Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы - Владимир Липаев

В 1963-м году в тематическом отделе была создана лаборатория по разработке программного обеспечения для будущих радиолокационных станций и командных пунктов узлов ПРО. В лаборатории было определено два направления по созданию программно-алгоритмического обеспечения. Разработка алгоритмов для командных пунктов узлов была поручена одной группе специалистов, а разработка алгоритмов и программ для радиолокационных узлов другой. Главная трудность на первом этапе заключалась в том, чтобы представить себе поставленную задачу, понять, что нужно делать и как ее решать. Ни в зарубежной, ни в отечественной закрытой литературе найти прототипы не удалось (последствия барьеров секретности). Прежде всего, были определены алгоритмы, связанные с траекторной обработкой информации о космических объектах. С большим трудом удавался выбор методов первичной обработки радиолокационной информации от момента выхода ее с аппаратуры РЛС до момента формирования математических опорных точек траекторий целей. (Однако, в то же время подобные задачи успешно решались в НИИ-5 при создании радиолокационных узлов «Межа» и командных пунктов системы ПВО страны, см. главу 3. Эти проекты, к сожалению, вследствие глубокой секретности, развивались параллельно и совершенно независимо, без обмена информацией.

В конце 1965-го года на узле были смонтированы две из трех предусмотренных по штату ЭВМ 5Э71, функционировало несколько линеек приемно-индикационной аппаратуры станции, настраивались передатчики. Можно было начинать отладку боевой программы на реальных вычислительных средствах и проводить пробную стыковку с аппаратурой [9]. ЭВМ 5Э71 имела высокую надежность, была простой и удобной в эксплуатации, но для программистов была пока еще фактически грудой железа. Никаких технологических программных средств к ней не прилагалось. Не было даже операционной системы реального времени и программной среды, в которой она работает. Все это предстояло создавать на месте. Год непрерывной круглосуточной работы программистов и алгоритмистов принес свои плоды. К концу 1966 года боевая программа уже вполне достойно функционировала в составе системы. Формальным и успешным подтверждением этому были завершившиеся конструкторские испытания станции. Существенных претензий к боевой программе ни со стороны главного конструктора, ни со стороны заказчиков объекта предъявлено не было. (РЛУ «Межа» на ЭВМ 5Э89 в системе ПВО успешно завершил государственные испытания в 1967 году).

В 1969-м году главный конструктор М.А. Карцев начал разработку ЭВМ М-10, которая в 1973-м году начала эксплуатироваться [3, 9]. Создание ЭВМ М-10 долго держалось в глубоком секрете, потому что машина разрабатывалась для Системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН), а также для общего наблюдения за космическим пространством. На околоземных орбитах тогда находится около 17 тысяч объектов различного происхождения, включая действующие и отслужившие свой срок спутники, куски ракетоносителей и пр. Первый эшелон СПРН – космический: по факелам запускаемых ракет, на спутниках засекают их старт. Костяк системы – ее второй, наземный эшелон, включающий мощные радиолокационные станции, расположенные по окраинам страны (до развала СССР их было девять – под Ригой, Мурманском, Балхашем, Иркутском, и т. д.), а также сопряженные с ними вычислительные комплексы на базе ЭВМ М-10, которые имели следующие основные характеристики [3]:

• среднее быстродействие – 5 млн. операций в секунду, быстродействие на малом формате <16 разрядов – около 10 млн. операций в секунду;

• общий объем внутренней памяти – 5 млн. байт;

• первый уровень – оперативная память – 0,5 млн. байт; постоянная память 0,5 – млн. байт.

• второй уровень памяти – 4 млн. байт;

• показатели надежности: коэффициент готовности – не менее 0,975, время (среднее) безотказной работы – не менее 90 часов;

• обеспечивалась одновременная работа 8 пользователей на восьми математических пультах.

К началу 1980-х годов ЭВМ М-10 обладала: наивысшими производительностью (по некоторым оценкам – 20–30 млн. операций в сек.), емкостью внутренней памяти и пропускной способностью мультиплексного канала, достигнутыми в СССР. Впервые в мире в ней был реализован ряд новых прогрессивных решений, в том числе: предусмотрена возможность синхронного комплексирования до семи ЭВМ при прямом (минуя мультиплексный канал) обмене информацией между программами отдельных машин. При динамическом разделении оборудования; реализована автоматическая перестройка поля процессоров; в состав ЭВМ введен второй уровень внутренней памяти емкостью более 4 млн. байт с произвольным доступом; обеспечен внешний обмен с обоими уровнями внутренней памяти.

В 1978-м году главный конструктор М-10 – М.А. Карцев, предложил приступить к работам по созданию новой, многопроцессорной векторной вычислительной машины М-13, используя опыт, полученный при разработке, изготовлении и эксплуатации машин М-10 и М-10М, а также новейшие достижения в технологии и в электронной технике [3, 11]. В 1979-м году коллектив НИИ ВК начал разработку конструкторской документации. Были определены и заводы-изготовители, на которых предполагалось вести производство машины М-13. В течение 1980-го – 81-го годов конструкторская документация комплектно, по устройствам была передана на заводы.

ЭВМ М-13 стала машиной четвертого поколения, в качестве элементной базы в ней были использованы большие интегральные схемы. В архитектуре этой многопроцессорной векторной ЭВМ, предназначенной, в первую очередь, для обработки в реальном масштабе времени больших потоков информации, были предусмотрены четыре основных части: центральная процессорная часть, аппаратные средства поддержки операционной системы, абонентское сопряжение, специализированная процессорная часть. Специализированная процессорная часть машины была предназначена для обработки больших массивов относительно малоразрядной информации (быстрое преобразование Фурье, вычисление корреляционных функций, сравнение с порогом, проверка гипотез и др.) и имела в качестве базовых операции произведение двух комплексных чисел (двухточечное преобразование Фурье). Специальный (комплексный) арифметический процессор выполняет эту базовую операцию за один машинный такт. Эквивалентное быстродействие линии комплексных процессоров на порядок превышало быстродействие линии арифметических процессоров на сопоставимых форматах данных. Эквивалентное быстродействие специализированной процессорной части машины М-13 в максимальной комплектации при решении указанных выше задач могло достигать 2,4109 операций в секунду.

Абонентское обеспечение машины М-13 содержало операционную систему, систему программирования и отладки, файловую систему, систему документирования, библиотеку типовых программ и обеспечивало [3, 11]:

• реальный масштаб времени (РМВ), режим разделения времени (РВ), пакетную обработку;

• 4 задания РМВ, 16 заданий РВ;

• многосеансовое выполнение до 256 заданий;

• устранение последствий сбоев и резервирование.

Система автоматизации программирования и отладки включала:

• ассемблеры, Т-язык;

• алгоритмический язык высокого уровня, ориентированный на векторные вычисления;

• интерактивный режим отладки заданий РВ и РМВ в понятиях используемого языка;

• файловую систему;

• систему документирования;

• библиотеку типовых программ;

• систему технического обслуживания.

Машина М-13 имела модульное построение и допускала переменную комплектацию, способную оптимально обеспечить пользователю необходимые технические характеристики. Центральная процессорная часть имела три конфигурации и могла иметь производительность в зависимости от исполнения 12* 106; 24*106 и 48* 106 операций в секунду. При этом также соответственно изменялся и объем внутренней памяти, пропускная способность центрального коммутатора и пропускная способность мультиплексного канала. Объем внутренней памяти мог составлять 8,5; 17,0 или 34,0 Мбайт, пропускная способность центрального коммутатора – 800; 1600 или 3200 Мбайт/сек., пропускная способность мультиплексного канала – 40; 70 или 100 Мбайт/сек. Эквивалентное быстродействие специализированной процессорной части машины М-13 в максимальной комплектации, при решении указанных выше задач может достигать 2,4*109 операций в секунду.

В многопроцессорной системе 4-го поколения М-13 впервые реализована аппаратура пооперационных циклов (обеспечивающая независимость программы от числа процессоров в системе), аппаратура сегментностраничной организации памяти (перекрывающая возможности файловой системы), программноуправляемый периферийный процессор для операций типа преобразования Фурье, Уолша, Адамара, Френеля, вычисления корреляционных функций, пространственной фильтрации и т. п. Среднее быстродействие центральной части – до 50 млн. операций в секунду (или до 200 млн. коротких операций в секунду), внутренняя память – до 34 Мбайт, скорость внешнего обмена – до 100 Мбайт в секунду, эквивалентное быстродействие периферийного процессора на своем классе задач – до 2 миллиардов операций в секунду.