РАЗВИТЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

РАЗВИТЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
ПВО И ПРО
Студент 2-го курса. Направление подготовки
«Прикладная информатика» Данилов А. М.
Как вы знаете на век развития информатики, попадают такие вещи,
как вычислительная техника и средства передачи информации. Основой
этих двух направлений развития является элементная база. Благодаря
этому создавались вычислительные средства, которые обеспечивали
надежную защиту Родины, не имея необходимой элементной базы. После
окончания разработки первой вычислительной машины БЭСМ АН СССР,
первое её применение заключалось в расчете атомной бомбы.
Позднее
выделяется
станция
обзорного
действия
«Топаз»,
установленная на самолете для прикрытия хвоста бомбардировщика таким
замечательным человеком, как Тихомиров Виктор Васильевич. Он являлся
главным конструктором всех самолетных радиолокационных средств. На
этой станции в течение трех лет снимались данные с радиолокатора
обзорного
действия
и
впервые
осуществлялись
одновременные
сопровождения нескольких целей. Для этой цели были созданы две
дискретные вычислительные машины «Диана-1» и «Диана-2», при помощи
первой машины оцифровывались данные цели и истребителя, а при
помощи второй осуществлялось наведение истребителя на самолет
противника.
Это были первые работы для ПВО в нашей стране. Они проводились с
1953 по 1956 год. И в это же время в СССР, по инициативе председателя
ВПК Д. Ф.Устинова, было принято решение о создании системы
противоракетной обороны (ПРО). Буквально через месяц в лаборатории Г.
В. Кисунько (КБ1) начали разрабатывать малые вычислительные машины
для радиолокационных станций точного наведения (РТН).
Позже была создана ЭВМ М-40, впервые реализованная по структуре
и принципу работы как многопроцессорный комплекс. Эта машина, через
процессор приема и передачи данных (ППД), осуществляла обмен
информацией
по
пяти
дуплексным
и
асинхронно
работающим
радиорелейным каналам связи с объектами, находящимися от нее на
расстоянии от 100 до 200 километров. Общий темп поступления
информации через радиорелейные линии превышал 1 Мбит/с.
Одновременно с проведением боевой работы М-40 записывала на
внешнее запоминающее устройство (магнитный барабан) экспрессинформацию о поведении объектов во время боевой работы, которая
обрабатывалась
на
аналогичной
ЭВМ М-50 (модернизация М-40,
обеспечивающая выполнение операций над числами с плавающей
запятой). Система регистрации боевой работы (КРА) давала возможность в
реальном масштабе времени «проигрывать» и анализировать каждый пуск,
для чего ЭВМ М-40 и М-50 имели развитую систему прерываний, также
используемую впервые.
По межмашинному обмену наряду с данными боевого цикла
передавалась необходимая экспресс-информация для ЭВМ, находящихся в
резерве (в режиме подслушивания). Надо отметить тот факт, что резерв
был общим и для ЭВМ, работающих в разных вычислительных
комплексах.
Эти ЭВМ, под названием 5Э92б, имели производительность 0,5 млн.
оп/снад числами с фиксированной запятой и ОЗУ объемом 32 тысячи 48
разрядных слов. Все основные устройства ЭВМ имели автономное
управление, а управление внешними устройствами осуществлялось УВУ,
имеющим довольно развитую специализированную систему команд.
Серийный
выпуск
этих
машин
для
управления
различными
стационарными средствами вооружения был начат с 1966 года. Машина
была модернизирована в части введения арифметики с плавающей запятой
и мультипрограммного режима. Благодаря автономной работе ее основных
устройств, в первую очередь УВУ, эти машины успешно использовались
при создании многомашинных комплексов с единой внешней памятью,
состоящей из большого количества магнитных барабанов, дисков и лент.
Другая
ЭВМ
5Э26
имела
суммарную
производительность
процессоров 1 млн. оп/с, арифметико-логическое устройство (АЛУ) с
фиксированной запятой с шириной слова в 35 разрядов, ОЗУ емкостью 32
Кбит.
В дополнение к ОЗУ имелась память команд (ПК) объемом 64 Кбит.
ПК была реализована на биаксах (ферритовых сердечниках с двумя
взаимно
перпендикулярными
отверстиями),
которая
работала
без
разрушения считываемой команды и обеспечивала хранение информации
без расхода энергии. Общий объем ЭВМ составлял менее 2,5 м3, а
потребляемая мощность имела значение порядка 5 кВт.
Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) «Эльбрус-1»
и
«Эльбрус-2»
первыми
доказали
возможность
увеличения
производительности системы с увеличением числа процессоров до
шестнадцати.
Увеличение производительности многопроцессорных комплексом
пропорционально числу центральных процессоров ограничивалось двумя
факторами: пропускной способностью коммутатора между процессорами и
ОЗУ ,и сложностью организации корректной работы сверхоперативной
памяти типа кэш. Трудности, возникающие при решении этих двух
проблем, существенно увеличиваются с ростом количества процессоров.
Пропускная способность коммутатора «Эльбрус-2» достигала 2Гбайт/с. В
МВК «Эльбрус-2» была реализована такая схема корректности работы
КЭШ, которая практически не замедляет работу комплекса и не сильно
зависит от числа центральных процессоров.
МВК «Эльбрус» построен по модульному принципу и в зависимости
от комплектации может включать необходимое количество центральных
процессоров от 1 до 12, модулей оперативной памяти от 1 до 32,
процессоров ввода-вывода (ПВВ) от 1 до 4, с большим количеством
устройств внешней памяти (магнитных барабанов, дисков, магнитных
лент), процессоров передачи данных (ППД) от 1 до 16 и большого
количества устройств ввода-вывода, подключенных либо непосредственно
к ПВВ, либо через линии передачи данных посредством ППД. Компоненты
комплекса, включая разнесенные по ним узлы центрального коммутатора,
имели стопроцентный аппаратный контроль и при появлении хотя бы
одиночной ошибки в ходе вычислительного процесса выдавался сигнал
неисправности. По этому сигналу операционная система производит
реконфигурацию
системы,
и
неисправный
модуль
автоматически
исключается из работы.
Описанная структура позволяет осуществить резервирование на
уровне однотипных модульных устройств. Время подключения резервного
модуля не превосходит 0,01 сек, что обеспечивает бессбойную работу
комплекса с заданной надежностью для всех боевых систем. МВК
«Эльбрус-2 аппаратно реализует автокод, являющийся языком высокого
уровня. Операционная система, включая диспетчер работы с внешним
ними устройствами, имеет эффективную аппаратную поддержку. В
качестве одного или нескольких из центральных процессоров может быть
подключен спецпроцессор с системой команд БЭСМ-6 или векторный
процессор.
В 1980-84 годах в составе МВК «Эльбрус» на его элементноконструкторской базе был разработан векторный процессор и в 1985 году
запущен в производство. Этот процессор развивал максимальную
производительность более 200 млн. оп/с, что говорит о целом ряде
оригинальных
архитектурных
и
схемотехнических
решений,
реализованных в нем (на элементной базе с задержкой 0,7 нс.
Заключение
Таким образом, в процессе создания вычислительных средств систем
ПВО и ПРО СССР занимал передовые позиции в мире в области развития
архитектуры супер ЭВМ и схемотехнических решениях вычислительной
техники, таких как:

организация мультиплексных каналов связи;

создание
вычислительных
систем,
объединяющих
далеко
разнесенные объекты;

создание
высокоскоростных
самовосстанавливающихся
вычислительных комплексов сначала на базе машинных, а затем на базе
функциональных модулей (центральных процессоров (ЦП), оперативной
памяти (ОП), процессоров ввода вывода (ПВВ), процессора приема и
передачи данных (ППД);

линейное
повышение
производительности
многопроцессорного
комплекса с увеличением числа процессоров;

организация работы комплекса на общее поле внешней памяти;

обеспечение высокой достоверности выдаваемой информации и
аппаратно-программной диагностики;

обезличенную работу модулей центральных и специализированных
процессоров и возможность адаптации комплекса к решаемым задачам
за счет подключения специализированных процессоров;

решение проблемы когерентности КЭШ с минимальными потерями.
Литература
http://www.ipmce.ru/about/press/articles/politeh2004