Очерки истории советской вычислительной техники - Наталья Дубова

СМ ЭВМ

Период перехода к вычислительной технике третьего поколения на интегральных схемах — это время активного развития миниЭВМ. Миникомпьютеры начала 60-х создавались как программируемые автоматические устройства для управления промышленными и научными установками. Родоначальницей этого класса машин стала разработка корпорации Digital Equipment — PDP-8. Миникомпьютеры заменяли на производстве и в научных лабораториях аппаратно реализованные контроллеры для управления объектом, позволяя значительно снизить стоимость и время реализации управляющих систем. Если раньше какие-либо изменения управляемого объекта влекли за собой серьезные модификации аппаратуры или полную замену контроллера, то с использованием ЭВМ изменение или смена управляющего автомата свелись к изменению или смене программы.

На управляющие миникомпьютеры ложилась большая нагрузка по обработке символьной и логической информации, а также цифровых показаний приборов, как правило, не связанная с объемными вычислениями. Жесткие промышленные условия эксплуатации предъявляли особые требования к этим машинам, которые должны были обеспечивать высокую надежность, иметь средства сопряжения с внешними аналоговыми и цифровыми источниками различных типов, поддерживать работу в реальном масштабе времени.

Однако сравнительно низкая стоимость миникомпьютеров, их небольшие габариты, а также простота эксплуатации (поскольку они предназначались для применения на производстве и в лаборатории людьми, которые заведомо не имели высокой квалификации в области аппаратного и программного обеспечения) сделали этот класс техники привлекательным для широкого круга пользователей. Миникомпьютеры «пошли в массы»: в небольшие коллективы исследователей и разработчиков. Их стали использовать в качестве универсальных компьютеров для решения научных задач, не связанных с длительными и сложными вычислениями, автоматизации делопроизводств, обработки коммерческой информации, в учебном процессе.

В СССР работа по созданию малых управляющих машин, начатая в конце 50-х Бруком, продолжалась в ИНЭУМ под руководством академика Бориса Николаевича Наумова, который стал директором института в 1967 году. Фактически, параллельно с генеральной линией создания семейства общецелевых высокопроизводительных ЕС ЭВМ шла работа над другим классом машин, предназначенных для управления технологическими объектами и процессами в различных отраслях промышленности и в разного рода измерительных, испытательных, диспетчерских системах.

В 1970-74 годах в ИНЭУМ была создана система АСВТ-М (агрегатная система средств вычислительной техники на микроэлектронной базе), позволяющая реализовывать вычислительные комплексы для использования на различных уровнях иерархии управления. АСВТ-М включала три типа центральных ядер вычислительных систем (М-4000, М- 400 и М-40) с общим набором устройств ввода/вывода, отображения информации, устройств связи с объектами, устройств контроля и регулирования. М-4000 была первой в СССР машиной на интегральных схемах, по производительности оказавшаяся на уровне средних систем ряда ЕС. В качестве прототипа для машины среднего класса М-400 была избрана 16-разрядная PDP-11/40 производства DEC.

Руководителям ИНЭУМ в конце концов удалось доказать, что потребности страны в вычислительной технике невозможно покрыть машинами Единой Серии и что уже выпускаемые рядом заводов малые управляющие ЭВМ действительно необходимы. И в 1974 году на правительственном уровне было принято решение организовать производство еще одного семейства — СМ ЭВМ, в котором получили развитие принципы построения семейств управляющих машин, реализованные в серии АСВТ-М. СМ ЭВМ в 70-х — 80-х годах составили техническую базу управляющих систем для автоматизации научных исследований и экспериментов, автоматизации диспетчерского управления в крупных энергообъединениях и энергосистемах, управления технологическими процессами, производством, цехами и предприятиями в машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности. Так же как и в случае ЕС, разработкой и производством СМ вместе с СССР занимались страны — члены СЭВ, головной организацией стал ИНЭУМ, а его директор — генеральным конструктором СМ ЭВМ. С 1983 года институт возглавляет ученик академика Наумова д.т.н. Николай Леонидович Прохоров.

Существенное отличие серии СМ ЭВМ от ЕС состояло в том, что первая представляла собой не один ряд машин, различающихся по производительности, а по существу, несколько семейств управляющих малых и микроЭВМ разной архитектуры. Это связано именно со спецификой применения таких машин. Управляющие системы на производстве или, скажем, в энергетике имеют сложную многоуровневую структуру (грубо говоря, технологический объект — технологический процесс — цех, или энергоблок — ряд энергоблоков — энергетическое объединение), и необходимо было обеспечить каждый из уровней вычислительным комплексом с соответствующими возможностями.

За 15 лет промышленного выпуска машин СМ появилось несколько очередей этих систем, при этом шло развитие архитектуры минимашин на базе общей шины (16-разрядные СМ-3 — СМ-4 — СМ-1420 — СМ-1600 — CМ-1425- микроЭВМ СМ-1300, 32-разрядные СМ-1700 и 1702) и создавались микрокомпьютеры другой архитектуры на основе процессоров Intel (8-разрядная СМ-1800, 16-разрядная СМ-1810). В разработке сохранялась ориентация на архитектурные решения DEC и, что интересно, в первые годы начиналось даже сотрудничество ИНЭУМ с этой компанией, которое, правда, с началом войны в Афганистане было прекращено. Попытки восстановить взаимодействие были предприняты в 1990 году, когда DЕС снова проявила интерес к линии СМ. Новые политические условия, казалось, благоприятствовали, но теперь воспрепятствовали условия экономические, поскольку с распадом СССР и началом экономической реформы производство СМ ЭВМ прекратилось.

Архитектура машин серии СМ базировалась на системном интерфейсе общей шины, которая соединяет процессор, память и внешние устройства и обеспечивает единые правила обмена информации между всеми модулями вычислительной системы. С использованием общей шины отпадала необходимость в специальных командах ввода/вывода центрального процессора, повышалась гибкость работы с внешними устройствами, а их число ограничивалось лишь физическими характеристиками машины. Для управляющих ЭВМ это особенно важно, так как в силу специфики их использования они должны иметь возможность поддерживать ввод и вывод данных на множество разнотипных модулей. Средства СМ ЭВМ нижнего уровня рассчитаны на локальную обработку информации непосредственно в местах ее возникновения. Номенклатура внешних устройств СМ ЭВМ включала порядка 100 названий, позволяя реализовать системы управления во всех тех отраслях, где применялись СМ. Накопители на магнитной ленте, магнитных и гибких дисках, устройства ввода/вывода графиков, графические интеллектуальные терминалы, АЦПУ, устройства связи с объектами — вот лишь неполный перечень основных классов внешних устройств.

Значительную долю внешнего оборудования СМ составляли управляющие устройства самого нижнего уровня — микропроцессорные устройства для сбора данных с датчиков управляемого объекта и выдачи сигналов на исполнительные механизмы управляющего комплекса СМ. Разработка и производство этого класса устройств до сих пор поддерживался на достаточно высоком уровне силами института, который в лабораторных условиях имел лучшее в России производство печатных плат.

В семействе 16-разрядных СМ ЭВМ на базе общей шины младшие модели — СМ-3, СМ-1300 и старшие — СМ-4, СМ-1420, СМ-1600, СМ-1425 — обладали программной совместимостью и различались по производительности вследствие увеличения быстродействия процессора и внесения дополнительных архитектурных возможностей (например, реализации спецпроцессора обработки чисел с плавающей запятой в СМ-1420 и 1600). Производительность этих машин варьировалась от 200 тыс. оп/с в СМ-3 до 1 млн. оп/с в СМ-1420, объем оперативной памяти — от 64 Кбайт в СМ-3 до 2 Мбайт в старших моделях. Благодаря реализации механизма виртуальной памяти поддерживался мультипрограммный режим работы системы, позволяющий совместить на одной машине выполнение нескольких управляющих задач, а также разработку управляющих программ.

С началом промышленного производства микропроцессоров появились новые модели СМ — 8-разрядная микроЭВМ СМ 1800 и несколько ее разновидностей на базе интерфейсной шины типа Multibus, предназначенные для использования на нижних уровнях иерархии системы управления. Одними из последних разработок в серии СМ были 32-разрядные суперминиЭВМ СМ 1700/1702 на микропроцессорной базе с существенно более высокими быстродействием (3 млн.оп/с ) и емкостью оперативной памяти (до 5 Мбайт). Обладая принципиально иной архитектурой, этот высокопроизводительный компьютер сохранял совместимость со своими 16-разрядными предшественниками благодаря использованию общей шины в качестве системного интерфейса и режиму совместимости центрального процессора.