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

Однако специфика ЭВМ военного назначения реального времени не полностью отражалась в универсальных ЭВМ, вследствие чего окончательную комплексную отладку и испытания приходилось проводить на реальных объектных ЭВМ. Этот процесс развивался очень медленно вследствие огромного объема «-унаследованных.» программ, уже используемых в реальных системах. Это позволяло сохранять испытанные и эксплуатируемые программы и вводить новые – без проведения полной разработки всего комплекса программ и системы управления с необходимыми испытаниями.

4.3. Создание операционных систем и глобальной телекоммуникационной сети ЭВМ реального времени в 1965-е годы

Интенсивное увеличение использования ресурсов ЭВМ потребовало автоматизировать регистрацию и упорядочивание запросов разных специалистов на решение их задач, и привело к созданию автоматизированных операционных систем распределения времени функционирования отдельных ЭВМ с учетом очередей пользователей и задач. Такие системы удовлетворяли индивидуальное использование ЭВМ независимыми специалистами в научных учреждениях и вузах при относительно небольшом спросе на их применение и небольших по размеру программах. Возрастание очередей на решение различных задач при ограниченном числе доступных ЭВМ в стране вызвало необходимость совершенствования механизмов управления последовательностью и эффективностью использования ресурсов отдельных автономных вычислительных машин.

Ниже история развития программной инженерии и телекоммуникационных сетей ЭВМ в нашей стране, в пятидесятые – шестидесятые годы прошлого века, рассматривается преимущественно на примере создания комплексов программ системы противовоздушной обороны (ПВО). У специалистов

отсутствовали знания и опыт создания сложных комплексов программ для цифровых вычислительных машин, методы решения задач обработки информации в реальном времени и организации телекоммуникационных сетей, взаимодействующих ЭВМ. Поэтому читателям следует учитывать, что изложенный ниже материал является в основном оригинальным, работы осуществлялись при очень скромных ресурсах вычислительных машин и слабых телекоммуникационных каналах связи. Автор монографии был участником этих работ, что возможно отразилось на субъективности некоторых концепций. Подобные работы проводились и на других оборонных предприятиях, но были строго засекречены и, недоступны для анализа (Рис. 4).

В 1959 году под руководством Анатолия Леонидовича Лившица и Залмана Михайловича Бененсона в НИИ—5 было проведено обобщение выполненных исследований, результаты которых отражены в большой комплексной работе по созданию территориальной информационной системы ПВО страны.

Рис. 4.

Эта система должна была в реальном времени, объединять в глобальной сети ряд ЭВМ на узлах сбора и обработки радиолокационной информации о воздушных объектах, и на командных пунктах управления активными средствами ПВО. Все средства обработки информации и управления в системе должны были работать на ЭВМ в реальном масштабе времени, при несинхронных потоках сообщений от удаленных независимых движущихся объектов — источников информации (самолетов и ракет). На каждом узле обработки радиолокационной информации (РЛУ) и командном пункте управления средствами ПВО должны были применяться, объединенные в локальную сеть графические терминалы различных типов для визуализации воздушной обстановки и обеспечения функционирования оперативного и командного состава, с временем отклика, измеряемого долями секунды. Система на вычислительных машинах должна была базироваться на совокупности транспортабельных РЛУ, создававших почти сплошное поле радиолокационного обнаружения различных динамических объектов во всем воздушном пространстве страны.

В результате в сферу исследований и разработок вошел новый широкий класс вычислительных систем, в которых основными компонентами и источниками информации являлись траектории динамических объектов, характеризующиеся их назначением, областью применения, координатами и обобщенными параметрами движения в реальном времени, определяющие требования к функциям комплексов программ. Следовало создать комплексы программ для обработки информации в реальном времени, соответствующие требованиям к характеристикам динамических объектов, их динамическим траекториям, и поставляющие обработанную информацию в системы управления активными средствами ПВО. Телекоммуникационные сети ЭВМ, должны были обеспечивать обмен и обобщение информации о динамических объектах и их траекториях на РЛУ для непрерывного сопровождения объектов.

В результате необходимо было решить следующие научно-технические задачи телекоммуникационной сети и РЛУ, и создать средства для их реализации:

• провести анализ и разработать принципиально новые динамические операционные системы реального времени на ЭВМ для синхронизации и управления решением разнородных задач;

• разработать комплексы функциональных алгоритмов и программ для обработки радиолокационной информации в реальном времени о движущихся динамических объектах;

• разработать телекоммуникационные сети для транспортировки информации между РЛУ о траекториях движения динамических объектов;

• разработать методы и средства для динамического тестирования и испытания корректности функционирования сложных программных комплексов обработки и транспортировки радиолокационной информации в реальном времени;

• связи программными комплексами обработки и транспортировки исследовать и обеспечить необходимую производительность и динамическое использование ресурсов ЭВМ и каналов радиолокационной информации в реальном времени.

В 1958-м – 59-м годах в НИИ —5 начались активные работы по применению ЭВМ для решения оперативных задач от нескольких несинхронных, независимых источников информации с учетом времени ее приема в РЛУ и командных пунктах системы. Эти источники различались важностью и длительностью решения их функциональных задач, величиной допустимого запаздывания выдачи потребителям результатов вычислений. Процессы решения задач должны были укладываться в определенные интервалы времени с учетом реальной производительности применяемых ЭВМ.

Функциональные задачи систем быстро росли по сложности, размеру программ, и потребной производительности вычислительных машин. Для динамического решения таких задач на предприятиях оборонной промышленности началась автоматизация управления их решением и разработка нового класса средств управления вычислительными процессами – создание операционных систем реального времени. Необходимо было оптимизировать использование производительности ЭВМ в сложных ситуациях несинхронных потоков информации из внешней среды о различных объектах, при разнообразии последовательностей и длительностей решения отдельных функциональных задач.

Первоначально, в конце 1950-х годов реальное время процессов в локальных системах обработки информации и управления могло иметь произвольную временную шкалу и обеспечивать только координацию решения функциональных задач конкретной ограниченной системы. По мере развития и расширения пространства наблюдения воздушных объектов в таких системах, как управление противовоздушной обороной, используемое в системах реальное время при решении функциональных задач должно было унифицировано и приведено к единой глобальной территориальной шкале на большом пространстве использования ряда РЛУ и ЭВМ телекоммуникационной сети ПВО. При обмене информацией между компонентами таких глобальных систем все сообщения о наблюдаемых объектах должны были снабжаться реальным временем в соответствии с единой шкалой. Несинхронный обмен радиолокационной информацией о движущихся воздушных объектах между различными удаленными ЭВМ, привел к необходимости организации в них механизмов прерывания вычислений второстепенных задач для сохранения реального времени реализации основных, наиболее важных функций вычислительных процессов.

Значительные трудности реализации операционных систем реального времени в начале 1960-х годов состояли в неопределенности параметров временных динамических процессов поступления, длительности обработки и выдачи информации потребителям, а также в ограниченности производительности и ресурсов ЭВМ для размещения операционных программ. Все эти процессы решения функциональных и операционных задач управления должны были укладываться в те ограничения производительности ЭВМ, которые были доступны разработчикам в эти годы. К сожалению, в это время в отечественной и зарубежной литературе практически отсутствовали публикации по методам и организации операционных систем ЭВМ реального времени, все инженерные разработки и исследования в этой области проводились для конкретных проектов как секретные на соответствующих оборонных предприятиях.