Русский English
V международная конференция
«РАЗВИТИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В РОССИИ, СТРАНАХ БЫВШЕГО СССР И СЭВ»
Россия, Москва, НИУ ВШЭ, 6–8 октября 2020 года
Предоставление докладов на английском языке
ИНЭУМ им. И.С. Брука: от первых ЭВМ до вычислительных комплексов и систем «Эльбрус»

ИНЭУМ им. И.С. Брука: от первых ЭВМ до вычислительных комплексов и систем «Эльбрус»

Аннотация

Рассматриваются основные этапы деятельности ИНЭУМ им. И.С. Брука за все годы существования до сегодняшнего дня: первые в нашей стране малые электронные вычислительные машины; управляющие вычислительные комплексы третьего поколения АСВТ; система малых ЭВМ (СМ ЭВМ); современные вычислительные комплексы и модули на базе отечественных микропроцессоров с архитектурой «Эльбрус».

Ключевые слова – ИНЭУМ им. И.С. Брука, автоматическая цифровая вычислительная машина (АЦВМ) М-1, агрегатная система средств вычислительной техники (АСВТ), система малых ЭВМ (СМ ЭВМ), вычислительные комплексы и системы на основе отечественных микропроцессоров «Эльбрус».

Введение

Важное место в истории отечественной вычислительной техники принадлежит Институту электронных управляющих машин (ИНЭУМ) им. И.С. Брука и его основателю И.С. Бруку.

Начало работы И.С. Брука над цифровыми вычислительными машинами относится к 1948 году, когда он совместно с Б.И. Рамеевым составил отчет о принципах работы двоичной ЭВМ с хранимой программой, который стал основой разработки одной из первых в стране автоматической цифровой вычислительной машины (АЦВМ) М-1. Разработчики М-1 пришли к классическому построению цифровых вычислительных машин на основе архитектуры с хранимой программой (называемой сейчас архитектурой Фон Неймана) независимо от работ американских ученых (известных в США с 1946 года, но впервые опубликованных в сокращенном виде в 1962 году).

Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ было получено И.С. Бруком и Б.И. Рамеевым с приоритетом, датированным 4 декабря 1948 года. Этот день приурочен сейчас к дате дня Российской информатики.

В 1956 году И.С. Брук впервые на сессии АН СССР по научным проблемам автоматизации производства в своем докладе «Перспективы применения управляющих машин в автоматизации» определил области применения управляющих ЭВМ: энергетика, автоматизация производства и технологических процессов в различных отраслях промышленности, автоматизация в области государственного управления страной (прежде всего, планирования), автоматическое управление и др.

В 1957 году группой специалистов под руководством И.С. Брука была сформулирована научная проблема «Разработка теории, принципов построения и применения специализированных вычислительных и управляющих машин». Проблемная записка была опубликована АН СССР в 1958 году в серии «Вопросы советской науки». В записке было показано значение управляющих машин для народного хозяйства, впервые были обоснованы и изложены главные направления фундаментальных и прикладных исследований в области автоматизации производства и управления объектами с помощью специализированных и управляющих машин. Были намечены пути применения управляющих машин в энергетике, машиностроении, металлургии, химическом производстве, а также в планировании и статистике народного хозяйства. В многолетней деятельности ИНЭУМ им. И.С. Брука можно выделить следующие основные этапы:

  1. Первые малые электронные вычислительные машины, разработанные под руководством и с непосредственным участием И.С. Брука.

  2. Агрегатная система средств вычислительной техники (АСВТ).

  3. Семейство малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

  4. Современные вычислительные комплексы и системы «Эльбрус» на основе отечественных микропроцессоров.

Автоматическая цифровая вычислительная машина (АЦВМ) М-1

АЦВМ М-1 разработана в 1950-1951 гг. Одна из первых цифровых вычислительных машин с программой, хранимой в оперативной памяти. М-1 имела двухадресную систему команд в отличие от общепринятой в то время и считавшейся наиболее естественной трехадресной. М-1– первая отечественная малогабаритная ЭВМ с использованием полупроводниковых диодов в логических схемах и памяти на обычных осциллографических электронных трубках.

Технические характеристики М-1. Система представления чисел – двоичная с фиксированной точкой (24 разряда – модуль числа и 1 разряд – знак числа). Оперативная память – емкость 512 25-разрядных чисел; в виде быстродействующего электростатического запоминающего устройства из восьми электронно-лучевых трубок ЛО-737 и блоков развертки и управления. Производительность – 20оп./с (сложение двух чисел). Элементная база: лампы 6Н8С, 6Ж4, купроксные выпрямители КВМП-2-7.Монтаж всех электронных схем машины – на стандартных панелях двух типов (10- и 22-ламповые панели). Количество электронных ламп– 730 (число ламп уменьшено благодаря использованию полупроводниковых диодов в логических схемах). Конструктивное выполнение – три стойки, расположенные по бокам прямоугольной вентиляционной колонны. Устройства ввода-вывода информации– немецкий рулонный телетайп и фототрансмиттер ввода с перфоленты. Площадь – 9 м2.

Одним из первых решал на M-1 свои задачи академик С.Л. Соболев, в то время работавший под руководством академика И.В. Курчатова. Он провел расчеты по обращению матриц большой размерности, что было выполнено на М-1 в самом начале 1952 года. Свои расчеты на М-1осуществляли сотрудники академика А.И. Берга, а также ученые ряда институтов Академии наук СССР. АЦВММ-1 находилась в эксплуатации более трех лет.

Основные разработчики: Н.Я. Матюхин, М.А. Карцев, Т.М. Александриди, Ю.А. Лавренюк, А.Б. Залкинд, В.В. Белынский, В.В. Карибский, Р.П. Шидловский, Е.Н. Филинов.

Быстродействующая универсальная цифровая вычислительная машина М-2

М-2 была разработана в 1952 году. При ее разработке частично были использованы идеи, воплощенныев машине М-1.С 1953 года осуществлялась круглосуточная эксплуатация М-2 при решении прикладных задач. В 1955-1956 гг. машина была существенно модернизирована, после чего получила оперативную память на ферритовых сердечниках емкостью 4096 чисел.

Технические характеристики М-2. Формат команд – 34-разрядный; система команд – трехадресная.Среднее быстродействие–2000 оп./с.Элементная база:лампы 6Н8С, 6Ж4, купроксные выпрямители КВМП-2-7. Общее число электронных ламп– 1879, из них– 203 в источниках питания.Питание: трехфазная сеть переменного тока 127/220 В;потребляемая мощность–29 кВт.Система охлаждения – воздушная с замкнутым циклом. Площадь– 22 м2.

На М-2 проводились расчеты для Института атомной энергии, Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР, Института проблем механики АН СССР (расчеты прочности плотин Куйбышевской и Волжской гидроэлектростанций), Теплотехнической лаборатории АН СССР, Военно-воздушной академии, Артиллерийской академии и многих других научных и промышленных организаций.

В 1953 году на М-2 были проведены численные расчеты нагрева ракет в атмосфере Земли из-за уплотнения воздуха, возникающего перед баллистической ракетой при гиперзвуковом обтекании. Определение термодинамических параметров газа потребовало решения сложной системы алгебраических уравнений и могло быть выполнено только на цифровой ЭВМ. Результаты расчетов использовались в ОКБ С.П. Королева для определения необходимого количества теплозащитного материала конструируемой межконтинентальной ракеты.

Вокруг М-2 сложился неформальный круг программистов, работавших в разных организациях, в который входили Г.М. Адельсон-Вельский, В.Л. Арлазаров, М.М. Бонгард, А.Л. Брудно, М.Я. Вайнштейн, Д.М. Гробман, А.С. Кронрод, Е.М. Ландис, И.Я. Ландау, А.Л. Лунц и др. Помимо чисто практических приемов программирования вычислительных задач в кодах машины М-2, они занимались программированием игровых задач, задач распознавания и диагностики. Результаты этих исследований привели к разработке оригинальных методов перебора, в частности метода ветвей и границ, построения справочных систем с логарифмическими записью и поиском и т. д.

Основные разработчики: М.А. Карцев,Т.М. Александриди, Ю.А. Лавренюк, А.Б. Залкинд, В.В. Белынский, В.Д. Князев, Л.С. Легезо, Г.И. Танетов.

Малогабаритная электронная вычислительная машина М-3

М-3 разработана в 1957 году. В ней реализована концепция малогабаритной вычислительной машины, сформулированная И.С. Бруком. Это позволяло применять М-3 в научно-исследовательских организациях и конструкторских бюро без создания специальных помещений. Так, требуемая площадь для установки М-3 составляла 3 м2, а для машины «Урал» со сходными возможностями требовалась площадь около 60 м2.

В отличие от синхронного принципа управления в М-3 последовательность работы отдельных блоков и устройств определялась их взаимодействием типа «приказ-ответ». Асинхронный принцип работы устройства управления обеспечивал в значительной степени независимость работы отдельных устройств машины, что облегчало ее наладку и эксплуатацию.

Технические характеристики М-3. Система представления чисел – двоичная с фиксированной точкой – 30 двоичных разрядов и разряд знака числа; система команд – двухадресная. Производительность – 30 оп./с, при использовании ферритовой памяти – до 1500 оп./с. Широко использовались полупроводниковые элементы. В качестве запоминающего устройства – вращающийся барабан, покрытый ферромагнитным слоем, с системой головок для записи и чтения сигнала.

После замены магнитного барабана на разработанную СКБ Минского завода ферритовую память емкостью 2048 чисел производительность машины была увеличена до 1500-2000 оп./с. При испытаниях с приставной диодной памятью арифметический узел и устройство управления обеспечивали производительность 3000 оп./с. Объем памяти можно было увеличить до 4096 чисел, подключив второй шкаф запоминающего устройства. Конструктивное выполнение электронных схем– в виде съемных двухламповых субблоков с 20- или 14-контактными разъемами. Устройство питания состояло из электромашинного агрегата и шкафа питания, в которых была предусмотрена принудительная воздушная вентиляция с разомкнутым циклом.

До начала серийного выпуска несколько экземпляров М-3 по переданной документации были изготовлены в 1957-1958 гг. НИИЭП, КБ академика С.П. Королева, Институтом математики АН Армянской ССР.

М-3 послужила прототипом двух промышленных серий ЭВМ: «Минск» (Г.П.Лопато, В.В. Пржиялковский) и ГОАР (затем «Раздан»). М-3 стала источником для развития школы управляющих машин воВНИИЭМ.

Основные разработчики: Н.Я. Матюхин, В.В. Белынский, В.М. Долкарт, Н.А. Дорохова, А.Б. Залкинд, Б.М. Каган, Г.П. Лопато, Г.И. Танетов.

ЭВМ М-4

ЭВМ М-4 разработана в 1958-1960 гг. Область применения: управление в реальном масштабе времени экспериментальным комплексом радиолокационных станций контроля космического пространства.

Электронные схемы машины строились на появившихся в СССР в1957-1958 гг. германиевых транзисторах и диодах. Элементную базу М-4 составляла импульсно-потенциальная логика, в значительной мере явившаяся данью традициям ламповой техники.

Были разработаны и изготовлены два типа арифметических устройств:

  • У-1 с использованием импульсно-потенциальной системы элементов на транзисторах П-16Б;
  • У-2 с использованием чисто импульсной системы на динамическом элементе с диффузионными

транзисторами П-403 и линиями задержки.

Технические характеристики М-4. Система счисления – двоичная; представление чисел – с фиксированной запятой. Среднее быстродействие – 20 000 оп./с. Объем оперативной памяти – 1024 23-разрядных чисел; объем постоянной памяти– 1024 23-разрядных чисел. Конструктивно машина содержала три уровня: субблок, блок, шкаф.

Особенности аппаратуры М-4 были связаны с ее назначением: аппаратная реализация некоторых сложных операций, разделение памяти программ и констант и памяти данных, функциональное распараллеливание обработки информации благодаря использованию специализированных процессоров ввода-вывода и первичной обработки входных данных.

В ЭВМ М-4 была осуществлена первая в мире аппаратная реализация вычисления квадратного корня.

Головной образец (первый комплект) ЭВМ М-4 в июле 1962 года успешно выдержал государственные испытания совместно с РЛС, и М-4 была предложена для серийного изготовления. Однако М.А. Карцев предложил для запуска в серийное производство новую машину с более высокими техническими и эксплуатационными характеристиками – ЭВМ М4-2М.

Основные разработчики: М.А. Карцев, Г.И. Танетов, Л.В. Иванов, Р.П. Шидловский, Ю.В. Рогачев, Е.В. Гливенко, Е.Н. Филинов, Е.С. Шерихов, В.П. Кузнецова.

ЭВМ М4-2М

ЭВМ М4-2М разработана в 1963 году. Область применения: построение вычислительных комплексов для управления сложными объектами, обработки и сбора информации в режиме реального времени.

Технические характеристики М4-2М. Система команд – одноадресная. Быстродействие – 220тыс. оп./с.Для серийного производства М4-2М за основу элементной базы был принят уже проверенный принцип построения потенциальной логической схемы с инвертором-формирователем уровней на высокочастотных транзисторах (П-416Б, 2Т301Д, П-609А и др.) и германиевых диодах Д-18. М4-2М имела необычную разрядную сетку – 29 разрядов.

В М4-2М за один машинный такт в 4,5 мкс выполнялась любая операция – арифметическая, логическая или управляющая, в том числе умножение. Это обеспечивалось применением однотактного АУ с пирамидой сумматоров для выполнения умножения. Применена была и другая новинка для тех лет – конвейер.

Как управляющая, машина М4-2М имела развитую систему внешних прерываний. Обеспечивались 12 активных и 12 пассивных прерываний от объекта управления. Время реакции машины на активные прерывания составляло 2-3 машинных такта.

В дополнение к М4-2М на той же технической базе были разработаны внешний вычислитель М4-3М с разветвленной системой внешних связей и системы внешних устройств СВУ-79-1 и СВУ-79-2для подключения к М4-2М.

Вычислительный комплекс, образованный объединением ЭВМ М4-2М и М4-3М, обеспечивал эффективную производительность – около 400тыс. оп./с и высокую надежность – свыше 800 часов наработки на отказ.

Заводы-изготовители: Загорский электромеханический и Кировский приборостроительный заводы МРП СССР. Начало выпуска – 1964 г., прекращение выпуска – 1986 г. Изготовлено около 200 комплектов этих машин.

Основные разработчики: М.А. Карцев, Л.В. Иванов, Ю.В. Рогачев, Р.П. Шидловский, Г.И. Танетов, В.А. Брик, Л.З. Либуркин, Е.С. Шерихов, Е.И. Цибуль.

ЭВМ М-5

ЭВМ М-5 разработана в 1958-1961 гг. Основное назначение: обеспечение планово-экономических расчетов в Госплане СССР.

Разработка М-5 была направлена на создание ЭВМ повышенной производительности по сравнению с машинами, имевшимися в то время в СССР.

Технические характеристики М-5. Формат команд и обрабатываемых операндов – 38-разрядный (37 +разряд признака). Производительность– около 50 тыс. оп./с.

Повышенная производительность М-5 достигалась за счет мультипрограммного режима работы (до восьми одновременно выполняемых программ).

Для повышения производительности М-5 служила также специально выделенная адресная арифметика, выполняющая операции преобразования адресов и использующая по 16 индексных регистровдля каждой из восьми программ.

Структура М-5 базировалась на общей магистрали, связывающей центральное устройство управления, арифметическое устройство, устройства оперативной памяти (общей емкостью до 32К слов) и устройства управления вводом-выводом информации и внешней памятью (игравшие роль каналов, характерных в последующем для ЭВМ третьего поколения).

М-5 была одной из первых отечественных ЭВМ, построенных на технической базе второго поколения. Схемотехника арифметики и управления М-5 базировалась на диодно-транзисторной логике, оперативная память– на ферритовых сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса по схеме с совпадением токов (2D).

Основной особенностью М-5 следует считать возможность обеспечения мультипрограммной и многотерминальной работы. Сведения о зарубежных ЭВМ с мультипрограммным режимом работы, появившихся в 1960-1961 гг. («Атлас», «Гамма-60» и др.), стали известны у нас значительно позже завершения разработки М-5. Поэтому все решения по архитектуре и структуре М-5 были оригинальными, принятыми независимо от работ других конструкторов ЭВМ.

Основные разработчики: В.В. Белынский, Ю.А. Лавренюк, Н.А. Дорохова, Д.М. Гробман, Ю.Н.Глухов, Б.П.Голубев, В.М.Зенин, В.Н.Каминский, В.П.Константинов, И.Я.Ландау, В.Д.Князев, Б.Г. Сергеев, Е.Н. Филинов.

ЭВМ М-7

ЭВМ М-7 разработана в 1964-1966 гг. Постановлением СМ СССР ИНЭУМ было поручено создание первой управляющей цифровой машины для энергоблока Щекинской ГРЭС (Тулэнерго).

В состав М-7 входили: шкаф центрального устройства с пультом управления; устройство ввода аналоговых сигналов; устройство выдачи сигналов управления; устройство выдачи установок на регуляторы управляющих контуров (на прецизионных электромеханических шаговых искателях); устройства ввода-вывода информации (электромеханический трансмиттер и автоматическая печатающая машинка Московского завода печатающих машин). Комплект поставки включал в себя резервный магнитный барабан.

После наладки в 1966 году М-7 была установлена на Щекинской ГРЭС.

В начале 1969 года на Славянской ГРЭС была установлена ЭВМ М-7-800, являющаяся развитием М-7 в части производительности и надежности.

Основные разработчики: Н.Н. Ленов, А.К. Давыдовский, Н.А. Королев, Ф.И. Гринфельд, А.Я. Соколов, Ю.В. Нифонтов, Р.С. Полиенко, А.Н. Московский, К.И. Арбузов, В.В. Цинзерлинг, В.И. Фукс.

Агрегатная система средств вычислительной техники (АСВТ)

В 1965 году ИНЭУМ возглавил работы Минприбора СССР по созданию Агрегатной системы средств вычислительной техники на микроэлектронной базе (АСВТ-М), предназначенной, в первую очередь, для автоматизации технологических процессов в промышленности и автоматизированных систем управления предприятиями.

При определении принципов архитектуры и структуры моделей ЭВМ и УВК, входящих в состав АСВТ, учитывались два принципиальных момента:

  • необходимость предусмотреть ряд моделей для нескольких (хотя бы трех) уровней иерархии АСУ на промышленном предприятии, отвечающих требованиям решения разных классов задач (подсистемы централизованного контроля параметров технологических процессов, локального управления отдельными технологическими агрегатами и устройствами, управления технологическим процессом, диспетчерского управления производством, планирования и т.д.);

  • возможность создания универсальных управляющих машин и управляющих вычислительных комплексов на элементной базе второго и третьего поколения вместо многочисленных специализированных ЭВМ, разрабатывавшихся в 50-х – начале 60-х годов. Предпосылки для формирования идеологии АСВТ базировались на предшествующем опыте НИИУВМ, связанном с системой машин СОУ-1 (машины МППИ, УМ-1, КВМ-1), Института кибернетики АН УСССР (машины «Днепр», «Днепр-2), ИНЭУМ (машины М-4, М-5, М-7).

В составе АСВТ были предусмотрены две очереди разработки.

Первая очередь на технической базе второго поколения (АСВТ-Д) включала модели М-1000(ТНИИСА, г. Тбилиси), М-2000, М-3000 (НИИУВМ, г. Северодонецк).

Вторая очередь на технической базе третьего поколения (АСВТ-М) включала модели М-4000/М-4030 (ИНЭУМ совместно с Киевским ПО «Электронмаш»), М-5000 (СКБ Вильнюсского завода счетных машин), М-6000, М-7000 (НИИУВМ), М-400, М-40 (ИНЭУМ).

Управляющие вычислительные комплексы М-4000/М-4030

Первая в СССР ЭВМ на интегральных схемах – управляющий вычислительный комплекс (УВК) М- 4000– предназначена для использования в АСУ крупными технологическими агрегатами-цехами, предприятиями, а также на различных ступенях иерархической структуры АСУ.

Для моделей верхнего уровня АСУП М-4000 была выбрана архитектура семейства ЭВМ системы 360 фирмы IBM, что обеспечило их программную совместимость с моделями ЕС ЭВМ.

Операционная система ДОС АСВТ (И.Я. Ландау, В.А. Козмидиади, М.Я. Вайнштейн), разработанная в ИНЭУМ, функционировала на аппаратуре М-4000, двоично-совместимой с аппаратурой ЕС ЭВМ, и была совместимой для приложений с OS BS-2000 фирмы Siemens (архитектура семейства Siemens4004).

Для М-4000 был разработан комплекс экранных пультов (ЭП) – «Диалог» (Ю.В. Нифонтов, В.И. Фукс) для взаимодействия оператора с ЭВМ через групповое устройство управления (УУ).

Модернизированный совместно с Киевским ПО «Электронмаш» (А.Ф. Незабитовский, С.С. Забара, В.А. Афанасьев, Э.И. Сакаев, В.Н. Харитонов, Ю.М. Ожиганов, А.Г. Мельниченко) вариант управляющего комплекса (производительностью до 100 тысяч оп./с) под шифром М-4030 по своим возможностям был близок к ЭВМ ЕС-1022.

На международной выставке «Интероргтехника-75» в Москве УВК М-4030 получил свыше 100 положительных отзывов от ведущих фирм мира.

Следующей модификацией стал управляющий вычислительный комплекс М-4030-1, обладающий наивысшей производительностью в АСВТ-М. М-4030-1 реализует полную систему команд М-4030, ЕС ЭВМ (РЯД 1) и ряд дополнительных команд.

Технические характеристики М-4030-1. Быстродействие: Гибсон mix-I – 220 000 оп./с; Гибсон mix- III – 275000 оп./с. ОЗУ: емкость – 256-1024 Кбайт (модулямипо 256 Кбайт); разрядность слова – 72; цикл обращения– 2,0 мкс. Процессор с микропрограммным управлением. Мультиплексные и селекторные каналы. Внешняя память на магнитных дисках. Внешняя память на магнитных лентах.

М-4000, а затем М-4030 (с 1973 года) и М-4030-1 (с 1977 года) серийно выпускались Киевским ПО «Электронмаш». В 1980 году на базе М-4030-1 была создана АСУ, обслуживающая Московскую олимпиаду.

Основные разработчики: В.Г. Захаров, В.А. Козмидиади, М.Я. Ванштейн, Ю.Н. Глухов, В.Б. Егоров, Т.Д. Чернина, Л.М. Ленгник, В.В. Шаповалов, И.Я. Ландау.

ЭВМ М-400

В 60-х годах в мировой практике наметилась тенденция применения в промышленности так называемых «малых» машин невысокой разрядности (12-16 двоичных разрядов) с системой команд, рассчитанной на реализацию многих операций программным путем.

В классе малых ЭВМ широкое распространение получила одношинная структура взаимосвязи процессора, оперативной и внешней памяти и периферийных устройств, что обеспечивало достижение компромисса соотношения производительности и стоимости при высокой гибкости (модульности)системных компоновок.

Первая в СССР модель подобной структуры – ЭВМ М-400 была разработана в ИНЭУМ в 1973 году для автоматизации строящейся Конаковской ГРЭС, мощностью 2400МВт и состоящей из восьми энергоблоков по 300 МВт. Каждый энергоблок имел 480 аналоговых и 600 дискретных вводов.

Архитектура, выбранная для М-400, предусматривала систему команд и способы адресации, обеспечивавшие программную совместимость с семейством 16-разрядных мини-ЭВМ PDP-11 корпорации Digital Equipment Corporation (DEC) и магистральный системный интерфейс ОШ (Общая шина, Unibus).

Технические характеристики М-400. Длина слова– 18 разрядов (16 информационных + 2 контрольных). Объем ОЗУ – 48 Кбайт. Число регистров – 8 (в том числе счетчик инструкций и указатель стека).Стек – любой объем в произвольной зоне оперативной памяти; видов адресации – 12.Число команд – 64.Система прерываний – приоритетная, многоуровневая .Быстродействие – около 300 000 коротких оп./с. Время исполнения команд – регистр-регистр не более 3,8 мкс, память-регистр не более 6,5 мкс, переходов не более 3 мкс. Время реакции на прерывание – не более 15 мкс.

М-400 работала под управлением операционной системы (ОС) реального времени.

Разнообразие областей применения малых ЭВМ (автоматизация научных экспериментов, проектирования и т.д.) обусловило разработку для М-400 интерактивного графического дисплея ЭПГ-400(В.И. Фукс), использующего преимущества архитектуры Общей шины и возможность высокоскоростного прямого доступа в память для регенерации изображения на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Это позволило оптимизировать структуру дисплейного процессора и набор его команд для эффективного описания изображения.

Возможность подключения к Общей шине контроллеров, управляющих аппаратурой, связанной с приборными интерфейсами, позволяла создавать на базе М-400 проблемно-ориентированные измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) с использованием средств, отвечающих международным стандартам CAMAC, и Агрегатного комплекса электроизмерительной техники (АСЭТ) ГСП. Это обеспечило применение АСВТ-М не только в области промышленной автоматизации, но и в области автоматизации научных исследований и экспериментов.

Важной областью применения М-400 стала автоматизация проектирования. На базе М-400 были созданы проблемно-ориентированные комплексы в виде АРМ (автоматизированных рабочих мест) для САПР в области радиоэлектроники и машиностроения, включающие необходимые графические устройства для ввода-вывода информации и специальное прикладное программное обеспечение. Межведомственная программа работ по САПР в оборонных отраслях промышленности, возглавляемая Минрадиопром СССР (заместитель министра А.А. Реут) и головной организацией этого министерства НИИ «Алмаз», также была примером формирования и реализации государственной научно-технической политики.

Серийный выпуск М-400 с 1974 года осуществлял Киевский завод ВУМ, производство ИВК на базе М-400 – Вильнюсский завод электроизмерительной техники, а АРМ – Гомельский завод радиотехнического оборудования.

Основные разработчики: Н.Н.Ленов, А.В.Филин, Ф.И.Гринфельд, А.А.Солохин, Е.С.Хайтин, К.А. Арбузов.

Микроэлектронные комплексы централизованного контроля и управления типа М-40 

Микроэлектронные комплексы централизованного контроля и управления типа М-40, занимавшие нижний уровень в иерархии моделей АСВТ-М, предназначались для сбора, первичной обработки и регистрации параметров технологических процессов, многоканального двухпозиционного регулирования и вывода информации на цифровые индикаторы и электронно-лучевые трубки пультов операторов.

В М-40 был реализован микропрограммный принцип управления.

Были разработаны четыре модификации комплексов М-40, имеющие один и тот же процессор, но отличающиеся составом микропрограмм, управляющих работой разных наборов внешних устройств и каналов ввода-вывода. Особенностью комплексов являются высокая надежность и удобство компоновки систем контроля и управления.

Технические характеристики М-40. Длина слова – 18 разрядов; представление отрицательных чисел в дополнительном коде. Управление микропрограммное. Разрядность микрокоманды – 16 разрядов. Емкость блока постоянного запоминающего (БПЗ) – до 8192 18-разрядных слов (16 информационных, 2 контрольных). Емкость блока полупостоянного запоминающего (БППЗ) – до 6144 18-разрядных слов (16 информационных, 2 контрольных). Емкость блока оперативного запоминающего (БОЗ) – от 1024 байт до8192 18-разрядных слов (16 информационных и 2 контрольных). Время выполнения микрокоманды – 1,7 мкс.

М-40 стала первой управляющей ЭВМ, выпускаемой по индивидуальным спецификациям, в которых функциональный набор и количество устройств ввода-вывода информации определялись заказчиком.

Серийный выпуск М-40 с 1976 года осуществлял Московский завод «Энергоприбор».

Основные разработчики: М.А. Боярченков, Э.В. Кешек, Н.Д. Кабанов, В.Д. Гуськов, А.Я. Соколов, Ю.П. Страшун, Л.А. Сергеев, В.А. Еремин, В.А. Соболев.

Семейство малых ЭВМ (СМ ЭВМ)

В 1974 году решением Межправительственной комиссии по сотрудничеству социалистических стран в области вычислительной техники (МПК по ВТ) ИНЭУМ был определен головной организацией по созданию Системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ), а директор ИНЭУМ Б.Н. Наумов назначен Генеральным конструктором СМ ЭВМ. С 1984 года директором ИНЭУМ и Генеральным конструктором СМ ЭВМ стал Н.Л.Прохоров. Комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по СМ ЭВМ выполнялся более чем 30 институтами и предприятиями СССР, Болгарии, Венгрии, ГДР, Республики Куба, Польши, Румынии и Чехословакии.

Разработанные принципы технологии и стандарты СМ ЭВМ охватывали все аспекты унификации элементов, узлов и устройств, конструкций, моделей ЭВМ, программных средств с учетом технологии и мощности отечественной промышленности и позволили организовать крупносерийное производство.С 1974 года по 1990 год по разработкам ИНЭУМ было произведено более 60000 управляющих вычислительных комплексов и систем.

Разработка СМ ЭВМ выполнялась по двум архитектурным линиям.

Первая архитектурная линия включала широкую номенклатуру управляющих вычислительных комплексов на базе микроЭВМ семейства СМ1800, построенных по магистрально-модульному принципу. Всего в 1977-1990 гг. было разработано и выпускалось 26 модификаций семейства СМ1800.

Системное программное обеспечение семейства СМ1800 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).

Возможность использования достаточно широкой номенклатуры серийно-выпускаемых технических и программных средств семейства СМ1800 позволяла удовлетворить требования таких областей применения, как АСУТП, АСНИ, ГПС, системы обработки экономической и текстовой информации и др.

Вторая архитектурная линия СМ ЭВМ была представлена рядом программно-совместимых моделей миниЭВМ разной производительности. Младшие модели этой линии включали 16-разрядные ЭВМ (СМ3, СМ4, СМ1300, СМ1420) на базе системного интерфейса ОШ.

Развитием СМ1420 являлся вычислительный комплекс СМ1425, в котором был применен 22-разрядный магистральный параллельный системный интерфейс МПИ, и который имел более развитые архитектурные возможности.

Особое место в этой архитектурной линии занимали 32-разрядные миниЭВМ семейства СМ1700 с интерфейсом ОШ и СМ1702 с интерфейсом МПИ. Архитектура этого семейства обеспечивала поддержку виртуальной памяти, программную и аппаратную совместимость с 16-разрядными моделями миниЭВМ, а также развитую систему диагностирования.

Все модели второй архитектурной линии серийно изготавливались на заводах ПО «Электронмаш»(г. Киев), заводе «Энергоприбор» (г. Москва) и ЛПО «Сигма» (г. Вильнюс), которые принимали самое непосредственное участие и на всех стадиях разработки.

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 и использовавшийся для обработки радиолокационных изображений поверхности планеты Венера. Для этого крупномасштабного исследования, проведенного АН СССР под руководством академика В.А. Котельникова, требовались вычислительные мощности, эквивалентные суперЭВМ, которыми ИРЭ АН СССР не располагал. Задачу удалось решить с помощью миниЭВМ, расширенной спецпроцессором Фурье. Основные разработчики: Б.Я. Фельдман, Т.В. Солохина.

Отдельно необходимо отметить процессор логического моделирования, который являлся специализированным вычислителем для ускоренного моделирования цифровых схем. Область применения этого спецпроцессора – системы автоматизированного проектирования СБИС. Оригинальная потоковая (конвейерная) архитектура спецпроцессора обеспечивала ускорение моделирования по сравнению с ЭВМ общего назначения в среднем в 1000 раз. Основные разработчики: Б.Г. Сергеев, Б.М. Басок, М.А. Бродский.

ЭВМ СМ1800

МикроЭВМ СМ1800 – восьмиразрядная агрегатированная система на основе n-канальных МОП

БИС–разработана в 1979 году и предназначена для управления производственными процессами и агрегатами, автоматизации лабораторных измерений и экспериментов, управления станкамис ЧПУ, подготовки данных, обработки текстовой и табличной информации, программирования и обучения.

Варианты конструктивной реализации модели ориентированы на использование в производственных помещениях, лабораториях или конторах, а также на встраивание в агрегаты. Конструктивный и функциональный состав– переменный, определяется потребностями заказчика. Выпускались несколько модификаций ЭВМ, ориентированных на конкретные области применения.

Технические характеристики СМ1800. Система команд определяется архитектурой микропроцессора КР580ИК80А. Тактовая частота – 2 МГц. Разрядность слова – 8 бит. Время выполнения команд – от 2 до 8,5 мкс. Максимальный объем памяти (сочетание оперативной и постоянной памяти – произвольное) – 64 Кбайт. Максимальное количество адресуемых портов: ввода – 256, вывода – 256.Число уровней прерываний – 8. Системный интерфейс – И40, И41 (Multibus). Внешние устройства: накопитель на гибких магнитных дисках (ГМД); видеотерминал ВТА-2000-30; печатающее устройство DZM-180 или DARO-1156; перфоленточное устройство ввода-вывода СМ6204. Устройства связи с объектом (имеют гальваническую развязку): дискретные; аналоговые. Средства связи: ОШ; интерфейс радиальный параллельный (ИРПР); интерфейс радиальный последовательный (ИРПС);стык С2.

Значительный вклад в доведение разработки СМ1800 до производственного уровня внесло СКБ Киевского ПО «Электронмаш» (группа Р.И. Заславского).

СМ1800 в различных конструктивных исполнениях с 1980 года серийно производилась на заводе ВУМ Киевского ПО «Электронмаш», позднее производство СМ1803 было организовано также в Тбилисском ПО «Элва».

СМ1803 серийно выпускалась до 1990 года. Всего было выпущено около 12 тыс. комплексов.

Кроме того, по документации, которую по договорам ИНЭУМ передал многим организациям, было изготовлено немало управляющих систем, встроенных в различные приборы и установки.

Основные разработчики: А.Н. Шкамарда, Н.Д. Кабанов, В.И.Гуськов, В.С.Кравченко, В.И.Глухов, С.Г. Ходонович, А.Я.Соколов, Э.М. Пройдаков, В.В. Гревцев, А.В. Гиглавый, Ю.В.Нифонтов.

ЭВМ СМ1810

СМ1810 и СМ1814 (промышленное исполнение СМ1810) являются дальнейшим продолжением и развитием архитектурной линии микроЭВМ СМ1800, строятся на базе 16-разрядного микропроцессора К1810ВМ86 и системного интерфейса И41.

СМ1810 разработана в 1986 году. Комплексы характеризуются более высокими техническими характеристиками по быстродействию, адресуемому объему памяти, разрядности данных, а такжерезким снижением материалоемкости, повышенной надежностью, улучшенными эстетическими и эргономическими качествами.

Технические характеристики СМ1810. Максимальный объем памяти: оперативной – 256 Кбайт, постоянной – 16 Кбайт. Приоритетный арбитраж – параллельный, циклический. Количество адресуемых портов: ввода – 65 536, вывода – 65 536. Производительность –270 тыс. оп./с. Тактовая частота генератора микропроцессора – 5 МГц. Число запросов прерывания – до 65.

Системный интерфейс И41 комплексов СМ1810 по сравнению с системным интерфейсом комплексов СМ1800 имеет дополнительные функциональные возможности и расширенное количество адресных шин.

В состав номенклатуры периферийных устройств входят технические средства для связи со следующими интерфейсами и стыками: ОШ, И41, ИРПР-М (CENTRONICS), ИРПС, ИЛПС, С1-ФЛ, С1-ТГ, С2.

Элементная база комплексов содержит ИМС повышенной степени интеграции, а также цифровые и аналоговые ИМС средней степени интеграции. Массовое производство СМ1810 в различных конфигурациях для конечных пользователей и во встраиваемых исполнениях с 1986года осуществляли ПО «Электронмаш» (г. Киев), завод УВМ им. Руднева (г. Орел) и ПО «Элва» (г. Тбилиси).

Всего за 1986-1993 гг. было выпущено в Киеве, Орле и Тбилиси около 18 тыс. комплексов СМ1810.

Комплексы СМ1810 получили широчайшее применение в различных отраслях промышленности и управления. Интересно, что в 1984-1987 гг. СМ1810 использовалась для расчетов на дрейфующей полярной станции «Северный полюс-27» (СП-27).

Основные разработчики: Н.Л. Прохоров, А.Н. Шкамарда, Н.Д. Кабанов, В.И. Гуськов, И.И. Бабанов, В.И. Глухов, С.Г. Ходонович, О.М. Шатохин, В.В. Гревцев, Ю.В. Нифонтов, В.И. Фукс, В.С. Кравченко.

УВК СМ3 и СМ4

УВК СМ3 разработан в 1978 году, УВК СМ4 – в 1979 году.

Управляющие вычислительные комплексы первой очереди строятся на базе процессоров СМ3П и СМ4П.

Основные архитектурные особенности процессоров СМ3П и СМ4П:

  • впроцессорах СМ3П и СМ4П и контроллерах реализован микропрограммный принцип управления;

  • основой элементной базы являются интегральные микросхемы средней степени интеграции (К131, К555, К155, К531);

  • основной формат обрабатываемой информации – слово, имеющее 16 двоичных разрядов;

  • основной способ представления чисел – с фиксированной запятой в дополнительном коде со знаком.

Технические характеристики процессоров СМ3П и СМ4П. Система управления – микропрограммная. Количество универсальных регистров – 8. Тип системного интерфейса – Общая шина. Пропускная способность магистралей интерфейса в режиме прямого доступа в память: СМ3П – 700 тыс. слов/с; СМ3П – 800 тыс. слов/с. Система прерывания – приоритетная пятиуровневая. Максимальный объем оперативной памяти:СМ3П – 56Кбайт; СМ3П – 248 Кбайт. Адресуемая единица памяти – байт, слово. Время цикла – 1,2мкс. Страничная организация памяти – нет. Аппаратный стек – есть. Диспетчер памяти: СМ3П – нет; СМ3П – есть (емкостью 256 Кбайт). Количество видов адресации – 12.

Основные разработчики: УВК СМ3– Б.Я. Фельдман, В.И. Панферов, Ю.Н. Виноградов, А.Г. Любимов, И.М. Рыбин, А.С. Федоров, В.П. Семик; УВК СМ4 – А.Н Кабалевский, Ю.Н. Глухов, В.Б. Егоров, В.В. Родионов, М.А. Островский, В.С. Зонис, В.П. Семик.

УВК СМ3 с 1978 года серийно производился на заводе «Энергоприбор» (г. Москва) и в ПО «Электронмаш» (г. Киев).

Для автоматизации научных экспериментов на базе УВК СМ3 и СМ4 был разработан и серийно выпускался ряд измерительно-вычислительных комплексов со средствами контроля и измерений, выполняемых в стандарте КАМАК и АСЭТ.

УВК СМ1300

УВК СМ1300 был разработан в 1979 году.СМ1300 – 16-разрядная микроЭВМ с быстродействием 500 тыс. оп./с.

В зависимости от назначения выпускались различные моделиСМ1300:

  • для оперативного контроля за ходом технологических процессов, формирования управляющих воздействий и отображения информации;

  • для построения одноузловых информационно-вычислительных сетей с коммутацией пакетов в соответствии с рекомендацией МККТТ Х.25/3.

На основе различных исполнений СМ1300 выпускались измерительно-вычислительные комплексы ИВК-6, ИВК-14 и ИВК-20.

На базе СМ1300 были разработаны и производились на заводе «Энергоприбор»:

  • комплекс СМ1300.1705 с использованием процессора быстрого преобразования Фурье (СПФ СМ) для спектрального исследования сигналов и быстропротекающих процессов;

  • графическая станция ЭПГ-2 СМ с использованием высокопроизводительного дисплейного процессора для интерактивной машинной графики при работе в автономном режиме или в качестве пульта основной ЭВМ.

Основные разработчики УВК СМ1300: Б.Я. Фельдман, Б.И. Панферов, В.С. Громов, Е.Г. Назаров.

УВК СМ1420

УВК СМ1420 разработан совместно с ПО «Электронмаш», г. Киев в 1983 году и представляет собой

основную модель СМ ЭВМ с интерфейсом ОШ.
СМ1420 является дальнейшим развитием комплексов СМ3 и СМ4 и по сравнению с ними

отличается повышенной производительностью, более развитой системой команд,наличием средств диагностики неисправностей, меньшими габаритными размерами за счет применения интегральных схем повышенной степени интеграции. СМ1420 реализует функционально полный набор команд с плавающей запятой.

СМ1420 предназначен для использования в системах управления технологическими процессами, в системах автоматизации научных экспериментов, в информационно-измерительных системах, в распределенных системах управления и обработки информации.

Центральной частью УВК СМ1420 является процессор СМ2420 со встроенной оперативной памятью емкостью 248 Кбайт. Диспетчером памяти обеспечивается автоматическое распределение памяти с виртуальным принципом адресации, защита памяти от несанкционированного доступа, а также возможность расширения памяти до 1920 Кслов.

Технические характеристики УВК СМ1420.Производительность процессора – 1000000 коротких оп./с. Потребляемая мощность – 3-8кВА. Занимаемая площадь – до 30 м2. Элементная база – ТТЛ-микросхемы серии К155, К1804, К589.

Основные разработчики в ИНЭУМ: А.Н. Кабалевский, Ю.Н. Глухов, А.В. Филин, В.Б. Егоров, В.С. Зонис, А.С. Шумей.

УВК СМ1425

Вычислительный комплекс СМ1425 разработан в 1989 году и является дальнейшим развитием комплексов СМ1420. Программно совместим с СМ1420, обладает большей производительностью и надежностью, имеет существенно меньшие габариты, массу и потребляемую мощность. ВК СМ1425 предназначен для использования в системах сбора, подготовки и обработки данных, в информационно-справочных системах, системах автоматизации научно-технических и экономических расчетов, в системах управления производством, сетях ЭВМ.

Система команд СМ1425 включает в себя набор команд СМ1420 и команды для организации дополнительного режима работы «Супервизор».В комплексах СМ1425 применен 22-разрядный магистральный параллельный системный интерфейс МПИ. Введение блочной передачи данных между устройствами прямого доступа и оперативной памятью позволяет более эффективно использовать интерфейс. Предусмотрена возможность подключения устройств из номенклатуры СМ1420, имеющих выход на интерфейс ОШ – для этого разработан специальный модуль согласования системных интерфейсов.

Основой элементной базы ВК СМ1425 являются микропроцессоры, созданные на технологиях К/МОП и n-МОП, полузаказные схемы на базовых матричных кристаллах, элементы памяти различного уровня интеграции и быстродействия.

Технические характеристики УВКСМ1425. Производительность комплекса – 3 млн. коротких команд/с. Максимальная емкость оперативной памяти – 4 Мбайт. Формат команд – 0-, 1-, 2-адресные. Потребляемая мощность –1,2 кВА. Масса комплекса – не более 110 кг.

УВК СМ1425 выпускался с 1989 года в ПО «Электронмаш», г. Киев.

Основные разработчики: Л.М. Плахов, В.И. Парфенов, Г.А. Егоров, В.С. Громов.

ВК СМ1700

Вычислительный комплекс СМ1700 был разработан в 1987 году совместно ЛПО «Сигма» (главный конструктор Н.Л. Прохоров).

Основной целью создания 32-разрядной модели СМ ЭВМ является увеличение объема виртуального адресного пространства. ВК СМ1700 предназначен для применения в системах автоматизации проектирования, в системах автоматизации научных исследований, в автоматизированных системах управления предприятиями, информационно-справочных и обучающих системах и др.

Основой элементной базы, использованной при разработке СМ1700, являются быстродействующие элементы серии К531, ПЗУ различных типов и элементы программируемой матричной логики (ПМЛ).

Несмотря на существенно более развитую по сравнению с СМ1420 и СМ1600 архитектуру, вычислительный комплекс СМ1700 не только обеспечивает преемственность прикладных программ и массивов данных, созданных на предыдущих моделях СМ ЭВМ, но и предоставляет возможность использования практически всего периферийного оборудования СМ ЭВМ, находящегося в эксплуатации у пользователей.

Технические характеристики ВК СМ1700. Разрядность тракта данных – 32 бит. Производительность – 300 тыс. оп./с на смеси Ветстоун. Производительность при выполнении научно-технических задач – 0,2 млн. оп./с. Формат обрабатываемых данных: числа с фиксированной запятой – 8;16; 32; 64; 128 бит; числа с плавающей запятой – 32; 64; 64; 128 бит. Количество машинных инструкций – 306. Емкость оперативной памяти– 1-5 Мбайт. Объем виртуального адресного поля– 4 Гбайт. Дополнительные интерфейсы– ИРПР, ИРПС, С2, синхронная линия связи, ОШ. Число уровней прерывания:программно генерируемых – 15; аппаратных – 16.

Основные разработчики от ИНЭУМ: В.В. Родионов, В.И. Фролов, Г.А. Егоров, М.А. Островский; от ЛПО «Сигма»: А.Б. Чуплинскас, А.И. Драсутис, С.М. Сидорас, Б. Беляускас, В. Паулаускас.

ВК СМ1702

Вычислительный комплекс СМ1702 разработан в 1989 году совместно с ПО «Электронмаш», г. Киев и является первой моделью семейства 32-разрядных микроЭВМ с виртуальной адресацией ОЗУ до 4 Гбайт. По сравнению с СМ1700 и ЭВМ «Электроника-82» СМ1702 имеет втрое большую производительность, повышенную надежность, меньшие габариты, массу и потребляемую мощность. Наличие встроенных тестов, аппаратного загрузчика и эмулятора пульта управления обеспечивает удобство обслуживания комплекса. В комплексе СМ1702 применен 22-разрядный магистральный параллельный интерфейс МПИ. СМ1702 оснащен современной периферией с высокими техническими характеристиками. Широкое применение БИС позволило резко уменьшить размеры электронных устройств. Компактность и низкая стоимость комплекса приближают его к классу многофункциональных профессиональных ЭВМ. Основные области применения ВК СМ 1702 – САПР, АСНИ, АСУТП. Концепция системных применений создается на сетевом принципе.

Производительность комплекса – 4 млн. коротких команд/с. Производительность на смеси Ветстоун: для операций с одинарной точностью – 900 тыс. операций Ветстоун/с; для операций с двойной точностью – 700 тыс. операций Ветстоун/с.

ВК СМ1702 выпускался в ПО «Электронмаш», г. Киев с 1991 года.

Основные разработчики от ИНЭУМ: Л.М. Плахов, Б.И. Парфенов, Г.А. Егоров, В.С. Громов.

Современные вычислительные комплексы и системы «Эльбрус» на основе отечественных микропроцессоров

Современный этап ИНЭУМ им. И.С. Брука связан с процессом интеграции и объединения деятельности Института и АО «МЦСТ», известного в нашей стране разработчика отечественных микропроцессоров и вычислительных комплексов семейства «Эльбрус». Этот этап начинается с 2006 года, когда генеральным директором Института был назначен А.К. Ким.

Основная тематика Института в настоящее время связана с исследованиями, разработкой и реализацией промышленных технологий двойного применения в области высокопроизводительных вычислительных комплексов и систем на основе отечественных микропроцессоров двух архитектурных платформ SPARC и «Эльбрус», разработанных АО «МЦСТ».

Проектной основой первой платформы стала архитектура SPARC, специфицированная корпорациейSun Microsystems. Вторая платформа – «Эльбрус» является оригинальной с собственной архитектурой и микроархитектурой микропроцессоров. В настоящее время разработаны микропроцессоры «Эльбрус» с технологическими нормами 130, 90, 65, 40 и 28 нм.

За прошедшие 15 лет Институтом были выполнены в рамках Федеральных государственных программ следующие наиболее значимые проекты.

Базовая технология создания унифицированных автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе микропроцессоров с архитектурой «Эльбрус»

Технические характеристики АРМ. Микропроцессор (SoC, система на кристалле), одноядерный – 1891ВМ5 «Эльбрус-S». Количество микропроцессоров– 1. Производительность АРМ: вещественных арифметических оп./с при выполнении операций с 32-разрядными числами– 8 млрд; вещественных арифметических оп./с при выполнении операций с 64-разрядными числами – 4 млрд. Емкость оперативной памяти – не менее 4 Гбайт. Последовательный порт USB2.0, количество каналов – 6. Емкость накопителя на жестком магнитном диске – не менее 80 Гбайт. Каналы ввода-вывода: Ethernet, R-S23, RS-485/RS-422, IEEE-1284, AC-97. Интерфейсы внутренних контроллеров: ввода-вывода для связи с SoC «Эльбрус-S», внешних прерываний, таймеров, шины PCI-Express, дискового интерфейса SATA, шины PCI(64 разряда/66 МГц), последовательных интерфейсов SPIи I2C. Мощность потребления – не более 210 ВА.

Дальнейшим развитием направления АРМ на микропроцессорах с архитектурой «Эльбрус» стали разработки на базе двухъядерного, четырехъядерного и восьмиядерного микропроцессоров.

АРМ на базе восьмиядерного микропроцессора «Эльбрус-8С», выполнен в том же корпусе, что и АРМ на основе микропроцессора «Эльбрус-S», но имеет производительность в тридцать раз выше(250 Гфлопс на операциях с 32-разрядными вещественными числами) и объем оперативной памяти DDR3 больше в восемь раз (32 Гбайт).

Сегодня ИНЭУМ изготавливает и поставляет сотни таких АРМ.

Основные разработчики: В.М. Фельдман, М.С. Белоконь, А.Г. Зуев, В.Л. Зиновьев, И.Н. Бычков, С.В. Юрлин, Л.Г. Тарасенко, А.А. Аникин, С.В. Семенихин.

Базовая технология создания переносных автоматизированных рабочих мест (ПАРМ) на базе микропроцессоров с архитектурой SPARC

Данная технология нацелена на создание носимых вычислительных устройств класса «ноутбук» для использования в тяжелых условиях эксплуатации (расширенный температурный диапазон, вибрации и удары, повышенная влажность, соляной туман и прочее).

Носимый терминал (НТ) является высокопроизводительной ПЭВМ, разработанной для функционирования в среде ОС «Эльбрус», обеспечивающей многопользовательский, многозадачный режим вычислений в реальном времени.

Технические характеристики НТ. Процессор – МЦСТ-4R (четыре ядра с архитектурой SPARCv9); рабочая частота – 500 МГц; производительность –4 млрд. оп./с; объем ОЗУ –4 Гбайт; объем видеопамяти –не менее 16 Мбайт. Встроенный цветной видеомонитор G150XG01. Накопитель информации на твердотельном диске 2,5 SSD SATA – 16 Гбайт. Приёмник спутниковой навигации – ГЛОНАСС/GPS «Геос- 1-В-С». Каналы ввода-вывода: Ethernet 10/100/1000, RS-232/485, USB 2.0, WiFi на основе DNMA-H5.Потребляемая мощность – не более 80 Вт. Масса – не более 10 кг.

Используя базовую технологию НТ, разработчики Института выполнили государственный заказ на изготовление и поставку партии ПАРМ для новейших кораблей военно-морского флота.

Основные разработчики: В.М. Фельдман, М.С. Белоконь, А.Г. Зуев, В.Л. Зиновьев, А.И. Дорофеев, Л.Г. Тарасенко, С.В. Семенихин, Г.М. Тухватулин.

Базовая технология создания блэйд-серверов на базе гетерогенных многоядерных микропроцессоров «Эльбрус-2С+»

Блэйд-сервер на микропроцессорах «Эльбрус-2С+» представляет собой высокопроизводительный вычислительный узел, предназначенный для построения компактных модульных масштабируемых кластеров большой вычислительной мощности, относящихся к классу суперкомпьютеров.

Технические характеристики блэйд-сервера. Микропроцессор двухъядерный – «Эльбрус-2С+». Количество микропроцессоров, универсальных процессорных ядер и процессорных ядер для обработки цифровой сигнальной информации – 4, 8 и 16 соответственно. Производительность – не менее 100 Гфлопс. Частота синхронизации микропроцессоров – 500 МГц. Оперативная память: количество модулей – до 8; объем – не менее 32 Гбайт; количество каналов – 8; пропускная способность одного канала – 6,4 Гбайт/с. Каналы ввода-вывода: Gigabit Ethernet 1000Base-T, RS-232, USB 2.0, SATA 2. Количество каналов памятиDDR2-800 на каждый процессор – 2. Напряжение электропитания – 12/5 В постоянного тока. Охлаждение – воздушное.

Блэйд-сервер содержит четыре двухъядерных микропроцессора «Эльбрус-2С+», соединенных между собой межпроцессорными каналами и образующих многопроцессорную систему с когерентной общей оперативной памятью, в которой все пространство памяти распределено между микропроцессорами и доступ к секции оперативной памяти других микропроцессоров производится через межпроцессорные каналы.

Основные разработчики: В.М. Фельдман, И.Н. Бычков, С.В. Юрлин, В.Ю. Волконский, С.В. Семенихин, Г.М. Тухватулин.

Базовая технология создания ряда унифицированных вычислительных модулей на основе отечественных микропроцессоров с архитектурой SPARC

Разработана базовая технология создания ряда унифицированных вычислительных модулей на основе отечественных микропроцессоров с архитектурой SPARС, предназначенных для применения в различных информационно-вычислительных системах с повышенными требованиями к информационной безопасности.

Основные параметры унифицированных вычислительных модулей. Тактовая частота – 1 ГГц. Объем оперативной памяти – не менее 1 Гбайт. Объем постоянной памяти – не менее 4 Гбайт. Объем FLASH-памяти – не менее 128 Мбайт. Внешние (магистральные) интерфейсы: PCI, PCI-Е, Ethernet(100/1000 Mb), IDE, SATA, USB, Audio, Video, CAN, RS-232, RS-485, RS-422. Конструктивы модулей: ATX, Compact PCI (3U или 6U), РСI/104, COMExpress. Потребляемая мощность – не более 50 Вт. Реализована аппаратная поддержка дублированного/троированного управления процессами.

Основные разработчики: В.М. Фельдман, В.И. Глухов, А.В. Глухов, В.А. Прилипко, С.А. Крохоткин, А.В. Богданов.

Базовая технология создания серверов и кластерных систем на четырехъядерных микропроцессорах «Эльбрус» 

Идея создания многопроцессорного сервера для высокопроизводительных кластеров на основе микропроцессоров с архитектурой «Эльбрус» была развита при разработке четырехпроцессорного сервера на микропроцессорах «Эльбрус-4С». Особое внимание было уделено построению системы общей когерентной памяти, доступной всем четырем микропроцессорам, каждый из которых имеет три канала оперативной памяти.

Обмен с оперативной памятью и межпроцессорный обмен организованы по принципу общей оперативной памяти с поддержкой когерентности оперативной памяти и кэш-памяти процессоров по схеме «каждый с каждым» на основе распределенного коммутатора.

Пространства оперативной памяти и ввода-вывода распределены между процессорами. Расслоение памяти между процессорами возможно двух типов: «мелкое» – по 4 Кбайт (размер страницы памяти) и «крупноблочное»– пространство физической памяти, принадлежащей процессору, которое является непрерывным. Тип расслоения задается программированием регистров конфигурации системы.

Технические характеристики сервера. Количество четырехъядерных микропроцессоров «Эльбрус-4С»– 4. Производительность, млрд оп./с: при выполнении операций с 32-разрядными числами на смешанных вычислениях – 376-470; при выполнении операций с 64-разрядными числами на смешанных вычислениях – 240-300; при выполнении операций с 32-разрядными числами с плавающей запятой – 200; при выполнении операций с 64-разрядными числами с плавающей запятой– 100. Оперативная память: суммарный объем – до 48 Гбайт; количество модулей памяти – 24; количество DDR3 каналов доступа – 12; пропускная способность одного канала –12,8Гбайт/с. Флэш-память битового компилятора –2 Гбайт. Внешняя память на жестких дисках – 1 Тбайт. Количество каналов межпроцессорного обмена – 6. Каналы ввода-вывода: дуплексные каналы, PCI, Ethernet, RS-32, USB 2.0, IDE, SATA, AC97.Потребляемая мощность – не более 500 Вт.

Кластер построен путем объединения в одном шкафу от 32 серверов с помощью оптической сети с топологией 2D-тор, использующей специально разработанный интерфейс, реализованный на ПЛИС в виде контроллера и сетевого коммутатора, входящих в состав сервера и размещенных на серверной плате.

Производительность кластера– от 6,8Тфлопс. Размер шкафа– 2400x1200x1000 (ВxШxГ)мм. Электропитание осуществляется от трехфазной сети переменного тока 220 В. Максимальная потребляемая мощность – 20 кВт. Охлаждение – принудительное, воздушное.

Основные разработчики: В.М. Фельдман, М.С. Михайлов, И.Н. Бычков, С.В. Юрлин, В.Ю. Волконский, С.В. Семенихин, Г.М. Тухватулин, А.В. Калита, А.В. Брегер.

Базовая технология создания серверов масштабируемой суперЭВМ на восьмиядерных микропроцессорах «Эльбрус» 

Высокоплотный вычислительный кластер представляет собой совокупность шкафов с серверами (СКВ) и шкафов с системами хранения данных (СХД), объединенных коммуникационной сетью в массово-параллельную вычислительную структуру с возможностью получения производительности до нескольких десятков Пфлопс. При этом число вычислительных узлов в системе практически не ограничено.

Основными функциональными элементами кластера являются вычислительные модули – серверы МВС-8С, коммутатор интерконнекта (Interconnect Switch), коммутаторы управляющей сети Ethernet1 Gigabit и сети менеджмента (Network Switch). Основными элементами конструкции кластера является шкаф с объединительными панелями Backplane, через которые на серверы МВС-8С подается электропитание (PWR) и подключается сеть менеджмента Ethernet (MNG), а также элементы системы водяного охлаждения.

Технические характеристики вычислительного шкафа СКВ и шкафа СХД

Характеристика 

СКВ 

СХД 

Количество микропроцессоров/ядер «Эльбрус-8С» 

400/3200 

20/160 

Тактовая частота микропроцессоров, ГГц

1,3 

1,3 

Пиковая производительность, одинарная точность, Тфлопс 

100 

Пиковая производительность, двойная точность, Тфлопс 

50 

2

Объем оперативной памяти, Тбайт

25,6 

1,28

Суммарный объем дискового пространства, Пбайт

3,6

Возможность масштабирования системы

Да

Да

Пиковая пропускная способность дуплексного канала интерконнекта между двумя узлами, Гбайт/с 

18,75

18,75

Система охлаждения

жидкостная 

воздушная 

Потребляемая мощность, кВт, не более 

50 

10

Основные разработчики: В.М.Фельдман, А.Г.Зуев, В.Л.Зиновьев, С.С.Махов, Л.Г.Тарасенко, А.А. Аникин, Нейман-заде Мурад Искендер-оглы, А.В. Брегер, С.В. Семенихин.

Вычислительные модули, контроллеры, управляющие вычислительные комплексы и встроенные вычислительные системы для АСУТП на базе микропроцессоров «Эльбрус» и SPARC

За последние годы Институтом выполнен ряд ОКР, в рамках которых освоены базовые технологии по производству различных управляющих вычислительных комплексов на базе микропроцессоров «Эльбрус» и SPARC. Помимо разработки вычислительных модулей, составляющих вычислительное ядро любой системы, разработаны, выпускаются и совершенствуются модули ввода-вывода, обеспечивающие непосредственную связь вычислительного ядра с объектами контроля и управления (т.е. с датчиками и исполнительными механизмами, установленными на объектах), а также набор коммуникационных модулей, обеспечивающих связь с другими системами и интеллектуальными датчиками по цифровым телекоммуникационным интерфейсам.

К настоящему времени разработана линейка промышленных компьютеров и программируемых логических контроллеров на базе микропроцессора «Эльбрус-1С+», а также промышленных серверов и автоматизированных рабочих мест на базе высокопроизводительного микропроцессора «Эльбрус-8С», включая:

  • защищенный промышленный компьютер (ПК-2);

  • промышленный компьютер (ПК-3);

  • промышленный программируемый логический контроллер (ПЛК) с набором модулей ввода-вывода (УСО);

  • шлюз данных БПИ-3 и устройство обработки данных на его базе;

  • модуль для встраиваемых решений в формате ComExpressType 6;

  • серверную стойку баз данных на базе процессора «Эльбрус-8С»;

  • многомониторное автоматизированное рабочее место на базе процессора «Эльбрус-8С».

Основные разработчики: В.И. Глухов, А.В. Глухов, В.А. Прилипко, С.А. Крохоткин.

Список литературы 

  1. Исаак Семёнович Брук. Член-корреспондент АН СССР. К 100-летию со дня рождения // Информационные технологии и вычислительные системы. 2002. No2.

  2. Прохоров Н.Л., Ким А.К., Егоров Г.А. Творческий путь И.С. Брука. К 115-летию со дня рождения // Информационные технологии и вычислительные системы. 2017. No2.

  3. Прохоров Н.Л., Ким А.К., Егоров Г.А. К 60-летию Института электронных управляющих машин им. И. С. Брука // Информационные технологии и вычислительные системы. 2018. No3.

  4. Малые ЭВМ и их применение / Ю.А. Дедов, М.А. Островский, К.В. Песелев и др.; Под общей ред. Б.Н. Наумова. М.: Статистика, 1980. 231 с.

  5. Наумов Б.Н. Микро- и миниЭВМ. Настоящее и будущее. М.: Знание, 1983. 64 с.

  6. МикроЭВМ СМ1800. Архитектура, программирование, применение / А.В. Гиглавый, Н.Д. Кабанов, Н.Л. Прохоров и др. М.: Финансы и статистика, 1984. 136 с.

  7. СМ ЭВМ: комплексирование и применение / Г.А. Егоров, К.В. Песелев, В.В. Родионов и др.; Под ред. Н.Л. Прохорова. М.: Финансы и статистика, 1986. 304 с.

  8. Прохоров Н.Л. Вычислительный комплекс СМ1700. Архитектура, программное обеспечение и применение // Сб. «Прикладная информатика», No 14. М.: Финансы и статистика, 1987, 24 с.

  9. Малые ЭВМ высокой производительности. Архитектура и программирование / Г.П. Васильев, Г.А. Егоров, В.С. Зонис и др.; Под ред. Н.Л. Прохорова. М.: Радио и связь, 1990. 256 с.

  10. МикроЭВМ. Универсальные машины семейства СМ1800 / Н.Д. Кабанов, А.Н. Шкамарда, В.С. Кравченко и др.; Под ред. Л.Н. Преснухина. М.: Высшая школа, 1988. 158 с.

  11. Прохоров Н.Л., Песелев К.В. Малые ЭВМ. Перспектива развития вычислительной техники. Кн. 5. М.: Высшая школа, 1989. 158 с.

  12. Управляющие вычислительные комплексы для промышленной автоматизации: Учебн. пособие / Н.Л. Прохоров, Г.А. Егоров, В.Е. Красовский и др.; Под ред. Прохорова Н.Л., В.В. Сюзева. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. 372 с.

  13. Ким А.К., Перекатов В.И., Ермаков С.Г. Микропроцессоры и вычислительные комплексы семейства «Эльбрус». СПб.: Питер, 2013. 272 с.

  14. Фельдман В.М., Иванов М.А., Красовский В.Е., Ёхин М.Н. Серверы и кластеры на аппаратно-программной платформе «Эльбрус». Учебное пособие. М.: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2019. 121 с.

Об авторе: ПАО «Институт электронных управляющих машин им. И.С. Брука»,
Москва, Россия
Материалы международной конференции Sorucom 2020
автора 29.08.2021