ИТМиВТ - Институт точной механики и вычислительной техники С. А. Лебедева РАН
Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева РАН - научно-исследовательский институт в области информационных технологий, вычислительной техники и микроэлектроники
English
Главная страница Контактная информация Карта сайта и поиск
Об институте Решения Проекты Образование

МОЗУ БЭСМ-6

В. В. Калашников, к. т.н.

Разработка магнитного оперативного запоминающего устройства (МОЗУ) для машины БЭСМ-6 началась с «пустого места» в полном смысле этого слова.

Начало разработки по обрамляющей электронике совпало со стремительным переходом от электронных ламп к полупроводниковым элементам. И если по электронным лампам у нас были и знания, и необходимый опыт, и богатая литература как отечественная, так и зарубежная, то по полупроводникам это начисто отсутствовало. Что касается специальной литературы, то она была одинаково скудная как у нас, так и за рубежом.

Не лучше обстояло дело и в части самого накопителя. Здесь наметился крутой переход от системы прямой выборки с двумя сердечниками на разряд и отличием сигнала кода «I» от сигнала кода «О» по его полярности, к системе совпадающих токов с количественным выделением сигнала кода «I» на фоне помех.

Несмотря на сложность и туманность поставленной задачи, команда разработчиков, включающая М.П.Сычеву, А.С.Федорова, В.В.Калашникова, Д.Ф.Шапошникова и на начальном этапе разработки еще студентов Д.Г.Штильмана и И.А.Шилова, была, как говорится, «на высоте». Их головы еще не болели от пока им не знакомых понятий «время выхода из насыщения», «температурная стабильность», «динамические циклы переключения» и еще массы других тонкостей, которые, по словам К.Пруткова, уподобляют специалиста флюсу с его односторонней полнотой. Они пока еще спали спокойно с полным комплектом крепких зубов, способных разгрызть гранит науки.

Это уже в процессе наладки опытного образца они обратят внимание на некоторые странности поведения адресного диодного дешифратора при некоторых последовательностях обращений и разберутся в наблюдаемом явлении уже после сдачи машины в эксплуатацию.

Это уже в процессе разработки, анализируя работу сердечника на предельной частоте обращений, они прикинут, что в этом режиме сердечником можно кипятить воду. И действительно, вскипятят, используя в качестве сосуда защитный колпачок лампочки «вкл», который они вывернут из осциллографа ЭО-7, испугаются сами, испугают главного конструктора и убедят всех, что магнитный накопитель может нормально функционировать только при погружении его в жидкость типа «веретенное масло» при активном помешивании последнего.

Масло так масло! И наши конструкторы, не впадая при этом в истерику, срочно разрабатывают для накопителя герметичный кожух с герметично же крепящейся к нему крышкой, в которой чем-то загерметизированы два десятка разъемов для подсоединения обмоток накопителя к электронике. К кожуху прикрепляют серийно выпускаемый отечественной промышленностью электромотор, который с помощью разработанной ими крыльчатки должен был все время помешивать масло. Быстро, просто и без затей!

Правда, потом пришло сомнение, а может ли в процессе работы машины идти длинная (на несколько минут) серия постоянных обращений по одному адресу да еще на предельной частоте? Решили проверить это сомнение в процессе опытной эксплуатации опытного образца машины. Проверили и убедились, что ничего, жить можно! Устройство МОЗУ прилично работает и без масла. Масло в накопитель так и не налили, но, на всякий случай (береженного Бог бережет), в конструкции ничего менять не стали. И мотор для перемешивания масла в комплектации оставили.

Правда, В.Ф.Петров, руководитель параллельной разработки аналогичного магнитного запоминающего устройства, не одобрил такие крутые повороты, и в своей разработке масло оставил. И, конечно, у завода-соразработчика где-то не сошлись допуска, где-то что-то не загерметизировалось, и масло подтекало, и была уйма проблем и масса неудовольствия.

Много сложностей было и со считыванием сигнала на фоне помех. Эх, если бы сигнал был хотя бы в 2 — 3 раза больше! И тут вычитали, что по теории ферромагнитный материал имеет три взаимно ортогональные оси, по любой из которых в отсутствие внешнего поля может устойчиво располагаться вектор намагниченности домена. А поскольку в поликристаллическом образце оси намагниченности располагаются произвольно, в процессе перемагничивания сердечника принимает участие не более трети объема материала. А что, если с помощью большого магнитного поля так изменить направление намагниченности доменов, чтобы в процессе перемагничивания сердечника стали участвовать все домены образца? Значит, дело за большим магнитным полем? Собрали батарею конденсаторов и через рубильник подключили к ней концы обмотки, состоящей из нескольких витков, намотанных на сердечник с внешним диаметром 1 мм. Батарею зарядили до 300 В, замкнули рубильник и… не обнаружили сердечника! Батарея на месте, рубильник замкнут, обмотка из нескольких витков тоже в наличии, а сердечника нет. Опыт повторили несколько раз — результат каждый раз был тот же.

После довольно длительных глубокомысленных размышлений явлению было дано научное объяснение: «Пондермоторные силы», — произнес кто-то заикающимся от волнения голосом.

Нарастили батарею, обмотку сделали одновитковую, замкнули рубильник и… ничего, сердечник был в наличии. Перенесли сердечник в схему, генерирующую последовательность перемагничивающих импульсов тока рабочей величины, посмотрели выходной сигнал и… никакого изменения величины сигнала не обнаружили. Снова были глубокомысленные размышления, в результате которых решили посмотреть форму выходного сигнала с сердечника от каждого импульса тока, начиная с первого. В то время начинали входить в моду осциллографы с трубками с послесвечением. Достали нужный осциллограф, снова замкнули рубильник в схеме с батареей конденсаторов, подали последовательность токов и, действительно, увидели, что первому импульсу тока соответствует выходной сигнал в несколько раз большей амплитуды. Однако к большому общему огорчению большой сигнал был только при первом перемагничивании. Запоминать предысторию сердечник категорически не желал.

Не менее драматична и история с конструкцией самого накопителя. В системе совпадающих токов накопитель представляет собой стопку магнитных матриц. Каждая соответствует одному разряду, поэтому число матриц в стопке равно количеству разрядов слова. Адресные обмотки в смонтированном накопителе имеют вид змейки. Они начинаются на одной стороне первой матрицы и кончаются на соответствующей стороне последней матрицы. Соединение матриц в накопителе, по тем временам, было довольно трудоемкой операцией. И вот возникла весьма заманчивая идея монтажа накопителя: в сквозные отверстия контактных площадок рамки матрицы, на которые выходили адресные обмотки и которые служили для объединения матриц, перпендикулярно плоскости матрицы впаивались медные проволочки диаметром 0,8 мм и длиной, равной высоте накопителя. Общее число таких проволочек было 256. Через эти проволочки продевалась вторая матрица, опускалась на первую и все эти проволочки на второй матрице также пропаивались. Затем процедура повторялась с новой матрицей и т.д. Когда все матрицы были перепаяны друг с другом, в нужных местах проволочки между матрицами были выкушены так, чтобы токовые обмотки, образовали требуемую змейку. Накопитель получился прочным и компактным. Принимая во внимание высокую надежность проводов и сердечников, решение с точки зрения ремонтопригодности было вполне допустимым. Первый собранный таким образом накопитель работал на стенде, радуя нас своим миниатюрным видом, но радость наша, увы, была непродолжительной. Начались массовые замыкания между контактными площадками рамок матриц. Исследования показали, что между сквозными металлизированными отверстиями в глубине материала рамки возникают проводящие мостики. Пришлось спешно менять технологию изготовления рамок матриц. Однако испуг был довольно сильным, и сборка накопителя также была изменена.

Букет неожиданностей в этой разработке всегда был пышным и свежим. Уже, казалось, все преодолели, опытный образец собран, питание подано и даже идет тест записи и считывания кода всех «I». Но не тут-то было! Код «О» сосчитать невозможно. Судорожные попытки там постучать, тут подергать, изменить напряжение питания, переставить местами ячейки, ни к чему не приводят. И опять надо брать голову в руки. И опять надо выяснять: почему на обмотке считывания присутствует синфазная помеха, величина которой в несколько десятков раз больше полезного сигнала. Выяснили, нашли причину, нашли техническое решение, ввели изменения в схему и в ячейки, пошли тесты! Ну, может быть, все? Нет, все не может быть никогда! Впереди нас еще ждал резонанс токов в цепях питания, короткие замыкания в конденсаторах МБМ. Как оказалось, замыкания самоустраняются при рабочем напряжении на конденсаторе, близком к номинальному, и остаются при рабочем напряжении значительно ниже номинального. Было и много-много другого. Среди этого другого в опытном образце устройства, конечно, нужно упомянуть о дверях шкафа. Эти двери складывались пополам и поднимались вверх точно так же, как капот у довоенной машины М (Эмки). И хотя в поднятом положении они фиксировались, тем не менее, обладали свойством падать именно в тот момент, когда кто-нибудь из разработчиков засовывал голову во чрево шкафа. И, конечно же, разработчик получал по шее, и, конечно же, разработчик зверел от этого, хотя удар был и не очень сильным, так как дальновидные конструкторы предусмотрели в нужном месте пружину, которая не позволяла двери падать со скоростью гильотины.

В теперешнее время эти воспоминания очень похожи на рождественскую сказку «бывалого» о том времени, когда и вода была мокрее. Сейчас любая из такого сорта неприятностей достаточна, чтобы тормознуть разработку на годик-другой. Именно это время нужно, чтобы убедить завод-соразработчик в необходимости переделок и согласовать эти переделки с представителями заказчика. Значительное время уйдет на тяжелейшее раздумье о судьбе задела, который, по счастливой случайности, сделали только на сто ближайших лет трехсменной работы всего завода. Ну, а в технической стороне неприятностей приходится разбираться только в свободное от основной работы время.

Тем не менее, все вышеописанное имело место быть. МОЗУ было сделано и работало много-много лет с завидной надежностью. Наверное, все так получилось потому, что наши знания и запросы полностью соответствовали или даже чуточку отставали от уровня и возможностей технологии, которая была в нашем распоряжении. И, наверное, еще потому, что это был единственный в практике автора случай, когда разработка шла по классическому пути: макет — внесение изменений в эскизную документацию по результатам испытаний — опытный образец — внесение изменений в документацию по результатам испытаний — передача рабочей документации на завод-изготовитель - запуск малой серии.

И заслуга четкого прохождения этого пути, безусловно, принадлежала отличному организатору — Сергею Алексеевичу Лебедеву.

 

© 1948—2016 «ИТМиВТ»
Версия для печати Контактная информация