Универсальная электронная вычислительная машина М-5

М-5 была разработана в 1958-1961 гг. в Институте электронных управляющих машин (ИНЭУМ) под руководством члена-корреспондента АН СССР И. С. Брука. Руководство работами по М-5 было поручено инженерам В. В. Белынскому Ю. А. Лавренюку, Н. А. Дороховой и кандидату физ.-мат. наук Д. М. Гробману.

Основные исполнители: Ю. Н. Глухов, Б. П. Голубев, В. М. Зенин, В. Н Каминский, В. П. Константинов, И. Я. Ландау, В. Д. Князев, Б. Г. Сергеев, Е. Н. Филинов.

Предварительная проработка архитектуры М-5 была выполнена М. А. Карцевым.

Разработка М-5 проводилась на основании Постановления Совета Министров СССР от 6 октября 1958 г. В соответствии с этим Постановлением Лаборатория управляющих машин и систем (ЛУМС) АН СССР была преобразована в ИНЭУМ АН СССР.

Основным назначением М-5 было определено обеспечение планово-экономических расчетов в Госплане СССР.

Разработка М-5 была направлена на создание ЭВМ повышенной производительности по сравнению с машинами, имевшимися в то время в СССР.

М-5 оперировала с 37-разрядными двоичными числами с фиксированной точкой (1 разряд — знак числа, 36 разрядов — мантисса) и с плавающей точкой (1 разряд — знак числа, 7 разрядов — порядок, 28 разрядов — мантисса).

Формат команд и обрабатываемых операндов — 38-разрядный (37 + разряд признака). Система команд — одноадресная с форматом:

• 1 разряд — признак операции;
• 7 разрядов — код основной операции;
• 12 разрядов — индексная часть адреса;
• 3 разряда — ключ;
• 15 разрядов — адрес оперативной памяти.

В системе команд были предусмотрены:

• арифметические и логические операции;
• операции пересылки и безусловные переходы;
• сравнения с условными переходами;
• сдвиги и специальные инструкции;
• операции внешних устройств (печати чисел в десятичной и восьмеричной системе счисления, печати буквенной информации, вывода чисел на дисплей, обмена между оперативной памятью и внешней памятью на магнитной ленте);
• инструкции, связанные с отладкой программ и решением нескольких задач.

Повышенная производительность М-5 достигалась за счет мультипрограммного режима работы (до 8 одновременно выполняемых программ). Обеспечивалось совмещение работы быстродействующих устройств (центрального и периферийных устройств управления, арифметического устройства и оперативной памяти) с работой устройств ввода-вывода информации и внешней памяти на магнитных лентах.

Расчеты по уже отлаженным программам могли выполняться одновременно с отладкой новых программ, проводимой под ручным управлением с нескольких (до 8) терминалов.

Для повышения производительности М-5 служила также специально выделенная адресная арифметика, выполняющая операции преобразования адресов и использующая по 16 индексных регистров для каждой из 8 программ. Для этого индексная часть адреса в коде команды содержала 3 поля по 4 разряда в каждом (код индексной операции и 2 указателя индексных регистров). Среди 16 операций индексной арифметики кроме операций сложения и вычитания содержимого индексных регистров и адресной части выполняемой основной команды имелись также операции условной и безусловной передач управления.

Структура М-5 базировалась на общей магистрали, связывающей центральное устройство управления, арифметическое устройство, устройства оперативной памяти (общей емкостью до 32К слов) и устройства управления вводом-выводом информации и внешней памятью (игравшие роль каналов, характерных в последующем для ЭВМ третьего поколения).

М-5 была одной из первых отечественных ЭВМ, построенных на технической базе второго поколения. Схемотехника арифметики и управления М-5 базировалась на диодно-транзисторной логике, оперативная память — на ферритовых сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса по схеме с совпадением токов (2D).

Производительность М-5 составляла около 50 тыс. операций/с.

С учетом основного назначения М-5 для машины была предусмотрена библиотека стандартных подпрограмм, включающая:

• сортировку по Ричардсу;
• метода Зейделя с лентами (исчисление полных затрат);
• нахождение собственных чисел симметричной матрицы методом фон Неймана;
• решение систем алгебраических линейных уравнений по методу Гаусса;
• операции над матрицами и векторами;
• линейную и квадратичную интерполяцию;
• действия над комплексными числами;
• вычисления элементарных функций;
• вычисления многочленов по методу Горнера;
• программы выполнения действий над n числами (сумма n чисел, произведение n чисел, нахождение максимума из n чисел), использующие индексные операции.

Один экземпляр устройств М-5 (ядро машины) был изготовлен Минским заводом им. Серго Орджоникидзе, доукомплектован устройствами, изготовленными в мастерских ИНЭУМ. Опытный образец М-5 был испытан в ИНЭУМ и введен в эксплуатацию. К сожалению, М-5 не получила дальнейшего развития по причинам не столько технического, сколько организационного характера в связи с принятием решения о запуске в серийное производство на этом заводе ЭВМ “Весна”.

Основной особенностью М-5 следует считать возможности обеспечения мультипрограммной и многотерминальной работы. Надо отметить, что создатели М-5 не имели во время разработки каких-либо сведений о существовании в СССР ЭВМ с подобными возможностями.

Сведения о зарубежных ЭВМ с мультипрограммным режимом работы, появившихся в 1960-1961 гг. (“Атлас”, “Гамма-60” и др.), стали известны у нас значительно позже завершения разработки М-5. Поэтому все решения по архитектуре и структуре М-5 были оригинальными, принятыми независимо от работ других конструкторов ЭВМ. Ряд технических решений М-5 был найден с участием создателей машины М-4, разработка которой проводилась в это же время в ИНЭУМ под руководством М. А. Карцева.

Литература

1. Н. А. Дорохова. Организация многопрограммного режима вычислительной машины. В кн.: Средства вычислительной техники. Вып. 2. Труды ИНЭУМ. М., 1969, с. 6-14.
2. Б. П. Голубев. Организация передачи информации внутри ЦВМ. Там же, с. 15-25.
3. Ю. А. Лавренюк. Логические методы повышения производительности ЦВМ. Там же, с. 26-35.