Отечественные ЭВМ

    МиниЭВМ начали применяться и для решения  инженерных задач, связанных с проектированием. Проведены первые эксперименты, показавшие эффективность использования вычислительных машин в качестве средств проектирования.

    Применение  распределенных вычислительных систем явилось базой для децентрализации  решения задач, связанных с обработкой данных на заводах, в банках и других учреждениях. Вместе с тем для  данного периода характерным  является хронический дефицит кадров, подготовленных в области электронных  вычислительных машин. Это особенно касается задач, связанных с проектированием распределенных вычислительных систем и систем реального времени. 

    Четвертое поколение ЭВМ (1974 — 1982 гг.)

    Элементная  база ЭВМ - большие интегральные схемы (БИС). Машины предназначались для  резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствует увеличению плотности компоновки электронной  аппаратуры, повышению ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все  это оказывает существенное воздействие  на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее программное обеспечение. Более тесной становится связь структуры  машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (или  монитора)—набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека. К этому поколению можно отнести ЭВМ ЕС: ЕС-1015, -1025, -1035, -1045, -1055, -1065 (“Ряд 2”), -1036, -1046, -1066, СМ-1420, -1600, -1700, все персональные ЭВМ (“Электроника МС 0501”, “Электроника-85”, “Искра-226”, ЕС-1840, -1841, -1842 и др.), а также другие типы и модификации. К ЭВМ четвертого поколения относится также многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус". "Эльбрус-1КБ" имел быстродействие до 5,5 млн. операций с плавающей точкой в секунду, а объем оперативной памяти до 64 Мб. У "Эльбрус-2" производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мслов ( слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода - 120 Мб/с.

    Пятое поколение ЭВМ (после 1982 года).

Главный упор при  создании компьютеров сделан на их "интеллектуальность", внимание акцентируется  не столько на элементной базе, сколько  на переход от архитектуры, ориентированной  на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний.Обработка знаний - использование и обработка компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений. ЭВМ и вычислительные системы пятого поколения обладают высокой производительностью, компактностью и низкой стоимостью (эти характеристики улучшаются в каждом следующем поколении ЭВМ). Основная особенность ЭВМ пятого поколения состоит в их высокой интеллектуальности, обеспечивающей возможность общения человека с ЭВМ на естественном языке, способности ЭВМ к обучению и т.д. Быстродействие ЭВМ пятого поколения достигает десятков и сотен миллиардов операций в секунду, они обладают памятью в сотни мегабайт и строятся на сверхбольших БИС, на кристалле которых размещаются миллионы транзисторов. 
 

    Выпуск советских моделей персональных машин.

    Середина 80-х проходит в мире под знаком стремительного роста популярности персональных компьютеров. Худо-бедно, волна эта докатывается и до нас. Тем более что в стране —  ускорение и перестройка. На совещании  в ЦК КПСС по вопросам ускорения  научно-технического прогресса его  катализаторами называют микроэлектронику, вычислительную технику и информатику. Но раскрутка индустрии персональных компьютеров идет с огромным трудом и в конце концов заканчивается ничем. Об этом на страницах нашего еженедельника рассказывал академик Велихов, приложивший немало сил к продвижению идеи выпуска в СССР персональной вычислительной техники. И все же в 1986 году уже есть несколько советских моделей персональных машин, появляются интересные программные разработки для автоматизации «офисного труда». В 1986 году начинается выпуск одной из самых популярных машин линии СМ, микроЭВМ СМ 1810, которая тоже могла выступать в роли персонального компьютера.

    СМ 1810 создавалась в стенах Института электронных управляющих машин (ИНЭУМ). Основатель института, Исаак Семенович Брук, еще на заре эпохи вычислительной техники мечтал о том, что компьютер станет повседневным рабочим инструментом инженера. Основным предназначением машин серии СМ было управление промышленными объектами. Но до появления персоналок во всем мире малые ЭВМ благодаря небольшим габаритам, дешевизне и относительной простоте использования стали широко применять в научных лабораториях, учебном процессе, конторской работе. То же самое происходило и с СМ, тем более что наша электронная промышленность освоила выпуск микропроцессоров и появилась возможность сделать машину, которую можно разместить на рабочем столе.

    В ИНЭУМ развивали две линии  архитектуры ЭВМ. Первая, по которой  сделана большая часть СМ, была совместима с архитектурой мини-ЭВМ PDP-11 корпорации DEC. Вторая — это семейство СМ-18хх на базе микропроцессоров, воспроизводивших системы команд Intel 8080 и 8086. 16-разрядная СМ-1810 строилась по магистрально-модульному принципу на базе шины Multibus. Эта микроЭВМ была прекрасно оснащена всеми необходимыми внешними устройствами — дисками, принтерами, дисплеями, выходами на каналы связи. Как другие разработки ИНЭУМ, СМ-1810 предназначалась прежде всего для задач управления, но создавалась как универсальная машина и хорошо восполняла недостаток персональной вычислительной техники.

    Машина  нашла популярность у тех, кого мы сейчас называем системными интеграторами, — на ее основе реализовывались  различные, иногда самые неожиданные  системы. Например, система диагностики  разрывов нити для ткацких станков, которая работала на фабриках в Иваново. Система «Онега-2» позволяла строить военные карты по схемам аэрофотосъемки. Существовало решение для обработки информации по техобслуживанию автомобильного транспорта и многие другие. Были даже школьные классы, оборудованные микромашинами СМ.

    Стоит все же упомянуть те персональные компьютеры, которые в середине 80-х  годов выпускала отечественная  промышленность. По уровню возможностей их делили на бытовые и профессиональные. К классу бытовых относилась выпускавшаяся в Зеленограде «Электроника БК-0010» (БК — бытовой компьютер), которая в качестве дисплея использовала обычный телевизор и обеспечивала всего 64 Кбайт ОЗУ. А другая разработка Министерства электронной промышленности, «Электроника-85», была оснащена специальным дисплеем и 4 Мбайт оперативной памяти. К классу профессиональных относилась и машина под названием «Искра-226».Кампания по массовой компьютеризации школ вызвала к жизни персональные компьютеры, разработанные специально для оснащения школьных кабинетов информатики. Машина «Корвет» строилась на базе процессора, воспроизводящего Intel 8086, а учебный компьютер научного центра — УКНЦ, как и все зеленоградские разработки, базировался на микропроцессоре, сделанном по образу и подобию продукции DEC.Но в 1986 году оставалось совсем чуть-чуть до экспансии IBM PC. Кое-где эти машины уже использовались. Из вычислительного центра Академии наук СССР, где группа сильнейших программистов осваивала настоящие персональные компьютеры, уже вышел и пошел гулять по стране «русский народный текстовый редактор» «Лексикон» для MS-DOS. В лабораториях ЗИЛа автоматизировали бухгалтерию тоже на IBM PC. Эра полноценных персональных ЭВМ почти на каждом рабочем столе была совсем близка.

    Работа над двумя последними советскими суперЭВМ.

    Конец 80-х — конец эпохи советского компьютеростроения. Время расцвета отечественных школ по разработке ЭВМ уже позади. Однако их 40-летняя история имела достойный, хотя и несколько грустный финал. В 1989 году завершается работа над двумя последними советскими суперЭВМ — введена в опытную эксплуатацию «Электроника СС БИС» и закончена разработка «Эльбруса 3-1». Обе машины — плод творческих усилий крупнейших советских инженеров, учеников Сергея Алексеевича Лебедева.

    Коллектив разработчиков «Электроники СС БИС» возглавлял Владимир Андреевич Мельников, соратник Лебедева по многим проектам ИТМиВТ. В конце 70-х группа специалистов института перешла из ИТМиВТ в НИИ «Дельта» Министерства электронной промышленности СССР. В МЭП осваивали производство новой элементной базы — больших интегральных схем на матричных кристаллах. Перед коллективом Мельникова была поставлена задача — понять, насколько реально применение матричных БИС для создания высокопроизводительных вычислительных систем. Исследования постепенно переросли в разработку векторно-конвейерной суперЭВМ, получившей название «Электроника СС БИС» (все машины в МЭП выходили под маркой «Электроника»). С 1983 года эта деятельность дополнилась работами во вновь созданном академическом Институте проблем кибернетики, директором которого стал академик Мельников.Когда было решено параллельно с освоением новых технологий создавать реальную машину, встал вопрос о выборе архитектуры. Для того чтобы сократить время разработки, анализировались существовавшие в то время в мире суперЭВМ векторно-конвейерного типа. Остановились на линии Cray. Первый заместитель главного конструктора Юрий Иванович Митропольский подчеркивает, что в «Электронике СС БИС» ничего не копировалось — были взяты за основу архитектурные принципы машины Сеймура Крея и добавлены собственные интересные решения. Так, в советской ЭВМ удалось реализовать выполнение операции деления за один такт вместо трех, как в Cray 1. В нашей машине в отличие от американской имелись отдельные функциональные устройства с плавающей запятой для скалярных и векторных операций, что позволило распараллелить обработку скаляров и векторов.Одна из наиболее ярких архитектурных находок разработчиков «Электроники СС БИС» — массовая память на полупроводниках, которая занимала промежуточное положение между оперативной памятью и внешними дисками. Она предназначалась для хранения активно используемых файлов и ликвидировала дисбаланс между низкой скоростью передачи информации с дисков и быстрой обработкой данных процессором. У Крея было аналогичное решение, но только с последовательным доступом к массовой памяти. А создатели «Электроники СС БИС» сделали специализированный процессор, который позволял выбирать данные произвольным образом, вычисляя их адреса по ходу обмена между оперативной и массовой памятью.

    Важным  достижением было создание фреоновой системы охлаждения. ЭВМ такой мощности потребляли много энергии и выделяли много тепла, а потому требовали специальных средств для охлаждения. Иначе они попросту не смогли бы работать. Принципы системы охлаждения «Электроники СС БИС» были выработаны практически независимо от американцев, а некоторые ее элементы были совершенно оригинальными.Полностью оригинальным было и программное обеспечение, разработанное под руководством Виктора Петровича Иванникова и нацеленное на высокую эффективность использования аппаратуры и оптимизацию задач.В 1985 году опытный образец успешно прошел испытания. «Электроника СС БИС» в однопроцессорном варианте обеспечивала производительность до 250 MFLOPS, что для середины 80-х вполне отвечало суперкомпьютерному уровню. Однако готовая машина появилась только в 1989 году, когда ее элементная база уже устарела, а быстродействие сильно отставало от мировых стандартов для высокопроизводительных систем.Тем не менее к 1991 году было изготовлено четыре экземпляра «Электроники СС БИС». Один из них установили в еще не достроенном здании институтов Академии наук в Москве. Но поработать «Электроника СС БИС» успела только на тестовых задачах на калининградском заводе. Затем начались реформы в экономике, финансирование проекта со стороны МЭП прекратилось, и работы по «Электронике СС БИС» были прекращены. Хотя к этому времени уже был создан проект следующей векторной машины с производительностью до 10 млрд. оп/с.

    Схожая  судьба была у одной из последних  разработок ИТМиВТ, которая получила название «Эльбрус 3-1». Этот проект тоже стартовал в 80-х, в 1990 году появилась машина, а после 1991-го последовало свертывание работ. Ядром «Эльбруса 3-1» был модульный конвейерный процессор (МКП), придуманный Андреем Андреевичем Соколовым. Так же как и Мельников, Соколов был участником многих славных проектов лебедевского института, от БЭСМ-1 до АС-6. Коллеги оценивают его как одного из самых выдающихся компьютерных инженеров, часто сравнивая именно Соколова с Сеймуром Креем. Соколов всегда шел своим путем, воспринимая и творчески перерабатывая лучшие достижения советской и западной школ.

    МКП представлял собой мощный процессор, способный обрабатывать два независимых  потока команд. Конвейерные устройства процессора работали с двумя типами объектов — векторами и скалярами. В результате производительность МКП на векторных операциях достигала 500 MFLOPS. Но при этом разработчики вынуждены были довольствоваться кристаллами памяти емкостью не более 0,5 МГбайт, и это во многом нивелировало преимущества высокоскоростной обработки данных.

    Различные компоненты «Эльбруса 3-1» объединялись так называемым «системным каналом» — системой коммутации и передачи данных. Специальное устройство сопряжения позволяло подключать к МКП другие ЭВМ, в том числе микроэлектронную версию БЭСМ-6 под названием «Эльбрус-Б».

    Работа над третьим представителем семейства «Эльбрусов».

    1991 год оказался роковым для разработчиков  советских ЭВМ. Пользовавшиеся  мощной поддержкой государства,  никогда не работавшие в условиях  рынка и не знавшие, что такое  конкуренция, академические и  оборонные институты внезапно  оказались без государственного  финансирования. С концом «холодной  войны» и падением «железного  занавеса» зарождающийся российский  рынок стал доступен для крупнейших  западных производителей компьютерной  техники. В 1990 году были значительно  ослаблены ограничения КОКОМ  на ввоз в восточноевропейские  страны высокопроизводительной  компьютерной техники. В 1991-м  в Союзе появляются RISC-машины  Sun, IBM, НР, с которыми наши суперкомпьютеры, пусть и вполне неординарные по архитектуре, но совершенно допотопные по элементной базе, не имели никаких шансов конкурировать.Одновременно 1991-й — это год активного формирования отечественного компьютерного бизнеса. Правда, среди новых фирм довольно велика была доля тех, кто зарабатывал деньги исключительно на продажах импортных ПК. Но в это же время появляются компании, создатели которых за годы работы в условиях плановой экономики накопили богатый опыт разработки аппаратных и программных систем и стремились использовать свой задел на коммерческом поприще. В 1991 году закончилась работа над третьим представителем знаменитого семейства «Эльбрусов», серийный выпуск которого так и не был начат. Однако команда разработчиков во главе с членом-корреспондентом РАН Борисом Бабаяном в 90-е годы трансформируется из академической группы в мощную компанию, одним из результатов работы которой станет собственный микропроцессор нового поколения, способный составить реальную конкуренцию 64-разрядной архитектуре Intel.Мощный многопроцессорный вычислитель «Эльбрус-1» был построен в 1978 году, на 15 лет раньше западных машин, и воплотил принципы суперскалярной архитектуры. Затем в первой половине 80-х появился «Эльбрус-2» с идентичной архитектурой, но на более совершенной элементной базе. А в 1986 году группа сотрудников ИТМиВТ им. С. А. Лебедева, руководимая Бабаяном, начала разработку «Эльбруса-3», основанного на совершенно новых архитектурных идеях. «Мы первые сделали суперскаляр, но первые же поняли его недостатки», — вспоминает Бабаян. Чтобы повысить эффективность работы процессора, необходимо было перевести сложный процесс распараллеливания команд с этапа выполнения, как в суперскалярной машине, на этап компиляции. В новом «Эльбрусе» опять же впервые в мире были реализованы явный параллелизм на уровне операций и широкое командное слово — принципы, которые составляют основы современной технологии EPIC (explicitly parallel instruction computing). Построенная на устаревшей элементной базе, машина «Эльбрус-3» благодаря совершенству своей архитектуры могла обеспечить в два раза большую скорость обработки данных, чем самый быстрый американский суперкомпьютер тех лет Cray Y-MP.В «Эльбрусе-3» была развита поддержка аппаратного контроля типов данных, реализованная уже в первых поколениях этих машин и обеспечившая надежное программирование. Еще одним важным достижением коллектива Бабаяна является технология двоичной компиляции, которая позволяет решить проблему совместимости программ, разработанных для машин другой архитектуры. Как отмечает Бабаян, хотим мы того или нет, огромные объемы человеческих знаний сейчас сконцентрированы на компьютерах Intel, архитектуру которых нельзя считать идеальной. Перенести эти знания на более совершенную архитектуру абсолютно прозрачно для пользователя позволяет идея двоичной компиляции, поддерживаемой на аппаратном уровне. Программное обеспечение, написанное для Intel-процессоров, компилируется в код «Эльбруса», который изначально ориентирован на поддержку определенного набора платформ. Такой подход обеспечивает высокую скорость выполнения программ на более эффективной архитектуре и одновременно освобождает разработчиков от проблем совместимости.Появившийся в стенах ИТМиВТ 16-процессорный экземпляр «Эльбруса 3» был построен при помощи 2-микронной технологии. Громоздкий шкаф последнего «Эльбруса» с 15 млн. транзисторов и около 3 тыс. схем средней и малой интеграции — это два-три современных чипа. Бабаяну и его коллегам стало очевидно, что такая машина в условиях свободного рынка неконкурентоспособна. Но так же очевидно было и то, что реализованные в «Эльбрусе-3» идеи опережают свое время и не могут быть просто отброшены. Необходимо было сохранить и интеллектуальный потенциал, высококвалифицированных специалистов, которые создавали эти машины. Поэтому начался поиск возможностей международной кооперации, контактов с западными фирмами, которые могли инвестировать в дальнейшее развитие архитектурных принципов «Эльбруса-3» и в их микропроцессорную реализацию.Решающими оказались встречи с руководителями Sun Microsystems Скоттом Макнили и Биллом Джоем и ведущим электронным архитектором из Sun Дэвидом Дитцеллом, который очень заинтересовался работами российских ученых. В результате весной 1992 года между Sun и группой специалистов из ИТМиВТ был заключен контракт, который предполагал реализацию заложенных в «Эльбрусе-3» идей на западной технологии. Для осуществления проекта часть сотрудников академического института во главе с Бабаяном создала фирму «Московский центр SPARC-технологий» (МЦСТ). И я не знаю других примеров, когда целый научный коллектив, прославившийся своими разработками в советское время, с таким успехом смог бы реализоваться в новую рыночную эпоху.