ОАО ИТТиП – пионеры отечественного микропроцессоростроения

Малашевич Б.М.

Предприятие ОАО «Институт точной технологии и проектирования» (ИТТиП) создано 18 июня 1993 года в соответствии с Федеральным законом от 26.12.1995 № 208-ФЗ «Об акционерных обществах». Но коллектив профессионалов-разработчиков микропроцессоров, ставший основой ИТТиП, имеет долгую и интересную предысторию.

Образование коллектива в СВЦ

Все началось с создания в 1970 году фирмой Intel первого в мире микропроцессора I4004. Постепенно стало ясно, что это начало развития принципиально нового продукта, рожденного на стыке микроэлектроники и вычислительной техники.

Идея создания отечественного микропроцессора овладевала умами специалистов и руководителей Минэлектронпрома. Овладела она и директором зеленоградского Специализированного вычислительного центра (СВЦ) Д.И. Юдицкого Однако подход к построению микропроцессора у него был совершенно иной, чем у ф. Intel, что определялось предысторией этих фирм.

Intel подошел к идее микропроцессора "снизу", от интегральных схем (ИС), как только достигнутый уровень степени их интеграции позволил разместить в кристалле большой ИС (БИС) простейшее функционально законченное устройство. Никакого опыта построения ЭВМ (компьютеров в нынешней терминологии) у фирмы не было (впоследствии это дорого обошлось миру). Поэтому она и построила простейший 4-разрядный микропроцессор для управления несложными приборами.

Юдицкий и его СВЦ к идее микропроцессора подошли "сверху", от ЭВМ, поскольку он и его коллектив имели богатый опыт создания супер- и мини-ЭВМ (ранее разработанная ими еще в НИИДАРе ЭВМ К340-А осталась непревзойденным в мире рекордсменом по производительности среди ЭВМ второго поколения, последующие их разработки также были на мировом уровне или превосходили его). Д.И. Юдицкий провозгласил идею "детского конструктора", уже реализованную при построении модульной мини-ЭВМ "Электроника НЦ-1". Идея заключалась в модульном построении системы на основе унифицированных межмодульных соединений (конструктивных, интерфейсных, программных), позволяющем создавать различные прикладным системы простым подключением модулей друг к другу, "без паяльника и осциллографа". Тогда это было новацией. Планируя и далее специализироваться на создании ЭВМ, Юдицкий решил реализовать идею "детского конструктора" в унифицированном микропроцессорном комплекте (МПК), на основе которого можно было бы создавать широкую гамму разнообразных микровычислительных средств (термин «микро-ЭВМ» родился позже).

Для предварительной проработки принципов построения такого МПК, примеров которого в мире еще не было, Д.И. Юдицкий выделил молодежную лабораторию В.Л. Дшхуняна, имевшую к тому времени большой опыт схемотехнического проектирования гибридных ИС серий "Конус" и "Круг" (конструкцию и технологию которых разрабатывало КБ при завода "Экситон" в Павловском Посаде, а завод их изготавливал) и настройки функциональных ячеек мини-ЭВМ "Электроника НЦ-1". Эта лаборатория и стала тем зерном, из которого затем вырос лучший в стране коллектив разработчиков микропроцессоров, переведенный сначала из СВЦ в НИИ Точной технологии, а затем выделившийся в ОАО Институт точной технологии и проектирования.

Лаборатория была переселена в отдельное помещение и освобождена от других работ. Служба информации все свои силы направила на первоочередное обеспечение коллектива В.Л. Дшхуняна всеми доступными материалами по микропроцессорной и смежной тематике, а их тогда было еще очень мало.

В происке

Сначала проводились предварительные исследования. Когда пути построения микропроцессоров стали проясняться, была открыта специальная поисковая НИР «Юз-1», научным руководителем которой приказом по СВЦ №150 от 11 июня 1974 г. был назначен В.Л. Дшхунян. Активными исполнителями НИР были специалисты лаб. 321: В.В. Теленков, П.Р. Машевич, Ю.И. Борщенко, В.Р. Науменков, И.А. Бурмистров, С.С. Коваленко и программисты лаб. 221: Я.Н. Кобринский (нач. лаборатории), А.Р. Тизенберг, П.А. Кемарский и Ю.Г. Бобошко и др.

НИР «Юз-1» должна была дать ответы на следующие вопросы:

• Создание архитектуры универсального комплекта микропроцессорных БИС для ее реализации на различных технологических базах.

• Реализация архитектуры в виде конкретного базового комплекта микропроцессорных БИС на основе КМОП технологии (по договоренности двух директоров Д.И. Юдицкого и В.С. Сергеева это должна быть совместная разработка СВЦ (архитектура, схемотехника, программное обеспечение) и НИИ Точной технологии (НИИТТ) (топология, конструкция, технология) с изготовлением на заводе Ангстрем.

• Исследования применения комплекта КМОП МП БИС в основных блоках микровычислительных средств.

• Проработка средств автоматизации проектирования МП БИС.

При разработке архитектуры первых отечественных микропроцессоров Д.И. Юдицкому удалось соединить и энергию талантливых молодых инженеров, и мудрость опытных высококвалифицированных специалистов СВЦ, накопивших большой опыт в создании различных ЭВМ и их устройств.

Приступая к работе, молодой коллектив В.Л. Дшхуняна не представлял себе, как многих тонкостей в устройстве и работе ЭВМ, так и конечного результата. Впрочем, четкого результата не представлял никто: нужно было сформулировать и цель проекта, и пути ее достижения. Многое им предстояло изучить самостоятельно, много они узнали от старших товарищей. Регулярно с ними встречался Д.И. Юдицкий, они рассказывали ему о сделанном после предыдущей встречи, он вникал во все тонкости проблем, подсказывал пути их решения. Как вспоминает П.Р. Машевич: «Часто Давлет Исламович задавал неожиданные для нас, молодых инженеров вопросы, особенно по системным функциям процессора, вскрывающие новые проблемы, о которых мы иногда и не догадывались». Кроме того, проблемы создания микропроцессоров регулярно обсуждались на заседаниях НТС СВЦ, в которых участвовали все ведущие специалисты предприятия. Эти обсуждения, проходившие в духе сотрудничества, так же оказывали большую помощь разработчикам. Так планомерно, но необычайно быстро, молодые инженеры становились лучшими в стране специалистами в области создания микропроцессоров. Большой вклад в становление этого коллектива внесли зам. директора СВЦ по науке П.В. Нестеров и начальник отделения Ю.Е. Чичерин.

В результате напряженной работы было принято главное решение: на основе анализа и изучения архитектур зарубежных микропроцессоров и лучших современных мини-ЭВМ разрабатывать универсальный комплект микропроцессорных БИС со своей оригинальной архитектурой открытого типа, т.е. позволяющей строить на нем различные ЭВМ.

Архитектура первых микропроцессоров

В первых зеленоградских микропроцессорах получила дальнейшее развитие отработанная в СВЦ на мини-ЭВМ и минисистемах архитектура НЦ, адаптированная к специфике микропроцессоров. Главный принцип новой архитектуры был сформирован как «три М» (или МММ) – Модульность-Микропро­грам­мность-Магистральность:

• Одним из основных постулатов проекта было стремление создать универсальный комплект БИС, на основе которого можно было бы проектировать ЭВМ с максимально широким спектром параметров: разрядности данных, архитектур, функциональных возможностей, производительности и т.п. Поэтому была выбрана секционная, модульная структура БИС комплекта. Каждый модуль должен был максимально использовать возможности микроэлектронной технологии того времени. Модульность – это первое «М».

• Комплект микропроцессорных БИС должен обеспечивать возможность реализации различных систем команд, что определило выбор микропрограммного управления. Микропрограммность – это второе «М»,

• Создание на основе комплекта БИС ЭВМ различной сложности должно обеспечиваться путем простого комплексирования стандартных асинхронных модулей (БИС) без применения дополнительных элементов, что возможно только при магистральной структуре. Магистральность – это третье «М».

И было принято еще одно важное решение – в отличие от всех известных тогда зарубежных микропроцессоров (отечественных еще не было) строить микропроцессорные БИС с асинхронным управлением. Это позволяло без дополнительных аппаратных затрат сочетать в реальной системе модули с различным быстродействием, превращало систему в самонастраивающуюся.

Сейчас это представляется тривиально простым решением, но тогда это было новое слово в микроэлектронике.

В рамках проекта разрабатывались не только микропроцессорные БИС, но и вся совокупность средств для их создания. Проектирование велось на наивысшем для того времени уровне. Фактически были заложены основы Систем автоматизированного проектирования БИС (САПР БИС) на ЭВМ. В отчете по НИР «Юз-1» этого термина еще нет: тогда его еще не придумали.

Создание и применение зачатков САПР для проектирования микропроцессоров позволили значительно сократить сроки и стоимость разработки и повысить качество проекта за счет значительного снижения вероятности ошибок.

Были разработаны, отлажены и использованы многочисленные пакеты программ, например:

• Логического и схемотехнического проектирования,

• Логического моделирования каждой БИС в отдельности и их взаимодействия,

• Генерации контролирующих тестов,

• Библиотеки базовых элементов (транзисторов, диодов и т.п.) с конструктивно-технологическими ограничениями,

• Прорисовки топологии и корректировки принципиальной схемы,

• Разработки микропрограмм (язык написания микропрограмм, программы минимизации булевых функций, моделирования и т.п.),

• Программы изготовления перфолент для изготовления фотошаблонов и ряд других программных пакетов.

О том, как разрабатывались некоторые компоненты САПР микропроцессоров вспоминает П.А. Кемарский: «Насколько помню участником НИР «Юз-1» я стал в рабочем порядке по мере появления «странных» и «неудобных» объектов для логического моделирования средствами системы автоматического синтеза контролирующих тестов (АСКТ). К тому времени базовая версия этой системы была создана лабораторией Я.Н. Кобринского на ЭВМ БЭСМ-6 и интенсивно использовалась при анализе и обеспечении полноты контролирующих тестов для многочисленных ТЭЗ-ов (одноплатных ячеек). При этом определяющие модели, алгоритмы и программы были основательно отработаны и позволяли сосредоточиться на совершенствовании интерфейсов и повышении производительности. Особый азарт вызывали задачи автоматического синтеза тестов для логических схем.

С открытием НИР «ЮЗ-1» была поставлена задача автоматизации микропрограммирования БИС УП и автоматического синтеза контролирующих тестов по микропрограммирующей кодировке. Для решения обоих подзадач имелся соответствующий математический аппарат, а для второй их них – ещё и действующая система АСКТ. Благодаря определяющему личному вкладу Ю.Г. Бобошко и А.Б. Тизенберга были созданы специализированные системы «Листопад» и АСКТ-УП, которые полностью решили данную проблему и обеспечили широкое распространение микропроцессорного набора серии 587 со специализированными микропрограммами от заказчиков.

Однако на этапе проектирования самих МОП-БИС логическое моделирование столкнулось с неожиданной проблемой. Реальные электрические МОП-схемы не вписались в базовые допущения той версии АСКТ и не получали адекватного поведения без ручных неформальных преобразований в исходных описаниях. Только постепенно в ходе совместной работы пришло понимание неслучайности таких принципиальных отличий выбранных МОП-схем от классических логических схем, как: двунаправленность выводов и связей, высокоимпедансные состояния связей и динамическое хранение информации на них, силовая  логика объединения сигналов в магистралях.

Это понимание приходило в «боевых» условиях при совместной работе с разработчиками электрических схем для первых микропроцессорных МОП-БИС. При этом моделирование шло в ручном и машинном режимах. Ручное моделирование вели В.В. Теленков и П.Р. Машевич, вслух разыгрывая очередной сценарий асинхронного взаимодействия секций через магистрали с обозначением принципиальных состояний и условий. Иногда они весьма забавно представлялись в роли отдельных блоков и сигналов так, что порой кто-то из них оказывался «запросом», «данными», «застрявшим квитком» и пр. Я вникал в состав типовых блоков, их назначение и режимы функционирования, МОП-схемотехнику типовых функций, обеспечивал максимально адекватное описание их средствами АСКТ, выполнял моделирование, предварительный анализ и устранение собственных ошибок. Самым экзотическим было воспроизведение динамического хранения информации на изолированных связях ручным введением фиктивных триггеров.

Лидеры работали совместно и столько, сколько надо было для получения очередных результатов. Так по вечерам в большом помещении на центральном проспекте обычным было видеть «ударную тройку»: В.В. Теленкова, П.Р. Машевича и В.И. Басса. Последний реализовывал топологию на рулонах плёнки, ковровыми дорожками выстилающей пол помещения и большого коридора.

В результате выполнения НИР «Юз-1» кроме основного результата были отработаны технические требования к САПР МОП-БИС, которые впоследствии были в значительной части реализованы в собственных разработках НИИТТ».

Однако наиболее трудоемкая операция – топологическое проектирование выполнялось тогда еще вручную. На кульманах, на отдельных листах миллиметровки (планшетах) рисовали в масштабе 1000/1 топологию фрагментов кристалла, затем планшеты «стыковывали» и взаимно подправляли. Готовые планшеты склеивали, получалась огромная «простынь» размером около 5х5 м для кристалла размером 5х5 мм. Топология представляла собой совокупность замкнутых контуров определенных размеров и конфигурации, прямолинейных или имеющих загибы под прямым или нормированным (обычно 45^о) углом. Площадь, ограниченная каждым контуром, соответствовала элементу топологии: проводнику, зоне травления, диффузии и т.п. Дальше нужно было считывать координаты всех этих углов, считывать в прямом смысле этого слова: координаты измерялись линейкой и голосом диктовались помощнику. Затем эти координаты вручную «набивались» на перфокарты и вводились в ЭВМ, где программа Ю.А. Мухина проверяла нарисованную топологию. После нескольких итераций готовая топология поступала на «резку» шаблона, которая так же выполнялась вручную на специальном станке. На станок устанавливалось стекло размером 90х120 см с наклеенной на него темной пленкой. Над стеклом ходил резец, управляемый вручную оператором при помощи двух «барашков». Резец устанавливался в исходную точку контура элемента топологии, резец опускался и вращением одного из «барашков» прямолинейно перемещался до следующей точки, разрезая пленку. Затем вращением другого «барашка» до следующей точки (перпендикулярно предыдущему разрезу) и т.д. до замыкания контура элемента топологии. После этого вырезанный участок пленки, соответствующий элементу топологии, вручную снимался с поверхности стекла. И так пока не будет вырезана вся топология одного топологического слоя кристалла. Сколько было элементов топологии сейчас сказать трудно, одних транзисторов на разных кристаллах было от 2,5 до 6,0 тысяч. Вырезанный шаблон фотографировался, таким образом получался, так называемый, промежуточный шаблон одного слоя топологии кристалла. Затем проекционным способом с промежуточного шаблона топология мультиплицировалась на рабочий шаблон, который в процессе производства БИС накладывался на поверхность покрытой фоторезистом кремниевой пластины для переноса на нее изображения топологии.

В ходе выполнения разработки складывался творческий коллектив единомышленников, проработавший впоследствии многие годы.

Кооперация

Руководство НЦ также живо интересовалось проблемой создания отечественных микропроцессоров. Когда идеология создания микропроцессорных БИС была определена, проработана архитектура и схемотехника БИС, проведено их моделирование и выполнено множество других работ, наступил момент, требующий подключения специалистов, которых в СВЦ не было: топологов, технологов, разработчиков контрольно-измерительного и технологического оборудования и т.п. С этой целью руководством НЦ в 1974 г. была создана рабочая группа из ведущих специалистов предприятий Зеленограда, которая подключилась к работам, выполняемым в СВЦ. В состав группы входили:

• Председатель – главный инженер НЦ А.А. Васенков;

• От СВЦ – П.В. Нестеров, Ю.Е. Чичерин, В.Л. Дшхунян, Н.М. Воробьев, В.А. Меркулов, Б.М. Малашевич, Ю.М. Петров;

• От НИИТТ – В.С. Баранов, Э.Е. Иванов, Е.И. Кузнецов, Г.В. Колобков, Л.К. Минкин, Л.М. Можаров, Ю.А. Платонов, В.И. Рыженков, В.О. Филиппенко;

• От НИИМЭ – В.Я. Контарев, В.М. Гусаков, А.И. Березенко, В.В. Трушин, Б.В. Орлов;

• От НИИТМ – Л.А. Богородицкий, Л.М. Попель;

• От ДНЦ – Ю.В. Терехов, В.П. Козидубов, В.А. Кундин, В.И. Трифонов.

Рабочая группа еженедельно собиралась под председательством А.А. Васенкова и решала все возникающие проблемы.

Ходом работ в этом направлении постоянно интересовались руководители всех предприятий, понимая значимость проблемы и помогая осуществлению намеченных планов. Особенно следует отметить Д.И. Юдицкого, под руководством которого была разработана идеология построения микропроцессоров и микро-ЭВМ будущей серии «Электроника НЦ-0х». Роль представителей СВЦ в рабочей группе была определяющей в части разработки архитектуры микропроцессоров, т.к. только они по своей профессии, опыту работы и имеющемуся заделу были наиболее подготовленными специалистами в этой области. Естественно, что в части конструкции, топологии и технологии производства БИС определяющая роль была у специалистов НИИТТ и НИИМЭ.

Рабочая группа подтвердила решение о разработке оригинальной архитектуры, об отказе от повторения зарубежных аналогов (попытки некоторых членов рабочей группы предложить аналоги для повторения провалилась – достойных аналогов не нашлось, за рубежом микропроцессоров было еще очень мало) и одобрила предложенные СВЦ основные требования и принципы построения микропроцессорных комплектов ИС, обеспечивающих возможность построения на их основе разнообразных микро-ЭВМ и микросистем.

К тому времени в НИИТТ и Ангстреме произошла переориентация с гибридных ИС на полупроводниковые n-МОП и КМОП ИС. Технологами НИИТТ были разработаны соответствующие технологии. А приказом генерального директора НЦ А.В. Пивоварова, №599 от 29.7.74 г. на заводе Ангстрем был образован самостоятельный цех по изготовлению КМОП ИС с мощностью на 1975 г. в 0,5 млн. микросхем. Этим же приказом возглавлявший работы по созданию микропроцессоров от НИИТТ Э.Е. Иванов был назначен начальником сектора НИИТТ и зам. директора Ангстрема. В его руках сосредоточились все вопросы разработки технологии и топологии микропроцессоров и производство КМОП ИС.

Как только рабочая группа окончательно определилась с основами архитектуры микропроцессоров, приказом НЦ от 6.9. 1974 г., № 656 была открыта комплексная ОКР «Микропроцессор» (ГК А.А. Васенков) по схемотехническому, технологическому и конструктивному проектированию первого асинхронного микропроцессорного комплекта на основе высокопороговой КМОП технологии, а также микро-ЭВМ на его основе. Была определена специализация предприятий и сроки изготовления опытных образцов:

• СВЦ (зам. ГК Д.И. Юдицкий):

  • по разработке архитектуры, структуры, программного обеспечения микро- и мини-ЭВМ и схемотехнической разработке БИС АЛУ и ПЛМ – август 1975 г.,
  • по разработке и изготовлению двух образцов микро-ЭВМ на основе БИС АЛУ, ПЛМ и ОЗУ – май 1975 г.

• НИИТТ (зам. ГК А.К. Катман):

  • по разработке БИС АЛУ (арифметическо-логического устройства) – май 1975 г.,

• НИИМЭ (зам. ГК А.Р. Назарьян):

  • БИС ПЛМ (программируемой логической матрицы) – май 1975 г.,
  • БИС ОЗУ 256 бит – май 1975 г.,
  • БИС ПЗУ 1024 бит – декабрь 1975 г.

ОКР была объявлена особо важной, оплата труда – аккордной, на это целевым назначением было выделено по 75 тыс. руб. ежеквартально. В СВЦ с 1 сентября 1974 г. (приказ 257) на аккордную оплату были переведены Ю.Е. Чичерин, В.Л. Дшхунян, В.Р. Науменков, Ю.И. Борщенко, В.К. Осипов, В.В. Теленков, С.Н. Спасская и П.Р. Машевич. В дальнейшем этот список, в соответствии с ходом работ, изменялся.

В СВЦ в рамках комплексной ОКР «Микропроцессор» выполнялась ОКР «Микропроцессор-Ю» «Разработка архитектуры, структуры, математического обеспечения микро- и мини-ЭВМ, схемотехническая разработка БИС микропроцессора и изготовление двух образцов микро-ЭВМ».

А НИР «Юз-1» продолжалась. Ее научный руководитель В.Л. Дшхунян вспоминает:

«Исходя из имевшейся научно-технической информации, довольно скудной и очень общей, мы сформулировали свое представление о нашей задаче и приступили к ее исполнению.

В основу разработки была положена идея создания асинхронных микропроцессорных секций, из которых, как из кубиков, должны были потом строиться различные виды вычислительной техники.

Решение не было традиционным. Мы интерпретировали задачу, ориентируясь не на воспроизведение американского аналога, а исходя из собственных представлений о том, каким должен быть процессор для применения в народнохозяйственном комплексе и в оборонной промышленности.

Мы считали, что это не должна быть просто маленькая схема, которая встраивается в управление каких-то механизмов, как сначала было сделано Intel. Это должно быть устройство, способное дать совершенно новый эффект в применении за счет резкого сокращения размеров, потребляемой энергии, массы и увеличения вычислительной мощности. … Эта задача была решена созданием 4-разрядной микропроцессорной секции.

Это событие у одних вызвало удивление, другим же казалось, что все можно было сделать проще. С моей точки зрения, это было важное достижение, положившее начало созданию мини-технологии.

Надо прямо сказать: мы несколько опередили и то время, и ту идею, которая была положена в основу микропроцессора компании Intel. Мы создали процессор, базировавшийся на решениях, возникших на стыке различных научных дисциплин – вычислительной техники, микроэлектроники, проектирования сложных интегральных узлов и т.п. В более общем плане – была создана технология проектирования, интегрирующая знания многих дисциплин».

Первые результаты

В июне 1975 г. НИР «Юз-1» была успешно завершена. Была разработана базовая архитектура универсального асинхронного секционного микропроцессорного комплекта. В ней на новом технологическом уровне были реализованы многие решения, апробированные на предыдущих разработках СВЦ. Идея «детского конструктора» была реализована в виде «кубиков», о которых выше говорил В.Л. Дшхунян. ППЗУ накопителя микрокоманд трансформировалось в БИС управляющей памяти и т.п.

В отчете НИР «Юз-1» (рис. 1) приведены варианты реализации устройств различных ЭВМ на основе разработанных БИС:

• 4 варианта арифметико-логических устройств, в т.ч.: 4- и 4n-разрядного, с плавающей запятой, с ускоренным умножением и делением и др.,

• 6 вариантов устройств микропрограммного управления ЭВМ,

• 6 вариантов микропроцессоров разной разрядности и вычислительной мощности,

• 3 варианта устройств ввода/вывода.

И это только малая часть того, что было реально сделано.

Впоследствии результаты НИР были положены в основу 4 микропроцессорных комплектов на основных для тех времен микроэлектронных технологиях:

• Высокопороговый (9-вольтовый) КМОП – серия К587, СВЦ, НИИТТ и Ангстрем,

• Низкопороговый (5-вольтовый) КМОП – серия К588, СВЦ, НИИТТ и НПО «Интеграл»,

• ТТЛШ – серия К1802, СВЦ, НИИТТ, НИИМЭ и Микрон,

• nМОП – серия К1883 (в ГДР – U-83), СВЦ, НИИТТ и Роботрон (ГДР).

Все эти серии представляли собой секционированные микропроцессорные комплекты с оригинальной однотипной архитектурой открытого типа, позволяющей строить на них разнообразные микро-ЭВМ и системы в довольно широком спектре архитектур.

Основные структурные и схемотехнические решения не имели аналогов и были запатентованы в США, Великобретании, Франции и других странах.

Первый микропроцессорный комплект серии 532/587

Работы по комплексной ОКР «Микропроцессор» выполнялись предприятиями НЦ быстрыми темпами. Однако вскоре НИИМЭ вышел из этой кооперации. Как вспоминает А.А. Васенков: «К.А. Валиев (директор НИИМЭ) по ряду причин, в том числе и в связи с перегруженностью НИИМЭ заданиями по ТТЛ и ЭСЛ программам для ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ и «Эльбрусу», решил, что тематикой КМОП на этом этапе заниматься нецелесообразно и работы по ней прекратил» (в результате окончательно сформировалась сохранявшаяся в советский период специализация зеленоградских предприятий: НИИМЭ занималась биполярными технологиями (ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ), а НИИТТ – униполярными (N–МОП, Р-МОП, КМОП)). Это решение руководством НЦ и МЭП было одобрено и разработку БИС ПЛМ и ПЗУ передали в НИИТТ, в котором теперь сконцентрировались все БИС микропроцессорного комплекта серии 587. Но на момент регистрации БИС в ЦКБ "Дейтон", для обозначения микропроцессоров в классификаторе еще не было соответствующей группировки. Поэтому БИС комплекта сначала было присвоено обозначение серии К532, изготавливались они в покупных 48-выводных керамических корпусах с планарными выводами.

После закрепления за микропроцессорами группировки "58" (цифра "8" до того была в резерве), комплекту было присвоено окончательное обозначение – серия (К, КР, Н)587. В процессе разработки и по результатам первого применения состав комплекта несколько трансформировался, они стали помещаться в 42-выводные корпуса собственного производства и в окончательном варианте выглядел следующим образом:

• БИС АУ, К587ИК2 – 4-разрядная секция арифметического устройства для построения операционных блоков ЭВМ с разрядностью обрабатываемых данных, кратной 4 бит. Кристалл размером 4,93х4,95 мм содержал 2,5 тыс. транзисторов.

• БИС АР, К587ИК3 – 8-разрядная секция арифметического расширителя для построения арифметических сопроцессоров с разрядностью данных, кратной 8 бит, аппаратно выполняющих операции умножения, деления и др. Кристалл содержал 4,5 тыс. транзисторов.

• БИС ОИ, К587ИК1 – 8-разрядная секция обмена информацией для построения блоков внутреннего и внешнего обмена в ЭВМ и иных устройствах. Кристалл содержал 3,5 тыс. транзисторов.

• БИС УП, К587РП1 – секция управляющей памяти для построения блоков микропрограммного управления ЭВМ и иных устройств (ранее называлась «БИС ПЛМ»). Кристалл содержал 6,0 тыс. транзисторов.

БИС ОЗУ К564РУ2 емкостью 256 бит и К565РУ1 емкостью 4096 бит формально в комплект не включались, поскольку это были стандартные схемы памяти (рис. 2).

Комплект обеспечивал возможность построения самых разнообразных устройств обработки данных, с разрядностью, кратной четырем бит: простейших микроконтроллеров, микро-ЭВМ, мини-ЭВМ, многопроцессорных и многомашинных систем и многого другого.

Это был первый в стране универсальный микропроцессорный комплект, созданный специалистами СВЦ и НИИТТ (В.Л. Дшхунян, П.Р. Машевич, В.В. Теленков, Ю.И. Борщенко, В.Р. Науменков, И.А. Бурмистров и др.), и самый удачный. Он нашел широкое применение и до сих пор работает и применяется во многих системах, особенно в военной технике. И это был первый в мире асинхронный микропроцессор, положивший начало самонастраивающимся микросистемам.

На основе МПК была разработана первая в стране одноплетная микро-ЭВМ "Электроника НЦ-01" (рис. 3). В СВЦ, после экспериментов с микро-ЭВМ "Электроника НЦ-01" и последовавшей за ней "Электроникой НЦ-02", продуктом тогда принципиально новым, была сформирована архитектура ряда совместимых (снизу-вверх) микро-ЭВМ с возрастающей вычислительной мощностью и определены первые три модели этого ряда – НЦ-03, НЦ-04 и НЦ-05. Первые две модели планировались делать на МПК серии К587 (реализованные в микро-ЭВМ "Электроника НЦ-03Т, -03Д, -03С, 04Т и 04Б), третью, самую мощную на самом быстродействующем биполярном МПК серии К1802.

Примерно в это жнее время Р-МОП микропроцессорный комплект серии К536 и одноплатную ЭВМ "Электроника С5-11" на его основе разработал коллектив М.П. Гальперина в лениградском ЛКТБ "Светлана". Сейчас, через почти 40 лет определить, кто был первым бессмысленно и невозможно, разница если и была, то в неделях или месяцах, что совершенно не важно. Коллективы работали параллельно и независимо, и каждый сделал свое дело на высоком уровне. Но следует отметить другое, коллективы В.Л. Дшхуняна и М.П. Гальперина были лучшими в стране разработчиками микропроцессоров. Они создавали только оригинальные БИС, реализующие их собственные технические решения, патентуемые в стране и за рубежом. И именно их проекты не уступали лучшим зарубежным образцам, а часто и превосходили их.

Микропроцессорный комплект серии К588

Разработка микропроцессорного комплекта серии К588 в минском ПО "Интеграл" первоначально не планировалась и была спровоцирована случайным разговором инженера СВЦ П.Р. Машевича и нач. лаборатории СКТБ В.А. Шиллера, в котором Павел Романович рассказал о разработке в СВЦ микропроцессорного комплекта. Виктор Александрович заинтересовался этой работой и выступил в Интеграле с предложением о совместной с СВЦ разработке подобного комплекта БИС на основе имевшейся там низкопороговой КМОП технологии, которое было поддержано руководством. Так началась совместная работа, организованная «вахтовым методом» с регулярными выездами бригады минчан в Зеленоград, в СВЦ. Руководителем бригады и ведущим специалистом был В.А. Шиллер. От СВЦ ответственным исполнителем был П.Р. Машевич (как говориться, «инициатива наказуема исполнением»). Сначала планировалось разработать 8-разрядный комплект. Но в ходе разработки выявилась неразрешимая проблема – в выбранном 42-выводном корпусе ИС для 8-разрядного варианта при принятой организации шины обмена информацией (раздельный ввод и вывод данных) выводов не хватало. Тогда В.Л. Дшхунян предложил радикальный выход – изменить организацию шины (совмещенные линии ввода и вывода данных) и делать 16-разрядный микропроцессорный комплект. Так и было сделано.

Состав комплекта выглядел следующим образом:

• БИС АУ, К588ИК2 – 16-разрядная секция арифметического устройства для построения операционных блоков ЭВМ с разрядностью обрабатываемых данных, кратной 16 бит.

• БИС АР, К588ИК3 – 16-разрядная секция арифметического расширителя для построения арифметических сопроцессоров с разрядностью данных, кратной 16 бит, аппаратно выполняющих операции умножения, деления и др.

• БИС УП, К588ИК1 – секция управляющей памяти для построения блоков микропрограммного управления ЭВМ и иных устройств.

Получив первый опыт разработки БИС микропроцессоров с СВЦ, а после его ликвидации с НИИТТ, далее минчане уже самостоятельно развили серию К588, выпустив на рынок еще 13 типов БИС.

Микропроцессорный комплект серии К1883

В начале семидесятых годов предприятия зеленоградского Научного центра микроэлектроники (НЦ), особенно НИИ Точного машиностроения (НИИТМ), тесно сотрудничал с фирмами Германской демократической республикой (ГДР) по созданию технологического и контрольно-измерительного оборудования для электронной промышленности. Само сотрудничество – это отдельная история и останется за рамками нашего повествования, но оно имело последствия в виде совместной разработки БИС с организацией их производства в ф. Robotron, ГДР. В ф. Robotron было поставлено оборудование, НИИТТ поставил на нем n-МОП технологию производства БИС и передал для производства n-МОП БИС динамического ОЗУ емкостью 4К и 16К бит. Затем встал вопрос о разработке микропроцессорного комплекта. НЦ предложил свою идеологию построения комплекта, уже реализуемую в комплектах 587 и 588 серий. Сторона ГДР, не имея своей идеологии, согласилась. Такой МПК был совместно (при основной роли НИИТТ) разработан и производился ф. Robotron.

Несмотря на то, что БИС комплекта выпускались только в ГДР, они имели два обозначения: советское (серия К1883) и немецкое (серия U83).

Окончательный состав комплекта выглядел следующим образом:

• БИС АУ, U830 (К1883ИА0) – 8-разрядная секция арифметического устройства для построения операционных блоков ЭВМ с разрядностью обрабатываемых данных, кратной 8 бит.

• БИС УП, U831 (К1883РТ1) – секция управляющей памяти для построения блоков микропрограммного управления ЭВМ и иных устройств.

• БИС АР, U832 (К1883ВР-2) – 16-разрядная секция арифметического расширителя для построения арифметических сопроцессоров с разрядностью данных, кратной 16 бит, аппаратно выполняющих операции умножения, деления и др.

• БИС УП, U834 (К1883ВА4) – магистральный адаптер для реализации аппаратной связи между процессоров и внешними устройствами ЭВМ.

Переход коллектива в НИИТТ

ТТЛШ/ЭСЛ секционированный микропроцессорный комплект серии 1802

КМОП и n-МОП технологии во второй половине 1970-х годов обладали довольно скромным быстродействием, явно не удовлетворяющим многих разработчиков ЭВМ. Не годились они и для старшей модели ряда НЦ – микро-ЭВМ "Электроника НЦ-05Т". Поэтому с начала 1976 г. в СВЦ началась параллельная проработка архитектур микро-ЭВМ и ТТЛШ БИС микропроцессорного комплекта для ее построения, позже получившего обозначение серии 1802.  Его производство планировалось на заводе «Микрон» (Ангстрем не специализировался в биполярных технологиях). Поэтому в разработке БИС комплекта участвовала лаборатория А.И. Березенко из НИИМЭ. Но на этом этапе разработку микро-ЭВМ и БИС настигла  реорганизация в НЦ и работа не многие месяцы была остановлена.

В 1976 г. зеленоградский Научный центр был реорганизован в крупное научно-производственное объединение (НПО НЦ) с введением в него ряда предприятий Москвы и других городов (всего 39 предприятий). При этом СВЦ был разделен на 2 части: на основе одной и Дирекции НЦ было создано головное предприятие в НПО НЦ – Специальное конструкторское бюро (СКБ НЦ), а все разрабатывающие подразделения были переведены в НИИТТ. Это разрушение СВЦ имело ряд негативных последствий, но для разработки микропроцессоров на основе n-МОП и КМОП приборов сыграло положительную роль, т.к. коллектив В.Л. Дшхуняна, разрабатывающий архитектуру, структуру и схемотехнику БИС, объединился с конструкторами, топологами и технологами в одном предприятии. Однако для ТТЛШ комплекта ничего не изменилось, но партнерами стали НИИТТ и НИИМЭ.

Возобновлена работа была в 1977 г.  в виде комплекса совместных (НИИТТ и МИИМЭ) тем по созданию комплекта из 7 БИС, все не имели зарубежных аналогов. От НИИТТ основными разработчиками были Ю. Отрохов, П. Казанцев, В. Яковлев и др., от НИИМЭ А.И. Березенко, Л.Н. Корягин, В.А. Суворов, С.Н. Беляев, Б.Л. Марков, В.И. Базанов и др. Как всякий секционированный комплект, он имел достаточно открытую архитектуру, позволяющую строить на нем различные ЭВМ и системы. На его основе была сделана микро-ЭВМ «Электроника НЦ-05Т» с архитектурой НЦ, а когда архитектура НЦ была запрещена – был разработан PDP-11/40-совместимый вариант этой микро-ЭВМ НЦ-05Д. Комплект серии 1802 нашел широкое применение и у других разработчиков микро-ЭВМ и систем и был пополнен НИИМЭ, сегодня в каталогах приводится 16 БИС.

Комплект 1802 представляет собой 8/16-разрядные БИС, изготовленные по ТТЛШ технологии. БИС, требующие наиболее высокого быстродействия изготавливались по ЭСЛ технологии с ТТЛШ обрамлением. Основные свойства комплекта: неограниченное наращивание разрядности, микропрограммируемость, возможность эмуляции различных систем команд, высокое быстродействие. В составе комплекта: 8-разрядная микропроцессорная секция, 4-разрядный 4-входной сумматор, арифметический расширитель, 5 БИС различных умножителей, 2 БИС специальных регистров, интерфейсные БИС, мажоритарные элементы.

Комплект производился в трех конструктивных исполнениях, нашел широкое применение и пользуется спросом до сих пор.

На основе микропроцессоров серий 587, 588 и 1802 в СВЦ, а затем в НИИТТ, было создано семейство совместимых (снизу-ввенх) микро-ЭВМ "Электроника НЦ-01, -02, -02М, 03Т, 03Д, 03С, 04Т, 04Б, 05Т", система числового программного управления металлорежущими станками "Электрорника НЦ-31", телеграфный концентратор "Электроника НЦ-32" и др. Все они имели единую архитектуру типа "НЦ", созданную в СВЦ на основе собственного опыта создания супер- и мини-ЭВМ и анализа отечественного и зарубежного опыта. В качестве одного преимущества архитектуры НЦ следует отметить высокий уровень аппаратной защиты памяти, исключающий возможность появления вирусов. Фирма Intel, не имевшая опыта создания ЭВМ, поддалась соблазну удобства единого пространства памяти программ и данных в микропроцессорах и ввергла мир в кошмар вирусов и хакеров.

Микропроцессоры в Минэлектронпроме

С появлением микропроцессоров в МЭП сформировалось 6 основных центров их развития:

• СВЦ, НИИТТ, НИИМЭ, Зеленоград и ПО «Интеграл», Минск – с оригинальной архитектурой, получившей обозначение «Электроника НЦ»,

• НИИМЭ, Зеленоград – с архитектурой 2-разрядного секционного микропроцессорного комплекта I3000, фирмы Intel, США, (БИС по зарубежным аналогам),

• ЛОЭП «Светлана», Ленинград – с оригинальной архитектурой микропроцессоров и микроконтроллеров, получившей обозначение «Электроника С5»,

• ПО «Электроника», Воронеж – с архитектурой мини- и микро-ЭВМ PDP-11 и LSI-11 фирмы  DEC, США (БИС и ЭВМ по зарубежным аналогам),

• ПО «Кристалл», Киев – с архитектурой микропроцессоров и микроконтроллеров фирмы Intel, США, (БИС по зарубежным аналогам).

• ПО «Интеграл, Минск – комплект БИС с оригинальной архитектурой, предложенной межведомственной группой во главе с НИЦЭВТ для машин ЕС ЭВМ, на истории создания этого комплекта мы остановимся далее..

Здесь уместно отметить, что зеленоградцы не участвовали в разработках БИС в Ленинграде, Киеве, Воронеже и (кроме серии 588) Минске.

Однокристальная микро-ЭВМ "Электроника НЦ-80Т" (К1801ВЕ1)

В 1977 г. в НИИТТ была разработана и Ангстремом начато производство n-MOS динамического ОЗУ К565РУ3 емкостью 16 Кбит (16Кх1). Иными словами на предприятии была разработана и освоена в производстве новая технология изготовления сверхбольших БИС (СБИС) с числом транзисторов до 100 тысяч. Появилась возможность однокристальной реализации систем, до сих пор выполняемых на основе микропроцессорного комплекта серии (К)587.

Для реализации этой возможности с января 1978 г. по декабрь 1979 г. в НИИТТ по теме "Электноника 80Т" была проведена разработка однокристальной ЭВМ "Электроника НЦ-80Т" с архитектурой НЦ, которая как микросхема получила еще обозначение К1801ВЕ1. Формальным главным конструктором разработки был директор НИИТТ Э.Е. Иванов. Он сыграл огромную мобилизующую роль в организации выполнения престижной темы, но специалистом в архитектуре ЭВМ, схемотехнике и технологии он не был. Техническое руководство разработкой осуществлял начальник отдела НИИТТ В.Л. Дшхунян, активными разработчиками были П.Р. Машевич, И.А. Бурмистров, П.М. Гафаров, С.С. Коваленко, А.А. Рыжов, В.П. Горский, А.Н. Сурков и др. (рис. 4)

К1801ВЕ1 – 16-разрядная ЭВМ с возможностью обработки 1-, 8-, 16- и 32-разрядных данных. Адресуемое пространство 64К слов (128К байт), резидентные (в кристалле) ОЗУ – 128х16 бит, ПЗУ – 1024Кх16 бит. Система команд НЦ-03.

Из-за ограниченности числа выводов в БИС был применен вариант магистрали НЦ с совмещенными шинами адреса и данных (как в МПК серии 587). Для периферийных устройств она полностью соответствовала шине Q-BUS микро-ЭВМ LSI-11 ф. DEC, но отличалась мультипроцессорностью (до четырех микропроцессоров). Шина получила название "Магистральный параллельный интерфейс (МПИ)" и узаконена стандартами ОСТ 11.305.903-80 и ГОСТ 26765.51-86. ОЭВМ К1801ВЕ1 (рис. 5) содержала микропроцессор, оперативную и постоянную память, таймеры, порты ввода-вывода и выход на магистраль МПИ.

В соответствии с планом (рис. 6) в ходе выполнения разработки последовательно было сделано три экспериментальные партии СБИС – в декабре 1978 г., в мае и сентябре 1979 г. В октябре были проведены все необходимые испытания, а затем тема была сдана госкомиссии.

В Минэлектронпроме была весьма противоречивая практика. Во-первых, широко процветала насаждаемая заказчиками и понравившаяся большинству руководителей практика воспроизводства зарубежных аналогов, приводящая к запрограммированному отставанию. Во-вторых, в то время еще действовал хрущевский лозунг "догоним и перегоним Америку" и тому же начальству очень хотелось "догнать и перегнать". Поэтому в технических заданиях и в отчетах по всем темам строго требовалось указывать лучшие зарубежные аналоги и сравнивать с ними технический уровень разработки. И если он был хуже – разработку не разрешали. Следили за правильностью аналогов и сравнений грамотные люди, которых обманывать удавалось не часто. Особенно, если проект "перегонял". Правда, эта игра была не без лукавства – ведь сравнивали свои новые разработки с лучшими, но с серийными зарубежными изделиями, в лучшем случае с анонсированными, т.е. освоенными в производстве – другой информации не было. Но на это лукавство не обращали внимания.

В отчете по теме "Электроника НЦ-80Т" указано 5 лучших на то время из известных однокристальных ЭВМ. Из них только одна была 16-разрядной – TMS 9940 ф. Texas Instruments. Остальные были 8-разрядные, т.е. более низкой категории.

В это же время 16-разрядная ОЭВМ была разработана также в лениградском ЛОЭП "Светлана", характеристики этих ОЭВМ приведены в таблице (рис. 7).

Из таблицы очевидно, что почти по всем основным параметрам НЦ-80Т существенно превосходит лучший зарубежный аналог. Это была лебединая песня, гордость Минэлектронпрома. Наконец-то удалось "перегнать" проклятых империалистов.

Однако век гордости Минэлектронпрома однокристальной ЭВМ "Электроника НЦ-80Т" (К1801ВЕ1) оказался недолгим и вскоре она была забыта. Главных причин тому было две:

1. Микро-ЭВМ в условиях СССР опередила свое время, она оказалась не востребована потребителем. ОЭВМ, в нынешней терминологии микроконтроллер, предназначена для встраиваемого локального управления различными устройствами, например стиральной машиной, телевизором, электроинструментом, телефоном, узлом технологического оборудования и в других применениях, где ресурсов микроконтроллера достаточно и никаких других микросхем не требуется. Сегодня мы со всех сторон окружены такими микроконтроллерами, в каждой квартире их от нескольких штук до нескольких десятков. Даже в социальной или платежной карточке имеется свой микроконтроллер. Но это сейчас, в 2012 г. В 1980 г. все было совершенно иначе, особенно в СССР, в целом отстававшем во внедрении микропроцессоров от западных развитых стран. Советские разработчики электронной и технологической аппаратуры оказались абсолютно не готовы к применению довольно мощного 16-разрядного микроконтроллера (кстати, и зарубежные тогда тоже, именно поэтому там 16-разрядных микроконтроллеров еще практически и не было). Даже сами разработчики и их коллеги из НИИТТ не предложили ни одного микроконтроллерного применения НЦ-80Т, на ее основе они начали делать одноплатные, многоплатные и диалоговые системы (НЦ-8001, НЦ-8020 и НЦ-8010 соответственно). А это означало, что существенная часть аппаратных ресурсов микроконтроллера оказывается никому не нужной, лишней. Например, 256 байт ОЗУ для одноплатной системы совершенно недостаточно. А учитывая, что емкость БИС ОЗУ, которые ставились на плате, была 16К бит (16 384 бит), т.е. многократно больше 256 бит, то использовать ОЗУ микроконтроллера просто невозможно. Оно не только лишнее, но и создает проблемы в адресации к памяти. Иными словами, для построения одноплатных и более сложных систем микроконтроллер не нужен, нужна его основная часть – микропроцессор.

2. При проектировании НЦ-80Т были максимально использованы возможности новейшей тогда в НИИТТ технологии, еще не отработанной. Кристалл получился большой и технологически сложный, процент выхода годных был очень низкий, себестоимость кристалла была очень высокой. Если бы на НЦ-80Т был высокий спрос потребителя, технология развивалась бы быстрее и вскоре была доведена до серийной (что позже на микропроцессорах и было сделано), а пока дело шло плохо.

Иными словами однокристальная ЭВМ К1801ВЕ1 оказалась никому не нужна. Но нужен был однокристальный микропроцессор. Он и был разработан.

Семейство однокристальных микропроцессоров и периферийных микроконтроллеров

Итак скоро стало ясно, что созданная в 1979 г. в НИИТТ на основе n-МОП технологии однокристальная ЭВМ К1801ВЕ1 потребителю не нужна. Но в ее составе был прекрасный микропроцессор с архитектурой типа НЦ, программно совместимый с уже промышленно выпускаемой микро-ЭВМ "Электроника НЦ-03Т". В 1981 г. этот микропроцессор "извлекли" из ОЭВМ, доработали с учетом обнаруженных ошибок и новых мыслей и сделали однокристальный процессор К1801ВМ1.

Создавая архитектуру НЦ, окончательная итерация которой была реализована в микро-ЭВМ НЦ-03, -04, -05 и НЦ-80Т (К1801ВЕ1), разработчики изучали многие зарубежные и отечественные мини- и микро-ЭВМ, в т.ч. PDP-11/03, -11/30, -11/34, -11/40, -11/70 и заимствовали из них много ценных идей и решений. Поэтому между архитектурами ЭВМ PDP-11 и НЦ было много общего, но архитектура НЦ появилась на свет на 7 лет позже DEC-овской и впитала в себя многие из достижений этого семилетия, т.е. была более прогрессивна. Естественно, что архитектура DEC тоже последовательно совершенствовалась от модели к модели, но требования программной и аппаратной совместимости моделей накладывали на это совершенствование весьма жесткие ограничивающие рамки. Архитектура НЦ на тот период была свободна от таких рамок, т.к. она изначально разрабатывалась для ряда ЭВМ с различной вычислительной мощностью и этот ряд еще только начинался.

Микропроцессоры серии 1801 типа ВМ1

По инициативе руководившего разработкой начальника отдела В.Л. Дшхуняна, с целью расширения области применения микропроцессора, разработчики К1801ВМ1 еще раз изучили архитектуру ЭВМ серии PDP-11 и заложили в него возможность реализации архитектур и НЦ, и PDP-11. Это было не сложно, т.к. ЭВМ НЦ имели микропрограммное управление, а системная магистраль была совместимой. В состав К1801ВМ1 заложили достаточно большую программируемую логическую матрицу (ПЛМ), в которой можно было "прошить" системы команд (СК) либо НЦ, либо DEC.

Первая партия микропроцессора К1801ВМ1 была выпущена с системой команд НЦ. Но в это время архитектура НЦ приказом министра была запрещена. Далее микропроцессор К1801ВМ1 выпускался только с системой команд (64 команды), полностью соответствующей СК микро-ЭВМ LSI-11 (процессор KD11-F) и "Электроника 60" (процессор "М1") воронежского ПО "Электроника", воспроизводившего ЭВМ ф. DEC. Таким образом, БИС К1801ВМ1, как и последовавшие за ним К1801ВМ2 и К1801ВМ3/ВМ4, вопреки распространенному мнению, не были ни прямыми, ни косвенными аналогами БИС микропроцессоров ф. DEC. Все они были однокристальными и имели встроенную системную магистраль МПИ, отличающуюся от Q-bus и Q22-bus ф. DEC и ПО «Электроника» мультипроцессорностью (до 4-х процессоров). По степени интеграции они существенно превосходили американские и воронежские варианты, заменяли по несколько БИС их многокристальных процессоров. Микропроцессоры имели совершенно другие структурные и схемотехнические решения, но реализующие архитектуру ЭВМ PDP-11. В чем-то получались несоответствия, поэтому абсолютной программной совместимости не было и программы ф. DEC, а так же их воронежских и СМ ЭВМ клонов, для постановки на первых версиях зеленоградских микропроцессоров зачастую требовали незначительной и не трудоемкой адаптации, но после этого работали надежно. Эти несоответствия быстро были выявлены, микропроцессоры откорректированы и полная программная совместимость обеспечена. Конструктивно, для различных условий эксплуатации микропроцессоры и периферийные БИС для них выполнялись в различных корпусах, в обозначении это отображалось соответствующими буквами (или их отсутствием) перед номером серии БИС –«1801».

Микропроцессоры серии 1801 типа ВМ 2

В 1982 г. в НИИТТ был разработан второй DEC-совместимый 16-разрядный микропроцессор К1801ВМ2, ГК – В.Л. Дшхунян, разработчики В.Н. Науменков, А.А. Рыжов, И.А. Бурмистров и др. От своего предшественника К1801ВМ1 он отличался расширенной СК, пополненной командами умножения, деление и арифметики с плавающей запятой. СК ВМ2 включала 72 команды и была полностью совместима с СК микро-ЭВМ LSI-11/2 и "Электроника 60М". Для повышения быстродействия процессора в нем был реализован отсутствующий в аналогах конвейер, обрабатывающий одновременно три последовательные команды. Позже был разработан КМОП варианты микропроцессора – 1806ВМ2, Н1806ВМ2, 1836ВМ2 и Н1836МВ2 для различных видов монтажа и условий эксплуатации, а так же специальный вариант для карманной ПЭВМ «Электроника МК-85» – КА1013ВМ1.

Микропроцессоры серии 1801 типа ВМ3 и ВМ4

В июне 1983 г. в НИИТТ была завершена разработка третьего микропроцессора из ряда 16-разрядных однокристальных микропроцессоров, совместимых с ЭВМ типа PDP-11 фирмы DEC – БИС К1801ВМ3. Главный к онструктор В.Л. Дшхунян, ведущие разработчики П.Р. Машевич, С.С. Коваленко, В.П. Горский, Р.И. Волков, Ю.К. Фортинский и др.

Главное его отличие от младших моделей ВМ1 и ВМ2 – наличие диспетчера памяти с физическим адресом в 22 разряда, что расширило адресное пространство процессора до 4М байт. Было также применено на основе собственных и заимствованных идей ряд новых структурных и схемотехнических решений для повышения производительности процессора. Это введение специальной быстрой магистрали ОЗУ и узла для предварительного разбора команд, распараллеливание процесса выполнения команд по принципу «трубопровода», обеспечение возможности подключения арифметического сопроцессора с плавающей запятой (позже созданного – К1801ВМ4) и многое другое.

Базовая система команд включает 75 команд, в т.ч. все команды микропроцессоров К1801ВМ1 и К1801ВМ2. Кроме того, в процессоре реализованы команды расширенной арифметики, позволяющие непосредственно оперировать с 32-разрядными словами. При подключении сопроцессора К1801ВМ4, добавляются команды 32-разрядной арифметики с плавающей запятой. Расширены возможности модификаций применения имеющихся команд, в результате всех предпринятых мер общее число доступных пользователю команд превысило 400.

Микропроцессор К1801ВМ3 обрабатывал 8-, 16- и 32-разрядные данные, его производительность на частоте 6МГц достигала 1,5 млн. оп/с. Процессор имел 8 регистров общего назначения и 4 линии запросов на прерывания. К1801ВМ3 упаковывался в 64-выводной корпус. Позже были разработаны К-МОП варианты микропроцессоров – 1806ВМ3, 1806ВМ4, 1836ВМ3 и 1836ВМ4.

Комплект однокристальных модулей серий 1801/1809 и 1806

Микропроцессоры типа ВМ1, ВМ2, ВМ3 и ВМ4 серий 1801/1806 стали ядром огромного комплекта однокристальных функциональных модулей со встроенной системной магистралью МПИ. В НИИТТ и ЛОЭП «Светлана» (серия К1809) были разработаны и производились в больших количествах специальные БИС однокристальных модулей памяти, например: ОЗУ 1Кх16 бит (К1809РУ1), ПЗУ 4Кх16 (К1801РЕ1 и К1809РЕ1), РПЗУ 4Кх16 с ультрафиолетовым стиранием (К573РФ3). В НИИТТ, НИИ НЦ, Светлане и многими другими предприятиями в виде полузаказных БИС на основе базовых матричных кристаллов (БМК) 1801ВП1 (n-MOП), 1806ХМ1, 1515ХМ1, 1537ХМ1 и 1537ХМ2 (КМОП) было разработано огромное количество унифицированных и специальных периферийных функциональных модулей. Эти БИС производились Ангстремом (n-МОП и КМОП) и Светланой (n-МОП, серия К1809). Потребителям на основе БМК также была предоставлена возможность создания собственных периферийных модулей с их производством на Ангстреме. Общая номенклатура модулей определить сейчас невозможно, по экспертной оценке специалистов Ангстрема, занимавшихся сопровождением разработок полузаказных БИС на основе К1801/1809, 1806 и 1537, она может составлять около 500 типов однокристальных модулей. Фирме Intel, мировому тогда лидеру, такая функциональная полнота комплекта и не снилась. Микропроцессоры и другие БИС выпускались в различных конструкциях, ориентированных на различные условия эксплуатации. Функциональная полнота модулей и встроенный МПИ предельно упрощали построение различных систем, обеспечивали их высокие характеристики. В результате микропроцессорный комплект 1801/1806/1836 был наиболее популярным и массовым в СССР и странах СЭВ. Он востребован потребителем до сих пор. Многие БИС этого комплекта, после масштабирования на новые технологические нормы, производятся и сейчас. В различных справочниках в Internet и сейчас такие БИС упоминаются десятками. Создание новых периферийных БИС для микропроцессоров 1801/1806/1836 продолжается.

Партнеры

Здесь уместно отметить, что у коллективов разработчиков микропроцессорных БИС отдела В.Л. Дшхуняна в НИИТТ и отдела В.Я. Кузнецова (как и всего отделения М.П. Гальперина) в ЛКТБ "Светлана" были чисто партнерские, дружеские отношения. Они не конкурировали, а сотрудничали.

Ярким примером таких отношений было создание общего комплекта однокристальных модулей серий К1801 (НИИТТ) и К1809 (ЛКТБ). После того, как в апреле 1981 г. оригинальные архитектуры типов "НЦ" и "С5" были запрещены в пользу архитектуры типа DEC, ленинградцам пришлось остановить разработку варианта К586ВЕ1 с перепрограммируемым ПЗУ (тема "Фединг 1"). В это время в НИИТТ уже завершалась разработка 16-разрядного микропроцессора К1801ВМ1 с возможностью реализации архитектуры типа DEC с системной магистралью МПИ и БМК К1801ВП1. Ленинградцы сочли нецелесообразным создание у себя еще одного подобного микропроцессора и приняли зеленоградский микропроцессор и БМК К1801ВП1 в производство на ЛОЭП "Светлана". В результате за несколько лет на основе БМК НИИТТ в рамках серии К1801 и ЛКТБ в рамках серии К1809 совместно был создан уникальный развиваемый комплект К1801/К1809, включающий широкий спектр различных микропроцессоров и периферийных модулей. На его основе была создана микро-ЭВМ "Электроника С5-41".

В качестве примера укажем некоторые функционально законченные модули со встроенной системной магистралью МПИ, выполненные на основе К1801ВП1. Часть этих БИС являлась многофункциональными, настраиваемыми на выполнение определенных функций либо программно, либо коммутацией внешних выводов на печатной плате. Совместное применение некоторых БИС позволяло получить новые функциональные модули. Вот эти примеры: К1801ВП1-030 + К1801ВП1-013 – контроллер динамического ОЗУ, К1801ВП1-031 – контроллер прерываний, К1801ВП1-033 и К1801ВП1-034 – многофункциональные устройства параллельного интерфейса, К1801ВП1-030 + К1801ВП1-028 – контроллер ОЗУ с контролем по Хеммингу, К1801ВП1-038 – программируемый интервальный таймер, К1801ВП1-035 – многофункциональное устройство последовательного интерфейса, в частности контроллер ИРПС (радиальный последовательный интерфейс СМ ЭВМ), К1801ВП1-033 + К1801ВП1-034 – контроллер ИРПР (радиальный параллельный интерфейс СМ ЭВМ), К1801ВП1-043 и К1801ВП1-044 – модем, К1801ВП1-020 – контроллер телеграфного канала, К1801ВП1-033 – контроллер НГМД (флоппи-диск), К1801ВП1-027 – контроллер ЗУ с последовательной выборкой, К1809ВВ1 – два 8-разрядных программируемых канала ввода-вывода, К1809ВВ2 – четырехпроводная последовательная магистраль межмашинного обмена, К1809ВГ1 – контроллер магнитофона для использования его в качестве внешнего ЗУ, К1801 ВП1-032 – контроллер ЦМД (внешнего ЗУ на цилиндрических магнитных доменах), К1801ВП1-037, К1809ВГ2 и К1809ВГ3 – контроллеры телевизоров и клавиатур для их использования в качестве дисплеев; К1801ВП1-040 – контроллер точечного дисплея, К1801ВП1-014 и К1801ВП1-021 – контроллеры клавиатур. Это малая часть сделанного.

Микро-ЭВМ и микросистемы на основе однокристальных устройств

Одноплатная ЭВМ "Электроника НЦ-8001"

В 1979 г. в рамках НИР по разработке однокристальной ЭВМ К1801ВЕ1 были сделаны действующие образцы одноплатной ЭВМ «Элнетроника НЦ-8001» и персонального компьютера «Электроника НЦ-8010». Цифры "80" (от "80Т") в обозначение ЭВМ были введены для ее отличия от ранее разработанной одноплатной ЭВМ "Электроника НЦ-01" на основе микропроцессорных БИС серии К587.  Вот как об этом вспоминает Ю.Л. Отрохов: " В инициативном порядке Ю. Отроховым и В. Яковлевым была разработана и изготовлена первая версия одноплатной микро-ЭВМ «Электроника» НЦ-8001 с микросхемой К1801ВЕ1 и пульта ввода-вывода информации на тумблерах. Показали микро-ЭВМ в работе руководству, те, поздравив с победой, стали всячески поддерживать аппаратное направление в коллективе. Далее разработки микро-ЭВМ уже велись на основе печатных плат. Для ознакомления, был приобретён ряд зарубежных мини-компьютеров, которые все были тогда на основе 8-разрядных микропроцессоров. Однозначно, тогда, с практической точки зрения К1801ВЕ1 с резидентными 2КВ ПЗУ и 256В ОЗУ, была явным перебором и показухой. На предложение Отрохова, воспроизвести 8-разрядный Z80 для применения в компьютерах, руководство ответило отказом, заявив, что это шаг назад, а надо только вперёд и вперёд. Впрочем, аналогичные амбициозные настроения "утереть всем нос" были и у разработчиков. Начались разработки (на основе БМК К1801ВП1) периферийных контроллеров ввода-вывода и обмена информации для одноплатной микро-ЭВМ и дополнительных плат для построения микросистем. Затем были разработаны 1-местный и 4-местный корпуса с блоком питания (Электроника НЦ-8020). На одноплатной ЭВМ НЦ-8001 и ее компановках в корпусах НЦ-8020 учились и разработчики микро-ЭВМ (как их делать) и потребители (как их применять) – тогда это были изделия принципиально нового класса, диковинного и непонятного.

А Электроника НЦ-8010 стала школой для разработки и применения еще одного нового тогда класса продукции – бытового компьютера (home computer). Термина "персональный компьютер" тогда еще не было. Это направление возглавил А.Н. Полосин, а его результатом стал бытовой компьютер "Электроника БК-0010", серийно выпускавшийся павлово-посадским заводом "Экситон".

В начале 1981 г. был закончена ОКР по разработке НЦ-8001 (ГК В.Дшхунян, разработчики: Ю.Отрохов, В.Яковлев, Е. Мухина, А.Рыжов.). ЭВМ могла обрабатывать 1-, 8-, 16- и 32-разрядные данные с быстродействием до 500 000 оп/с. Ее состав: ДОЗУ и ПЗУ по 32К байт, 16-разрядный таймер, программируемый интерфейс на 32 линии ввода и 32 линии вывода информации, последовательный интерфейс. ЭВМ выполнена на типовой для микро-ЭВМ типа НЦ, печатной плате размером 180х300 мм с разъемами с двух сторон, на один выведена шина МПИ, на другой – внешние порты программируемого и последовательного интерфейсов (рис. 8). В резидентном ПЗУ были реализованы программы обеспечивающие работу непосредственно с НГМД 70 и дисплеем типа «Видеотон».

Одноплатные ЭВМ "Электроника НЦ-8001Дхх"

Одновременно с микропроцессорами К1801ВМ1, -ВМ2, ВМ3 и ВМ4 коллективом разрабатывались и одноплатные микро-ЭВМ, необходимые как для отладки и подтверждения работоспособности микропроцессоров, так и для создания первичного их потребителя. Принятие DEC архитектуры отразилось и на конструкции ЭВМ – был принят конструктив воронежской микро-ЭВМ "Электроника-60" (клон DEC-овской LSI-11, с размерами, округленными с дюймовых до метрических). Основными их ряда одноплатных микро-ЭВМ были "Электроника НЦ-8001Д" (на К1801ВМ1), "Электроника НЦ-8001ДМ" (на К1801ВМ2) и "Электроника НЦ-8001ДА" (на К1801ВМ3). Эти ЭВМ (рис. 9) массово производились несколькими заводами Минэлектронпрома. На основе этих микро-ЭВМ были разработаны и серийно производились персональные компьютеры семейства ДВК – самые массовые в стране в дореформенные годы.

Карманный ПК «Электроника МК-85»

В 1984 году в Министерстве электронной промышленности были начаты работы по воспроизводству карманного персонального микрокомпьютера (КПК) FX-700P фирмы Casio со встроенными матрично-символьным ЖК-дисплеем и алфавитно-цифровой клавиатурой. FX-700P программировался на языке BASIC. К нему прилагался комплект миниатюрных периферийных устройств. В него входили термопринтер FP-12, печатающий на бумажную ленту шириной 38 мм по 20 символов (5х7 точек) в строке, и контроллер FA-3 бытового кассетного магнитофона Panasonic RQ-8300, позволяющий использовать магнитофон в качестве внешнего ЗУ со скоростью записи 300 бит/с. Для подключения этих устройств FX-700P имел параллельный четырехразрядный порт (12 контактов). Предлагались и дополнительные модули ОЗУ – RC-2 и RC-4 емкостью 2К и 4 Кбайт соответственно. Все эти устройства имели встроенное батарейное питание и подключались непосредственно к разъему КПК FX-700P без кабеля. При подключенном контроллере FA-3 принтер FP-3 подсоединялся к специальному дополнительному разъему на задней стенке контроллера. Размер всей конструкции в сборе составлял 7х7х1,5” (17,8х17,8х3,6 мм). Остановимся подробнее на результатах этой работы.

Воспроизводство устройств КПК FX-700P было поручено разным предприятиям Минэлектронпрома. НИИ точной технологии (НИИТТ, Зеленоград) получил задание министра А.И.Шокина воспроизвести главный элемент комплекта – микрокомпьютер FX-700P. Разрабатываемый КПК был назван «Электроника МК-85» (от 1985 г.). FX-700P был выполен на основе четырехразрядного микроконтроллера HD61913A01 со встроенными контроллерами ЖКД и клавиатуры, а также двух БИС ОЗУ типа HD61914 общей емкостью 2 Кбайт, связанных с процессором 4-бит шиной.

Специалисты НИИТТ (главный конструктор – П. Машевич, заместитель ГК – Ю.Отрохов, разработчики – С.Ермаков, О.Семичастнов, Б.Кротков, А.Подоров, В.Гладков и др.) предложили выполнить компьютер, подобный FX-700P, на основе созданных на предприятии и хорошо отработанных микросхем. Это 16-разрядный микропроцессор Н1806ВМ2 (его n-МОП вариант применялся в персональных компьютерах ДВК-1, ДВК-2, УК-НЦ и др.) и базовый матричный кристалл (БМК) Н1515ХМ1. Обе микросхемы были выполнены по одной КМОП технологии. А.И.Шокин согласился с этим предложением, но потребовал полного внешнего сходства с аналогом. Это условие было выполнено (рис.1), но при этом у разработчиков возник ряд проблем. Например, применение ползункового выключателя (как в КПК фирмы Casio) потребовало некоторых схемных ухищрений для получения импульсных сигналов ВКЛ и ВЫКЛ, необходимых сторожевой схеме микропроцессора.

Внешнее сходство с аналогом впоследствии вызвало многочисленные кривотолки и недоумения, которых и сейчас немало в Интернете. Чтобы прояснить ситуацию, приводим фотографии обоих микрокомпьютеров со вскрытыми задними крышками, из которых очевидно, что это совершенно разные изделия (рис.2).

По совокупности характеристик МК-85, безусловно, относится к компьютерам, но в карманном исполнении. Поэтому он не удовлетворял требованиям к технологии, конструкции, условиям эксплуатации и т.п. персональных компьютеров, предъявляемым действующей тогда системой стандартизации. По этим параметрам он более соответствовал микрокалькуляторам и был формально отнесен к ним. И обозначение он получил как микрокалькулятор – «Электроника МК-85».

Микропроцессор

С 1981 года, в НИИТТ разрабатывался ряд микросхем, состоящий из трех однокристальных 16-разрядных микропроцессоров (МП) различной вычислительной мощности со встроенной системной магистралью МПИ. Микропроцессоры ряда К1801ВМ1 были архитектурно совместимы с микрокомпьютерами серии LSI-11 фирмы DEC (США) и с отечественными их клонами типа "Электроника 60" и СМ ЭВМ. Но МП были построены на основе собственных оригинальных структурных и схемотехнических решений и по степени интеграции превосходили зарубежные и отечественные аналоги – они были однокристальными микросхемами. Выпускались эти микропроцессоры в рамках серий БИС 1801 (n-канальные МОП) и 1806, 1836 (КМОП) в различных конструктивных исполнениях.

В 1982 году в НИИТТ был разработан второй микропроцессор этого ряда – К1801ВМ2 (главный конструктор – В.Л.Дшхунян, разработчики В.Н.Науменков, Е.Максимов, И.А.Бурмистров и др.). От своего предшественника он отличался  расширенной системой команд (СК), пополненной командами умножения и деления. СК К1801ВМ2 включала 72 команды и была полностью совместима с СК микрокомпьютеров LSI-11/2 и "Электроника 60М". Для повышения быстродействия процессора в нем был реализован отсутствующий в аналогах и К1801ВМ1 конвейер, обрабатывающий одновременно две последовательные команды. Позже был разработаны КМОП-варианты микропроцессора – 1806ВМ2, Н1806ВМ2, КА1806ВМ2, 1836ВМ2 и Н1836МВ2 для различных видов монтажа и условий эксплуатации. Эти МП обрабатывали одновременно три последовательные команды.

В НИИТТ также имелся уже хорошо отработанный БМК 1515ХМ1 на 3000 вентилей, выполненный по той же КМОП-технологии, что и микропроцессор. На основе этих МП и БМК и был построен КПК «Электроника МК-85».

Варианты КПК

На первом этапе разработчики использовали микропроцессор Н1806ВМ2, смонтированный в пластмассовый микрокорпус. Но это было временное решение. Во-первых, батарейное питание КПК выдвигало свои требования. Пришлось отбирать кристаллы микропроцессора с минимальным потреблением энергии и с увеличенным до 6 В допуском по питающему напряжению. Процессор получил обозначение КА1806ВМ2 (Т243-2*) (Сноска *Здесь и далее в скобках приведены временные заводские маркировки БИС, используемых в серийно выпускаемых КПК). Во-вторых, в МП Н1806ВМ2 было немало лишних, не нужных МК-85 элементов. А в то же время недоставало контроллеров памяти, клавиатуры, ЖКД и др. На основе БМК пришлось реализовать отдельные контроллеры, подключаемые к системной магистрали МПИ процессора, а именно БИС контроллера ОЗУ, ПЗУ и клавиатуры – КН1515ХМ1-015 (T241-2-015) и БИС многовыводного контроллера ЖКД – КН1515ХМ1-014 (T241-2-014). В МК-85 были применены также БИС ОЗУ емкостью 2Кх8 бит КН557РУ9 (T244-2) и два ПЗУ емкостью 8Кх8 бит, каждое КН563РЕ1 (Т242-2,). Это был пилотный вариант микрокомпьютера, не освоенный в серийном производстве. Правда, какое-то число этих МК-85 опытного производства разошлось по потребителям. Упоминания о них встречаются в Интернете.

Второй вариант МК-85 был ориентирован на серийное производство, для чего под руководством П. Машевича была разработана специальная БИС на основе микропроцессорного ядра 1806ВМ2, обрамленного по периферии ячейками БМК 1515ХМ-1. Появился новый БМК с встроенным микропроцессорным ядром. На ячейках БМК собрали недостающие узлы, в частности: контроллер памяти, контроллер клавиатуры, управляемый генератор, сторожевую схему, схему подачи питания, программируемый 15-разрядный порт (для обычного 16-разрядного не хватило одного вывода в корпусе БИС), последовательный порт для подключения контроллера ЖКД и др. В результате получился процессор КА1013ВМ1 (Т36ВМ1-2) (рис.3). Были созданы также БИС контроллера ЖКД КА1013ВГ2 (Т36ВГ1-2), БИС ОЗУ емкостью 2Кх8 байт КА1013РУ1 (Т36РУ1-2) и ПЗУ емкостью 16Кх8 байт КА1013РЕ1-2 (Т36РЕ1-2). На основе этих БИС и были разработаны две модификации КПК – МК-85 и МК-85М. Отличались они только числом БИС ОЗУ, установленных на три посадочных места на плате КПК. В МК-85 устанавливалась одна БИС, объем его ОЗУ составил 2 Кбайт. В МК-85М устанавливались три БИС, объем его ОЗУ был равен 6 Кбайт.

На плате КПК МК-85 предусматривались два свободных места для БИС ОЗУ (см. рис.2), и многие потребители сами устанавливали БИС памяти в МК-85, превращая его в МК-85М. Выпуск варианта с меньшим объемом памяти, который для многих потребителей был достаточным, был обусловлен необходимостью экономии батарейного питания. В отличие от FX-700P, в МК-85 предусматривалась возможность питания от внутренних батареек и внешнего блока питания «Электроника Д2-10К» (рис.4), подключаемого к сети 220 В. Тогда блоки питания, встроенные в вилку сетевого кабеля, были большой редкостью, и «Электроника Д2-10К» поставлялся с КПК.

Предприятия, которым было поручено воспроизводство периферийных устройств, с заданием не справились, и МК-85 остался без периферии. Поэтому имеющийся в КПК программируемый порт решено было не выводить, что, к сожалению, и сделали.

Характеристики КПК «Электроника МК-85»

 «Электроника МК-85» – миниатюрный персональный компьютер (ПК), внешне похожий на обычный карманный микрокалькулятор. Он может работать как в режиме калькулятора, так и в режиме компьютера с использованием языка BASIC. Информация и управление «Электроникой МК-85» вводятся с клавиатуры, состоящей из 54 клавиш, расположенных в двух зонах. В левой зоне располагаются 35 многофункциональных клавиш, предназначенных для ввода в ПК прописных или строчных букв латинского и русского алфавита, математических и специальных знаков, команд и операторов языка BASIC, а также для управления курсором и выбора режима работы, как самого ПК, так и его клавиш. В правой зоне находятся 19 одно-, двух- или трех функциональных клавиш для ввода цифр, нескольких букв русского алфавита, выбора нужного файла оперативной памяти, а также для выполнения некоторых функций управления компьютером. Многофункциональность (до семи различных функций) обеспечивают клавиши совмещенных функций S и F, а также клавиши MODE (выбор режима). Выполняемые функции обозначены на самих клавишах, сверху, снизу и справа от них, а также на специальной накладке на клавиатуру.

Использование принципа бегущей строки позволяет записывать в ПК строки длиной до 63 символов. На матричном 12-разрядном ЖКД с регулируемой контрастностью одновременно отображаются до 12 букв, цифр или символов. При помощи клавиш перемещения курсора "ß" и "à" можно просмотреть строку любой длины. В верхней части индикатора расположена служебная строка, в которой индицируются символы, обозначающие режим работы компьютера и число неиспользованных шагов программы. Справа от ЖКД расположена таблица режимов работы компьютера, в которой, в отличие от FX-700P, отсутствует строка режимов работы принтера (единственное отличие во внешнем виде лицевой панели компьютеров). Кроме клавиатуры и дисплея на верхней панели расположен выключатель питания, а в левом торце, в отличие от FX-700P, – разъем для подключения блока питания «Электроника Д2-10К», входящего в комплект поставки МК-85.

МК-85 обрабатывает числа с плавающей запятой (разрядность мантиссы 10) порядка четырех десятичных знаков. Объем энергонезависимой памяти (т.е. ее содержание сохраняется при установленных элементах питания, а также в течение 15 мин после их извлечения для замены) МК-85 – 2 Кбайт, МК-85М – 6 Кбайт. Память достаточна для реализации компьютерами МК-85 и МК-85М программ в 1221 шагов (до 150 строк программы на BASIC) и 5317 шагов (до 450 строк), соответственно. Система счисления для чисел и команд – двоичная. Разрядность чисел и команд – 16 бит. По системе команд КПК совместим с ЭВМ ДВК-1/2, БК-0010, УК-НЦ и «Электроника 60М». Типы команд – безадресные, одно- и двухадресные. Виды адресации – регистровая, косвенно-регистровая, автоинкрементная, косвенно-автоинкрементная, индексная, косвенно-индексная. Число регистров общего назначения – восемь, число каналов передачи информации – один, число команд – 72. Объем адресуемой памяти – 64 Кбайт. Максимальная тактовая частота – 2 МГц. Применение в МК-85 микропроцессора типа ВМ2 обеспечило высокую точность вычислений, что было подтверждено следующим испытанием. заключавшееся в Исходное число последовательно шесть раз возводилось в квадрат, а затем из результата также последовательно шесть раз извлекался квадратный корень. В итоге была получено исходное число. На FX-700P результат существенно отличался от исходного числа.

Для экономии энергии микропроцессор в основном находился в режиме покоя и включался только, когда нужно было определить нажатую клавишу или выполнить задачу. Клавиатура была спроектирована так, чтобы минимизировать рабочий режим микропроцессора и число его выводов, т.е. клавиатура постоянно не сканировалась, как обычно в калькуляторах. Для этого в контроллере ЖКД была специальная память.

Невысокая потребляемая мощность (до 20 мВт) обеспечивала непрерывную работу КПК «Электроника МК-85» от элементов питания в режимах записи и отладки программ в течение 200 ч, в режиме вычислений – в течение 80 ч. Предусмотренный в конструкции режим с  большим (в четыре раза) быстродействием значительно увеличивает потребляемую мощность, поэтому его рекомендуется использовать только при внешнем питании.

Программное обеспечение

По указанию А.И.Шокина в МК-85 была реализована та же версия BASIC, что и в FX-700P, хотя тогда уже были и более совершенные его версии. Не удовлетворенные таким ограничением, разработчики дополнили его операторами более новых версий, связанными с графикой. Эти операторы до сих пор применяются в различных игровых устройствах.

Программно и по клавиатуре МК-85 совместим с ДВК, и именно на ДВК, в основном, создавались его программы. С этой целью для ДВК был сделан специальный программный эмулятор МК-85, с помощью которого разрабатывались и прошивки ПЗУ (которые на машинном носителе передавались в производство ПЗУ), и рабочие программы пользователей, вводимые в КПК с его клавиатуры.

Поскольку разработка программного обеспечения, создание МК-85 и перевод на русский язык всей документации на FX-700P проводились параллельно, основным требованием к ПО МК-85 было идентичное оригиналу функционирование. Это накладывало ряд ограничений на интерфейс пользователя, состав операторов и внутреннюю структуру интерпретатора языка BACIC. Так, анализ вычислительных особенностей FX-700P привел к разработке для МК-85 64-бит арифметической библиотеки, обрабатывающей числа в формате с плавающей запятой, где старшие 16 бит содержат порядок (13 бит), знак (1 бит) и атрибуты (2 бита) числа, а младшие 48 бит – мантиссу: 12 десятичных цифр в двоично-десятичном виде. Для вычисления элементарных функций была разработана библиотека, реализующая алгоритм “CORDIC” ("цифра-за-цифрой"). Пожалуйста, дайте выходные данные брошюры: год издания, издательство, сколько станиц )

Для обычных пользователей были созданы библиотеки рабочих программ, включающие программы решения типовых задач вычислительной математики, экономики, статистики и других областей деятельности человека (рис.5). Библиотеки поставлялись вместе с КПК или отдельно в виде книжек, содержащих тексты, краткие описания и примеры использования BASIC-программ для «Электроники МК 85».

Пользователи и сами разрабатывали, собирали программы и их библиотеки, иногда издавали их. Пером может служить книга Руслана Степанова "150 вычислительных программ для карманного компьютера «Электроника МК-85», Издание НПП "Вектор", Москва, 1992.

Пользователям поставлялось более десятка разных вариантов прошивок ПЗУ для специальных применений МК-85 – КПК авиационных штурманов для прокладки маршрута, артиллеристов для расчета параметров стрельбы, для обучающей системы "Наставник" кафедры психологии МГУ им. М.В.Ломоносова и т.п.

Применение

В начале 1986 года первый отечественный КПК «Электроника МК-85/85М» поступил в продажу в фирменные магазины-салоны "Электроника" Минэлектронпрома. МК-85 стоил по тем временам недешево – 145 руб. Для сравнения первая зарплата молодого инженера составляла от 90 до 130 руб. Но все равно МК-85 сразу смели с прилавков магазинов "Электроника" в Москве, Ленинграде, Воронеже и других городах.

КПК предназначен для выполнения научных, инженерных, статистических, экономических и иных расчетов с помощью программ, написанных на языке BASIC. В нем микропрограммно реализовано выполнение четырех арифметических операций, вычисление прямых и обратных тригонометрических функций, десятичных и натуральных логарифмов, экспоненциальной функции, квадратного корня, абсолютной величины, определение знака числа, целой и дробной части числа, генерации случайных чисел. В КПК имеется режим самоконтроля компьютера.

МК-85 серийно выпускался заводом НИИ «Ангстрем» с 1986 по 2000 год. И все эти годы он был дефицитен. Всего было выпущено более 150 тыс. разных вариантов МК-85. Было сделано несколько прикладных вариантов МК-85. В частности, уже в ходе реформ, когда появилась масса фальшивых Авизо, большим тиражом была выпущены модификации МК-85 для их шифрования, прекратившие поток фальшивых Авизо. Это были портативные шифраторы, реализующий алгоритмы защиты информации «Анкрипт», разработанные ОАО «Анкорт», учрежденной в 1990 году Ангстремом. Для МК-85 в «Анкорт» были разработаны два варианта кодировок ПЗУ, реализующие эти алгоритмы (вместо языка BASIC), а «Ангстрем» с 1991 года серийно выпускал с ними КПК под именем «Электроника 85Б» (банковский – для шифровки Авизо) и «Электроника МК-85» (криптовариант – для других задач криптозащиты). Они обеспечивали шифрование и расшифровывание текстов, объемом до 750 буквенно-цифровых или 1500 цифровых символов. Для шифрования использовались долговременный (10¹⁰⁰ вариантов) и разовый (10¹⁰ вариантов) ключи, а также нелинейный алгоритм шифрования высокой сложности. На сайте компании Анкорт (http://www.cryptogsm.ru/about/) говорится: "На момент производства по своим тактико-техническим и криптографическим свойствам он (МК-85С.– Прим. автора.) не имел аналогов в мире. Указанным устройством оснащены многие государственные и коммерческие организации России и организации более чем 50 стран мира".

Архитектура и вычислительная мощность МК-85, единственного в мире в те годы 16-разрядного КПК, соответствовала мощности микро-ЭВМ LSI-11/2, «Электроника НЦ-8001ДМ», «Электроника 60М» или СМ ЭВМ, т.е. КПК имел большой резерв для развития. Это способствовало необыкновенно высокой его популярности. Пользователи покупали МК-85 не только для применения, но и для построения своих модификаций и систем. Они заменяли ПЗУ КА1013РЕ1, в котором была зашита реализация языка BASIC, на свои прошивки, увеличивали емкость ОЗУ до 32 Кбайт, выводили наружу программируемый порт и таким образом решали свои прикладные задачи.

Микропроцессорный комплект серии (К)Л1839

Оригинальные 16-разрядные микропроцессоры серий (К)1801/1806/1836, разработанные в НИИТТ и выпускаемые в массовом производстве заводом "Ангстрем", нашли широчайшее применение. Они работали в персональных компьютерах, управляли разнообразными станками, применялись в системах связи, в управлении технологическими процессами, в различных видах вооружения и военной техники, летали в самолетах и космических аппаратах, плавали в кораблях и подводных лодках и имели массу других применений. Но было немало применений, где их вычислительных ресурсов не хватало. Требовались такие же массовые 32-разрядные микропроцессоры. И в первую очередь они требовались самому Минэлектронпрому.

Первые интегральные схемы содержали по нескольку элементов и легко поддавались ручному проектированию. Но сложность ИС росла быстро и столь же быстро развивались системы автоматизации проектирования – САПР. С появлением БИС без САПР обойтись уже было невозможно – человеческих ресурсов на их разработку не хватало. Поэтому как во всем мире, так и в Минэлектронпроме САПР развивались стремительно. Сначала методами "хуторского хозяйства", т.е. каждый спасался сам. Так было и у нас, так было и в зарубежных фирмах. На заре развития отечественных САПР использовались универсальные ЭВМ: М-220, М-222, БЭСМ-4, позже – БЭСМ-6, ЕС ЭВМ, ЭВМ Электроника, СМ ЭВМ и др.

В Минэлектронпроме были высокоэффективные САПР своей разработки, современного им уровня. Но универсальных ЭВМ в стране остро не хватало, делать их Минэлектронпрому самому по отраслевой специализации было не положено, да и неинтересно. Поэтому Минэлектронпром всякими правдами и неправдами, вопреки запретам КОКОМ, закупал образцы аппаратно-программных комплексов САПР, появившихся в первой половине 70-х годов в США уже как товарная продукция, воспроизводил их на основе своих технологий и других возможностей и тиражировал в собственных интересах. Так в Минэлектронпроме, а точнее в воронежском ПО "Электроника", появились системы САПР "Кулон-1", "Кулон-2", "Кулон-3" и "Кулон-4", простроенные на основе ЭВМ "Электроника" – воспроизведенных ЭВМ серий PDP-11 и VAX-11 ф. Digital Equipment Corporation (DEC), США. В частности ЭВМ "Электроника 82" – воронежский клон VAX-11/750 ф. DEC (как и СМ1700 – клон ИНЭУМ-а Минприбора). Разрабатывался в ПО "Электроника" и аналог ЭВМ Micro-VAX-1, но, как и у DEC, он оказался неудачным.

Имея прекрасный опыт разработки и широкого применения, оригинальных 16-разрядных микропроцессоров серий 1801/1806/1836, но программно-совместимых с PDP-11 ф. DEC, министр поручил проделать это и с VAX-11/750.

В связи с этим в 1985 г. НИИТТ приступил к разработке 32-разрядного микропроцессорного комплекта, архитектурно совместимого с ЭВМ VAX-11/750. Работа проходила в рамках темы «Электроника 32», ГК – В.Л. Дшхунян, зам. ГК – И.А. Бурмистров и В.Р. Науменков.

Микропроцессорный комплект, получивший обозначение как СБИС серии (К)Л1839, является продуктом тесного партнерства двух коллективов НИИТТ . Основными разработчиками были В.Р. Науменков и Е.Н. Максимов (центральный процессор КЛ1839ВМ1), С.А. Шишарин (контроллер динамической памяти КЛ1839ВТ1 и одноплатная 32-разрядная микро-ЭВМ "Электроника-32" для отладки СБИС комплекта, микропрограммного обеспечения и аттестации СБИС комплекта), С.А. Хромов и С.Б. Любимов (адаптер магистралей КЛ1839ВВ1), Г.Ю. Полушкин, В.Н. Прокопов, А.А. Рыжов (микропрограммное и тестовое обеспечение), А.В. Румянцев (топология) и др. (рис. 10).

Однако в микроэлектронике, особенно на передовых ее рубежах, особую роль играют технологи. Так было и в данном случае. Группой технологов – Ю.И. Сергеенковым, Г.М. Ситниковым, В.В. Гребенщиковым и др. под руководством В.П. Быкова (рис. 11) впервые на предприятии была создана стабильная КМОП 2,2 микронная технология на кремниевых пластинах диаметром 100 мм, с двойной металлизацией и «карманом» n-типа, позволившая воплотить объединенный труд схемотехников и то­пологов в конкретные БИС и СБИС.

Здесь уместно отметить, что при создании микропроцессоров в НИИТТ применялась САПР «АСКТ», разработанная коллективом программистов во главе с А.Р. Тизенбергом. В первоначальном варианте она была поставлена на ЭВМ БЭСМ-6 и использовалась при проектировании первых микропроцессоров и других сложных комбинационных БИС. Далее она развивалась, была поставлена на вычислительный комплекс «Кулон-4» на основе ЭВМ "Электроника 82", а также и непосредственно на имевшейся в НИИТТ ЭВМ micro-VAX-II. Технический уровень системы АСКТ не уступал зарубежным системам подобного назначения, работавшим на других предприятиях Минэлектронпрома. САПР тех времен (да и сейчас) автоматизировали далеко не все процессы создания БИС. Они занимались, в основном, самыми рутинными делами: расчеты режимов работы приборов, моделирование, верификация и т.п. Однако огромную работу по выпуску схемотехнической, конструкторской и технологической документации, которую по действующему тогда порядку нужно было оформлять, подвергать нормоконтролю для проверки соответствия действовавшим стандартам и сдавать подлинники в архив технической документации, выполнялись вручную. В основном эти работы выполнялись О.П. Басовой (схемная и конструкторская документация) и Н.Б. Коротковой (технологическая документация).

Для электрического моделирования переходных процессов в узлах и блоках проектируемых СБИС использовалась Программа анализ схем (ПАС), разработанная В.Р. Науменковым. Но все интеллектуальные работы выполнял еще человек. Это разработка структуры и схемы устройства, и топологии СБИС, и тестов для контроля СБИС и др. Исходные тесты для контроля готовились разработчиками СБИС. На их основе группой специалистов под руководством В.В. Перекреста разрабатывалось тестовое программное обеспечение.

Тестовый лабораторный и производственный контроль СБИС (кристаллов в неразделенных  кремниевых пластинах и корпусированных СБИС) осуществлялся на изготовленных Ангстремом аппаратно-программных стендах типа "1627", управляемых компьютерами ДВК-2 и ДВК-3.  Аппаратная часть стендов разрабатывалась под руководством С.А. Глумова, их программное обеспечение – О.В. Маханьковым и В.В. Хромышевым.

ОКР «Электроника 32» была завершена в начале 1988 г. разработкой и освоением в производстве трех БИС: центрального процессора КЛ1839ВМ1, контроллера динамической памяти КЛ1839ВТ1 и адаптера  магистралей КЛ1839ВВ1. Как и 16-разрядные микропроцессоры серий 1801/1806/1836 этот комплект не имел прямого аналога и по степени интеграции превосходил БИС ф. DEC и ПО «Электроника», в которых центральные процессоры и другие устройства были многокристальными. Комплект был существенно мощнее ЭВМ “micro-VAX-I” и несколько превосходил “micro-VAX-II”, выпущенных примерно в то же время ф. DEC. Как вспоминает участник разработки С.А. Шишарин: "Наши микросхемы не имели зарубежных аналогов. В MicroVAX даже структурно разбиение другое. У нас просто разрабатывался вычислитель, который бы соответствовал этой архитектуре, прямых аналогов не было. MicroVAX-1 и MicroVAX-2 архитектурно были другими. Мы-то делали VAX-11/ 750 в микроисполнении. Бралось справочное руководство по архитектуре VAX-11/750. Наша плата опознавалась операционной системой как VAX-11/750. И вся математика работала как на VAX-11/750. Но в нашем комплекте было всего четыре микросхемы. Все делалось по 2,5-микронным технологическим нормам, поэтому в микросхеме могло быть свыше 100 тыс. транзисторов. Наиболее объёмными, конечно, были вычислители. Как мы их делали тогда и как делаем сейчас — это небо и земля. Тогда все рисовалось вручную — вручную проверялась топология кристаллов, каждая связь, каждая схема. Это была огромная схема на 20 листов, и на каждом листе ставился крестик, означающий, что связь проверена, а потом проверялась топология. Это был адский труд. Мы, естественно, всё моделировали — логическое моделирование шло на системе проектирования. На VAX-e это и делалось. Но сама топология создавалась вручную, схемы вручную рисовались на бумаге. Этот путь был весьма тяжёлым. То, что мы взялись за это дело, я считаю, с нашей стороны было нахальством. Корпорация DEC по тем временам была компьютерным монстром. В конце 1980-х они тратили порядка 400 млн. долл. на НИОКР. А наш коллектив, участвовавший в разработке, был небольшой — человек десять. Из них два человека делали процессор и сопроцессор, двое писали микропрограммы. Все были взаимозаменяемы. Я разрабатывал микросхемы, делал платы, отлаживал софт и т. д. и т. п. Начальником нашего 21-го отдела и руководителем работ тогда был Валерий Леонидович Дшхунян, сейчас он директор “Ангстрема”. Тогда мы делали сложное большое дело, были на мировом уровне. Мне, правда, было ужасно обидно, что мы очень долго создавали этот комплект, но когда я узнал, сколько времени та же DEC затратила на микросхемы MicroVAX-1, MicroVAX-2, то оказалось, что они их делали столько же, сколько и мы, но значительно большими силами. Поэтому я тогда успокоился и считаю, что мы неплохо выполнили эту разработку".

 В 1991-99 гг. были разработаны и начаты поставки БИС арифметического сопроцессора Л1839ВМ2 (В.Р. Науменков и Е.Н. Максимов), контроллера статической памяти Л1839ВТ2 (С.А. Шишарин и М.Ш. Рахматуллин), ПЗУ микропрограмм Н1839РЕ1 (В.Н. Гуминов и С.Н. Абрамов) и мажоритарных (2 из 3) элементов Н1839ВЖ1 (Е.Н. Максимов) и Н1839ВЖ2 (И.А. Бурмистров).

Обмен между процессором, сопроцессором и памятью осуществляется по внутренней 32-разрядной магистрали, а связь с периферией – через МПИ (Q18-bus), подключаемый к внутренней магистрали через адаптер КЛ1839ВВ1.

Кристаллы основных БИС (рис. 12) размещаются в 132-выводных металлокерамических штырьковых матричных корпусах. Выводы корпуса образуют матри­цу 14x14, по три ряда с каждой стороны без запол­нения центральной части корпуса. Шаг выводов — 2,5 мм.

В целом комплект имел следующие общие характеристики:

• Технология комплекта: К-МОП, 2,5 мкм (с 2001 г. – 2,0 мкм).

• Напряжение питания: + 5В±10%.

• Тактовая частота: 0 – 10 МГц.

• Потребляемая мощность: менее 0,5 Вт на 10 МГц (для ВМ1 и ВМ2 – 1 Вт).

• Совместимость:  с КМОП и ТТЛ уровнями.

Комплект СБИС серии КЛ1839 позволяет строить различные микро-ЭВМ, программно совместимые с ЭВМ VAX-11/750, micro-VAX-I и micro-VAX-II ф. DEC, Электроника-82 воронежского ПО "Электроника", а также СМ1700 и СМ1702 из семейства СМ ЭВМ. Комплект позволяет обрабатывать 7 типов 8-, 16-, 32- и 64-разрядных данных с фиксированной и плавающей запятой, имеет 14 методов адресации, 32 уровня прерываний, 16 системных и 16 общего назначения регистров. Адресуемая физическая память 16М байт, виртуальная – 4Г байт. Наличие 8-канального мажоритарного элемента обеспечивает возможность построения высоконадежных троированых ЭВМ и систем. Типовая структура ЭВМ приведена на рис. 13., а троированной высоконадежной ЭВМ – на рис. 14.

Проходившие в стране реформы, в результате которых отечественная компьютерная индустрия была практически разрушена, не позволили комплекту 1839 занять предназначаемого для него положения массового средства для высокопроизводительных вычислительных систем различного назначения. Но он получил определенное применение в той части компьютерной индустрии страны, которая сохранилась – в оборонной технике. В связи с этим СБИС КЛ1839ВТ1 оказалась невостребованной – в специальной технике динамическая память не применяется. В целом комплект оказался достаточно удачным и востребован потребителем до настоящего времени и производится заводом "Ангстрем". В связи с этим в 2000 г. БИС были переведены на производство на новых тогда на Ангстреме кремниевых пластинах диаметром 150 мм. Это повлекло за собой переработку БИС на новую двухмикронную технологию, разработанную коллективом технологов во главе с А.А. Романовым, с одновременным небольшим масштабированием (с коэффициентом 0,8), что позволило также несколько уменьшить размеры кристаллов и повысить быстродействие.

На основе комплекта СБИС серии Л1839 было построено несколько бортовых высоконадежных одноканальных и троированных компьютеров и систем. Например, Ижевским радиозаводом для спутников системы ГЛОНАСС, а ленинградское ОКБ "Электроавтоматика" разработало унифицированные самолетные бортовые ЭВМ СБ3541 и СБ3542 с архитектурой типа "Электроника-32". Зеленоградское АО НТЦ "ЭЛИНС" выпускает семейство специализированных управляющих ЭВМ "Элинс-36" (модели 36-00, 36-01, 36-02 и 36-03).

ZX Spectrum-совместимые бытовые компьютеры

В истории зеленоградских бытовых компьютеров, уже после кончины Минэлектронпрома, был один эпизод, не вписывающийся в общую политику DEC-совместимой компьютеризации.

В 80-е годы в Европе был весьма популярен домашний компьютер ZX Spectrum английской фирмы Sinclair Research Ltd на 8-разрядном микропроцессоре Z80А фирмы Zilog. Эхо этой популярности вместе с небольшим количеством компьютеров достигло и СССР. Тогда еще среди инженеров не погасло ранее массовое радиолюбительство, переродившееся в духе времени в компьютеролюбительство – многие делали собственные компьютеры, в популярных журналах типа "Радио" публиковались электрические схемы, топологии печатных плат и т.п. Многие захотели сделать свой "Синклер", находились коллективы и предприятия, готовые разрабатывать и производить такие компьютеры. Но делать то их было не из чего – аналог Z80А в СССР не производился, а купить оригинал было еще невозможно. Регулярных поставок элементной базы, тем более микропроцессоров, из капиталистических стран в СССР тогда не было, они были запрещены проамериканским международным комитетом КОКОМ как стратегические продукты. Зарубежные микросхемы в СССР попадали, в основном, в карманах побывавших в заграничных командировках, международного туризма у нас тогда тоже не было. А в СССР воспроизводились микропроцессоры ф. Intel, среди которых был I8080, близкий по потребительским характеристикам Z80, дублирование не допускалось. Несмотря на это, вопрос о воспроизводстве Z80А и ZX Spectrum поднимался в Зеленограде многократно, но всегда с отрицательным результатом.

Начатые в стране в середине 80-х годов реформы с одной стороны постепенно разрушили Минэлектронпром вместе с его технической политикой, с другой – вынудили предприятия самим заботиться о своей судьбе, т.е. искать своих потребителей. На примере такого поиска мы и остановимся. В 1990 г. начальник отделения микропроцессоров НИИТТ П.Р. Машевич был в , словацкий клон ZX Spectrum. Он попросил руководителя предприятия, в котором был в командировке, организовать ему посещение изготовителя компьютера. Так он попал в фирму Didaktik Skalica. Ознакомившись с компьютером, П.Машевич предложил заменить примененные в нем ИС средней интеграции одной полузаказной БИС. Руководство Didaktik предложение встретило без энтузиазма, сомневаясь в его реализуемости, но согласилось попробовать применить БИС. Для работы Машевичу передали электрическую схему и образец Didaktik Game.

Так в НИИТТ на основе БМК КА1515ХМ1 началась разработка (ГК Б.В. Ильичёв) многофункционального периферийного контроллера Т-34ВГ1, получившего позже официальное обозначение КА1515ХМ1-216 (в металлокерамическом корпусе) и КР1515ХМ1-216 (в пластмассовом корпусе). Для экспортных поставок БИС маркировалась как ULA1.

Контроллер заменил 15 ИС компьютеров ZX Spectrum и Didaktik Game, в т.ч. применяемый в них контроллер ULA. Это была полностью оригинальная БИС, в которой были реализованы некоторые собственные решения. Например, видеопамять, отдельная и со своим контроллером в английском и словацком компьютерах, была схемотехнически объединена с ОЗУ с единым контроллером. В видеопамяти и ОЗУ была применена динамическая память, требующая периодической регенерации информации. Этот процесс аналогичен процессу регенерации изображения на экране, их и объединили в одном устройстве. Образцы БИС вместе с соответствующей документацией и рекомендациями по применению передали через посольство в Словакию и, ожидая результата, сделали свою плату компьютера в конструкции Didaktik Game. Ответа долго не было. Позже выяснилось, что БИС передали разработчику Didaktik Game для проверки, но детально разбираться он в ней не стал, а после небрежной и неудачной попытки использовать в компьютере, объявил БИС непригодными для применения. Для прояснения обстановки П. Машевич и Б. Ильичев поехали в Словакию, захватив с собой несколько образцов своих плат. Когда их поставили в компьютеры, те сразу заработали без каких-либо отличий от словацких машин. В результате Didaktik Skalica на ряд лет стала стабильным потребителем продукции завода Ангстрем, и не только контроллера Т34ВГ1, а всего выросшего вокруг нее комплекта БИС. Позже была разработана и поставлялась БИС Т34ВГ2, в отличие от Т34ВГ1 включающая контроллер флопидиска и принтера.

Разрабатывать контроллер для Z80 и не иметь этот микропроцессор было бы нелогичным. Поэтому одновременно, а практически даже немного раньше, была организована разработка аналога Z80. Главным конструктором был назначен Ю.Л. Отрохов, который и ранее выступал с инициативой такой разработки. Открывая ОКР в условиях повсеместного тогда разгула "демократии" он изволил пошутить: будучи по гороскопу рыбой, он ОКР-у присвоил шифр "Рыба", а вспомнив танкистскую молодость, микропроцессор назвал Т34. Но как Отрохов, так и его коллеги по отделению умели разрабатывать оригинальные микропроцессоры, а воспроизводить аналоги им еще не приходилось. Поэтому в состав разработчиков были включены специалисты подразделений НИИТТ, имеющих такой опыт. Их задачей было восстановление электрической схемы ИС по ее топологии. В результате сложилась группа ведущих разработчиков: Ю.Л. Отрохов, К.В. Грязнов, Г.М. Ситников, Ю. . Сергиенко, И.Б. Короткова и др. За 9 месяцев, после четырех итераций, им удалось сделать n-MOП микропроцессор Т34ВМ1 (КМ1858ВМ1, КР1858ВМ1) – полный аналог микропроцессора Z80А, выполненный по 2 мкм технологии (из многочисленных в мире клонов Z80 полностью с ним совместимых было не много). В ходе проектирования, благодаря тому, что в группе разработчиков были специалисты и по созданию новых ИС, и по воспроизводству аналогов, были выявлены и расшифрованы хитрости ф. Zilog, направленные на защиту от копирования. Например, в схеме были обнаружены ложные логические связи, заблокированные при помощи оптически не видимых встроенных каналов. В результате тополог видел, например, элемент 3И-НЕ, а работает он как 2И-НЕ. Выявить такие ловушки, убедившись в неработоспособности схемы, сначала удавалось только логическим путем на основании результатов исследования узлов микросхемы при помощи зондовых анализаторов, обеспечивающих доступ к элементам схемы внутри кристалла. После того, как был понят принцип построения ловушек, был отработан и механизм их обнаружения. В результате удалось сделать полный функциональный аналог микропроцессора Z80, хотя электрическая схема и топология Т34МВ1 имели существенные отличия.

Для полноты комплекта в него ввели БИС ДОЗУ КР565РУ5 (64Кх1) и БИС ПЗУ (16Кх8) типа Т34РЕ1 (КР1013РЕ1), содержащая прошивку встроенного ПО (интерпретатор BASIC и др.) для ZX Spectrum-совместимых компьютеров.

В таком составе комплект поставлялся Didaktik Skalica и многим другим потребителям. На его основе в Didaktik Skalica были разработаны и производились домашние компьютеры "Didaktik M" и " Didaktik Kompakt" со встроенным флопидиском и портом для принтера. Для Ангстрема на тот период этот комплект был одним из наиболее массовых продуктов. Его применяли многочисленные изготовители различных клонов Sinclair-совместимый компьютеров, электронных игр и т.п. В Internet имеется информация о более 90 советских клонах ZX Spectrum, и большинство из них выпускалось на основе ангстремовского комплекта. Микропроцессор Т34ВМ1 использовался и в многочисленных системах локального управления, например в телефонных аппаратах с определителем номера.

Выделение в ИТТиП

В начале 1990-х гг. в стране в ходе реформ началась массовая компания приватизации предприятий. При этом коллективы некоторых подразделений решили выделиться в самостоятельные акционарные общества, в т.ч. отделение 2, специализирующееся на разработка микропроцессоров и однокристальных периферийных модулей для них на основе БМК. В результате 18 июня 1993 г. образовалось АООТ "Институт точной технологии и проектирования" (ИТТиП), позже преобразованное в ОАО ИТТиП. Генеральным директором нового предприятия стал П.Р. Машевич, главным инженером – Ю.В. Отрохов. В уставе было написано, что ИТТиП является правопреемником НИИТТ в части разработки микропроцессоров и однокристальных периферийных модулей для них в виде полузаказных БИС на основе БМК. Основные подразделения НИИТТ и завода "Ангстрем" 25 июня того же 1993 г. были преобразованы в АООТ "Ангстрем" (позже – ОАО "Ангстрем"). Однако это разделение не привело к разрыву деловых и человеческих связей между новыми коллективами, сотрудничество продолжалось многие годы. Его отягчали только негативные процессы в стране, вызванные остро необходимыми, но преступно реализованными реформами.

В тяжелые 1990-е реформенные годы перед электронными предприятиями остро стоял вопрос выживания, поэтому они брались за любые работы, часто далекие от основной специализации. Так ИТТиП приходилось и доводить до приемлемого уровня качества дешевые китайские игровые приставки к телевизорам, настраивая их под отечественные телевизионные сигналы и устраивая прогоны для выявления некачественных элементов. Разрабатывали и поставляли блоки таймерного управления, датчики влаги для определения влажности зерна в элеваторах и воздуха в тепличных хозяйствах. Совместно с МИСИ (ныне МТУСИ) была разработана высокоскоростная БИС приемо-передатчика для линий связи. Для Ангстрема был разработан и поставлен блок дозированной подачи фоторезиста. Было проделано ряд работ по созданию модификаций КПК "Электроника МК-85" для частных применений: для расчета потребляемого сахара по меню для диабетиков, управления циклом производства пива, измерения температуры тела для прокуратуры и т.п. В ряде применений была использована имеющаяся па плате компьютера (но не выведенныя на внешний разъем) системная магистраль МПИ.

ИТТиП продолжало сопровождение производства в Ангстреме ранее разработанных БИС и завершало начатые еще до разделения разработки. Так были разработаны радиационно-стойкие КМОП варианты микропроцессоров типа ВМ3 и ВМ4 (1836ВМ3 и 1836ВМ4) и четыре БИС 32-разрядного микропроцессорного комплекта серии 1839.

Была завершена разработка систолического микропроцессора (самоорганизующаяся матрица из 130 однобитовых процессоров). Было изготовлено несколько партий БИС, разработаны, изготовлены и поставлены ряду заказчиков одноплатные системы систолического процессора. Однако из-за вызванных реформами проблем работы у заказчиков остановились и дальнейшего производства систолического процессора не было.

Первым новым проектом ИТТиП была БИС таймера, разработанная для зарубежной фирмы. Она оказалась значительно дешевле применяемой ранее фирмой полузаказной БИС, изготавливаемой в Германии на основе БМК. ИТТиП организовал производство и поставил за рубеж более 100 тыс. таймеров.

Крупным заказом, полученным ИТТиП от госзаказчика была разработка микропроцессоров К1806ВМ3 и К1806ВМ4 с повышенной частотой (8МГц), а также частотно-кодового коррелятора (ЧКК) для GPS-ГЛОНАС систем. Разработка была выполнена на основе разрабатываемой в Ангстреме КМОП технологии с проектными нормами 1,2 мкм. Но из-за вызванных реформами в стране проблем освоение технологии шло с большими трудностями и изготовить на Ангстреме кристаллы БИС с нужными характеристиками не удавалось. Пришлось обратиться к зарубежному изготовителю – австрийской фирме AMS (Austria Microsystem). Организацию заказа, проведение всех переговоров с AMS, решение всех проблем логистики взял на себя зам. директора ИТТиП В.И. Басс и успешно справился с этой задачей. Фирма приняла заказ, однако условия были жесткие: 100% предоплата и не изменяемый срок представления проекта БИС, выполненного в соответствии со Spice-параметрами фирмы (под заказ выделялось место на пластине Shattl-а, при опоздании проекта Shattl уходит в производство с пустыми местами, а деньги пропадают). В этих условиях пришлось взять кредит и ввести специальную систему оплаты разработчиков. Они получали обычную зарплату, в случае выполнения проекта в срок они дополнительно получали еще столько же, а при получении работающих образцов – еще столько. Метод оправдал себя – проект был выполнен в срок, полученные образцы полностью соответствовали требованиям. Это был первый случай в стране разработки БИС в режиме Fabless-проектирования с изготовлением на зарубежной фабрике Foundry, позволивший ряду отечественных компаний пользоваться достижениями зарубежных технологий.

Таким способом в течение года были получены образцы БИС1806ВМ3, 1806ВМ4 и ЧКК, заказ был выполнен. Позже эти БИС были перепроектированы ИТТиП и серийно производились Ангстремом.

Предприятие провело также ряд разработок различных систем управления. Так группа Лазаренко И.П.:

• вела разработки и поставки автоматизированных систем контроля доступа (АСКД). АСКД ИТТиП успешно эксплуатируются в более чем 20 предприятиях города Москвы;

• вела разработки и внедрение специализированных систем доступа в купе элитных железнодорожных вагонов. Система, в частности, установлена в поезде Москва – С. Петербург Гранд Экспресс;

• вела разработки и внедрение систем автоматизации животноводческих комплексов. Так была разработана система контроля перемещения крупного рогатого скота, была разработана и внедрена автоматизированная система управления промывкой молочных магистралей.

В короткой статье невозможно дать полную характеристику коллективу, продуктивно проработавшему более 40 лет. Но приведенные примеры достаточно характеризуют его потенциал.

Заключение

ОАО «Институт точной технологии и проектирования», созданое18 июня 1993 года в соответствии с Федеральным законом от 26.12.1995 № 208-ФЗ «Об акционерных обществах», является правопреемником НИИ Точной технологии в части разработки микропроцессоров и микросистем. С 1976 года коллективом разработан и внедрен ряд серий микропроцессорных комплектов серий: 587, 588, 1801, 1802, 1806, 1013ВМ1, 1836, 1839, одноплатных микросистем серии “Электроника НЦ 80-01», «Электроника 80-01Д, -01ДА, -01ДС», микрокомпьютеров МК 85, МК 87 и др. Получены патенты и авторские свидетельства в СССР, США, Великобритании, Франции. С 1993 года по настоящее время выполнялись тематические работы по заказам ряда крупных предприятий радиоэлектронной отрасли и Министерства обороны.

3 июня 2009 года ОАО «Институт точной технологии и проектирования» вошло в состав ГК «Ростехнологии» (управляющая компания ОАО «Российская электроника»), которая в настоящее время является основным акционером предприятия.

В соответствии с Решением ОАО «Российская электроника» определены основные направления развития ОАО «Институт точной технологии и проектирования» на 2011 – 2015 годы:

• развитие базового направления по проектированию цифровых, аналоговых и RF- интегральных схем и организация их производства;

• освоение технологии проектирования и технологии изготовления 3D(трехмерных) интегральных микросистем; создание пилотной производственной линии сборки по технологии 3D TSV (технология TSV – позволяет осуществлять межсоединения с использованием сквозных переходных отверстий в кремниевой пластине на уровне смонтированных в трехразмерную сборку пластин или кристаллов); организация производства 3D интегральных схем;

• освоение технологий получения новых типов проводящих материалов на основе наноразмерных углеродных структур для микро- и нано- электроники;

• освоение технологии проектирования сетей беспроводных интеллектуальных сенсоров (алгоритмы обмена информацией, защиты данных, стандарты и т.д.); разработка сетей беспроводных носимых (имплантируемых) медицинских сенсоров для мониторинга физиологических параметров человека и среды, с целью контроля состояния обслуживающего персонала сложных производств (операторов атомных станций, авиатранспорта, стратегических объектов); организация их производства и обслуживание.

ОАО «ИТТиП» активно сотрудничает с крупными промышленными предприятиями ОАО «Ангстрем», ОАО «НИИМЭ и завод «Микрон», с Национальным исследовательским университетом «МИЭТ», выполняя совместно исследования и опытно-конструкторские работы.

В настоящее время в ОАО «ИТТиП» работают пять докторов и семь кандидатов наук.

Об авторе: Член Совета Виртуального Компьютерного Музея
mbm@angstrem.ru
Помещена в музей с разрешения автора 5 октября 2021