частности, на машинах типа М-20 они позволяли решать системы 200-го порядка всего за 9 минут.

Історична довідка

ЭВМ М-20 явилась одной из самых быстродействующих и надежных машин первого поколения в мире.

Общее повышение эффективности работы машины помимо структурных решений и импульсного принципа построения схем достигалось также введениeм:

• индексной арифметики, позволяющей во многих случаях избавиться от переменных команд;
• новых логических операций в процессоре;
• системы команд с автоматической модификацией адреса;
• совмещения работы АУ с выборкой команд из памяти;
• совмещения вывода информации на печать с работой процессора.

Были получены патенты на ЭВМ М-20, патенты на отдельные составляющие М-20, имелось большое количество публикаций.

1. Впервые в отечественной практике применена автоматическая модификация адреса.

2. Совмещение работы АУ и выборки команд из памяти.

3. Введение буферной памяти для массивов, выдаваемых на печать. Совмещение печати со счетом.

4. Использование полностью синхронной передачи информации в логических цепях.

5. Использование НМЛ с быстрым пуском и остановом.

6. Для М-20 разработана одна из первых операционных систем ИС-2 (Институт прикладной математики АН СССР).

Быстродействие

В неакадемических источниках можно встретить утверждение, что на момент окончания разработки М-20 являлась самым быстрым компьютером в мире. По всей видимости, это мнение основывается на книге Б. Н. Малиновского, согласно которой «она была успешно принята Государственной комиссией с оценкой „самая быстродействующая в мире“». Данное утверждение, однако, не соответствует действительности: быстродействие М-20 составляло 20 тыс. операций в секунду, в то время как, например, IBM 704, выпускавшаяся с 1954 года (то есть на 5 лет раньше), имела быстродействие 40 тыс. операций в секунду, а представленная 30 декабря 1958 года и поставлявшаяся с 1959 года транзисторная ЭВМ IBM 7090 (англ.) — более 220 тыс. операций в секунду. Вероятнее всего, советские специалисты в то время не располагали достаточной информацией о технических характеристиках американского оборудования.

Развитие

Позже на замену M-20 были разработаны полупроводниковые машины БЭСМ-3М, БЭСМ-4, М-220, М-220М, М-222 (последние две — в СКБ Казанского завода ЭВМ), программно совместимые с М-20 и имевшие бо́льший объём памяти. Машины М-220М и М-222 получили значительное распространение в военно-промышленном комплексе, они выпускались до 1974 года, всего было выпущено более 800 штук.

Технічні характеристики

Структура ЭВМ

Однопроцессорная, в процессоре реализован ряд структурных решений: совмещение выполнения частей операций, ускорение выполнения операций сложения и умножения за счет совершенствования работы цепей переноса (введение цепи «грубого» переноса, дополняющего сквозной перенос) и умножение сразу на два разряда.

Элементная база

Съемные блоки с двумя электронными лампами. Использовался импульсный принцип (динамические триггеры) для построения схем устройств параллельного действия, что привело к уменьшению числа электронных ламп в машине до 1600. Логические схемы были выполнены на полупроводниковых диодах, что в сочетании с ненагруженным режимом их работы, являющимся также следствием применения импульсного принципа построения схем, обеспечило повышенную надежность работы машины.

Конструкция и технология

Машина собрана в семи шкафах. В каждом шкафу по шесть плат. Использовались 30-контактные ножевые разъемы.

Программное обеспечение

Библиотека стандартных подпрограмм ИС-2.

Технико-эксплуатационные характеристики

ЭВМ М-20 имела память на ферритовых сердечниках объемом 4096 слов, внешняя память располагалась на магнитных барабанах и лентах.

• Средняя производительность – 20 тыс. операций в секунду
• Элементная база: 1600 электровакуумных ламп, полупроводниковые диоды
• Тактовая частота: 666,7 кГц (один импульс за примерно 1,5 мксек)
• Система представления чисел: двоичная с плавающей запятой, 45 разрядов на коды чисел
• Оперативная память: на ферритовых сердечниках, объёмом 4096 45-разрядных слов
• Буферная память: три магнитных барабана по 4096 слов каждый
• Внешняя память: магнитные ленты (4 блока), перфокарты
• Устройство вывода: печатающее устройство
• Производительность: в среднем, 20 тыс. операций в секунду
• Занимаемая площадь: 170—200 кв.м.
• Потребляемая мощность: 50 кВт, не считая системы охлаждения

Сфера застосування

В постановлении президиума АН СССР от 20 февраля 1959 г. говорилось: «… создание машины М-20 является выдающимся достижением в развитии советской техники универсальных цифровых вычислительных машин. По своему быстродействию машина М-20 превосходит существующие отечественные и серийные зарубежные математические вычислительные машины.

Благодаря большому быстродействию, совершенству логической структуры и развитой системе оперативных и внешних запоминающих устройств, а также высокой степени надежности машины, она позволяет решить подавляющее большинство современных сложных задач, выдвигаемых отраслями науки и техники». Введена в действие в 1958 г. Выпускалась серийно до 1964 года.

Фото, відео-матеріали

Тут розмістіть власні фото або фото з відкритих джерел, а також посилання на відео