Официальной «датой рождения» советской вычислительной техники следует считать, видимо, конец 1948 года. Именно тогда в секретной лаборатории в Киеве под руководством Сергея Александровича Лебедева (в то время - директора Института электротехники АН Украины и по совместительству руководителя лаборатории Института точной механики и вычислительной техники АН СССР) начались работы по созданию Малой Электронной Счетной Машины (МЭСМ).
Лебедевым были выдвинуты, обоснованы и реализованы (независимо от Джона фон Неймана) принципы ЭВМ с хранимой в памяти программой. В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построения компьютеров, такие как: наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления; кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам; двоичная система счисления для кодирования чисел и команд; автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы; наличие как арифметических, так и логических операций; иерархический принцип построения памяти; использование численных методов для реализации вычислений.
Проектирование, монтаж и отладка МЭСМ были выполнены по тем временам в рекордно короткие сроки (примерно 2 года) и проведены силами всего 17 человек (12 научных сотрудников и 5 техников).
В 1953 году командой Лебедева была создана первая большая ЭВМ - БЭСМ-1. Она создавалась уже в Москве, в ИТМ и ВТ АН СССР, директором которого и стал Сергей Александрович. После комплектации оперативной памяти БЭСМ-1 усовершенствованной элементной базой ее быстродействие достигло 8000 операций в секунду - на уровне лучших машин США и лучшее в Европе. В 1958 году после еще одной модернизации оперативной памяти (ЗУ на ферритовых сердечниках) БЭСМ (уже БЭСМ-2) была подготовлена к серийному производству на одном из заводов Казани.
Все перечисленные выше ЭВМ (к ним можно добавить еще «Стрелу», созданную в СКБ-245 Министерства машиностроения и приборостроения) - это вычислительная техника первого поколения. Элементная база - электронные лампы - определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ («арифметико-логическое устройство», блок, непосредственно выполняющий преобразования данных) простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте.
На Западе дело в то время обстояло не лучше. Вот пример из воспоминаний академика Н.Н.Моисеева, ознакомившегося с опытом своих коллег из США: “Я увидел, что в технике мы практически не проигрываем: те же самые ламповые вычислительные монстры, те же бесконечные сбои, те же маги-инженеры в белых халатах, которые исправляют поломки, и мудрые математики, которые пытаются выйти из трудных положений”…
Более производительной была следующая разработка Лебедева - ЭВМ М-20, серийный выпуск которой начался в 1959 году. Число 20 в названии означает быстродействие - 20 тысяч операций в секунду, объем оперативной памяти в два раза превышал ОП БЭСМ, предусматривалось также некоторое совмещение выполняемых команд. В то время это была одна из самых мощных машин в мире. В М20 были реализованы возможности написания программ в мнемокодах. Это значительно расширило круг специалистов, которые смогли воспользоваться преимуществами вычислительной техники.
В 1948 году в США был изобретен полупроводниковый транзистор, который стал использоваться в качестве элементной базы ЭВМ. Это позволило разработать ЭВМ с существенно меньших габаритов, энергопотребления, при существенно более высокой (по сравнению с лампами) надежности и производительности. Чрезвычайно актуальной стала задача автоматизации программирования, так как разрыв между временем на разработку программ и временем собственно расчета увеличивался.
Второй этап развития вычислительной техники конца 1950-х - начала 1960-х годов характеризуется созданием развитых языков программирования (Алгол, Фортран, Кобол) и освоением процесса автоматизации управления потоком задач с помощью самой ЭВМ, то есть разработкой операционных систем. Первые ОС автоматизировали работу пользователя по выполнению задания, а затем были созданы средства ввода нескольких заданий сразу (пакета заданий) и распределения между ними вычислительных ресурсов. Появился мультипрограммный режим обработки данных.
Наиболее характерные черты этих ЭВМ, обычно называемых «вторым поколением»: совмещение операций ввода/вывода с вычислениями в центральном процессоре; увеличение объема оперативной и внешней памяти; использование алфавитно-цифровых устройств для ввода/вывода данных; “закрытый” режим для пользователей: программист уже не допускался в машинный зал, а сдавал программу на алгоритмическом языке (языке высокого уровня) оператору для ее дальнейшего пропуска на машине.
В конце 1950-х годов в СССР было также налажено серийное производство транзисторов. Это позволило приступить к созданию ЭВМ второго поколения. И здесь в первую очередь нужно упомянуть ЭВМ БЭСМ-6, созданную коллективом разработчиков Академии Наук СССР под общим руководством С.А.Лебедева. Это была первая советская ЭВМ, достигшая быстродействия 1 миллион одноадресных операций в секунду (этот показатель был превзойден отечественными ЭВМ последующих выпусков только в начале 1980-х годов при значительно более низкой, чем у БЭСМ-6, надежности в эксплуатации). 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 уже интегральные схемы).
Так, впервые в отечественной практике и полностью независимо от зарубежных ЭВМ (например, STRETCH фирмы IBM) был широко использован принцип совмещения выполнения команд (до 14 одноадресных 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».
Как работала БЭСМ-6
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 - элементарно, как только происходила попытка выполнить слово с данными);
- Представление чисел - с плавающей запятой;
- Рабочая частота - 10 МГц.
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 секунду при работе в 48-разрядном режиме с плавающей запятой, что является рекордным по отношению к сравнительно небольшому количеству полупроводниковых элементов и их быстродействию (около 60 000 транзисторов и 180 000 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.
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 лишь в 1995 году – она работала на московском вертолетном заводе Миля.
БЭСМ-6 были оснащены крупнейшие академические (ВЦ АН СССР, ОИЯИ ...) и отраслевые (ЦИАМ, НИИ АС, НИИ ТП...) научно-исследовательские институты, заводы и конструкторские бюро. Вот, к примеру, немного впечатлений современников: «В период моей работы в ЦИАМ (1983-86 гг.) уже происходил переход смежников - заводов и КБ авиапрома - на ЕС-овскую технику (об этих машинах ниже – прим.ред.). В связи с этим руководство института начало заставлять руководителей подразделений переходить на только что установленную в институте ЕС-1060 - клон одной из моделей серии IBM/360. Разработчики устроили саботаж этого решения, пассивный, а кое-кто и активный, предпочитая использовать старую добрую БЭСМ-6 пятнадцатилетней давности. Дело в том, что работать на ЕС-1060 в дневное время было практически невозможно - постоянные “зависы”, скорость прохождения заданий крайне медленная; в то же время любое зависание БЭСМ-6 рассматривалось как ЧП, настолько они были редки». (В.Сосновский)
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”.
Вероятно, самым звездным периодом в истории советской вычислительной техники была середина шестидесятых годов XX века. В СССР тогда действовало множество творческих коллективов, среди них – крупнейшие институты С.А. Лебедева, И.С. Брука, В.М. Глушкова. Иногда они конкурировали, иногда дополняли друг друга. Одновременно выпускалось множество различных типов машин, чаще всего несовместимых друг с другом, самого разнообразного назначения. Все они были спроектированы и сделаны на мировом уровне и ни в чем не уступали своим западным конкурентам. Многообразие выпускавшихся ЭВМ и их несовместимость друг с другом на программном и аппаратном уровнях не удовлетворяло их создателей. Необходимо было навести мало-мальский порядок во всем множестве производимых компьютеров, например, взяв какой- либо из них за некий стандарт. Но...
В конце 1960-х руководством страны было принято решение, имевшее, как показал ход дальнейших событий, катастрофические последствия: о замене всех разнокалиберных отечественных разработок среднего класса (их насчитывалось с полдесятка - “Мински”, “Уралы”, разные варианты архитектуры М-20 и пр.) - на «Единое Семейство ЭВМ» на базе архитектуры аналога американской IBM 360. На уровне Минприбора не так громко было принято аналогичное решение в отношении мини-ЭВМ. Потом, во второй половине 1970-х годов, в качестве генеральной линии для мини- и микро-ЭВМ была утверждена архитектура PDP-11 также иностранной фирмы DEC.
В результате производители отечественных ЭВМ были принуждены копировать уже выпускавшиеся за рубежом образцы иностранной вычислительной техники, закладывая основу для отставания. Это действительно было «начало конца».
Вот оценка профессора, члена-корреспондента РАН Бориса Арташесовича Бабаяна: “Потом наступил второй период, когда был организован ВНИИЦЭВТ. Я считаю, что это критический этап развития отечественной вычислительной техники. Были расформированы все творческие коллективы, закрыты конкурентные разработки и принято решение всех загнать в одно “стойло”. Отныне все должны были копировать американскую технику, причем отнюдь не самую совершенную. Гигантский коллектив ВНИИЦЭВТ копировал IBM, а коллектив ИНЭУМ - DEC.”
К сожалению, сейчас до си пор не говорят, кто конкретно в руководстве СССР принял преступное решение о сворачивании оригинальных отечественных разработок и развитии электроники в направлении копирования западных аналогов. Возможно, им был либо недостаточно умный человек, не способный компетентно оценить ситуацию в своей отрасли, либо реальный лоббист западных корпораций, которых несмотря на противостояние всегда интересовал огромный рынок СССР. Объективных причин для такого решения не было никаких…
P.S. Пройдя фактически «семь кругов ада» в «перестроечный» и постперестроечный («ельцинский») периоды, наша электроника и вычислительная техника начали новый путь развития. С 2000-х годов в России начата разработка линейки своих процессоров МЦСТ «Эльбрус», а в 2010-х начался постепенный выход на рынок устройств на их базе.
Источник: https://vk.com/bitblaze
Оценили 14 человек
15 кармы