Универсальная цифровая вычислительная машина “МИФИ”

Вычислительная машина “МИФИ” была создана на факультете вычислительных математических устройств на кафедре “Математические счетно-решающие приборы и устройства” Московского инженерно-физического института (МИФИ). Разработка вычислительной машины началась в 1957 г. В 1958 г. она была изготовлена в экспериментальных производственных мастерских МИФИ, а в 1959 г. отлажена и сдана Государственной комиссии. В этом же году началась ее эксплуатация. На ней выполнялись расчетные лабораторные работы, велось обучение программированию и проводились расчеты по заданиям кафедр института. В 1964 г. машину разобрали в связи с невозможностью ее перевозки в новое здание института на Каширском шоссе.

Вычислительная машина “МИФИ” была одной из первых машин в Советском Союзе, созданных в учебном заведении. Ее появление в МИФИ обусловлено двумя обстоятельствами: невозможностью получения первых цифровых машин (“Урал”, БЭСМ-2) институтом и необходимостью подготовки высококвалифицированных кадров для обучения студентов.

Быстродействие на первом этапе эксплуатации машины “МИФИ” с использованием магнитного барабана оценивалось в 300 трехадресных команд в секунду. Этот показатель был значительно выше скорости выполнения команд серийными советскими вычислительными машинами с магнитным барабаном. В то время вычислительная машина “Урал” выполняла 100 одноадресных команд в секунду, а машина М-3 — 30 трехадресных команд в секунду.

Высокая скорость выполнения команд была обусловлена использованием ряда оригинальных структурных решений. На втором этапе, в 1961 г., было установлено ЗУ на ферритах объемом 4К слов.

Вычислительная машина “МИФИ” была построена с применением в основном двух типов электронных ламп: 6Н8С и 6П9, которые имели серии с повышенным сроком службы.

Кодирование информации и система команд

В ЦВМ принята двоичная система счисления. Все числа представлены с плавающей запятой и хранятся в нормализованном виде. Положительные мантиссы и порядки записываются в прямом коде, а отрицательные порядки — в дополнительном. Дополнительный код мантисс используется лишь при суммировании мантисс разных знаков. Отрицательным числам в разряде знака соответствует код “1”, положительным “нуль”.

Разрядная сетка числа имеет 41 разряд, которые распределяются следующим образом: 3 разряда — порядки и один разряд — знак порядков; один разряд — знак мантиссы и 36 разрядов — мантисса (рис. 1).

рис. 1. Разрядная сетка числаю

Особенностью разрядной сетки является представление порядков, где каждой единице порядка соответствуют четыре разряда мантиссы. Нормализованным числом считается то, у которого в первой четверке разрядов мантиссы имеется хотя бы одна единица. Такое представление числа существенно сокращает количество нормализации результатов любой арифметической операции влево. По статистическим данным, полученным на БЭСМ АН СССР, число операций нормализации составляет порядка 30%, а время их выполнения — около 9% от общего времени счета, причем 3% занимает операция выравнивания результата влево.

Сокращение времени выполнения нормализации происходит за счет исключения сдвигов на один, два и три разряда.

Диапазон чисел, с которыми ведутся операции, будет

2-32<X<228

или в десятичной системе счисления

10-9<X<108

Система команд машины “МИФИ” состоит из 31 команды, соответствующих большинству команд, применяемых в универсальных вычислительных машинах того времени.

В машине были использованы две адресные системы: классическая трехадресная система и одноадресная система. Применение двухадресных систем было связано с необходимостью уменьшить число команд, требуемых для решения задач. У одноадресной системы в одной ячейке памяти хранилось две команды.

Структура трехадресной и одноадресной команд приведены на рис. 2.

рис.2.

Для кодирования операций использовалось 5 разрядов в трехадресной и одноадресной системе команд, т. е. кодировалась 31 операция. Каждый адрес имеет 11 разрядов, что соответствует емкости оперативного запоминающего устройства 2047 41-разрядных слов. Три младших разряда в команде отведены под признаки. Значение этих признаков следующее. Наличие единицы в первом разряде показывает, что первый и третьи адреса используются для признаков, а наличие единицы во втором разряде — что работа ведется в одноадресной системе.

Наличие единицы в третьем разряде определяет контрольный останов. При единице в первом разряде и следующей команде “групповая операция”: в разрядах 25-36 указывается, сколько раз повторяется групповая операция. Наличие единиц в 15-17 разрядах указывает на модификацию соответственно первого, второго и третьего адресов в каждой групповой операции.

Структура одноадресной системы команд приведена на рис. 3. Разряды 19-25 используются под признаки, расширяющие возможности системы команд, и разрядную адресную сетку до 12 разрядов при работе с ферритовым кубом объемом 4096 слов.

Рис. 3. труктура одноадресной системы команд

Устройство управления.

В машине принята смешанная структура с плавающим циклом центрального управления и местным управлением.

Синхронизирующее кольцо (СК) вырабатывает тактирующие импульсы, используя пятиразрядный счетчик и двухступенчатый дешифратор.

Счетчик команд содержит номер следующей команды. После выполнения каждой команды код счетчиков увеличивается на единицу. При выполнении одноадресных команд счетчик команд увеличивает свой код через команду. В случае групповых операций счетчик блокируется. При выполнении операции “условный переход” содержание адресных регистров может передаваться в счетчик команд.

Блок запоминания команд (БЗК) представляет собой регистр из 41 триггера. Команды на регистр поступают через регистр I AУ.

Дешифратор операций (ДО) преобразует код операций в управляющие напряжения, которые управляют цепями, формирующими сигналы для выполнения операций.

Блок управления арифметическим устройством (БУАУ) представляет собой группу импульсно-потенциальных схем, на выходе которой появляются импульсные сигналы управления АУ, МУ и СК.

Местное устройство управления (МУУ) производит управление АУ при выполнении однотипных элементарных операций.

Блок расшифровки признаков (БРП) в зависимости от наличия признаков меняет направление и характер последовательности сигналов управления.

Блок стандартных команд (БСК) представляет собой запоминающее устройство на диодах с управлением. Этот блок выдает очередные команды в БЗК согласно командам закоммутированной программы.

Пульт управления (ПУ) применяется для отладки программ и проведения профилактических работ.

Состав ЦВМ

Вычислительная машина состояла из следующих устройств:

устройства управления;
арифметического устройства порядков и мантисс;
запоминающего устройства на магнитном барабане с ускоренной выборкой;
устройства питания;
входных устройств на перфоленте и перфокартах;
пульта для отладки и управления.