Система малых ЭВМ
Систе́ма ма́лых ЭВМ (СМ ЭВМ), семейство управляющих электронно-вычислительных машин, созданных в 1970–1990 гг.
Общие сведения
В 1974 г. решением Межправительственной комиссии по сотрудничеству социалистических стран в области вычислительной техники Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ, ныне носит имя И. С. Брука) был определён головной организацией по созданию СМ ЭВМ, а директор ИНЭУМ Б. Н. Наумов назначен генеральным конструктором СМ ЭВМ. В 1983 г. Б. Н. Наумов возглавил созданный на базе части подразделений ИНЭУМ Институт проблем информатики АН СССР (ныне в составе Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН). С 1984 г. директором ИНЭУМ и генеральным конструктором СМ ЭВМ стал Н. Л. Прохоров. Комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке СМ ЭВМ выполнялся более чем 30 институтами и предприятиями СССР, Болгарии, Венгрии, ГДР, Кубы, Польши, Румынии и Чехословакии.
СМ ЭВМ включала в себя набор базовых моделей микро- и мини-ЭВМ: базовый ряд процессоров различной производительности и устройств оперативной памяти; широкую номенклатуру устройств ввода-вывода информации, внешней памяти, отображения информации, связи с объектом, внутримашинной и межмашинной связи.
СМ ЭВМ была предназначена для построения:
управляющих вычислительных комплексов, используемых в системах управления промышленными технологическими процессами и агрегатами,
измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) и проблемно-ориентированных комплексов (ПОК) , используемых в системах автоматизации проектирования (САПР) и для автоматизации научных исследований,
комплексов сбора и обработки данных в системах управления объектами промышленной сферы, а также для выполнения небольших по объёму коммерческих и инженерных расчётов.
В 1974–1990 гг. по разработкам ИНЭУМ было выпущено более 60 тыс. вычислительных и управляющих комплексов СМ ЭВМ, а также измерительно-вычислительных комплексов и автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе СМ ЭВМ.
Особенности архитектуры и технических решений построения СМ ЭВМ
Разработка СМ ЭВМ выполнялась по двум архитектурным линиям.
Первая архитектурная линия включала широкую номенклатуру управляющих вычислительных комплексов на базе микро-ЭВМ семейства СМ 1800, построенных по магистрально-модульному принципу (Н. Л. Прохоров, А. Н. Шкамарда, Н. Д. Кабанов, А. Я. Соколов, В. И. Глухов, Ю. В. Нифонтов, В. С. Кравченко, И. И. Бабанов). Первые модели этой линии представляли собой 8-разрядные микро-ЭВМ (микропроцессор КР580), построенные по магистрально-модульному принципу с внутренним интерфейсом И41 (Multibus). В 1987 г. завершена разработка и начат серийный выпуск первой 16-разрядной модели этого семейства – СМ 1810 (микропроцессор К1810ВМ86). В СМ 1810 также использовался интерфейс И41, что позволило использовать в её составе периферийные модули и устройства, разработанные для СМ 1800. Было разработано 6 модификаций СМ 1810 общего применения и 4 модификации для работы в промышленных условиях (СМ 1814). В 1990 г. завершена разработка 32-разрядного вычислительного комплекса СМ 1820 на базе микропроцессора Intel 80386. Всего в 1977–1990 гг. было разработано и выпускалось 26 модификаций семейства СМ 1800. В составе этой линии СМ ЭВМ была разработана широкая номенклатура внешних устройств, устройств связи с объектом, сетевых средств, адаптеров различных интерфейсов (C2, RS422, ИЛПС, BITBUS, ИРПР и др.).
Во всех разработках семейства СМ 1800 был принят и реализован принцип магистрально-модульной архитектуры, что позволило обеспечить практически непрерывно процесс эволюционного развития всех модулей семейства как в части повышения производительности, так и в части соответствия функциональным требованиям области применения. Достаточно широкая номенклатура серийно-выпускаемых технических и программных средств семейства СМ 1800 позволяла использовать его в таких областях, как автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), гибкие производственные системы (ГПС), системы обработки экономической и текстовой информации и др. Серийное производство микро-ЭВМ семейства СМ 1800 осуществлялось Киевским ПО «Электронмаш», ПО «Орловский завод УВМ имени К. Н. Руднева» и Тбилисским ПО «Элва».
Системный блок мини-ЭВМ СМ 1700.01. 1987.Вторая архитектурная линия СМ ЭВМ была представлена рядом программно совместимых моделей мини-ЭВМ разной производительности. Младшие модели этой линии включали 16-разрядные ЭВМ (СМ 3, СМ 4, СМ 1300, СМ 1420) на базе системного интерфейса «Общая шина» (ОШ; А. Н. Кабалевский, В. П. Сёмик, Ю. Н. Глухов, Б. Я. Фельдман). Развитием СМ 1420 являлся вычислительный комплекс СМ 1425, в котором был применён 22-разрядный магистральный параллельный системный интерфейс (МПИ) и который имел более развитые архитектурные возможности (Л. М. Плахов, Г. А. Егоров, В. С. Громов, В. И. Панфёров). Особое место в этой архитектурной линии занимали 32-разрядные мини-ЭВМ семейства СМ 1700 с интерфейсом ОШ и СМ 1702 с интерфейсом МПИ.
Архитектура этого семейства обеспечивала поддержку виртуальной памяти, программную и аппаратную совместимость с 16-разрядными моделями мини-ЭВМ, а также развитую систему диагностирования (Н. Л. Прохоров, В. В. Родионов, В. И. Фролов, Г. А. Егоров, Л. М. Плахов, М. А. Островский).
Все модели второй архитектурной линии серийно изготовлялись на заводах ПО «Электронмаш» (Киев), заводе «Энергоприбор» (Москва) и ЛПО «Сигма» (Вильнюс), которые принимали непосредственное участие и во всех стадиях разработки.
Тем самым обеспечивалось использование СМ ЭВМ в различных областях применения:
автоматизация научных исследований;
управление технологическими процессами;
системы распределённой обработки данных;
системы сбора и обработки данных и др.
Конструктивно-технологическая база СМ ЭВМ
С середины 1970-х гг. 2 международные системы – ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ – в совокупности, дополняя друг друга, стали технической базой автоматизации управления и обработки информации во всех сферах народного хозяйства стран СЭВ, участвовавших в соглашении по сотрудничеству в области вычислительной техники. Авторитет и роль ИНЭУМ как головной организации по созданию СМ ЭВМ, в котором участвовали несколько десятков организаций и предприятий сотрудничавших стран, были поддержаны опытом и квалификацией инженерной школы малых ЭВМ И. С. Брука и школы построения систем, машин и агрегатных комплексов, формировавшейся под руководством Б. Н. Наумова. Б. Н. Наумов, как генеральный конструктор СМ ЭВМ, провёл последовательную линию на принятие международных стандартов на интерфейсы аппаратуры и системы программирования СМ ЭВМ, конструктивы, определяющие типоразмеры печатных плат, панелей и стоек, и другие нормативы, обеспечивавшие сопряжение устройств разных изготовителей в составе комплекса.
При разработке СМ ЭВМ были приняты несколько общих принципов, среди которых в качестве важнейших следует отметить:
обеспечение преемственности с выпускавшимися ранее ЭВМ и моделями АСВТ-М: М-400 (СМ 3, СМ 4, СМ 1300, СМ 1420), М-5000 (СМ 1600), М-6000/М-7000 (СМ 1, СМ 2, СМ 1210, СМ 1634), «МИР» (СМ 1410);
построение систем с разделением функций, использующих универсальные и специализированные процессоры СМ ЭВМ;
широкое применение микропрограммного управления для реализации основных функций процессоров и контроллеров;
применение программируемых контроллеров периферийного оборудования;
общую для ряда моделей номенклатуру периферийного оборудования за счёт стандартных интерфейсов периферийных устройств;
развитую номенклатуру адаптеров передачи данных для сопряжения СМ ЭВМ с линиями связи в соответствии с международными стандартами;
средства сопряжения СМ ЭВМ с ЕС ЭВМ в гетерогенных системах (например, эмуляция терминалов ЕС ЭВМ на СМ ЭВМ и др.);
построение проблемно-ориентированных комплексов, выпускаемых промышленностью на базе моделей СМ ЭВМ: ИВК с аппаратурой КАМАК (англ. CAMAC – Computer Automated Measurement and Control) или АСЭТ (Агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации, созданной Минприбором СССР), автоматизированные рабочие места для САПР в машиностроении, радиоэлектронике и строительстве и др.;
единые для всех средств СМ ЭВМ конструктивы, соответствующие стандартам Международной электротехнической комиссии (англ. International Electrotechnical Commission – IEC).
Программное обеспечение СМ ЭВМ
Основные разработчики программного обеспечения СМ ЭВМ: И. Я. Ландау, В. П. Сёмик, Г. А. Егоров, Г. П. Васильев, Г. П. Остапенко, Г. Я. Илюшин, Г. В. Вигдорчик, Л. Н. Столяр, В. Д. Праченко, М. Н. Беляков, М. Б. Немировский, Л. Ф. Штильман.
Системное программное обеспечение семейства СМ 1800 включало в себя инструментальные операционные системы (ДОС 1810, БОС 1810), исполнительные операционные системы реального времени (ОС СФП, БОС 1810), операционные системы общего назначения (Микрос-86, Демос, МДОС).
Программное обеспечение СМ ЭВМ второй архитектурной линии было представлено широким набором операционных систем и их окружением, включая системы программирования, сетевое программное обеспечение для создания локальных и распределённых сетей ЭВМ, системы управления базами данных, диагностические и тестовые системы, базовое программное обеспечение АРМ, пакеты прикладных программ различного назначения.
Итоги разработки
Появление СМ ЭВМ позволило принципиально повысить эффективность и массовость применений автоматизированных рабочих мест в САПР. Возможности универсального, базового графического и прикладного программного обеспечения, систем управления базами данных сделали реальностью диалоговый режим проектирования, получение результатов проектирования в удобной форме, возможность ввода, редактирования и вывода графических изображений, схем и чертежей. В состав АРМ входили периферийные графические устройства, разрабатываемые по поручениям ВПК предприятиями Минрадиопром, Минавиапром, Миноборонпром, Минсредмаш СССР и ряда других ведомств для применения в областях радиоэлектроники (АРМ-Р), машиностроения (АРМ-М), строительства (АРМ-С), экономики (АРМ-Э) и др.
Реализованный принцип программно-аппаратной совместимости всех средств СМ ЭВМ обеспечил безболезненное для пользователей и последовательное наращивание производительности АРМ включением в его состав разрабатываемых процессоров СМ 3, СМ 4, СМ 1420, СМ 1700 и графических векторных и цветных растровых дисплеев ЭПГ-СМ и ЭПГ-3 (В. И. Фукс).
Большое место в номенклатуре СМ ЭВМ занимали контроллеры и периферийные устройства, а также спецпроцессоры, обеспечивающие значительное повышение производительности ЭВМ для конкретного класса решаемых задач. Здесь прежде всего необходимо отметить спецпроцессор для быстрых преобразований Фурье (СПФ СМ), разработанный совместно с Институтом радиотехники и электроники АН СССР (ИРЭ АН СССР, ныне Институт радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН) и использовавшийся для обработки радиолокационных изображений поверхности планеты Венера (Б. Я. Фельдман). Для этого крупномасштабного исследования, проведённого АН СССР под руководством академика В. А. Котельникова, требовались вычислительные мощности, эквивалентные супер-ЭВМ, которыми ИРЭ АН СССР не располагал. Задачу удалось решить с помощью мини-ЭВМ, расширенной спецпроцессором Фурье. Отдельно необходимо отметить процессор логического моделирования, который являлся специализированным вычислителем для ускоренного моделирования цифровых схем (Б. Г. Сергеев). Область применения этого спецпроцессора – системы автоматизированного проектирования сверхбольших интегральных схем (СБИС). Оригинальная потоковая (конвейерная) архитектура спецпроцессора обеспечивала ускорение моделирования по сравнению с ЭВМ общего назначения в среднем в 1000 раз. Значительные результаты были достигнуты в работах по созданию запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах, проводимых под руководством В. К. Раева. Результаты этих работ оказали существенное влияние на развитие в стране фундаментальной науки о микроструктуре доменных границ и диверсифицированной технологии создания накопителей информации на магнитных доменах микронных и субмикронных размеров. Гибкость и модульность средств СМ ЭВМ, наличие развитых средств сопряжения между ЭВМ и экспериментом в стандарте КАМАК или АСЭТ, наличие проблемноориентированных системных и прикладных программных средств СМ ЭВМ обеспечили широкое использование ИВК в системах автоматизации научных исследований, в первую очередь в институтах АН СССР.
За создание СМ ЭВМ генеральный конструктор Б. Н. Наумов удостоен Государственной премии СССР в области науки и техники (1981) .
За разработку систем управления в авиационной промышленности на основе СМ 1810 Н. Д. Кабанов, Н. Л. Прохоров и А. Н. Шкамарда были удостоены премии Совета Министров СССР.
Индустрия СМ ЭВМ включала в себя развитую по всей стране инфраструктуру технического обслуживания и обучения. Средства СМ ЭВМ явились массовой школой для десятков тысяч специалистов, которые приобщились к миру компьютерных технологий.