Третье поколение ЭВМ

Бурно развивающаяся авиация, космическая техника и другие области науки и техники требовали миниатюрных, надежных и быстрых вычислительных устройств. Поэтому дальнейшее развитие электронной вычислительной техники требовало разработки новой технологии, и такая технология не замедлила появиться. Новый прорыв в производительности, надежности и миниатюризации позволила сделать технология интегральных схем, ознаменовавшая собой переход на третье поколение ЭВМ, создаваемых с 1964 по 1974 г.г.

Использование интегральных схем позволило получить ряд преимуществ:

1. Увеличилась надежность ЭВМ. Надежность интегральных схем – на порядок выше надежности аналогичных схем на дискретных компонентах. Повышение надежности, в первую очередь, обусловлено уменьшением межсхемных соединений, являющихся одним из слабейших звеном в конструкции ЭВМ. Повышение надежности, в свою очередь, привело к значительному снижению стоимости эксплуатации ЭВМ.

2. За счет повышения плотности упаковки электронных схем, уменьшилось время передачи сигнала по проводникам и, как следствие, увеличилось быстродействие ЭВМ.

3. Производство интегральных схем хорошо поддается автоматизации, что при серийном производстве резко уменьшает себестоимость производства и способствует популяризации и расширению области применения ЭВМ.

4. Высокая плотность упаковки электронных схем уменьшила на несколько порядков габариты, массу и потребляемую мощность ЭВМ, что позволило использовать их в недоступных до этого областях науки и техники, таких как авиация и космическая техника.

Несмотря на явные преимущества использования технологии интегральных схем, на практике их массовое применение в ЭВМ началось спустя 12 лет, после разработки концепции интегральной схемы, опубликованной в 1952 году Джеффри Даммером из британского министерства обороны . Однако, Даммер только высказал идею о создании электронных элементов в виде единого блока при помощи полупроводниковых слоев из одного и того же материала, а как на практике в едином монолите разместить несколько элементов он не указал. В 1956 году Даммер пытался воплотить в реальность свои идеи, но разработанные устройства оказались неработоспособными.

На практике реализовать изложенные идеи удалось Джеку Килби из фирмы Texas Instruments и Роберту Нойсу из небольшой компании Fairchild Semiconductor.

В мае 1958 года Джек Килби устроился на работу в Texas Instruments, где он стал заниматься разработкой транзисторов, конденсаторов и резисторов (до этого он работал в Centralab и занимался производством слуховых аппаратов на базе транзисторов). Однажды команда, в которой работал Джек Килби, получила задание проработать варианты создания альтернативных микромодулей. Предлагались различные варианты, и Килби, обдумывая задачу, пришел к выводу, что компании выгоднее всего производить только полупроводниковые элементы, и что резисторы и конденсаторы можно сделать из того же материала, что и активные элементы, и разместить их в едином монолитном блоке из того же материала. Обдумывая эту идею, Джек прикинул топологию схемы мультивибратора. Так 24 июля 1958г. родилась идея практической реализации интегральной схемы.

Изложив свои идеи начальству, Джек получил задание создать опытный образец для доказательства состоятельности своих расчетов. Тогда была построена схема триггера из дискретных германиевых элементов. 28 августа 1958 года Джек Килби продемонстрировал макет Уиллису Эдкоку.

После одобрения начальства, Килби приступил к созданию настоящей монолитной интегральной микросхемы – генератора с фазовым сдвигом.

Параллельно с Джеком Килби разработкой интегральной микросхемы занимался Роберт Нойс. Роберту крайне не нравилась технология производства дискретных элементов. Он говорил, что довольно бессмысленным выглядит трудоемкий процесс нарезаний пластины кремния на отдельные элементы, а затем соединение их в единую схему. Нойс предложил изолировать отдельные транзисторы в кристалле друг от друга обратно смещенными p-n-переходами, а поверхность покрывать изолирующим окислом. Контакт между отдельными элементами осуществлялся через вытравленные в изолирующем окисле по специальному шаблону участки на поверхности микросхемы. Эти участки соединялись между собой тонкими линиями из алюминия.

Килби создал свою микросхему и подал заявку на патент чуть раньше Нойса, однако, технология Нойса была более продуманной и удобной, и документы на заявку подготовлены тщательнее. В результате, патент на изобретение Нойс получил раньше – в апреле 1961 года, а Килби – только в июне 1964 года.

Последовавшие за тем многочисленные судебные разбирательства и война за право считаться изобретателем технологии закончились миром. В конечном итоге, Апелляционный Суд подтвердил претензии Нойса на первенство в технологии, но постановил считать Килби создателем первой работающей микросхемы.

Серийный выпуск интегральных схем был налажен в 1961 году, тогда же была создана фирмой " Texas Instruments" по заказу ВВС США первая экспериментальная ЭВМ на интегральных схемах. Разработка велась 9 месяцев и была завершена в 1961г. ЭВМ имела всего 15 команд, была одноадресной, тактовая частота была 100 КГц, емкость запоминающего устройства – всего 30 чисел, для представления чисел использовалось 11 двоичных разрядов, потребляемая мощность составляла всего 16Вт, вес – 585гр, занимаемый объем – 100 кубических сантиметров.

Первые интегральные схемы были малой плотности, но со временем технология их производства отлаживалась, плотность возрастала. В ЭВМ третьего поколения использовались интегральные схемы малой и средней плотности, позволяющие в одном кристалле объединять сотни элементов. Такие микросхемы могли использоваться, как отдельные операционные схемы – регистры, дешифраторы, счетчики и т.д.

Появление интегральных схем позволило усовершенствовать структурную схему ЭВМ второго поколения. Так сильно связанные устройства управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) были объедены в единый блок, который стал называться процессором. Причем, в процессоре могло быть несколько арифметико-логических устройств, каждое из которых выполняло свою функцию, например, одно АЛУ было ориентированно на работу с целыми числами, другое – с числами с плавающей точкой, а третье – с адресами. Также могло быть несколько устройств управления, одно – центральное, и несколько – периферийных, используемых для управления отдельными блоками ЭВМ.

Часто ЭВМ состояли из нескольких процессоров, что позволяло максимально полно использовать открывшиеся перспективы в параллельном решении задач.

В ЭВМ третьего поколение уже четко выделяется иерархия памяти. ОЗУ делится на независимые блоки с собственными системами управления, работающие параллельно. Структура оперативной памяти делится на страницы и сегменты. Развивается и внутренняя память процессора – создаются предпосылки к вводу кэширования памяти.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) подключаются через специальный контроллер селекторного канала (КCК). Их емкость и скорость значительно возрастают. Так в июне 1973 года в качестве внешнего накопителя был выпущен жесткий диск IBM 3340.

Накопитель был герметичным – это защищало рабочие поверхности дисков от пыли и грязи, что позволяло размещать головки очень близко к магнитной поверхности диска. Впервые, был применен принцип аэродинамической магнитной головки, которая буквально парила над вращающейся поверхностью жесткого диска под действием аэродинамической силы.

Все это позволило значительно увеличить плотность записи (до 1.7 Мбит на квадратный дюйм) и увеличить емкость до 30 Мбайт (на несменном носителе). Также у накопителя имелся сменный носитель емкостью 30 Мбайт.

Наряду с совершенствованием логических устройств и памяти, полным ходом шла модернизация устройств ввода-вывода. Быстродействие новых ЭВМ требовало более быстрой и надежной системы ввода-вывода данных, чем устройства чтения перфокарт и телетайпы. На смену им пришли клавиатуры, панели графического ввода, дисплеи со световым карандашом, плазменные панели, растровые графические системы и другие устройства.

Большое разнообразие периферийных устройств, их сравнительно большое быстродействие, необходимость отделить операции ввода-вывода от вычислительного процесса привело к созданию специализированного контроллера мультиплексного канала (КМК), позволившего процессорам работать параллельно с вводом-выводом данных.

Обобщенная структурная схема ЭВМ третьего поколения, иллюстрирующая вышесказанное, изображена на схеме ниже.

На схеме:

УВВ – устройство ввода-вывода;
ОЗУ – одно или несколько оперативных запоминающих устройств;
АЛУ - одно или несколько арифметико-логических устройств;
УУ - одно или несколько устройств управления;
МК - контроллер мультиплексного канала (канала для подключения медленных устройств);
СК - контроллер селекторного канала (канала для подключения высокоскоростных устройств);
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.

Использование интегральных технологий значительно снизило стоимость ЭВМ, что незамедлительно привело к повышению спроса. Многие организации приобрели ЭВМ и успешно их эксплуатировали. Немаловажным фактором становится стремление к стандартизации и выпуску целых серий ЭВМ программно совместимых снизу вверх.

Возникает огромная потребность в прикладных программных продуктах, а так как рынок программного обеспечения еще не развит, и найти готовое, надежное и дешевое программное обеспечение практически невозможно, возникает гигантский рост популярности программирования и спроса на грамотных разработчиков программных продуктов. Каждое предприятие стремится организовать свой штат программистов, возникает специализированные коллективы, занимающиеся разработкой программного обеспечения и стремящиеся занять кусочек еще неосвоенной ниши на арене быстро растущей компьютерной технологии.

Рынок программного обеспечения быстро развивается, создаются пакеты программ для решения типовых задач, проблемно-ориентированные программные языки и целые программные комплексы для управления работой ЭВМ, которые впоследствии получат название – операционные системы.

Первые операционные системы начали появляться еще во времена ЭВМ второго поколения. Так в 1957 году компанией Bell Labs была разработана операционная система BESYS (Bell Operating System). А в 1962 году была разработана компанией General Electric операционная система GCOS (General Comprehensive Operating System), ориентированная для работы на Мейнфреймах. Но это все были только предпосылки к созданию, по-настоящему, популярных и востребованных операционных систем. К концу 1960-х годов уже был создан целый ряд операционных систем, реализующий множество необходимых функций по управлению ЭВМ. Всего эксплуатировалось более сотни различных ОС.

Среди наиболее развитых операционных систем были:

OS/360 , разработанная фирмой IBM в 1964 году для управления мейнфреймами;

MULTICS - одна из первых операционных систем с разделением времени исполнения программ;

UNIX , разработанная в 1969 году и, впоследствии, разросшаяся до целого семейства операционных систем, многие из которых являются одними из самых популярных на сегодняшний день.

Использование операционных систем упростило работу с ЭВМ и способствовало популяризации электронной вычислительной техники.

На фоне значительного роста интереса к электронной вычислительной техники в США, Европе, Японии и других странах, в СССР наблюдается спад прогресса в этой области науки. Так в 1969 году Советский Союз заключил соглашение о сотрудничестве в разработке Единой системы ЭВМ, за образец которой была взята одна из лучших на тот момент ЭВМ – IBM360. Ориентация СССР на зарубежные достижения в дальнейшем привела к значительному отставанию в области вычислительной техники.

Среди ЭВМ третьего поколения наиболее значимыми разработками были:

IBM System - 360 - целое семейство ЭВМ, выпуск которого начался с 1964 года. Все модели семейства имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью, и были универсальными, способными решать, как сложные логические задачи, так и быть полезными в экономических расчетах. Универсальность ЭВМ отражена и в ее названии. 360 означает 360 градусов, т.е. ее возможность работать в любом из направлений. Затраты на разработку System-360 составили около 5 млрд. долларов США, что вдвое превышало расходы США во время второй мировой войны на Манхэттенский проект, целью которого было создание атомной бомбы. Проект по созданию IBM 360 уступал по стоимости только программе «Аполлон» . Архитектура IBM 360 оказалась чрезвычайно удачной и во многом определила направление развития вычислительной техники;

PDP8 – мини-ЭВМ, разработанная 22 марта 1965 года фирмой Digital Equipment Corporation (DEC). Термин «мини» – относительный. Эта ЭВМ была размером примерно с холодильник, но, по сравнению с другими представителями электронных вычислительных машин, размер её был действительно миниатюрным. Этот проект был коммерчески очень выгодным. Всего было продано около 50 000 экземпляров этой машины. Система PDP-8 имела массу аналогичных решений – клонов по всему миру. Так в СССР было разработано несколько аналогов этой ЭВМ: Электроника-100, Саратов-2 и др.;

Наири 3 – одна из первых самостоятельно разработанных в СССР ЭВМ третьего поколения. Эта разработка увидела свет в 1970 году в Ереванском научно-исследовательском институте математических машин. В ней использовался упрощенный машинный язык, призванный облегчить программирование. Также была возможность вводить некоторые задачи на математическом языке;

ЕС ЭВМ - единая система электронных вычислительных машин, за основу которой была взята удачная и хорошо себя зарекомендовавшая архитектура IBM System-360. Первые машины этой серии были созданы в СССР в 1971 году. Производительность первых образцов была от 2 750 операций в секунду (ЕС-1010) до 350 000 операций в секунду (ЕС-1040). Впоследствии, производительность удалось поднять до нескольких десятков миллионов операций в секунду, но, практически, все эти разработки были остановлены в 1990-х годах после распада СССР;

ILLIAC 4 – одна из самых производительных вычислительных машин третьего поколения. ILLIAC 4 была создана в 1972 году в Иллинойском университете и обладала конвейерной архитектурой, состоящей из 64 процессоров. ЭВМ предназначалась для решения системы уравнений в частных производных и обладала быстродействием, порядка 200 млн. операций в секунду.

Этот список можно продолжать и дальше, но и так ясно, что ЭВМ уже прочно и на долго вошли в нашу жизнь, и их дальнейшее развитие и совершенствование уже не остановить. С развитием технологии производства интегральных схем плотность компоновки элементов постепенно увеличивалась. Стали появляться сверх большие интегральные схемы, и ЭВМ третьего поколения, строящиеся на интегральных схемах малой и средней плотности, постепенно стали вытесняться ЭВМ четвертого поколения на больших и сверх больших интегральных схемах.

Список используемой литературы

1. История развития вычислительной техники. Ланина Э.П. ИрГТУ, Иркутск – 2001 г.

2. Развитие вычислительной техники. Апокин И.А. М., «Наука», 1974 г.

3. Технарский взгляд.

4. Методолог.

6. От абака до компьютера. Р. С. Гутер. Издательство «Знание», Москва 1981.

В прошлой статье я описал линейку IBM System/360 «в целом», не вдаваясь особо в подробности реализации. В этот раз мы продолжим разговор об этой ЭВМ и рассмотрим ее внутреннюю архитектуру.

Разумеется, никакой революции System/360 не смогла бы совершить, если бы у нового семейства ЭВМ не было тщательно продуманной и спроектированной архитектуры (потом позаимствованной и советскими разработчиками). Два основных руководства назывались «IBM System/360 Principles of Operation» и «IBM System/360 I/O Interface Channel to Control Unit Original Equipment Manufacturers" Information manuals».

Что предлагалось разработчикам в System/360? Шестнадцать 32-битных регистров общего назначения, именовавшихся от R0 до R15. Четыре 64-битных регистра для чисел с плавающей запятой, они именовались FP0, FP2, FP4 и FP6. Один 64-битный регистр состояния (Program Status Word или PSW), помимо прочего содержащий 24-битный адрес инструкции.

Кроме адреса текущей исполняемой инструкции, PSW сохранял биты, разрешающие/запрещающие прерывания, состояние программы, защитный ключ для сравнения с ключами устройств и другие важные параметры. Привилегированная команда LPSW позволяла целиком загрузить значение этого регистра и использовалась в основном для возврата из обработчика прерывания, восстанавливая то состояние, которое было до вызова обработчика. Так же ряд команд позволял манипулировать отдельными флагами этого регистра, не вызывая переходов в другие участки кода.

Прерывания делились на 5 «классов» в зависимости от приоритета. С каждым классом были ассоциированы две ячейки памяти размером в двойное слово: старый PSW и новый PSW. Когда происходило прерывание, текущее значение PSW вместе с кодом прерывания сохранялось на место старого PSW, а в сам регистр загружалось значение из нового PSW, вызывая переход в обработчик. Классы прерываний были следующими (в порядке возрастания приоритета).

Прерывания ввода/вывода: сигнализировали о разнообразных событиях ввода-вывода, в том числе и таких затратных по времени как, например, завершение перемотки пленки.

Программные прерывания. Сигнализировали о возникновении одного из 15 исключений в ходе выполнения программы. Некоторые из этих прерывания могли быть подавлены с помощью сброса соответствующих флагов в PSW.

Прерывание вызова супервайзора. Происходило в результате выполнения инструкций, обращенных к супервайзору.

Внешние прерывания. Происходили в результате внешних событий, таких как срабатывание таймера или нажатие кнопки прерывания.

Прерывание машинной проверки, происходило в случаях аппаратных сбоев, например при ошибке четности при проверке содержимого регистров.

Как уже понятно, для адресации памяти использовались 24 бита, что позволяло адресовать 16 мегабайт памяти, но начиная с модели 67 появилась возможность 32-битной адресации, что расширило объем адресуемой (теоретически) памяти до 4 гигабайт. Использовался big-endian порядок, то есть от старшего к младшему. Различные инструкции позволяли работать с байтами, полу-словами (2 байта), полными словами (4 байта), двойными и четверными словами (соответственно 8 и 16 байт).

Штатно поддерживались следующие типы данных:

Целые числа длиной в половину или целое слово
Два вида упакованных в бинарный формат десятичных чисел
Дробные числа с плавающей запятой (нюансы реализации зависели от версии)
Символы, хранились в одном байте каждый

Адресация чаще всего использовалась «усеченная»: инструкции не содержали полный адрес, а только смещение, относительно базового адреса, содержащегося в одном из регистров общего назначения.

Инструкции могли быть длиной 2, 4 или 6 байт, при этом код операции хранилися в нулевом байте, а остальное занимало описание операндов. Инструкции выравнивались по границам полуслова, поэтому самый младший бит в адресе текущей инструкции всегда был равен нулю.

Интересно в System/360 был реализован ввод-вывод. Операции ввода-вывода выполнялись концептуально обособленными процессорами, которые назывались «Каналами». У каналов были собственные наборы инструкций, и они работали с памятью независимо от программы, выполнявшейся центральным процессором. В недорогих моделях для поддержки каналов использовался «движок» микрокода центрального процессора, в более дорогих - каналы размещались в собственных шкафах.

Очень необычно в IBM подошли к управлению своей ЭВМ. Они определили определенный набор функций, не уточняя при этом с помощью каких именно физических средств они должны реализовываться. Это позволило сделать управление универсальным, не зависящим от конкретного железа, для отдачи команд и вывода результатов в ход могло идти любое оборудование: кнопки, наборные диски, клавиатуры, текст и графика на мониторах и т.п. Любая отсылка к «кнопке» или «переключателю» могла означать любой из возможных вводов, начиная со светового пера и заканчивая выбором опции на экране с помощью ввода с клавиатуры.

В различных моделях System/360 использовались разные дополнительные возможности, расширявшие базовые.

Защита записи. Если система поддерживала эту опцию, то каждому блоку внешних хранилищ размером в 2 Кб присваивался ключ, который проверялся при записи на это хранилище каналом. То есть каждый канал мог писать только в «свои» блоки. Обычно канал с нулевым адресом использовался самой операционной системой, и для него проверка ключа не осуществлялась. Этот подход позволял защитить системные файлы от стирания пользовательскими программами. В очень редких моделях так же была возможность выставить и защиту от чтения.

Поддержка мультисистемности. Расширение набора команд, позволявшее работать нескольким процессорам одновременно.

Прямой контроль. Эта опция обеспечивала поддержку 6 внешних сигнальных линий, которые могли быть использованы для нужд пользователя.

Интервальный таймер. С этой опцией процессор осуществлял периодический декремент слова, находящегося в памяти по адресу 0x50, когда это значение достигало нуля, происходило прерывание. Младшие модели уменьшали число с частотой, совпадавшей с частотой электрической сети (50 или 60 Гц), старшие модели были оснащены таймерами с куда более высоким разрешением.

В общем, про System/360 можно говорить очень много, поэтому если будет интерес, я продолжу тему в следующей статье.

Дискуссия в основном сводилась к вопросу о том, возможна ли реализация архитектуры IBM-360 в условиях жесткого эмбарго, ибо если она без документации и образцов невозможна, то не стоит тратить силы на ее точное воспроизведение и ее нужно “улучшить”.

Конец этой дискуссии положило решение комиссии по ВТ АН СССР и ГКНТ от 27 января 1967 г. под председательством академика А. А. Дородницына , которым было предложено принять для “Ряда” архитектуру IBM-360 “с целью возможного использования того задела программ, который можно полагать имеющимся для системы 360”. Это решение было принято практически при поддержке присутствующих представителей организаций, которым предстояло работать по программе “Ряд”. Альтернативного предложения на этой комиссии никто не выдвигал.

В первой половине 1967 г. коллективом КБПА во главе с В.К. Левиным был представлен “Аванпроект комплекса типовых информационно-вычислительных машин (ОКР «Ряд»)”. В нем предлагалась разработка по архитектуре IBM-360 четырех полностью совместимых моделей - Р-20, Р-100, Р-500 и Р-2000 производительностью 10-20, 100, 500 и 2000 тыс. операций в секунду. При этом производительность предлагалось определять по принятой на западе методике - на смеси команд Gibson-3, при которой производительность Р-500 была на уровне производительности БЭСМ-6.

В аванпроекте достаточно детально были рассмотрены общие вопросы разработки и логическая структура машин, система элементов и питания, построение оперативной памяти, состав внешних устройств, проблемы создания конструкции, система автоматизации проектирования.

Во второй половине 1967 г. под руководством МРП (М. К. Сулим) прошло обсуждение аванпроекта, определение организаций-исполнителей работ, подготовка постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР по дальнейшему развитию ВТ. Этим постановлением, вышедшим 30 декабря 1967 г., разработка Р-20 поручалась Проектному бюро Минского завода им. Г. К. Орджоникидзе, Р-100 - Ереванскому НИИ математических машин, Р-500 и Р-2000 - вновь создаваемому Научно-исследовательскому центру электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ). Для становления нового института из КБПА в него переводился коллектив разработчиков аванпроекта во главе с В. К. Левиным, занявшим должность заместителя директора НИЦЭВТ по научной работе.

С начала 1968 г. развернулось проектирование машин во всех организациях, в том числе и в НИЦЭВТ, испытывающем трудности становления. В начале декабря 1968 г. в НИЦЭВТ был влит Научно-исследовательский институт электронных машин (НИЭМ), директор которого С.А. Крутовских стал директором НИЦЭВТа и был назначен Генеральным конструктором создаваемой системы ЭВМ, а В. К. Левин назначен его заместителем. Это решение позволило быстро сформировать все необходимую инфраструктуру нового института и укомплектовать руководство разработкой.

С начала 1968 г. к исследованиям, ведущимся в СССР по унифицированному ряду ЭВМ, стали проявлять интерес научные и промышленные организации стран социалистического содружества - Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Чехословакии. Изучалась возможность и целесообразность объединения усилий в развитии средств ВТ. Особую активность в интеграционном процессе проявлял заместитель председателя правительства НРБ профессор Иван Попов. После длительных консультаций, совещаний и согласований в начале 1969 г. было подписано многостороннее соглашение о сотрудничестве в области создания, производства и применения средств вычислительной техники. В Межправительственном постановлении была поставлена задача разработать Единую Систему ЭВМ стран социалистического содружества (ЕС ЭВМ). Этим постановлением была образована Межправительственная комиссия по вычислительной технике (МПК по ВТ) на уровне министров, возглавляемая постоянным председателем - заместителем председателя Госплана СССР. Рабочими органами комиссии стали Экономический совет и Совет главных конструкторов (СГК), во главе с Генеральным конструктором от СССР. Работы по созданию отечественного унифицированного ряда ЭВМ трансформировались в международную программу создания Единой системы ЭВМ стран социалистического содружества.

Постоянными председателями МПК по ВТ были заместители председателя Госплана СССР М. Е. Раковский, Я. П. Рябов, Ю. Д. Маслюков, генеральными конструкторами ЕС ЭВМ - С. А. Крутовских, (1968-1969 гг.), А.М. Ларионов (1970-1977 гг.), В.В. Пржиялковский (1977-1990 гг.), одновременно являвшиеся директорами НИЦЭВТ.

Всю вторую половину 1968 г. происходили интенсивные консультации и совещания специалистов стран по распределению обязанностей между странами и выработке общей технической политики. Каждая страна к началу осуществления проекта имела свой задел и свои стратегические планы. СГК интенсивно искал пути сближения технических позиций стран, вырабатывал общую концепцию развития ВТ. Целесообразность принятия архитектуры IBM-360 признавалась большинством стран. Разногласия заключались в том, что венгерские представители предлагали включить в общую программу свой задел по машине с архитектурой “Митра-15”, а чехословацкие представители настаивали на принятии привилегированных команд машин System-4 и Siemens 4004. В результате было принято компромиссное решение, заключавшийся в том, что в состав ЕС ЭВМ были включены ЭВМ ЕС-1010 (Венгрия) и ЕС-1020А (Чехословакия), не совместимые с остальными моделями ЕС ЭВМ. Помимо этого в плане НИОКР появились направления, дублирующие друг друга в разных странах.

В надежде на большие закупки со стороны СССР некоторые страны спешили сделать заявки в общий план работ. В Болгарии, например, строились 14 заводов для производства внешних накопителей, устройств подготовки данных, ЭВМ и узлов к ним.

На первой сессии Совета главных конструкторов 7-9 января 1969 г. были утверждены все основополагающие решения, обсуждавшиеся во второй половине 1968 г. специалистами, в том числе и по архитектуре новой системы ЭВМ, в качестве которой принята архитектура IBM-360. Другим важным решением, принятым на первой сессии, было решение о контроле разработки военной приемкой Министерства обороны СССР и о единой документации, согласованной с Министерством обороны для всех отечественных ЭВМ Единой системы. Против этого возражали представители Венгрии и Чехословакии, а также некоторые отечественные организации, например Минский филиал НИЦЭВТ. Тем не менее это уникальное решение было принято. Серьезного анализа его последствий нет до сих пор. Были и положительные последствия (повышение надежности, полная гарантия совместимости военных и гражданских образцов), но отрицательные - утяжеление конструкции, усложнение испытаний, удлинение сроков разработки и существенное увеличение стоимости, по мнению автора, преобладали. В дальнейшем выяснилось, что поставки ЭВМ Министерству обороны не превышают 20%, что означало существенное удорожание остальных 80% выпускаемых машин, поставляемых гражданским пользователям.

В апреле 1969 г. на второй сессии СГК были утверждены технические требования на ЕС ЭВМ-1 (“Ряд-1”), а в июле, на третьей сессии, утвержден “Сводный график работ по ЕС ЭВМ”. График предусматривал создание семи ЭВМ и 60 типов периферийного оборудования по единым ТЗ и стандартам.

М. Е. Раковский, заместитель председателя Госплана CCCР и председатель МПК по ВТ, отметил в печати, что впервые в истории стран социалистического содружества началась реализация общего проекта, в котором принимали участие 20 тыс. ученых и конструкторов, 300 тыс. рабочих и техников на 70 заводах.

На четвертой сессии СГК в декабре 1969 г. был рассмотрен технический проект ЕС ЭВМ, взятый за основу для дальнейшего проектирования. Модели Р-20, Р-100, Р-500 и Р-2000 трансформировались в этом проекте в ЕС-1020 (Р-20), ЕС-1030 (Р-30), ЕС-1050 (Р-50) и ЕС 1060 (Р-60). В дальнейшем в связи с недостаточными материальными и людскими ресурсами отечественная программа ЕС ЭВМ-1 ограничилась первыми тремя моделями, а ЕС-1060 перешла во вторую очередь (ЕС ЭВМ-2). Напряженную работу по подготовке технического проекта вели помимо С. А. Крутовских заместители генерального конструктора В. К. Левин и Б.И. Рамеев , а также главные конструкторы А. Ангелов (НРБ), Ж. Нараи (ВНР), М. Гюнтер (ГДР), В. Грегор (ЧССР). В этот период были приняты стандарты ЕС ЭВМ первой очереди на техническую документацию, конструкторско-технологическую базу, интерфейсы, принципы операций и др., которые обеспечили единство проекта ЕС ЭВМ при одновременной разработке его частей в разных странах.

В августе-сентябре 1969 г. при приемке отечественной части технического проекта ЕС ЭВМ Государственной комиссией под председательством академика А. А. Дородницына, заместитель Генерального конструктора ЕС ЭВМ Б. И. Рамеев, ответственный за создание ПО, фактически поставил вопрос о переориентации ЕС ЭВМ с архитектуры IBM-360 на архитектуру системы Speсtra-70, точнее “Системы-4” и “Сименс-4004”, выпускавшихся фирмами ICL и Siemens по лицензии американской компании RCA. В качестве аргументов в пользу такой переориентации выдвигались наличие в СССР образцов этих машин, более доступная технология их изготовления и обещания фирм всячески способствовать их освоению в СССР.

Б. И. Рамеева поддержал заместитель Министра радиопромышленности М.К. Сулим. Против решительно выступили ИПМ (М. Р. Шура-Бура, В. С. Штаркман,) ИНЭУМ (Б. Н. Наумов), а также Минский филиал НИЦЭВТ (В. В. Пржиялковский), НИИсчетмаш (В. Б. Ушаков) и Генеральный конструктор С. А. Крутовских. Ереванский НИИММ не возражал против переориентации, но предупреждал о неизбежности переноса сроков окончания работ. Противники переориентации аргументировали свою позицию тем, что уже имеется задел, что система IBM-360 больше проработана и распространена (де-факто - мировой стандарт архитектуры), она имеет существенно более развитое математическое обеспечение (в том числе и прикладное) и что получение этого обеспечения возможно даже в условиях эмбарго.

Срочную необходимость поправить положение в стране с математическим обеспечением настойчиво подчеркивал председатель комиссии по вычислительной техники АН СССР и ГКНТ академик А. А. Дородницын в своем докладе коллегии ГКНТ в сентябре1969 г. Он утверждал, что по “содержательной части математического обеспечения (МО) мы стоим на уровне, примерно 1960 г. по сравнению с США. У нас организованно ведется лишь разработка внутреннего МО и некоторого минимального перечня стандартных программ и почти совсем не ведутся работы по типовым программам для комплексной обработки информации для предприятий, ведомств и других организаций”. Этот доклад, отражавший действительное положение дел с МО в стране, резко контрастировал с заявлениями некоторых популярных деятелей науки о превосходстве советской программистской школы над западной.

В декабре 1969 г. министр радиопромышленности В. Д. Калмыков, всесторонне рассмотрев проблему в присутствии М. В. Келдыша, М. Е. Раковского, А. А. Дородницына, С. А. Лебедева , М. Р. Шуры-Буры, С. А. Крутовских и др., принял решение продолжать работы по ранее согласованному направлению, т. е. по архитектуре IBM-360. После этого Б. И. Рамеев перешел на работу в ГКНТ, а М. К. Сулим занял пост директора НИИсчетмаш.

В 1970 г. были проведены совместные (межгосударственные) испытания первых девяти устройств ЕС ЭВМ, а в 1971 г. прошла совместные испытания первая машина Единой системы - отечественная ЭВМ ЕС-1020, разработанная Минским НИИЭВМ. В том же году прошли совместные испытания 20 типов периферийного оборудования, в том числе первые в странах содружества накопители на сменных магнитных дисках (НРБ и СССР) и магнитных лентах (НРБ, СССР, ГДР), полностью совместимые с зарубежными аналогами.

Информационная и программная совместимость с наиболее распространенными в мире ЭВМ, являвшимися де-факто мировыми стандартами была достигнута в трудных условиях отсутствия документации и работающих образцов машин IBM-360.

Ниже приведены краткие характеристики машин первой очереди ЕС ЭВМ, совместимых с IBM-360. Они не совпадают с моделями IBM-360 по основным рабочим характеристикам и, конечно, по конкретной логической структуре. Все они защищены многочисленными авторскими свидетельствами и обладают патентной чистотой (исключение - микросхемы “Логика-2”), в том числе и по ведущим западным странам. Подтверждением этому служил начавшийся экспорт машин ЕС ЭВМ не только в страны - члены СЭВ, но и в капиталистические страны.

Для того чтобы сконцентрировать внимание разработчиков только на освоении производства БИС было принято решение каждый ТЭЗ машины ЕС-1066 выполнить в виде БИС, разместить БИС на ТЭЗ и таким путем превратить ЕС-1066 в ЕС-1087. Это действительно самый экономичный метод перевода ЭВМ на БИС, поскольку логическая схема и проверочные тесты отработаны, хотя при этом не достигаются полностью все преимущества, которые дают БИС (рост быстродействия, снижение габаритов и потребляемой мощности, повышение надежности).

Двухпроцессорная ЭВМ ЕС-1087.20 имела производительность 15 млн. операций в секунду по смеси Gibson-3 и 4,5 млн. на смеси GPO-WU для экономических расчетов. Машина имела беспрецедентно высокую пропускную способность системы ввода-вывода - около 36 Мб/с. При этом потребляемая ЭВМ мощность снизилась по сравнению с ЕС-1066 на 40%. В 1988 г. машина прошла государственные испытания, но организовать ее серийное производство Пензенский завод ВЭМ отказался, ссылаясь на загрузку, отсутствие средств и заказов. Это были первые результаты изменения хозяйственного механизма в СССР и начала демонтажа государственного планирования в СССР.

Исходя из сложившейся к середине 80-х годов ситуации с производством матричных БИС и сверхбольших интегральных микросхем памяти СГК ЕС ЭВМ предложил новую концепцию и программу работ по дальнейшему развитию ЕС ЭВМ. Предлагалось осуществить две большие программы - программу создания ЕС ЭВМ-4 (Ряд-4) и программу создания и развития производства персональных ЭВМ.

Концепция создания ЕС ЭВМ “Ряд-4” была одобрена на 27 заседании Межправительственной комиссии по вычислительной технике в мае 1987 г. Постановлением Совета Министров СССР № 645-155 от 16 июня 1987 г. была утверждена отечественная часть программы создания технических и программных средств ЕС ЭВМ-4 (“Ряд-4”), предназначавшихся “для решения широкого круга задач в вычислительных сетях и центрах коллективного пользования, АСУ различного уровня, АСПИ и САПР с технико-экономическими показателями на уровне мировых достижений с увеличенным отношением производительность/стоимость в 2-3 раза по сравнению с соответствующими моделями «Ряд-3», повышенной надежностью на основе микропроцессоров, БИС и СБИС с широкой номенклатурой периферийных устройств, в том числе для доступа к системе с использованием изображений и графических данных с программно-аппаратными средствами управления базами данных и знаний и развитым программным обеспечением”.

Программой ЕС ЭВМ-4 предусматривалась разработка трех базовых ЭВМ-ЕС-1130, 1170 и 1181, производительностью соответственно 2, 5-8 и 30 млн. операций в секунду. Кроме того, учитывая требования пользователей, поступавшие при формировании программы, в нее включили создание терминальной ЭВМ ЕС-1107 со встроенными средствами для работы в сетях и суперЭВМ 1191, производительностью 1 млрд. операций в секунду. Появление в программе ЕС ЭВМ суперЭВМ было реакцией на задержку в создании машин “Эльбрус-2” и “Эльбрус-3” и настоятельным требованием нескольких крупнейших предприятий СССР, таких, как ЦАГИ, ИПМ, Арзамас-16, подписавших на нее техническое задание. Предусматривалось также создание нескольких вычислительных комплексов на базе старших машин ЕС ЭВМ и специализированных процессоров - матричного (Ереванский НИИММ), с макроконвейерной архитектурой (ИК АН УССР), динамической архитектурой (ЛИИА АН СССР, Торгашев В. А.) и с программируемой архитектурой (ТРТИ, Каляев А. В.).

Основные особенности разрабатываемых ЭВМ и ПО должны были состоять в следующем:

• расширение адресных пространств реальной и виртуальной основной памяти до 32 Мб и соответствующее расширение формата адресов;
• новая архитектура подсистем ввода-вывода, предусматривающая функцию выбора канального пути, ведение очередей запросов на ввод-вывод и других функций управления данными внутри подсистемы;
• универсальная поддержка виртуальных машин с помощью средства интерпретирующего выполнения;
• аппаратная и программная поддержка интеллектуальных функций:
• анализ и синтез текстов на естественном языке;
• ввод и распознавание устной речи;
• синтез устной речи;
• работа с базами знаний;
• графический синтез;
• обработка растровых полутоновых изображений;
• повышение на порядок наработки на отказ;
• улучшение соотношения производительность/стоимость в 2-3 раза по сравнению с ЕС ЭВМ “Ряд-3”.

Для выполнения вышеуказанных функций предусматривалась разработка целого ряда новых периферийных устройств, освоение около 50 принципиально новых технологических процессов, улучшение качества около 40 наименований серийно выпускаемых материалов, организация производства 20 наименований новых материалов, разработка и организация производства около 100 единиц специального, высокоавтоматизированного оборудования, переоборудование существующих производств. Следует добавить, что по ранее вышедшему постановлению ЦК КПСС и СМ СССР в Пензе строился крупнейший в Европе завод по выпуску накопителей на магнитных дисках емкостью 317 и 635 Мб. На это было выделено более 120 млн. инвалютных рублей.

Постановление ЦК КПСС и СМ СССР по организации производства ПЭВМ вышло в январе 1986 г. после длительной дискуссии сначала между МЭП и МРП по выбору архитектуры (руководство МЭП предлагало строить свои ПЭВМ на базе архитектуры PDP-11, точнее Электроники-60, а МРП настаивало на архитектуре IBM PC) а затем между Госпланом СССР и МРП по величине выделяемых ассигнований. Этим постановлением предписывалось МРП, МЭП и Минприбору в короткие сроки освоить выпуск ПЭВМ, совместимых с IBM PC, в количестве около 1 млн. шт. в год. Разработка ПЭВМ в МРП поручалась Минскому НИИЭВМ. Для их производства МРП решило строить крупнейший в Европе завод в Кишиневе и завод по выпуску дисковых накопителей типа Винчестер в Костроме. Во время строительства Кишиневского завода выпуск ПЭВМ осуществляло Минское производственное объединение вычислительной техники.

В короткие сроки НИИЭВМ (гл. конструкторы В. Я. Пыхтин, А. П. Запольский и В. В. Витер) разработал 12 типов ПЭВМ ЕС ЭВМ , совместимых с IBM PC/XT, IBM PC/AT, IBM XT/370. Последняя модель обеспечивала программную совместимость с машинами ЕС ЭВМ и IBM-370. Три типа ПЭВМ, совместимых с IBM PC/XT, IBM PC/AT и IBM XT/370 были разработаны для эксплуатации в Министерстве обороны. Военные варианты ПЭВМ ЕС ЭВМ выпускались Брестским электромеханическим заводом. После распада СССР выпуск ЕС-1855 (военный вариант, совместимый с IBM PC/AT) и ее дальнейшее развитие осуществлял НИЦЭВТ. Отечественная электронная промышленность смогла освоить только 8-разрядный аналог микропроцессора Intel, поэтому 16- и 32-разрядные ПЭВМ появились только после 1990 г., когда после изменения хозяйственного механизма стала возможной закупка микропроцессоров Intel за рубежом.

Количество ПЭВМ ЕС ЭВМ, выпущенных Минским производственным объединением вычислительной техники, приведено ниже.

ПЭВМ Год начала выпуска Год окончания выпуска ЕС-1840 1986 1989 ЕС-1841 1987 1995 ЕС-1842 1988 1996 ЕС-1843 1990 1993 ЕС-1849 1990 1997 ЕС-1851 1991 1997 ЕС-1863 1991 1997 ИТОГО

Выпущено, шт.
7 461
83 937
10 193
3 012
4 966
3 142
3 069
115 780

Основной причиной сокращения производства ПЭВМ после 1991 г. и полного его прекращения в 1997 г. стал распад СССР, ориентация российского рынка на западные ПЭВМ, лучшие по параметрам и - главное - по надежности, а также инфляция, съевшая оборотные фонды предприятий. Поскольку государственные предприятия с самого начала экономических реформ были поставлены в неравные условия с нарождающимися кооперативами (например, в ценообразовании) импорт ПЭВМ, а впоследствии и сборку их в России перехватили новые коммерческие структуры. Тем не менее свою положительную роль в становлении рынка ПЭВМ в России и Белоруссии ПЭВМ ЕС ЭВМ, по мнению автора, сыграть успели.

Программу создания технических и программных средств ЕС ЭВМ-4, последнюю серьезную программу развития ВТ общего назначения в СССР, так же как и программу ПЭВМ, ждал распад и деградация.

Уже в 1988 г. на базе двух главных управлений МРП, выпускающих средства вычислительной техники, были организованы три научно-производственных объединения, во главе с научно-исследовательскими институтами. В целом идея прогрессивная, направленная на повышение независимости промышленных предприятий от бюрократического аппарата министерства. Но в данном случае заводы, выпускающие ЭВМ, разработанные в НИЦЭВТе, оказались в других объединениях. Связи разработчика и производителя по старшим машинам ЕС ЭВМ существенно осложнились. С каждым годом сокращалось финансирование. В 1998 г. на разработку технических и программных средств ЕС ЭВМ было выделено всего 100 млн. руб. Компания IBM в этом же году истратила на разработку своих технических и программных средств 4,5 млрд. долл. Сложность и стоимость разработок росли год от года, особенно в области микроэлектроники, и страна уже не могла обеспечить этот рост ресурсами.

Во второй половине 1989 г. остановилось финансирование работ Ереванского НИИММ по ЭВМ ЕС-1170 и СКБ Казанского завода ЭВМ по машине ЕС-1107. С начала 1989 г. прекращено финансирование технических и программных средств телеобработки данных. Матричные БИС серии И-300 выпускались заводом “Микрон” только для процессоров “Эльбрус-3.1”. По этой причине задерживалась разработка ЭВМ ЕС-1181.

Нормальными темпами шло проектирование только одной ЭВМ- ЕС-1130. Она проектировалась на 11 типах микросхем микропроцессорного набора К-1800, выпускаемого Вильнюсским объединением “Вента”. Это были микросхемы средней степени интеграции, но в сложившихся условиях для ЭВМ ЕС-1130 они были вполне приемлемы. Разработка ЭВМ была успешно завершена в 1989 г. При пятикратном росте производительности по сравнению с ЕС-1036 она занимала вдвое меньшую площадь и потребляла в пять раз меньшую мощность из сети. В очередной раз демонстрировалось решающее влияние степени интеграции микроэлектронной базы на технико-экономические параметры ЭВМ. В сложных экономических условиях было продано 230 машин этого типа. С распадом СССР возникли перебои в поставках микросхем из Литвы и появились трудности со сбытом ЭВМ в России. В 1995 г. производство ЕС-1130 было остановлено.

Возможность изготовить и получить матричные БИС И-300Б (около 1200 логических вентилей на кристалле) появилась у НИЦЭВТ только в 1993-1994 гг. К этому времени коллектив разработчиков НИЦЭВТ был серьезно ослаблен и в полной мере реализовать в ЕС-1181 расширенную архитектуру IBM 370/XA не было возможности. Удалось только обеспечить выход за пределы 24-разрядного адреса и несколько расширить функции каналов. Машина была изготовлена в МПО ВТ и прошла испытания в 1995 г. При производительности 10 млн. операций в секунду на процессор и оперативной памяти 32 Мб машина размещалась всего в одной стойке меньшего размера, чем стойка ЕС-1066. Главным достоинством ЕС-1181 было отсутствие принудительной приточно-вытяжной вентиляции, что существенно снижало объем строительных работ в вычислительном центре. К сожалению, машина опоздала на несколько лет и вышла в свет, когда рынок универсальных ЭВМ в России был разрушен. В 1995 г. в МПО ВТ прекратилось производство ЭВМ общего назначения Единой системы, в 1997 г. - персональных ЭВМ. Еще раньше был прерван выпуск ЭВМ Казанским заводом ЭВМ и Пензенским заводом ВЭМ, а следовательно, и выпуск всех периферийных устройств, накопителей, блоков и узлов для комплектации ЭВМ ЕС, производимый четырнадцатью заводами. Некогда мощная отрасль промышленности, годовой объем продукции которой составлял более 2 млрд. руб., прекратила свое существование.

Ниже приводятся итоговые цифры выпуска машин ЕС ЭВМ за время реализации этой программы. Для сравнения еще раз напомним, что ЭВМ “Урал-1” было выпущено всего 183, “Урал-2, 3,4” - 191, “Урал-11,14,16” - 325. ЭВМ типа М-220 и М-222 выпущено 502 шт., “БЭСМ-3” и “БЭСМ-4” - 441, “БЭСМ-6” - 454. Самых массовых ЭВМ второго поколения - ЭВМ типа “Минск-2/22”, “Минск-23”, “Минск-32” выпущено -3906 шт.

Очевидно, что настоящего расцвета советская промышленность средств ВТ достигла только в процессе выполнения государственной программы создания ЕС ЭВМ под руководством Межправительственной комиссии по сотрудничеству в области вычислительной техники стран социалистического содружества.

Ниже приведены только ЭВМ, разработанные в СССР, с учетом произведенных в Болгарии. Немецкие машины ЕС-1040, ЕС-1055 не учтены и поставлялись в СССР в количествах около 100 шт. в год.

Тип ЭВМ 1970-1975 гг. 1976-1980 гг. 1980-1985 гг. 1986-1990 гг. Всего за 1970-1997 гг. ЕС-1020 595 160 - - 755 ЕС-1030 310 126 - - 436 ЕС-1050 20 67 - - 87 ЕС-1022 100 3300 428 - 3828 ЕС-1033 - 1249 1051 - 2300 ЕС-1052 - 35 39 - 74 ЕС-1035 - 105 1711 322 2138 ЕС-1045 - 50 1716 - 1766 ЕС-1060 - 103 212 - 315 ЕС-1061 - - 186 380 566 ЕС-1065 - - 2 3 5 ЕС-1036 - - 94 1979 2073 ЕС-1046 - - 12 1615 1627 ЕС-1066 - - 14 408 422 ЕС-1068 - - - 16 18 ЕС-1007 - - - 251 251 ЕС-1130 - - - 237 237 ЕС-1181 - - - - 1 ЕС-1220 - - - 20 20 Итого 1025 5195 5465 5231 16919

С распадом СССР большая часть действующих машин Единой системы осталась в России. Экономические реформы привели к разрушению системы централизованного технического обслуживания. ВО Союзэвмкомплекс, обслуживающее все машины ЕС ЭВМ в стране, перестало существовать. В связи с этим точных статистических данных о состоянии российских машин, находящихся в эксплуатации в настоящее время, нет. По некоторым оценкам, на начало 1999 г. число работающих в России ЭВМ ЕС близко к 5000. Надо полагать, что для этих пользователей дорого накопленное прикладное ПО и они вынуждены искать пути к его сохранению. Около 2000 пользователей после остановки производства техники ЕС ЭВМ заменили изношенные дисковые накопители ЕС ЭВМ на накопители типа Винчестер, применяемые в ПЭВМ и управляемые или через ПЭВМ, или через специальный контроллер. Около 1500 пользователей заменили машины ЕС ЭВМ на дешевые машины IBM 4381 second hand, поставляемые в Россию несколькими фирмами. Более 100 пользователей купили машины IBM ES-9000. Фирмы “Рестарт” и “ЕС Лизинг”, образованные на базе сотрудников НИЦЭВТ обеспечивают простой и быстрый перенос прикладного МО пользователей ЕС ЭВМ на более современные платформы IBM. Очередное обновление технической базы у многих пользователей предстоит сделать для решения проблемы 2000 года. Таким образом, прикладное ПО, накопленное для платформы ЕС ЭВМ, живет до сих пор и имеются пути обеспечить его дальнейшее функционирование в отсутствии производства техники ЕС ЭВМ. Его дальнейшее сохранение возможно благодаря совместимости архитектуры, а следовательно, и математического обеспечения машин IBM и ЕС ЭВМ и пока еще наличию высококвалифицированных специалистов по обеим платформам.

Литература

1. Сулим М. К., Аврутин А. К истории становления и развития вычислительной техники в СССР . Computer und Cybernetic. Russisch- Deutschtes Symposium. Heidelberg, 20-22 November, 1997.
2. МРП СССР. Аванпроект комплекса типовых информационно-вычислительных машин (ОКР “Ряд”) , 1967. Фрагменты. Архив автора.
3. Дородницын А. А. О состоянии математического обеспечения ЭВМ и мерах по его коренному улучшению. Доклад на коллегии ГКНТ. 1969. Архив автора.
4. Шура-Бура М. Р., Штаркман В. С. Докладная записка президенту АН СССР академику М. В. Келдышу . 1969. Архив автора.
5. Протоколы сессий совета главных конструкторов ЕС ЭВМ . 1969-1987 гг. Архив автора.
6. Вычислительная система IBM-360. Принципы работы. М., Сов. радио,1969.
7. Джейрмейн К. Программирование на IBM-360 . М., Мир,1971.
8. Дроздов Е. А., Комарницкий В. А., Пятибратов А. П. Электронные вычислительные машины Единой системы. М., Машиностроение,1976.
9. Единая система ЭВМ. Под ред. А. М. Ларионова. М., Статистика, 1974.
10. Принципы системной организации ЭВМ Единой системы. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1973, вып. 1.
11. Ларионов А. М., Левин В. К., Соловьев С. П. и др. Система ввода-вывода ЕС ЭВМ. Принципы организации. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. 1973.
12. Михайлин Б. П., Наголкин А. Н., Объедков Ю. С., Соколов Б. В. Система документации Единой системы ЭВМ. М. Статистика,1976.
13. Макурочкин В. Г. Внешние запоминающие устройства ЕС ЭВМ. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1973. вып. 3.
14. Лапин В. С., Антонов В. С., Данилевский Ю. Г. и др. Система телеобработки данных ЕС ЭВМ. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1973, вып. 1.
15. Система математического обеспечения ЕС ЭВМ. Под ред. А. М. Ларионова. М., Статистика, 1974.
16. Шура-Бура М. Р., Ковалевич Э. В., Марголин М. С. и др. Операционная система ДОС ЕС. Общие положения. М., Статистика, 1975.
17. Пржиялковский В. В., Смирнов Г. Д., Мальцев Н. А., Асцатуров Р. М. и др. Электронная вычислительная машина ЕС -1020. М., Статистика, 1975.
18. Семерджян М. А., Кучукян А.Т. и др. Электронная вычислительная машина ЕС-1030. М., Статистика, 1977.
19. Антонов и др. Электронная вычислительная машина ЕС-1050. М., Статистика, 1976.
20. Пржиялковский В. В., Ломов Ю. С. Технические и программные средства ЕС ЭВМ. Москва. Статистика, 1980.
21. Ломов Ю. С. ЭВМ высокой производительности ЕС-1066 и ЕС-1065. В сб.: Электронная вычислительная техника. Под ред. В. В. Пржиялковского. Вып. 1. М., Радио и связь, 1987.
22. Каталог ЕС ЭВМ. Т. 1. Технические средства. М., Стройиздат, 1979.
23. Каталог ЕС ЭВМ. Т. 2. Программное обеспечение. М., Стройиздат, 1978.
24. Лопато Г. П. Вычислительная техника в Белоруссии. ИТ и ВС, 1997, № 1, с. 82-94.

Когда я начинал первую статью про IBM System/360, я не представлял, что это выльется в целую серию статей, настолько оказалась обширной и интересной эта революционная система. Три статьи уже вышли (первая , вторая , третья), я пишу эту, и понимаю, что тема себя далеко не исчерпала, и про System/360 можно писать еще долго. На этот раз поговорим о периферии и работе с внешними устройствами в System/360.

Каналы

Поскольку периферийные устройства в то время зачастую были очень не быстрыми, для работы с ними предназначались так называемые «каналы» - отдельные процессоры с уменьшенным набором инструкций, предназначенные для передачи информации между устройством и основной памятью. Концепция каналов немного напоминает современную DMA. По принципу действия, каналы делились на байт-мультиплексорные и селекторные. Первые предназначались для работы с медленными устройствами (принтеры, перфораторы, считыватели перфокарт), вторые - для устройств с большей скоростью (магнитные диски, ленты, внешние ячейки памяти). Практически все машины System/360, кроме «нестандартной» Model 20 оснащались байт-мультиплексорным каналом и одним и более селекторными. В моделях попроще каналы были интегрированные, а в топовых моделях они были выполнены в виде отдельных шкафов.

Как несложно понять из названия, мультиплексорный канал позволял обмениваться данными сразу от нескольких устройств через один канал в ОЗУ компьютера. Чаще всего адрес этого канала был 0, а для адресации к суб-каналам использовались адреса от C0 до FF. Например, по адресам 0C0-0C7 размещались стримеры, 00E/00F: принтеры 1403-N, 010-013: принтеры 3211, 020-0BF: телекоммуникационные устройства семейства 270x. Эти адреса до сих пор используются в виртуальных машинах z/VM.

Селекторные каналы позволяли подключать более скоростные устройства. Обычно, между устройством и каналом размещался еще управляющий модуль, позволявший объединять несколько однотипных устройств и направлять данные с них в один или несколько каналов, параллельно или последовательно, что позволяло варьировать варианты подключения для достижения оптимальной производительности.

В моделях 85 и 195 IBM представили новый типа каналов - блок-мультиплексорный. Эти каналы позволяли подключенному устройству приостановить работу текущей программы канала, пока устройство не было готово передать данные, освободив таким образом канал для других устройств. Изначально эти каналы предназначались для работы с дисками с фиксированной головкой семейства 2305.

Именование компонентов

В IBM разработали систему цифровых кодов для маркировки новых устройств. Они маркировались кодом из 4 цифр, начинавшимся с 2. Ряд старых устройств, уже существовавших до System/360 сохранил свои маркировки (например, известнейшие принтеры семейства 1403, на которых печатались те самые репродукции Джоконды).

Устройства нумеровались следующим образом.

20xx: Арифметические процессоры, например IBM 2030, центральный процессор IBM System/360 Model 30
21xx: Блоки питания и прочее оборудование, близко связанное с процессором, например конфигурационный модуль IBM 2167
22xx: Различные устройства вывода, например, CRT мониторы IBM 2250 и IBM 2260, IBM 2203 - принтер System/360 Model 20
23xx: Устройства хранения данных с прямым доступом, например, дисковые накопители IBM 2311 и IBM 2314, или ячейки данных IBM 2321. Так же эта маркировка использовалась для главных устройств хранения (IBM 2361 - хранилище большой емкости, IBM 2365 - хранилище процессора)
24xx: Накопители на магнитной ленте, например IBM 2401, IBM 2405 и IBM 2415
25xx: Устройства для работы с перфокартами, например, считыватель карт IBM 2501, перфоратор IBM 2520, считыватель/перфоратор IBM 2540 и многофункциональная карточная машина IBM 2560
26xx: Устройства для работы с бумажными лентами, например, ридер IBM 2671
27xx: Коммуникационное оборудование, например, интерактивные терминалы IBM 2701, IBM 2705, IBM 2741
28xx: Каналы и контроллеры. Например, управляющий модуль IBM 2821, IBM 2841 и IBM 2844
29xx: Прочие устройства, например, коммутатор каналов данных IBM 2914 и репитер каналов данных IBM 2944

Устройства хранения с прямым доступом

2302 базировался на более ранней модели 1302 и представлял собой жесткий диск со скоростью доступа 156 Кб/с и поставлялся как модель 3 с двумя модулями по 112.79 Мб, либо как модель 4, с четырьмя такими модулями.

2311 в свою очередь являлся обновленной версией IBM 1311 и позволял работать с пакетами сменных дисков IBM 1316. Теоретическая емкость накопителя составляла 7.2 Мб, но на практике все зависело от формата. Например, при использовании с System/360 Model 20, этот накопитель предоставлял всего лишь 5.4 Мб свободного пространства.

Пакет дисков IBM 1316 по нынешним меркам можно считать огромным. Шесть дисков диаметром около 36 см насаживались по 6 штук на общий шпиндель. Самая верхняя и самая нижняя поверхности стопки не несли на себе никаких данных, таким образом, для записи было доступно 10 поверхностей. Все головки чтения/записи были объединены в один блок и двигались вместе. Число дорожек составляло 203. Чтоб уменьшить количество движений головок, данные записывались «вертикально» на поверхности дисков сверху вниз, формируя «цилиндры». Размер секторов был переменный, как и на магнитной ленте.

Позже, в 1966 году появился накопитель 2314s, использовавший в работе обновленные пакеты дисков 2316 емкостью 28 Мб.

Для тех случаев, когда была важна скорость чтения-записи, а не емкость, использовались барабанные накопители, в которых на каждую дорожку использовалась отдельная головка. Емкость первых моделей составляла около 4 Мб, а скорость операций достигала 303.8 Кб/с, позже, на смену барабанным накопителям пришли дисковые, так же с отдельными головками на дорожку. Таким был, например, IBM 2305, представленный в 1970 году. Диски накопителя вращались со скоростью 6000 оборотов в минуту, скорость обмена данными достигала аж 3 Мб/с, были доступны емкости в 5 и 11 Мб.

Несмотря на малую емкость и высокую цену, подобные устройства были востребованы, например, для размещения оверлеев (модулей программы, которые подгружались в ОЗУ динамически).

Еще более дорогим и редким решением была IBM 2321 Data Cell. Этот накопитель работал с так называемыми «ячейками памяти», каждая из которых содержала внутри 200 магнитных лент, которые могли перематываться и считываться независиом. IBM 2321 позволяла установить до 10 таких «ячеек», обеспечивая хранение до 400 миллионов байт. До 8 IBM 2321 могли подключаться к управляющему модулю IBM 2841, таким образом предоставляя целых 3 Гб хранилища. Время доступа составляло от 95 до 600 миллисекунд, в зависимости от положения пленок.

Таким образом, date cell являлась очень неплохим компромиссом между жесткими дисками и ленточными накопителями. По сравнению с жестким диском IBM 2311, IBM 2321 могла хранить в 55 раз больше данных, при скорости доступа всего в 7 раз ниже.

Так как в Data Cell использовались три раздельных привода, для их смазки в машину заливалось почти 20 литров машинного масла, которое циркулировало в системе под давлением, что порождало много историй про утечки, чаще всего неправдивые. Из-за обилия коротких фрагментов ленты в сменных модулях, их часто сравнивали с лапшой.

Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме. Удаленные от ЭВМ пользователи получили возможность, независи-мо друг от друга, оперативно взаимодействовать с машиной.

В декабре 1961 года специальный комитет фирмы IBM, изучив техническую политику фирмы в области разработки вычислительной техники, представил план-отчёт создания ЭВМ на микроэлектронной основе. Во главе реализации плана встали два ведущих разработчика фирмы -- Д. Амдал и Г. Блау. Работая с проблемой производства логических схем, они предложили при создании семейства использовать гибридные интегральные схемы, для чего при фирме в 1963 году было открыто предприятие по их выпуску. В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о создании шести моделей своего семейства IBM-360 («System-360»), появление которого ознаменовало появление компьютеров третьего поколения.

За 6 лет существования семейства фирма IBM пустила более 33 тыс. машин. Затраты на научно-исследовательские работы составили примерно полмиллиарда долларов (по меркам того времени -- сумма была просто огромной).

При создании семейства «System-360» разработчики встретились с трудностями при создании операционной системы, которая должна была отвечать за эффективное размещение и использование ресурсов ЭВМ. Первая из них, универсальная операционная система называлась DOS, предназначенная для малых и средних ЭВМ, позже была выпущена операционная система OS/360 -- для больших. До конца 60-х гг. фирма IBM в общей сложности выпустила более 20 моделей семейства IBM-360. В модели 85 впервые в мире был применена кэш-память (от фр. cache -- тайник), а модель 195 стала первой ЭВМ на монолитных схемах.

В конце 1970 года фирма IBM стала выпускать новое семейство вычислительных машин -- IBM-370, которой сохранило свою совместимость с IBM-360, но и имело ряд изменений: они были удобны для комплектования многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем, работающих на общем поле оперативной памяти.

Почти одновременно с IBM компьютеры третьего поколения стали выпускать и другие фирмы. В 1966--1967 гг. их выпускали фирмы Англии, ФРГ и Японии. В Англии фирмой ICL был основан выпуск семейства машин «System-4» (производительность от 15 до 300 тыс. оп/с). В ФРГ были выпущены машины серии 4004 фирмы Siemens (машины этого семейства полностью копировали ЭВМ семейства «Spectra-70»), а в Японии -- машины серии «Hytac-8000», разработанные фирмой Hitachi (это семейство являлось модификацией семейства «Spectra-70»). Другая японская фирма Fujitsu в 1968 году объявила о создании серии ЭВМ «FACOM-230».

В Голландии фирма Philips Gloeilampenfabriken, образованная в 1968 году для выпуска компьютеров, стала выпускать компьютеры серии P1000, сравнимой с IBM-360. В декабре 1969 года ряд стран (НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР, а также в 1972 году -- Куба, а в 1973 году -- СРР) подписали Соглашение о сотрудничестве в области вычислительных технологий.

На выставке «ЕСЭВМ-73» (1973 г.) были показаны первые результаты этого сотрудничества: шесть моделей компьютеров третьего поколения и несколько периферийных устройств, а также четыре ОС для них.

С 1975 года начался выпуск новых модернизированных моделей ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-1032, ЕС-1033, имеющих наилучшее соотношение производительность/стоимость, в которых использовались новые логические схемы и схемы полупроводниковой памяти.

Вскоре появились машины второй серии сотрудничества. Наиболее ярким представителем его была мощная модель ЕС-1065, представлявшая собой многопроцессорную системы, состоящую из четырех процессоров и имевшую память 16 Мбайт. Машина была выполнена на интегральных схемах ИС-500 и имела производительность 4--5 млн. оп/с.

С машинами третьего поколения связано ещё одно значительное событие -- разработка и внедрение визуальных устройств ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации с помощью электронно-лучевых трубок -- дисплеев, использование которых позволило достаточно просто реализовать возможности вариантного анализа.

История появления первых прототипов современных дисплеев относится к послевоенным годам. В 1948 году Г. Фуллер, сотрудник лаборатории вычислительной техники Гарвардского университета, описал конструкцию нумероскопа. В этом приборе, под руководством ЭВМ, на экране электронно-лучевой трубки появлялась цифровая информация.

Дисплей принципиально изменил процесса ввода-вывода данных и упростил общение с компьютером.

В 70-ых гг. XX века благодаря появлению микропроцессоров стало возможным осуществлять буферизацию как данных, принимаемых с экранного терминала, так и данных, передаваемых ЭВМ. Благодаря чему регенерацию изображения на экране удалось реализовать средствами самого терминала. Появилась возможность редактирования и контроля данных перед их передачей в ЭВМ, что уменьшило число ошибок. На экране появился курсор -- подвижная метка, инициализирующая место ввода или редактирования символа. Экран дисплея стал цветным. Появилась возможность отображения на экране сложных графических изображений -- это дало возможность для создания красочных игр (хотя первые компьютерные игры появились ещё в 1950-е, но были псевдографическими) и предназначенных для работы с графикой программ.

В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM.

Начиная с ЭВМ 3-го поколения, традиционным стала разработка серийных ЭВМ. Хотя машины одной серии сильно отличались друг от друга по возможностям и производительности, они были информационно, программно и аппаратно совместимы. Например, странами СЭВ были выпущены ЭВМ единой серии («ЕС ЭВМ») «ЕС-1022», «ЕС-1030», «ЕС-1033», «ЕС-1046», «ЕС-1061», «ЕС-1066» и др. Производительность этих машин достигала от 500 тыс. до 2 млн. операций в секунду, объём оперативной памяти достигал от 8 Мб до 192 Мб. К ЭВМ этого поколения также относится «IВМ-370», «Электроника -- 100/25», «Электроника -- 79», «СМ-3», «СМ-4» и др.

Невысокое качество электронных комплектующих было слабым местом советских ЭВМ третьего поколения. Отсюда постоянное отставание от западных разработок по быстродействию, весу и габаритам, но, как настаивают разработчики СМ, не по функциональным возможностям. Для того, чтобы компенсировать это отставание, в разрабатывались спецпроцессоры, позволяющие строить высокопроизводительные системы для частных задач. Оснащенная спецпроцессором Фурье-преобразований СМ-4, например, использовалась для радиолокационного картографирования Венеры.

Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ.

Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов.

В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть и одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.