Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → Материалы музея с 2013 по 2016 год  → Документы и публикации  → Материалы конференций  → Материалы Международной конференции Sorucom-2014  → Член-корреспондент Академии наук СССР Н.Я. Матюхин – конструктор ЭВМ для систем ПВО страны

Член-корреспондент Академии наук СССР Н.Я. Матюхин – конструктор ЭВМ для систем ПВО страны

Матюхин Николай Яковлевич – выдающийся ученый в области вычислительной техники и конструктор универсальных и специализированных ЭВМ для систем противовоздушной обороны (ПВО) родился в феврале 1927 в г. Ленинграде. В апреле 1950 года с отличием закончил Радиотехнический факультет Московского Энергетического Института. Во время учебы он серьезно заинтересовался научной работой в области радиопередающих устройств УКВ диапазона. По результатам этой работы на 4 курсе института он получил два авторских свидетельства на изобретение новой системы радиопередатчика с повышенным КПД. Весной 1950 года член-корр. И.С. Брук пригласил Н.Я. Матюхина на работу в Энергетический институт АН СССР.

О том, сколь удачным для лаборатории было такое пополнение в единственном лице, говорит тот факт, что уже в апреле, то есть всего через два месяца, И.С. Брук, уверовавший в талант новообретенного помощника, оформляет постановление президиума АН СССР о разработке цифровой электронной вычислительной машины, получившей впоследствии название М-1.

Первое задание руководителя – спроектировать важный узел ЭВМ, дешифратор, да еще безламповый, то есть использовать для построения логических элементов вместо электронных ламп поступившие по репарациям немецкие купроксные выпрямители. Быстро разобравшись в структуре и архитектуре ЭВМ, Н.Я. Матюхин занялся детальной разработкой арифметико-логического устройства, а также устройства управления и памяти на магнитном барабане.

В 1951 г. была создана первая в Российской федерации автоматическая цифровая вычислительная машина (АЦВМ) М-1, содержавшая всего 730 электронных ламп. Запущенная в опытную эксплуатацию в начале 1952 г., она оказалась единственной в Российской федерации действующей ЭВМ. В M-1 впервые вместо электронных ламп (диодов) были использованы полупроводниковые (купроксные) выпрямители, рулонный телетайп, рассчитанный на печать длинной строки (вместо ленточного на одно число в строке), впервые была применена двухадресная система команд. Со слов остальных участников создания машины, Н.Я. Матюхин фактически был главным конструктором М-1, а затем ЭВМ М-3, формально не являясь таковым, а И.С. Брук в полной мере выполнил роль научного руководителя разработки.

В декабре 1951 года в лаборатории Электросистем Энергетического института АН СССР под руководством член-корреспондента АН СССР Исаака Семеновича Брука был выпущен научно-технический отчет «Автоматическая цифровая вычислительная машина M-1», утвержденный 15 декабря 1951 года директором ЭНИН АН СССР академиком Г.М. Кржижановским – это был первый в СССР научный документ о создании и вводе в строй автоматической цифровой вычислительной машины.

В этом отчете были представлены следующие новые научные решения, впервые предложенные в мировой практике создания электронных вычислительных машин:

· построение логических схем на полупроводниковых диодах;

· двухадресная структура команды;

· построение быстродействующей электростатической памяти на обычных осциллографических электронных трубках.

Впервые в мировой практике создания цифровых электронных вычислительных машин в М-1 диодные логические схемы строились на полупроводниковых элементах (купроксные выпрямители КВМП-2-7).

При разработке М-1 были предложены и реализованы принципиально новые технические решения, в частности двухадресная система команд, нашедшая впоследствии широкое применение в отечественной и зарубежной вычислительной технике. Вспоминая позднее об этом решении, Н.Я. Матюхин писал: «Сам выбор системы команд был для нас делом непростым – в то время общепринятой и наиболее естественной считалась трехадресная система, шедшая еще от работ фон Неймана, которая требовала достаточно большой разрядности регистрового оборудования и памяти. Наши ограниченные возможности стимулировали поиск более экономных решений. Как иногда бывает в тупиковых ситуациях, помог случай. И.С. Брук в то время пригласил на работу молодого математика Ю.А. Шрейдера. Осваивая вместе с нами азы программирования, он обратил наше внимание на то, что во многих формулах приближенных вычислений результат операции становится для следующего шага одним из операндов. Отсюда было уже недалеко до первой двухадресной системы команд. Наши предложения были одобрены И.С. Бруком и после АЦВМ М-1 получили дальнейшее развитие в машине М-3 и серии машин «Минск».

Комплексную отладку машины, разработку системы команд, отработку технологии программирования и тестирования возглавил Н.Я. Матюхин, который фактически выполнял функции главного конструктора.

Ознакомиться с работой первой московской ЭВМ приезжали видные ученые, в том числе, академики А.Н. Несмеянов, М.А. Лаврентьев, С.Л. Соболев, А.И. Берг. Одним из первых на М-1 решал задачи по ядерным исследованиям академик С.Л. Соболев, бывший в то время заместителем директора по научной работе в институте И.В. Курчатова. Три года машина М-1 находилась в эксплуатации и первые полтора года была единственной в Российской федерации действующей ЭВМ. Она была изготовлена в единственном экземпляре, но ее архитектура и многие принципиальные схемные решения были приняты в дальнейшем за основу при разработке серийных машин М-3, «МИНСК», «РАЗДАН» и др.

М-З стала одной из первых ЭВМ класса малых машин, подготовленной для серийного производства. Машина была настолько проста в изготовлении и эксплуатации, что ряд организаций смогли самостоятельно изготовить ее и наладить у себя по документации, выпущенной во ВНИИЭМ. В 1958 г. конструкторская документация на ЭВМ М-З была передана Минскому заводу счетных машин для выпуска малой серии, первая машина которой была выпущена в сентябре 1959 г.

Так, по стечению обстоятельств, детище И.С. Брука и его ученика Н.Я. Матюхина, разработанное в Москве, стало выпускаться в Минске – на родине И.С. Брука.

Пройдя «школу» И.С. Брука, Н.Я. Матюхин стал выдающимся ученым, создателем собственной научной школы.

В 1957 г. Николай Яковлевич перешел на работу в Научно-исследовательский институт автоматической аппаратуры Минрадиопрома, где, будучи главным инженером, принимал участие в работах по созданию ЭВМ для ПВО страны, был главным конструктором серийных ЭВМ и управляющих комплексов специального назначения. Именно здесь в полном объеме проявились его талант и гигантская работоспособность.

Работы по созданию ЭВМ «Тетива» проводились коллективом Матюхина Николая Яковлевича. Под его руководством и при непосредственном участии были созданы целые серии специализированных ЭВМ: «Тетива», 5Э63, 5Э63-1, 5Э76, 5Э76-Б, которые и в настоящее время «служат» в составе соответствующих АСУ не только в России, но и в ближнем и дальнем зарубежье.

Хотелось бы остановиться на новых решениях, использованных в этих работах.

ЭВМ «Тетива» должна была обеспечить первичную обработку радиолокационной информации. Архитектура ЭВМ соответствовала классической архитектуре Фон-Неймана. Основные устройства: центральное устройство управления (ЦУУ), арифметическое устройство (АУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), долговременное запоминающее устройство (ДЗУ), память программ, устройство связи с внешними устройствами (УСВ).

ЭВМ была построена на СПТ-схемах (схемах переключателей тока). В этих схемах не было ни диодов, ни конденсаторов. Были только триоды и сопротивления. Основу их составляли триоды типа р-n-р (П-15). Для межкаскадных переходов использовались триоды n-р-n (ПИ). СПТ были по тому времени очень быстрыми по переключению. «Тетива» была первой отечественной ЭВМ с микропрограммным управлением, то есть в устройстве управления использовалась микропрограмма, хранящаяся в матрице ДЗУ. Позже микропрограммное управление было применено в ЭВМ НАИРИ (1964 г.), в ЭВМ МИР и ЕС-1020. Долговременное запоминающее устройство (ДЗУ) обеспечивало большую надежность и возможность быстрого (при необходимости) изменения.

Оригинальным было решение использовать в АУ прямые коды операндов. Весь мир использовал обратные или дополнительные коды, а здесь – прямые. Такое АУ было более дорогим по оборудованию, чем известные, но самым быстрым и самоконтролируемым. АУ в прямых кодах «дороже» по схемам переноса, но оно было «быстрым», так как вычисляло одновременно три варианта: А+В, А–В и В–А. Кроме знака результата на выходе формировался признак «>», «<» или «=», а главное– признак «Сбой». Он констатировал наличие ошибки в вычислениях, что обеспечивало повышение надежности ЭВМ.

Надежность также обеспечивалась примененной элементной базой, использованием ДЗУ для хранения программ и микропрограмм.

Работа над первой отечественной полупроводниковой ЭВМ «Тетива» для системы ПВО началась с макетной проработки в 1960 году. Производство ЭВМ «Тетива» было освоено заводом в Минске. В 1962 г. восемь машин были установлены на объектах.

Для обеспечения постоянной круглосуточной работы системы ПВО был подготовлен и использован «безотказный ВК» на базе 2-х ЭВМ «Тетива». При любых сбоях в ВК переключались сами «Тетивы». Более 30 лет (бессменно) трудился комплекс и даже «засек» в 1986 г. пролет Руста над Кремлем.

Еще не кончился этап освоения системы ПВО на основе «Тетивы», как полным ходом начались макетные работы над первым ввозимым вариантом ЭВМ 5Э63 и 5Э63.1. Размещение в полуприцепах накладывало требование – иметь малые установочные размеры и небольшую эксплуатационную площадь. Это достигалось, в том числе, за счет одностороннего обслуживания. В основе конструктивного подхода были функционально законченные блоки (устройство управления, арифметическое устройство, оперативная память, долговременное запоминающее устройство, устройство связи с внешними абонентами и др.). Блоки размещались в стойках-стеллажах. Соединения между блоками и стойками осуществлялось посредством соединительных колонок с разъемами, в которых были и контрольные выходы для практически всех основных сигналов. Для обслуживающего персонала это было дополнительным удобством при поиске неисправностей. В ЗИПах закладывались резервные блоки. Все это обеспечивало высокие параметры коэффициента готовности. В 1967 году после успешных испытаний в Капустином Яре (военный полигон под Астраханью) машины были запущены в серийное производство. Были выпущены многие сотни машин.

В 1967 г. была начата работа над первой ЕС-подобной ЭВМ в блочном исполнении – 5Э76. Первая ЭВМ 5Э76 была использована в составе комплекса из 6-ти ЭВМ.

В 1969 г. начались проработки АСУ «глобального» масштаба – «от берега балтийского до берега тихоокеанского...». Главным в ней было обеспечение связи через центр коммутации сообщений (ЦКС) и постоянная круглосуточная (круглогодичная) работа в автоматическом режиме. Исходя из ограниченных площадей объектов ЦКС и требований надежности, был выбран вычислительный комплекс (ВК) из 2-х ЭВМ 5Э76-Б (модернизированная 5Э76). Новый ВК именовался 65с180. Всего за период 1972–1992 гг. было изготовлено 32 машины 65с180.

Все они были созданы при непосредственном руководстве со стороны Н.Я. Матюхина его соратниками и учениками (В.П. Харитонов, А.В. Тамошинский, А.Л. Залкинд, Е.Г. Сталин, Г.С. Вилышанский, Г.Г. Карпов, Ю.С. Бравый, В.А. Лущекин, Л.А. Шифрина, В.А. Бирюков).

Среди важнейших научных результатов, полученных Н.Я. Матюхиным в теории вычислительных машин и систем, следует выделить разработку архитектурных принципов построения вычислительных машин и комплексов для сложных территориальных автоматизированных систем управления реального времени и систем передачи данных в них.

Матюхин был главным конструктором многих вычислительных машин и комплексов, имеющих важное оборонное значение. Под его руководством разработано семейство сложных вычислительных комплексов второго и третьего поколений, которые десятки лет, благодаря своим высоким эксплуатационно-техническим характеристикам и архитектурным особенностям, применялись в различных мобильных и стационарных средствах ПВО.

Впервые созданные в СССР Н.Я. Матюхиным в период 1968–1971 гг. многомашинные комплексы на основе ЕС-подобных ЭВМ показали их высокую эффективность. Н.Я. Матюхин в период 1972–1975 гг. создает центр коммутации данных для информационных сетей, также явившийся первой крупной отечественной работой в этом бурно развивающемся научно-техническом направлении.

Являясь главным конструктором ряда крупных разработок, Н.Я. Матюхин одним из первых отечественных ученых почувствовал острую необходимость в автоматизации проектирования средств вычислительной техники и, начиная с 1964 г., выполнил ряд основополагающих исследований в этом важнейшем направлении. Под руководством и при непосредственном участии Н.Я. Матюхина издается первая отечественная книга в этой области («Применение ЦВМ для проектировании цифровых устройств», 1968 г.). В ней выдвинуты и обоснованы принципы построения систем автоматизированного проектирования средств вычислительной техники, лежащие ныне в основе многих разработанных и проектируемых САПР.

В это же время Н.Я. Матюхиным был разработан язык моделирования цифровых устройств (МОДИС) и первая система моделирования ЭВМ, нашедшие широкое применение. Разработан комплексный подход к проектированию приборов, объединявший логическое моделирование с процессом автоматизированного конструирования; разработаны принципы сопряжения САПР с системой подготовки производства и выполнен ряд работ по автоматизации планово-производственных задач, возникающих при освоении новых изделий.

На созданной под руководством Н.Я. Матюхина первой в СССР системе автоматического проектирования (АСП-1) в 1968–1969 гг. было проведено комплексное проектирование крупной ЭВМ третьего поколения.

В 1969 г. по его инициативе и под его научным руководством проводился Первый всесоюзный семинар по автоматизированному проектированию ЭВМ, в котором принял участие практически весь круг ведущих отечественных специалистов, были обсуждены и сформулированы важнейшие научные и практические проблемы в этой области.

В 1975–1977 гг. Н.Я. Матюхин в составе созданной по поручению СМ СССР прогнозной комиссии по проблемам автоматизации проектирования руководил разработкой раздела, посвященного САПР в радиоэлектронике, где им лично были разработаны основные классификационные характеристики САПР, сформулированы тенденции развития и основные проблемы в этой области на период 1980–1985 гг. Проблемные доклады Н.Я. Матюхина на Всесоюзных научных конференциях и семинарах по автоматизации проектирования неизменно вызывали большой интерес у специалистов.

В дальнейшем, когда тематика АСУ ПВО была передана в другие организации, а институт переориентировался на разработку глобальных систем управления, Н.Я. Матюхин возглавил разработку вычислительных комплексов для территориальной системы обмена данными, обеспечивающей эффективный обмен между объектами по различным видам каналов связи.

Обладая высочайшим интеллектом, Николай Яковлевич Матюхин привнес инженерную культуру в разработки. Он создатель, инициатор развития и внедрения систем автоматизированного проектирования в стране.

Лауреат Государственной премии, доктор технических наук, профессор Н.Я. Матюхин в 1981 г. был избран членом-корреспондентом академии наук СССР.

Его школа живет и сейчас в разработках, проводимых в НИИ Автоматической аппаратуры им. академика В.С. Семенихина.

Об авторе: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
alexandridi@mail.ru
Материалы международной конференции Sorucom 2014 (13-17 октября 2014)
Помещена в музей с разрешения авторов 28 Октября 2014

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2017