Сергей Алексеевич лебедев


С. А. Лебедев и развитие математического и программного обеспечения вычислительных



страница20/34
Дата01.08.2016
Размер8.48 Mb.
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   34

С. А. Лебедев и развитие математического и программного обеспечения вычислительных

машин СССР

Л. Н. Королев, А.Н. Томилин

Целое семейство вычислительных машин, разработанных под руководством ака-демика С. А. Лебедева, получившее название серии БЭСМ, создало реальные условия для появления нескольких отечественных школ, создававших программное обеспе-чение для этих оригинальных по своей архитектуре вычислительных машин.

Ни один из типов машин С. А. Лебедева не являлся копией какой-либо иностран-ной ЭВМ, и это по необходимости привело к тому, что возникшие вокруг этих машин программистские школы в своей деятельности отличались самобытностью и умением находить оригинальные подходы к решению теоретических и прикладных проблем программирования.

Это совсем не означает, что зарубежный опыт был игнорирован. Отечественные специалисты изучали этот опыт и брали на вооружение те идеи и методы, которые были перспективны и полезны в сфере их деятельности. Тем более, что в 50-60-х годах не было особых проблем доступа к иностранной научной литературе и пе-риодическим изданиям в области математики, кибернетики и программирования. Примечательно, что резкое осуждение кибернетики как «лженауки загнивающего империализма» со стороны официальных философов разработчиками вычислитель-ных машин и программистами никогда всерьез не воспринималось и не мешало им делать свое полезное и нужное для страны дело.

Становление программистских школ в Советском Союзе следует отнести к началу 50-х годов. В этот период появились небольшие по численности группы математиков, привлеченные к разработкам проектов вычислительных машин, проводившимся в не-большом числе проектных организаций и институтов в Киеве, Минске, Москве, Ле-нинграде, Пензе и ряде других городов. Каждая вновь разрабатываемая машина пре-жде всего требовала создания для нее программ вычисления элементарных функций. При этом необходимо было добиваться предельной эффективности их вычисления на данной конкретной архитектуре. Это требовало от математиков высокого уровня понимания деталей логики работы аппаратуры процессора. Возможно, что именно это явилось отличительной чертой отечественных школ программирования, чертой теснейшей их связи с инженерными разработками, которая определила в дальнейшем как достоинства, так и недостатки в работе этих школ.

Что касается достоинств особого внимания программистов к тонкостям архитек-туры машин, то они состояли в том, что наши программы всегда были очень высокого качества по их эффективности, по максимальному использованию всех возможностей аппаратуры. Соответственно, при обучении программированию основное внимание уделялось методам повышения эффективности — экономии ресурсов памяти, эконо-мии числа команд, выполняемых при реализации алгоритмов.

Что касается недостатков такого подхода, сказавшихся впоследствии, когда ма-шины перестали быть уникальным произведением инженерного и программистского искусства, когда их выпуск стал массовым производством, то они заключались в недостаточном внимании со стороны наших разработчиков программного продукта к проблеме удобного интерфейса с пользователем.

Возможно, этим объясняется первоначальное (в середине 50-х — начале 60-х годов) увлечение разработкой автокодов и других аппаратно зависимых средств программирования.



Королев Л. Н., Томилин А.Н. С. А. Лебедев и развитие программного обеспечения 257

Для машин типа М-20 — БЭСМ-4, которая также относится к семейству машин академика С.А. Лебедева, было разработано по крайней мере три системы «авто-кодирования» в ИПМ АН СССР, в МГУ, в СО АН СССР. Эти системы отличались мнемоникой задания кодов операций, методами кодирования адресных полей машин-ных команд и методами настройки программ при размещении их в памяти.

В это же время велись интенсивные работы по созданию систем библиотечных программ, отличавшихся друг от друга по правилам размещения их в оперативной памяти и по механизмам обращения к ним. В автокодах прямо учитывалась необхо-димость размещения библиотечных программ в любом месте оперативной памяти, и были разработаны механизмы настройки подпрограмм по адресам размещения. Следует отметить, что при проектировании архитектуры машин предусматрива-лась аппаратная поддержка механизмов обращения к подпрограммам (процедурам) и методов передачи параметров. Уже в машине БЭСМ-1 работал оригинальный аппарат обращения к подпрограммам, состоящий в том, что в состав устройства управления были введены два счетчика команд: один осуществлял выбор команд главной программы, а второй — начинал работать при переходе на подпрограмму. Возврат из подпрограммы осуществлялся включением в работу первого счетчика, автоматически сохранявшего адрес главной программы. Механизм двух счетчиков команд стал применяться в архитектурах некоторых современных процессоров, прав-да, для другой цели — накопления команд двух ветвей программы.

С середины 50-х годов во всех странах, производивших вычислительную тех-нику, начался процесс «языкотворчества» — создание проблемно-ориентированных языков. Сложной задачей для системных программистов того времени было созда-ние трансляторов для конкретных типов машин. Создание каждого транслятора с машинно-независимого языка программирования считалось крупным научным и практическим достижением. Большое число различных типов машин и различ-ных языков требовало большой работы высококвалифицированных программистов и математиков по созданию трансляторов. Соответственно, возникла необходимость создания небольшого числа стандартизированных языков и программно-преемствен-ных семейств вычислительных машин. Это потребовало глубоких теоретических исследование в теории алгоритмов, схем программ, теории формальных грамматик.

В начале 60-х годов был опубликован алгоритмический язык Алгол-60, рекомен-дованный в качестве международного стандарта для публикаций вычислительных алгоритмов. В нашей стране Алгол-60 был принят в качестве государственного стандарта. Использование других языков для программирования вычислительных задач не рекомендовалось и это касалось даже широко применявшегося за рубежом более простого языка Фортран.

После этого в нашей стране началась разработка трансляторов с Алгола-60 для нескольких типов машин. Попытки создать транслятор с полного языка Алгол-60 за рубежом не удались. В ИПМ такой транслятор был создан для машины «Стрела», а затем для машины М-20, что явилось достижением мирового уровня.

Новый этап (конец 60-х — начало 70-х годов) в развитии программистских школ нашей страны связан с появлением машины БЭСМ-6. В архитектуре этой машины было сделано много для аппаратной поддержки операционных систем, а именно аппаратная поддержка виртуальной памяти, защита памяти, развитая структура двухуровневой системы прерываний, защищенный супервизорный режим и т. п. Все эти характеристики являются неотъемлемым признаком современных процессоров, но во времена создания БЭСМ-6 все это было необычным и новым. В данной статье мы не будем рассказывать о других замечательных аппаратных особенностях машины БЭСМ-6, которые позволили ей поставить рекорд по критерию стоимость-производительность.

9 С. А. Лебедев



258 Раздел 3. Научная школа С. А. Лебедева

Первая операционная система для БЭСМ-6 была разработана в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР, в котором проектировалась эта уникальная вычислительная машина. Разработчиками она называлась диспетчером, известным под именем Д-68. По современным понятиям Д-68 являлся ядром опера-ционной системы, обеспечивавшим: мультипрограммный режим пакетной обработки заданий, управление виртуальной памятью, управление внешними запоминающими устройствами и многочисленными устройствами ввода-вывода.

Государственная комиссия принимала машину БЭСМ-6 в комплексе с ее про-граммным обеспечением, что явилось новым прецедентом приемки вычислительной техники. Раньше государственные комиссии принимали раздельно аппаратуру и про-граммное обеспечение. Начиная с БЭСМ-6, пользователю поступали машины, уже оснащенные программным обеспечением.

Справедливости ради следует отметить, что операционная система Д-68 к момен-ту предъявления Государственной комиссии не полностью отвечала техническому заданию на ее разработку. Отвечавший за комплекс в целом, Главный конструк-тор С.А. Лебедев настоял на том, чтобы сами разработчики Д-68 перечислили все имеющиеся недоработки в операционной системе, хотя о многих из них вполне можно было бы умолчать. Этот эпизод еще раз характеризует принципиальность С.А. Лебе-дева в отношении оценки достоинств и недостатков своего детища. Государственная комиссия приняла комплекс в целом, предложив к назначенному сроку устранить отмеченные разработчиками недостатки, что и было сделано.

В разработке программного обеспечения ЭВМ наиболее трудоемкой и ответствен-ной частью является создание ядра операционной системы (ОС). Если учесть, что в то время в нашей стране не было опыта разработки ОС, а зарубежным опытом нельзя было воспользоваться, поскольку БЭСМ-6 не являлась копией ни одной машины, то будет понятна значимость успехов в создании отечественных ОС. Было доказано, что не боги горшки обжигают и ОС могут разрабатывать отечественные программисты.

После появления у пользователей нескольких ведущих институтов машины БЭСМ-6 и ОС Д-68, их программистские коллективы начали разработку собствен-ных ОС, с их точки зрения более адекватно отражавших использование вычисли-тельной техники в их институтах. Сейчас представляется, что дублирование работ по созданию различных ОС для машины одного типа на самом деле было полезным, прежде всего тем, что на этих работах выросли специалисты системного програм-мирования высочайшей квалификации и оформились известные в нашей стране школы ИПМ им. М.В. Келдыша, ИТМ и ВТ им. С.А. Лебедева, Новосибирская школа, возглавлявшаяся А.П. Ершовым, школа ОИЯИ (Дубна), которой руководил Н. Н. Говорун, школа в НИВЦ МГУ, а также ряд других школ, включая ядерные центры страны.

В результате одновременно в эксплуатации находились: ОС Д-68, ОС ИПМ, ОС ДИСПАК, ОС ДУБНА, НД-70. Возможно, здесь не упоминаются и другие варианты и версии ОС для БЭСМ-6, которые не нашли широкого распространения, хотя и обладали многими достоинствами.

Существенное влияние оказал «Диспетчер-68» и на разработку в ИТМ и ВТ опе-рационной системы реального времени для БЭСМ-6 ОС НД-70 («Новый диспетчер-70») с развитыми средствами организации параллельных вычислений (соподчине-ние задач, аппарат параллельных процессов) и возможностью организации работы БЭСМ-6 в многомашинном вычислительном комплексе. В центрах управления по-летами космических аппаратов на базе ОС НД-70 были созданы и в течение два-дцати лет активно использовались для обеспечения управления полетами несколько больших баллистических и телеметрических программных комплексов реального



Королев Л. Н., Томилин А..Н. С. А. Лебедев и развитие программного обеспечения 259

времени. Вслед за НД-70 средства организации параллельных процессов были вве-дены в ОС ДИСПАК для ЭВМ БЭСМ-6, что позволило программным комплексам реального времени базироваться и на этой ОС.

При разработке ОС ИПМ авторы широко использовали принятые в обществе механизмы взаимодействия для организации взаимосвязи между задачами и про-цессами. Все задачи рассматривались как члены коллектива (соmmunitу), 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 по-чтовых отправлений, включая уведомление о вручении.

Каждая задача могла открывать до восьми процессов, в том числе два спе-циальных высокоприоритетных процесса для обработки сообщений и внутренних прерываний (аварийных ситуаций). Для управления процессами использовался ап-парат событий, а также прямые команды открытия, закрытия, прерывания и пуска. Одни задачи могли вызывать другие, выстраивая таким образом деревья подчинения произвольной глубины. ОС ИПМ органично включала в себя систему программи-рования, что позволило довольно легко обеспечить такие свойства, как шаговая 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 г.) перенести на БЭСМ-6 в среду ОС ИПМ, что избавило разработчиков трансляторов и операционной среды от многих излишних взаимных претензий. Достаточно устой-чивая производственная версия ОС ИПМ начала функционировать в 1970 г.

ОС Д-68, впрочем, как и другие ОС БЭСМ-6, в ходе эксплуатации расширял свои возможности в части услуг, предоставляемых пользователям. Такие системы как ПУЛЬТ, МУЛЬТИДОСТУП, ДИМОН (диалоговый монитор) обеспечивали режим многопультового доступа к машине с удаленных терминалов. Появились также си-стемы отладки программ в терминах входного языка, обеспечивающие связь задачи пользователя с терминалами; система для редактирования файлов и запуска задач в решение с удаленных пультов. К началу 70-х годов в состав программного обес-печения БЭСМ-6 входили все основные универсальные языки программирования: АЛГОЛ-60, ФОРТРАН, ЛИСП. Первый транслятор с языка Фортран для БЭСМ-6 был разработан в 1969 г. в ОИЯИ в Дубне. Этот транслятор затем был включен в Мониторную систему «Дубна». В различных организациях использовалось нес-колько вариантов трансляторов с языков, генерирующих программы разной степени эффективности, в том числе оптимизирующие трансляторы с языков АЛГОЛ-60 и ФОРТРАН и компилятор с языка ЛИСП. В состав программных средств машины БЭСМ-6 входил спектр проблемно-ориентированных языков СИМУЛА-67, ГРАФОР, ГРАФАЛ, язык типа ЕРSILON и ряд других узко специализированных языков. Для построения диалоговых систем использовались пошаговые трансляторы с некоторых других языков. По критериям своего времени программное обеспечение БЭСМ-6 было наиболее развитым в сравнении с обеспечением других машин отечественного производства и по принципиальным возможностям не уступало программному обес-печению многих зарубежных машин.

В состав математического обеспечения БЭСМ-6 входили высокоуровневые систе-мы управления заданиями и системы управления данными, дающие в руки систем-ных программистов удобные средства повышения эффективности использования вычислительной машины в различных режимах эксплуатации. Эти средства входили



260 Раздел 3. Научная школа С. А. Лебедева

в состав двух широко используемых, дополняющих друг друга операционных систем: ДИСПАК и ДУБНА (ДД). Так многоязыковая Мониторная система «Дубна» для БЭСМ-6 (1970 г.) обеспечивала управление заданиями, создание и использование многоуровневых библиотек программ. В систему входила библиотека программ об-щего назначения, совместимая с библиотекой Европейского центра ядерных иссле-дований CERN.

ОС ДИСПАК предназначалась для управления режимом пакетной и дистанци-онной пакетной обработки, ОС ДУБНА — «фортрано-ориентированная» операци-онная система, которая использовалась в центрах обработки данных физического эксперимента. Родоначальником этих двух ОС явилась операционная система Д-68. Обе операционные системы ДИСПАК и ДД сохраняли преемственность в отношении своего родоначальника.

Для машины БЭСМ-6 было разработано большое количество пакетов приклад-ных программ, с помощью которых были решены задачи наиболее передовых на-правлений научно-технического прогресса. Был накоплен огромный фонд программ пользователей и опыт его эксплуатации. Можно вполне определенно сказать, что на базе БЭСМ-6 был создан «золотой фонд» программного обеспечения, значение которого трудно переоценить.

В 70-х годах в ИТМ и ВТ впервые была создана распределенная ОС многомашин-ного комплекса, обеспечивающая сетевое взаимодействие вычислительных процессов в ЭВМ комплекса, а также 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», предназна-ченного 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 многомашин-ного 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 уникальная библиотека программ, которая стала беспрецедентным интеллектуальным богатством страны.

Велика роль С. А. Лебедева в области создания математического обеспечения. Она не сводилась только к тому, что его машины стали объектами приложения усилий нескольких групп системных программистов. С.А. Лебедев одним из первых понял значение системного программирования, значение совместной работы программи-стов-математиков и инженеров по созданию вычислительных систем, включающих как неотъемлемую часть программное обеспечение, состав и качество которого опре-деляет удобство использования и эффективность работы комплекса в целом. По инициативе С. А. Лебедева в Институте точной механики и вычислительной техники была создана лаборатория математического обеспечения, выполнявшая разработку системного программного обеспечения для всех вычислительных систем, создавае-мых в ИТМ и ВТ — ЭВМ БЭСМ-6, многомашинного информационно-вычислитель-ного комплекса АС-6, ЭВМ серии «Эльбрус», ЭВМ специального назначения.

Математики-программисты приняли полноправное участие в разработке архи-тектур создаваемых машин, математическом моделировании их структурной ор-ганизации, создании систем автоматизации проектирования ЭВМ. Так, все схемы БЭСМ-6 по инициативе С. А. Лебедева были записаны формулами булевой алгебры, что открыло широкие возможности для автоматизации проектирования и подготовки монтажной и производственной документации. Она выдавалась на завод в виде таблиц, полученных на «инструментальной» ЭВМ БЭСМ-2. В разработке БЭСМ-6



Королев Л.Н., Томилин А.Н. С. А. Лебедев и развитие программного обеспечения 261

были впервые применены методы проектирования и описания, которые в дальнейшем стали широко использоваться при создании новейших суперЭВМ. К ним прежде всего следует отнести имитационное моделирование процессов работы машины, способ-ствующее выбору оптимальных структурных решений, представление схем алгебро-логическими выражениями, обеспечивающее их обозримость и простоту понимания.

Выше сказанное сейчас выглядит как прописные истины, но в годы становления вычислительной техники далеко не у всех было такое понимание важности систем-ного программного обеспечения и самого системного программирования.

Следует напомнить, что под руководством С. А. Лебедева в ИТМ и ВТ проекти-ровались не только универсальные машины, но и ЭВМ специального назначения, которые использовались в качестве главного управляющего звена в целом ряде крупных оборонных систем. Программирование систем жесткого реального времени является одной из самых сложных задач системного программирования, с наиболее высокой ценой каждой допущенной ошибки, которые, тем не менее, проявлялись даже при натурных испытаниях. Характерна реакция С. А. Лебедева на подобного рода ситуации. Он всегда старался успокоить возмущавшихся смежников, оградить программистов от жестких нападок с их стороны, прекрасно понимая сложность работы по разработке подобного рода программ, создавал условия, позволявшие в спокойной обстановке разобраться, в чем дело, и тем самым исправить допущенные ошибки, сводя к минимуму моральный и материальный ущерб. Заботливый учет человеческого фактора, касавшийся в равной степени инженеров-электронщиков и программистов-математиков, во многом содействовал успехам тех и других в до-стижении поставленных целей разработок и экспериментов.

В состав коллективов, получавших те или иные поощрения и премии за успешно выполненные работы, С.А. Лебедев включал математиков-программистов, подчер-кивая тем самым их значимость в деле внедрения вычислительной техники. В те времена не всеми главными конструкторами вычислительных машин соблюдался этот справедливый принцип.

Не удивительно поэтому, что огромное уважение и любовь к гениальному разра-ботчику ЭВМ С.А. Лебедеву испытывают не только многочисленные его ученики-электронщики, но и программисты-математики, многие из которых, включая авто-ров, также считают себя его учениками 1).



1) При освещении конкретных разработок системного программного обеспечения авторы не упоминают коллективы разработчиков и их руководителей в связи с желанием бо-лее концентрированно отразить становление основных направлений создания системного программного обеспечения ЭВМ в нашей стране и историческую роль академика Сергея Алексеевича Лебедева в их инициации и поддержке.

Раздел 4


ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, СОЗДАННЫЕ С. А. ЛЕБЕДЕВЫМ И УЧЕНЫМИ ЕГО ШКОЛЫ

Вступление

Трудно переоценить научный и практический вклад С.А. Лебедева в развитие управления мощными энергетическими системами. Его работы и теоретические исследования в этой области известны мировой общественности по целому ряду докладов на конференциях и по публикациям. В то же время основное наследие ученого — это работающие, серийно выпускаемые поколения электронных высоко-производительных вычислительных машин и систем.

С.А. Лебедев является родоначальником электронной вычислительной техники в нашей стране. Им создано три поколения ЭВМ и мощных вычислительных систем. Первое из них — ламповые ЭВМ (МЭСМ, БЭСМ, М-20 и др.), второе — полупро-водниковые ЭВМ (БЭСМ-6 и др.), и третье — машины и системы с использованием интегральных схем (ИС) и матричных БИС (ЭВМ 5Э26, МВК Эльбрус-2 и др.).

С. А. Лебедев создавал электронные вычислительные комплексы для решения как научных и народно-хозяйственных проблем, так и задач повышения обороноспособ-ности нашего государства. Все разработки в то время носили закрытый характер и любые публикации о них жестко ограничивались. Основные характеристики ЭВМ и вычислительных систем, созданных С.А. Лебедевым и его коллективом, можно считать «обобщенной» характеристикой трудов Сергея Алексеевича и созданной им научной школы.

С. А. Лебедев является инициатором внедрения дискретной электронной вычис-лительной техники в радиолокацию, ракетостроение и систему передачи данных. По его инициативе впервые в СССР, а возможно и в мире, произведены работы по снятию данных с радиолокационных станций сопровождения целей в цифровом виде и передаче управляющей информации для наведения самолета на цель.

Преимущества дискретной вычислительной техники в системах военного приме-нения были впервые продемонстрированы под руководством С.А. Лебедева в «Систе-ме А» — экспериментальной системе противоракетной обороны. В ее состав входили ЭВМ М-40, радиолокаторы обнаружения и сопровождения цели, радиорелейные линии передачи данных в замкнутой системе точного наведения, система контрольно-измерительной аппаратуры и др.

Невольно возникает вопрос, как мог один человек создать и внедрить в се-рийное производство целых три поколения вычислительной техники гражданско-го и военного применения. Основой столь высокой эффективности его деятельно-сти, безусловно, являются понимание основополагающих принципов развития столь сложного направления человеческой деятельности, как электронная вычислительная техника, глубокий теоретический анализ выполняемых проектов. Ошибка в научно-техническом решении рано или поздно даст о себе знать, приведет ко многим не нужным трудозатратам. Отсюда чрезвычайно высокие требования к Главному кон-структору и разработчикам выполняемого проекта — никаких политизированных



Вступление 263

решений, проект должен быть от начала и до конца осмыслен во всех деталях. Никаких сверхреволюционных решений. Возможно, С. А. Лебедев был по-хорошему консервативен, тщательно обдумывал все аспекты проблемы и в результате не имел практически ни одного проекта «в корзину». Все его разработки были внедрены в серийное производство. С. А. Лебедев очень точно определил направление развития вычислительной техники. Ее передовым фронтом он считал высокопроизводитель-ные вычислительные системы.

Многое пришлось выдержать С. А. Лебедеву в процессе внедрения новых поколе-ний ЭВМ от высокопоставленных чиновников, пытавшихся своими решениями «по-могать» делу. Сергей Алексеевич отстоял основное направление работы ИТМ и ВТ — высокопроизводительные вычислительные системы, несмотря на то, что ИТМ и ВТ предлагали главную роль в стране по разработке вычислительной техники на базе ЕС ЭВМ. С.А. Лебедев считал, что развитие вычислительной техники определяют сверхвысокопроизводительные системы и страна должна иметь самостоятельное направление в этой области.

В результате были созданы такие замечательные высокопроизводительные систе-мы, как БЭСМ-6, 5Э26, АС-6, МВК Эльбрус и др. Одним из принципов С. А. Лебедева было постепенное наращивание параллелизма обработки информации. Так, напри-мер: в БЭСМ — параллельная арифметика, в М-20 — параллельная выборка команды и работа арифметического устройства, в М-40 — параллельная работа оперативной памяти, арифметического устройства и управления внешней памятью, в БЭСМ-6 — полный параллелизм и конвейеризация работы устройств.

Этот принцип Сергея Алексеевича был полностью воплощен в жизнь и при создании ЭВМ третьего поколения: 5Э26 — модульная многопроцессорная система с целью обеспечения надежности с помощью резервирования модулем и освоение новой элементно-конструкторской базы с использованием ИС; МВК Эльбрус-1 — модульный масштабируемый вычислительный комплекс, обеспечивающий распарал-леливание процессов вычислений на уже созданной элементно-конструкторской базе; МВК Эльбрус-2 — архитектура МВК Эльбрус-1, с повышением производительности за счет внедрения новой высокопроизводительной элементной базы.

С.А. Лебедев был убежден, что в разработках ЭВМ должна использоваться отечественная элементно-конструкторская база. ИТМ и ВТ был первым заказчиком дискретных интегральных и больших интегральных схем в Министерстве электрон-ной промышленности. Отставание в технологии компенсировалось передовыми схе-мотехническими и архитектурными решениями. Поэтому только дилетанты могут говорить, что мы отставали в области вычислительной техники. Мы раньше, чем американцы, более чем на 20 лет, с использованием нашей вычислительной системы, построенной в 1959 г., сбили баллистическую ракету. Мы имеем лучшую в мире про-тивосамолетную систему, построенную на отечественной вычислительной технике. БЭСМ-6 была одной из лучших в мире ЭВМ по архитектурным и схемотехническим решениям. МВК Эльбрус-2, спроектированный на отечественной элементной базе, по производительности на скалярных операциях был сопоставим с лучшими зарубеж-ными образцами высокопроизводительных ЭВМ.

Целый ряд архитектурных и схемотехнических решений, реализованных в наших ЭВМ, являются передовыми и по сей день. В этом разделе описываются важнейшие разработки в области электронной вычислительной техники, в которых принимал непосредственное участие С.А. Лебедев и которые составляют основу научного на-следия этого выдающегося ученого.

В этом разделе, к сожалению, из-за ограничения объема книги мы не смогли представить все разработки, выполненные школой С.А. Лебедева. Поэтому было принято решение описать те ЭВМ и вычислительные комплексы, которые были изготовлены, отлажены и прошли хотя бы заводские испытания.



264 Раздел 4. Вычислительные машины, созданные С. А. Лебедевым

мэсм


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

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

В 1948—1951 гг. в Киеве в лаборатории моделирования и вычислительной техники Института электротехники АН УССР под руководством академика Сергея Алексе-евича Лебедева была создана первая советская малая электронная счетная машина (МЭСМ) — прототип современных ЭВМ. Созданием МЭСМ было положено начало развитию отечественной вычислительной техники.

При создании проекта МЭСМ в 1947 г. С. А. Лебедевым были независимо от работ Дж. фон Неймана сформулированы основные принципы построения архитектуры ЭВМ:



  • в состав ЭВМ должны входить арифметическое устройство, память, устройство
    управления и устройство ввода-вывода;

  • программа в машинных кодах должна храниться в той же памяти, что и числа;

— для представления чисел и команд должна применяться двоичная система
счисления;

  • вычисления должны выполняться автоматически в соответствии с программой,
    хранящейся в памяти;

  • логические операции должны выполняться наряду с арифметическими опера-
    циями;

  • память машины должна быть организована по иерархическому принципу.

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

МЭСМ была трехадресной синхронной ЭВМ с быстродействием 50 арифметиче-ских или логических операций в секунду. Время выполнения операций — 17,6 мс (за исключением операции деления — 20,8 мс). По предложению С.А. Лебедева в сумматоре была реализована цепочка сквозных переносов. Команды и числа представлялись словами с фиксированной запятой длиной 17 двоичных разрядов. Универсальное арифметическое устройство (АУ) реализовывало все элементарные арифметические и логические операции и включало накапливающий сумматор и два регистра на триггерах. Связанное с ним оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) с частотой выборки 5 кГц было рассчитано на запись 31 числа и 63 команд. Память команд и констант была расширена за счет штеккерного долговременного запоминающего устройства (ДЗУ), на котором осуществлялся ввод и хранение 31 числа и 63 команд.

Выбор ОЗУ на ламповых триггерных схемах, содержащего 2500 триодов и 1500 диодов, предопределил последовательную систему подачи кодов чисел. Команды условных переходов, изменение масштабов чисел, контроль исправности устройств реализовывались программно. Машина останавливалась при переполнении разряд-ной сетки. Преобразование двоичных кодов в десятичные было реализовано схемно. Потребляемая мощность составляла 25 кВт.

МЭСМ была универсальной ЭВМ. Всего машина имела 13 команд (4 арифметиче-ские операции, операции сравнения, сложения кодов команд, команд переключения с ДЗУ на ОЗУ, вывода на печать, останова и др.).



МЭСМ 265

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

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

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

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

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



Основные этапы разработки и пуска МЭСМ:

Октябрь — ноябрь 1948 г. Разработка общих принципов построения электронной цифровой вычислительной машины.

Январь — март 1949 г. Обсуждение характеристик вычислительной машины и мер сотрудничества при ее создании на научных семинарах с участием предста-вителей Института математики и Института физики АН УССР.

Октябрь — декабрь 1949 г. Создание принципиальной блок-схемы и общей ком-поновки макета МЭСМ.

6 ноября 1950 г. Первый пробный пуск макета и начало решения на нем простей-ших практических и тестовых задач.

Ноябрь — декабрь 1950 г. Увеличение количества блоков запоминающих устройств, отработка алгоритмов операций сложения, вычитания, умножения и сравнения, завершение отладки макета.

4-5 января 1951 г. Демонстрация действующего макета приемной комиссии в со-ставе Н. Н. Доброхотова, А. Ю. Ишлинского, С. Г. Крейна, С. А. Лебедева, Ф. Д. Овча-ренко, И.Т. Швеца. Составление акта об окончании в 1950 г. разработки, изготовле-ния и наладки макета, выработка рекомендаций по дальнейшему его совершенство-ванию.

266 Раздел 4. Вычислительные машины, созданные С. А. Лебедевым

10-11 мая 1951 г. Демонстрация работы машины в Киеве в присутствии извест-ных ученых СССР Ю.Я. Базилевского, Н.Н. Боголюбова, М. В. Келдыша, К.А. Се-мендяева, А. Н. Тихонова и др.

Август сентябрь 1951 г. Переделка блоков запоминания с целью повышения их надежности. Окончание переделки конструкции действующего макета, завершение новой компоновки МЭСМ и ее опробование.

25 декабря 1951 г. Пуск в эксплуатацию МЭСМ в новой компоновке.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   34


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница