Бэсм-6. Вычислительная техника в Советском Союзе и Украине

Кроме высокого быстродействия (лучший показатель в Европе и один из лучших в мире), структурная организация БЭСМ-6 отличалась целым рядом особенностей, революционных для своего времени и предвосхитивших архитектурные особенности ЭВМ следующего поколения (элементную базу которых составляли интегральные схемы). Так, впервые в отечественной практике и полностью независимо от зарубежных ЭВМ был широко использован принцип совмещения выполнения команд (до 14 машинных команд могли одновременно находиться в процессоре на разных стадиях выполнения). Этот принцип, названный главным конструктором БЭСМ-6 академиком С. А. Лебедевым принципом «водопровода», стал впоследствии широко использоваться для повышения производительности универсальных ЭВМ, получив в современной терминологии название «конвейера команд» .

БЭСМ-6 выпускалась серийно на московском заводе САМ с 1968 по 1987 год (всего было выпущено 355 машин) — своего рода рекорд! Последняя БЭСМ-6 была демонтирована уже в наши дни — в 1995 году на московском вертолетном заводе Миля. БЭСМ-6 были оснащены крупнейшие академические (например, Вычислительный Центр АН СССР, Обьединенный Институт Ядерных Исследований) и отраслевые (Центральный Институт Авиационного Машиностроения — ЦИАМ) научно-исследовательские институты, заводы и конструкторские бюро.

Интересна в этой связи статья куратора Музея вычислительной техники в Великобритании Дорона Свейда о том, как он покупал в Новосибирске одну из последних работающих БЭСМ-6. Заголовок статьи говорит сам за себя: «Российская серия суперкомпьютеров БЭСМ, разрабатывавшаяся более чем 40 лет тому назад, может свидетельствовать о лжи Соединенных Штатов, объявлявших технологическое превосходство в течение лет холодной войны» .

Работа модулей оперативной памяти, устройства управления и арифметико-логического устройства в БЭСМ-6 осуществлялась параллельно и асинхронно, благодаря наличию буферных устройств промежуточного хранения команд и данных. Для ускорения конвейерного выполнения команд в устройстве управления были предусмотрены отдельная регистровая память хранения индексов, отдельный модуль адресной арифметики, обеспечивающий быструю модификацию адресов с помощью индекс-регистров, включая режим стекового обращения.

Ассоциативная память на быстрых регистрах (типа cache) позволяла автоматически сохранять в ней наиболее часто используемые операнды и тем самым сократить число обращений к оперативной памяти. «Расслоение» оперативной памяти обеспечивало возможность одновременного обращения к разным ее модулям из разных устройств машины. Механизмы прерывания, защиты памяти, преобразования виртуальных адресов в физические и привилегированный режим работы для ОС позволили использовать БЭСМ-6 в мультипрограммном режиме и режиме разделения времени. В арифметико-логическом устройстве были реализованы ускоренные алгоритмы умножения и деления (умножение на четыре цифры множителя, вычисление четырех цифр частного за один такт синхронизации), а также сумматор без цепей сквозного переноса, представляющий результат операции в виде двухрядного кода (поразрядных сумм и переносов) и оперирующий с входным трехрядным кодом (новый операнд и двухрядный результат предыдущей операции).

ЭВМ БЭСМ-6 имела оперативную память на ферритовых сердечниках — 32 Кб 50-разрядных слов, объем оперативной памяти увеличивался при последующих модификациях до 128 Кб.

Обмен данными с внешней памятью на магнитных барабанах (в дальнейшем и на магнитных дисках) и магнитных лентах осуществлялся параллельно по семи высокоскоростным каналам (прообраз будущих селекторных каналов). Работа с остальными периферийными устройствами (поэлементный ввод/вывод данных) осуществлялась программами-драйверами операционной системы при возникновении соответствующих прерываний от устройств.

Технико-эксплуатационные характеристики:

Среднее быстродействие — до 1 млн. одноадресных команд/с Длина слова — 48 двоичных разрядов и два контрольных разряда (четность всего слова должна была быть «нечет». Таким образом, можно было отличать команды от данных — у одних четность полуслов была «чет-нечет», а у других — «нечет-чет». Переход на данные или затирание кода ловилось элементарно, как только происходила попытка выполнить слово с данными) Представление чисел — с плавающей запятой Рабочая частота — 10 МГц Занимаемая площадь — 150−200 кв. м Потребляемая мощность от сети 220 В/50Гц — 30 КВт (без системы воздушного охлаждения) БЭСМ-6 имела оригинальную систему элементов с парафазной синхронизацией. Высокая тактовая частота элементов потребовала от разработчиков новых оригинальных конструктивных решений для сокращения длин соединений элементов и уменьшения паразитных емкостей.

Использование этих элементов в сочетании с оригинальными структурными решениями позволило обеспечить уровень производительности до 1 млн. операций в секудну при работе в 48-разрядном режиме с плавающей запятой, что является рекордным по отношению к сравнительно небольшому количеству полупроводниковых элементов и их быстродействию (около 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. диодов и частоте 10 МГц).

Архитектура БЭСМ-6 характеризуется оптимальным набором арифметических и логических операций, быстрой модификацией адресов с помощью индекс-регистров (включая режим стекового обращения), механизмом расширения кода операций (экстракоды).

При создании БЭСМ-6 были заложены основные принципы системы автоматизации проектирования ЭВМ (САПР). Компактная запись схем машины формулами булевой алгебры явилась основой ее эксплуатационной и наладочной документации. Документация для монтажа выдавалась на завод в виде таблиц, полученных на инструментальной ЭВМ.

Создателями БЭСМ-6 были В. А. Мельников, Л. Н. Королев, В. С. Петров, Л. А. Теплицкий — руководители; 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, общее руководство осуществлял С. А. Лебедев.

В 1966 году над Москвой была развернута система противоракетной обороны на базе созданной группами С. А. Лебедева и его коллеги В. С. Бурцева ЭВМ 5Э92б с производительностью 500 тысяч операций в секунду, просуществовавшая до настоящего времени (в 2002 году была демонтирована в связи с сокращением РВСН).

Была также создана материальная база для развертывания ПРО над всей территорией Советского Союза, однако впоследствии согласно условиям договора ПРО-1 работы в этом направлении были свернуты. Группа В. С. Бурцева приняла активное участие в разработке легендарного противосамолетного зенитного комплекса С-300, создав в 1968 году для нее ЭВМ 5Э26, отличавшуюся малыми размерами (2 кубических метра) и тщательнейшим аппаратным контролем, отслеживавшим любую неверную информацию. Производительность ЭВМ 5Э26 была равна аналогичной у БЭСМ-6 — 1 миллион операций в секунду.

Вычислительная техника в Украине

В начале 60-х годов начался производственный бум вычислительной техники. По всему Советскому Союзу создавались специальные научно-исследовательские и конструкторские организации и предприятия, а Киев стал одним из тех городов, где разработка и внедрение вычислительной техники проходили максимально успешно и быстро. Именно поэтому в скором времени стал вопрос о создании киевского завода, который бы мог в кратчайшие сроки и качественно осваивать и выпускать вычислительные машины необходимые для многих предприятий.

Потребность в заводе возникла после того, как оказалось, что первую управляющую машину широкого назначения «Днепр» негде серийно выпускать.

Именно здесь был начат серийный выпуск первой в СССР управляющей машины широкого назначения (УМШН) «Днепр». За десять лет с 1965;го по 1975;й гг. было выпущено 500 машин. Директором завода в эти годы был Аполлинарий Федорович Незабитовский, а главным инженером — Вячеслав Петрович Сергеев.

Одновременно с началом производства машин «Днепр» на заводе был создан отдел внедрения, который возглавил выпускник КПИ Алексей Алексеевич Сладков. Это был коллектив настоящих энтузиастов. Свою задачу они видели не только в том, чтобы внедрять имеющиеся технические и программные средства, а в формулировке требований к новым средствам, необходимым для автоматизации реальных объектов.

Ярким примером, характеризующим стиль работы коллектива завода в то время, может служить работа по теме «Вихрь». Была поставлена задача разработать систему автоматизации испытаний маршевых двигателей космических аппаратов, предназначенных для полета к Луне. Задача заключалась в сборе за короткое время (до 300 сек) большого количества информации с датчиков, установленных на двигателе, а также последующей ее обработке уже в реальном масштабе времени. В качестве ядра системы была выбрана УМШН «Днепр», однако для использования в системе ее пришлось существенно модернизировать. К осени 1965 года все изделия по теме «Вихрь» были изготовлены и поставлены в КБ Главного конструктора космических систем.

Много усилий научный коллектив «Электронмаша» потратил на создание эффективной системы выходного контроля. Для этого был создан проблемно-ориентированный комплекс «КОДИАК». Система контроля получила признание и широкое распространение во многих организациях Советского Союза. Внедрение в производство комплекса «КОДИАК» позволило радикально решить проблему бездефектности блоков элементов, а вместе с ней и сокращения цикла отладки всех типов ЭВМ и их надежной работы у потребителя.

Опыт НПО «Электронмаш» показал, что молодые специалисты — наиболее активная и плодотворная движущая сила прогресса в новой технике. Через 3−5 лет стажировки на конкретной работе они становились ведущими разработчиками, возглавляли новые направления, руководили лабораториями, участками, цехами, проявляя завидный энтузиазм. В числе первых заводчан, которые осваивали совершенно новое и необычное дело — разработку и производство ЭВМ — были М. С. Галузинский, А. А. Сладков, С. Н. Булка, Г. А. Булка, В. С. Калинин, Ю. А. Далюк, С. И. Самарский, А. Е. Пилипчук, В. А. Бойко, А. И. Чередник. Впоследствии, они стали руководителями подразделений и ведущими разработчиками.

Объединение «Электронмаш» также делилось опытом со многими предприятиями Украины. Непосредственными «питомцами» объединения можно считать Винницкий «Терминал», Одесский «Электронмаш», Лубенский «Счетмаш», Глуховский завод СВТ, Тетиевский завод СВТ, специализированное пуско-наладочное управление (КСПНУ), Институт периферийного оборудования с опытным заводом, Киевский учебно-вычислительный центр.

На счету НПО «Электронмаш» и его коллектива немало заслуг. Это и производство, начиная с 1965 года первой в СССР управляющей машины на полупроводниковых приборах «Днепр», а также изготовление в 1966 году машины для инженерных расчетов — «МИР», которая стала первым шагом на пути к созданию персональных компьютеров. Была выполнена разработка и кратковременный выпуск, начиная с 1968 года ЭВМ «Днепр-2», предназначенной для решения широкого круга задач: планово-экономических, инженерных, управления производственными процессами, обработки данных. В 1970 году был освоен выпуск первых моделей Агрегаторной системы средств вычислительной техники (М 3000), а в 1973 году была завершена разработка и освоен выпуск управляющего вычислительного комплекса М4030. В следующем году уже был освоен выпуск ЭВМ М6000 и М400, а в 1978;1989 годах коллективом «Электронмаша» были разработаны и запущены в серийное производство модели международной системы малых ЭВМ — СМ ЭВМ.