Серия БЭСМ – вычислительных машин Института точной механики и вычислительной техники им. С.А. Лебедева Академии наук СССР

Институт Точной механики и Вычислительной техники Академии наук СССР был образован в 1948 году.

В работах 1948 и 1949 годов С.А. Лебедев самостоятельно сформулировал принципы построения электронных счетных машин, близкие принципам Джона фон Неймана:

• в состав ЭВМ должны входить арифметическое устройство, память, устройство управления и устройство ввода-вывода;
• программа в машинных кодах должна храниться в той же памяти, что и числа;
• для представления чисел и команд должна применяться двоичная система счисления;
• вычисления должны выполняться автоматически в соответствии с программой, хранящейся в памяти;
• логические операции должны выполняться наряду с арифметическими операциями;
• память машины должна быть организована по иерархическому принципу.

В 1945 году С.А. Лебедев был избран действительным членом Академии наук Украины и приступил в Феофании под Киевом (будучи в то время директором Института электротехники АН Украины к работе над макетом электронной счетной машины (МЭСМ).

Разработка запоминающего устройства и других основных элементов машины, а также общая компоновка машины и отработка принципиальных схем ее блоков были проведены в 1949 году, а в первой половине 1950 года были изготовлены все блоки, началась их отладка.

Параллельно с работой над МЭСМ С.А. Лебедев с марта 1950 года работал в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР (ныне – ИТМ и ВТ РАН имени С.А. Лебедева) начальником лаборатории № 1. В это время директором ИТМ и ВТ уже стал М.А. Лаврентьев, который пригласил С.А. Лебедева стать главным конструктором Быстродействующей (Большой) Электронной Счетной Машины Академии наук (БЭСМ). МЭСМ в связи с началом работ над БЭСМ стала называться Малой Электронной Счетной Машиной.

Из Киева С.А. Лебедев привез проект БЭСМ, который вскоре стал называться проектом Большой Электронной Счетной Машины. По этому проекту к весне 1951 года в лаборатории № 1 ИТМ и ВТ уже работали около 50 человек. Среди них уже были опытные сотрудники – Л.А. Любович, К.С. Неслуховский, а также молодежь – будущие академики В.С. Бурцев, В.А. Мельников, будущие ведущие разработчики ИТМ и ВТ В.Н. Лаут и П.П. Головистиков, другие весьма заметные сотрудники ИТМ и ВТ. Молодые коллеги С.А. Лебедева, который одновременно вел два важнейших проекта МЭСМ и БЭСМ, оказывали ему весьма существенную помощь.

Работы над эскизным проектом БЭСМ завершились в первом квартале 1951 года. Для С.А. Лебедева было важно, что оба его проекта продвигались вперед, не мешая друг другу. В самом начале января 1951 года состоялась демонстрация макета МЭСМ приемной комиссии, а 21 апреля 1951 года начала работу Государственная комиссия по приемке эскизного проекта БЭСМ. В конце декабря 1951 года состоялся пуск МЭСМ в новой компоновке, а летом 1952 года было завершено изготовление БЭСМ, которая заработала к осени 1952 года.

В апреле 1953 года Государственная комиссия под председательством М.В. Келдыша приняла к работе БЭСМ, которая стала называться также и БЭСМ-1, а в июне 1953 года С.А. Лебедев был назначен директором ИТМ и ВТ, который теперь носит его имя.

Малая электронная счетная машина МЭСМ

Руководитель разработки — академик Академии наук УССР С.А. Лебедев.

Участники создания МЭСМ: Л.Н. Дашевский, Е.А. Шкабара, С.Б. Погребин-ский, Р.Г. Офенгенген, А.Л. Гладыш, В.В. Крайницкий, И.П. Окулова, З.С. Рапота, Л.А. Абалышникова, М.А. Беляев, ЕБ. Ботвиновская, А.А. Дашевская, Е.Е. Дедешко, В.А. Заика, А.И. Кондалев, И.М. Лисовский, Н.А. Михайленко, Ю.С. Мозыра, И.Т. Пархоменко, Т.И. Пецух, М.М. Пиневич, З.Л. Рабинович, А.Г. Семеновский, Н.И. Фурман, Р.Я. Черняк.

Разработка МЭСМ выполнялась в Киеве в лаборатории моделирования и вычислительной техники Института электротехники АН УССР.

К ноябрю 1950 г. монтаж действующего макета был завершен и началась его проверка путем решения тестовых и простейших народно-хозяйственных задач.

МЭСМ была трехадресной синхронной ЭВМ с быстродействием 50 арифметических и логических операций в секунду. Время выполнения операций — 17,6 мс (за исключением операции деления — 20,8 мс). По предложению С.А. Лебедева в сумматоре была реализована цепочка сквозных переносов. Команды и числа с фиксированной запятой представлялись словами длиной 17 двоичных разрядов. Универсальное арифметическое устройство (АУ) реализовывало 4 арифметические операции, логические операции сравнения, сложения кодов и включало накапливающий сумматор и два регистра на триггерах. Связанное с АУ оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) с частотой выборки 5 кГц было рассчитано на размещение 31 числа и 63 команд. Было также штеккерное долговременное запоминающее устройство (ДЗУ), на котором осуществлялся ввод и хранение 31 числа и 63 команд.

Выбор ОЗУ на ламповых триггерных схемах, содержащего 2500 триодов и 1500 диодов, предопределил последовательную систему подачи кодов чисел.

Имелись команды переключения с ДЗУ на ОЗУ, вывода на печать, останова и др. Команды условных переходов, изменение масштабов чисел, контроль исправности устройств реализовывались программно. Машина останавливалась при переполнении разрядной сетки чмсла. Преобразование двоичных кодов в десятичные было реализовано схемно.

Потребляемая мощность составляла 25 кВт.

В процессе опытной эксплуатации макета, включавшей решение важных научно-технических задач и доказавшей жизнеспособность и актуальность машины в условиях начинавшейся научно-технической революции, выяснилась необходимость введения ряда усовершенствований. Разрядность слова была увеличена до 21 двоичного разряда, аппаратура схем, реализующих алгоритм деления, была существенно упрощена. Для повышения производительности машины и обеспечения решения задач, требующих запоминания значительного количества чисел и команд (системы алгебраических и дифференциальных уравнений в частных производных с сотнями неизвестных), было предусмотрено ЗУ на магнитном барабане емкостью 5 тыс. слов, а также устройство ввода и хранения подпрограмм на магнитной ленте (трехдорожечный магнитофон).

С 25 декабря 1951 г. МЭСМ в более совершенной компоновке продолжила решение более сложных научно-технических и народно-хозяйственных задач, которые ставили известные ученью М.В. Келдыш, А.А. Дородницын, М.А. Лаврентьев, А.А. Ляпунов, М.Р. Шура-Бура, Б.В. Гнеденко и др.

Разработка и эксплуатация МЭСМ представляли важный этап развития отечественной вычислительной техники, это была школа, обусловившая формирование опытного коллектива разработчиков, эксплуатационщиков, операторов, программистов. Появление МЭСМ послужило мощным толчком для разработки широкого круга вопросов вычислительной математики. На машине было решено большое количество научно-технических и народно-хозяйственных задач (задачи ядерной физики, расчет линии электропередачи Куйбышев-Москва, задачи ракетной баллистики и др.), решение которых вручную надолго задержало бы развитие важных направлений отечественной науки и техники.

Для дальнейшей деятельности С.А. Лебедева в этой области разработка МЭСМ носила экспериментальный характер и явилась необходимым предварительным этапом — первой очередью создания быстродействующей электронной счетной машины (БЭСМ), в которой впервые в мире реализовалась параллельная обработка операндов в арифметическом устройстве. Технические характеристики МЭСМ были выбраны с учетом именно этого критерия. На них наложили свой отпечаток также условия разработки, элементно-конструкторская база того времени и крайне сжатые сроки изготовления машины.

В процессе создания МЭСМ разрабатывались, монтировались и опробовались быстродействующие устройства и узлы будущей БЭСМ.

Машина электронная вычислительная общего назначения БЭСМ АН СССР (БЭСМ-1)

Главный конструктор академик АН УССР, Герой Социалистического труда С.А. Лебедев.

Основные разработчики: К.С. Неслуховский, П.П. Головистиков, В.А. Мельников, В.С. Бурцев, В.Н. Лаут, А.Н. Зимарев, А.Г. Лаут, А.А. Соколов, М.В. Тяпкин, В.Я. Алексеев, В.П. Смирягин, И.Д. Визун, А.С. Федоров, О.К. Щербаков, Л.А. Орлов, А.В. Аваев, В.В. Бардиж, О.П. Васильев, С.И. Судариков, В.С. Чунаев, А.А. Грызлов, А.А. Павликов, С.Л. Поздняков, С.П. Кузнецов и др.

Машина электронная вычислительная общего назначения БЭСМ АН СССР (БЭСМ-1), разработанная в ИТМ и ВТ АН СССР, являлась самой быстродействующей машиной в Европе и одной из самых быстродействующих ЭВМ в мире — средняя производительность составляла 10 тыс. операций в секунду.

Область применения: крупные научные и производственные задачи.

Принята Государственной комиссией в апреле 1953 г. с оперативной памятью на ртутных трубках (1024 слова); в начале 1955 г. с оперативной памятью на потенциалоскопах (1024 слова); в 1957 г. с оперативной памятью на ферритовых сердечниках (2047 слов).

БЭСМ-1 была машиной параллельного действия: вся числовая информация была представлена в двоичном коде и операции выполнялись одновременно над всеми разрядами — параллельный принцип обработки операндов

Важной особенностью БЭСМ-1 стало введение операций над числами с плавающей запятой с обеспечением большого диапазона используемых чисел (от 10^-9 до 10⁹). На БЭСМ-1 обеспечивалась высокая точность вычислений (около 9 десятичных знаков).

Система представления чисел — двоичная с плавающей запятой, число разрядов для кодов чисел — 39 (цифровая часть числа — 32 разряда; знак числа — 1 разряд; порядок числа — 5 разрядов; знак порядка — 1 разряд).

Система команд — трехадресная. Число разрядов для кодов команд — 39. Код операции — 6 разрядов; коды адресов — 3 адреса по 11 разрядов каждый. В систему операций машины входят: 9 арифметических операций, 8 операций передач кодов, 6 логических операций и 9 операций управления. Операции могут производиться как с нормализованными, так и с ненормализованными числами.

Машина имела общее поле оперативной памяти для команд и чисел — 2047 39-разрядных ячеек (в ячейке с номером 0 всегда был нуль). Специальный бит в поле кода команд позволял отключить нормализацию в операциях над числами с плавающей запятой и выполнять адресную арифметику.

БЭСМ-1 имела, кроме оперативной памяти, долговременное запоминающее устройство на полупроводниковых диодах (ДЗУ) емкостью до 1024 чисел. В ДЗУ постоянно хранились некоторые наиболее часто встречающиеся константы и подпрограммы. Содержимое ДЗУ не изменялось во время работы машины.

Машина имела внешнюю память — на магнитных барабанах (2 барабана по 5120 слов) и магнитных лентах (4 по 30 000 слов). Скорость обмена с барабаном — 800 чисел в секунду. Скорость обмена данными с лентой после позиционирования — 400 чисел в секунду. Первоначальный ввод программы и исходных данных осуществляется с перфоленты со скоростью 20 кодов в секунду. Печать результата осуществляется на бумагу со скоростью до 20 чисел в секунду, имелось фотопечатающее устройство (200 чисел в секунду).

В 1953 году на БЭСМ была опробована оперативная память на ртутных трубках (1024 слова), в начале 1955 года — на потенциалоскопах (1024 слова), в 1957 году — на ферритовых сердечниках (2047 слов).

Конструкция: ЭВМ БЭСМ-1 была собрана на одной основной стойке. Кроме нее имелась стойка ДЗУ и шкаф питания. Имелся также пульт управления, служащий для пуска и остановки машины, отладки программ, а также для контроля за ее работой.

Элементно-конструкторская база: двух- и четырехламповые блоки (ячейки), в которых смонтированы различные схемы (триггеры, вентили, усилители и т.д.), и соединительные платы без активных элементов. Триггера вместе с входами на диодах занимали один четырехламповый блок. Вентили и усилители двухламповые, триггера и вентили были выполнены в основном на триодах 6Н8. Усилители и некоторые вентили выполнены на пентодах с трансформатором в аноде. БЭСМ-1 имела около 5 тыс. электронных ламп.

Программное обеспечение: системное программное обеспечение отсутствовало.

Для машины БЭСМ-1 была разработана система контрольных тестов, позволяющих быстро находить неисправности в машине, а также система профилактических испытаний для обнаружения мест возможных неисправностей.

Технико-эксплуатационные характеристики:

• время полезной работы составляло — 72% в среднем;
• потребляемая мощность — около 30 кВт (без системы охлаждения);
• занимаемая площадь — до 100 м².

В октябре 1953 года С.А. Лебедев был избран действительным членом Академии наук СССР по Отделению физико-математических наук. Он стал первым академиком по специальности "счетные устройства". За создание БЭСМ С.А. Лебедев в 1954 году был награжден орденом Ленина, а в 1956 году ему было присвоено звание Героя Социалистического труда.

Многие задачи, казавшиеся до этого неразрешимыми из-за большого объема вычислений, легко решались на БЭСМ. С.А. Лебедев любил приводить в качестве примера расчет на БЭСМ траектории полета снаряда, который осуществлялся на БЭСМ быстрее, чем летел сам снаряд.

БЭСМ-1 была установлена на первом этаже здания ИТМ и ВТ на Ленинском проспекте и долгое время выполняла решение как научных, так и прикладных задач.

В октябре 1955 г. С.А. Лебедев сделал доклад на Международной конференции по электронным счетным машинам в Дармштадте (ФРГ), на которой было установлено, что БЭСМ-1 оказалась самой быстрой ЭВМ в Европе.

После создания в феврале 1955 года Вычислительного центра АН СССР перед ИТМ и ВТ была поставлена задача подготовить БЭСМ к серийному выпуску. Эта задача была решена к концу 1957 года, когда Ульяновский завод имени Володарского начал выпускать машину под наименованием БЭСМ-2. Этими машинами были оснащены практически все крупные вычислительные центры страны.

Машина электронная вычислительная общего назначения БЭСМ-2

БЭСМ-2 была создана как серийный аналог уникальной БЭСМ-1 и нашла широкое применение в ряде НИИ СССР и за рубежом (КНР).

Коллектив основных разработчиков такой же, как в БЭСМ-1.

Год окончания разработки: 1957.

Год начала выпуска: 1958.

Год окончания производства: 1962.

Область применения: в вычислительных центрах и научно-исследовательских организациях для численного решения широкого круга математических задач.

Основные технические характеристики аналогичны характеристикам БЭСМ-1.

Система команд машины отличалась от системы команд ЭВМ БЭСМ-1 тем, что были исключены редко использовавшиеся команды и добавлены новые команды.

Принципиальные особенности:

• Оперативное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках. Емкость 2048 39-разрядных чисел. Время выборки 10 мкс.
• Внешние запоминающие устройства — 2 магнитных барабана и 4 сменные магнитные ленты.

Емкость запоминающего устройства на одном барабане не менее 5120 кодов. Скорость считывания или записи — 880 чисел в секунду. Частота импульсов магнитного барабана — около 35 кГц. Максимальное время ожидания первого числа — 80 мкс, среднее — 40 мкс.

Запись на магнитную ленту производится группами чисел. Максимальное число чисел в одной группе — 2047. Емкость каждой ленты не менее 40 000 кодов. Скорость считывания или запись с лент — 400 чисел в секунду. Частота следования импульсов с магнитной ленты — около 16 кГц.

• Широкое применение полупроводниковых диодов. Количество полупроводниковых диодов 5 тыс., электронных ламп 4 тыс. Количество ферритовых сердечников 200 тыс.
• Усовершенствованная (мелкоблочная) конструкция, значительно повысившая надежность и удобство эксплуатации. Применены разъемы с плавающими контактами.

ЭВМ БЭСМ-2 была собрана на трех основных стойках. Кроме того, имелись стойка магнитного оперативного запоминающего устройства (МОЗУ), пульт управления, служащий для пуска и остановки машины, а также для контроля за ее работой.

Было выпущено несколько десятков машин. На серийных машинах БЭСМ-2 решены сотни тысяч задач: теоретических, прикладной математики, инженерных и пр.

Машина разработана и внедрена в народное хозяйство коллективами ИТМ и ВТ АН СССР и завода им. Володарского (г. Ульяновск).

К моменту окончания работы над БЭСМ-1 С.А. Лебедев уже продумал принципы и архитектуру новой машины М-20, которая должна была стать самой быстродействующей машиной в мире (производительность 20000 оп/с).

Машина электронная вычислительная общего назначения М-20

Главный конструктор: академик АН СССР С.А. Лебедев; зам. главного конструктора — к.т.н. М.К. Сулим и  д.ф.-м.н. М.Р. Шура-Бура; основные разработчики: к.т.н. П.П. Головистиков, В.Я. Алексеев, к.т.н. В.В. Бардиж, к.т.н. В.Н. Лаут, А.А. Соколов, М.В. Тяпкин, А.С. Федоров.

Организация разработчик: Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) и Специальное конструкторское бюро (СКБ-245).

Завод-изготовитель: Завод вычислительных машин (Казань), Московский завод счетно-аналитических машин (САМ).

Год окончания разработки: 1958.

Год начала выпуска: 1958.

Год прекращения производства: 1964.

Число выпущенных машин: 63.

Область применения: решение задач из многих областей науки и техники.

К началу 1958 г. опытный образец М-20 заработал надежно, и в том же году машина была успешно принята Государственной комиссией с оценкой "самая быстродействующая в мире" (такую скорость счета - 20 тысяч операций в секунду имела только американская машина «Норк», хотя она содержала в пять раз больше ламп) и рекомендована к запуску в серию в Казани. Потребность в быстродействующих вычислительных машинах была так велика, что машиной М-20 обеспечивали только самые важные работы в стране.

Структура ЭВМ: однопроцессорная, в процессоре реализован ряд структурных решений - совмещение выполнения частей операций, ускорение выполнения операций сложения и умножения за счет совершенствования работы цепей переноса (введение цепи «грубого» переноса, дополняющего сквозной перенос) и умножение сразу на два разряда.

Система представления чисел – двоичная с плавающей запятой, количество разрядов для кодов чисел – 45.

ЭВМ М-20 имела память на ферритовых сердечниках объемом 4096 слов, внешняя память располагалась на магнитных барабанах и лентах.

Элементная база: съемные блоки с двумя электронными лампами. Использовался импульсный принцип (динамические триггеры) для построения схем устройств параллельного действия, что привело к уменьшению числа электронных ламп в машине до 1600. Логические схемы были выполнены на полупроводниковых диодах, что в сочетании с ненагруженным режимом их работы, являющимся также следствием применения импульсного принципа построения схем, обеспечило повышенную надежность работы машины.

Конструкция и технология: машина собрана в семи шкафах; в каждом шкафу по шесть плат; использовались 30-контактные ножевые разъемы.

Программное обеспечение: библиотека стандартных подпрограмм ИС-2.

Технико-эксплуатационные характеристики

• Средняя производительность – 20 тыс. операций в секунду
• Занимаемая площадь – 170–200 м²
• Потребляемая мощность от сети 220 В/50 Гц – 50 кВт (без системы охлаждения)

Общее повышение эффективности работы машины помимо структурных решений и импульсного принципа построения схем достигалось также введениeм:

• индексной арифметики, позволяющей во многих случаях избавиться от переменных команд;
• новых логических операций в процессоре;
• аппаратной реализации частой для математических расчетов операция извлечения корня;
• системы команд с автоматической модификацией адреса;
• совмещения работы АУ с выборкой команд из памяти;
• совмещения вывода информации на печать с работой процессора.

Были получены патенты на ЭВМ М-20, патенты на отдельные составляющие М-20, имелись публикации.

Работа коллективов ИТМ и ВТ АН СССР и СКБ-245, создавших М-20, была выдвинута на соискание Ленинской премии, но не получила ее по причинам, не связанным с существом разработки.

Машина электронная вычислительная общего назначения БЭСМ-4

Главный конструктор: к.т.н. О.П. Васильев; научный руководитель: академик С.А. Лебедев; основные разработчики: В.И. Глоба, A.B. Гостева, А.A. Грызлов, B.B. Дроботенко, Л.Г. Зима, Н.Н. Игрицкий, Л.В. Ленгник, Ю.В. Никишин, Л.В. Смирнова, С.И. Судариков, В.П. Чекин и др.

Основой для серийной БЭСМ-4 стал макет машины, построенный из макетов основных узлов ЭВМ на первых полупроводниковых элементах инициативной группой молодых сотрудников ИТМ и ВТ. Эта разработка, названная БЭСМ-3, повторяла структурно-логическую схему М-20.

Организация-разработчик БЭСМ-4: ИТМ и ВТ.

Предприятие-изготовитель: Завод им. Володарского, Ульяновск.

Год окончания разработки: 1961.

Год начала выпуска: 1962.

Год окончания производства: 1966.

Число выпущенных машин: 30.

ЭВМ БЭСМ-4 имела трехадресную систему команд, расширенную по сравнению с системой команд ЭВМ М-20. Быстродействие машины в среднем около 20 тыс. операций в секунду. Система представления чисел — двоичная с плавающей запятой. Количество разрядов для кодов чисел — 45. Диапазон представления чисел от 2^-63 до 2⁶³.

БЭСМ-4 состояла из запоминающего устройства, устройства управления, арифметического устройства, устройства ввода-вывода и пульта управления с панелью сигнализации.

Емкость оперативного запоминающего устройства на магнитных сердечниках — от 4096 до 8192 ячеек по 45 двоичных разрядов каждая. Время обращения — 10 мкс. Емкость накопителя на магнитных барабанах — 65536 45-разрядных слов (4 барабана по 16384 слова). Емкость внешней памяти на магнитных лентах — 8 блоков по 2 млн. слов в каждом.

Ввод информации в машину — с перфокарт со скоростью 700 карт в минуту. Вывод информации производился на перфокарты, перфоленту и на печать.

Элементная база - съемные блоки с логическими схемами на транзисторах и полупроводниковых диодах.

Машина построена по мелкоблочному принципу с применением печатного монтажа и собрана в трех шкафах. В каждом шкафу размещались платы, в которые устанавливались съемные блоки (ячейки). Использовались 30-контактные ножевые разъемы.

Программное обеспечение - прообраз операционной системы и библиотека стандартных подпрограмм ИС-2.

Технико-эксплуатационные характеристики:

• Средняя производительность — 20 тыс. операций в секунду.
• Потребляемая мощность — не более 8 кВт.
• Требуемая площадь — не более 65 м².
• Температурный режим — 10-35°С.
• Внутренняя автономная система воздушного охлаждения.

Были получены патенты на ЭВМ БЭСМ-4, патенты на отдельные составляющие БЭСМ-4; имелись публикации.

Использование накопленного багажа программного обеспечения М-20 продолжилось в выпускавшихся в 1968-1974 годах ЭВМ М-220 и М-222.

Машина электронная вычислительная общего назначения М-220

Главный конструктор: Антонов Вениамин Степанович. Основные разработчики: А.А. Шульгин, Г.Г. Зоткин, Н. Егорычева, В.С. Клепинин, В. Гуров.

Организация-разработчик: Научно-исследовательский институт электронных машин (НИЭМ).

Завод-изготовитель: Московский завод счетно-аналитических машин (САМ), Казанский завод ЭВМ. Ведомство: Министерство радиопромышленности СССР.

Год окончания разработки: 1968.

Год начала выпуска: 1968.

Год прекращения выпуска: 1974.

Область применения: научно-технические расчеты на предприятиях и организациях народного хозяйства и Министерства обороны.

Число выпущенных машин: около 200 ЭВМ, включая модификации М-220М и М-222, разработанные в СКБ Казанского завода ЭВМ.

Структура машины М-220 (так же, как БЭСМ-3 и БЭСМ-4 ) мало чем отличается от структуры ЭВМ М-20. Их внутренние информационные связи аналогичны. Благодаря этому решалась проблема сохранения богатого программного обеспечения М-20, которое разрабатывалось многие годы ведущими коллективами программистов страны. Отличие от М-20 состоит, во-первых, в том, что все перечисленные ЭВМ выполнены на полупроводниковых приборах (потенциально-импульсные схемы, диодно-трансформаторная логика), а во-вторых, объем ферритового ЗУ увеличен до 16К слов (М-220) и 32К слов (М-222) Система команд дополнена командами переключения с одного модуля ЗУ на другой. Машина М-222 получила систему прерывания, защиту памяти, связь с другими ЭВМ. Все машины этой группы получили модернизированные внешние накопители и устройства ввода-вывода.

Элементная база: диодно-трансформаторные схемы на базе транзисторов П-401.

Конструкция: машины М-220 и М-222 конструктивно выполнялись в виде комплекса шкафов с однорядным размещением ячеек. Электронные компоненты размещались на платах 200х120 мм, имеющих печатный монтаж.

Технология: впервые в производстве отечественной вычислительной техники монтаж ответных панелей производился методом накрутки провода на ножки разъема.

Программное обеспечение семейства М-20, М-220, М-222 создавалось в течение более 10 лет силами НИИ и вузов, в которых широко использовались эти ЭВМ. Оно было богатым, однако разрозненным и недостаточно корректно документированным. Его распространением занималась Ассоциация пользователей М-20. Помимо библиотеки стандартных программ имелся транслятор с Алгол-60, оптимизирующий АЛЬФА-транслятор (Ершов А.П.), транслятор с языка Фортран, операционные системы ОС4-220 для ЭВМ М-220 и ОС ДМ-222 для ЭВМ М-222. Эти операционные системы обеспечивали режим пакетной обработки с совмещением вычислений с работой устройств ввода-вывода. Последняя ОС допускала режим мультипрограммного использования машины.

Технико-эксплуатационные характеристики: ЭВМ М-220 и М-222 размещались на площади 100 м² и более в зависимости от комплектации внешним оборудованием. Быстродействие их составляло 28 тысяч операций в секунду. Потребляемая мощность от сети 380/220 В не превышала 20 кВА. Среднее время между отказами — 500 ч.