Глава 2. История отечественной вычислительной техники в 1950-е – 70-е годы
2.1. История семейства стационарных универсальных вычислительных машин «Урал» в 1960-е – 70-е годы
В середине 60-х годов и в последующие годы, заводами страны производился серийно ряд оригинальных типов универсальных ЭВМ— БЭСМ-4; Урал-11 – 14; М-220; М-222; Минск-22; Минск-32; Раздан-2; Наири; Мир-1— 3 и другие – (см. рис. 1). Наиболее полно перечень свыше тридцати типов и десяти семейств ЭВМ, разработанных в СССР, представлен в Виртуальном компьютерном музее [10]. Некоторые ЭВМ имели экспериментальный характер или выпускались столь малыми сериями, что практически не отражались на вычислительном потенциале страны и не позволяли широко распространять и применять разрабатываемые на них программы. Поэтому далее в монографии этапы история программной инженерии отражены на ряде примеров технологических программных средств и операционных систем, оказавших наибольшее влияние на вычислительный потенциал страны, так как было нецелесообразно излагать историю программной инженерии для всей совокупности созданных вычислительных машин.
Для выделенных и рассматриваемых машин были созданы различные по функциям и качеству операционные системы и технологические компоненты программной инженерии. Квалификация их разработчиков значительно различалась, среди их продуктов можно найти оригинальные технические решения, однако большинство обеспечивало основные типовые функции автоматизации программирования, для более или менее комфортного применения соответствующих ЭВМ индивидуальными пользователями. В конце 60-х годов стало ясно, что необходимо сокращать разнотипность машин и сосредоточить их производство и разработку технологического программного обеспечения на нескольких типах наиболее перспективных универсальных ЭВМ для массового применения в научных учреждениях и промышленных предприятиях страны. Для таких ЭВМ следовало активизировать и сконцентрировать усилия специалистов по их оснащению эффективными средствами программной инженерии с целью расширения сфер применения и повышения производительности разработчиков прикладных программных продуктов.
Пензенская научная школа в области вычислительной техники, созданная Баширом Искандеровичем Рамеевым получила широкую известность и признание благодаря его таланту и колоссальному труду, вложенному в разработку и выпуск целого ряда вычислительных машин [11]. Первый, ламповый «Урал -1», был выпущен в 1957 году. Он стал «рабочей лошадью» во многих вычислительных центрах страны. Для серийного производства машины «Урал-1» был выбран завод в Пензе. Вместе с группой молодых специалистов, работавших с ним в Москве в СКБ-245, Б.И. Рамеев в 1955 – м году переехал в этот город. Коллектив разработчиков, который составил Пензенскую школу, начал складываться в 1952 – 54 годах еще в Москве в СКБ-245. Часть сотрудников училась в МИФИ, а после окончания института были направлены в СКБ-245.
В Пензе Б.И. Рамеев становится главным инженером и заместителем директора по научной работе НИИ математических машин (потом НИИ управляющих машин) и главным конструктором вычислительных машин «Урал». Машина «Урал-1» стала родоначальницей целого семейства. Простота машины, удачная конструкция, невысокая стоимость обусловили ее широкое применение. После «Урал-1» на той же элементной базе (на электронных лампах) были созданы еще две машины: в 1959 году – «Урал-2», а в 1961 – м году – «Урал-4». По сравнению с первым «Уралом» их быстродействие увеличилось в 50 раз, оперативная память была реализована на ферритовых сердечниках и значительно увеличен объем внешней памяти.
В 1960-м году были начаты работы по созданию семейства полупроводниковых «Уралов». Основные черты нового поколения машин были сформулированы еще в 1959-м году. В соответствии с ними определили состав семейства машин, их структуру, архитектуру, интерфейсы, установили принципы унификации, утвердили технические задания на устройства, ограничения на используемые комплектующие изделия и некоторые другие документы. В процессе проектирования обсуждались с разработчиками основные решения и ход работы. В ноябре 1962-го года была закончена разработка унифицированного комплекса компонентов «Урал-10», рассчитанного на автоматизированное производство. Хотя компоненты разрабатывались для использования в серии ЭВМ «Урал-11» – «Урал-16», они нашли широкое применение и в других средствах вычислительной техники и автоматике. Для этих целей было выпущено несколько миллионов штук компонентов.
В семейство полупроводниковых «Уралов» входили три модели: «Урал-11», «Урал-14» и «Урал-16». Первые две модели стали выпускаться серийно с 1964 года, а последняя – с 1969 года. Выпуск моделей этого семейства ознаменовал новую веху в творческом наследии главного конструктора Б.И. Рамеева. Это первое в нашей стране семейство машин с унифицированной системой организации связи с периферийными устройствами (унифицированный интерфейс), унифицированной оперативной и внешней памятью. В моделях этого семейства нашли свое воплощение многие идеи, которые затем широко использовались в машинах третьего поколения (развитая система прерываний, эффективная система защиты памяти, развитое программное обеспечение).
Это семейство являлось выдающимся примером создания массовых, программно совместимых универсальных ЭВМ разной мощности в 70-е голы, на единой конструктивной, технологической и схемной базе. Основные особенности поколения машин, воплощенные Б.И. Рамеевым в серии «Урал», сводились к следующему:
• машины представляли собой конструктивно, схемно- и программно совместимый ряд ЭВМ различной производительности, с гибкой блочной структурой;
• с широкой номенклатурой устройств, со стандартизованным способом подключения, позволяющим подобрать комплект машины, наиболее подходящий для данного конкретного применения, и поддержать в процессе эксплуатации параметры машины на уровне изменяющихся потребностей заказчика и новых разработок устройств;
• конструктивные и схемные возможности позволяли комплектовать системы обработки информации, состоящие из нескольких одинаковых или разных машин, обеспечивая плавное изменение количественных характеристик и существенно расширяя ряд в сторону увеличения производительности, круга решаемых задач и областей применения;
• наличие датчика времени, аппаратуры сопряжения с каналами связи и пультов операторов для связи с машиной давали возможность строить различные системы обработки данных коллективного пользования, работающие в режиме разделения времени;
• возможности резервирования отдельных устройств и машин обеспечивали создание систем повышенной надежности для обработки информации в заданное время.
В семействе ЭВМ были предусмотрены:
система схемной защиты информации, независимость программ от места в памяти, система относительных адресов, развитая система прерываний и приостановок и соответствующая система команд, позволяющая организовать сложную систему одновременно работающих устройств и одновременное решение многих задач;
• – возможность резервирования отдельных устройств машин, позволяющая создавать системы повышенной надежности: системы схемной защиты данных, независимость программ от их места в памяти, система относительных адресов, развитая система прерываний и соответствующая система команд;
• возможность работать в режимах: с плавающей и фиксированной запятой, в двоичной и десятичной системах счисления, выполнение операций со словами фиксированной и переменной длины, что позволяло эффективно решать, как планово-экономические, информационные, так и научно-технические задачи;
• система аппаратного контроля устройств хранения, адресации, передачи, ввода и обработки информации;
• большая емкость оперативной памяти с непосредственной выборкой слов переменной длины, эффективные аппаратные средства контроля и защиты программ друг от друга, ступенчатая адресация, развитая система прерываний и приостановок;
• возможность подключения памяти большой емкости с произвольной выборкой на магнитных барабанах и дисках, наличие датчика времени, аппаратуры сопряжения с каналами связи и пультов операторов для связи с машиной, что давало возможность строить различные системы обработки информации коллективного пользования, работающие в режиме разделения времени.
Основные черты этого поколения машин были изложены еще в 1963-м году в проекте на семейство ЭВМ. Он появился на полтора года раньше публикаций об американском семействе машин IBM-360. Таким образом, идея создания семейства программно и конструктивно совместимых ЭВМ была опубликована Б.И. Рамеевым независимо от американских ученых и реализована практически одновременно. В отличие от первых моделей семейства IBM-360, семейство «Урал» обеспечивало возможность создания систем обработки информации, состоящих из нескольких одинаковых или разных машин, было рассчитано на работу в сетях и, наконец, было открытым для дальнейшего наращивания технических средств для конкретных систем. Семейство этих ЭВМ производилось серийно с 1964-го года и более десятка лет широко применялось на промышленных предприятиях в стране.
2.2. История стационарных универсальных, высокопроизводительных ЭВМ в 1960-е – 70-е годы
Наибольшее влияние на программирование в 70-е годы оказало появление машины БЭСМ-6 [2]. Ее автором был академик Сергей Алексеевич Лебедев – глава выдающейся отечественной научной школы в области вычислительной техники и программирования. В архитектуре этой машины было сделано много для аппаратной поддержки операционных систем: аппаратная поддержка виртуальной памяти; защита памяти; развитая структура двухуровневой системы прерываний; защищенный супервизорный режим и т. п. Все эти характеристики являлись неотъемлемым признаком современных процессоров, но во времена создания БЭСМ-6 это было необычным и новым. БЭСМ-6, разработанная в ИТМ и ВТ совместно с Московским заводом счетно-аналитических машин (САМ), начала выпускаться с 1968 года, а в 70-х годах была среди универсальных ЭВМ самой высокопроизводительной в мире.
Основная цель [2, 7], которую преследовали авторы проекта БЭСМ-6 – создать быстродействующую серийную машину, сравнительно дешевую, удовлетворяющую наиболее важным современным требованиям с точки зрения автоматизации программирования и развития операционных систем, оснащенную имевшимися в то время в отечественном серийном производстве внешними запоминающими устройствами и устройствами ввода-вывода. Машина БЭСМ-6 предназначалась для решения крупных научно-технических задач, что, естественно, отразилось как на ее архитектуре, так и на выборе системы элементов и конструкции. Она не являлась копией какой-либо отечественной или зарубежной установки ни по системе команд, ни по внутренней структурной организации. При ее создании и проектировании был изучен и проанализирован опыт создания ЭВМ высокой производительности, накопленный к тому времени. В БЭСМ-6 были реализованы новые архитектурные и схемотехнические решения, многие из которых отразились в появившихся потом машинах третьего поколения.
Машины БЭСМ-6 составили стратегическую основу вычислительных средств большинства крупных вычислительных центров и оборонных предприятий страны. Сфера использования машины превзошла прогнозы ее разработчиков. Первоначально предполагалось, что небольшая серия БЭСМ-6 будет использована для решения крупных научных задач в нескольких научных институтах Советского Союза и ядерных центрах. Реально эта машина нашла значительно более широкое применение. На основе БЭСМ-6 были созданы центры коллективного пользования, центры управления в реальном масштабе времени, координационно-вычислительные центры, системы телеобработки и т. д. Машина БЭСМ-6 широко использовались в системах автоматизации проектирования, для моделирования сложнейших физических процессов и процессов управления, как инструментальная машина для разработки крупных программных продуктов оборонных систем и различных новых ЭВМ.
Важной особенностью машины явились аппаратные и программные средства для обеспечения мультипрограммного режима. К ним относятся виртуальная адресация памяти со страничной организацией, система прерывания и соответствующие программы операционной системы, наличие нескольких режимов выполнения команд в процессоре. Высокая скорость преобразования виртуальных адресов в физические обеспечивалась размещением таблицы их соответствия в регистровой памяти. Имелись аппаратные механизмы защиты памяти для команд и операндов. Все это обеспечивало возможность динамического распределения памяти в процессе вычислений средствами операционной системы.
По уровню производительности и степени согласования аппаратных средств с архитектурой, а также архитектуры – с алгоритмами научно-технических задач, БЭСМ-6 может быть отнесена к классу суперЭВМ. БЭСМ-6 за счет многочисленных нововведений архитектурного и структурного плана при основной тактовой частоте 10 МГц выполняла в среднем один миллион операций в секунду над 48-разрядными операндами. В начале 60-х годов отечественной промышленностью были созданы высокочастотные транзисторы и диоды, на основе которых была разработана элементная база машины (в машине было использовано около 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. диодов).
Назначение машины, ее архитектурные и структурные особенности, отвечающие современным идеям, потребовали создания соответствующей операционной системы и системы программирования, удовлетворяющих требованиям пользователей. БЭСМ-6 стала первой отечественной ЭВМ, которая была принята государственной комиссией и поставлялась как система аппаратных средств совместно с ее системным программным обеспечением (см. главу 3). Работы по исследованию и разработке операционных систем, стратегий распределения ресурсов и планирования вычислений в нашей стране начались широким фронтом с появлением БЭСМ-6 [7, 11].
В 1968-м году на Московском заводе счетно-аналитических машин (САМ) началось производство ЭВМ БЭСМ-6. Полностью новый компьютер на основе транзисторов и интегральных схем был разработан под руководством С.А. Лебедева, В.А. Мельникова и Л.Н. Королева. При его разработке была поставлена серьезная задача – достичь производительности порядка 1000000 операций в секунду (один мегафлоп). БЭСМ-6 сильно опередила свое время, став началом второго поколения ЭВМ. Она вобрала в себя много оригинальных идей. Систем подобного класса в мире не было. Одно из основных отличий и главных новшеств – «лебедевская водопроводная структура» процессора, позволяющая совмещать обработку различных команд на разных стадиях их выполнения.
Уже позже западные коллеги придумали для этого метода термин «конвейер» (все процессоры на сегодняшний день используют конвейерную архитектуру). Отныне к разным блокам памяти можно было обращаться одновременно, появился прообраз кэш-памяти – сверхбыстрое устройство хранения часто используемых данных и команд. Все эти улучшения обеспечили качественный скачок производительности. Коллеги и современники называли С.А Лебедева настоящим гением— при всей сложности собранной системы, он сумел отсечь все ненужное, оставив самые необходимые блоки. В период с 1968-го по 1987-й год было выпущено порядка 400 машин БЭСМ-6, которые использовали в самых разных, преимущественно оборонных отраслях. Важной особенностью БЭСМ-6 считается программное обеспечение – впервые с момента появления отрасли, ЭВМ начали поставлять с необходимым софтом прямо с завода. Для БЭСМ-6 была разработана полноценная операционная система, над ней трудились лучшие советские умы из Института прикладной математики АН СССР, Вычислительного центра Академии наук и Московского государственного университета (см. главу 3).
С.А. Лебедев одним из первых понял значение системного программирования, значение совместной работы программистов-математиков и инженеров при создании вычислительных систем, включающих как неотъемлемую часть технологическое программное обеспечение, состав и качество которого определяет удобство использования и эффективность работы систем в целом. По инициативе С.А. Лебедева в ИТМ и ВТ в 60-е годы была создана лаборатория математического обеспечения, выполнявшая разработку системного программного обеспечения для всех вычислительных систем: ЭВМ БЭСМ-6, многомашинного информационно-вычислительного комплекса АС-6, ЭВМ серии «Эльбрус», ЭВМ специального назначения.
Математики-программисты принимали полноправное участие в разработке архитектур создаваемых машин, математическом моделировании их структурной организации, создании системы автоматизации проектирования ЭВМ. Все схемы БЭСМ-6 по инициативе С.А. Лебедева были записаны формулами булевой алгебры, что открыло широкие возможности для автоматизации проектирования и подготовки монтажной и производственной документации. Она выдавалась на завод в виде таблиц, полученных на «инструментальной» ЭВМ БЭСМ-2. В разработке БЭСМ-6 были впервые применены методы проектирования и описания, которые в дальнейшем стали широко использоваться при создании новейших суперЭВМ. В годы становления вычислительной техники далеко не у всех было понимание важности системного, технологического программного обеспечения и системного (инженерного) программирования. Программирование систем жесткого реального времени (например, в системах ПВО) являлось одной из самых сложных задач программирования, с наиболее высокой ценой каждой допущенной ошибки, которые, тем не менее, проявлялись даже при натурных испытаниях. Надежность в значительной степени обеспечивается большим запасом мощности основных элементных блоков (диоды и транзисторы были нагружены на 25–40 % от допустимого номинала). Время наработки на отказ достигало нескольких сотен часов.
Влияние машины БЭСМ-6 на развитие отечественной вычислительной техники определялось не только длительностью эксплуатации, сколько тем, что заложенные при создании машины идеи оказались весьма плодотворными. Несколько поколений инженеров и программистов, работавших на БЭСМ-6, были воспитаны на этих идеях. Разработка БЭСМ-6, составившей целую эпоху в отечественном вычислительном машиностроении, явилась примером творческого подхода к созданию ЭВМ, учитывающего все возможности, предоставляемые технической базой, математическим моделированием структурных решений, а также возможности производства для достижения наилучших характеристик машины.
Система АС-6 (главные конструкторы – В.А. Мельников, А.А. Соколов) была предназначена для решения больших научных и экономических задач, задач обработки информации и управления в реальном времени [2, 11]. Машина разработана коллективом ИТМ и ВТ АН СССР совместно с заводом САМ. Разработка АС-6 была завершена в 1975 году, а в 1977 году Московский завод САМ начал изготовление системы малой серией.
2.3. История стационарных, специализированных ЭВМ реального времени в 1970-е – 80-е годы
На 1970-е – 80-е годы пришлось активное развитие отечественных, специализированных ЭВМ и сложных комплексов программ для стационарных систем противоракетной обороны. При этом основное внимание было сосредоточено на разработке аппаратуры ЭВМ и на достижении высоких характеристик по их производительности в реальном времени. При доступной элементной базе это достигалось в значительной степени путем специализации архитектуры и структуры команд ЭВМ, в соответствии с конкретными функциональными задачами и алгоритмами работы оборонных систем. Высокие требования руководства страны к срокам и темпам разработки систем, приводили к сосредоточению всех усилий специалистов и промышленности на создании аппаратуры ЭВМ. До завершения ее монтажа и испытаний, программирование и отладка комплексов программ зачастую оказывалась невозможной, в частности, вследствие уникальности систем команд этих машин. Первичная разработка и отладка программ обычно начиналась на «сырых» машинах в объектном коде, практически без применения технологического инструментария «на одном энтузиазме». Впоследствии машины оснащались минимумом технологических средств на уровне автокодов, которые применялись при развитии и совершенствовании «унаследованных» комплексов программ. В результате, существовавшие в стране на других оборонных предприятиях, методы и инструментальные средства программной инженерии в рассматриваемой сфере в это время практически не использовались.
В 1964 году под руководством Сергея Алексеевича Лебедева была разработана и прошла межведомственные испытания ЭВМ 5Э92б, (первая группа специализированных машин) предназначенная для использования в системе контроля космического пространства и обработки телеметрии спутников [2, 9, 11]. ЭВМ 5Э92б – модификация М-50, применялась в вычислительных и управляющих информационных комплексах управления космическими объектами, центрах контроля космического пространства. Межведомственные испытания комплекса из восьми машин прошли в 1967 году. Программное обеспечение включало развитую систему тестовых и диагностических программ, существенно использующую аппаратный контроль и позволяющую определить неисправный блок.
Первая очередь системы включала одномашинный вычислительный комплекс 5Э92б, системы передачи данных и одного рабочего места оператора на командном пункте. В 1969 году были проведены государственные испытания, и работы по первой очереди завершились. На этом этапе вычислительный комплекс позволял ежесуточно обрабатывать около 4000 радиолокационных измерений и около 200 оптических наблюдений и иметь главный каталог емкостью до 500 формуляров по космическим объектам. Запаздывание в обработке информации было сокращено с нескольких суток до нескольких часов.
Машина 5Э92б была модернизирована в части введения арифметики с плавающей запятой и мультипрограммного режима, и получила название ЭВМ 5Э51. Ее серийный выпуск начался в 1967 году. Благодаря автономной работе основных устройств и, в первую очередь, процессора ввода-вывода на базе общего ОЗУ, эти машины успешно использовались при создании многомашинных комплексов с единой внешней памятью. ЭВМ была надежной, достаточно производительной и удобной в эксплуатации. В общей сложности Загорский электромеханический завод выпустил большую серию из почти трехсот ЭВМ 5Э92б и 5Э51. Но, несмотря на это, машин не хватало, и, как правило, все ЭВМ забирало министерство обороны. Функциональные программы системы создавались в основном в машинных кодах, а позднее на автокоде.
Вторая очередь системы предусматривала замену 5Э92б на модернизированный четырехмашинный комплекс на базе ЭВМ 5Э51. Командный пункт оборудовался коллективными средствами отображения космической обстановки и рабочими местами операторов. В 1972 году был испытан трехмашинный вычислительный комплекс 5Э51, а в 1973 году были успешно проведены испытания четырехмашинного комплекса на базе этой же ЭВМ и новой программно-алгоритмической системы, в которой обработка координатной информации была практически полностью автоматизирована. Для контроля космического пространства с командным пунктом взаимодействовали несколько измерительных пунктов (ИП) на территории СССР и на кораблях в море. На ИП предварительно, на ЭВМ М-220 обрабатывалась информация о координатах, параметрах и состоянии космических объектов, которая селектировалась и сжималась для последующей передачи на командный пункт. На этом завершились работы по созданию второй очереди. Общая производительность вычислительного комплекса командного пункта составила около двух миллионов операций в секунду. Обладая высокой надежностью, он проработал до начала 90-х годов.
В 1957-м году началась разработка одной из первых в Советском Союзе транзисторных машин – для обработки данных радиолокационных станций (РЛС) под руководством Михаила Александровича Карцева (вторая группа специализированных машин). В ноябре 1962-го года вышло постановление правительства о запуске М-4 в серийное производство [11]. Это была первая опытная машина, сделанная на транзисторах. Еще в 1966-м году М.А. Карцев выдвинул идею создания многомашинного вычислительного комплекса, построенного из вычислительных машин, специально разработанных для совместной работы в таком комплексе. Проведенные исследования показали, что производительность комплекса может достигнуть миллиарда операций в секунду. На то время ни одна из машин в мире не имела такой производительности! Это воодушевляло М.А. Карцева, увлекало коллектив разработчиков. Уже в 1967-м году был разработан эскизный проект комплекса (ВК М-9). При защите в министерстве он получил положительную оценку. Вскоре был организован Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов (НИИ ВК), а самого М.А. Карцева назначили директором.
В марте 1963-го года распоряжением Военно-промышленной комиссии НИИ ВК была поручена разработка ЭВМ М4-2М. Задача системы – обеспечивать военно-политическое руководство страны достоверной информацией о возможной угрозе ракетного нападения и обстановке в космосе, т. е. она имеет чисто оборонительный характер. Для обеспечения возможности работы на трех уровнях были созданы три модификации М4-2М – 5Э71 для радиолокационных станций, 5Э72 – для командных пунктов (КП) радиолокационных узлов, 5Э73 – для будущего КП комплекса ПРО. В октябре 1964 года начались приемо-сдаточные испытания, в ноябре машина была принята заказчиком и отправлена на головной объект. К концу 1964-го года еще шесть машин 5Э71 были отгружены на объекты заказчика. В 1965-м – 66-м годах были проведены стыковки машин с РЛС и отработка на них программного обеспечения, которое создавалось следующим образом [9, 11].
Работы шли в три смены, особенно у разработчиков программ, которые отлаживались на штатных ЭВМ в составе РЛС и командного пункта ПРО. Машинное время расписывалось до минуты. Программирование рабочих алгоритмов было очень трудоемким процессом. Средств автоматизации программирования в то время практически не было, да и применить их было нельзя. Это было неизбежно из-за крайне ограниченных ресурсов памяти и производительности ЭВМ. Чтобы «втиснуть» функциональные программы системы в отведенные ей память и время работы, приходилось перепрограммировать по несколько раз. Современные программисты вряд ли могут представить, как можно было сжать до четырех тысяч машинных команд всю рабочую программу радиолокационного узла ПРО. Он с двумя секторными РЛС должен был обеспечивать одновременное обнаружение траекторий целей, уточнение траекторий для шести сопровождаемых целей, выдачу в нужной форме информации на средства отображения и на командный пункт.
В 1963-м году в тематическом отделе была создана лаборатория по разработке программного обеспечения для будущих радиолокационных станций и командных пунктов узлов ПРО. В лаборатории было определено два направления по созданию программно-алгоритмического обеспечения. Разработка алгоритмов для командных пунктов узлов была поручена одной группе специалистов, а разработка алгоритмов и программ для радиолокационных узлов другой. Главная трудность на первом этапе заключалась в том, чтобы представить себе поставленную задачу, понять, что нужно делать и как ее решать. Ни в зарубежной, ни в отечественной закрытой литературе найти прототипы не удалось (последствия барьеров секретности). Прежде всего, были определены алгоритмы, связанные с траекторной обработкой информации о космических объектах. С большим трудом удавался выбор методов первичной обработки радиолокационной информации от момента выхода ее с аппаратуры РЛС до момента формирования математических опорных точек траекторий целей. (Однако, в то же время подобные задачи успешно решались в НИИ-5 при создании радиолокационных узлов «Межа» и командных пунктов системы ПВО страны, см. главу 3. Эти проекты, к сожалению, вследствие глубокой секретности, развивались параллельно и совершенно независимо, без обмена информацией.
В конце 1965-го года на узле были смонтированы две из трех предусмотренных по штату ЭВМ 5Э71, функционировало несколько линеек приемно-индикационной аппаратуры станции, настраивались передатчики. Можно было начинать отладку боевой программы на реальных вычислительных средствах и проводить пробную стыковку с аппаратурой [9]. ЭВМ 5Э71 имела высокую надежность, была простой и удобной в эксплуатации, но для программистов была пока еще фактически грудой железа. Никаких технологических программных средств к ней не прилагалось. Не было даже операционной системы реального времени и программной среды, в которой она работает. Все это предстояло создавать на месте. Год непрерывной круглосуточной работы программистов и алгоритмистов принес свои плоды. К концу 1966 года боевая программа уже вполне достойно функционировала в составе системы. Формальным и успешным подтверждением этому были завершившиеся конструкторские испытания станции. Существенных претензий к боевой программе ни со стороны главного конструктора, ни со стороны заказчиков объекта предъявлено не было. (РЛУ «Межа» на ЭВМ 5Э89 в системе ПВО успешно завершил государственные испытания в 1967 году).
В 1969-м году главный конструктор М.А. Карцев начал разработку ЭВМ М-10, которая в 1973-м году начала эксплуатироваться [3, 9]. Создание ЭВМ М-10 долго держалось в глубоком секрете, потому что машина разрабатывалась для Системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН), а также для общего наблюдения за космическим пространством. На околоземных орбитах тогда находится около 17 тысяч объектов различного происхождения, включая действующие и отслужившие свой срок спутники, куски ракетоносителей и пр. Первый эшелон СПРН – космический: по факелам запускаемых ракет, на спутниках засекают их старт. Костяк системы – ее второй, наземный эшелон, включающий мощные радиолокационные станции, расположенные по окраинам страны (до развала СССР их было девять – под Ригой, Мурманском, Балхашем, Иркутском, и т. д.), а также сопряженные с ними вычислительные комплексы на базе ЭВМ М-10, которые имели следующие основные характеристики [3]:
• среднее быстродействие – 5 млн. операций в секунду, быстродействие на малом формате <16 разрядов – около 10 млн. операций в секунду;
• общий объем внутренней памяти – 5 млн. байт;
• первый уровень – оперативная память – 0,5 млн. байт; постоянная память 0,5 – млн. байт.
• второй уровень памяти – 4 млн. байт;
• показатели надежности: коэффициент готовности – не менее 0,975, время (среднее) безотказной работы – не менее 90 часов;
• обеспечивалась одновременная работа 8 пользователей на восьми математических пультах.
К началу 1980-х годов ЭВМ М-10 обладала: наивысшими производительностью (по некоторым оценкам – 20–30 млн. операций в сек.), емкостью внутренней памяти и пропускной способностью мультиплексного канала, достигнутыми в СССР. Впервые в мире в ней был реализован ряд новых прогрессивных решений, в том числе: предусмотрена возможность синхронного комплексирования до семи ЭВМ при прямом (минуя мультиплексный канал) обмене информацией между программами отдельных машин. При динамическом разделении оборудования; реализована автоматическая перестройка поля процессоров; в состав ЭВМ введен второй уровень внутренней памяти емкостью более 4 млн. байт с произвольным доступом; обеспечен внешний обмен с обоими уровнями внутренней памяти.
В 1978-м году главный конструктор М-10 – М.А. Карцев, предложил приступить к работам по созданию новой, многопроцессорной векторной вычислительной машины М-13, используя опыт, полученный при разработке, изготовлении и эксплуатации машин М-10 и М-10М, а также новейшие достижения в технологии и в электронной технике [3, 11]. В 1979-м году коллектив НИИ ВК начал разработку конструкторской документации. Были определены и заводы-изготовители, на которых предполагалось вести производство машины М-13. В течение 1980-го – 81-го годов конструкторская документация комплектно, по устройствам была передана на заводы.
ЭВМ М-13 стала машиной четвертого поколения, в качестве элементной базы в ней были использованы большие интегральные схемы. В архитектуре этой многопроцессорной векторной ЭВМ, предназначенной, в первую очередь, для обработки в реальном масштабе времени больших потоков информации, были предусмотрены четыре основных части: центральная процессорная часть, аппаратные средства поддержки операционной системы, абонентское сопряжение, специализированная процессорная часть. Специализированная процессорная часть машины была предназначена для обработки больших массивов относительно малоразрядной информации (быстрое преобразование Фурье, вычисление корреляционных функций, сравнение с порогом, проверка гипотез и др.) и имела в качестве базовых операции произведение двух комплексных чисел (двухточечное преобразование Фурье). Специальный (комплексный) арифметический процессор выполняет эту базовую операцию за один машинный такт. Эквивалентное быстродействие линии комплексных процессоров на порядок превышало быстродействие линии арифметических процессоров на сопоставимых форматах данных. Эквивалентное быстродействие специализированной процессорной части машины М-13 в максимальной комплектации при решении указанных выше задач могло достигать 2,4109 операций в секунду.
Абонентское обеспечение машины М-13 содержало операционную систему, систему программирования и отладки, файловую систему, систему документирования, библиотеку типовых программ и обеспечивало [3, 11]:
• реальный масштаб времени (РМВ), режим разделения времени (РВ), пакетную обработку;
• 4 задания РМВ, 16 заданий РВ;
• многосеансовое выполнение до 256 заданий;
• устранение последствий сбоев и резервирование.
Система автоматизации программирования и отладки включала:
• ассемблеры, Т-язык;
• алгоритмический язык высокого уровня, ориентированный на векторные вычисления;
• интерактивный режим отладки заданий РВ и РМВ в понятиях используемого языка;
• файловую систему;
• систему документирования;
• библиотеку типовых программ;
• систему технического обслуживания.
Машина М-13 имела модульное построение и допускала переменную комплектацию, способную оптимально обеспечить пользователю необходимые технические характеристики. Центральная процессорная часть имела три конфигурации и могла иметь производительность в зависимости от исполнения 12* 106; 24*106 и 48* 106 операций в секунду. При этом также соответственно изменялся и объем внутренней памяти, пропускная способность центрального коммутатора и пропускная способность мультиплексного канала. Объем внутренней памяти мог составлять 8,5; 17,0 или 34,0 Мбайт, пропускная способность центрального коммутатора – 800; 1600 или 3200 Мбайт/сек., пропускная способность мультиплексного канала – 40; 70 или 100 Мбайт/сек. Эквивалентное быстродействие специализированной процессорной части машины М-13 в максимальной комплектации, при решении указанных выше задач может достигать 2,4*109 операций в секунду.
В многопроцессорной системе 4-го поколения М-13 впервые реализована аппаратура пооперационных циклов (обеспечивающая независимость программы от числа процессоров в системе), аппаратура сегментностраничной организации памяти (перекрывающая возможности файловой системы), программноуправляемый периферийный процессор для операций типа преобразования Фурье, Уолша, Адамара, Френеля, вычисления корреляционных функций, пространственной фильтрации и т. п. Среднее быстродействие центральной части – до 50 млн. операций в секунду (или до 200 млн. коротких операций в секунду), внутренняя память – до 34 Мбайт, скорость внешнего обмена – до 100 Мбайт в секунду, эквивалентное быстродействие периферийного процессора на своем классе задач – до 2 миллиардов операций в секунду.
М.А. Карцев – автор фундаментальных теоретических работ по вычислительной технике (5 монографий, 16 изобретений). Книги «Арифметические устройства электронных цифровых машин» (русское издание – 1958 г., позднее переиздавалась за рубежом), «Арифметика цифровых машин» (1969 г.) заложили основы теории арифметических устройств; их выводы вошли в учебники «Архитектура цифровых вычислительных машин» и «Вычислительные системы и синхронная арифметика», где практически впервые сделана попытка поставить на научную основу проектирование общей структуры ЭВМ и аппаратуры для выполнения параллельных вычислений.
Специализированные ЭВМ реального времени (третья группа ЭВМ) МВК Эльбрус-1 (1979-й год) и МВК Эльбрус-2 (1984-й год) (С.А. Лебедев,
В.С. Бурцев), относились по существу к следующему этапу (1980-е – 90-е годы) развития специализированной отечественной вычислительной техники [2, 11]. Однако их целесообразно кратко представить в данном разделе, вследствие основной области применения. Эти МВК двойного применения (гражданского и военного), предназначались для использования в высокопроизводительных информационно-вычислительных и управляющих системах, в том числе, в системах непрерывного действия, работающих в реальном масштабе времени, а также в научных и промышленных вычислительных центрах коллективного пользования в пакетном режиме и в режиме реального времени.
Программное обеспечение являлось общим для МВК Эльбрус-1 и Эльбрус-2. Его отличительная особенность состояла в использовании языка высокого уровня ЭЛЬ-76, являющегося автокодом системы для написания системных программ, в частности, операционной системы, трансляторов и целого ряда управляющих программ, работающих в реальном масштабе времени. Это позволило значительно сократить время создания программ.
Конец ознакомительного фрагмента.