Исходная М-3 для этой цели не годилась из-за малого быстродействия. Изначально Брук с Матюхиным использовали в качестве оперативной памяти магнитный барабан, к тому же низкооборотный, из-за чего быстродействие машины получилось смешное — всего 30 оп/с. В 1956 году к машине пристроили ОЗУ на ферритовых кольцах, быстродействие увеличилось до 1500 оп/с. Для решения научных задач это на тот момент было ещё приемлемо, но не для задач ПВО.
Карцев переработал конструкцию М-3, сделав на основе её архитектуры и с использованием отдельных узлов, управляющую машину М-3М, ставшую основой экспериментального корабельного БИУС «Кристалл», установленного на крейсеры проекта 70 (АИ, ракетный 68-бис), а также на крейсеры «Сталинград» и «Москва» проекта 82. (АИ, см. гл. 03-12)
Эта машина была сделана уже не на дискретной диодно-транзисторной логике (в просторечии — «рассыпухе» ), а на микросборках из однокристальных схем малой интеграции, едва успевших появиться. Оперативную память выполнили на тонкоплёночных платах, поставили более быстрый тактовый генератор. М-3М сделали 32-хразрядной. Машина была адаптирована к условиям эксплуатации на кораблях. (АИ)
Серийное производство М-3М наладили с подачи адмирала Кузнецова на Минском заводе счётных машин (АИ). Там же позднее собирали матюхинские специализированные ЭВМ «Тетива» для ПВО. (Реальная история).
Но этих специализированных ЭВМ требовалось не так уж много. Чтобы загрузить современный завод с достаточно большим коллективом, было решено запустить в серию под наименованием «Минск» рамеевский «Урал-2», а позднее — машины из разрабатываемого им стандартного ряда. Наименование поменяли «по политическим соображениям», так же как в Ереване под наименованием «Наири» позднее начали производить те же «Уралы». (АИ. Примерно как в 90-х куча производителей делала свои компьютеры как «IBM-совместимые». В АИ будут «Урал» -совместимые и «БЭСМ-совместимые» ЭВМ. В реальной истории в заводском СКБ под руководством Георгия Павловича Лопато в 1959 году разработали небольшую и недорогую ЭВМ «Минск-1». Машина оказалась удачной, и выросла позднее в обширное семейство малых универсальных ЭВМ, но имевших нестандартную разрядность 37 бит и ограниченно совместимых между собой.)
Теперь Карцев разрабатывал управляющую ЭВМ М-4, обладавшую весьма выдающимися для того времени характеристиками. Она тоже должна была использоваться в комплексах ПВО. Тщательно изучив полученную из ИАЦ через академика Келдыша документацию, Карцев сразу изменил первоначальную концепцию М-4, доработав её до уровня М4-2М (1964 года выпуска)
В соответствии с общими требованиями стандартизации разработки Карцев сделал свою машину 32-хразрядной (В реальной истории М-4-2М имела необычную разрядность 29), с представлением чисел с плавающей запятой. ЭВМ Карцева имела быстродействие 220 тысяч операций в секунду. В М4-2М за один машинный такт в 4,5 мкс выполнялась любая операция — арифметическая, логическая или управляющая, в том числе умножение. Это обеспечивалось применением однотактного АУ с пирамидой сумматоров для выполнения умножения. По сути, это была реализация прообраза современной RISC-архитектуры. Применена была и другая новинка для тех лет — конвейер. Размер оперативной памяти первоначально был очень малым — 30, 60 или 120 килобайт, в зависимости от модификации машины — 5Э71, 5Э72 или 5Э73. По мере развития элементной базы память машины увеличили.
Как управляющая машина ЭВМ М4-2М имела развитую систему внешних прерываний. Обеспечивались 12 активных и 12 пассивных прерываний от объекта управления. Время реакции машины на активные прерывания было очень мало: переход на программу прерывания происходил за 2-3 машинных такта. Это было одним из достоинств ЭВМ М4-2М. (источник http://www.computer-museum.ru/histussr/m4-2m.htm)
На тех же конструктивных блоках, что использовались в М4-2М был построен дополнительный внешний вычислитель М4-3М. Он использовался для операций с числами с фиксированной запятой. Обе машины работали совместно, представляя собой взаимосвязанный вычислительный комплекс.
Для ввода и вывода информации использовались фотосчитывающее устройство и алфавитно-цифровое печатающее устройств, т.е. — принтер. Также имелись системы внешних устройств (СВУ-79-1 и СВУ-79-2), обеспечившие подключение к ЭВМ М4-2М внешней памяти на магнитных барабанах, периферийных устройств (АЦПУ-128-2, ПИ-80М, ВУ-700-3), дальних линий телефонной и телеграфной связи, нескольких последовательных шлейфов для объектовой связи.
Первоначальное назначение ЭВМ М-4 — специализированная ЭВМ для ПВО, обусловило хранение её программы в постоянной памяти. То есть, она выполняла постоянно только одну программу — для специализированных ЭВМ тогда это было нормой.
М4-2М выпускалась серийно для нужд ПВО. Подготовка производства была начата с апреля 1958 года на Загорском электромеханическом заводе. На завод была передана конструкторская документация.
Освободившийся коллектив разработчиков по руководством Брука и Карцева начал разрабатывать ЭВМ М-5, предназначенную для экономических расчётов. Она создавалась на наработках М4-2М, но задумывалась как многопрограммная и многотерминальная вычислительная машина со страничной организацией памяти, которая могла работать как в пакетном режиме, так и в режиме 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.
Повышенная производительность М-5 достигалась за счет мультипрограммного режима работы — до 8 одновременно выполняемых программ. Обеспечивалось совмещение работы быстродействующих устройств: центрального и периферийных устройств управления, арифметического устройства и оперативной памяти с работой устройств ввода-вывода информации и внешней памяти на магнитных лентах. Основной особенностью М-5 была возможность обеспечения мультипрограммной и многотерминальной работы.
Авторство этих и многих других идей, заложенных в структуру М-5, принадлежало М. А. Карцеву, он же был вначале назначен главным конструктором этой машины.
(В реальной истории Брук осенью 1960 г перебросил Карцева на отладку М-4, поручив М-5 В.В. Белынскому. Разработка была закончена, на Минском заводе собрали опытный образец, но в серию машину не запустили, причина не вполне понятна. Опытный образец несколько лет отработал в ИНЭУМ, после чего был разобран.)
Готовясь к совещанию НТС по электронике Хрущёв изучал документы, из которых выяснил, что через некоторое время Брук посчитал, что Карцеву следует больше внимания уделять взаимодействию с производителями и заказчиками М-4, и отстранил его от работы над М-5, разделив коллектив на две спецлаборатории. Поэтому, выслушав доклад о ходе работ над М-5, он строго распорядился:
— Универсальная машина для экономических расчётов для страны значительно нужнее, чем очередная специализированная военная ЭВМ. Прошу вас и Михаила Александровича уделить ей максимум внимания. Насколько я знаю, у Александра Львовича Минца радиолокатор ещё не готов, и ранее 1961 года не созреет.
— Но во что меня смущает, — продолжил Никита Сергеевич. — Вот у нас Башир Искандарович разрабатывает «Урал-2», тоже универсальную машину для экономических расчётов.
— Фактически опытный образец «Урал-2» у нас уже работает, — вставил Рамеев. — С начала декабря уже гоняем на нём тестовые задачи.
— Вот. Это хорошо, товарищи, это замечательно, — одобрил Хрущёв. — Но, возвращаясь к М-5... понимаете, что меня смущает... Это опять получается уникальная, не имеющая аналогов разработка. Читай — ни с чем толком не совместимая. Ну и нафига козе баян?
Брук и Карцев заметно поскучнели.
— Вот слушаю я ваши доклады, — сказал Никита Сергеевич, — и не вырисовывается у меня общая картина. Вроде по отдельности у нас всё неплохо, все вроде работают, ЭВМ новые строят, в серию запускают, а воз и ныне там. По-прежнему каждый разработчик работает по отдельности, унификации никакой, в общем — лебедь, рак и щука в чистом виде.
— Я уже об этом говорил, — сказал Лебедев. — Совет Главных конструкторов ЭВМ у нас с 1954 года регулярно собирается, а единой политики развития информационных технологий до сих пор не выработано.
— Верно, — проворчал Хрущёв. — Вот и давайте соберёмся составом ГосКомУпра и Совета Главных конструкторов, подготовьте свои предложения, там и обсудим. Я считаю, что надо объединить усилия всех разработчиков и двигаться по трём основным направлениям: