Ural-1

"Ural-1"
Frontvy
Modell	"Ural-1"
Klass	små
Prestanda	100 ops/s
Notation	binär
Nummerrepresentation	fixpunkt
Lite djup	36 bitar (35 och tecken) eller 18 bitar (17 och tecken).
Område(n)
Ordning för att utföra kommando	givet (naturligt)
Bagge	på en magnetisk trumma (2048 18-bitars eller 1024 36-bitars binära koder), cirkulationstid 8 ms
ROM	magnetisk bandenhet; kapacitet upp till 40 000 36-bitars binära koder; sekventiell samplingshastighet 75 koder per sekund
Inmatningsapparater	Ingång från perforerad film vid 75 koder/ s Skrivarutmatning upp till 100 koder/ min Utgång till perforerad film med upp till 150 koder/min
Antal lampor	1000
Energiförbrukning	7,5 kW [1] (10 kW [2] )
Fotavtryck	70-80 m 2
Driftläge	slumpmässig
Start av produktion	1957
Slut på produktionen	1961
Kopior framställda	183
Mediafiler på Wikimedia Commons

"Ural-1"  är en liten (enligt klassificeringen som fanns vid tidpunkten för skapandet av klassificeringen) lampprogramstyrd dator från Ural-familjen av datorer , designad för att lösa tekniska problem i forskningsinstitut, designbyråer, högre utbildningsinstitutioner och utbildningsplatser. [3] Den första massproducerade datorn på Sovjetunionens territorium (tidigare var det Strela -datormodellen , tillverkad i mängden 7 stycken). Jämfört med BESM var det betydligt billigare. [1] Enligt Anthony Sutton i sin bok "The best enemy money can buy" var Ural-seriens datorer de enda massproducerade datorerna i Sovjetunionen på 1960-talet, vilket inte är sant, eftersom BESM-seriens datorer var mass- produceras, inklusive BESM-6 (1968) - en av de bästa i världen bland datorer av 2:a generationen, såväl som datorer i M-20- och Minsk - serien. [fyra]

Historik

Datorn utvecklades 1954 - 1955 , det första provet skapades samtidigt (1955) vid Moskvafabriken för beräknings- och analysmaskiner . Justering utfördes av SKB-245 . Den delvis justerade maskinen skickades till Penza-grenen (det framtida Penza Scientific Research Institute of Mathematical Machines ). Där bedrevs från 1957 till 1961 serieproduktion. Totalt tillverkades 183 bilar. En av maskinerna användes vid Baikonur Cosmodrome för att beräkna raketernas flygning [5] .

Chefsdesigner - Bashir Iskandarovich Rameev , utvecklare: V.S. Antonov, B.P. Burdakov, A. G. Kalmykov, A. I. Lazarev, V. I. Mukhin, A. N. Nevsky, A. I. Pavlov, D. I. Yuditsky [5] [6] .

Beskrivning

Med en ockuperad yta på 70-80 m 2 innehöll maskinen 1000 lampor (främst 6H8 ) och diodmotståndsventiler, förbrukade 7-10  kW effekt.

De flesta instruktioner utfördes i två cykler, men maskinen implementerade en mekanism för att kombinera utförandetiden för två instruktioner [7] , som i huvudsak var en tvåstegs pipeline , så den faktiska hastigheten var nära 100 fixpunktsoperationer per sekund ( delningsoperationen utfördes fyra gånger, och normaliseringen är dubbelt så långsam).

RAM-kapaciteten var 1024 kompletta maskinord (kallade "koder" på 1960-talet), eller cirka 4,5 kB. RAM implementerades på magnetiska trummor (100 varv per sekund). Samtidigt bestämdes storleken på en minnescell (36 eller 18 bitar) av adressen - samma plats på den magnetiska trumman kunde läsas som ett 36-bitars nummer, eller som vilket som helst av två 18-bitars nummer. Åtkomsttiden till ett maskinord i minnet tog 1 cykel (i vissa "misslyckade" fall - 2). Den sekventiella läshastigheten var 75 koder per sekund. [1] .

En perforator användes för input-output . Svärtad fotografisk film användes som perforerad tejp . Ingångshastigheten var 3600  baud (100 ord per sekund) utgång - 5600 baud (150 ord per minut). Kontrollpanelen bestod av indikatorer som i binär kod visar värdet på registren för kontrollenheter och ALU ( maskinen hade inte en processor som en separat enhet), tillät operatören att ställa in värdena för dessa register och felsöka med flera nycklar och vippomkopplare. Data i minnet behölls när maskinen stängdes av; genom att skriva ner på papper eller skriva ut registrens värden och skriva in dem efter påslagning var det möjligt att fortsätta beräkningarna från avbrottspunkten. Maskinen var också kapabel till digital utmatning till en skrivare (100 maskinord per minut). Ural-1 hade även en magnetbandenhet med en läshastighet på 75 ord per sekund (2700 baud), en skrivhastighet på 150 ord per minut. Data på filmen lagrades i form av zoner (två zoner parallella med varandra), som var separerade från varandra genom perforering (på en magnetisk film). Trots att filmen var långsammare än stansad tejp gav den en större kapacitet (40 000 ord, d.v.s. 180 kB) [1] .

Vid utformningen av efterföljande modeller ( Ural-2 , Ural-3 , Ural-4 ) behölls delvis mjukvara och hårdvarukompatibilitet med Ural-1-modellen. [5]

Arkitektur [1]

• Aritmetisk enhet (AU); register AU, privat, input och output register.
• Styranordning (CU); instruktionsräknareregister, instruktionsregister, cykelräknareregister
• Bagge
• Bandstation
• In- och utgångsenheter

Aritmetisk enhet och register

Sammansättningen av den aritmetiska enheten (AU) inkluderar följande huvudblock:

• SM 37-bitars binär adderare (beteckning i formlerna för operationer - s ), som arbetar i den inversa modifierade koden;
• DSM ytterligare 6-bitars adderare;
• RGAU 36-bitars register AU (beteckning i formlerna för operationer - r ), som används som ett hjälpmedel när man utför operationer på koder i AU, för att ta emot en nummerkod från ingångsregistret, som arbetar i en direkt kod;
• DRG ytterligare 6-bitars register;
• RGM 9-bitars multiplikatorregister;
• MIRV Ett 36-bitars kvotregister som används för division.
• Ingångs- och utgångsregistren har 9 bitar vardera och används för att utbyta koder mellan AU och andra enheter (RAM, magnetbandenheter);
• Pr -kodomvandlare;
• Block för att generera styrsignaler ω och φ.

RAM

Random Access Memory (RAM) görs på en magnetisk trumma (kallad "magnet drum storage" NMB) består av 2048 partiella celler, med en kapacitet på 18 bitar. Celler är numrerade från 0000 8 till 3777 8 (oktal). Två intilliggande ofullständiga celler kan kombineras för att skapa en komplett 36-bitars cell. Hela celler är numrerade (oktala tal): 4000 8 + n (där n  är numret på den första ofullständiga cellen som används för att lagra hela cellen). Hela celler har adresser från 4000 8 till 7776 8 (i steg om 2, dvs. 4000 8 , 4002 8 , 4004 8 ...).

Kontrollenhet

Styrenheten (CU) innehåller:

• Kommandonummerräknareregister (C, "kommandoräknare"), 11 bitar. Används för att indikera numret på RAM-cellen från vilken instruktionen hämtas till kommandoadderarregistret.
• Kommandoadderareregister ("kommandoregister"), 18 bitar. Det är en adderare med cyklisk överföring (från hög till låg). Används för att hämta från RAM, ändra och lagra nästa kommando (utförs av en speciell operation eller av en omdirigeringsräknare)
• Framåträknareregister (F, "loopräknare"), 11 bitar. Används för att automatiskt ändra adressen för den körbara instruktionen (ändringen styrs av triggern f , som är en del av CU).

Kontrollpanelen

Kontrollpanelen består av signal- och kommandodelar. Signalen ett är en serie indikatorer (neonljus) som visar innehållet i AU-adderregistret, styrregistret, kommandoregistret, kommandoräknarregistret, signalerna φ och ω, etc.

Kontrolldelen innehåller:

• Växlingsknappar som låter dig ange värdet på en minnescell, som visas i kontrollregisterfönstret (och uppdateras varje cykel)
• Två vippomkopplare: Lås φ och Stopp på φ , så att du kan felsöka det pågående programmet. När vippomkopplaren "Lås φ" är på, utförs nästa kommando oavsett värdet på φ och läget för vippomkopplaren "Stopp vid φ". För φ=1 och vippomkopplarna "Lås φ" och "Stopp vid φ" avstängda, hoppas nästa kommando över (i tidigare fall överfördes kontrollen till cell 0001 8 ). Om den blockerande vippströmbrytaren är avstängd och stoppvippströmbrytaren är påslagen, sker ett stopp efter att nästa kommando har utförts.
• Sju vippomkopplare för att styra hoppkommandon (θ=23)
• Två "Radera"-knappar, när de trycks ned samtidigt, återställs alla 1024 minnesceller i RAM till noll.
• "Initial start"-knappen, när den trycks in , läses innehållet i zon 0002 8 på det stansade bandet in i cellerna 0002 8 −0010 8 och kontrollen överförs till kommandot i cell 0002 8 . Zon 0002 8 på den stansade tejpen kallas Initial Entry Zone .
• Startknapp
• Stoppknapp
• Knapp "Single-cycle mode", varvid varje tryckning leder till exekvering av en (nästa) instruktion och stopp
• Växlingsknappar för att ange stoppadressen (maskinen stannar innan instruktionen utförs före den angivna adressen)
• Två "utskriftsprogram"-vippomkopplare för utmatning (under utmatning fortsätter maskinen att arbeta, justerad för latens för I/O-enheter):
  • I-läge: utskrift av programmet som matats in i RAM-minnet
  • II-läge: utskrift av kommandoadressen, typen av kommando som utförs och innehållet i adderareregistret.
• Vippbrytare för att stoppa maskinen vid åtkomst till NML, perforerad tejp.
• Tangentbord (numeriskt) för att mata in siffror i adderaren och kommandon i kommandoregistret (för dess efterföljande exekvering). Inmatning sker i oktalt talsystem.

I/O-enheter

Inspelning på ett magnetbandsenhet (NML) block (zon). Zoner är numrerade från 0000 till 0177 8 och från 1000 8 till 1177 8 (totalt 256 zoner). Storleken på zonen är godtycklig, den kan nå storleken på RAM-minnet (1024 36-bitarskoder).

Fysiskt, på bandet, är zonerna i området 0000-0177 8 och området 1000 8 -1777 8 placerade i par (den första zonen är till vänster, den andra till höger längs bandets bredd). Märkningen av en tejp utförs genom perforering. Bandet rör sig i en riktning, den maximala längden på bandet är 300 m. Söktiden för zonen är upp till 5 minuter.

Perforerad tejp (svartad film) används för inmatning, maxlängden är 300 meter. För avläsning används en fotoelektrisk läsare (hastighet upp till 75 koder per sekund). Avläsning sker i block (zoner), zonnummer från 0000 till 0177 8 . Den maximala zonkapaciteten är 1024 36-bitarskoder eller 2048 18-bitarskoder. Den omvända rörelsen av den perforerade tejpen tillhandahålls inte. Söktid upp till 2 minuter.

Utmatningen utförs på en skrivare eller på en stansmaskin. Använde buffertregister för cachning. Utmatningen sker utan att maskinen saktar ner med intervall mellan utmatningen: 0,64 s för utskrift, 0,46 s för stansning.

Arbetsschema för CU

Klockfrekvensen (varaktigheten av arbetscykeln) bestäms av den magnetiska trummans rotationstid. Cykeln är uppdelad i två delar: den första delen (0,8 trumvarv) läser (eller skriver, beroende på kommandoregistervärdet) från/till RAM för numret som operationen utförs med. Samtidigt läses instruktionen för nästa cykel (enligt registerräknaren för instruktioner); den andra delen (0,2 trumvarv) är exekveringen av en aritmetisk (eller annan) operation enligt operationskoden som fanns i instruktionsregistret innan klockan exekverades. (Vid denna tid lagras det aktuella kommandot i ett speciellt fembitarsregister). Under den andra halvan av cykeln inkrementeras instruktionsräknaren också och omdirigeras till innehållet i omdirigeringsregistret, om läskommandot innehåller omdirigeringsflaggan.

Att utföra normaliserings- och divisionsoperationer tar 4 och 2 cykler (rotation av magnetskivan). Under dessa cykler utförs inte instruktionshämtning.

Om exekveringsadressen för instruktionen ã är i intervallet från C till C + 64 (C är instruktionsräknarregistret), kan exekveringstiden för instruktionen öka med 1 cykel.

Kommandon

Ural-1 stöder 29 olika instruktioner (35 inklusive 6 instruktioner som "gör ingenting", analogt med modern NOP ). En betydande skillnad från den moderna arkitekturen för datorer är likvärdigheten mellan operationer med register, RAM och ingångs-utgångsenheter.

Aritmetiska instruktioner: Registrera skriv, addera, addera över, subtrahera, modulskillnad, två sorters multiplikation, division, teckenändring, skift åt vänster och höger (enkel instruktion, skift riktning efter flagga), bitvis multiplikation (konjunktion), bitvis addition (disjunktion) ), jämförelse, representationsnormalisering

Styrkommandon: skriva till minnet, skriva till ett register, skriva en adress till en adderare, villkorlig gren, ovillkorlig gren, valoperation med tangent (stäng analog med fallet i C), slingorganiseringskommandon, programkodändringskommando, stoppkommando

I/O-kommandon: datautbyte från ett hålband (eller magnetband) och RAM, ett kommando att läsa från ett hålband, skriva till ett hålband, mata ut innehållet i adderaren på en hålslagare, ett hålband "kör" kommando.

Applikation

Ural-1-maskiner användes för tekniska och ekonomiska beräkningar. I synnerhet användes Ural-1 för att beräkna flygningen av missiler vid Baikonur , för att simulera inlärningsprocessen i samband med den kreativa processen. [8] .

Ural-1-datorerna användes också i skolor. Till exempel i mitten av 1960-talet en sådan maskin donerades till den 30:e matematiska skolan i Leningrad . [9] . Ural-1-datorn användes också som undervisningsdator i 239th Physics and Mathematics School of Leningrad innan den flyttade till en ny byggnad 1975, där den ersattes av Minsk-22-datorn och tyvärr inte bevarades. 1965 överfördes bilen från Saratov State University (serienummer inom de första tio) efter att ha avskrivits till gymnasiet nr 13 [10] (nu Fysikaliskt-tekniska Lyceum nr 1) och användes för att lära ut programmering till skolbarn. Därefter utökades den till Ural-3 och ersattes sedan av en andra generationens dator (BESM). Tyvärr accepterades inte "Ural" för lagring av det lokala museet för lokal lore och demonterades därför.

Ytterligare läsning

• Bondarenko V. N., Plotnikov I. T., Polozov P. P. , Programmeringsuppgifter för maskinen "Ural", Izd. Konst. eng. akademi. Dzerzhinsky, 1957
• Kitov AI Elektroniska digitala maskiner. M.: Sovjetisk radio, 1956.
• Kitov A. I., Krinitsky N. A. , Elektroniska digitala maskiner och programmering, red. andra, Fizmatgiz, 1961
• Zhdanyuk B.F. En kort guide till att arbeta vid kontrollpanelen på Ural-datorn. M., 1961;  (nedlänk från 2022-03-12 [226 dagar])
• Burakov M. V. Operativ erfarenhet av Ural digital dator. M., 1962;
• "URAL-1" - den första sovjetiska seriella datorn

Källor

• Smolnikov N. Ya. , Grundläggande programmering för Ural digitalmaskin , sovjetradio, 1961;
• Zhdanyuk B.F. Kort guide till att arbeta vid kontrollpanelen på datorn "Ural" , Moskva, förlag 1961
• Krinitsky N. A., Mironov G. A., Frolov G. D. Programmering (kapitel 9) / ed. M. R. Shura-Bura , delstat. Publishing House of Physical and Mathematical Literature, Moskva, 1963   (otillgänglig länk från 2022-3-12 [226 dagar])
• Sergej Tarkhov. "Ural" . Museum of the History of Domestic Computers . Hämtad 29 oktober 2012. (ryska)   (nedlänk från 2022-03-12 [226 dagar])
• Om Ural-1-datorn  (nedlänk sedan 2013-10-05 [3306 dagar])  (nedlänk)
• SE Khusid, IA Itskovich, IS Litvak och IM Lobov Tillämpning av Ural-1-datorn för att designa sammandragningsanordningar  (otillgänglig länk) //Measurement Techniques, New York, 1972 (översatt från Measuring Technology magazine, nr 3, 1965
• Smirnov G. S. "Familjen av datorer "Ural". Utvecklingshistoriksidor. Fragment av boken
• Smirnov G. S.  Ferritminne av datorn "Ural"
• Elektronisk digital dator "Ural-1" (ECVM "Ural-1")
• Rameevskaya skolan för datordesign. Historia om utvecklingen av fotografier 1948-1972
• Rameev B. I. Universal automatisk digital maskin av typen "Ural" , material från konferensen "Väg för utveckling av sovjetisk maskinteknik och instrumenttillverkning", Moskva 1956

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 4 5 N. A. Krinitsky, G. A. Mironov, G. D. Frolov. Programmering, red. M.R. Shura-Bura . - Statens förlag för fysisk och matematisk litteratur, Moskva, 1963.
2. ↑ Enligt "Om Ural-1-datorn".
3. ↑ B. I. Rameev . Universell automatisk digital maskin av typen "Ural" Arkivkopia daterad 22 december 2015 på Wayback Machine , material från konferensen "Ways of development of Soviet mechanical engineering and instrument making", Moskva 1956, sid. 38.
4. ↑ KAPITEL V: Datorer - Bedrägeri av Control Data Corporation (länk ej tillgänglig) . Hämtad 7 augusti 2009. Arkiverad från originalet 2 maj 2009. (obestämd) 
5. ↑ 1 2 3 VSU Virtual Museum :: Dator :: Ural Arkivkopia daterad 26 januari 2021 på Wayback Machine .
6. ↑ Storskalig liten dator "Ural-1" Arkivkopia daterad 12 maj 2021 på Wayback Machine .
7. ↑ Smolnikov N. Ya. Grundläggande programmering för Ural digital maskin . - Sovjetisk radio, 1961. - S. 83.
8. ↑ http://mi.mathnet.ru/uzku230 M.~S.~Rytvinskaya "Om modellering av inlärningsschemat i samband med den kreativa processen" (som en del av Probabilistic Methods and Cybernetics.~IV Academic Zap. Kazan State Univ. - ta), 1965 vol. 125 nr 6, s. 45-48, Kazan University Publishing House, Kazan
9. ↑ https://www.youtube.com/watch?v=WpCA1LylZu4 Ett utdrag ur en dokumentär om installation av datorer i 30:e skolan
10. ↑ https://www.nvsaratov.ru/nvrubr/?ELEMENT_ID=11534 Arkivexemplar av 13 april 2016 på Wayback Machine Memoirs of the director of school No. 13

Länkar

emural - utvecklande emulator av Ural-datorfamiljen