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
Многомашинный информационно-вычислительный комплекс АС-6 и его применение

Многомашинный информационно-вычислительный комплекс АС-6 и его применение

1. История создания многомашинных вычислительных систем

Можно считать, что первые многомашинные системы появились практически сразу после появления в вычислительных центрах двух и более ЭВМ:

  • для «разделения труда» вычисления передавались в новые более мощные ЭВМ, а использовавшиеся до этого ЭВМ стали выполнять функции ввода-вывода информации;

  • из-за ненадёжности работы ЭВМ того времени две (несколько) однотипных ЭВМ использовались для параллельного выполнения одних и тех же вычислений и сравнения полученных результатов – в случае совпадения результатов параллельные вычисления продолжались на новом этапе, в случае несовпадения этап вычислений повторялся;

  • при наличии нескольких ЭВМ естественной являлась организация их нахождения в «горячем» резерве и «холодном» резерве.

Развитым примером создания и использования многомашинной системы явился в 70-х и 80-х годах прошлого века многомашинный вычислительный комплекс в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ). К центральной ЭВМ БЭСМ-6 (позднее и к другим центральным ЭВМ СДС 6500 и ЕС ЭВМ) подключались через коммутатор ЭВМ различных Лабораторий института, обеспечивавших управление установками проведения экспериментов и передачу в центральную ЭВМ комплекса полученных данных для их обработки.

Практически первой вычислительной системой, осуществлявшей обработку информации в реальном времени, был комплекс, базировавшийся на основной вычислительной машине M-40, разработанной в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) для первой опытной «Системы А» противоракетной обороны на берегу озера Балхаш. На ЭВМ M-40 определялась траектория нападающей баллистической ракеты, рассчитывалась траектория полета противоракеты и выполнялось в реальном времени управление её полетом с циклом 0,1 секунды (первый успешный перехват баллистической ракеты был осуществлён 4 марта 1961 года) С M-40 были связаны ЭВМ М-4 (главный конструктор М.А. Карцев), управлявшая работой системы дальнего обнаружения ракет, и специализированные ЭВМ, управлявшие локаторами сопровождения ракет.

Интересный факт о многомашинных комплексах. На конференции, посвящённой использованию многомашинных комплексов, включающих ЭВМ БЭСМ-6, выяснилось, что число таких комплексов оказалось большим числа произведённых ЭВМ БЭСМ-6.

2. Многомашинный комплекс AС-6

Сразу после начала производства машин БЭСМ-6 (1967 г.) ИТМ и ВТ было дано задание создать возможность подключения к БЭСМ-6 телеграфных и телефонных каналов связи для передачи по ним на БЭСМ-6 информации о полетах космических аппаратов для вычислительной поддержки осуществления Лунной программы. К сожалению, цели программы не были достигнуты в запланированном объеме(не удалось отработать мощный ракетоноситель Н-1).

При этом выяснилось, что на имеющихся машинах в вычислительных центрах, даже при использовании самой быстродействующей на то время БЭСМ-6, не удавалось полностью обрабатывать в реальном времени поступающие по быстрым каналам связи потоки телеметрической информации, в связи с чем приходилось «прореживать» поступающую информацию.

Возникла идея обеспечить полную обработку поступающей информации за счёт её осуществления конвейерам ЭВМ, на каждой стадии которого выполнялась бы часть обработки поступающей порции данных, остальные части обработки этой порции выполнялись бы ЭВМ на следующих стадиях конвейера. Таким образом, производительность обработки увеличивалась в несколько раз.

Было принято решение для объединения машин в комплекс создать быстродействующий канал 1-го уровня.

Другая основная идея заключалась в использовании общедоступной для всех машин оперативной памяти, которая должна включать оперативные памяти всех ЭВМ комплекса и создаваемые отдельные модули оперативной памяти. Это должно было позволить производить все этапы обработки каждой поступающей порции информации на одном и том же месте памяти. Исключение переписей результатов обработки информации на стадиях конвейера должно было привести к её ускорению.

Рис. 13 Схема комплекса АС-6

Рис. 13 Схема комплекса АС-6

Для подключения БЭСМ-6, на которой уже находились многие программы обработки данных, была разработана стойка аппаратуры («рассечка»), обеспечивающая связь оперативной памяти БЭСМ-6 с каналом 1-го уровня.

Другой машиной комплекса был «Центральный процессор» (ЦП АС-6), использовавшийся как «полноправная» ЭВМ, построенный на основе элементной и конструкторской базы БЭСМ-6, но предоставляющий решаемым задачам большую виртуальную оперативную память.

Ещё одним компонентом комплекса АС-6 была «периферийная» машина (ПМ-6), обеспечивающая управление внешними устройствами (внешней памятью и устройствами ввода-вывода). Обмен информацией между общедоступной оперативной памятью комплекса и внешними устройствами осуществлялся с помощью «канала 2-го уровня» (подключение до 256 внешних устройств)

Был разработан и использовался на правах компонента комплекса АС-6 адаптер приёма телеметрии по высокоскоростным каналам и выдачи результатов обработки информации на устройство отображения (АТМО). В комплексе может быть подключено до 16 абонентов, среди них может быть различное количество БЭСМ-6, ЦП АС-6, ПМ-6 и модулей оперативной памяти.

В комплексе организована равноправное взаимодействие операционных систем всех машин. При этом возможно использование внешних устройств всех машин ПМ-6 для нужд выполнения задач в любой машине комплекса.

3. Примеры использования комплекса АС-6

Интересным примером использования комплекса АС-6 явилась организация обработки траекторной информации, поступавшей от наблюдательно-измерительных пунктов (НИП) при старте космического корабля Союз-19 в начале выполнение программы «Союз-Аполлон» (ЭПАС – экспериментальный полёт Аполлон-Союз).

Поступающие измерения от локаторов НИП обрабатывались программой периферийной машины, определяющей качество измерений, сведения о котором передавались на экран. Обработанные на ПМ-6 данные передавались для баллистической обработки на БЭСМ-6. Качество данных было исключительно хорошим (в этом случае достаточно для обработки на БЭСМ-6 меньшего количества данных). Сведения с экрана передавались голосом по внутренней связи оператора БЭСМ-6, управляющим работой программы определения траектории подъёма корабля и его орбиты вокруг Земли. В программе обработки на БЭСМ-6 было предусмотрено получение результатов обработки за меньшее время при получении хороших данных. По полученным голосовым сведениям операторы давали указания программе через нажатие разрядов регистров на пульте БЭСМ-6, что приводило к быстрому получению итоговых результатов определения трассы подъёма и орбиты корабля, которые передавались в другие вычислительные центры в СССР. Данные с НИП'ов одновременно передавались в Американский центр управления полетом в городе Хьюстон (США).

Выяснилось, что результаты, полученные в нашем Центре управления полетом были переданы в Хьюстон за 20 минут до получения аналогичных результатов в Американском центре управления. Описанная ситуация является примером успешного человеко-машинного взаимодействия в экстренных ситуациях.

Другой пример использования комплекса АС-6 подтвердилразумность фразы:«Не допускать победу науки над здравым смыслом».

В городе Капустин Яр в вычислительном центре был комплекс АС-6 в составе ЭВМ БЭСМ-6, двух периферийных машин и отдельного модуля оперативной памяти, соединённых каналом 1-го уровня, использовался для отладки системы управления движением самолётов. Для этого осуществлялось поступление сведений о нахождении самолётов (углы видимости и дальности от локаторов) по многим каналам связи, подключённым к ПМ-6. Получаемая порция информации (до 10 машинных слов) обрабатывалась программой периферийной машины, затем передавалась через программы взаимодействия операционных систем ПМ-6 и БЭСМ-6 рабочей задаче в БЭСМ-6.

Система была налажена, разработчики, за исключением руководителя группы, уехали в Москву. Утром следующего дня руководителю группы было сообщено, что результаты выполнения рабочей программы получаются с большой задержкой. Выяснилось, что основное время (80%) тратилось на выполнение указанного выше «реверансного» процесса взаимодействия модулей операционных систем двух машин, организованного в соответствии с рекомендациями международного протокола. В данном случае через взаимодействующие операционные системы передавались все многочисленные порции информации о нахождении объектов, на что и тратилось основное время описанного процесса.

Однако возможности канала 1-го уровня позволяли передавать непосредственно в память БЭСМ-6 сообщения, обработанные программой ПМ-6, не используя «реверансный» процесс взаимодействия операционных систем двух машин.

В результате пришлось рабочей программе выделять операционной системе страницу своей виртуальной памяти для передачи в неё сообщений непосредственно от программы обработки в ПМ-6. По «реверансной» связи программе обработки в ПМ-6 передавался только номер этой страницы.

В результате внесённых исправлений всё встало на свои места: рабочая программа получила для работы 80% времени БЭСМ-6.

Об авторе:

страница Томилина А.Н. в Компьютерном музее
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Россия, Москва tom11@bk.ru


Материалы международной конференции Sorucom 2020
автора 07.07.2022