Как в СССР создавали полупроводниковый компьютер

По официальной версии, первый советский компьютер — электроламповый МЭСМ, разработанный и запущенный в декабре 1952 года в Киеве. Он служил прототипом для БЭСМ, большой электронной счётной машины, ставшей родоначальницей советских компьютеров. Разработкой и созданием компьютера руководил академик Лебедев.

Но мало кто знает, что в том же месяце, только на 10 дней раньше, в Москве группа выпускников МЭИ под руководством Исаака Семёновича Брука запустила М-1 — первую в мире электронно-вычислительную машину на полупроводниках.

МЭСМ и М-1 разрабатывались параллельно. Но если первая создавалась по решению правительства и её авторы обеспечивались всем необходимым, то вторую делали энтузиасты буквально из того, что было под рукой.

В итоге московская машина значительно уступала киевской в скорости вычислений: МЭСМ выполняла 50 операций в секунду, а М-1 — всего 20. Зато она была маленькой и потребляла гораздо меньше энергии: М-1 занимала всего 5 кв. м., в ней использовалось 730 электрических ламп, требовавших 8 кВт. А в МЭСМ было 6000 ламп, ей требовалось 25 кВт, а занимала она 60 кв. м.

Как всё начиналось

Разработка М-1 началась в 1950 году в лаборатории электросистем Энергетического института имени Г. М. Кржижановского (ЭНИН). Лабораторией руководил Исаак Семёнович Брук, член-корреспондент АН СССР, известный специалист в области энергетики. Там проводились исследования по электроэнергетике, разрабатывалась аппаратура для крупнейших электростанций. Эта работа требовала сложнейших расчётов, и Бруку очень нужна была машина, которая смогла бы автоматизировать вычисления.

Ещё в довоенные годы под его руководством был создан электромеханический интегратор, решающий системы дифференциальных уравнений. Но его возможностей было недостаточно.

Брука интересовали цифровые вычислительные машины, о которых он читал в зарубежных статьях. И в 1947 году учёный нашёл единомышленника. На работу в лабораторию пришёл Башир Рамеев, недоучившийся студент, исключённый из МЭИ как сын «врага народа». Он услышал по радио BBC о создании американского компьютера ЭНИАК и сам загорелся компьютерами.

Рамеев и Брук совместно разработали проект собственной электронно-вычислительной машины, в которой вместо электронных ламп предложили использовать полупроводниковые диоды. В то время это была революционная идея, но она давала множество преимуществ:

• Миниатюрные и недорогие диоды позволяли уменьшить размеры и стоимость ЭВМ. Американский ЭНИАК, в котором было 17 468 электронных ламп, весил 27 тонн, и на его создание потратили почти 500 тысяч долларов США.
• Полупроводникам, в отличие от ламп, не нужно прогреваться перед началом работы, потому и энергии требуется меньше.
• Диоды прочнее электроламп, лучше выдерживают высокочастотные переходы, необходимые для вычислений. В ЭНИАКе каждую неделю сгорало несколько электроламп, их приходилось искать и менять. В итоге непрерывно работать он мог не более 20 часов, что мешало проводить сложные вычисления.

В 1948 году учёные подали заявку на регистрацию проекта в патентное бюро. Через два года вышло постановление Президиума АН СССР о разработке ЭВМ М-1.

Для создания компьютера Исаак Брук собрал группу выпускников и дипломников МЭИ. Первым он принял на работу молодого специалиста Николая Матюхина. Вместе с Бруком они начали разрабатывать структуру вычислительной машины.

Кроме Матюхина в группу Брука вошли ещё три выпускника и дипломника МЭИ. Среди них была одна девушка — дипломница Тамара Миновна Александриди, страстная радиолюбительница, бывшая фронтовичка-связистка.

Попасть в лабораторию девушке помогла её несклоняемая фамилия — Исаак Семёнович посмотрел на отличные оценки Т. М. Александриди, на научную работу, которую она вела в институте, и решил, что это юноша. Обычно девушек на работу он не брал.

Из чего делали М-1

Машину построили в подвале Энергетического института — Бруку выделили там комнату площадью 15 кв. м. Собирали компьютер энтузиасты, поэтому денег на покупку комплектующих не было — именно поэтому учёные решили сделать малую версию полупроводниковой машины.

Зато у Исаака Брука был доступ к складам, где хранилась трофейная немецкая радиоэлектроника — там он и нашёл подходящие радиодетали. При создании М-1 использовались электронно-лучевые трубки от осциллографов, магнитные головки от бытовых магнитофонов и полупроводниковые диоды (купроксные выпрямители) из немецких приборов — ими заменили большую часть радиоламп.

Создать память для ЭВМ Брук поручил Тамаре Александриди — в качестве дипломной работы. В зарубежных компьютерах для этой цели использовались потенциалоскопы: дорогие приборы, специально разработанные для запоминающих устройств. А талантливая советская девушка придумала, как сделать память на электронно-лучевых трубках осциллографов!

Монтажом и наладкой компьютера занималась группа техников. Интересно, что один из них, бывший фронтовик Юрий Рогачёв, к этому времени даже не окончил среднюю школу.

Молодые разработчики трудились с утра до позднего вечера и собрали компьютер менее чем за год: сборка началась в октябре 1950-го, а летом 1951 года машина уже выполняла основные арифметические операции. В январе 1952 года М-1 запустили в эксплуатацию.

Технические характеристики ЭВМ М-1:

• Двоичная система счисления.
• 25-разрядные машинные слова.
• Быстродействие — 15–20 операций в секунду.
• Двухадресная система команд.
• Медленная память (аналог жёсткого диска) — 256 слов на магнитном барабане.
• Быстрая память (оперативная память) — 265 слов на электростатических трубках.
• Ввод и вывод информации на перфолентах.
• Элементная база — 730 электровакуумных ламп, трофейные немецкие диоды.
• Потребляемая мощность — 8 кВт.
• Занимаемая площадь — 4 кв. м.

В чём М-1 превосходила МЭСМ

Конечно, крошечная М-1, собранная в условиях ограниченных ресурсов, по всем параметрам уступала мощному детищу Лебедева. Но у неё были неоспоримые преимущества:

• Схемы, построенные полностью на полупроводниковых диодах.
• Двухадресная система команд, в отличие от трёхадресной, использующейся в МЭСМ. Это позволило упростить устройство управления, рационально использовать память, избавляло от необходимости записывать лишнюю промежуточную информацию.
• Оперативная память на электронно-лучевых трубках позволяла записывать до 256 слов. В первой версии МЭСМ в оперативной и долговременной памяти помещалось всего по 31 слову. Благодаря этому М-1 сразу после ввода в эксплуатацию выполняла вычисления, которые МЭСМ смогла выполнять лишь через несколько месяцев — после установки магнитного барабана.

Машина, производившая 15–20 операций в секунду, в то время казалась чудом техники. На неё приезжали посмотреть государственные деятели и академики во главе с президентом АН СССР Несмеяновым.

М-1 сразу же задействовало ведомство легендарного Курчатова. На ней решали задачи, связанные с атомной энергетикой и ядерным оружием, качественно решить которые можно было только на компьютере. Кроме того, на М-1 решали разные технические задачи и отрабатывали технологии программирования. Машина использовалась круглосуточно и проработала в таком режиме три года.

М-2 и серийная линейка ЭВМ М-3

Однако Брук хотел использовать М-1 и другие машины, созданные по её образцу, не только в военных целях — он мечтал решать на них экономические задачи, а также использовать в метеорологии, криптографии, для управления производством и в других отраслях.

Вскоре в той же лаборатории началась разработка М-2 — более крупной и мощной машины на полупроводниках. Новая ЭВМ занимала 22 кв. м., потребляла 29 кВт и выполняла уже 2000 операций в секунду. В 1953 году она была запущена в эксплуатацию. Как и М-1, М-2 была изготовлена в одном экземпляре и проработала 15 лет.

В 1956 году лаборатория разработала ЭВМ М-3, которая была запущена в серийное производство. Эта машина занимала всего 3 кв. м. и широко использовалась в научных учреждениях, которые не могли себе позволить огромных машинных залов. Линия ЭВМ М-3 была востребованна до конца 1960-х.

В 1958 году лаборатория электросистем ЭНИН была преобразована в Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ).