Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → Материалы музея с 2013 по 2016 год  → История отечественной вычислительной техники  → Универсальные ЭВМ  → ЭВМ семейства «Наири» – предвестники персонального компьютера

ЭВМ семейства «Наири» – предвестники персонального компьютера

Высокий уровень математической школы, наличие высококвалифицированных конструкторов и технологов, развитая производственная база предопределили решение правительства СССР о создании в 1956 г. в Ереване научно-исследовательского института математических машин (ЕрНИИММ). Наверное, самые популярные в СССР малые универсальные ЭВМ были разработаны в ЕрНИИММ – ЭВМ семейства «Наири» (одно из названий территории древней Армении, которую ассирийцы во втором тысячелетии до нашей эры называли «страной Наири» – страной рек) [2, 3]. Мало кто знает, что «отцом» семейства ЭВМ «Наири-1,2,3» и их модификаций был Грачья Есаевич Овсепян (родился в 1933 г.), который в 1946 г. вместе с семьей репатриировался в Армению из Ливана, окончил физический факультет Ереванского государственного университета и с большим трудом пробился в ЕрНИИММ – недавно организованное режимное предприятие (считалось, что приезжие из-за рубежа люди не могут быть носителями секретов), на должность лаборанта. Руководил институтом математик, член-корреспондент Академии наук СССР и действительный член Академии наук Армянской ССР Сергей Никитович Мергелян. Овсепян (см. фото) попал в отдел Е.Л. Брусиловского, которому была поручена разработка первой в СССР ЭВМ полностью реализованной на полупроводниках – «Раздан-2» (1958–61). По окончании работы авторитет Овсепяна возрос настолько, что ему предложили возглавить новое направление в проектировании ЭВМ – так называемые «малые машины».

Г. Овсепян. Ереван 1957 г.

Г. Овсепян. Ереван 1957 г.

А все началось с того, что в 1962 г. на Международной выставке вычислительной техники в Москве советские руководители ознакомились с французской машиной CAB-500, которая относилась к категории «малых ЭВМ» и возжелали иметь «точно такую же». К сожалению, научно-техническое развитие СССР в области вычислительной техники, при всех впечатляющих достижениях советской науки, носило догоняющий характер. Этому способствовало технологическое отставание в производственной сфере.

Когда Овсепяну было предложено заняться т. н. «малыми машинами», заказчику (Министерству машиностроения и приборостроения) первоначально они представлялись всего лишь в качестве электронного арифмометра, чем-то вроде современного калькулятора, и не более того. Почему Овсепян не мог принять требования заказчика «сделать точно, как у французов»? CAB-500 – это машина последовательного действия, эффективная работа которой возможна лишь при использовании памяти большого объёма, что и было реализовано в данной мини-ЭВМ посредством суперсовременных (на то время) магнитных барабанов. Создание в СССР аналогичных устройств при его низком технологическом уровне представлялось Овсепяну совершенно немыслимым (что, кстати, подтвердилось в ходе последующих работ), и он предложил компенсировать технологический недостаток оригинальностью технических решений: машина должна быть параллельного действия с микропрограммным принципом управления; программы и микропрограммы хранятся в единой постоянной памяти большого объёма, реализованной на съёмных кассетах; предусмотрена микропрограммная эмуляция математического обеспечения существующих ЭВМ и др. [2, 3].

«Наири-1» 

(разработана в 1962–1964 гг.) – двухадресная, двоичная, программно-управляемая ЭВМ (т. е. с фон-Неймановской архитектурой), выполнена целиком на полупроводниковых приборах и стала первой советской малой ЭВМ «широкого потребления». Первые же испытания созданной машины показали, что в СССР появилась принципиально новая разработка. Особенностью «Наири-1» являлась организация управления и автоматизированного программирования по микропрограммному принципу, что дало возможность существенно упростить обслуживание машины, уменьшить габариты, увеличить надёжность и сделать её доступной для специалиста любой области науки и техники (что свойственно современным ПК). В целом, реализация данного метода носила полностью самостоятельный характер, что подтверждается, в первую очередь, оригинальностью самой разработки. Возможно, недостаток информации сыграл определённую положительную роль, заставив разработчиков «Наири-1» пойти своим, непроторённым путём. Принципиально новые схемотехнические решения, развитое программное обеспечение, ориентированное на решение возникающих в инженерной практике технических задач позволили, с одной стороны, сформировать базовую архитектуру всего семейства малых ЭВМ «Наири» (запатентована во многих странах), а с другой – создать одну из самых распространённых в СССР малых ЭВМ, нашедшую широкое применение в научно-исследовательских институтах, промышленности и высших учебных заведениях страны [2, 3]. Разработанная в 1966 ЭВМ «Наири-2» (увеличен объём оперативной памяти и др.) по внешнему виду и архитектуре не отличалась от «Наири-1». ЭВМ «Наири-1,2» состояли из главного шкафа, который был выполнен в виде письменного стола, что позволяло оператору сидя перед пультом машины производить все необходимые операции, а также делать соответствующие отметки в журнале, и шкафа питания в виде отдельной тумбы (включал блоки стабилизированных источников питания, блок защиты и сигнализации, блок управления), соединенной с главным шкафом при помощи разъёмного жгута (рис. 1).

Общий вид ЭВМ «Наири-1, 2»

Рис. 1. Общий вид ЭВМ «Наири-1, 2»

В состав главного шкафа входили арифметическое устройство, устройство управления, память машины (оперативное запоминающее устройство, долговременное запоминающее устройство), внешнее устройство, пульт управления. На рис. 2 представлена блок-схема ЭВМ «Наири-1, 2».

Блок-схема ЭВМ «Наири»

Рис. 2. Блок-схема ЭВМ «Наири»

Арифметическое устройство (АУ), параллельного типа со сквозным переносом, выполняло арифметические и логические операции над числами и командами, состояло из одного 36-разрядного универсального регистра-сумматора (Сумматор). В качестве остальных регистров использовались группы фиксированных ячеек оперативного запоминающего устройства машины (Фикс. адреса ОЗУ). Для каждой фиксированной ячейки были определены микрооперации чтения и запоминания, что обеспечивало независимость от цикла всей оперативной памяти и резкое увеличение быстродействия.

Устройство управления (УУ), построено по микропрограммному принципу, включало 14-ти разрядный счётчик команд (СчК), указывающий адрес ячейки оперативного или долговременного запоминающего устройства, из которой необходимо выбрать очередную команду, 36-ти разрядный регистр команд (РгК), принимающий и сохраняющий команду во время её выполнения, центральное устройство управления машины (ЦУУ), работающее по принципу микропрограммного управления и блок распределения импульсов (БРИ). Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), для записи, хранения и выдачи команд и чисел, промежуточных и конечных результатов вычислений (объём – 1024 слова – 8 кассет по 128 ячеек, плюс 5 регистров, время обращения 20 мкс), выполнено на ферритовых сердечниках. Выбор адреса ячеек ОЗУ проводится дешифратором.

Долговременное запоминающее устройство (ДЗУ) кассетного типа (на оксиферах ёмкостью 16384 адреса) для организации памяти микропрограмм стало принципиально новой особенностью архитектуры ЭВМ и использовалось в двух целях: для организации памяти микропрограмм; для хранения встроенного прикладного программного обеспечения (ПО) ЭВМ. Выбор адреса для чтения необходимой информации проводится дешифратором. Объём каждой кассеты составлял 2048 36-разрядных слов. Необходимая разрядность микрокоманд (72 разряда) обеспечивалась путём одновременного считывания информации с двух кассет. Остальной объём ДЗУ (14 тысяч 36-разрядных слов) был выделен для хранения компиляторов с языков типа «Ассемблер» и «Бейсик», пакетов программ решения дифференциальных уравнений, всего спектра задач линейной алгебры, программ непосредственного счёта разнообразных арифметических выражений в диалоговом режиме, программ управления пишущей машинки и перфоленточного ввода/вывода, построения графиков и диаграмм, а также комплекса технологических программ проверки всех узлов как на этапах производства, так и при эксплуатации ЭВМ, или же поставлялся «пустой», с возможностью прошивки пользователями своих наиболее часто используемых программ. Время обращения (12 мкс) позволило реализовать весь спектр задач с временными характеристиками лучше, чем в зарубежных малых ЭВМ, в которых в качестве накопителей программного обеспечения использовались запоминающие устройства типа «магнитный барабан». Среди особенностей программного обеспечения можно выделить возможность ввода задач на языке, близком к математическому, с использованием языка автоматического программирования (АП). В режиме АП алгоритм решения задачи задавался в виде операторов (указаний). Специальный транслятор, приняв операторную программу, составлял рабочую. В свою очередь, в случае необходимости, такую рабочую программу можно было вывести и использовать, как самостоятельную. Всего имелось 17 операторов, которые можно было вводить на русском языке: допустим, вычислим, вставим, введем, решим, печатаем, программа, если, идти к, интервал, спросим, храним, начертим, кончаем, останов, массив, исполним. Благодаря простоте этих операторов, машину мог обслуживать персонал, далекий от программирования.

Внешнее устройство (ВУ), для ввода информации в машину и вывода результатов вычислений; включало печатающее устройство, перфоратор бумажной ленты и трансмиттер (ФСМ). Скорость работы аппаратов ВУ – 6 символов в секунду. Местное управление ВУ содержало устройство управления ввода-вывода, общее для всех аппаратов, в котором принимались и хранились коды при вводе и выводе информации, и схему управления, которая в зависимости от набранного на пульте режима, обеспечивала работу соответствующего аппарата. Данные вводились с помощью клавиатуры печатной машины или с перфорированной бумажной ленты в буквенно-цифровом виде. Выводились – через печать в буквенно-цифровой форме или на перфорацию.

Пульт управления состоял из панели сигнализации (использовалась при выборе нужного режима работы и световой сигнализации) и панели управления, для различных наладочных работ.

Быстродействие ЭВМ «Наири-1» для операций сложения над числами с фиксированной запятой составляло 2–3 тыс. оп/сек, для умножения – 100 оп/сек, для операций над числами с плавающей запятой – 100 оп/сек. ЭВМ «Наири-1» имела тактовую частоту – 50 Гц, потребляла – 1,6 кВт, напряжение электропитания – 220 В. ЭВМ занимала площадь около 20 кв. м (главный шкаф – 2014×1100×960 мм; шкаф питания 1100×657×1026 мм).

Гибкость микропрограммного метода управления позволяла быстро вносить соответствующие изменения в многочисленные модификации «Наири». Более того, часто даже сами пользователи могли вносить нужные изменения в ЭВМ, персонализируя машину под себя [2, 3]. С 1964 г. машина выпускалась на двух заводах: в Армении, а также на Казанском заводе ЭВМ (с 1964 по 1970 годы выпущено более 500 машин). Архитектурное решение, применённое в этой машине, было запатентовано в Англии, Японии, Франции и Италии. Наиболее ярко отличительные особенности «Наири-1» проявились на юбилейной Международной Лейпцигской ярмарке весной 1965 г., на которой демонстрировались малые ЭВМ различных фирм и стран (Англии – фирма ICL, Франции – фирма Bull, ФРГ – фирма Zuse и др.). ЭВМ «Наири-1» была единственной микропрограммной машиной с расширенной разрядной сеткой (36 разрядов), обеспечивающей высокую производительность, повышенную точность вычислений (остальные ЭВМ имели разрядные сетки 8, 16 разрядов). Быстродействие «Наири-1» было вне конкуренции, т. к. ПО было размещено в ДЗУ, а в остальных ЭВМ оно хранилось во внешних запоминающихся устройствах типа «магнитный барабан». Выход «Наири-1» в 1964 г. стал настоящей сенсацией в компьютеростроении СССР (была даже создана Ассоциация пользователей и разработчиков ЭВМ «Наири»). Существовали модификации машины: «Наири-М» (1965 г.), отличалась от базовой модели составом ВУ (устройство ввода с перфоленты FS-1500 производства ЧССР и устройство вывода на перфоленту ПЛ-80 Казанского завода пишущих устройств); «Наири-С» (1967 г.) – в состав ВУ введена электрофицированная пишущая машинка «Консул-254», для управления которой в СКБ Казанского завода разработан тиристорный блок и «Наири-К» (1967 г.) отличалась от «Наири-С» – объём ОП (увеличен до 4096 слов).

«Наири-2» 

(1966 г.) отличалась увеличением объёма памяти (до 2048 36-разрядных слов) и быстродействия. К новой модели были применены более производительные устройства ввода-вывода. Разработчиками ЭВМ «Наири-2» было получено дополнительно пять авторских свидетельств, включая свидетельство на изобретение, позволяющее проводить выполнение логических операций «И», «ИЛИ» непосредственно в оперативной памяти, её фиксированных ячейках, без какого либо обращения к арифметическому устройству.

Сопоставляя ЭВМ «Наири-1» и «Наири-2» с современным уровнем вычислительной техники хотим отметить, что указанные ЭВМ в принципе сопоставимы по своим характеристикам (за исключением объёмных), включая «дружественный интерфейс пользователя», с персональными ЭВМ архитектуры IBM PC, построенными на микропроцессорах Intel серии 486, серийно выпущенных 20 лет спустя [2, 3]. И после такого успеха странно было слышать от людей, называющих себя специалистами в области вычислительной техники утверждение, что машина скопирована с французской САВ-500, хотя как можно сравнивать архитектуру ЭВМ параллельного и последовательного действия. Другая тенденция принижения места и роли ЭВМ «Наири-1, 2» и её конструктора Г.Е Овсепяна в истории развития советского компьютеростроения – замалчивание. При этом, практически на всех тематических выставках за рубежом, в которых СССР принимал участие, машины «Наири» неизменно экспонировалась на самом почётном месте (представлялись в 19 странах, в том числе капиталистических). 

Г. Овсепян (1971)

Г. Овсепян (1971)

«Наири-3» 

(создана в начале 1970 года) была первая советская машина третьего поколения, реализованная на гибридных интегральных схемах (рис. 3).

ЭВМ «Наири-3»

Рис. 3. ЭВМ «Наири-3»

Заложенный ещё в «Наири-1» микропрограммный принцип управления был максимально развит и доведён в «Наири-3» до качественно нового уровня, создана возможность уплотнённого хранения больших (до 128 тысяч микрокоманд) массивов микропрограмм (для сравнения – предельноеc количество микрокоманд, хранимых в существующих до «Наири-3» ЭВМ, составляло всего 4 тысячи) при одновременном резком сокращении времени обращения и сохранения возможности применения всех приёмов обычного программирования (например, условные и безусловные переходы, групповые операции и т. д.) [2, 3]. Эта новаторская компьютерная архитектура позволила обеспечить: многоязыковую структуру ЭВМ; режим разделения времён с одновременным доступом до 64 терминалов, каждый из которых мог выполнять функции одной ЭВМ «Наири-2»; развитую систему диагностики на микропрограммном уровне; двухмашинный режим работы; реализацию сложных алгоритмов специализированных задач на смешанном программно-микропрограммном уровне. Соответствие «Наири-3» самым высоким техническим стандартам того времени признавали и американцы, приводя её в качестве единственного примера советской машины третьего поколения, которая в состоянии сравниваться с современными ей американскими моделями. Этот потрясающий успех скромного по своим масштабам предприятия был достигнут ценой неимоверных усилий Овсепяна и выпестованного им талантливого коллектива разработчиков. Следует отметить, что одним из замечательных качеств ЭВМ серии «Наири» являлась их высокая технологичность, что позволяло организовать их производство практически на любом предприятии подходящего профиля. Создание в начале 1970-х гг. серии семейства ЭВМ «Наири-3» («Наири 3-1», «Наири 3-2», «Наири 3-3») было продиктовано необходимостью системного использования ЭВМ в различных автоматизированных системах управления (многотерминальных системах коллективного пользования, системах автоматизированного управления производством радиоэлектронной аппаратуры и др.). Значительное расширение области применения «Наири-3» потребовало пересмотра определённых компонентов архитектуры ЭВМ. Например, переход от области решения инженерных задач в область систем управления потребовал: значительного расширения архитектуры ЭВМ и возможностей машинного языка; пересмотра системы ввода-вывода информации; перехода к многомашинным структурам; повышения достоверности обрабатываемых данных; реализации многотерминального доступа к источникам информации в режиме близком к реальному времени. При этом, максимально использовалось существующее в то время ПО, включая пакеты прикладных программ, разработанные для других ЭВМ и широко используемые в находящихся в эксплуатации автоматизированных системах управления производством. Успешная реализация поставленных задач была осуществлена благодаря использованию целого комплекса структурных и схемотехнических решений, апробированных в различных моделях серии «Наири-3» и защищенных многими авторскими свидетельствами. Принципиально новым явилась организация микропрограммного устройства управления (МУУ), имеющего двухуровневую структуру. Первый (нижний) уровень представлял собой память минимальной ёмкости, в которой хранился набор всех необходимых микрокоманд, задающих все множество микроопераций, управляющих аппаратным контуром ЭВМ. Второй (верхний) уровень задавал последовательность адресов микрокоманд, реализующих микропрограммы, выполняемые в машинных командах. В качестве памяти адресов микрокоманд могли быть использованы любые типы запоминающих устройств ЭВМ. Предложенная двухуровневая структура МУУ позволила формировать в моделях серии «Наири-3» хранилище практически неограниченного набора микропрограмм. Как показали исследования, в предлагаемой структуре МУУ была достигнута предельная плотность упаковки микропрограмм, приближающаяся к теоретическому пределу минимального кодирования информации [2, 3]. Реализация в ЭВМ серии «Наири-3» практически неограниченного объёма микропрограмм позволила впервые в СССР и одним из первых в мире практически применить методы полной микропрограммной эмуляции не одного, а одновременно несколько машинных языков, функционирующих одновременно. Так, в моделях серии «Наири-3» были реализованы машинные языки ЭВМ «Наири-1», «Наири-2», «Минск-22». При этом эмуляции подверглись не только отдельные команды, но и идиомы, представляющие некоторые последовательности машинных команд, имеющие определенное назначение (например, команды управления внешней памятью – магнитные ленты). Микропрограммирование идиомы позволило в некоторых случаях повысить производительность эмулятора на один, два порядка. Введение аппаратных средств многотерминального доступа к источникам информации (в ЭВМ «Наири-3-2») позволило создать аппаратно-программную платформу автоматизированных систем управления производством. Коллектив разработчиков «Наири-3» в 1971 году был удостоен Государственной премии СССР (Г.Е. Овсепян – главный конструктор, Ф.Т. Саркисян, А.Н. Сагоян, М.А. Хачатрян, М.Р. Буниатян, Х.К. Эйлезян, В.Г. Ишин, С.А. Туманян, А.В. Закиров ) и премии Ленинского комсомола СССР (Г.А. Оганян, А.Г. Геолецян, Э.Л. Джанджулян, И.М. Ермаков, В.Г. Гончоян, Л.А. Карапетян, В.Г. Азатян, Г.К. Асланян). Можно считать модели «Наири» советскими прародителями современных персональных компьютеров. Однако даже после этого триумфа у Г. Овсепяна проблем стало не меньше; чем крупнее были его достижения, тем сложнее становились его отношения (учитывая его «неуживчивый» характер, полное отсутствие умения угождать начальству) с его оппонентами.

«Наири-4»

задумывалась Овсепяном, как персональный компьютер. У ЭВМ была оригинальная архитектура, состоящая из комплекса вычислительных средств, позволяющих создавать любую конфигурацию проблемно-ориентированных машин, среди которых базовым являлся усечённый процессор с оперативным хранением плотно упакованных микропрограмм. «Наири-4» стала очередным этапным достижением советской компьютерной техники. К сожалению, все новаторские начинания остались на бумаге. В самый разгар работ над «Наири-4» подали документы на выезд из СССР в США ближайшие родственники Г. Овсепяна – оба брата, сестра и мать. Это поставило учёного перед тяжёлым выбором между карьерой и семьёй. В расцвете творческих сил, на вершине своих достижений Овсепян в 1976 году объявил о своём уходе из института, после чего уехал в Москву, где занялся сбором документов для выезда за границу. Но, к сожалению, так быстро воссоединиться с семьей ему не удалось (у него была высокая форма допуска секретности: факт, который проигнорировали его родные). Овсепян смог покинуть СССР только в декабре 1988 г. и воссоединиться с семьёй в США. К тому времени из его большой семьи осталась только старенькая мать и брат. Второго брата и сестры уже не было в живых. Личная драма усилилась тем, что в новой стране его талант остался невостребованным. Он поселился в Лос-Анджелесе (там он живет и по сей день) нашёл работу в компании по ремонту компьютеров [1].

Два

Два друга, бывшие ЕрНИИММовцы, в горах Лос-Анджелеса (слева Андраник Мкртчян, справа Грачья Овсепян).

На склоне лет, на чужбине, снова встретились Сергей Никитович Мергелян и Грачья Есаевич Овсепян, два великих человека, которых можно смело назвать одними из основоположников отечественной вычислительной техники, многие бывшие ЕрНИИММовцы (см. фото).

Дальнейшее развитие семейства малых ЭВМ «Наири» воплотилось в создании серии ЭВМ «Наири-4», предметно-ориентированной, в основном, для специального применения (была создана в 1974–1981 гг. серия ЭВМ «Наири 4 АРМ/Наири 4» и «Наири 4/1», главный конструктор – Г. Оганян; система была программно совместима с PDP-11 и серией СМ ЭВМ). Наивысшая производительность в моделях серии «Наири-4» была достигнута в 1977 году в ЭВМ «Наири-4/1» (2 млн операций в секунду).

В 2014 г. исполнилось пятьдесят лет со времени создания первой ЭВМ серии «Наири» – семейства машин, которые, сыграли важную роль в истории развития отечественной вычислительной техники. И пусть достижения Овсепяна в далёком прошлом, его вклад в советское компьютеростроение останется важным этапом, как и наследие в виде машин семейства «Наири».

Литература:

  1. Акопян Г.Г. «Наири»: триумф и драма //Независимый бостонский альманах «Лебедь», № 355, 2003 г.
  2. Оганян Г.А. Семейство малых ЭВМ «Наири» http://www.computer-museum.ru/histussr/nairi-2.htm;
  3. Оганджанян С.Б. Развитие вычислительной техники и электроники в Армянской ССР. /В книге “История отечественной электронной вычислительной техники”. –М.: издательский дом «Столичная энциклопедия». С. 600–613.
  4. Крайнева И.А., Пивоваров Н.Ю., Шилов В.В. Становление советской научно-технической политики в области вычислительной техники (конец 1940-х – середина 1950-х гг.) Идеи и Идеалы № 3(29), т. 1, 2016 г.

Об авторе: Гаспарян Тигран Гаспарович, к.т.н., доцент, Москва, Россия.
Оганджанян Сергей Беникович, к.т.н., доцент, Московский авиационный институт, Москва, Россия.
Помещена в музей с разрешения авторов 29 Мая 2017

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