Процессор и память ЭВМ ЕС-1030. Общие сведения, элементная база, электропитание

Общие сведения

Разработка ЭВМ средней производительности ЕС-1030 началась одновременно с другими первыми советскими машинами Единой системы — ЕС-1020 и ЕС-1050. Разработчиком процессора и каналов выступал Ереванский научно-исследовательский институт математических машин (НИИММ; главный конструктор М. А. Семерджян), оперативную память проектировал московский НИЦЭВТ, а производство велось в Казани. Согласно сайту «Виртуального компьютерного музея», машина пошла в серию в 1973 году и производилась до 1978-го, всего было выпущено 436 штук. Изначально предполагалось развернуть производство этой машины ещё и в Польше, но, к счастью для поляков, из этой затеи ничего не вышло.

В типовой состав ЕС-1030 входили следующие устройства:

• процессор ЕС-2030, занимавший одну стандартную стойку;

• каналы ввода-вывода ЕС-4430 (один мультиплексный и два-три селекторных канала), занимавшие ещё одну стойку;

• стойка питания процессора и каналов ЕС-1030/С002;

• основная, она же оперативная память ЕС-3203 объёмом 256 Кбайт, включающая две стойки — собственно память в ЕС-3203/С001 и её источники питания — в ЕС-3203/С002;

• пишущая машинка (консольный терминал) ЕС-7070;

• устройство ввода с перфокарт ЕС-6012;

• устройство вывода на перфокарты ЕС-7010;

• алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ) ЕС-7030;

• устройство ввода с перфоленты ЕС-6022;

• устройство вывода на перфоленту ЕС-7022;

• устройство управления накопителями на магнитной ленте ЕС-5511;

• четыре накопителя на магнитной ленте (НМЛ) ЕС-5010;

• устройство управления накопителями на магнитных дисках ЕС-5551;

• два накопителя на сменных магнитных дисках (НМД) ЕС-5056.

Кроме того, в штатный комплект поставки входили два устройства подготовки данных на перфокартах ЕС-9010, устройство подготовки данных на перфоленте ЕС-9020 и комплект сервисного оборудования, но непосредственно к машине они не подключались.

По желанию заказчика объём памяти мог удваиваться (поставлялась ещё одна стойка памяти и, вероятно, дополнительная стойка питания). Имелась возможность подключения дополнительных периферийных устройств; в частности, количество НМЛ и НМД на одном контроллере могло быть доведено до восьми, а хорошая пропускная способность селекторных каналов позволяла, в теории, использовать с этой моделью появившиеся позднее более ёмкие и быстрые диски ЕС-5061 (29 Мбайт, 312 Кбайт/с против 7,25 Мбайт, 156 Кбайт/с у ЕС-5056).

Быстродействие процессора ЕС-2030 обычно указывается равным 100 тыс. оп/с (с этим есть определённые неясности, о которых будет говориться в заключении), пропускная способность каждого селекторного канала достигает 800 Кбайт/с, мультиплексного — 300 Кбайт/с в монопольном и 40 Кбайт/с в мультиплексном режиме. Типовой состав оборудования размещается в машинном зале площадью 110 кв. м (см. рисунок) и потребляет 21 кВт энергии.

Две ЭВМ ЕС-1030 могли объединяться в единый вычислительный комплекс ВК-1010.

Элементная база

Логическая часть ЕС-1030, как и создававшейся одновременно в Минске ЕС-1020, была построена на первых то ли девяти, то ли десяти микросхемах 155-й серии: ЛА1, ЛА2, ЛА3, ЛА4, ЛА6, ЛА7, ЛР1, ЛР3, ЛД1 и, возможно, ЛА8 (до 1975 года действовала другая система обозначений микросхем; например, К155ЛА3 именовалась К1ЛБ553; однако в дальнейшем изложении будем придерживаться более поздней системы, в расширенном виде применяемой в России по сей день). Естественно, одинаковая элементная база диктовала одинаковые схемотехнические решения для аналогичных узлов, примеры которых приводились в одной из предыдущих статей.

Кроме микросхем 155-й серии, в некоторых узлах процессора и каналов использовались три типа гибридных микросхем (микросборок):

• сдвоенный магистральный усилитель 2ЛИ532 (http://www.155la3.ru/k253.htm), обеспечивающий приём и передачу данных по стандартному интерфейсу ввода-вывода;

• одновибратор 2ПМ541 (http://www.155la3.ru/k254.htm);

• линейный дифференциальный усилитель 2УИ541, использовавшийся для усиления сигналов, поступающих при считывании из ПЗУ.

Эти микросборки были разработаны и выпускались в Ереване — вероятно, специально для ЕС-1030. Во всяком случае, в создававшейся в те же годы минской ЕС-1020 они не применялись, а узлы аналогичного назначения были собраны из дискретных компонентов.

Наконец, в составе оперативной памяти ЕС-3203 ограниченно применялись не указанные точно микросхемы 137-й серии (по-видимому, К137ЛД1, используемые в качестве транзисторных сборок).

Принципиальные схемы перечисленных выше микросборок приведены ниже. Входящие в их состав резисторы выполнены из сплава МЛТ, активными элементами являются бескорпусные транзисторы 2Т307 и 2Т324 и диодные матрицы 2Д901 и 2Д910.

Электропитание

Определённый интерес представляет приведённый в [1] перечень унифицированных вторичных источников питания (УВИП-1), применяемых в узлах центрального оборудования ЕС-1030. Для питания стойки процессора ЕС-2030 используются следующие блоки:

• процессор в узком смысле слова (его логическая часть, не включая блоки памяти различного назначения) — семь блоков питания 5 В, 18 А;

• местная память, физически входящая в состав процессора, но «юридически» являющаяся отдельным устройством, — два блока 5 В, 3,6 А и один блок 20 В, 1,7 А (согласно техническому описанию, местная память, как и память ключей защиты, и долговременное запоминающее устройство, используют также напряжение –5 В; вероятно, оно выдаётся вместе с напряжением +5 В одним и тем же блоком питания — во всяком случае, в процессоре ЕС-2020 дело обстоит именно так, а никаких дополнительных блоков питания, выдающих отрицательные напряжения, доступная литература не упоминает);

• память ключей защиты, также физически находящаяся в стойке процессора, — два блока 5 В, 3,6 А и один блок 20 В, 1,7 А;

• долговременное запоминающее устройство (ДЗУ), т. е. память микропрограмм, — один блок 5 В, 3,6 А;

• пульт управления — один блок 5 В, 3,6 А.

Стойка каналов ЕС-4430 питается следующими блоками:

• общий канал (т. е. часть оборудования, общая для всех каналов и обеспечивающая их сопряжение с процессором и памятью) — 3 блока 5 В, 18 А и один блок 6,3 В, 14 А;

• каждый из трёх селекторных каналов — по два блока 5 В, 18 А;

• мультиплексный канал — два блока 5 В, 18 А, один блок 5 В, 3,6 А, два блока 6,3 В, 3 А и один блок 20 В, 1,7 А.

Наибольшей пестротой отличается набор блоков питания стойки основной памяти ЕС-3203: шесть блоков 27 В, 10 А, один блок 27 В, 1,5 А, четыре блока 20 В, 10 А, три блока 20 В, 4 А, один блок 12,6 В, 10 А, два блока 12,6 В, 5 А, два блока 5 В, 0,5 А.

Исходя из этого списка, можно определить теоретически максимальный ток, потребляемый оборудованием для каждого из питающих напряжений:

• процессор: 5 В — 147,6 А; 20 В — 3,4 А;

• каналы: 5 В — 201,6 А; 6,3 В — 20 А; 20 В — 1,7 А;

• основная память объёмом 256 Кбайт (одна стойка): 5 В — 1 А; 12,6 В — 20 А; 20 В — 52 А; 27 В — 61,5 А.

Как видим, наибольшее потребление имеет стойка памяти (до 5 кВт, согласно имеющемуся техническому описанию) — но, следует заметить, большие токи нужны ей лишь во время считывания/записи, поскольку хранение информации в ферритовой памяти совершенно «бесплатное» (информация сохраняется и при полном отсутствии питания). Не менее любопытно, что, если исходить из суммарного тока, который могут выдать блоки питания, логическая часть каналов имеет на четверть большее потребление, чем собственно процессора, хотя каналы по сравнению с ним являются довольно простыми устройствами. Дело, вероятно, в том, что в процессоре используется микропрограммное управление, а в каналах — схемное, причём все каналы работают независимо друг от друга, а соответственно, каждый имеет почти полный набор оборудования.

Из имеющихся технических описаний известно, что местная память потребляет от источника +5 В мощность 14 Вт, от –5 В — 4 Вт, от +20 В — 16,4 Вт, т. е. в сумме около 35 Вт. Можно утверждать, что такая же мощность потребляется и памятью ключей защиты, не имеющей принципиальных отличий от МП. ДЗУ имеет суммарное потребление от источников +5 В и –5 В порядка 50 Вт.

С целью профилактики возникновения неисправностей и упрощения наладки электронных блоков источники питания позволяют выдавать напряжение, на 10% процентов выше или 15% ниже номинального. Использование «неправильного» напряжения позволяет иногда превратить трудноуловимый «плавающий» сбой в постоянную ошибку и тем самым существенно облегчает поиск неисправностей (такая возможность в начале 1990-х мне сильно помогла в поиске неисправных ТЭЗов на только что установленной ЕС-1130; надо полагать, не менее актуальной она была и на 20 лет раньше).

Поскольку блоков питания в составе машины много, их работой управляют блоки управления питанием (БУП), а для контроля и управления электропитанием в целом служат центральный пульт управления питанием (ЦПУП) и блок профилактического контроля и замера напряжений (БПЗН). Сетевое напряжение поступает на все эти блоки через распределительное устройство (РУ).

Как уже указывалось, источники питания процессора и каналов расположены в отдельной стойке ЕС-1030/С002, для питания памяти также имеется своя отдельная стойка. Конечно, тогдашние блоки питания были куда более громоздкими, чем современные, но, но всей вероятности, стойки питания оставались полупустыми (например, в появившейся к концу 1970-х ЭВМ ЕС-1035, процессор которой был построен на микросхемах ЭСЛ и, соответственно, потреблял куда больше энергии, штатный объём основной памяти в 1 Мбайт, выполненной уже на микросхемах, размещался в одной стойке с блоками питания, а их там было явно не меньше, чем у процессора ЕС-1030). Как следствие, центральное оборудование машины при объёме памяти в 256 Кбайт занимает пять стоек, из которых две содержат лишь блоки питания.

С источниками питания имеется один крупный непонятный момент. Судя по приведённому выше списку УВИП-1, пятивольтовые блоки, от которых питается вся логическая часть машины, выдают ток либо 3,6 А, либо 18 А, из-за чего их требуется весьма значительное количество, что выглядит весьма нерациональным. Однако, судя по шифрам сохранившейся документации, импульсные блоки питания ЕС-0902 и ЕС-0922, рассчитанные на ток 60 А, были тоже разработаны в Ереване и, кажется, как раз для ЕС-1030. Возможно, [1] отражает первоначальный состав источников питания, который в процессе подготовки или уже в ходе серийного производства был обновлён.

Литература

Основным источником информации по процессору ЕС-1030 является книга:

1. А. Т. Кучукян, И. Б Мкртумян и др. Электронная вычислительная машина ЕС-1030. Под общ. ред. А. М. Ларионова. — М., «Статистика», 1977.

Дополнительная информация черпалась из разных документов, сохранившихся в Российской государственной библиотеке. Важнейшим из них является:

2. В. Н. Карпов, А. В. Серостанов. Цифровая электронная вычислительная машина ЕС-1030. Курс лекций. Выпуск 3. Процессор ЭВМ ЕС-1030. — Л., 1977.

К сожалению, альбом иллюстраций, который прилагался к этому курсу, найти не удалось (как не удалось найти и выпуски 2, 4 и 5; выпуск 1 имеется, но в нём даётся лишь общая информация о машине, в целом не представляющая большого интереса).

Сохранились также некоторые технические описания из комплекта документации на машину — по оперативной памяти ЕС-3203, местной памяти ЕС-3833 и ДЗУ ЕС-3603, а также некоторые другие технические документы, которые использовались при написании соответствующих разделов этой серии статей.