БЭСМ-6, советская электронная вычислительная машина (ЭВМ) второго поколения. Первое поколение ЭВМ строилось на лампах, в качестве основы разрабатываемой элементной базы для БЭСМ-6 были выбраны созданные отечественной промышленностью в начале 1960-х гг. высокочастотные транзисторы и диоды. Основной целью разработки являлось создание вычислительной машины, способной на высокой скорости проводить большой объём вычислений при решении крупных стратегических научно-технических задач как в области научных исследований (ядерные центры, космос, различные НИИ и вузы), так и в области создания систем вооружения (ПРО и ПВО). Специфика таких задач отразилась как на архитектуре БЭСМ-6, так и на выборе системы элементов и конструкции разработки.

Общие сведения

Структура будущей машины БЭСМ-6 предполагалась разработчиками на базе реализации двух основных принципов – принципа конвейера команд (называвшегося в рабочих материалах «водопроводом») и принципа специализации, обеспечивавшего высокую эффективность при выполнении аппаратных или программных функций.

Главным конструктором БЭСМ-6 был академик С. А. Лебедев. В работе ему помогали заместители главного конструктора – В. А. Мельников, Л. Н. Королёв, В. С. Петров, Л. А. Теплицкий. Основными разработчиками БЭСМ-6 являлись А. А. Соколов, В. Н. Лаут, М. В. Тяпкин, В. Л. Ли, Л. А. Зак, В. И. Смирнов, А. С. Фёдоров, О. К. Щербаков, А. В. Аваев, В. Я. Алексеев, О. А. Большаков, В. Ф. Жиров, В. А. Жуковский, Ю. И. Митропольский, Ю. Н. Знаменский, В. С. Чехлов и др. Ведущие разработчики программного обеспечения – В. П. Иванников, А. Н. Томилин, Д. Б. Подшивалов, М. Г. Чайковский, В. Ф. Тюрин, Э. З. Любимский, В. С. Штаркман, Н. Н. Говорун, В. П. Шириков, И. Н. Силин, В. М. Курочкин, Ю. М. Баяковский и др.

Немаловажную роль в успешной разработке и создании БЭСМ-6 сыграли организации-разработчики – Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР (ИТМиВТ, ныне Институт точной механики и вычислительной техники имени С. А. Лебедева РАН) и Московский завод счётно-аналитических машин (САМ).

Первый макетный образец БЭСМ-6 был собран в 1964 г. Он имел всего один «куб» ферритовой памяти, в логических элементах использовались медленные транзисторы, но его отладка и прогон тестовых программ подтвердили правильность основных решений и помогли выявить слабые места проекта.

В 1966 г. в основном был отлажен опытный образец машины, имевший оперативную память половинной ёмкости (4 «куба» вместо 8), но выполненный на современных транзисторах и диодах и работающий на проектной частоте синхронизации.

Осенью 1966 г. на нём были проведены заводские испытания, а в мае 1967 г. завершились государственные испытания БЭСМ-6.

Изготовителем машин БЭСМ-6 был определён САМ, который наладил их серийный выпуск.

Серийный выпуск БЭСМ-6 был начат в 1968 г. За годы серийного производства было выпущено 355 машин БЭСМ-6.

Производство машин БЭСМ-6 было прекращено в 1987 г., однако отдельные машины ещё долгие годы продолжали работать в различных организациях и институтах.

Основные технические характеристики БЭСМ-6:

• Производительность – до 1 млн одноадресных команд в секунду (1 мегафлопс).

• Длина слова – 48 двоичных разрядов и 2 контрольных разряда.

• Представление чисел – с плавающей запятой.

• Занимаемая площадь – 150–200 м².

Дальнейшее развитие линии БЭСМ-6 и модификации

Кроме универсальной машины БЭСМ-6, в 1970-х гг. ИТМиВТ были разработаны ЭВМ специального применения общим объемом выпуска до 200 шт.

В 1975 г. была завершена разработка системы обработки данных АС-6 для повышения эффективности взаимодействия различных устройств и каналов связи с БЭСМ-6. Название система получила по первой поставленной перед разработчиками задаче – создание аппаратуры сопряжения для БЭСМ-6.

Продолжение работ в направлении создания высокопроизводительных вычислительных систем было осуществлено под руководством заместителя главного конструктора БЭСМ-6 и главного конструктора АС-6 В. А. Мельникова. В соответствии с совместным решением Министерства электронной промышленности СССР и Академии наук СССР в 1978 г. была поставлена задача создания системы с предельной производительностью на основе проведения широкого фронта исследований по микроэлектронике, оптоэлектронике и др. Разработка суперкомпьютерной системы «Электроника СС БИС-1» базировалась на том научном багаже, который был накоплен при создании БЭСМ-6 и АС-6. Для достижения производительности на два порядка величины большей, чем в этих машинах, было необходимо освоение нового технологического уровня и разработка соответствующей ему архитектуры.

В 1991 г. были проведены испытания системы «Электроника СС БИС-1», изготовлены и налажены 4 образца, началась их установка у заказчиков. В том же году был разработан проект системы «Электроника СС БИС-2», направленный на создание многопроцессорной системы с производительностью до 10 гигафлопс. В 1993 г. было принято решение о полном прекращении работ по данным проектам.

Особенности архитектуры и технических решений

Математическое моделирование макета БЭСМ-6 выполнялось на ЭВМ БЭСМ-2, и параллельно создавался макет аппаратуры. Использовались как модель на уровне информационных потоков (С. А. Лебедев), так и полная тактовая модель (такт составлял 100 нс) (А. Н. Томилин), которые показали аналогичные характеристики. Такое моделирование «ЭВМ посредством ЭВМ» (по выражению С. А. Лебедева) проводилось впервые. В результате моделирования структура вычислительной системы была существенно переработана. В дальнейшем опыт такого моделирования успешно использовался в процессе проектирования АС-6 и «Электроника СС БИС-1».

Элементная база БЭСМ-6 была построена на основе диодных логических схем и усилителей на переключателях тока с подвешенным источником питания, чем удалось достичь высокой скорости переключения и очень высокой нагрузочной способности как по входу, так и по выходу. Диодные и усилительные схемы размещались в специальных блоках, которые, в свою очередь, устанавливались в стойку с двух сторон. Внутри этого объёма между диодными и усилительными блоками выполнялся монтаж. Такая конструкция обеспечивала компактное размещение блоков и сокращение длин связей. Наличие специальных блоков с вынесенными эмиттерными повторителями позволяло к выходу одного усилителя подключать более 50 вентилей и таким образом управлять целым регистром. Параметры конструкции стоек были согласованы с форматом данных (длина слова – 50 разрядов), с числом регистров в арифметическом устройстве и с объемом регистровой памяти. Размеры стоек обеспечивали передачу сигналов в стойке в пределах одного полутакта, составлявшего 50 нс.

Система синхронизации в БЭСМ-6 обеспечивала возможность функционирования конвейера на тактовой частоте, что было использовано в большинстве схем, в частности в арифметическом устройстве и в устройстве управления. Цикл работы устройства управления был равен трём тактам, что соответствовало максимальному темпу поступления команд. В арифметическом устройстве использовался асинхронный конвейер, темп получения результатов зависел от типа операции и от операндов. Средний темп составлял 10 тактов, что соответствует производительности 1 мегафлопс.

Для согласования пропускных способностей процессора и оперативной памяти применялось расслоение памяти – 8 параллельно работающих блоков, каждый с циклом 2 мкс. Для исключения потерь при обращении к памяти применялась неадресуемая буферная память. Особенностью этой памяти являлась параллельная работа трёх специализированных групп регистров – для хранения команд (БРС – быстрые регистры слов), для чисел, считанных из памяти (БРЧ – быстрые регистры чисел), и для записи результатов операций (БРЗ – быстрые регистры записи). Второй особенностью этой промежуточной памяти являлась возможность повторного считывания команд и промежуточных результатов не из оперативной памяти, а непосредственно с БРС и БРЗ. Для этого вместе с основным содержимым в этих регистрах запоминались адреса слов и имелась схема с ассоциативным поиском, обеспечивавшая считывание из регистра при совпадении адреса обращения к памяти с одним из адресов в ассоциативной памяти. По сути это уже была кэш-память, реализованная на 10 лет раньше, чем в модели 85 системы IBM/360 (США). Однако по технологическим причинам объем этой памяти был невелик – по 4 слова в БРС и БРЧ, 8 – в БРЗ, а строка кэш-памяти состояла из одного слова.

К особенностям системы команд БЭСМ-6 следует отнести одноадресную структуру команды, наличие операций с плавающей запятой (см. Компьютерная арифметика), индекс-регистров для модификации адресов, двух форматов команд в зависимости от длины адреса.

Важной особенностью БЭСМ-6 явились аппаратные и программные средства для обеспечения мультипрограммного режима, к которым относятся виртуальная адресация памяти со страничной организацией, система прерывания, наличие нескольких режимов выполнения команд в процессоре и соответствующие программы операционной системы. Высокая скорость преобразования виртуальных адресов обеспечивалась размещением в ассоциативной регистровой памяти таблицы их соответствия физическим адресам. Сигналы прерывания поступали на программно маскируемый регистр, при наличии хотя бы одного разрешённого сигнала процессор переходил на программу прерывания. С целью экономии оборудования остальные функции, связанные с прерыванием, осуществлялись программами операционной системы.

При реализации подсистемы ввода-вывода в БЭСМ-6 была решена задача обеспечения высокой пропускной способности при обмене с устройствами памяти на внешних магнитных носителях и обслуживания достаточного числа электромеханических устройств ввода-вывода. В БЭСМ-6 было реализовано 7 быстрых направлений обмена (в современных терминах – 7 селекторных каналов) и набор медленных направлений обмена, аппаратура для которых ограничивалась минимальным набором согласующих элементов и схем связи этих элементов с процессором. Функционирование медленных направлений (вместе образующих мультиплексный канал) обеспечивалось программами операционной системы работы с каждым конкретным типом устройства. Для выполнения обмена по быстрым направлениям процессор должен был выдать управляющее слово обмена, содержащее указание области оперативной памяти для считывания или записи данных, и запустить обмен, который далее выполнялся параллельно с работой процессора. После окончания обмена заданным массивом данных формировался соответствующий сигнал прерывания.

При разработке БЭСМ-6 была создана оригинальная система представления схемной документации и связанная с ней методология проектирования. Она была основана на формульном описании логических схем и системе бланков, в которых содержалась информация о логической схеме блока и адресов его соединений с другими блоками. Благодаря использованию этой системы резко сократился объем рутинной работы по графическому представлению схем, которую ранее выполнял разработчик.

Разработка аппаратуры машины велась в тесном контакте с программистами, которыми были предложены также некоторые особенности архитектуры.

По уровню производительности и степени согласования аппаратных средств с архитектурой, а архитектуры – с алгоритмами научно-технических задач БЭСМ-6 может быть отнесена к классу супер-ЭВМ, хотя в 1960-х гг. дифференциация вычислительных машин не достигла той степени, при которой выделился этот класс машин.

Элементная база устройств и блоков

Элементная база цифровых устройств этих ЭВМ основывалась на следующем поколении транзисторов, обладавших достаточно высоким быстродействием (частота усиления выше 100 МГц), и маломощных точечных диодах, имеющих очень малую для того времени проходную ёмкость и малое время восстановления обратного сопротивления. Эти полупроводниковые компоненты позволили разработчикам ЭВМ второго поколения в различных организациях создать вычислительные комплексы на 1–2 порядка более быстродействующие по сравнению с ламповыми ЭВМ.

Применённые транзисторы, имея высокое быстродействие в режиме усиления малого сигнала, резко теряли свою высокочастотность при переходе в ключевой режим. Это объяснялось тем, что полностью включенный транзистор переходил в т. н. режим насыщения с длительным временем выхода из него. Поэтому разработчики цифровых элементов стремились в схемах усилителей-инверторов устранять режим насыщения, сохраняя ключевые свойства схемы. Так, разработчики БЭСМ-6 применили схему токового переключателя, в дальнейшем называемую эмиттерно-связанной логикой.

Малая проходная ёмкость германиевых диодов позволила создавать многовходовые диодные матрицы для реализации сложных логических функций. Таким образом, базовый элемент для цифровых устройств состоял из диодной матрицы с большими логическими возможностями и быстродействующего усилителя-инвертора.

Поскольку разработчики БЭСМ-6 были нацелены на создание ЭВМ предельного быстродействия, в БЭСМ-6 был использован целый ряд оригинальных и достаточно рискованных решений в схемотехнике логических элементов и компоновке машины, которые включали в себя токовые переключатели, подвешенные источники питания для согласования уровней, трансформаторную систему разводки синхроимпульсов, триггеры с управляемой обратной связью, двухстороннюю относительно монтажной плоскости систему расположения модулей, позволившую существенно сократить длины связей. Всё это позволило существенно снизить величину логического перепада и добиться рекордной для данной технологии частоты синхронизации в 10 МГц.

Элементная база оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) представляла собой ферритовые сердечники (базовый компонент матриц ОЗУ), формирователи записи/чтения и усилители чтения. Все электронные узлы ОЗУ разрабатывались в ИТМиВТ на основе транзисторов малой и средней мощности.

Технология изготовления ферритовых сердечников была полностью разработана в ИТМиВТ, включая изготовление на собственном производстве необходимого количества сердечников для опытных образцов ЭВМ. В дальнейшем производство сердечников было передано на заводы – изготовители ЭВМ, а институт обеспечивал сопровождение производства и модернизацию технологии.

В БЭСМ-6 стабилизированные электронные источники питания были впервые введены в состав шкафов ЭВМ. Такое решение было определено рядом факторов:

• элементы требовали поддержания малого разброса питающих напряжений;

• в несколько десятков раз (по сравнению с ламповой схемотехникой) уменьшились питающие напряжения;

• существенный рост токов, что при длинных шинах питания могло привести к неприемлемому падению напряжения в этих шинах.

Имеющаяся к тому времени схемотехника линейных стабилизаторов имела низкий коэффициент полезного действия (порядка 30–50 %), что существенно увеличивало выделяемую мощность в шкафах ЭВМ и требовало специальных решений при разработке системы охлаждения.

Конструктивно-технологическая база

Основным модулями всех ЭВМ второго поколения (типовым элементом замены) были ячейки. Это решение нашло применение ещё при создании первых (ламповых) ЭВМ, в дальнейшем лишь немного менялись габаритные размеры, а также объём логического оборудования, определяемый степенью интеграции входящих компонентов и количеством контактов у имеющихся соединителей. Практически до появления сверхбольших интегральных схем с замкнутой логикой (типа микропроцессора) при разработке существовала простая зависимость: увеличение числа контактов соединителя позволяет квадратично увеличить объём логического оборудования, измеряемого в числе вентилей.

Большую проблему в то время составляла низкая надёжность разъёмов (соединителей). С целью повышения надёжности этих элементов для БЭСМ-6 были разработаны собственные соединители на базе контактов для ламповых панелек с обязательным золочением, что было в достаточной степени новинкой. Для специальных ЭВМ был разработан оригинальный соединитель с возможностью запайки контактов после отладки крупных блоков (основной сменный узел для диагностики неисправностей и ремонта ЭВМ), в которые вставлялись ячейки.

Соединения между компонентами обеспечивались:

• внутри ячейки с помощью однослойной печатной платы и навесных проводников;

• между ячейками и блоками с помощью одиночных проводников и шин питания, включая шины сигнальной «земли».

Система охлаждения представляла систему воздуховодов, по которым необходимое количество воздуха подавалось в шкафы. Плотность тепловыделения на единицу объёма была относительно невысокой. Компоненты имели достаточно большую поверхность, т. е. достаточно малое тепловое сопротивление, и, как правило, не требовали радиаторов. Обеспечение проектировщиками залов подачи 200–300 м³/ч воздуха на 1 кВт выделяемой мощности удовлетворительно решало все проблемы охлаждения. Необходимо отметить, что ЭВМ данного класса предназначались для эксплуатации только при комнатной температуре.

Технологической базой создаваемых ЭВМ являлись прежде всего технологии заводов – изготовителей опытных образцов (прежде всего Загорский электромеханический завод и САМ). Это были универсально оснащённые заводы, которые могли делать практически всё – от механических приборов управления зенитным огнем до сложных радиотехнических изделий.

Характерными технологиями для ЭВМ второго поколения, освоенными на заводах, были:

• двухслойные печатные платы и ручная пайка (в части монтажа);

• изготовление ферритовых сердечников и монтаж запоминающих устройств на их основе;

• изготовление магнитных барабанов;

• изготовление соединителей собственной разработки;

• контроль модулей и комплексной отладки изделий в целом.

При создании ЭВМ первого и второго поколений, к которому относится БЭСМ-6, задача обеспечения электромагнитной совместимости с окружающим оборудованием и внешней средой не ставилась. Требовалось обеспечить работоспособность при взаимодействии между внутренними сигналами и при воздействиях со стороны сети питания, которые практически не были формализованы.

Для исключения влияния искажений в сети на работу ЭВМ было принято решение подавать напряжение на ЭВМ через систему мотор – генератор. Как показали исследования последних лет, принятая при создании БЭСМ-6 система мотор – генератор защитила не только от провалов, но и от наносекундных импульсов с амплитудой до 5 кВ и микросекундных импульсов большой мощности с амплитудой до 2 кВ, о наличии которых разработчики в то время не знали.

В БЭСМ-6 была применена система монтажа с передачей сигналов по одиночным проводникам длиной до 1,5 м и с объединённым обратным проводом в виде удалённой шины питания, которая, по современным представлениям, является неработоспособной, однако на работоспособность машин БЭСМ-6 такой монтаж не оказывал заметного влияния по следующим причинам:

• длительность фронтов (30–50 нс), объясняемая достаточно большими выходными сопротивлениями усилителей, была существенно больше задержки в линии связи (5–10 нс), что исключало эффекты «длинных линий»;

• крутизна токов в проводах была заметно меньше 1 мА/нс, что даже при довольно больших паразитных индуктивностях не приводило к заметным помехам;

• принятая из общих соображений централизованная система синхронизации позволяла разнести фазу приёма сигнала на триггере от фазы помехи (естественно, со снижением частоты работы) и обеспечить работу ЭВМ практически при любой системе монтажа.

Требования к излучениям в ЭВМ второго поколения не ставились. При разработке БЭСМ-6 и её модификаций не предпринималось и специальных мер по повышению надёжности типа полномасштабного входного контроля, отбраковочных испытаний и тренировок. Это было связано с тем, что надёжность полупроводниковых компонентов увеличилась в сотни раз по сравнению с лампами, поэтому наработка на отказ в 1000 ч считалась достаточной. Ремонтопригодность БЭСМ-6 обеспечивалась продуманной и наглядной индикацией, а также высококвалифицированным обслуживающим персоналом.

Программное обеспечение

С появлением БЭСМ-6 в нашей стране широким фронтом начались работы по исследованию и разработке операционных систем, стратегий распределения ресурсов и планирования вычислений. Этому способствовало и то, что первые машины БЭСМ-6 предназначались для установки в центрах, обладавших наиболее сильными коллективами специалистов в области программирования и использования вычислительных машин: ИПМ АН СССР (ныне Институт прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН), Вычислительный центр АН СССР (ныне в составе Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН), ВЦ МГУ (ныне Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ), Объединённый институт ядерных исследований (ОИЯИ), Институт кибернетики АН УССР, СО АН СССР (ныне Сибирское отделение РАН) и др.

В ИТМиВТ группу пионеров разработки программного обеспечения возглавил Л. Н. Королёв (основные участники – В. П. Иванников и А. Н. Томилин), в ИПМ АН СССР – М. Р. Шура-Бура (основные разработчики – И. Б. Задыхайло, С. С. Камынин, Э. З. Любимский, В. С. Штаркман, позднее – В. Ф. Тюрин). Существенный вклад в развитие системных программных средств был внесён также группой из лаборатории вычислительной техники и автоматизации ОИЯИ в подмосковной Дубне под руководством Н. Н. Говоруна.

В 1967 г. в ИТМиВТ под руководством А. Н. Томилина была создана первая ОС для ЭВМ БЭСМ-6, названная позднее «Диспетчер-68». Она обеспечивала:

• мультипрограммное решение задач;

• управление одновременной работой всех каналов связи с внешними запоминающими устройствами и всех устройств ввода-вывода информации;

• совмещение вычислений во всех задачах с параллельной работой внешних запоминающих устройств и устройств ввода-вывода;

• организацию совместного динамического распределения ресурсов двухуровневой памяти (оперативной и внешней), базирующуюся на замещении страниц в оперативной памяти;

• распределение устройств между задачами;

• буферизацию ввода-вывода;

• развитую связь с оператором по управлению прохождением задач и работой устройств;

• возможность многотерминальной работы в диалоговом режиме.

Кроме этих основных функций, «Диспетчер-68» обеспечивал вызов трансляторов (компиляторов) с языков программирования и автокодов. «Диспетчер-68» явился предтечей создания будущих развитых ОС и основой последующих ОС для БЭСМ-6: ОС «Дубна» (основные разработчики – Н. Н. Говорун, И. Н. Силин) и ОС «Диспак» (основной разработчик – В. Ф. Тюрин), а также дисковой ОС, ориентированной на пакетную обработку и эксплуатируемой в дальнейшем на большинстве ЭВМ БЭСМ-6.

Существенное влияние оказал «Диспетчер-68» и на разработку в ИТМиВТ операционной системы реального времени для БЭСМ-6 ОС НД-70 («Новый диспетчер-70») с развитыми средствами организации параллельных вычислений (соподчинение задач, аппарат параллельных процессов), режимом работы в реальном времени и возможностью организации многомашинного вычислительного комплекса (руководитель разработки – В. П. Иванников).

В центрах управления полётами космических аппаратов на базе ОС НД-70 были созданы и в течение 20 лет активно использовались для обеспечения управления полётами несколько больших баллистических и телеметрических программных комплексов реального времени. Вслед за НД-70 средства организации параллельных процессов были введены в ОС «Диспак», что позволило программным комплексам реального времени базироваться и на этой ОС.

В 1967 г. коллективом программистов из ИПМ АН СССР и ряда других институтов под руководством Э. З. Любимского для БЭСМ-6 была предложена операционная система ОС ИПМ.

При разработке ОС ИПМ авторы широко использовали принятые в обществе механизмы взаимодействия для организации взаимосвязи между задачами и процессами. Все задачи рассматривались как члены коллектива, 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 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 почтовых отправлений, включая уведомление о вручении.

Каждая задача могла открывать до 8 процессов (в том числе 2 специальных высокоприоритетных процесса) для обработки сообщений и внутренних прерываний (аварийных ситуаций). Для управления процессами использовался аппарат событий, а также прямые команды открытия, закрытия, прерывания и пуска. Одни задачи могли вызывать другие, выстраивая таким образом «деревья подчинения» произвольной глубины. При вызове подчинённой задачи можно было определить режим управления, при котором главной задаче в любой момент оказывались доступны любые ресурсы подчинённой и управление её процессами, а если подчинённая задача не справлялась с обработкой своей аварийной ситуации, то главная получала соответствующее сообщение и могла предпринять необходимые действия. Эти возможности использовались при разработке таких задач-посредников, как, например, отладчик в режиме диалога.

ОС ИПМ ограниченно включала в себя систему программирования, что позволило довольно легко обеспечить такие свойства, как шаговая (англ. incremental) трансляция и отладка в терминах языка. Большинство трансляторов были написаны на языке АЛМО (аналог языка C) и использовали его в качестве выходного языка. Это позволило сначала отладить их на ЭВМ М-220, а в 1969 г. – перенести на БЭСМ-6 в среду ОС ИПМ, что избавило разработчиков трансляторов и операционной среды от многих излишних взаимных претензий. Достаточно устойчивая производственная версия ОС ИПМ начала функционировать в 1970 г.

Мониторная система «Дубна» для БЭСМ-6 была создана в 1970 г. коллективом сотрудников ОИЯИ с участием специалистов из Института атомной энергии имени И. В. Курчатова (ныне НИЦ «Курчатовский институт») и стран – участниц ОИЯИ (ГДР, ВНР, КНДР). В дальнейшем развитии системы приняли участие также сотрудники Института кибернетики АН УССР и других организаций. Система обеспечивала управление заданиями, создание и использование многоуровневых библиотек программ. В систему входила библиотека программ общего назначения, совместимая с библиотекой Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN). Мониторная система «Дубна» использовалась как с собственной ОС «Дубна» (с эффективными алгоритмами замещения страниц оперативной памяти, динамической сменой приоритетов задач, развитым аппаратом служебных задач и нерезидентных блоков), так и с другими ОС для БЭСМ-6.

В мониторную систему «Дубна» входили следующие компоненты:

• транслятор (ассемблер) с автокода Madlen на язык загрузки;

• транслятор с языка Fortran на язык загрузки;

• статический и динамический загрузчики;

• библиотекарь и общие библиотеки стандартных программ;

• редактор текстовой информации;

• системные программы ввода-вывода.

В дальнейшем в состав мониторной системы были включены другие трансляторы и системы, в частности:

• Алгол-ГДР;

• Фортран-ГДР;

• Форекс – оптимизирующий транслятор с языка, близкого к Fortran 77;

• транслятор с языка Pascal;

• Графор – пакет графических программ;

• Поплан – транслятор с языка РОР-2.

Проводились также исследования и разработки диалоговых систем, связанных в основном с ЭВМ БЭСМ-6 (системы ПУЛЬТ, ДИМОН, МУЛЬТИДОСТУП и др., которые предоставляли пользователям возможности редактирования текстов программ и запуска задач в пакетную обработку).

При разработке системы обработки данных АС-6 впервые была создана распределённая ОС многомашинного комплекса, обеспечивавшая сетевое взаимодействие вычислительных процессов в ЭВМ комплекса, а также их взаимодействие 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», предназначенного для обработки в режиме реального времени больших потоков информации о полётах космических аппаратов.

Эти разработки, в особенности для ЭВМ БЭСМ-6, которая более 10 лет оставалась самой высокопроизводительной машиной в стране, во многом определили дальнейшие направления и характер исследований в отечественном системном программировании.

Иностранные аналогичные разработки и их отличия от БЭСМ-6

Разработка вычислительных машин высокой производительности в конце 1950-х – начале 1960-х гг. активно велась в США, где первым американским коммерчески успешным полупроводниковым компьютером можно считать CDC 1604, разработанный С. Креем.

Несмотря на то что ряд технических характеристик [число двоичных разрядов для представления числа (48), разрядность адреса (15), число регистров общего назначения (1) и т. п.] БЭСМ-6 и СВС 1604 совпадают, а также то, что разработчикам, адаптировавшим транслятор языка Fortran для БЭСМ-6, была поставлена задача обеспечения полной совместимости с CDC 1604, американская машина не являлась прототипом или аналогом отечественной разработки. БЭСМ-6 общепризнана отечественной оригинальной разработкой, имевшей собственный, отличный от CDC 1604, набор и формат команд и не использовавшей целочисленную арифметику. В отличие от CDC, БЭСМ-6 имела виртуальную память, режимы пользователя и супервизора, механизмы защиты памяти, кэш-память и многие другие преимущества.

Сравнимой с БЭСМ-6 производительностью в 1 млн операций с плавающей запятой в секунду обладал лишь знаменитый CDC 6600 Крея, построенный в 1964 г.

Количество произведённых БЭСМ-6 за почти 20 лет её выпуска (355 штук за 1968–1987) в сравнении с объёмами производства CDC 6600 за 5 лет его выпуска (100 штук за 1964–1969) показывает, что количество произведённых CDC 6600 и БЭСМ-6 в расчете на пятилетний период практически одинаково.

Итоги разработки

В ИТМиВТ и других институтах период создания ЭВМ второго поколения характеризовался бурным всплеском изобретательности во всех направлениях и в конструктивно-технологической базе в частности. Практически все принципиальные решения несли полную новизну (освоение полупроводников, ОЗУ структуры 3D, соединители, конструктивные решения и т. д.). Возраст основных разработчиков был в диапазоне 25–35 лет, но для многих это был уже второй или даже третий проект в их жизни, и опыт предыдущих проектов, а главное, опыт их испытаний определяли многие решения. Стояла необходимость анализа влияния каждого компонента в схеме, возможность оперативно заменить любой компонент. Так было воспитано поколение электронщиков, которое внесло большой вклад при реализации следующих поколений ЭВМ в областях технической политики, конструктивных решений, методов тестирования и испытаний.

При создании ЭВМ на дискретных полупроводниках сформировались новые методы исследований, проектирования и испытаний ЭВМ новых поколений. В ИТМиВТ различные группы и подразделения работали над следующими направлениями:

• исследования и разработка элементов цифровой логики на полупроводниковых дискретных транзисторах и диодах;

• исследования и разработка элементов управления ферритовой памятью и накопителями на магнитных носителях (магнитные барабан и лента);

• исследования и разработка технологии изготовления магнитных элементов (ферритовые кольцевые сердечники, многоотверстные ферритовые элементы, магнитоплёночные элементы);

• разработка ОЗУ на ферритовых сердечниках;

• разработка электронных стабилизированных источников питания;

• разработка для ЭВМ специальных соединителей;

• исследования технологии и схемотехники гибридных микросхем;

• исследования возможностей построения цифровых элементов на туннельных диодах;

• исследования возможностей построения цифровых элементов на криотронах (элементы на сверхпроводниках);

• исследования возможностей построения цифровых элементов на компонентах СВЧ-техники;

• освоение технологии печатных плат.

Результаты части проводимых работ были использованы при создании ЭВМ второго поколения, часть послужила базой при разработке ЭВМ третьего поколения на интегральных схемах, часть показала невозможность создания в 1960-е гг. цифровых элементов на исследуемых физических принципах (туннельные диоды, криотроны, СВЧ-элементы).

При создании БЭСМ-6 была использована совершенно новая методика описания логических схем – вместо электрической схемы использовались уравнения булевой алгебры. Это резко повысило наглядность и логичность документации для наладчиков и эксплуатационников. С 1990-х гг. практически все разработчики логики БИС в мире используют систему описания логики Verilog, которая является естественным развитием данной методики.

Важный вклад был внесён в методы исследования схемотехники транзисторных элементов, поскольку до начала применения в разработке ЭВМ транзисторы описывались в параметрах четырехполюсников, принятых для анализа усилителей малого сигнала и не имеющих отношения к переключательным режимам цифровых элементов. В результате вести какие-либо расчёты усилителей в ключевом режиме практически не представлялось возможным. Б. Н. Файзулаевым (НИИ «Квант», потом Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники) было введено понятие импульсных параметров транзистора, имеющих наглядную физическую природу (сопротивление коллектора, сопротивление базы, ёмкость «коллектор-база», ёмкость «эмиттер-база» и т. д.).

При создании ЭВМ второго поколения при отработке опытных образцов возникало значительное число проблем и были найдены пути их решения.

Были выявлены дефекты изготовления точечных диодов, соответствовавших действующим техническим условиям, но не работавших в составе ЭВМ, определены и изучены особенности разработки и производства ОЗУ на ферритовых сердечниках, выявлена и устранена паразитная генерация в усилителях считывания ОЗУ на ферритах.

В целом можно сказать, что ИТМиВТ, создав на базе появившейся тогда технологии предельные по производительности универсальную ЭВМ БЭСМ-6 и ЭВМ специального применения, обеспечил решение стратегических задач как в области научных исследований, так и в области создания систем вооружения.

За разработку и организацию серийного производства БЭСМ-6 в 1969 г. С. А. Лебедеву, В. А. Мельникову, Л. Н. Королёву, А. А. Соколову, В. Н. Лауту, М. В. Тяпкину, Л. А. Заку, В. И. Смирнову, А. Н. Томилину, В. И. Семешкину, В. А. Иванову была присуждена Государственная премия СССР.

Были получены патент на ЭВМ БЭСМ-6, патенты на отдельные составляющие БЭСМ-6, сделано большое количество публикаций. Несколько экземпляров БЭСМ-6 были установлены за рубежом.

БЭСМ-6, обладавшая необходимыми аппаратными возможностями для организации мультипрограммирования, режима разделения времени, предоставляла возможность реализации многих созревших ко времени её создания идей. За период использования БЭСМ-6 был накоплен большой фонд программ пользователей, с помощью которых были решены задачи наиболее важных направлений научно-технического прогресса.