Marlagram

The history of the first microprocessor is murky and ill-defined. For years, the Intel 4004 was generally accepted to hold the title. However, in 1998, the historical record was rewritten as the existence of an earlier system was revealed to the world.

In this video, we'll learn about the MP944, and why many now consider it the first microprocessor. Regardless of whether it was or not, it was extremely complex for its day.

...
Постараюсь дать краткое разъяснение по отличиям в разработках БИУС «Туча» и «Аккорд»:
Первые автоматизированные системы управления боевыми действиями стали создаваться в 60-х гг. на базе электронно-вычислительных машин (ЭВМ) второго поколения. В этой области лидером явились США, где в начале 60-х гг. был создан унифицированный ряд боевых информационно-управляющих систем (БИУС) для кораблей NTDS (Naval Tactical Data System) (1961 год). Эта система осуществляла автоматизированный сбор, обработку и наглядное отображение информации, необходимой для оценки тактической обстановки и принятия решения на маневрирование, боевое использование оружия и управление стрельбой. Разработка первой отечественной БИУС «Туча» для ПЛАРБ была закончена лишь в 1967 году. В дальнейшем для других ПЛ были созданы БИУС: «Брест» (1967 г.), «Аккорд» (1972), «Узел» (1973 г.), «Антей» (1980 г.), «Алмаз» (1972 год) и «Омнибус» (1981 год). Ознакомившись с БИУС “Туча”, разработка которой велась в ЦНИИ “Агат” c 1959 года, разработчики “Аккорда” пришли к выводу, что опыт агатовцев для нас неприемлем: “Туча” была по габаритам гораздо больше аванпроекта “Аккорд”, хотя количество решаемых задач было значительно меньше. Разработчики “Аккорда” считали, что получить уменьшение габаритов системы можно только за счет радикальной перестройки управления периферией системы. Чтобы защитить разработанные нами идеи, мы выступали с докладами на всех стадиях разработки перед заказчиками в Петродворце, Пушкине, в министерстве судпрома, на всесоюзных совещаниях и на отраслевых конференциях, включая головную организацию «Агат», где познакомились и нашли общий язык с главными разработчиками «Тучи» – Ярославом Афанасьевичем Хетагуровым, Виктором Васильевичем Малишевским, Борисом Ивановичем Мусатовым, Олегом Сергеевичем Потураевым, Евгением Михайловичем Лапыгиным, Заволокиным. Несмотря на нашу молодость, мы вращались в среде самых передовых специалистов нашей страны через протекцию и мощную поддержку академика Вадима Александровича Трапезникова и его правой руки —дтн. Альберта Фёдоровича Волкова, а также замдиректора ИПУ АН, Ивери Вахтанговича Прангишвили. Назначенный научным руководителем по комплексной автоматизации ПЛ 705, директор московского ИАТ Академии Наук академик В.А. Трапезников, начиная с 1962г. регулярно командировал в наше СКБ Кулакова своих специалистов. Учёные из ИАТ совместно с разработчиками «Аккорда» вели интенсивный поиск и проработки структур ЦВУМ, которая удовлетворяла бы требованиям ТТЗ на БИУС «Аккорд». Основными из них были: резкое сокращение численности боевого экипажа АПЛ, и вытекающая из этого задача полной автоматизации процессов обслуживания в течение всего плавания. Решались вопросы структуры построения ЦВМ с самодиагностикой неисправностей, автоматического переключения резерных машин, выбора элементной базы и программного обеспечения обнаружения неисправного модуля с точностью до конструктивно сменного блока, вопросы устойчивой работы аппаратуры в условиях колебания питания сети корабля на треть от нормы. ЦВУМ “Аккорд” оказалась первой и единственной машиной на флоте, имеющей в системе команд специализированные операции прямого управления вводом-выводом. Благодаря этому принципу БИУС “Аккорд” оказалась самой малогабаритной БИУС среди управляющих систем второго, да и третьего поколений. Сложная задача стояла в части организации временной диаграммы работы системы с учётом необходимости решения многих программ в параллель при быстродействии 100 тыс коротких оп/сек. Режимы работы системы были определены с учётом обеспечения боевой, учебной и походной деятельности экипажа. В ЦВУМ была использована американская идея многоуровневых прерываний, модернизированная с учётом специфических условий работы «Аккорда». Была разработана 4х-уровневая система прерываний с приоритетным распределением всех программ каждого режима внутри каждого уровня. В результате удалось организовать параллельные вычисления разных по частоте и важности задач, что позволило ужать программное обеспечение в объём 32К плюс объём 8К памяти констант.
Вот как оценивал нашу разработку в своих вспоминаниях контр-адмирал А.С.Богатырев, в прошлом – командир АПЛ проектов 705 и 705К. «Уникальность АПЛ пр.705 (705К) заключалась в системном комплексно-автоматизированном управлении кораблем. Оно действительно стало революционным в практике подводного кораблестроения. БИУС (на нашем языке он был мужского рода) работал, в общем-то, как часы. Не возмущайтесь, мои боевые товарищи, инженеры-вычислители – конечно же, только совместно с вами. Отказов хватало. Но не было случаев в моей командирской практике, чтобы с боевой службы мы приходили с красным табло «БИУС не работает», и не помню такого, когда возвращались из обычных походов. БИУС отрабатывал информацию всего автоматизированного электронно-навигационного, радиоэлектронного и гидроакустического вооружения, управлял стрельбой всеми видами оружия (кроме стрелкового) и мог управлять любым маневрированием ПЛ, в т.ч. и в вертикальной плоскости, с автоматической записью параметров кораблевождения и стрельбы».
Разработчики “Аккорда” хорошо понимали перспективность аккордовских решений и необходимость их дальнейшего развития и совершенствования для перехода к третьему поколению БИУС. Когда в 1969 году ЦКБ “Полюс” получило задание на разработку БИУС`ов третьего поколения типа “Антей” для нового поколения ПЛ, коллектив ЦКБ был технически и морально готов к созданию этих систем, однако в это время начались административные и политические игры МСП и ВМФ в базовый ряд ЦВМ. Всем разработчикам систем радиоэлектронного вооружения ПЛ были запрещены разработки собственных ЦВУМ и предписано использовать ЦВМ базового ряда, который должен был быть разработан ЦНИИ “Агат”. Время шло, а машины базового ряда не появились, сроки “Антеев” поджимали, и в 1972 году (за один год), в ЦКБ “Полюс” была создана ЦВМ “Аккорд М” с выдающимися параметрами. Прямое быстродействие составляло 500 тыс. оп./сек. (вдвое выше планируемого быстродействия ЦВМ “Атака”), объемом оперативной памяти 8 тыс. и долговременной – 100 тыс. Машина была программно совместимой с ЦВУМ “Аккорд”, была отлично приспособлена для работы в комплексах повышенной надежности и повышенной производительности, сохраняла все достоинства ЦВУМ “Аккорд” как управляющей системной машины. Она была выполнена на интегральных микросхемах серий 133 и 136, на оригинальной технологии многослойных печатных плат и занимала половину объема стандартного шкафа. Машина вызвала большой интерес, в особенности, на фоне отсутствия обещанных машин базового ряда. Ее готовы были применить в новых разработках ЦНИИ “Гранит”, НИИ “Морфизприбор”, НИИ “Электроприбор” и ряд других предприятий отрасли, машина демонстрировалась в Министерстве Судпрома. Но административные игры взяли верх над здравым смыслом. В 1973 году действующий экспериментальный образец “Аккорда М” и его документация были изъяты из ЦКБ и переданы в ЦНИИ “Агат”, работы по “Антеям” были прекращены. Следует отметить, что ЦВМ с аналогичными параметрами, хотя и не обладавшая системными возможностями “Аккорда М”, была создана киевским НИИ “Квант” только 1982 году (“Карат” модернизированный). Административные игры остановили развитие корабельных ЦВМ на 10 лет!
...

...
В мае 1960 года инженер моей лаборатории — физик по образованию, Лев Иосифович Реймеров, предложил в качестве универсального элемента 2НЕ-ИЛИ использовать двойной транзистор в одном корпусе с внешним резистором, заверив нас, что практически это предложение уже обеспечивается в существующем технологическом процессе изготовления транзисторов П401 — П403, который ему хорошо известен по практике на заводе «Светлана». В процессе изготовления транзисторов на одной пластинке «германия» формируются несколько десятков транзисторов. Исходная пластина «германия» является общим коллектором, а все транзисторы изолированы друг от друга навстречу включенными PN-NP переходами, а их коллекторы соединены между собой, что и требуется. Нужно лишь нанести риски и разделить по парам транзисторы и поместить их в корпусах с четырьмя выводами. Сформировать коллекторную нагрузку из-за малого удельного сопротивления «германия» при существующей технологии было невозможно. Требовался дополнительный внешний резистор для создания типового логического элемента «2HE-ИЛИ». Но и резистор можно разместить в том же корпусе. Это уже было почти все, что надо! Ключевые режимы работы транзисторов и высочайший уровень унификации. Теперь мы знали, как решать задачу транзисторизации ламповой аппаратуры. Не менять лампы на транзисторы, а создавать транзисторную аппаратуру на универсальных логических элементах. А через неделю Лев принес эскиз структуры кристалла, на котором к двум транзисторам на их общем коллекторе добавлялся P-N-переход, образующий слоистый (диффузионный) резистор, который, согласно его расчетам, составлял 200–300 Ом. И тогда этот кристалл уже можно называть «твердой схемой», и он будет выполнять функцию «2НЕ-ИЛИ» без дополнительных радиоэлементов. Вот это да!!
...
На такой прибор: на металлической основе (дюраль) крепится германиевый кристалл, на котором создаются четыре слоя с N-P-N-P-проводимостью. Дополнительный слой нужен для создания в диффузном N-P-переходе слоистого (диффузионного) сопротивления. Лева изложил мне свою идею, когда мы гуляли по территории завода, и он с удовольствием вдыхал запах лака МБК, который исходил от моего халата. Лак МБК-3 мы использовали для герметизации полупроводниковых приборов. Работу по вплавлению золотых выводов хорошо освоила молодая монтажница Люда Турнас, и я привлек ее к работе. Полученное изделие помещалось на керамическую галету размером 10×10×0,2 (Рис. 1.2.1), приклеивалось каплей эпоксидки и выводы распаивались. Для этого на каждой стороне у галеты имелось по 3 зазубрины с припоем. Таких галет до 10 штук можно было легко вынести через проходную завода, просто зажав в кулак. Мы сделали Леве таких галет несколько сотен штук. В 1961 году я уже был технологом — начальником участка.
...

...
В 1957-1958 годах в Советском Союзе начали появляться первые типы транзисторов, освоенных массовым производством. Их применение вместо радиоламп сулило значительный прогресс в развитии вычислительной техники. Поэтому в Лаборатории управляющих машин и систем АН СССР, преобразованной в 1958 году в Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ), широко развернулись исследования характеристик транзисторов в различных режимах их работы в электронных схемах ЭВМ (надёжность, стабильность параметров, скорость работы и др.). Исследовались различные варианты схемных решений элементов на транзисторах: статические, динамические, импульсные, потенциально-импульсные, потенциальные.
...
По виду электрических связей системы логических элементов разделяются на импульсные, потенциально-импульсные и потенциальные. Первые два типа построения схем элементов широко использовались в ламповых вычислительных машинах, и именно из ламповой техники эти принципы были перенесены на первые разработки транзисторных машин, в которых часто делались попытки строить схемы импульсного и импульсно-потенциальные типа. При разработке полупроводниковой вычислительной машины М-4 в ИНЭУМе были также опробованы оба эти пути. Для ЭВМ М-4 были разработаны и изготовлены два типа арифметических устройств: У-1 с использованием импульсно-потенциальной системы элементов на транзисторах П-16Б и устройство У-2 с использованием чисто импульсной системы на динамическом элементе с диффузионными транзисторами П-403 и линиями задержки.
...
Первые образцы изготовленных машин показали способность транзисторов и диодов обеспечить более высокое быстродействие по сравнению с достигнутым быстродействием в ламповых машинах. Но при этом выяснилось и то, что некоторые технические решения, используемые в импульсных и импульсно-потенциальных системах элементов в ламповых машинах для повышения надежности, быстродействия, технологичности изготовления и т. п., теряли свою актуальность в транзисторных машинах.

Системы элементов импульсного типа (с динамическими триггерами) завоевали признание в то время, когда основные логические схемы большей частью строились из полупроводниковых диодов, а в качестве активных элементов все ещё использовались электронные лампы. Резкое несоответствие между габаритами, потребляемой мощностью и надежностью полупроводниковых диодов по сравнению с электронными лампами явилось первой причиной к применению динамических триггеров. Динамические триггеры позволяли значительно сократить количество ламп за счёт увеличения количества диодов. В этом было первое преимущество импульсных схем. При замене ламп транзисторами это преимущество отпадало: транзистор – это элемент по существу тех же габаритов, стоимости и надёжности, что и полупроводниковый диод, поэтому стремиться к экономии транзисторов за счёт увеличения количества диодов, импульсных трансформаторов и линий задержки не имеет смысла.

Второе преимущество заключалось в возможности применения на переходах от ламп к диодным схемам понижающих импульсных трансформаторов, позволявших лучше согласовывать параметры выходных сигналов лампы с входами диодных схем и значительно повышать нагрузочную способность активного элемента. С наличием понижающего трансформатора было связано и третье преимущество импульсных схем перед потенциальными – выигрыш по быстродействию. Основным фактором, ограничивающим быстродействие ламповых схем, являются паразитные емкости, особенно емкость на входе лампового усилителя. Выполнение межкаскадных связей через понижающий трансформатор значительно уменьшает вредное воздействие входных емкостей. Применение понижающих трансформаторов в импульсных транзисторных системах элементов не дало бы такого выигрыша по быстродействию, который достигается в ламповых схемах. Скорость переключения транзисторного усилителя определяется в основном внутренними характеристиками самого транзистора, а не паразитными емкостями.

С точки зрения быстродействия импульсная система на транзисторах получается хуже, чем потенциальная, поскольку при равных частотах в импульсной системе требуется вдвое больше переключений транзистора, чем в потенциальной схеме. Увеличение количества фронтов в импульсной системе ухудшает и энергетический баланс транзистора, поскольку максимум мощности на коллекторе выделяется как раз в момент переключения транзистора, на фронте. Поэтому, в потенциальной системе элементов могут применяться более форсированные режимы работы транзисторов.

Указанные недостатки импульсных схем при изготовлении М-4 привели к тому, что динамические элементы, изображенные на рис. 2а, оказалось невозможным осуществить в массовом порядке без специального отбора транзисторов и диодов.
...
Совсем другое положение складывается в случае построения импульсно-потенциальной системы на транзисторах и полупроводниковых диодах, обладающих примерно одинаковым быстродействием. В транзисторных схемах статического триггера паразитные емкости очень мало влияют на быстродействие. Хотя в схеме такого триггера и сохраняются форсирующие емкости, их роль невелика как в отношении скорости переключения, так и в отношении инерционности триггера. Время переключения в такой схеме определяется в основном частотными свойствами транзисторов. Минимальный интервал между двумя переключениями может быть принят равным времени установления выходного напряжения триггера. Но поскольку клапан выполняется на таких же транзисторах что и триггер, невозможно получить длительность импульса, сформированного клапаном, существенно меньшей, чем длительность интервала между двумя переключениями триггера. Ввиду этого приходится искусственно снижать частоту срабатывания триггеров в несколько раз, чтобы длительность импульса составляла хотя бы 1/4 от длительности такта (в ламповых схемах импульс, сформированный клапаном, составляет примерно 1/10 длительности такта триггера). Дополнительные трудности возникают также и в связи с высоким быстродействием диодных логических схем. Если выходные сигналы переключаемых одновременно триггеров поступают обратно на входные логические схемы (что довольно часто встречается в устройствах управления вычислительных машин), то это приводит к искажению сигналов, формируемых клапанами: происходит или срезание конца полезного импульса, или появляется ложный импульс на выходе клапана. Именно это явление доставило немало хлопот разработчикам М-4 при вводе машины в эксплуатацию. Имеются различные методы борьбы с этими явлениями, однако все они связаны со значительными техническими трудностями: необходимостью строго контролировать амплитуды и длительности импульсов; разнообразием технических средств, используемых в системе элементов; различием связей в зависимости от места применения элемента и т. п.
...
Поэтому при проектировании вычислительной машины М-5 уже была реализована потенциальная система элементов, основу которой составлял потенциальный статический триггер на токовом ключе с обратной связью через диодные логические схемы.
...

...
27 сентября 1958 года вышло постановление Президиума АН СССР о преобразовании Лаборатории управляющих машин и систем АН СССР в Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ АН СССР). Директором института назначался И.С.Брук. Для размещения коллектива института предусматривалось строительство лабораторного корпуса по проекту типового школьного здания. Институт получил заказы на разработку новой вычислительной машины М-5.
...
«... М-5 была задумана как мультипрограммная и многотерминальная ЭВМ, реализующая режимы, как пакетной обработки, так и разделения времени. Ее структура базировалась на общей магистрали, связывающей центральный процессор, блоки оперативной памяти и устройства управления вводом-выводом и внешней памятью (игравшими роль каналов, характерных для машин третьего поколения). Была выделена адресная арифметика, обеспечивавшая выполнение инструкций над индексными регистрами и преобразование адресов основных команд. Машина оперировала с 37-разрядными числами с фиксированной и плавающей запятой. 37-разрядный формат одноадресных инструкций содержал поля адреса, ключей, индексов и кода операций. Была обеспечена возможность страничной организации памяти. По своей элементной базе ЭВМ М-5 относилась к машинам второго поколения. Электронные схемы машины М-5 базировались на диодно-транзисторной логике, оперативная память – на ферритовых сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса по схеме с совпадением токов (2D)»… (Е.Н.Филинов).
...
Серийным производством ЭВМ М-5 освоена не была. Единственный опытный образец этой машины был изготовлен на Минском заводе и установлен в ИНЭУМе, где находился несколько лет в опытной эксплуатации.

Производительность ЭВМ М-5 составляла около 50 тыс. операций в секунду.
...

In 1968 the real-time computing interests of AEI, Elliott-Automation, English Electric, Marconi and GEC, were consolidated into a single company [ref. 1]. It traded initially as Marconi Elliott Computer Systems Ltd (MECS) and then, after 1971, as GEC
Computers Ltd. English Electric obtained the non-computing products and the mainframe data processing products were transferred to ICT/ICL.