Отечественные ЭВМ

На первый взгляд может показаться, что вычислительная техника разрабатывалась только в США. Но это не так. Действительно, новая научная область требовала больших финансовых вложений, что было не под силу послевоенной Европе, ставшей основным плацдармом Второй мировой войны. Одной из немногих стран, которая, несмотря ни на что, стала участником гонки в компьютеростроении, являлся СССР.

В 1948 г. академик Сергей Алексеевич Лебедев (1902-1974), пионер отечественного производства компьютеров, начал строительство первой советской (и европейской) ЭВМ – малой электронной счетной машины (МЭСМ). Работы по ее созданию носили исследовательский, экспериментальный характер. В 1950 г. в Институте электромеханики Академии наук Украины МЭСМ ввели в эксплуатацию. В 1952-1953 гг. она оставалась практически единственной регулярно эксплуатируемой ЭВМ в Европе.

Основные параметры машины: быстродействие – 50 операций в секунду; в памяти можно было хранить 31 16-разрядное число и 63 команды длиной 20 бит; площадь помещения, занимаемого машиной, - 60 м^2; потребляемая мощность – 25 кВт. Только в ОЗУ использовалось 2,5 тыс. триодов и 1,5 тыс. диодов. Для расширения маленькой памяти можно было дополнительно использовать магнитный барабан емкостью 5 тыс. слов (по 16 бит). Машина имела сменное так называемое долговременное запоминающее устройство (позже названное ПЗУ) для хранения числовых констант и часто выполняемых команд.

Конечно, машина, по современным меркам, работала медленно, но основные принципы ее построения (Лебедев предложил их независимо от проводимых в США разработок) использовались при проектировании других ЭВМ. МЭСМ фактически явилась моделью БЭСМ – большой электронной счетной машины. Обе машины (МЭСМ и БЭСМ) были изготовлены в единичном экземпляре.

Практически весь коллектив сотрудников, создавших МЭСМ, стал ядром Вычислительного центра АН УССР, организованного на базу лаборатории С. А. Лебедева.

Работа над БЭСМ в Вычислительном центре закончилась в 1952 г., и через год в АН СССР она уже вошла в строй. БЭСМ по праву признана лучшей европейской ЭВМ 50-х гг. XX в. Машина обрабатывала 39-разрядные слова со средней скоростью 10 тыс. операций в секунду. В качестве внешних запоминающих устройств БЭСМ использовала два магнитных барабана по 5120 символов в каждом. Скорость считывания с барабана составляла 800 слов в минуту. К машине также подключались магнитные ленты общей емкостью 120 тыс. слов.

БЭСМ положила начало целой серии цифровых вычислительных машин. Ртутные линии задержки, используемые в качестве элементов оперативной памяти, в 1954 г. были заменены на запоминающие электронно-лучевые трубки. А через два года их сменили ферритовые сердечники объемом 1024 39-разрядных слова. В таком виде машина известна как БЭСМ-1. На ней решались разнообразные задачи, например, подсчитывались орбиты движения 700 малых планет Солнечной системы.

Для промышленного изготовления конструкцию машины переделали, и в 1958 г. начался серийный выпуск ламповой машины БЭСМ-2. Ее потребляемая мощность составляла 75 кВт.

В 1964 и 1966 гг. появились новые машины этого ряда – БЭСМ-3М и БЭСМ-4. В отличие от своих предшественниц, они собирались из полупроводниковых элементов. Машина БЭСМ-4 имела память 2*4096 45-разрядных слов, четыре магнитных барабана объемом 16,384 тыс. слов и потребляла всего 8 кВт мощности.

В 1967 г. для задач, требующих множества сложных вычислений, была создана полупроводниковая машина БЭСМ-6 со средним быстродействием 1 млн операций в секунду. По сравнению с БЭСМ-4 память возросла в 8 раз (разрядов было 48, а не 45), а магнитных барабанов стало 16 по 32 тыс. слов в каждом.

В БЭСМ-6 отразились все передовые тенденции развития вычислительной техники того времени: мультипрограммный режим, аппаратная система прерывания, схема «защиты памяти» и автоматического присвоения адресов (т.е. фактически диспетчер задач). Любая часть памяти могла использоваться в качестве стека. Центральный процессор использовал одноадресную систему команд и 16 быстродействующих регистров.

Для программирования применялись языки FORTRAN и Algol. Машина оказалась настолько удачна и надежна, что эксплуатировалась до 90-х гг. Редкий современный компьютер похвастает подобным долголетием!

Под руководством С. А. Лебедева в 1958 г. в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР создали ЭВМ М20. Она стала родоначальницей семейства машин М220 и М222. Среднее быстродействие М20 было 20 тыс. операций в секунду. Память объемом 4096 45-разрядных слов выполнена на ферритовых сердечниках. Три магнитных барабана запоминали более 12 тыс. слов. Ввод происходил с перфокарт, вывод – на печатающее устройство. Машина была построена по блочному принципу, что упрощало ремонт. В ней использовалось 4,5 тыс. электронных ламп и 3,5 тыс. полупроводниковых диодов.

В 1957 г. в Пензе была создана одноадресная ламповая ЭВМ «Урал-1». Хотя машина отличалась большими размерами, по производительности ее отнесли к малым. Можно считать, что с «Урал-1» началась история малых ЭВМ. При малом быстродействии (100 операций в секунду) машина не нуждалась в быстром запоминающем устройстве, поэтому в качестве основной памяти использовался магнитный барабан объемом 1024 36-битных слова, который впоследствии заменили на ферритовое запоминающее устройство. В 1964-1971 гг. выпустили ряд программно и аппаратно совместимых между собой моделей: «Урал-11», «Урал-14», «Урал-16».

Машины серии «Минск» в 70-х гг. и 80-х гг. XX в. Применялись в основном для инженерных и научных расчетов. Одна из них, «Минск-22» (ее показатели: 5 тыс. операций в секунду, память – 8 тыс. 37-разрядных слов), долгое время являлась основным компьютером вычислительного центра ГУМа (главного универмага страны). В ней (магнитная лента вмещала 1,6 млн слов) хранилась информация о всех складах магазина, машина производила расчет заработной платы. Однако, испытывая некоторое недоверие к вычислительной технике, руководство параллельно держало обширный штат бухгалтеров, проверявших вычисления машины. Ассемблер ЭВМ имел кириллическую мнемонику и назывался ЯСК (язык символического кодирования).

Другой компьютер этого ряда «Минск-32» обладал быстродействием 25 тыс. операций в секунду и комплектовался памятью до 65 тыс. 37-разрядных слов. Машина была программно совместима с «Минском-22». Медленные и быстрые каналы позволяли подключать к ней магнитные барабаны, что существенно ускоряло производительность. ЭВМ «Минск-32» уже имела компиляторы с языков программирования высокого уровня – Алгамс (разновидность Algol) и Кобол.

К отечественным супер ЭВМ (машины, предназначенные для высокоскоростных вычислений) относят многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) «Эльбрус», разработанные в 1970-1980-х гг. «Эльбрус-1» достигал производительности 10 млн операций в секунду. В конфигурацию машины входило до десяти центральных процессоров, обращающихся к общей памяти. Обман с внешними устройствами производили процессоров ввода-вывода, которые фактически представляли собой специализированные. Максимально машина могла управлять четырьмя такими процессорами. Другие спец ЭВМ – процессоры передачи данных – обеспечивали связь с пользователями.

В МВК использовано много неординарных решений, например, каждая величина, хранящаяся в памяти, снабжена дополнительным признаком – тегом (управляющим разрядом). В нем содержится информация о типе хранимой величины, а также признак защиты от чтения или записи. Архитектура центрального процессора имела много общего с аналогичными комплексами американской фирмы Burroughs.

В конце 70-х гг. в Советском Союзе началось производство универсальных многопроцессорных комплексов четвертого поколения «Эльбрус-2». Производительность каждого процессора превышала 10млн операций в секунду. Суммарная производительность могла достигать 100 млн операций в секунду.

Отечественное компьютеростроение испытывало трудности, связанные с необходимостью высококачественного промышленного изготовления электронных компонентов. Вероятно, поэтому был повторен не совсем удачный опыт фирмы IBM System/360 в виде серии ЕС ЭВМ (единой серии). Многие успешные (и не очень) решения копировались с западных аналогов. Прообразом киевской мини-машины СМ-4 и зеленоградской «Электроники-79» стали машины серии PDP-11 фирмы DEC (США). Однако отечественные образцы уступали по основному критерию потребителя – надежности. А с появлением персональных компьютеров бороться с всепроникающим IBM PC не смогли ни западные конкуренты, ни российские разработчики.