Бэсм 6 какое поколение эвм

Заглядывая в прошлое: История БЭСМ

История вычислений уходит в далекое прошлое. Человечеству пришлось потратить не один век, чтобы создать первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ). Несомненно – это одно из величайших открытий XX-го века, тот старт, который позволил человечеству двигаться вперед в мире информационных технологий.

До 1950 г. доминировали релейные ЭВМ, которые были ненадежные в вычислениях и очень больших размеров. На смену релейным пришли вакуумные и ламповые ЭВМ. По праву первым электронным компьютером можно назвать американский ENIAC. Машина имела колоссальные данные: 18000 электронных ламп, площадь 90 × 15 м 2 , весила 30 т и потребляла 150 кВт. И если в Америке и Европе уже активно создавались новые ЭВМ, в частности, с неймовским типом памяти, то в СССР процесс немного затянулся.

Так, в 1950 г. в Киевской лаборатории моделирования и вычислительной техники Института электротехники АН СССР под руководством академика С. А. Лебедева была создана первая советская ЭВМ — МЭСМ (малая электронная счетная машина). Это был настоящий прорыв – Лебедев применил принцип параллельной обработки слов. В последующем началось активное строение первого поколения БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина).

БЭСМ-1

Разработка БЭСМ-1 была завершена в 1952 г. Машина имела 2000 электронных ламп и быстродействие – 8000 оп./с. Система представления чисел в машине — двоичная с учётом порядков, в форме чисел с плавающей запятой. Диапазон чисел, с которыми оперирует машина, примерно от 9 до 109. В систему команд машины входят 9 арифметических операций, 8 операций передач кодов, 6 логических операций, 9 операций управления. Общий объем оперативной памяти составил 1024 разрядных слова. Потребляемая мощность – 35 кВт.

В 1953 г. советская БЭСМ-1 была самой быстродействующей ЭВМ в Европе, уступив лишь американской IBM 701, которая, в частности, имела огромный коммерческий успех.

БЭСМ-1 была машиной, способной решать сложные математические задачи, заменяя тысячи вычислений. Машина бесспорно внесла огромный вклад в развитие атомной энергетики и исследование космоса. В 1950 годах было создано еще много советских ЭВМ, таких как Минск, Урал, Днепр, Мир и т. д, но они значительно уступали в производительности БЭСМ-1.

БЭСМ-2 и БЭСМ-3M

В конце 1950-х начался бум транзисторных ЭВМ, которые по своим характеристикам значительно опережали ламповые. В Англии в 1958 г. была выпущена транзисторная ЭВМ – Elliot-803, в Германии – Simens-2002, в Японии – H-1. В СССР первой транзисторной ЭВМ стала – Сетунь. Что касается серии БЭСМ, то впервые транзисторы были использованы на БЭСМ-6, но об этом позже. В тоже время для облегчения пользования машиной были созданы первые языки программирования – Алгол и Фортран.

После успеха БЭСМ-1 было решено создать усовершенствованный вариант для массового производства. Так, в 1958 г. на свет появилась БЭСМ-2. Всего было выпущено 67 машин в период с 1958 по 1962 год под руководством коллектива ИТМиВТ и завода им.Володарского. По достоверным фактам с помощью БЭСМ-2 была рассчитана траектория полета беспилотной советской ракеты на Луну.

Основные характеристики БЭСМ-2 аналогичны предшественнице. Машина имела 4000 электронные лампы, а быстродействие было увеличено до 20000 оп./c., и ОЗУ до 2024 разрядных слов.

Помимо БЭСМ-2 но основе БЭСМ-1 была создана серийная ЭВМ – М-20, которая серийно разрабатывалась с 1955 по 1958 год. На момент окончания разработки М-20 была самой быстрой ЭВМ в мире и имела 20000 оп./c. Всего было выпущено 64 машины.

БЭСМ-3М была сконструирована молодыми и талантливыми инженерами ИТМиВТ. Это был небольшой макет, который повторял структуру М-20 и стал в дальнейшем основой для серийной БЭСМ-4.

БЭСМ-4

Если бы не один мультфильм, то БЭСМ-4 можно было бы назвать просто хорошей ЭВМ. Она основывалась на элементной базе – транзисторах и имела хорошую производительность (до 40 000 операций в секунду). Тем не менее, IBM на тот момент выпускала более достойные образцы.

БЭСМ-4 полностью унаследовала архитектуру М-20 и имела ОЗУ – 4156 разрядных слова. Машина серийно производилась с 1965 года, всего было выпущено 30 экземпляров. Для БЭСМ-4 существовало не менее 3 разных компиляторов с языка Алгол-60, компилятор Fortran.

Наверное, кто-то слышал о мультфильме «Кошечка». Он был совсем коротким, и в нем было показано перемещение силуэта кошки. Вся суть в том, что движение моделировалось системой дифференциальных уравнений второго порядка на БЭСМ-4. Кадры мультфильма создавались печатью символов БЭСМ-4 на бумаге с помощью АЦПУ-128. Поэтому можно с уверенностью сказать, что БЭСМ-4 имеет прямое отношение к созданию одного из первых роликов с использованием компьютерной анимации.

БЭСМ-6

Особое место в отечественном компьютеростроении безусловно занимает легендарная БЭСМ-6. Принципы, заложенные в ее структурную организацию актуальны до сих пор. Эти ЭВМ до сих пор используются в научно-исследовательских институтах для решения наиболее сложных и важных задач.

БЭСМ-6 была разработана группой инженеров под руководством С.А. Лебедева в 1965г., поступила в производство в 1968 году. Всего было выпущено 367 моделей. БЭСМ-6 – это первая суперЭВМ, сконструированная на элементной базе второго поколения.

Основной целью БЭСМ-6 являлось создание быстродействующей, относительно недорогой серийной машины, которая могла бы удовлетворять всем современным требованиям автоматизации и программирования. Как показывают результаты, задача была выполнена.

БЭСМ-6 имеет достойные технические показатели:

• быстродействие – около 1 млн. операций/с.;
• объем ОЗУ – от 32 до 128 тысяч слов;
• тактовая частота – 9 МГц;
• элементная база – 60 тыс. транзисторов;
• время умножения – 1,9 мкс;
• время деления – 4,9 мкс;
• время выполнения логических поразрядных операций – 0,5 мкс.

На основе БЭСМ-6 были созданы известные компьютеры на интегральных микросхемах серии Эльбрус. Во второй половине 80-х была разработана 64-разрядная машина БЭСМ-6 (Эльбрус-Б), включающая собственную систему команд и два режима совместимости с БЭСМ.

На основе БЭСМ-6 был создан тестовый эмулятор.

Подводя итоги

Безусловно, серия ЭВМ БЭСМ послужила развитию советской компьютерной школы. Если посмотреть на историю, то можно сказать, что в 1950 – 1960 годах CCCР шла наравне с Америкой во всех планах, включая и компьтеризацию. БЭСМ были достойными конкурентами американским IBM, и кто знает, как могли повернуться события, если бы не роковая ошибка, допущенная в 1967 году правительством СССР. По мнению многих экспертов, именно тот год был переломным, после того как началась разработка серии ЕС ЭВМ.

Началось полное копирование западных технологий IBM. Так, во второй половине 80-х годов в Минске начался выпуск персональных ЕС ЭВМ (ЕС-1840, ЕС-45 и 55) на процессорах, подобных Intel. Однако технология производства микропроцессоров не позволила пойти дальше уровня Intel 286. После этого пошла на спад советская компьютерная индустрия. Были закрыты многие заводы, и разогнаны коллективы ученых. Но историю не изменишь, и в настоящее время БЭСМ очень ценится среди фанатов советских компьютеров.

БЭСМ-6

Разработка БЭСМ-6 завершена в конце 1965 года. Главный конструктор — Сергей Алексеевич Лебедев, заместители главного конструктора — В. А. Мельников, Л. Н. Королёв. В 1968 году начат выпуск на заводе Счётно-аналитических машин (САМ) в Москве.

• Элементная база — транзисторный парафазный усилитель с диодной логикой на входе  — 10 МГц
• 48-битное машинное слово
• Быстродействие — около 1 млн операций в секунду (наиболее производительная американская система CDC 6600 (англ.), выпускавшаяся с 1964 года, обеспечивала быстродействие того же порядка) центральный процессор (ЦП) с отдельными конвейерами для устройства управления (УУ) и арифметического устройства (АУ). Конвейер позволял совмещать обработку нескольких команд, находящихся на разных стадиях выполнения.
• 8-слойная физическая организация памяти и расширяемые регистры страничной приписки.
• Совмещённое АУ для целой и плавающей арифметики. на 16 48-битных слов: 4 чтения данных, 4 чтения команд, 8 — буфер записи включала в себя 50 24-битных команд (по две в слове)

БЭСМ-6 и CDC 1604

По мнению некоторых иностранных специалистов, архитектура БЭСМ-6 в значительной степени воспроизводила архитектуру системы CDC 1604 (англ.) фирмы Control Data Corporation (англ.) (главный конструктор — Сеймур Крей), серийно выпускавшейся с 1960 года (совпадали некоторые технические характеристики, такие как уникальная для этих двух систем разрядность слова и адреса и разрядность машинных команд в слове, использование одноадресных команд с индексным регистром, регистра скрытых разрядов, кодировка символов и пр., также идентичная тех. документация на обе машины), а также ряд архитектурных решений системы Atlas, хотя детали собственно машинной архитектуры и различались [1] . На уровне прикладных программ, разработчикам, адаптировавшим транслятор Фортрана для БЭСМ-6, была поставлена задача обеспечения полной совместимости с CDC 1604 [2] .

Прямое сравнение спецификаций БЭСМ-6 и CDC-1604 [3] не позволяет выявить каких-либо ощутимых сходств в архитектуре этих машин. В частности:

полностью различен;
• Формат команд полностью различен;
• Подход к работе с целыми числами полностью отличается (у CDC — отдельные команды для работы с целыми, у БЭСМ — отключение нормализации);
• Представление числа — отлично (36 бит мантиссы у CDC, 40 у БЭСМ);
• Система прерываний БЭСМ включает множество различных источников прерываний и раздельное их маскирование; : 6 у CDC, 15 у БЭСМ;
• БЭСМ имеет стековый режим адресации (индексный регистр 15), у CDC стека нет;
• БЭСМ имеет признак «омега», влияющий на режим работы условных команд, у CDC нет ничего похожего;
• В отличие от CDC, БЭСМ-6 имела виртуальную память, режимы пользователя и супервизора, защиту от исполнения привилегированных команд в режиме супервизора и набор операций для осуществления системных вызовов (экстракоды);
• БЭСМ имеет кеш-память, предварительную загрузку команд в кеш и механизм асинхронной отложенной записи результатов;

Вопрос о связи машинной архитектуры с результатами работ программ на Фортране и о принципиальных причинах несоответствия результатов работы программ для численных расчётов на ЭВМ различной архитектуры (в частности, БЭСМ-6 и ЕС ЭВМ) рассмотрен в книге «Ошибки-ловушки при программировании на фортране» [4] . Аналогичный вопрос о программах на Фортране для систем с архитектурами CDC и IBM рассмотрен в книге «Оптимизация в Фортране» [5] .

Производство

БЭСМ-6 выпускалась серийно с 1968 по 1987 год, всего было выпущено 355 машин [6] . В начале 1980-х в составе поставки Эльбрус-1 выпускалась в 2,5—3 раза более быстрая версия БЭСМ-6, на интегральных микросхемах — Эльбрус-1К2 или СВС (Система, Воспроизводящая Систему, неофициальное название) [7] . В качестве периферийных устройств использовались компоненты Эльбрус. Также в систему был введён интерфейс EC ЭВМ, что позволяло подключать соответствующую периферию.

О решении по переходу к копированию серии IBM-360

Как следует из обнародованных в 2005 году воспоминаний авторитетных представителей академической науки, значительную долю ответственности за решение о переводе советской промышленности, науки и образования к копированию ЭВМ серии IBM-360 и, соответственно, быстрому качественному сокращению поддержки отечественных разработок (в частности, БЭСМ), несут министр МРП СССР В. Д. Калмыков и Президент АН СССР М. В. Келдыш.

Так, в статье директора ВЦ РАН, академика Ю. Г. Евтушенко, зам. дир. ВЦ РАН Г. М. Михайлова и др. «50 лет истории вычислительной техники: от „Стрелы“ до кластерных решений» (в сборнике к 50-летию ВЦ РАН) отмечено [8] :

В этот период ГДР принимает решение ориентировать свою промышленность по производству средств вычислительной техники на серию IBM-360. Так появляется проект по разработке ЭВМ R-40 (ЕС-1040) на заводе ROBOTRON (Дрезден), который реализуется специалистами ГДР без интеграции с фирмой IBM. Этот фактор в дальнейшем сыграл огромную роль в определении стратегии развития вычислительной техники во всём социалистическом лагере.

В конце 1966 г. на заседании ГКНТ и Академии наук СССР при поддержке министра МРП СССР В. Д. Калмыкова, Президента АН СССР М. В. Келдыша принимается историческое решение о копировании серии IBM-360. Против этого решения решительно выступили А. А. Дородницын, С. А. Лебедев и М. К. Сулим. Однако они остались в меньшинстве. Итак, решение о разработке семейства ЕС ЭВМ состоялось. Под эту грандиозную программу были переориентированы многие НИИ и заводы, многим специалистам пришлось переучиваться и переквалифицироваться, в студенческие программы вузов стали в основном включать вопросы структуры, архитектуры и ПО ЕС ЭВМ. Была создана новая технологическая база для производства интегральных схем (ИС), полупроводниковой электроники и других средств ВТ. Как и предсказывалось, другие направления развития отечественной вычислительной техники постепенно стали сокращаться из-за недостатка средств, заказчиков, молодых кадров и других объективных и субъективных причин.

Другие разработки на основе БЭСМ-6

Эльбрус-Б

Дальнейшее развитие линии БЭСМ-6. Система разработана под руководством члена-корреспондента АН СССР Г. Г. Рябова и М. В. Тяпкина на элементно-конструкторской базе 5Э26. Производительность была увеличена в 4—5 раз. Были устранены следующие проблемы БЭСМ-6:

• Длина адреса 15 разрядов, что позволяет адресовать только 32 килослов ячеек ОЗУ
• Точность представления чисел 48-разрядным кодом недостаточна для вычислений

Система работала в следующих режимах:

• режим полной совместимости с БЭСМ-6: разрядность чисел — 48, разрядность адреса — 15, полное повторение системы команд БЭСМ-6
• Режим работы, полностью повторяющий систему команд БЭСМ-6, но с 27-разрядным виртуальным адресом
• Новый режим работы с расширенной системой команд БЭСМ-6, с 64-разрядными словами

Аппаратура сопряжения — АС-6

В 1973 году под руководством В. А. Мельникова была разработана т. н. «аппаратура сопряжения к БЭСМ-6» (АС-6) — модульная система, позволяющая объединять БЭСМ-6, ЦП АС-6, общие модули памяти, несколько специализированных периферийных машин (ПМ-6) и их периферию в единый комплекс.

В 1975 году, в ходе космического полёта «Союз-Аполлон», управление осуществлялось комплексом, в состав которого входила БЭСМ-6. Эта система позволяла обрабатывать данные по траектории полёта за 1 минуту, в то время как на американской стороне такой расчёт занимал 30 минут.

C 1977 по 1987 года АС-6 выпускалась на Московском заводе счётно-аналитических машин (САМ). Всего было выпущено 8 систем.

Программное обеспечение

Одной из первых операционных систем для БЭСМ-6 был Диспетчер-68 (Д-68). По сути Д-68 — ядро операционной системы, обеспечивавающее мультипрограммный режим пакетной обработки заданий, управление виртуальной памятью, управление внешними запоминающими устройствами и устройствами ввода-вывода. Д-68 послужил основой для ОС реального времени НД-70 («Новый диспетчер-70»).

Мониторная система «Дубна»

Мониторная система «Дубна» была создана в 1965—1966 годах коллективом сотрудников Объединенного института ядерных исследований с участием специалистов из ГДР, ВНР, КНДР, а также из ИАЭ им. Курчатова. В дальнейшем развитии системы принимали участие сотрудники ИК АН УССР, ИАПУ ДВНЦ АН СССР, ИВФЭ, ГОИ им. С. И. Вавилова и других. Имелись компиляторы Фортран, Алгол, Автокод МАДЛЕН, интерпретатор Лисп. Также имелась возможность использовать языки Симула, Аналитик, Аква, Сибэсм-6, метаязык R-грамматик, эмулировать на БЭСМ-6 программы М-6000 ТПА.

Другие программы

Большим коллективом разработчиков под руководством В. Ф. Тюрина была создана операционная система Диспак, удачно решавшая вопросы работы в режиме разделения времени.

• ИПМ
• НД-70
• БАМОС
• УНИОС

Примечания

1. ↑Peter Wolcott, Seymour E. Goodman (University of Arizona), «High-Speed Computers of the Soviet Union, » Computer, vol. 21, no. 9, pp. 32-41, Sept. 1988, doi:10.1109/2.14345
2. ↑ Расторгуев А. Говорун и его команда
3. ↑Описание CDC-1604
4. ↑Боровин Г. К., Комаров М. М., Ярошевский В. С. Ошибки-ловушки при программировании на фортране.  — М.: Наука, 1987
5. ↑Меткалф М. Оптимизация в Фортране: Пер. с англ. — М.: Мир, 1985
6. ↑Журнал «Суперкомпьютер» Номер 1 — «Покоритель диджитального космоса», стр.31
7. ↑Страница ностальгии по БЭСМ-6
8. ↑Евтушенко Ю. Г., Михайлов Г. М., Копытов М. А., Рогов Ю. П. 50 лет истории вычислительной техники: от «Стрелы» до кластерных решений. // В сб. 50 лет ВЦ РАН: история, люди, достижения. М.: ВЦ РАН, 2005 г. 320 с. ISBN 5-201-09837-1. С. 20.

Литература

• Смирнов А. Д. Семейство БЭСМ-6 // Архитектура вычислительных систем: Учеб. пособие для вузов. — М .: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1990. — С. 149—164. — 320 с. — ISBN 5-02-013997-1
• Мазный Г. Л. Программирование на БЭСМ-6 в системе «Дубна» / Под редакцией Н. Н. Говоруна. М.: Наука, 1978. (Библиотечка программиста)
• Карпов В. Я. Алгоритмический язык Фортран: Фортран-Дубна. 1976. 192 с. (Библиотечка программиста)
• Королёв Л. Н.Архитектура ЭВМ БЭСМ-6. Из книги Л. Н. Королёва «Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение» (1978). PARALLEL.RU — Информационно-аналитический центр по параллельным вычислениям:. Архивировано из первоисточника 28 августа 2011.Проверено 7 августа 2009.
• Иванов A. Школа академика С. А. Лебедева в развитии отечественной вычислительной техники // Электроника: НТБ. — 2002. — № 6. — С. 48—54.

Ссылки

• Иванников В. П., Королёв Л. Н., Любимский Э. З., Томилин А. Н.Разработки московской школы операционных систем ЭВМ. Виртуальный компьютерный музей. Проверено 7 августа 2009.
• Leonid A. Broukhis.Страница ностальгии по БЭСМ-6   (рус.) . Архивировано из первоисточника 28 августа 2011.Проверено 7 августа 2009.
• Группа обсуждения БЭСМ-6   (рус.) . БЭСМ-6. Группы Google. Архивировано из первоисточника 28 августа 2011.Проверено 7 августа 2009. сравнение различных компьютеров с 48-и разрядным словом

Список советских ЭВМ
Универсальные	Арагац • БЭСМ • ЕС ЭВМ • М-1 • М-20 • М-220 • Минск • МЭСМ • Наири • Проминь • Раздан • Весна и Снег • СМ ЭВМ • Стрела • Урал
Уникальные	МИР • Сетунь
Военные	5Э92б • 5Э26 • 5Э53 • Аргон • М-13 • М-50 • Радон • Алмаз
Управляющие	Днепр • Киев • Рута-110 • КВМ-1 • УМ (1 • 1НХ • 2)
СуперЭВМ	БЭСМ-6 • ЕС-2701 • ПС-2000 • ПС-3000 • Эльбрус • Электроника СС БИС • МАРС • СВС
Персональные ЭВМ
PDP-11-совместимые	Электроника БК • ДВК • УКНЦ • Электроника (60 • 85 • 88) • Союз-Неон ПК-11/16
IBM PC-совместимые	Ассистент-128 • ЕС ПЭВМ • Искра-1030 • КОМПАН • Нейрон И9.66 • Поиск • Электроника (МС 1502 • МС 1504 • 901)
Другие серийные	Агат • Беста • Искра 226 • Искра-1256 • Истра-4816 • Электроника (Д3-28 • НЦ • С5 • Т3-29)
Клоны ZX Spectrum	ATM Turbo • Пентагон • Хоббит • Scorpion • Символ • Алеста • Дубна 48К • Робик
На базе КР580ВМ80А	Апогей БК-01 • Башкирия-2М • Вектор-06Ц • Ириша • Корвет • Львов ПК-01 • Микро-80 • Микроша • Орион-128 • ПК8000 (Веста, Сура, Хобби) • Партнёр 01.01 • Радио-86РК • Радуга • Специалист • ЮТ-88

• Компьютеры СССР
• Суперкомпьютеры
• История компьютерной техники

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «БЭСМ-6» в других словарях:

БЭСМ — (сокращение от Большая (или Быстродействующая) электронно счётная машина)  серия советских электронных вычислительных машин общего назначения, предназначенных для решения широкого круга задач. Разработка Института точной механики и… … Википедия

БЭСМ — (быстродействующая электронная счётная машина), название семейства отечественных ЭВМ общего назначения для решения научно технических задач. Разработаны в Институте точной механики и вычислительной техники под руководством С. А. Лебедева;… … Энциклопедический словарь

БЭСМ — (быстродействующая электронная счетная машина) название семейства отечественных ЭВМ общего назначения для решения научно технических задач. Разработаны в Институте точной механики и вычислительной техники под руководством С. А. Лебедева;… … Большой Энциклопедический словарь

БЭСМ — большая электронная счётная машина техн. БЭСМ быстродействующая электронная счетная машина техн. Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с … Словарь сокращений и аббревиатур

БЭСМ — быстродействующая электронная счётная машина, название серии цифровых вычислительных машин (ЦВМ), разработанных в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР. БЭСМ одна из первых современных универсальных ЦВМ, выполнена на… … Большая советская энциклопедия

Сделано в СССР. История развития отечественного компьютеростроения

Не так давно мы рассказали вам про архитектуру новейшего российского процессора «Эльбрус-4С», разработанного компанией МЦСТ. Была затронута и ее история развития. На сегодняшний день эта фирма — чуть ли не единственный оплот отечественного компьютеростроения. На наш взгляд, было бы неправильно не уделить немного внимания разработкам СССР. Да, советское компьютеростроение нельзя назвать передовым, однако инженеры, ученые и государство все же уделяли ему достаточное количество времени и сил.

Персональный компьютер «Агат»

Первая советская электронно-вычислительная машина была сконструирована и введена в эксплуатацию недалеко от города Киева. С появлением первого компьютера в Союзе и на территории континентальной Европы связывают имя Сергея Лебедева (1902-1974 гг.). В 1997 году ученая мировая общественность признала его пионером вычислительной техники, и в том же году Международное компьютерное общество выпустило медаль с надписью: «С.А. Лебедев — разработчик и конструктор первого компьютера в Советском Союзе. Основоположник советского компьютеростроения». Всего при непосредственном участии академика было создано 18 электронно-вычислительных машин, 15 из которых переросли в серийное производство.

Сергей Алексеевич Лебедев — основоположник вычислительной техники в СССР

В 1944-м, после назначения на должность директора Института энергетики АН УССР, академик с семьей переезжает в Киев. До создания революционной разработки остается еще долгих четыре года. Данный институт специализировался по двум направлениям: электротехническое и теплотехническое. Волевым решением директор разделяет два не совсем совместимых научных направления и возглавляет Институт электроники. Лаборатория института переезжает в предместье Киева (Феофания, бывший монастырь). Именно там и воплощается в жизнь давнишняя мечта профессора Лебедева — создать электронно-цифровую счетную машину.

Первый компьютер СССР

В 1948 году модель первого отечественного компьютера была собрана. Устройство занимало почти все пространство комнаты площадью в 60 м 2 . В конструкции было так много элементов (особенно нагревательных), что при первом запуске машины выделилось столько тепла, что пришлось даже разобрать часть кровли. Первую модель советского компьютера назвали просто — Малая Электронная Счетная Машина (МЭСМ). Она могла производить до трех тысяч счетно-вычислительных операций в минуту, что по меркам того времени было заоблачно много. В МЭСМ был применен принцип электронной ламповой системы, который уже апробирован западными коллегами («Колосс Марк 1» 1943 г., «ЭНИАК» 1946 г.).

Всего в МЭСМ было использовано порядка 6 тысяч различных электронных ламп, устройству требовалась мощность в 25 кВт. Программирование происходило за счет ввода данных с перфолент или в результате набора кодов на штекерном коммутаторе. Вывод данных производился посредством электромеханического печатающего устройства или путем фотографирования.

• двоичная с фиксированной запятой перед старшим разрядом система счета;
• 17 разрядов (16 плюс один на знак);
• емкость ОЗУ: 31 для чисел и 63 для команд;
• емкость функционального устройства: аналогичная ОЗУ;
• трехадресная система команд;
• производимые вычисления: четыре простейших операции (сложение, вычитание, деление, умножение), сравнение с учетом знака, сдвиг, сравнение по абсолютной величине, сложение команд, передача управления, передача чисел с магнитного барабана и пр.;
• вид ПЗУ: триггерные ячейки с вариантом использования магнитного барабана;
• система ввода данных: последовательная с контролем через систему программирования;
• моноблочное универсальное арифметическое устройство параллельного действия на триггерных ячейках.

Несмотря на максимально возможную автономную работу МЭСМ, определение и устранение неполадок все же происходило вручную или посредством полуавтоматического регулирования. Во время испытаний компьютеру было предложено решить несколько задач, после чего разработчики заключили, что машина способна производить вычисления, неподвластные человеческому разуму. Публичная демонстрация возможностей малой электронной счетной машины произошла в 1951 году. С этого момента устройство считается введенным в эксплуатацию первым советским электронно-вычислительным аппаратом. Над созданием МЭСМ под руководством Лебедева работало всего 12 инженеров, 15 техников и монтажниц.

Несмотря на ряд существенных ограничений, первый компьютер, сделанный в СССР, работал в соответствии с требованиями своего времени. По этой причине машине академика Лебедева было доверено проводить расчеты по решению научно-технических и народно-хозяйственных задач. Опыт, накопленный в процессе разработки машины, был использован при создании БЭСМ, а сама МЭСМ рассматривалась в качестве действующего макета, на котором отрабатывались принципы построения большой ЭВМ. Первый «блин» академика Лебедева на пути развития программирования и разработок широкого круга вопросов вычислительной математики не оказался комом. Машину применяли как для текущих задач, так и рассматривали прототипом более усовершенствованных аппаратов.

Успех Лебедева был высоко оценен в высших эшелонах власти, и в 1952 году академик получил назначение на руководящую должность института в Москве. Малая электронная счетная машина, произведенная в единичном экземпляре, использовалась до 1957 года, после чего устройство демонтировали, разобрали на составляющие и поместили в лабораториях Политехнического института в Киеве, где части МЭСМ служили студентам в лабораторных исследованиях.

ЭВМ серии «М»

Пока академик Лебедев работал над электронно-вычислительным устройством в Киеве, в Москве образовывалась отдельная группа электротехников. Сотрудники Энергетического института имени Кржижановского Исаака Брука (электротехник) и Башира Рамеева (изобретатель) в 1948 году подают в патентное бюро заявку на регистрацию проекта собственной ЭВМ. В начале 50-х Рамеев становится руководителем отдельной лаборатории, где и предназначалось появиться этому устройству. Буквально за один год разработчики собирают первый прототип машины М-1. По всем техническим параметрам это было устройство, намного уступающее МЭСМ: всего 20 операций в секунду, тогда как машина Лебедева показывала результат в 50 операций. Неотъемлемым преимуществом М-1 были ее габариты и энергопотребление. В конструкции использовано всего 730 электрических ламп, они требовали 8 кВт, а весь аппарат занимал лишь 5 м 2 .

В 1952-м году появилась М-2, производительность которой выросла в сто раз, а число ламп увеличилось лишь вдвое. Этого удалось достичь за счет использования управляющих полупроводниковых диодов. Но инновации требовали больше энергии (М-2 потребляла 29 кВт), да и площадь конструкция заняла в четыре раза больше, чем предшественница (22 м 2 ). Счетных возможностей данного устройства вполне хватало для реализации ряда вычислительных операций, но серийное производство так и не началось.

Модель М-3 снова стала «малюткой»: 774 электронные лампы, потребляющие энергию в размере 10 кВт, площадь — 3 м 2 . Соответственно, уменьшились и вычислительные возможности: 30 операций в секунду. Но для решения многих прикладных задач этого вполне было достаточно, поэтому М-3 выпускалась небольшой партией, 16 штук.

В 1960 году разработчики довели производительность машины до 1000 операций в секунду. Данную технологию заимствовали далее для электронно-вычислительных машин «Арагац», «Раздан», «Минск» (произведены в Ереване и в Минске). Эти проекты, реализованные параллельно с ведущими московскими и киевскими программами, показали серьёзные результаты уже позже, в период перехода ЭВМ на транзисторы.

«Стрела»

Под руководством Юрия Базилевского в Москве создается ЭВМ «Стрела». Первый образец устройства был завершен в 1953 году. «Стрела» (как и М-1) содержала память на электронно-лучевых трубках (МЭСМ использовала триггерные ячейки). Проект данной модели компьютера был настолько удачным, что на Московском заводе счетно-аналитических машин началось серийное производство этого типа продукции. Всего за три года было собрано семь экземпляров устройства: для пользования в лабораториях МГУ, а также в вычислительных центрах Академии наук СССР и ряда министерств.

«Стрела» выполняла 2 тысячи операций в секунду. Но аппарат был весьма массивным и потреблял 150 кВт энергии. В конструкции использовалось 6,2 тысячи ламп и более 60 тысяч диодов. «Махина» занимала площадь в 300 м 2 .

После перевода в Москву (в 1952 году), в Институт точной механики и вычислительной техники, академик Лебедев взялся за производство нового электронно-вычислительного устройства — Большой Электронной Счетной Машины, БЭСМ. Заметим, что принцип построения новой ЭВМ во многом был заимствован у ранней разработки Лебедева. Реализация данного проекта послужила началом самой успешной серии советских компьютеров.

БЭСМ осуществляла уже до 10 000 исчислений в секунду. При этом использовалось всего 5000 ламп, а потребляемая мощность составляла 35 кВт. БЭСМ являлась первой советской ЭВМ «широкого профиля» — её изначально предполагалось предоставлять учёным и инженерам для проведения расчетов различной сложности.

Модель БЭСМ-2 разрабатывалась для серийного производства. Число операций в секунду довели до 20 тысяч. После испытаний ЭЛТ и ртутных трубок, в данной модели оперативная память уже была на ферритовых сердечниках (основной тип ОЗУ на следующие 20 лет). Серийное производство, начавшееся на заводе имени Володарского в 1958 году, показало результаты в 67 единиц техники. БЭСМ-2 положила начало разработок военных компьютеров, руководивших системами ПВО: М-40 и М-50. В рамках этих модификаций был собран первый советский компьютер второго поколения — 5Э92б, и дальнейшая судьба серии БЭСМ уже оказалась связана с транзисторами.

Переход на транзисторы в советской кибернетике прошёл плавно. Особо уникальных разработок в этот период отечественного компьютеростроения не значится. В основном старые компьютерные системы переукомплектовывали под новые технологии.

Большая электронная счетная машина (БЭСМ)

Полностью полупроводниковая ЭВМ 5Э92б, спроектированная Лебедевым и Бурцевым, была создана под конкретные задачи противоракетной обороны. Она состояла из двух процессоров (вычислительного и контроллера периферийных устройств), имела систему самодиагностики и допускала «горячую» замену вычислительных транзисторных блоков. Производительность равнялась 500 тысячам операций в секунду для основного процессора и 37 тысяч – для контроллера. Столь высокая производительность дополнительного процессора была необходима, поскольку в связке с компьютерным блоком работали не только традиционные системы ввода-вывода, но и локаторы. ЭВМ занимала больше 100 м 2 .

Уже после 5Э92б разработчики снова возвратились к БЭСМ. Основная задача здесь — производство универсальных компьютеров на транзисторах. Так появились БЭСМ-3 (осталась в качестве макета) и БЭСМ-4. Последняя модель была выпущена в количестве 30 экземпляров. Вычислительная мощность БЭСМ-4 — 40 операций в секунду. Устройство в основном применялось как «лабораторный образец» для создания новых языков программирования, а также как прототип для конструирования более усовершенствованных моделей, таких как БЭСМ-6.

За всю историю советской кибернетики и вычислительной техники БЭСМ-6 считается самой прогрессивной. В 1965 году это компьютерное устройство было самым передовым по управляемости: развитая система самодиагностики, несколько режимов работы, обширные возможности по управлению удалёнными устройствами, возможность конвейерной обработки 14 процессорных команд, поддержка виртуальной памяти, кэш команд, чтение и запись данных. Показатели вычислительных способностей — до 1 млн операций в секунду. Выпуск данной модели продолжался вплоть до 1987 года, а использование — до 1995-го.

После того, как академик Лебедев отбыл в «Златоглавую», его лаборатория вместе с персоналом перешла под руководство академика Б.Г. Гнеденко (директор Института математики АН УССР). В этот период был взят курс на новые разработки. Так, зарождается идея создания компьютера на электронных лампах и с памятью на магнитных сердечниках. Он получил название «Киев». При его разработке впервые был применен принцип упрощенного программирования — адресный язык.

В 1956 году бывшую лебедевскую лабораторию, переименованную в Вычислительный центр, возглавил В.М. Глушков (сегодня данное отделение действует как Институт кибернетики имени академика Глушкова НАН Украины). Именно под началом Глушкова «Киев» удалось завершить и ввести в эксплуатацию. Машина остается на службе в Центре, второй образец компьютера «Киев» был приобретен и собран в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна, Московская область).

Виктор Михайлович Глушков

Впервые в истории применения компьютерной техники, с помощью «Киева» удалось наладить дистанционное управление технологическим процессами металлургического комбината в Днепродзержинске. Заметим, что объект испытаний был удален от машины почти на 500 километров. «Киев» был вовлечен в ряд экспериментов по искусственному интеллекту, машинному распознаванию простых геометрических фигур, моделированию автоматов для распознавания печатных и письменных букв, автоматическому синтезу функциональных схем. Под руководством Глушкова на машине была апробирована одна из первых систем управления базами данных реляционного типа («Автодиректор»).

Хотя основу устройства составляли те же электронные лампы, у «Киева» уже было феррит-трансформаторное ЗУ с объемом в 512 слов. Также аппарат использовал блок внешней памяти на магнитных барабанах с общим объемом в девять тысяч слов. Вычислительная мощность этой модели компьютера в триста раз превышала возможности МЭСМ. Структура команд — аналогичная (трехадресная на 32 операции).

«Киев» имел собственные архитектурные особенности: в машине был реализован асинхронный принцип передачи управления между функциональными блоками; несколько блоков памяти (ферритовая оперативная память, внешняя память на магнитных барабанах); ввод и вывод чисел в десятичной системе счисления; пассивное запоминающее устройство с набором констант и подпрограмм элементарных функций; развитая система операций. Устройство производило групповые операции с модификацией адреса для повышения эффективности обработки сложных структур данных.

Советские ЭВМ, разработанные в 50-х

В 1955 году лаборатория Рамеева переехала в Пензу для разработки ещё одной ЭВМ под названием «Урал-1» — менее затратной, от того и массовой машины. Всего 1000 ламп с энергопотреблением в 10 кВт — это позволило существенно снизить производственные затраты. «Урал-1» выпускался до 1961-го года, всего было собрано 183 компьютера. Их устанавливали в вычислительных центрах и конструкторских бюро по всему миру. Например, в центре управления полётами космодрома «Байконур».

«Урал 2-4» также был на электронных лампах, но уже использовал оперативную память на ферритовых сердечниках, выполнял по несколько тысяч операций в секунду.

Московский государственный университет в это время проектирует собственный компьютер — «Сетунь». Он также пошел в массовое производство. Так, на Казанском заводе вычислительных машин было выпущено 46 таких компьютеров.

«Сетунь» — электронно-вычислительное устройство на троичной логике. В 1959 году эта ЭВМ со своими двумя десятками вакуумных ламп выполняла 4,5 тысячи операций в секунду и потребляла 2,5 кВт энергии. Для этого использовались феррито-диодные ячейки, которые советский инженер-электротехник Лев Гутенмахер опробовал ещё в 1954 году при разработке своей безламповой электронной вычислительной машины ЛЭМ-1.

«Сетуни» благополучно функционировали в различных учреждениях СССР. При этом создание локальных и глобальных компьютерных сетей требовало максимальную совместимость устройств (т.е. двоичная логика). Будущее компьютеров стояло за транзисторами, тогда как лампы оставались пережитком прошлого (как когда-то механические реле).

«Днепр»

В свое время Глушкова называли новатором, он не раз выдвигал смелые теории в области математики, кибернетики и вычислительной техники. Многие из его инноваций были поддержаны и внедрены в жизнь еще при жизни академика. Но всецело оценить тот весомый вклад, который сделал ученый в развитие этих направлений, помогло время. С именем В.М. Глушкова отечественная наука связывает исторические вехи перехода от кибернетики к информатике, а там — к информационным технологиям. Институт кибернетики АН УССР (до 1962 года — Вычислительный центр АН УССР), возглавляемый выдающимся ученым, специализировался на усовершенствовании компьютерной вычислительной техники, разработке прикладного и системного программного обеспечения, систем управления промышленным производством, а также сервисов обработки информации прочих сфер деятельности человека. В Институте были развернуты масштабные исследования по созданию информационных сетей, периферии и компонентов к ним. Можно с уверенностью заключить, что в те годы усилия ученых были направлены на «покорение» всех основных направлений развития информационных технологий. При этом любая научно обоснованная теория тут же воплощалась в жизнь и находила свое подтверждение на практике.

Следующий шаг в отечественном компьютеростроении связан с появлением электронно-вычислительного устройства «Днепр». Этот аппарат стал первым для всего Союза полупроводниковым управляющим компьютером общего назначения. Именно на базе «Днепра» появились попытки серийного производства компьютерно-вычислительной техники в СССР.

Эта машина была разработана и сконструирована всего за три года, что считалось очень незначительным временем для такого проектирования. В 1961 году произошло переоснащение многих советских промышленных предприятий, и управление производством легло на плечи ЭВМ. Глушков позже попытался объяснить, почему удалось так быстро собрать аппараты. Оказывается, еще на стадии разработок и проектирования ВЦ тесно сотрудничал с предприятиями, где предполагалось установить компьютеры. Анализировались особенности производства, этапность, а также выстраивались алгоритмы всего технологического процесса. Это позволило более точно запрограммировать машины, исходя из индивидуальных промышленных особенностей предприятия.

Было проведено несколько экспериментов с участием «Днепра» по удаленному управлению производствами разной специализации: сталелитейным, судостроительным, химическим. Заметим, что в этот же период западные конструкторы спроектировали аналогичный отечественному полупроводниковый компьютер универсального управления RW300. Благодаря проектированию и введению в эксплуатацию ЭВМ «Днепр» удалось не только сократить дистанцию в развитии компьютерной техники между нами и Западом, но и практически ступать «нога в ногу».

Компьютеру «Днепр» принадлежит еще одно достижение: устройство производилось и использовалось как основное производственно-вычислительное оборудование на протяжении десяти лет. Это (по меркам компьютерной техники) достаточно значительный срок, так как для большинства подобных разработок этап модернизации и усовершенствования исчислялся пятью-шестью годами. Эта модель компьютера была настолько надежной, что ей было доверено отслеживать экспериментальный космический полет шатлов «Союз-19» и «Аполлон», состоявшийся в 1972 году.

Впервые отечественное компьютеростроение вышло на экспорт. Также был разработан генеральный план строительства специализированного завода по производству вычислительной компьютерной техники — завод вычислительных и управляющих машин (ВУМ), расположенный в Киеве.

А в 1968 году небольшой серией была выпущена полупроводниковая ЭВМ «Днепр 2». Эти компьютеры имели более массовое назначение и использовались для выполнения различных вычислительных, производственных и планово-экономических задач. Но серийное производство «Днепр 2» было вскоре приостановлено.

«Днепр» отвечал следующим техническим характеристикам:

• двухадресная система команд (88 команд);
• двоичная система счисления;
• 26 двоичных разрядов с фиксированной запятой;
• оперативное запоминающее устройство на 512 слов (от одного до восьми блоков);
• вычислительная мощность: 20 тысяч операций сложения (вычитания) в секунду, 4 тысячи операций умножения (деления) в тех же временных частотах;
• размер аппарата: 35-40 м 2 ;
• энергопотребление: 4 кВт.

«Промінь» и ЭВМ серии «МИР»

1963 год становится переломным для отечественного компьютеростроения. В этот год на заводе по производству вычислительных машин в Северодонецке производится машина «Промінь» (с укр. — луч). В этом аппарате впервые были использованы блоки памяти на металлизированных картах, ступенчатое микропрограммное управление и ряд других инноваций. Основным назначением этой модели компьютера считалось произведение инженерных расчетов различной сложности.

Украинский компьютер «Промінь» («Луч»)

За «Лучом» в серийное производство поступили компьютеры «Промінь-М» и «Промінь-2»:

• двоично-десятичная система счисления;
• объем ОЗУ: 140 слов;
• ввод данных: с металлизированных перфокарт или штекерный ввод;
• количество одномоментно запоминающихся команд: 100 (80 — основные и промежуточные, 20 — константы);
• одноадресная система команд с 32 операциями;
• вычислительная мощность – 1000 простейших задач в минуту, 100 вычислений по умножению в минуту.

Сразу за моделями серии «Промінь» появилось электронно-вычислительное устройство с микропрограммным выполнением простейших вычислительных функций — МИР (1965 г.). Заметим, что в 1967 году на мировой технической выставке в Лондоне машина МИР-1 получила достаточно высокую экспертную оценку. Американская компания IBM (ведущий мировой производитель-экспортер компьютерной техники в то время) даже приобрел несколько экземпляров.

МИР, МИР-1, а за ними вторая и третья модификации были поистине непревзойденным словом техники отечественного и мирового производства. МИР-2, например, успешно соревновалась с универсальными компьютерами обычной структуры, превосходящими ее по номинальному быстродействию и объему памяти во много раз. На этой машине впервые в практике отечественного компьютеростроения был реализован диалоговый режим работы, использующий дисплей со световым пером. Каждая из этих машин была шагом вперед на пути построения разумной машины.

С появлением этой серии устройств в работу был внедрен новый «машинный» язык программирования — «Аналитик». Алфавит для ввода состоял из заглавных русских и латинских букв, алгебраических знаков, знаков выделения целой и дробной части числа, цифры, показателей порядка числа, знаков препинания и так далее. При вводе информации в машину можно было пользоваться стандартными обозначениями элементарных функций. Русские слова, например, «заменить», «разрядность», «вычислить», «если», «то», «таблица» и другие использовались для описания вычислительного алгоритма и обозначения формы выходной информации. Любые десятичные значения можно было вводить в произвольной форме. Все необходимые параметры вывода программировались в период постановки задач. «Аналитик» позволял работать с целыми числами и массивами, редактировать введенные или уже запущенные программы, менять разрядность вычислений путем замены операций.

Символическая аббревиатура МИР была ни чем иным, как аббревиатура основного назначения устройства: «машина для инженерных расчетов». Эти устройства принято считать одними из первых персональных компьютеров.

Технические параметры МИР:

• двоично-десятичная система счисления;
• фиксированная и плавающая запятая;
• произвольная разрядность и длина производимых расчетов (единственное ограничение накладывал объем памяти — 4096 символов);
• вычислительная мощность: 1000-2000 операций в секунду.

Ввод данных осуществлялся за счет печатающего клавиатурного устройства (электрической машинки Zoemtron), идущего в комплекте. Соединение комплектующих происходило посредством микропрограммного принципа. В последствии благодаря этому принципу удалось усовершенствовать как сам язык программирования, так и прочие параметры устройства.

Следующее поколение компьютеров МИР также имело ряд преимуществ. Например, МИР-1 имел 120-разрядные микрокоманды, которые записывались на сменных микропрограммных матрицах. Это существенно повлияло на характер использования машины, а также на набор арифметических и логических операций, которые она выполняла. МИР-1 имел оперативную память на ферритовом сердечнике, внешнюю память обеспечивали 8-трековые перфоленты. Эти компьютеры нельзя было назвать супермощными, но их вычислительных ресурсов (200-300 операций в секунду) хватало для осуществления типичных инженерных расчетов. Потребляемая энергия не превышала показателя 1,5 кВт. Вес составлял 400 килограмм.

МИР-2 уже производил до 12 000 операций в секунду, а МИР-3 обладал возможностями, в 20 раз превышающими показатели предыдущей модели.

Супермашины серии «Эльбрус»

Выдающийся советский разработчик В.С. Бурцев (1927-2005 гг.) в истории отечественной кибернетики считается главным конструктором первых в СССР суперкомпьютеров и вычислительных комплексов для систем управления реального времени. Он разработал принцип селекции и оцифровки сигнала радиолокации. Это позволило произвести первую в мире автоматическую съемку данных с обзорной радиолокационной станции для наведения истребителей на воздушные цели. Успешно проведенные эксперименты по одновременному сопровождению нескольких целей легли в основу создания систем автонаведения на цель. Такие схемы строились на базе вычислительных устройств «Диана-1» и «Диана-2», разработанных под руководством Бурцева.

Далее группа ученых разработала принципы построения вычислительных средств противоракетной обороны (ПРО), что привело к появлению радиолокационных станций точного наведения. Это был отдельный высокоэффективный вычислительный комплекс, позволяющий с максимальной точностью производить автоматическое наблюдение за сложными, разнесенными на большие расстояния объектами в режиме онлайн.

В 1972 году для нужд ввозимых комплексов противовоздушной обороны были созданы первые вычислительные трехпроцессорные машины 5Э261 и 5Э265, построенные по модульному принципу. Каждый модуль (процессор, память, устройство управления внешними связями) был полностью охвачен аппаратным контролем. Это позволило осуществлять автоматическое резервное копирование данных в случае, если происходили сбои или отказ в работе отдельных комплектующих. Вычислительный процесс при этом не прерывался. Производительность данного устройства была для тех времен рекордной — 1 млн операций в секунду при очень малых размерах (менее 2 м 3 ). Эти комплексы в системе С-300 по сей день используются на боевом дежурстве.

В 1969 году была поставлена задача разработать вычислительную систему с производительностью 100 млн операций в секунду. Так появляется проект многопроцессорного вычислительного комплекса «Эльбрус».

Разработка машин «запредельных» возможностей имела характерные отличия наряду с разработками универсальных электронно-вычислительных систем. Здесь предъявлялись максимальные требования как к архитектуре и элементной базе, так и к конструкции вычислительной системы.

В работе над «Эльбрусом» и рядом предшествующих им разработок ставились вопросы эффективной реализации отказоустойчивости и непрерывного функционирования системы. Поэтому у них появились такие особенности, как многопроцессорность и связанные с ней средства распараллеливания ветвей задачи.

В 1970 году началось плановое строительство комплекса.

В целом «Эльбрус» считается полностью оригинальной советской разработкой. В него были заложены такие архитектурные и конструкторские решения, благодаря которым производительность МВК практически линейно возрастала при увеличении числа процессоров. В 1980 году «Эльбрус-1» с общей производительностью 15 млн операций в секунду успешно прошел государственные испытания.

МВК «Эльбрус-1» стал первой в Советском Союзе ЭВМ, построенной на базе ТТЛ-микросхем. В программном отношении ее главное отличие — ориентация на языки высокого уровня. Для данного типа комплексов были также созданы собственная операционная система, файловая система и система программирования «Эль-76».

«Эльбрус-1» обеспечивала быстродействие от 1,5 до 10 млн операций в секунду, а «Эльбрус-2» — более 100 млн операций в секунду. Вторая ревизия машины (1985 год) представляла собой симметричный многопроцессорный вычислительный комплекс из десяти суперскалярных процессоров на матричных БИС, которые выпускались в Зеленограде.

Серийное производство машин такой сложности потребовало срочного развертывания систем автоматизации проектирования компьютеров, и эта задача была успешно решена под руководством Г.Г. Рябова.

«Эльбрусы» вообще несли в себе ряд революционных новшеств: суперскалярность процессорной обработки, симметричная многопроцессорная архитектура с общей памятью, реализация защищенного программирования с аппаратными типами данных — все эти возможности появились в отечественных машинах раньше, чем на Западе. Созданием единой операционной системы для многопроцессорных комплексов руководил Б.А. Бабаян, в свое время отвечавший за разработку системного программного обеспечения БЭСМ-6.

Работа над последней машиной семейства, «Эльбрус-3» с быстродействием до 1 млрд. операций в секунду и 16 процессорами, была закончена в 1991 году. Но система оказалась слишком громоздкой (за счет элементной базы). Тем более, что на тот момент появились более экономически выгодные решения строительства рабочих компьютерных станций.

Вместо заключения

Советская промышленность была в полной мере компьютеризирована, но большое количество слабо совместимых между собой проектов и серий привело к некоторым проблемам. Основное «но» касалось аппаратной несовместимости, что мешало созданию универсальных систем программирования: у всех серий были разные разрядности процессоров, наборы команд и даже размеры байтов. Да и массовым серийное производство советских компьютеров вряд ли можно назвать (поставки происходили исключительно в вычислительные центры и на производство). В то же время отрыв американских инженеров увеличивался. Так, в 60-х годах в Калифорнии уже уверенно выделялась Силиконовая долина, где вовсю создавались прогрессивные интегральные микросхемы.

В 1968 году была принята государственная директива «Ряд», по которой дальнейшее развитие кибернетики СССР направлялось по пути клонирования компьютеров IBM S/360. Сергей Лебедев, остававшийся на тот момент ведущим инженером-электротехником страны, отзывался о «Ряде» скептически. По его мнению, путь копирования по определению являлся дорогой отстающих. Но другого способа быстро «подтянуть» отрасль никто не видел. Был учреждён Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники в Москве, основной задачей которого стало выполнение программы «Ряд» — разработки унифицированной серии ЭВМ, подобных S/360.

Результат работы центра — появление в 1971 году компьютеров серии ЕС. Несмотря на сходство идеи с IBM S/360, прямого доступа к этим компьютерам советские разработчики не имели, поэтому проектирование отечественных машин начиналось с дизассемблирования программного обеспечения и логического построения архитектуры на основании алгоритмов её работы.

БЭСМ-6

“Появление электронных вычислительных машин совершило переворот в применении математики для решения важнейших проблем физики, механики, астрономии, химии и других наук.”

— академик С.А. Лебедев

Электронная вычислительная машина БЭСМ-6

Электронная вычислительная машина БЭСМ-6 была разработана в середине 60-х годов и сдана Госкомиссии в 1967 г. Главный конструктор академик Сергей Алексеевич Лебедев заложил в основу структуры машины принципы конвейера команд (называвшегося им «водопроводом»), параллельной и асинхронной работы основных устройств: оперативной памяти, устройства управления и арифметико-логического устройства, наличия буферных устройств промежуточного хранения команд и данных, обеспечивавшие высокую скорость вычислений.

Главный конструктор: Герой Социалистического Труда, академик С.А. Лебедев; заместители главного конструктора: В.А. Мельников, Л.Н. Королёв, В.С. Петров, Л.А. Теплицкий.

Основные разработчики: А.А. Соколов, В.Н. Лаут, М.В. Тяпкин, В.Л. Ли, Л.А. Зак, В.И. Смирнов, А.С. Федоров, О.К. Щербаков, А.В. Аваев, В.Я. Алексеев, О.А. Большаков, В.Ф. Жиров, В.А. Жуковский, Ю.И. Митропольский, Ю.Н. Знаменский, В.С. Чехлов и другие.

Ведущие разработчики программного обеспечения: В.П. Иванников, А.Н. Томилин, Д.Б. Подшивалов, М.Г. Чайковский, В.Ф. Тюрин, Э.З. Любимский, В.С. Штаркман, Н.Н. Говорун, В.П. Шириков, И.Н. Силин, В.. Курочкин, Ю.М. Баяковский и др.

В.А. Мельников и С.А. Лебедев
А.А. Соколов
Л.Н. Королёв

Организации-разработчики: Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) АН СССР и Московский завод счетно-аналитических машин (САМ).

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

Год окончания разработки: 1967.

Год начала серийного выпуска: 1968.

Год прекращения производства: 1987.

Число выпущенных машин: 355.

Техническое описание БЭСМ-6

Технико-эксплуатационные характеристики

• Среднее быстродействие — до 1 млн. одноадресных команд/с.
• Длина слова — 48 двоичных разрядов и два контрольных разряда.
• Представление чисел — с плавающей запятой.
• Рабочая частота — 10 МГц.
• Занимаемая площадь — 150-200 м. 2
• Потребляемая мощность от сети 220 В/50Гц — 30 КВт (без системы воздушного охлаждения).

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.

В начале 60-х годов отечественной промышленностью были созданы высокочастотные транзисторы и диоды, на основе которых была разработана элементная база машины. В ее состав входили диодные логические схемы и усилители на переключателях тока с подвешенным источником питания. Важными особенностями системы элементов являлись высокая скорость переключения и очень высокая нагрузочная способность как по входу, так и по выходу. Диодные и усилительные схемы размещались в специальных блоках, которые в свою очередь устанавливались в стойку с двух сторон. Внутри этого объема между диодными и усилительными блоками выполнялся монтаж. Такая конструкция обеспечивала компактное размещение блоков и сокращение длин связей. Наличие специальных блоков с вынесенными эмиттерными повторителями позволяло к выходу одного усилителя подключать более 50 вентилей, т.е. управлять целым регистром. Параметры конструкции стоек были согласованы с форматом данных (длина слова 50 разрядов), с числом регистров в арифметическом устройстве и с объемом регистровой памяти. Размеры стоек обеспечивали передачу сигналов в стойке в пределах одного полутакта – 50 нс.

Усилительный блок
Блок логических схем

Система синхронизации обеспечивала возможность функционирования конвейера на тактовой частоте, что использовано в большинстве схем, в частности, в арифметическом устройстве и в устройстве управления. Цикл работы устройства управления был равен трем тактам. Этот цикл соответствует и максимальному темпу поступления команд. В арифметическом устройстве использовался асинхронный конвейер, темп получения результатов зависел от типа операции и от операндов. Средний темп составлял 10 тактов, что соответствует производительности 1 млн. операций с плавающей запятой в секунду (1 Mflops).

Для согласования пропускных способностей процессора и оперативной памяти применялось расслоение памяти – 8 параллельно работающих блоков, каждый с циклом 2 мкс. Для исключения потерь при обращении к памяти применялась не адресуемая буферная память. Особенностью этой памяти являлась параллельная работа трех специализированных групп регистров – для хранения команд (БРС – быстрые регистры слов), для чисел, считанных из памяти, (БРЧ – быстрые регистры чисел) и для записи результатов операций (БРЗ – быстрые регистры записи). Второй особенностью этой промежуточной памяти являлась возможность повторного считывания команд и промежуточных результатов не из оперативной памяти, а непосредственно с БРС и БРЗ. Для этого вместе с основным содержимым в этих регистрах запоминались адреса слов и имелась схема с ассоциативным поиском, обеспечивавшая считывание из регистра при совпадении адреса обращения к памяти с одним из адресов в ассоциативной памяти. По-существу это была кэш-память, реализованная на 10 лет раньше, чем в модели 85 системы IBM/360. Однако, по технологическим причинам объем этой памяти был невелик – по 4 слова в БРС и БРЧ, 8 – в БРЗ, а строка кэш-памяти состояла из одного слова.

Блок-схема центральной части машины БЭСМ-6

А — адрес операнда, АЗ — буфер адресов записи результатов, АК — буфер адресов выбранных команд, АМ — адрес регистра-модификатора, УВУ — устройство управления внешними устройствами, БАК — буфер команд, выполняемых в АУ, БРК — буферные регистры команд, БРЗ — буфер регистров результатов, БРЧ — буферные регистры чисел, М — регистры модификаторов, МОЗУ — магнитное оперативное запоминающее устройство, М0-М7 — модули оперативной памяти, РК — регистр команды, СМА — сумматор адреса, СчАК — счетчик адреса команд.

К особенностям системы команд следует отнести одноадресную структуру команды, наличие операций с плавающей запятой, индекс-регистров для модификации адресов, двух форматов команд в зависимости от длины адреса.

Важной особенностью машины явились аппаратные и программные средства для обеспечения мультипрограммного режима. К ним относятся виртуальная адресация памяти со страничной организацией, система прерывания, наличие нескольких режимов выполнения команд в процессоре и соответствующие программы операционной системы. Высокая скорость преобразования виртуальных адресов обеспечивалась размещением в ассоциативной регистровой памяти таблицы их соответствия физическим адресам. Сигналы прерывания поступали на программно маскируемый регистр, при наличии хотя бы одного разрешенного сигнала процессор переходил на программу прерывания. С целью экономии оборудования остальные функции, связанные с прерыванием, осуществлялись программами операционной системы.

При реализации подсистемы ввода-вывода ставилась задача обеспечения высокой пропускной способности при обмене с устройствами памяти на внешних магнитных носителях и обслуживания достаточного числа электромеханических устройств ввода и вывода. В машине было реализовано 7 быстрых направлений обмена (в современных терминах – 7 селекторных каналов) и набор медленных направлений обмена, аппаратура для которых ограничивалась минимальным набором согласующих элементов и схем связи этих элементов с процессором. Функционирование медленных направлений (вместе образующих мультиплексный канал) обеспечивалось программами операционной системы работы с каждым конкретным типом устройства. Для выполнения обмена по быстрым направлениям обмена процессор должен был выдать управляющее слово обмена, содержащее указание области оперативной памяти для считывания или записи данных, и запустить обмен, который далее выполнялся параллельно с работой процессора. После окончания обмена заданным массивом данных формировался соответствующий сигнал прерывания.

При разработке БЭСМ-6 была создана оригинальная система представления схемной документации и связанная с ней методология проектирования. Она была основана на формульном описании логических схем и системе бланков, в которых содержалась информация о логической схеме блока и адресов его соединений с другими блоками. Благодаря использованию этой системы резко сократился объем рутинной работы по графическому представлению схем, которую ранее выполнял разработчик.

В 1964 г. в Институте был собран макетный образец БЭСМ-6. Он имел всего один «куб» ферритовой памяти, в логических элементах использовались медленные транзисторы, уже много лет выпускавшиеся промышленностью, но его отладка и прогон тестовых программ подтвердили правильность основных решений и помогли выявить слабые места проекта.

В 1966 г. опытный образец машины, имевший оперативную память половинной емкости (4 куба вместо 8), но на современных транзисторах и диодах, работающий на проектной частоте синхронизации, уже был в основном отлажен и осенью на нем были проведены заводские испытания, а в мае 1967 года завершились государственные испытания.

Разработка аппаратуры машины велась в тесном контакте с программистами, которыми были предложены также некоторые особенности архитектуры.

Указанные выше аппаратные средства обеспечили создание многопользовательской операционной системы. За время эксплуатации машины было разработано несколько вариантов операционных систем, а также трансляторы с автокода и распространенных языков высокого уровня.

Программное обеспечение БЭСМ-6

Работы по исследованию и разработке операционных систем, стратегий распределения ресурсов и планирования вычислений широким фронтом в нашей стране начались с появлением БЭСМ-6. Этому способствовало то, что первые машины БЭСМ-6 предназначались для установки в центрах, обладавших наиболее сильными коллективами специалистов в области программирования и использования вычислительных машин: ИПМ АН СССР, ВЦ АН СССР, ВЦ МГУ, ОИЯИ, ИК АН УССР, СО АН СССР и др. Появилась возможность реализовать многие созревшие к тому времени идеи на машине, обладавшей необходимыми аппаратными возможностями для организации мультипрограммирования, режима разделения времени.

Коллективными усилиями советских программистов уже к 1968 г. для БЭСМ-6 была создана система математического обеспечения, включавшая в свой состав операционную систему пакетной обработки, трансляторы с машинно-ориентированных языков и с универсальных языков АЛГОЛ-60 и ФОРТРАН.

За время использования машин БЭСМ-6 был накоплен большой фонд программ пользователей , с помощью которых были решены задачи наиболее важных направлений научно-технического прогресса. и опыт его эксплуатации.

Операционные системы

Появление ко второй половине 60-х годов ЭВМ с аппаратной поддержкой многозадачности и управления параллельной работой устройств стимулировали создание для этих ЭВМ операционных (управляющих) программных систем.

Первые операционные системы (ОС) в СССР и в дальнейшем все более совершенные операционные системы для интенсивно развивающихся вычислительных комплексов были созданы в организациях Москвы, имевших высокий научный и конструкторский потенциал, в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) и Институте прикладной математики (ИПМ) Академии наук СССР. Выдающиеся ученые XX века академики Сергей Алексеевич Лебедев и Мстислав Всеволодович Келдыш, имена которых в настоящее время носят эти институты, активно способствовали развитию работ по созданию ОС для ЭВМ.

В ИТМ и ВТ группу пионеров разработки ОС возглавил Л. Н. Королёв (основные участники В. П. Иванников и А. Н. Томилин), в ИПМ М. Р. Шура-Бура (основные разработчики И.Б. Задыхайло, С.С. Камынин, Э. З. Любимский, В. С. Штаркман, позднее и В. Ф. Тюрин). Существенный вклад в развитие системных программных средств был внесен также группой из лаборатории вычислительной техники и автоматизации Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне под руководством Н. Н. Говоруна.

Были созданы многозадачные ОС для больших ЭВМ БЭСМ-6 и "Весна", многоязыковая мониторная система "Дубна" для БЭСМ-6. Эти ОС обеспечивали параллельное выполнение процессов обработки информации и их иерархическую организацию, интерактивный режим работы коллектива пользователей ЭВМ и обработку информации в режиме реального времени.

Операционные системы "Диспетчер-68", "Новый диспетчер-70", диспетчер "Диспак"

Большое влияние на развитие ОС для ЭВМ оказало создание в 1967 г. в ИТМ и ВТ под руководством Л.Н. Королёва первой ОС для ЭВМ БЭСМ-6, названной позднее "Диспетчер-68". Она обеспечивала совместное управление работой устройств ЭВМ, подготовку и решение задач в мультипрограммном режиме. Основные разработчики: Л.Н. Королёв, В.П. Иванников и А.Н. Томилин.

Операционная система обеспечивала:

• мультипрограммное решение задач;
• управление одновременной работой всех каналов связи с внешними запоминающими устройствами и всех устройств ввода-вывода информации;
• совмещение вычислений во всех задачах с параллельной работой внешних запоминающих устройств и устройств ввода-вывода;
• организацию совместного динамического распределения ресурсов двухуровневой памяти (оперативной и внешней), базирующуюся на замещении страниц в оперативной памяти;
• распределение устройств между задачами;
• буферизацию ввода-вывода;
• развитую связь с оператором по управлению прохождением задач и работой устройств;
• возможность многотерминальной работы в диалоговом режиме.

Кроме этих основных функций "Диспетчер-68" обеспечивал вызов трансляторов с языков программирования и автокодов.

"Диспетчер-68" явился предтечей будущих развитых ОС и основой последующих операционных систем для БЭСМ-6 ОС "Дубна" (Н.Н. Говорун, И.Н. Силин) и ОС "Диспак" (В.Ф. Тюрин), дисковой операционной системы, ориентированной на пакетную обработку и эксплуатируемой в дальнейшем на большинстве ЭВМ БЭСМ-6.

Существенное влияние оказал "Диспетчер-68" и на разработку в ИТМ и ВТ операционной системы реального времени для БЭСМ-6 ОС НД-70 ("Новый диспетчер-70") с развитыми средствами организации параллельных вычислений (соподчинение задач, аппарат параллельных процессов), режимом работы в реальном времени и возможностью организации многомашинного вычислительного комплекса. Этой разработкой руководил В.П. Иванников. В центрах управления полетами космических аппаратов на базе ОС НД-70 были созданы и в течение двадцати лет активно использовались для обеспечения управления полетами несколько больших баллистических и телеметрических программных комплексов реального времени. Вслед за НД-70 средства организации параллельных процессов были введены в ОС "Диспак" для ЭВМ БЭСМ-6, что позволило программным комплексам реального времени базироваться и на этой ОС.

На основе возможностей операционной системы БЭСМ-6 усилиями ряда ведущих научно-исследовательских и производственных организаций с привлечением крупных математических сил СССР была создана первая в стране поставляемая промышленностью полная система математического обеспечения ЭВМ (ОС, системы программирования, библиотеки программ).

Операционная система ИПМ

В 1967 г. И.Б. Задыхайло, С.С. Камынин и Э.З. Любимский предложили операционную систему ИПМ АН СССР для машины БЭСМ-6 (ОС ИПМ). Эта система была реализована коллективом программистов из ИПМ и ряда других институтов под руководством Э.З. Любимского.

При разработке ОС ИПМ авторы широко использовали принятые в обществе механизмы взаимодействия для организации взаимосвязи между задачами и процессами. Все задачи рассматривались как члены коллектива (community), которые могут вступать друг с другом в различные отношения от совершенной изоляции до полного разделения всех ресурсов. Каждый ресурс (память, файл, устройство) имел своего хозяина, который мог его отдавать или сдавать в аренду любой другой задаче, оговаривая соответствующие права использования, в том числе и право дальнейшей передачи в аренду. При этом хозяин мог закрывать, а мог и не закрывать от себя арендуемый ресурс, что поддерживалось широким спектром средств синхронизации процессов. Обмен сообщениями между задачами обладал всеми особенностями почтовых отправлений, включая уведомление о вручении.

Каждая задача могла открывать до восьми процессов, в том числе два специальных высокоприоритетных процесса для обработки сообщений и внутренних прерываний (аварийных ситуаций). Для управления процессами использовался аппарат событий, а также прямые команды открытия, закрытия, прерывания и пуска. Одни задачи могли вызывать другие, выстраивая таким образом деревья подчинения произвольной глубины. При вызове подчиненной задачи можно было определить режим управления, при котором главной задаче в любой момент оказывались доступными любые ресурсы подчиненной и управление ее процессами, а если подчиненная задача не справлялась с обработкой своей аварийной ситуации, то главная получала соответствующее сообщение и могла предпринять необходимые действия. Эти возможности использовались при разработке таких задач-посредников, как, например, отладчик в режиме диалога.

ОС ИПМ ограниченно включала в себя систему программирования, что позволило довольно легко обеспечить такие свойства, как шаговая (incremental) трансляция и отладка в терминах языка. Большинство трансляторов были написаны на языке АЛМО (аналог языка Си), и использовали его в качестве выходного языка. Это позволило сначала раскрутить и отладить их на машине М-220, а затем (в 1969 году) перенести на БЭСМ-6 в среду ОС ИПМ, что избавило разработчиков трансляторов и операционной среды от многих излишних взаимных претензий. Достаточно устойчивая производственная версия ОС ИПМ начала функционировать в 1970 г.

Мониторная система "Дубна"

Первый транслятор с языка Фортран для БЭСМ-6 был разработан в 1969 г. Н.Н. Говоруном, В. П. Шириковым и другими в ОИЯИ в Дубне. Этот транслятор затем был включен в Мониторную систему "Дубна".

Многоязыковая Мониторная система "Дубна" для БЭСМ-6 (1970 г.) обеспечивала управление заданиями, создание и использование многоуровневых библиотек программ. В систему входила библиотека программ общего назначения, совместимая с библиотекой Европейского центра ядерных исследований CERN. Мониторная система "Дубна" использовалась как с собственной ОС "Дубна" (с эффективными алгоритмами замещения страниц оперативной памяти, динамической сменой приоритетов задач, развитым аппаратом служебных задач и нерезидентных блоков), так и с другими ОС для БЭСМ-6.

В Мониторную систему "Дубна" входили следующие компоненты:

• Транслятор (ассемблер) с автокода Мадлен на язык загрузки;
• Транслятор с языка Фортран на язык загрузки;
• Статический и динамический загрузчики;
• Библиотекарь и общие библиотеки стандартных программ;
• Редактор текстовой информации;
• Системные программы ввода-вывода.

В дальнейшем в состав Мониторной системы были включены другие трансляторы и системы, в частности:

• Алгол-ГДР;
• Фортран-ГДР;
• Форекс оптимизирующий транслятор с языка, близкого к Фортрану 77;
• Транслятор с языка Паскаль;
• Графор пакет графических программ;
• Поплан транслятор с языка POP-2.

Мониторная система "Дубна" была создана коллективом сотрудников ОИЯИ с участием специалистов из Института атомной энергии им. И. В. Курчатова и стран-участниц ОИЯИ (ГДР, ВНР, КНДР). В дальнейшем развитии системы приняли участие также сотрудники ИК АН УССР, ИАПУ ДВНЦ АН СССР, ИФВЭ и других организаций. Определяющий вклад в разработку системы внесли ее руководитель Н. Н. Говорун и ведущие сотрудники И. Н. Силин, В. П. Шириков, А. И. Волков, Р. Н. Федорова.

Проводились также исследования и разработки диалоговых систем, связанных, главным образом, с машиной БЭСМ-6 (системы Пульт, Димон, Мультидоступ и др. предоставляли пользователям возможности редактирования текстов программ и запуска задач в пакетную обработку).

В 70-х годах под руководством Л. Н. Королёва и В. П. Иванникова (основные участники разработки И. Б. Бурдонов, А. Ю. Бяков, А. С. Косачев, С. Д. Кузнецов, В. И. Максаков, А. Н. Томилин) впервые была создана распределенная ОС многомашинного комплекса, обеспечивающая сетевое взаимодействие вычислительных процессов в ЭВМ комплекса, а также взаимодействие их с процессами в глобальных сетях ЭВМ и использование внешних устройств всех ЭВМ в любых вычислительных процессах, выполняющихся в комплексе. Была фактически обеспечена работа "конвейера ЭВМ", предназначенного для обработки в режиме реального времени больших потоков информации о полетах космических аппаратов.

Все эти разработки, в особенности для ЭВМ БЭСМ-6, которая более десяти лет оставалась самой высокопроизводительной машиной в стране, и для многомашинного вычислительного комплекса реального времени АС-6, обеспечившего развитую обработку информации в центрах управления космическими полетами, во многом определили дальнейшие направления и характер исследований в отечественном системном программировании. За время эксплуатации нескольких сотен БЭСМ-6 была накоплена большая библиотека программ.

По уровню производительности и степени согласования аппаратных средств с архитектурой, а архитектуры — с алгоритмами научно-технических задач, БЭСМ-6 может быть отнесена к классу суперЭВМ, хотя в 60-х годах дифференциация вычислительных машин не достигла той степени, при которой выделился этот класс машин. Академик С.А. Лебедев отказался от участия в разработке старшей модели ряда ЕС ЭВМ, по-видимому, из-за соображений достижения большей эффективности за счет лучшего согласования архитектуры и аппаратных средств и большей творческой свободы при создании новых машин.

Разработчики ЭВМ БЭСМ-6 — лауреаты Государственной премии СССР у первой машины БЭСМ-6 в Вычислительном центре Академии наук СССР.

• 2-ой ряд: Лаут В.Н., Томилин А.Н., Королёв Л.Н., Смирнов В.И., Соколов А.А., Зак Л.А., Мельников В.А.
• 1-ый ряд: Иванов В.А, Лебедев С.А., Семешкин В.И.

За разработку и организацию серийного производства БЭСМ-6 в 1969 г. была присуждена Государственная премия СССР: Лебедеву С. А., Мельникову В. А., Королёву Л. Н., Соколову А. А., Лауту В. Н., Тяпкину М. В., Заку Л. А., Смирнову В. И., Томилину А. Н., Семешкину В. И., Иванову В. А.

Получены патент на ЭВМ БЭСМ-6, патенты на отдельные составляющие БЭСМ-6, имеется большое количество публикаций.

Несколько экземпляров БЭСМ-6 были установлены за рубежом.

ЭВМ БЭСМ-6 установила рекорды по продолжительности выпуска – более 15 лет – и по продолжительности эксплуатации – более 20 лет. Но ее влияние на развитие отечественной вычислительной техники определялось не столько длительностью эксплуатации, а тем, что заложенные при создании машины идеи оказались весьма плодотворными. Несколько поколений инженеров и программистов, работавших на машине, были воспитаны на этих идеях. При появлении новых устройств удавалось достаточно быстро их адаптировать как на аппаратном, так и на программном уровне. Так был осуществлен переход с ферритовой оперативной памяти на полупроводниковую с увеличением ее объема, переход во внешней памяти с магнитных барабанов на диски, подключение терминалов и т.д. Наличие резервного седьмого быстрого направления позволило многим пользователям создать многомашинные комплексы и подключать свое уникальное оборудование. Использование БЭМС-6 способствовало существенному развитию работ в области системного программирования и особенно в области решения больших задач и создания новых методов вычислений.

Дальнейшее развитие линии БЭСМ-6 заключалось в разработке системы "Эльбрус-Б". Система разработана под руководством члена-корреспондента АН СССР Г. Г. Рябова и М. В. Тяпкина на элементно-конструкторской базе 5Э26. Производительность была увеличена в 4—5 раз.

Система работала в следующих режимах:

• Режим полной совместимости с БЭСМ-6: разрядность чисел — 48, разрядность виртуального адреса — 15, полное повторение системы команд БЭСМ-6.
• Режим работы, полностью повторяющий систему команд БЭСМ-6, но с 27-разрядным виртуальным адресом.
• Новый режим работы с расширенной системой команд БЭСМ-6, с 64-разрядными словами.

Система обработки данных АС-6

Главный конструктор: член-корр. АН СССР В.А. Мельников, заместители: А.А. Соколов, Л.Н. Королёв, В.П. Иванников. Основные разработчики: В.И. Смирнов, В.Л. Ли, М.В. Тяпкин, Л.А. Зак, В.С. Чехлов, Ю.И. Митропольский, Ю.Н. Знаменский, В.А. Жуковский, Л.Ф. Чайковский, А.В. Аваев, В.С. Новизенцев, О.К. Щербаков, В.Ф. Жиров, М.А. Головина, Г.В. Степанов, А.И. Журавлёв и др.; ведущие разработчики ПО: А.Н. Томилин, А.Ю. Бяков, С.Д. Кузнецов, И.Б. Бурдонов, А.С. Косачев, В.И. Максаков, М.Г. Чайковский, В.А. Коликов и другие.

А.А. Соколов

Андрей Андреевич Соколов – один из наиболее ярких талантов в истории советской вычислительной техники.

А.А. Соколовым сделан фундаментальный вклад в создание быстродействующих ЭВМ и информационных комплексов, которые обеспечили на многие годы первенство СССР в освоении космоса и проектировании летательных аппаратов. Под его руководством и при его непосредственном участии проведены следующие научные исследования и разработки, имеющие большое научно-техническое значение:

• разработка принципа распараллеливания вычислительного процесса на аппаратном уровне, реализованная впервые в ЭВМ М-20;
• разработка принципов построения универсальных ЭВМ, их архитектуры, конструкции, элементной базы. Работы этого цикла завершились созданием ЭВМ БЭСМ-6;
• исследование и разработка принципов создания многомашинных и многопроцессорных информационных комплексов, реализованных в вычислительной системе АС-6.

С середины 80-х годов А.А. Соколов в качестве Глав­ного конструктора приступил к разработке модульного конвейерного процессора (МКП). Был сконструирован центральный процессор, способный выполнять до 0,5 млрд. операций с плавающей запятой в се­кунду. К сожалению, события, последовавшие в стране в 1990-е годы, не позволили довести эту разработку до серии.

В.П. Иванников

Виктор Петрович Иванников — крупный российский ученый в области вычислительной техники и программирования.

В.П. Иванников внёс фундаментальный вклад в создание теории и практику разработки операционных систем ЭВМ и вычислительных комплексов. Является одним из основных участников создания первой операционной системы (Д-68) для ЭВМ БЭСМ-6. Предложил операционные средства организации параллельных процессов в задачах и иерархической организации программных комплексов. Эти принципы, реализованные в следующей модификации операционной системы (НД-70) для БЭСМ-6, легли в основу его кандидатской диссертации.

Один из основных разработчиков структуры процессоров и общей архитектуры многомашинного вычислительного комплекса АС-6, руководитель и активный участник создания и внедрения операционной системы неоднородной локальной сети ЭВМ на базе комплекса АС-6. Внёс вклад в создание вычислительных комплексов, обеспечивающих обработку информации в режиме реального времени в центрах управления полётами космических аппаратов.

Организации-разработчики: Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) АН СССР и Московский завод счетно-аналитических машин (САМ).

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

Год окончания разработки: 1975.

Год начала серийного выпуска: 1977.

Год прекращения производства: 1987.

Число выпущенных систем: 8.

Область применения: система обработки данных АС-6 предназначена для решения больших научных и экономических задач, задач обработки информации и управления. Система может функционировать в режиме дистанционной пакетной обработки, в режиме коллективного пользования и в режиме реального времени.

Установка и эксплуатация БЭСМ-6 в вычислительных центрах, где выполнялась обработка больших объемов данных, поступающих от большого числа абонентов, в частности, в Центре управления полетами, послужила стимулом создания системы АС-6. В этих центрах узким местом являлось небольшое число внешних устройств и низкая пропускная способность подсистемы ввода-вывода БЭСМ-6. Разработка началась с создания аппаратуры сопряжения для БЭСМ-6 (отсюда и название АС-6). На первом этапе ставились задачи стыковки БЭСМ-6 с АС-6, которая должна была обеспечить подключение большого числа телеграфных и телефонных каналов, каналов приема телеметрической информации, а также увеличение объема памяти на магнитных дисках и существенное увеличение числа периферийных устройств. Однако, по мере накопления опыта по использованию оборудования первого этапа стало очевидно, что в системе необходимы более мощные средства для обработки данных, и главное, необходимо наличие возможности наращивания системы за счет подключения дополнительных машин и устройств. При этом особенно следует отметить необходимость организации работы конвейера машин для обеспечения в реальном времени обработки все возрастающего объема поступающих данных. Все эти обстоятельства привели к постановке задачи разработки многомашинной системы с развитыми средствами реконфигурации.

В основу реализации системы легли идеи специализации подсистем и устройств и унификации в рамках системы каналов обмена.

В АС-6 была использована та же система элементов, что и в БЭСМ-6, которая превосходила интегральные схемы начала 70-х годов. Было разработано несколько типов стоек, что позволило разрабатывать большую номенклатуру устройств. Компактные стойки с короткими связями между блоками с использованием внутреннего монтажа в стойке с двусторонним расположением ячеек. В отличие от конструкции ЭВМ БЭСМ-6 в ряде стоек (шкафов) применено автономное воздушное охлаждение.

Благодаря созданию системы автоматизированного проектирования, в основу которой легла методология разработки документации для БЭСМ-6, увеличилась производительность труда разработчиков и повысилась эффективность использования схем за счет применения некоторых типов диодных блоков в единственном экземпляре и в одном месте.

Кроме БЭСМ-6 в систему входили центральный процессор АС-6 (работавший как отдельная машина), периферийная машина ПМ-6, дополнительные устройства оперативной памяти, контроллер приема телеметрической информации и выдачи результатов обработки информации в комплексе на устройство отображения. Все эти устройства объединялись в систему в качестве абонентов канала 1-го уровня. Этот канал предназначался для передачи сообщений, содержащих 50-разрядное слово и 23-разрядный адрес. В коммутаторах канала 1-го уровня имелось 4 порта с буферной памятью для хранения сообщений, что обеспечивало режим коммутации сообщений. Общее число абонентов – 16. Таким образом, могло быть подключено по два и более однотипных абонентов.

Центральный процессор АС-6 обеспечивал высокую эффективность обработки данных самых различных форматов, имел аппаратные средства для работы с массивами данных и аппаратно-программные средства для повышения эффективности работы трансляторов с языков высокого уровня. Его производительность превосходила БЭСМ-6 примерно в 1,5 раза, а объем оперативной памяти – в 4 раза. Следует подчеркнуть, что благодаря наличию параллельно работающей периферийной подсистемы в ЦП АС-6 не выполнялись функции, связанные с вводом-выводом.

Периферийная подсистема состояла из периферийных машин ПМ-6 и ряда контроллеров-мультиплексоров, подключенных к ПМ-6 с помощью канала 2-го уровня. Канал 2-го уровня предназначался для передачи сообщений, состоящих из произвольного числа однобайтовых посылок. Для осуществления коммутации каналов использовались коммутаторы канала 2-го уровня. Общее число подканалов – 256. Основные контроллеры, рассчитанные на 32 подканала, — это мультиплексоры телефонных и телеграфных каналов и мультиплексор преобразования сопряжения, обеспечивавший подключение устройств, имеющих выход на интерфейс ввода-вывода ЕС ЭВМ.

Периферийная машина ПМ-6 состояла из параллельно работающих периферийного процессора и каналлера, каждый из которых ориентирован на обслуживание 256 подканалов. Операционная система периферийной машины получала задания на выполнение обменов с устройствами от операционных систем других машин комплекса управляла работой каналлера, который осуществлял обмен массивами данных между оперативной памятью любого из абонентов канала 1-го уровня и внешним устройством.

Программное обеспечение системы АС-6 состояло из распределенной операционной системы многомашинного информационно-вычислительного комплекса АС-6 (ОС АС-6), включавшей операционные системы БЭСМ-6, ЦП АС-6, ПМ-6, соответствующих систем программирования, тестовых и обслуживающих программ

ОС АС-6 состояла из взаимодействующих друг с другом через единый интерфейс равноправных операционных систем ЭВМ, входящих в комплекс.

ОС АС-6 обеспечивала сетевое взаимодействие вычислительных процессов в ЭВМ комплекса, а также с процессами в глобальных сетях ЭВМ.

ОС АС-6 обеспечивала для процессов, выполнявшихся в любых ЭВМ комплекса, использование внешних устройств всех ЭВМ комплекса, адресацию и использование внешних устройств в дислокациях.

ОС АС-6 обеспечивала конвейерную работу входящих в комплекс машин ("конвейера ЭВМ") для обработки в режиме реального времени больших потоков информации о полетах космических аппаратов.

В операционных системах ЭВМ комплекса имелись средства организации параллельных процессов, в том числе средства соподчинения задач и средства организации в задачах ветвей обработки информации.

Сетевые программные средства ОС АС-6 разделялись на транспортные и функциональные. Транспортные средства были предназначены для передачи данных в комплексе как между операционными системами, так и между задачами пользователей. Функциональные средства, базируясь на транспортных, выполняли функции запроса ресурсов, обмена с устройствами ввода-вывода, вызова программ-посредников и т.п.

В соответствии с принципом равноправия операционных систем, транспортные средства (в отличие от функциональных) были симметричны, то есть каждая ОС обладала идентичными транспортными средствами.

Взаимодействие с транспортными средствами ОС какой-либо ЭВМ прекращалось в случае ее выхода из строя и автоматически возобновлялось после перезапуска ее ОС.

Система АС-6 с 1973 г. находилась в опытной эксплуатации, при этом продолжались работы по ее развитию. В 1975 г. она использовалась при проведении работ по программе совместного советско-американского проекта «Аполлон – Союз». Сдача системы в полном объеме была проведена в 1979 г.

Информационно-вычислительный комплекс АС-6 – БЭСМ-6

В системе АС-6 были впервые реализованы новые идеи, явившиеся основой разработок суперЭВМ и фундаментальных исследований по архитектуре перспективных вычислительных систем. Прежде всего необходимо отметить следующие особенности:

• АС-6 — неоднородная многомашинная вычислительная система.
• Проблемная ориентация ЦП АС-6 на решение задач по управлению сложными объектами и эффективную трансляцию.
• Функциональная специализация периферийной машины ПМ-6 и других вспомогательных устройств.
• Специализация внутрисистемных каналов.

В качестве внешних устройств в системе АС-6 используются внешние накопители и устройства ввода-вывода из номенклатуры ЕС ЭВМ. Для подключения к системе телефонных каналов связи предназначен телефонный мультиплексор (МТФ) и адаптеры АТФ1 и АТФ2. Для сопряжения с телеграфными линиями связи используются телеграфные мультиплексоры (МТГ).

За разработку системы АС-6 в 1982 г. была присуждена Государственная премия СССР сотрудникам ИТМ и ВТ АН СССР: В. А. Мельникову, А. А. Соколову, В. П. Иванникову, А. Ю. Бякову, В. Л. Ли, В. И. Смирнову, Л. А. Заку, В. С. Чехлову.

Получен патент на систему в целом, а также ряд патентов на отдельные ее составляющие.

По мере создания и эксплуатации системы стало очевидно несоответствие новых архитектурных идей и возможностей элементной базы. С целью дальнейшего развития этого направления в 1973 г. был разработан проект системы БЭСМ-10, в котором на основе задела, полученного при создании АС-6, и использования высокоскоростных интегральных схем типа ЭСЛ планировалось создание перспективной вычислительной системы. Однако этот проект не был поддержан Министерством радиопромышленности СССР.

Вычислительная система «Электроника СС БИС»

Продолжение работ в направлении создания высокопроизводительных вычислительных систем было осуществлено под руководством заместителя Главного конструктора БЭСМ-6 и Главного конструктора АС-6 академика В.А. Мельникова. В соответствии с совместным решением Министерства электронной промышленности СССР и Академии наук СССР в 1978 г. была поставлена задача создания системы с предельной производительностью на основе проведения широкого фронта исследований по микроэлектронике, оптоэлектронике и другим направлениям. Система предназначалась для решения наиболее крупных задач в области ядерной физики, метеорологии, геологии, авиастроения, космонавтики, микроэлектроники и др.

Разработка суперкомпьютерной системы «Электроника СС БИС-1» базировалась на том научном багаже, который был накоплен при создании БЭСМ-6 и АС-6. Однако, для достижения производительности на два порядка величины большей, чем в этих машинах, было необходимо освоение нового технологического уровня и разработки соответствующей ему архитектуры.

Ю.И. Митропольский

Юрий Иванович Митропольский — специалист в области высокопроизводительных вычислительных систем.

Участвовал в создании ЭВМ БЭСМ-6, системы обработки данных АС-6, суперкомпьютерной системы «Электроника СС БИС» (первый заместитель Главного конструктора). Сфера научной деятельности Ю.И. Митропольского: комплексные исследования и разработка архитектуры, аппаратных средств и методов проектирования высокопроизводительных вычислительных систем. На основе предложенной Ю.И. Митропольским концепции построения неоднородных вычислительных суперсистем создано направление научных исследований по мультиархитектурным вычислительным суперсистемам.

В.З. Шнитман

Виктор Зиновьевич Шнитман – специалист в области высокопроизводительных вычислительных систем и сетей.

Основные научные интересы В.З. Шнитмана связаны с исследованиями и разработками архитектуры, аппаратных средств и методов проектирования вычислительных систем и сетей, телекоммуникационными протоколами, защитой программ и данных в вычислительных системах, а также диагностикой и тестированием распределенных вычислительных систем. Он участвовал в разработке и руководил выполнением нескольких крупномасштабных проектов: модернизация ЭВМ БЭСМ-6, разработка центрального процессора распределенной вычислительной системы АС-6, разработка общей архитектуры и создание суперкомпьютера «Электроника СС БИС», разработка и реализация его системы диагностики.

В рамках создания системы были разработаны и освоены следующие компоненты и узлы:

• высокочастотные интегральные схемы типа ЭСЛ с задержкой на один логический уровень 0,5 нс и матричные БИС;
• БИС памяти типа ЭСЛ и КМОП;
• керамические безвыводные корпуса и контактирующие устройства для них;
• многослойные высокочастотные печатные платы;
• микрокабель;
• высокочастотные соединители с контактными парами, имеющими согласованный импеданс;
• блоки и стойки вторичного электропитания;
• низкотемпературные тепловые трубки и тепловые разъемы;
• стойки фреонового и водяного охлаждения;
• установки функционального контроля;
• контроллер внешней полупроводниковой памяти;
• контроллер дисковой памяти;

В качестве внешних и управляющих машин использовались ЭВМ типа «Электроника 79», «Электроника 82».

В центральном процессоре и контроллерах внешней полупроводниковой и дисковой памяти использовались схемы типа ЭСЛ среднего уровня интеграции и матричные БИС. Корпуса ИС устанавливались в контактирующие устройства, которые также обеспечивали их прижим к теплоотводящей трубке с фреоном. В каждом из 50 блоков процессора могло быть установлено до 144 БИС. Общее число вентилей — около 1 миллиона. Тактовая частота 100 МГц. В оперативной памяти также были использованы схемы ЭСЛ. БИС памяти и ИС управления устанавливались на тепловых трубках, закрепленных в тепловых разъемах блоков, которые в свою очередь контактировали с тепловой плитой, охлаждаемой фреоном. Во внешней полупроводниковой памяти были использованы схемы типа КМОП.

При выборе архитектуры центрального процессора рассматривался вариант ЦП АС-6, развитый в проекте БЭСМ-10, а также изучались суперкомпьютеры Cray 1 фирмы Cray Research и Cyber 205 фирмы CDC. Достижение максимальной производительности было возможно только при использовании синхронных конвейерных схем, обеспечивающих получение по крайней мере одного результата в такт. Система команд ЦП АС-6 была ориентирована на асинхронные конвейерные схемы, содержала большой набор форматов команд и данных, что усложняло ее реализацию на синхронных конвейерных схемах. Наиболее перспективной была признана архитектура Cray-1, что подтвердилось в дальнейшем. Однако, архитектура процессора основной машины системы «Электроника СС БИС-1» отличалась от Cray-1 рядом усовершенствований. Так удалось повысить темп выполнения операции вычисления обратной величины до 1 такта вместо 3, обеспечить одновременное выполнение векторных и скалярных операций с плавающей запятой за счет добавления соответствующих функциональных устройств, увеличить объем буфера команд. Пиковая производительность процессора равна 250 Mflops. Система команд процессора трехадресная, ориентирована на использование адресуемых скалярных, векторных и адресных регистров.

Подсистема внешней полупроводниковой памяти отличалась наличием интеллектуального контроллера (специализированного процессора), предназначенного для реализации различных методов доступа к внешней памяти со стороны основной машины. По заданию-директиве от основной машины программа специализированного процессора осуществляла формирование адресов данных во внешней памяти в процессе передачи этих данных. Возможно вычисление адресов по любому закону или выборка их из списка. Таким образом, пересылке в оперативную память подлежали только полезные данные, что приводило к экономии оперативной памяти и снижению загрузки канала обмена с основной машиной. Наличие двух портов в контроллере позволяло построить двухпроцессорную систему с производительностью 500 Mflops.

Подсистема дисковой памяти обеспечивала подключение до 8 контроллеров с общим объемом памяти 20 Гбайт. Контроллер обеспечивал обмен между оперативной памятью основной машины и управляющим устройством накопителя, контроль и исправление ошибок с помощью кода Рида-Соломона.

Программное обеспечение состояло из операционных систем основной и внешних машин, систем программирования на языках макроассемблера, «Фортран 77», «Паскаль», «Си». Компиляторы включали средства оптимизации программ с учетом особенностей векторной архитектуры (векторизация циклов и планирование потока команд).

Во всех устройствах системы были предусмотрены средства контроля и диагностики, а система проектирования включала средства логического моделирования и средства составления конструкторской документации. Последние были основаны на принципах, разработанных при создании БЭСМ-6 и развитых в системе автоматизированного проектирования для системы АС-6, то есть на использовании формульно-табличной формы для представления логических схем. Система проектирования включала также программные средства для генерации функциональных и диагностических тестов и тестов для проверки и наладки блоков и узлов на установках функционального контроля.

В 1991 г. были проведены испытания системы «Электроника СС БИС-1», изготовлены и налажены 4 образца, началась их установка у заказчиков. В том же году был разработан проект системы «Электроника СС БИС-2», направленный на создание многопроцессорной системы с производительностью до 10 Gflops.

Однако, в 1993 г. было принято решение о прекращении работ. Естественно, что это привело к разрушению всех коллективов, организованных за более, чем 10 лет работы. Были утеряны научные и технологические заделы по многим направлениям, в том числе работы по решению больших задач на векторно-конвейерной машине.

Опыт разработки, производства и наладки системы «Электроника СС БИС-1» показал необходимость широкой кооперации академических институтов и промышленности. Только благодаря этой кооперации удалось организовать разработку и производство всех комплектующих, что выполнялось одновременно с разработкой и подготовкой производства всех устройств системы и с разработкой программного обеспечения.

Дополнительно об истории отечественной вычислительной техники вы можете прочитать на сайте Виртуального Компьютерного музея.