Страница:
Машина оказалась технологичной в изготовлении и практически не требовала настройки. Производство М-4М продолжалось до 1985 года. (Было выпущено более сотни комплектов.)
Серия машин М-4М имела три модификации, условно обозначенные как 5Э71, 5Э72 и 5Э73, отличавшиеся объемами внутренней памяти. Для расширения возможностей применения дополнительно к ним был разработан ряд абонентских систем (АС-1, АС-2, АС-3 и др.), а также внешний вычислитель 5Э79. На базе этих машин были построены многомашинные вычислительные комплексы, объединенные в мощную вычислительную систему, работающую в реальном времени.
М.А. Карцев вспоминал с волнением и гордостью: "В 1957 году, 25 лет назад, началась разработка одной из первых в Советском Союзе транзисторных машин М-4, работавшей в реальном масштабе времени и прошедшей испытания.
В ноябре 1962 года вышло постановление о запуске М-4 в серийное производство. Но мы-то прекрасно понимали, что машина для серийного производства не годится. Это была первая опытная машина, сделанная на транзисторах. Она трудно настраивалась, ее было бы трудно повторить в производстве, и кроме того, за период с 1957-го по 1962 год полупроводниковая техника сделала такой скачок, что мы могли бы сделать машину, которая была бы на порядок лучше, чем М-4, и на порядок мощнее, чем вычислительные машины, которые выпускались к тому времени в Советском Союзе. Всю зиму 1962/63 года шли жаркие споры. Руководство института (мы тогда были в Институте электронных управляющих машин) категорически возражало против разработки новой машины, утверждая, что в такие короткие сроки мы этого сделать ни за что не успеем, что это авантюра, что этого не будет никогда.
Конец этим спорам положило решение военно-промышленной комиссии Президиума Совета Министров СССР, изданное в марте 1963 года. И в этом же месяце мы передали предприятию, которое сейчас возглавляет В.А. Курочкин, документацию на первый шкаф машины - арифметическое устройство. К августу 1963 года была передана вся документация на машину, а в августе 1964 года за-вод выставил под настройку два первых образца. В октябре 1964 года, меньше чем через два года после выхода постановления правительства, первые два образца машины ушли в места эксплуатации, а в декабре 1964 года ушло еще пять машин. Эти машины выпускались в течение более чем 15 лет и сейчас еще верно несут свою службу..." (Из доклада, посвященного 15-летию НИИВК.)
В редкую минуту отдыха (70-е гг.)
По результатам научных исследований, выполненных при разработке машин серии М-4М, были защищены докторская диссертация М.А. Карцевым, кандидатские диссертации Л.В. Ивановым, Ю.В. Рогачевым, Р.П. Шидловским, Ю.Н. Мельником, Е.А. Брательским. В процессе проведения работ отдел, возглавляемый М.А. Карцевым, расширился до 200 сотрудников. Было образовано пять лабораторий, которые возглавили кандидаты технических наук Ю.В. Рогачев, Л.В. Иванов, РЛ. Шидлов-ский, Е.В. Гливенко, Ю.Н. Мельник. В работах принимали участие около 30 конструкторов ИНЭУМ, а также службы института. Большой вклад в создание машины внесли Г.И. Танетов, В.А. Брик, Л.З. Либуркин, А.Г. Коновалов, Л.В. Иванов, Р.П. Шидловский, Р.П. Макарова, Г.М. Ка-баенкова, В.М. Емелин, Ю.Н. Мельник. М.А. Карцеву была присуждена Государственная премия СССР (1967 г.).
Опережая время
Казалось, можно было успокоиться, отдохнуть от напряженнейшего труда или, во всяком случае, сделать передышку.
Этого не получилось и, наверно, просто не могло получиться. Еще в 1966 году Карцев выдвинул идею создания многомашинного вычислительного комплекса, построенного из вычислительных машин, специально разработанных для совместной работы в таком комплексе. Проведенные исследования показали, что производительность комплекса может достигнуть миллиарда операций в секунду. На то время ни одна из машин в мире не имела такой производительности! Это воодушевляло Карцева, увлекало коллектив разработчиков. Уже в 1967 году был разработан эскизный проект комплекса (ВК М-9). При защите в министерстве он получил положительную оценку.
ВК М-9 включал в себя процессор управления и четыре разновидности вычислительных машин: функционально-операторную, числовую, ассоциативную и внешний вычислитель.
Основная идея, заложенная в ВК М-9, состояла в том, что структура вычислительных машин должна быть рассчитана на работу не с отдельными числами, а с группами чисел, представляющими собой приближенные представления функций, либо многомерные вектора. Иными словами, должны быть учтены более глубокие смысловое связи в информации, чем связи, учитываемые в существующих машинах: не только между отдельными разрядами одного числа, но и между отдельными числами, представляющими собой значения одной функции. Соответственно все машинные операции должны быть определены не над пространствами чисел, а над пространствами функций. В число этих операций могут входить сложение, вычитание и умножение функций, сравнение функций, аналогичные операции над функцией и числом, отыскание максимума функций, вычисление неопределенного интеграла, вычисление определенного интеграла от производной двух функций, сдвиг функции по абсциссе и т.д.
Многие из этих операций могут быть истолкованы как известные операции над векторами: сложение и вычитание функций - как сложение и вычитание векторов, вычисление определенного интеграла от производной двух функций - как вычисление скалярного произведения двух векторов, сдвиг функций по абсциссе как поворот вектора относительно осей координат и т.д.
Главное отличие такой машины (названной Карцевым функционально-операторной) от обычной состояло в организации взаимодействия арифметических устройств АУ. Они работали от одного общего тактирующего генератора, причем' каждая машина выполняла свою операцию в течение одного или двух тактов, а в конце каждой операции и в начале следующей обеспечивался (без каких-либо дополнительных потерь времени) обмен информацией между выходом любого АУ и входом любого ЗУ (запись предыдущих операций) и между входом любого АУ и выходом любого ЗУ (чтение исходных данных для следующей операции), а также между АУ.
Векторная числовая машина, включенная в состав ВК М-9, осуществляла операции над частями функций или с многомерными векторами. Ассоциативная машина, обладая высокой производительностью, брала на себя большую часть "неквалифицированной" работы по переборам и упорядочению массивов информации. Числовая машина работала по самостоятельной программе и по программе, синхронизированной с другими машинами ВК М-9. Включение в синхронную работу разнородных вычислительных машин позволяло комплексу сохранить высокую производительность при работе с разнородной информацией и делало его универсальным вычислительным средством для решения широкого класса задач, требующих очень высокой производительности.
К сожалению, вычислительный комплекс М-9 промышленного освоения не получил, но его разработка и успешная эксплуатация макета явились наглядным свидетельством огромного творческого потенциала коллектива, возглавляемого М.А. Карцевым. 1967 год стал знаменательным для разработчиков ВК М-9: был организован Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов НИИВК. Отдел Карцева стал его костяком, а самого Карцева назначили директором. Это было официальным признанием научной школы Карцева.
В 1969 году вышло постановление правительства о создании электронной вычислительной машины М-10, в основу которой была положена векторная числовая машина из ВК М-9.
По словам д.т.н. Л.В. Иванова, "этому предшествовало авторитетное совещание, на котором рассматривалась перспективность двух начатых разработок: "Эльбрус" (академик С.А. Лебедев) и М-10 (М-А. Карцев). Лебедев решительно высказался против многопроцессорноеTM в "Эльбрусе" и отстаивал однопроцессорный вариант максимального быстродействия. Академик Глушков поддержал оба направления. Оба направления и были одобрены" (см. журнал "Вопросы радиоэлектроники", вып. 2 за 1993 г.). В этом же году началась разработка конструкторской документации и последовательная передача ее на завод-изготовитель. С 1970 года на заводе была начата подготовка производства и изготовление экспериментального образца. К середине 1970 года заводу-изготовителю была передана вся конструкторская документация, а через год, в августе 1971 года, завод поставил под настройку экспериментальный образец машины М-10. Одновременно шла корректировка конструкторской документации и изготовление устройств промышленных образцов машины. Этот год был очень тяжелым для М.А. Карцера. Напряженная работа сказалась на здоровье: обширный инфаркт на несколько месяцев уложил его в постель. К счастью, все обошлось благополучно.
К июню 1973 года все устройства первого образца были изготовлены, прошли проверку на соответствие техническим условиям и поставлены для комплексной отладки машины в целом. В сентябре того же года первый промышленный образец М-10 успешно выдержал комплексную проверку по техническим условиям и передан в опытную эксплуатацию и для отладки математического обеспечения.
В декабре 1973 года были завершены испытания и второго промышленного образца. Практически с этого момента началось серийное изготовление машин М-10. Производство продолжалось свыше 15 лет. Было изготовлено несколько десятков комплектов, большинство из которых до настоящего времени находится в эксплуатации. На базе машин М-10 был построен ряд мощных вычислительных комплексов. В 1976 году, работая в одном из таких вычислительных комплексов, машина М-10 вместе с математическим обеспечением успешно выдержала государственные испытания.
Создание ЭВМ М-10 было отмечено присуждением в 1977 году Государственной премии СССР группе специалистов НИИВК, завода-изготовителя и монтажной организации. В числе удостоенных звания лауреатов Государственной премии были: от НИИВК - заместители главного конструктора Л.В. Иванов, А.А. Крупский, Л.Я. Миллер, Ю.В. Рогачев, Р.П. Шидловский и разработчик математического обеспечения А.Ю. Карасик; от завода-изготовителя - главный инженер А.Г. Шишилов и заместитель главного конструктора по производству В.А. Мушников; от монтажной организации - главный инженер И.Н. Ярыгин. Главный конструктор ЭВМ М-10 М.А. Карцев был награжден орденом Ленина. Орденами и медалями СССР были награждены 118 сотрудников НИИВК и многие работники завода-изготовителя.
Вычислительная машина М-10 представляла собой многопроцессорную систему синхронного типа и относилась к машинам третьего поколения: в качестве основных логических элементов в ней использовались микросхемы серии 217 ("Посол"). Машина предназначалась для обеспечения работы сложных автоматизированных систем управления в-реальном масштабе времени, а также могла решать широкий круг научно-технических задач.
ЭВМ М-10 (5Э66)
Уступая по производительности из-за несовершенства элементной и конструктивно-технологической базы появившейся в те же годы американской супер-ЭВМ "Сгау-1", ЭВМ М-10 превосходила ее по возможностям, заложенным в архитектуру. Они определяются числом машинных циклов (в среднем) на одну выполняемую операцию. Чем оно меньше, тем более совершенна архитектура ЭВМ. Для М-10 оно составляет от 0,9 до 5,3 (для всего спектра операций), а для "Сгау-1" - от 0,7 до 27,6. Здесь минимальные значения близки одно к другому, а максимальное значение для ЭВМ М-10 намного меньше максимального значения для "Сгау-1" (по оценке д.т.н. проф. Б.А. Головкина, см. его статью "Эволюция параллельных архитектур и машин серии М"//Воп-росы радиоэлектроники. Вып. 2 за 1993 г.).
Чтобы читателю была понятна важность создания ЭВМ М-10, следует сказать хотя бы несколько слов о ее основном назначении. Оно долго держалось в секрете, потому что машина разрабатывалась для Системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН), а также для общего наблюдения за космическим пространством. Информация об этом впервые появилась на страницах газеты "Правда" от 1 апреля 1990 г. (статья А.Горохова "Стояние при Пестрялове"). Задача системы - лбеспечить военно-политическое руководство страны достоверной информацией о возможной угрозе ракетного нападения и обстановке в космосе, т.е. она имеет чисто оборонительный характер. Сейчас на околоземных орбитах находится около 17 тысяч объектов различного происхождения, включая действующие и отслужившие свой срок спутники, куски ракетоносителей и пр. Первый эшелон СПРН - космический: по факелам запускаемых ракет спутники засекают их старт. Костяк системы - ее второй, наземный эшелон, включающий мощные радиолокационные станции, расположенные по окраинам страны (до развала СССР их было девять - под Ригой, Мурманском, Печерой, Иркутском, Балхашом, Мин-гечауром, Севастополем, Мукачевым), а также сеть вычислительных комплексов на базе ЭВМ М-10.
Рене Павлович Шидловский
Даже обычная подготовка войск в наше время связана с пусками ракет разного класса. А если ядерные ракеты попадут в руки политических авантюристов, амбициозных "вождей", способных на так называемые "несанкционированные" пуски? Требуется быстрая и точная оценка подобной деятельности, иначе последствия могут быть убийственными для всей планеты. Не случайно, говорится в газетной заметке, вызрела парадоксальная, на первый взгляд, мысль о координации работы систем предупреждения и контроля космического пространства в планетарном масштабе.
Следует подчеркнуть исключительно высокие требования к вычислительной технике, используемой в таких системах: на подсчет траектории запущенной ракеты отводятся немногие секунды, а объем данных, поступающих в ЭВМ от радиолокационных станций, огромен.
(Основные технические характеристики ЭВМ М-10 даны в Приложении 9.)
К началу 1980 годов ЭВМ М-10 обладала наивысшими производительностью (по некоторым оценкам - 20-30 млн. операций в сек.), емкостью внутренней памяти и пропускной способностью мультиплексного канала, достигнутыми в СССР. Впервые в мире в ней был реализован ряд новых прогрессивных решений, в том числе: предусмотрена возможность синхронного комплексирования до 7 ЭВМ при прямом (минуя мультиплексный канал) обмене информацией между программами отдельных машин и динамическом разделении оборудования; реализована автоматическая перестройка поля процессоров; в состав ЭВМ введен второй уровень внутренней памяти емкостью более 4 млн. байт с произвольным доступом; обеспечен внешний обмен с обоими уровнями внутренней памяти.
Новизна технических решений защищена 18 свидетельствами на изобретения и 5 свидетельствами на промышленные образцы.
С внуком
Большой объем внутренней памяти машины М-10 потребовал и значительного количества оборудования. Если все оборудование машины размещалось в 31 типовом шкафу, то оперативная память первого уровня, выполненная на ферритовых сердечниках типа М-100П2 с внешним диаметром в 1 мм, занимала 8 таких шкафов, постоянная память - конденсаторного типа со сменными металлическими перфокартами в качестве носителя информации - занимала также 8 шкафов, большая память (память второго уровня) на сердечниках М-100П2 размещалась в 4 шкафах. С целью сокращения общего объема машины М-10 было принято решение провести исследование возможностей создания запоминающих устройств с теми же объемами памяти, но более компактных. Эти исследования дали положительные результаты: в 1974 году началась разработка новых запоминающих устройств. В качестве носителей информации в оперативной памяти первого уровня и в большой памяти (памяти второго уровня) использовались интегральные схемы; в постоянной памяти использовались тороидальные магнитные сердечники с диаметральными отверстиями, обеспечивающие неразрушающее считывание информации. В 1975 году конструкторская документация была передана на завод-изготовитель. Были изготовлены головные образцы этих устройств. Весь объем оперативной памяти первого уровня разместился в одном типовом шкафу. Объем большой памяти - в двух шкафах, о&ьем постоянной памяти - также в двух шкафах. По своему функционированию новые устройства полностью обеспечивали все тактико-технические характеристики машины М-10.
С 1980 года машина стала выпускаться с новыми запоминающими устройствами и получила обозначение М-10М. Машины М-10 и М-10М были программно совместимы и полностью взаимозаменяемы.
Сам Михаил Александрович в докладе в год пятнадцатилетия института так вспоминал о памятных годах его становления: "В 1967 году мы вышли с довольно дерзким предложением - проектом вычислительного комплекса М-9. Это было в год 50-й годовщины Октябрьской революции, поэтому вычислительный комплекс назывался "Октябрь". Для Минприбора, где мы тогда пребывали, это оказалось уж слишком. Нам сказали: "Идите вы к Калмыкову, раз уж работаете на него". И вот эту дату, это пятнадцатилетие мы сегодня и празднуем.
Проект М-9 остался неосуществленным. Но в 1969 году началась разработка вычислительной машины М-10, которая в 1973 году впервые вышла на места эксплуатации. В течение ряда лет эта машина была мощнейшей в Советском Союзе и сейчас продолжает выпускаться и эксплуатироваться. На машине удалось получить уникальные научные результаты, в особенности в области физики. Нельзя сказать, что разработка М-10 была встречена с распростертыми объятиями. Нам говорили, по правде сказать, что мы психи, что нельзя собрать воедино такую груду металла, что все это никогда не заработает. Это мы теперь приучили, так сказать, психологически, что большая вычислительная машина может состоять из такого количества аппаратуры. Тогда никто к этому готов не был. Да и работать нам было невероятно трудно: коллектив тогда трудился на "Соколе-1", в Большом Власьевском переулке (в полуподвале), в полуподвале на улице Бурденко, в полуподвале на Плющихе, на большой Почтовой улице, в полуподвале на улице Щукина и еще в нескольких местах по всей Москве.
Выделившись из ИНЭУМ, коллектив получил помещение бывшей столярной мастерской одного из предприятий на "Соколе" площадью 590 кв. метров. Чтобы разместить весь коллектив, пришлось искать по всей Москве и арендовать нежилые помещения, в основном полуподвального типа. Собственное здание - типовую школу - институт построил в 1975 году, а лабораторный корпус по специальному проекту - в 1985-1986 годах.
Но всегда была деловая и дружеская поддержка со стороны руководства Министерства, со стороны П.С. Плешакова (министра. - Прим, авт.), его заместителя В.И. Миркова, а сейчас - О.А. Лосева, со стороны руководства объединения, со стороны высших партийных органов, Госплана, комиссии Президиума Совета Министров СССР, со стороны дружественных предприятий, со стороны заказчика. "Они помогали нам работать, помогали вытянуть это дело.
И мы вытянули. Работа была отмечена Государственной премией СССР".
"Нам говорили.., что мы психи, что... это никогда не заработает", - сказал М.А. Карцев по поводу отношения многих авторитетов к ЭВМ-10 и вычислительным комплексам, включавшим две и три ЭВМ.
Скептиков нетрудно понять, если познакомиться с некоторыми цифрами. В БЭСМ-6 использовалось 60 тысяч транзисторов, 180 тысяч полупроводниковых диодов, 12 миллионов ферритных сердечников. Вычислительный комплекс из трех ЭВМ М-10 содержал 2100 тысяч микросхем, 1200 тысяч транзисторов, 120 миллионов ферритных сердечников. Это не только "груда металла", как сказал Карцев, но и труднопредставимое количество электронных элементов, объединенных в сложные схемы, которые надо было заставить слаженно работать.
И тем не менее вычислительные комплексы заработали... По мере отработки математического обеспечения и частичных аппаратурных доработок прекращение автоматической обработки данных за год составило всего 10 минут!
Не все относились с одобрением к выдающимся успехам Карцева и его замечательного коллектива. Вспоминаю такой случай.
Где-то в конце 60-х или начале 70-х годов мне в Киев позвонил Карцев и обратился с просьбой быть оппонентом по докторской диссертации сотрудника его института В.А. Брика, участника работ по ВК М-9. Знакомясь с присланной в Киев диссертацией, я убедился, что она далеко не заурядна - предлагались совершенно новые методы ускоренного выполнения ряда операций и соответствующие, проверенные практикой оригинальные схемные решения. В досконально исследованной области науки и техники, где, казалось, уже все изучено и расставлено по своим местам, автор диссертации сумел сказать новое и весьма весомое слово. Такого же мнения придерживался и второй оппонент, известный ученый, написавший ряд книг по вычислительной технике, А.А. Папернов. Поддержали диссертанта и выступавшие.
Нас обоих шокировало отрицательное решение ученого совета, возглавляемого академиком В.С. Семенихиным. Оно было явно необъективным. Члены совета, недоброжелательно относившиеся к Карцеву, "отыгрались" на его ученике.
Последний бой...
В 1978 году М.А. Карцев предложил приступить к работам по созданию новой многопроцессорной векторной вычислительной машины, используя опыт, полученный при разработке, изготовлении и эксплуатации машин М-10 и М-10М, а также новейшие достижения в технологии и в электронной технике. Решено было присвоить этой машине условное обозначение М-13.
В 1979 году коллектив начал разработку конструкторской документации. Были определены и заводы-изготовители, на которых предполагалось вести производство машины М-13. В течение 1980-1981 годов конструкторская документация комплектно по устройствам была передана на эти заводы.
М-13 стала машиной четвертого поколения. В качестве элементной базы в ней были использованы большие интегральные схемы. В архитектуре этой многопроцессорной векторной ЭВМ, предназначенной в первую очередь для обработки в реальном масштабе времени больших потоков информации, предусмотрены четыре основных части: центральная процессорная часть, аппаратные средства поддержки операционной системы, абонентское сопряжение, специализированная процессорная часть.
Центральная процессорная часть включает: арифметические процессоры (4, 8 или 16), главную оперативную память, главную постоянную память, оперативную память второго уровня, центральный коммутатор, центральное управление, устройство редактирования, мультиплексный канал. Аппаратные средства поддержки операционной системы имеют: центральный управляющий процессор, таблицы виртуальной трехуровневой памяти, средства поиска. Абонентское сопряжение включает: стандартизированное электрическое сопряжение, программируемый интерфейс, сопрягающие процессоры (от 4 до 128). Специализированная процессорная часть состоит из контроллера технического управления, управляющей памяти гипотез, процессоров когерентной обработки (от 4 до 80).
Машина М-13 имела модульное построение и допускала переменную комп-лектакцию, способную оптимально обеспечить пользователю необходимые технические характеристики. Так, центральная процессорная часть имела три конфигурации и могла иметь производительность в зависимости от исполнения 12.106, 24.106 и 48.106 операций в секунду. При этом также соответственно изменялся и объем внутренней памяти, пропускная способность центрального коммутатора и пропускная способность мультиплексного канала. Так, объем внутренней памяти мог составлять 8,5, 17,0 или 34,0 Мбайт, пропускная способность центрального коммутатора - 800, 1600 или 3200 Мбайт/сек., пропускная способность мультиплексного канала - 40, 70 или 100 Мбайт/сек.
ЭВМ М-13
Абонентское сопряжение и специализированная процессорная часть могли комплектоваться еще более гибко.
Специализированная процессорная часть машины предназначена для обработки больших массивов относительно малоразрядной информации (быстрое преобразование Фурье, вычисление корреляционных функций, сравнение с порогом, проверка гипотез и др.) и имеет в качестве базовой операции произведение двух комплексных чисел (двухточечное преобразование Фурье). Специальный (комплексный) арифметический процессор выполняет эту базовую операцию за один машинный такт. Эквивалентное быстродействие линии комплексных процессоров на порядок превышает быстродействие линии арифметических процессоров на сопоставимых форматах данных.
Эквивалентное быстродействие специализированной процессорной части машины М-13 в максимальной комплектации при решении указанных выше задач может достигать 2.4.109 операций в секунду.
Абонентское сопряжение машины М-13 содержит операционную систему, систему программирования и отладки, файловую систему, систему документирования, библиотеку типовых программ и др. (см. Приложение 10).
Свое выступление в мае 1982 года в день пятнадцатилетия института М.А. Карцев закончил следующими словами:
"...Нам сейчас кажется, что мы никогда не выпускали в свет такой хорошей разработки (имеется в виду машина М-13. - Прим. авт.), как мы пытаемся выпустить сейчас, и что никогда так трудно не было выпустить разработку в свет, как сейчас, никогда мы не встречались с такими трудностями. Но я хочу вам просто напомнить, что мы переживали очередную влюбленность в каждую нашу разработку и трудности у нас всегда были неимоверные. Я вот сейчас просыпаюсь ночами в холодном поту от того, что так медленно и с таким трудом идет производство нашего нового детища. Но понимаете, это, в общем, относится просто, наверное, к старческой бессонице. А на самом деле ведь от того дня, как мы получили задание правительства, прошло не очень много, прошло всего два года и восемь месяцев. И не может быть, чтобы наш коллектив, в котором есть и убеленные сединами и умудренные опытом ветераны, и энергичная и образованная молодежь, чтобы мы не вытянули это наше детище!
Серия машин М-4М имела три модификации, условно обозначенные как 5Э71, 5Э72 и 5Э73, отличавшиеся объемами внутренней памяти. Для расширения возможностей применения дополнительно к ним был разработан ряд абонентских систем (АС-1, АС-2, АС-3 и др.), а также внешний вычислитель 5Э79. На базе этих машин были построены многомашинные вычислительные комплексы, объединенные в мощную вычислительную систему, работающую в реальном времени.
М.А. Карцев вспоминал с волнением и гордостью: "В 1957 году, 25 лет назад, началась разработка одной из первых в Советском Союзе транзисторных машин М-4, работавшей в реальном масштабе времени и прошедшей испытания.
В ноябре 1962 года вышло постановление о запуске М-4 в серийное производство. Но мы-то прекрасно понимали, что машина для серийного производства не годится. Это была первая опытная машина, сделанная на транзисторах. Она трудно настраивалась, ее было бы трудно повторить в производстве, и кроме того, за период с 1957-го по 1962 год полупроводниковая техника сделала такой скачок, что мы могли бы сделать машину, которая была бы на порядок лучше, чем М-4, и на порядок мощнее, чем вычислительные машины, которые выпускались к тому времени в Советском Союзе. Всю зиму 1962/63 года шли жаркие споры. Руководство института (мы тогда были в Институте электронных управляющих машин) категорически возражало против разработки новой машины, утверждая, что в такие короткие сроки мы этого сделать ни за что не успеем, что это авантюра, что этого не будет никогда.
Конец этим спорам положило решение военно-промышленной комиссии Президиума Совета Министров СССР, изданное в марте 1963 года. И в этом же месяце мы передали предприятию, которое сейчас возглавляет В.А. Курочкин, документацию на первый шкаф машины - арифметическое устройство. К августу 1963 года была передана вся документация на машину, а в августе 1964 года за-вод выставил под настройку два первых образца. В октябре 1964 года, меньше чем через два года после выхода постановления правительства, первые два образца машины ушли в места эксплуатации, а в декабре 1964 года ушло еще пять машин. Эти машины выпускались в течение более чем 15 лет и сейчас еще верно несут свою службу..." (Из доклада, посвященного 15-летию НИИВК.)
В редкую минуту отдыха (70-е гг.)
По результатам научных исследований, выполненных при разработке машин серии М-4М, были защищены докторская диссертация М.А. Карцевым, кандидатские диссертации Л.В. Ивановым, Ю.В. Рогачевым, Р.П. Шидловским, Ю.Н. Мельником, Е.А. Брательским. В процессе проведения работ отдел, возглавляемый М.А. Карцевым, расширился до 200 сотрудников. Было образовано пять лабораторий, которые возглавили кандидаты технических наук Ю.В. Рогачев, Л.В. Иванов, РЛ. Шидлов-ский, Е.В. Гливенко, Ю.Н. Мельник. В работах принимали участие около 30 конструкторов ИНЭУМ, а также службы института. Большой вклад в создание машины внесли Г.И. Танетов, В.А. Брик, Л.З. Либуркин, А.Г. Коновалов, Л.В. Иванов, Р.П. Шидловский, Р.П. Макарова, Г.М. Ка-баенкова, В.М. Емелин, Ю.Н. Мельник. М.А. Карцеву была присуждена Государственная премия СССР (1967 г.).
Опережая время
Казалось, можно было успокоиться, отдохнуть от напряженнейшего труда или, во всяком случае, сделать передышку.
Этого не получилось и, наверно, просто не могло получиться. Еще в 1966 году Карцев выдвинул идею создания многомашинного вычислительного комплекса, построенного из вычислительных машин, специально разработанных для совместной работы в таком комплексе. Проведенные исследования показали, что производительность комплекса может достигнуть миллиарда операций в секунду. На то время ни одна из машин в мире не имела такой производительности! Это воодушевляло Карцева, увлекало коллектив разработчиков. Уже в 1967 году был разработан эскизный проект комплекса (ВК М-9). При защите в министерстве он получил положительную оценку.
ВК М-9 включал в себя процессор управления и четыре разновидности вычислительных машин: функционально-операторную, числовую, ассоциативную и внешний вычислитель.
Основная идея, заложенная в ВК М-9, состояла в том, что структура вычислительных машин должна быть рассчитана на работу не с отдельными числами, а с группами чисел, представляющими собой приближенные представления функций, либо многомерные вектора. Иными словами, должны быть учтены более глубокие смысловое связи в информации, чем связи, учитываемые в существующих машинах: не только между отдельными разрядами одного числа, но и между отдельными числами, представляющими собой значения одной функции. Соответственно все машинные операции должны быть определены не над пространствами чисел, а над пространствами функций. В число этих операций могут входить сложение, вычитание и умножение функций, сравнение функций, аналогичные операции над функцией и числом, отыскание максимума функций, вычисление неопределенного интеграла, вычисление определенного интеграла от производной двух функций, сдвиг функции по абсциссе и т.д.
Многие из этих операций могут быть истолкованы как известные операции над векторами: сложение и вычитание функций - как сложение и вычитание векторов, вычисление определенного интеграла от производной двух функций - как вычисление скалярного произведения двух векторов, сдвиг функций по абсциссе как поворот вектора относительно осей координат и т.д.
Главное отличие такой машины (названной Карцевым функционально-операторной) от обычной состояло в организации взаимодействия арифметических устройств АУ. Они работали от одного общего тактирующего генератора, причем' каждая машина выполняла свою операцию в течение одного или двух тактов, а в конце каждой операции и в начале следующей обеспечивался (без каких-либо дополнительных потерь времени) обмен информацией между выходом любого АУ и входом любого ЗУ (запись предыдущих операций) и между входом любого АУ и выходом любого ЗУ (чтение исходных данных для следующей операции), а также между АУ.
Векторная числовая машина, включенная в состав ВК М-9, осуществляла операции над частями функций или с многомерными векторами. Ассоциативная машина, обладая высокой производительностью, брала на себя большую часть "неквалифицированной" работы по переборам и упорядочению массивов информации. Числовая машина работала по самостоятельной программе и по программе, синхронизированной с другими машинами ВК М-9. Включение в синхронную работу разнородных вычислительных машин позволяло комплексу сохранить высокую производительность при работе с разнородной информацией и делало его универсальным вычислительным средством для решения широкого класса задач, требующих очень высокой производительности.
К сожалению, вычислительный комплекс М-9 промышленного освоения не получил, но его разработка и успешная эксплуатация макета явились наглядным свидетельством огромного творческого потенциала коллектива, возглавляемого М.А. Карцевым. 1967 год стал знаменательным для разработчиков ВК М-9: был организован Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов НИИВК. Отдел Карцева стал его костяком, а самого Карцева назначили директором. Это было официальным признанием научной школы Карцева.
В 1969 году вышло постановление правительства о создании электронной вычислительной машины М-10, в основу которой была положена векторная числовая машина из ВК М-9.
По словам д.т.н. Л.В. Иванова, "этому предшествовало авторитетное совещание, на котором рассматривалась перспективность двух начатых разработок: "Эльбрус" (академик С.А. Лебедев) и М-10 (М-А. Карцев). Лебедев решительно высказался против многопроцессорноеTM в "Эльбрусе" и отстаивал однопроцессорный вариант максимального быстродействия. Академик Глушков поддержал оба направления. Оба направления и были одобрены" (см. журнал "Вопросы радиоэлектроники", вып. 2 за 1993 г.). В этом же году началась разработка конструкторской документации и последовательная передача ее на завод-изготовитель. С 1970 года на заводе была начата подготовка производства и изготовление экспериментального образца. К середине 1970 года заводу-изготовителю была передана вся конструкторская документация, а через год, в августе 1971 года, завод поставил под настройку экспериментальный образец машины М-10. Одновременно шла корректировка конструкторской документации и изготовление устройств промышленных образцов машины. Этот год был очень тяжелым для М.А. Карцера. Напряженная работа сказалась на здоровье: обширный инфаркт на несколько месяцев уложил его в постель. К счастью, все обошлось благополучно.
К июню 1973 года все устройства первого образца были изготовлены, прошли проверку на соответствие техническим условиям и поставлены для комплексной отладки машины в целом. В сентябре того же года первый промышленный образец М-10 успешно выдержал комплексную проверку по техническим условиям и передан в опытную эксплуатацию и для отладки математического обеспечения.
В декабре 1973 года были завершены испытания и второго промышленного образца. Практически с этого момента началось серийное изготовление машин М-10. Производство продолжалось свыше 15 лет. Было изготовлено несколько десятков комплектов, большинство из которых до настоящего времени находится в эксплуатации. На базе машин М-10 был построен ряд мощных вычислительных комплексов. В 1976 году, работая в одном из таких вычислительных комплексов, машина М-10 вместе с математическим обеспечением успешно выдержала государственные испытания.
Создание ЭВМ М-10 было отмечено присуждением в 1977 году Государственной премии СССР группе специалистов НИИВК, завода-изготовителя и монтажной организации. В числе удостоенных звания лауреатов Государственной премии были: от НИИВК - заместители главного конструктора Л.В. Иванов, А.А. Крупский, Л.Я. Миллер, Ю.В. Рогачев, Р.П. Шидловский и разработчик математического обеспечения А.Ю. Карасик; от завода-изготовителя - главный инженер А.Г. Шишилов и заместитель главного конструктора по производству В.А. Мушников; от монтажной организации - главный инженер И.Н. Ярыгин. Главный конструктор ЭВМ М-10 М.А. Карцев был награжден орденом Ленина. Орденами и медалями СССР были награждены 118 сотрудников НИИВК и многие работники завода-изготовителя.
Вычислительная машина М-10 представляла собой многопроцессорную систему синхронного типа и относилась к машинам третьего поколения: в качестве основных логических элементов в ней использовались микросхемы серии 217 ("Посол"). Машина предназначалась для обеспечения работы сложных автоматизированных систем управления в-реальном масштабе времени, а также могла решать широкий круг научно-технических задач.
ЭВМ М-10 (5Э66)
Уступая по производительности из-за несовершенства элементной и конструктивно-технологической базы появившейся в те же годы американской супер-ЭВМ "Сгау-1", ЭВМ М-10 превосходила ее по возможностям, заложенным в архитектуру. Они определяются числом машинных циклов (в среднем) на одну выполняемую операцию. Чем оно меньше, тем более совершенна архитектура ЭВМ. Для М-10 оно составляет от 0,9 до 5,3 (для всего спектра операций), а для "Сгау-1" - от 0,7 до 27,6. Здесь минимальные значения близки одно к другому, а максимальное значение для ЭВМ М-10 намного меньше максимального значения для "Сгау-1" (по оценке д.т.н. проф. Б.А. Головкина, см. его статью "Эволюция параллельных архитектур и машин серии М"//Воп-росы радиоэлектроники. Вып. 2 за 1993 г.).
Чтобы читателю была понятна важность создания ЭВМ М-10, следует сказать хотя бы несколько слов о ее основном назначении. Оно долго держалось в секрете, потому что машина разрабатывалась для Системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН), а также для общего наблюдения за космическим пространством. Информация об этом впервые появилась на страницах газеты "Правда" от 1 апреля 1990 г. (статья А.Горохова "Стояние при Пестрялове"). Задача системы - лбеспечить военно-политическое руководство страны достоверной информацией о возможной угрозе ракетного нападения и обстановке в космосе, т.е. она имеет чисто оборонительный характер. Сейчас на околоземных орбитах находится около 17 тысяч объектов различного происхождения, включая действующие и отслужившие свой срок спутники, куски ракетоносителей и пр. Первый эшелон СПРН - космический: по факелам запускаемых ракет спутники засекают их старт. Костяк системы - ее второй, наземный эшелон, включающий мощные радиолокационные станции, расположенные по окраинам страны (до развала СССР их было девять - под Ригой, Мурманском, Печерой, Иркутском, Балхашом, Мин-гечауром, Севастополем, Мукачевым), а также сеть вычислительных комплексов на базе ЭВМ М-10.
Рене Павлович Шидловский
Даже обычная подготовка войск в наше время связана с пусками ракет разного класса. А если ядерные ракеты попадут в руки политических авантюристов, амбициозных "вождей", способных на так называемые "несанкционированные" пуски? Требуется быстрая и точная оценка подобной деятельности, иначе последствия могут быть убийственными для всей планеты. Не случайно, говорится в газетной заметке, вызрела парадоксальная, на первый взгляд, мысль о координации работы систем предупреждения и контроля космического пространства в планетарном масштабе.
Следует подчеркнуть исключительно высокие требования к вычислительной технике, используемой в таких системах: на подсчет траектории запущенной ракеты отводятся немногие секунды, а объем данных, поступающих в ЭВМ от радиолокационных станций, огромен.
(Основные технические характеристики ЭВМ М-10 даны в Приложении 9.)
К началу 1980 годов ЭВМ М-10 обладала наивысшими производительностью (по некоторым оценкам - 20-30 млн. операций в сек.), емкостью внутренней памяти и пропускной способностью мультиплексного канала, достигнутыми в СССР. Впервые в мире в ней был реализован ряд новых прогрессивных решений, в том числе: предусмотрена возможность синхронного комплексирования до 7 ЭВМ при прямом (минуя мультиплексный канал) обмене информацией между программами отдельных машин и динамическом разделении оборудования; реализована автоматическая перестройка поля процессоров; в состав ЭВМ введен второй уровень внутренней памяти емкостью более 4 млн. байт с произвольным доступом; обеспечен внешний обмен с обоими уровнями внутренней памяти.
Новизна технических решений защищена 18 свидетельствами на изобретения и 5 свидетельствами на промышленные образцы.
С внуком
Большой объем внутренней памяти машины М-10 потребовал и значительного количества оборудования. Если все оборудование машины размещалось в 31 типовом шкафу, то оперативная память первого уровня, выполненная на ферритовых сердечниках типа М-100П2 с внешним диаметром в 1 мм, занимала 8 таких шкафов, постоянная память - конденсаторного типа со сменными металлическими перфокартами в качестве носителя информации - занимала также 8 шкафов, большая память (память второго уровня) на сердечниках М-100П2 размещалась в 4 шкафах. С целью сокращения общего объема машины М-10 было принято решение провести исследование возможностей создания запоминающих устройств с теми же объемами памяти, но более компактных. Эти исследования дали положительные результаты: в 1974 году началась разработка новых запоминающих устройств. В качестве носителей информации в оперативной памяти первого уровня и в большой памяти (памяти второго уровня) использовались интегральные схемы; в постоянной памяти использовались тороидальные магнитные сердечники с диаметральными отверстиями, обеспечивающие неразрушающее считывание информации. В 1975 году конструкторская документация была передана на завод-изготовитель. Были изготовлены головные образцы этих устройств. Весь объем оперативной памяти первого уровня разместился в одном типовом шкафу. Объем большой памяти - в двух шкафах, о&ьем постоянной памяти - также в двух шкафах. По своему функционированию новые устройства полностью обеспечивали все тактико-технические характеристики машины М-10.
С 1980 года машина стала выпускаться с новыми запоминающими устройствами и получила обозначение М-10М. Машины М-10 и М-10М были программно совместимы и полностью взаимозаменяемы.
Сам Михаил Александрович в докладе в год пятнадцатилетия института так вспоминал о памятных годах его становления: "В 1967 году мы вышли с довольно дерзким предложением - проектом вычислительного комплекса М-9. Это было в год 50-й годовщины Октябрьской революции, поэтому вычислительный комплекс назывался "Октябрь". Для Минприбора, где мы тогда пребывали, это оказалось уж слишком. Нам сказали: "Идите вы к Калмыкову, раз уж работаете на него". И вот эту дату, это пятнадцатилетие мы сегодня и празднуем.
Проект М-9 остался неосуществленным. Но в 1969 году началась разработка вычислительной машины М-10, которая в 1973 году впервые вышла на места эксплуатации. В течение ряда лет эта машина была мощнейшей в Советском Союзе и сейчас продолжает выпускаться и эксплуатироваться. На машине удалось получить уникальные научные результаты, в особенности в области физики. Нельзя сказать, что разработка М-10 была встречена с распростертыми объятиями. Нам говорили, по правде сказать, что мы психи, что нельзя собрать воедино такую груду металла, что все это никогда не заработает. Это мы теперь приучили, так сказать, психологически, что большая вычислительная машина может состоять из такого количества аппаратуры. Тогда никто к этому готов не был. Да и работать нам было невероятно трудно: коллектив тогда трудился на "Соколе-1", в Большом Власьевском переулке (в полуподвале), в полуподвале на улице Бурденко, в полуподвале на Плющихе, на большой Почтовой улице, в полуподвале на улице Щукина и еще в нескольких местах по всей Москве.
Выделившись из ИНЭУМ, коллектив получил помещение бывшей столярной мастерской одного из предприятий на "Соколе" площадью 590 кв. метров. Чтобы разместить весь коллектив, пришлось искать по всей Москве и арендовать нежилые помещения, в основном полуподвального типа. Собственное здание - типовую школу - институт построил в 1975 году, а лабораторный корпус по специальному проекту - в 1985-1986 годах.
Но всегда была деловая и дружеская поддержка со стороны руководства Министерства, со стороны П.С. Плешакова (министра. - Прим, авт.), его заместителя В.И. Миркова, а сейчас - О.А. Лосева, со стороны руководства объединения, со стороны высших партийных органов, Госплана, комиссии Президиума Совета Министров СССР, со стороны дружественных предприятий, со стороны заказчика. "Они помогали нам работать, помогали вытянуть это дело.
И мы вытянули. Работа была отмечена Государственной премией СССР".
"Нам говорили.., что мы психи, что... это никогда не заработает", - сказал М.А. Карцев по поводу отношения многих авторитетов к ЭВМ-10 и вычислительным комплексам, включавшим две и три ЭВМ.
Скептиков нетрудно понять, если познакомиться с некоторыми цифрами. В БЭСМ-6 использовалось 60 тысяч транзисторов, 180 тысяч полупроводниковых диодов, 12 миллионов ферритных сердечников. Вычислительный комплекс из трех ЭВМ М-10 содержал 2100 тысяч микросхем, 1200 тысяч транзисторов, 120 миллионов ферритных сердечников. Это не только "груда металла", как сказал Карцев, но и труднопредставимое количество электронных элементов, объединенных в сложные схемы, которые надо было заставить слаженно работать.
И тем не менее вычислительные комплексы заработали... По мере отработки математического обеспечения и частичных аппаратурных доработок прекращение автоматической обработки данных за год составило всего 10 минут!
Не все относились с одобрением к выдающимся успехам Карцева и его замечательного коллектива. Вспоминаю такой случай.
Где-то в конце 60-х или начале 70-х годов мне в Киев позвонил Карцев и обратился с просьбой быть оппонентом по докторской диссертации сотрудника его института В.А. Брика, участника работ по ВК М-9. Знакомясь с присланной в Киев диссертацией, я убедился, что она далеко не заурядна - предлагались совершенно новые методы ускоренного выполнения ряда операций и соответствующие, проверенные практикой оригинальные схемные решения. В досконально исследованной области науки и техники, где, казалось, уже все изучено и расставлено по своим местам, автор диссертации сумел сказать новое и весьма весомое слово. Такого же мнения придерживался и второй оппонент, известный ученый, написавший ряд книг по вычислительной технике, А.А. Папернов. Поддержали диссертанта и выступавшие.
Нас обоих шокировало отрицательное решение ученого совета, возглавляемого академиком В.С. Семенихиным. Оно было явно необъективным. Члены совета, недоброжелательно относившиеся к Карцеву, "отыгрались" на его ученике.
Последний бой...
В 1978 году М.А. Карцев предложил приступить к работам по созданию новой многопроцессорной векторной вычислительной машины, используя опыт, полученный при разработке, изготовлении и эксплуатации машин М-10 и М-10М, а также новейшие достижения в технологии и в электронной технике. Решено было присвоить этой машине условное обозначение М-13.
В 1979 году коллектив начал разработку конструкторской документации. Были определены и заводы-изготовители, на которых предполагалось вести производство машины М-13. В течение 1980-1981 годов конструкторская документация комплектно по устройствам была передана на эти заводы.
М-13 стала машиной четвертого поколения. В качестве элементной базы в ней были использованы большие интегральные схемы. В архитектуре этой многопроцессорной векторной ЭВМ, предназначенной в первую очередь для обработки в реальном масштабе времени больших потоков информации, предусмотрены четыре основных части: центральная процессорная часть, аппаратные средства поддержки операционной системы, абонентское сопряжение, специализированная процессорная часть.
Центральная процессорная часть включает: арифметические процессоры (4, 8 или 16), главную оперативную память, главную постоянную память, оперативную память второго уровня, центральный коммутатор, центральное управление, устройство редактирования, мультиплексный канал. Аппаратные средства поддержки операционной системы имеют: центральный управляющий процессор, таблицы виртуальной трехуровневой памяти, средства поиска. Абонентское сопряжение включает: стандартизированное электрическое сопряжение, программируемый интерфейс, сопрягающие процессоры (от 4 до 128). Специализированная процессорная часть состоит из контроллера технического управления, управляющей памяти гипотез, процессоров когерентной обработки (от 4 до 80).
Машина М-13 имела модульное построение и допускала переменную комп-лектакцию, способную оптимально обеспечить пользователю необходимые технические характеристики. Так, центральная процессорная часть имела три конфигурации и могла иметь производительность в зависимости от исполнения 12.106, 24.106 и 48.106 операций в секунду. При этом также соответственно изменялся и объем внутренней памяти, пропускная способность центрального коммутатора и пропускная способность мультиплексного канала. Так, объем внутренней памяти мог составлять 8,5, 17,0 или 34,0 Мбайт, пропускная способность центрального коммутатора - 800, 1600 или 3200 Мбайт/сек., пропускная способность мультиплексного канала - 40, 70 или 100 Мбайт/сек.
ЭВМ М-13
Абонентское сопряжение и специализированная процессорная часть могли комплектоваться еще более гибко.
Специализированная процессорная часть машины предназначена для обработки больших массивов относительно малоразрядной информации (быстрое преобразование Фурье, вычисление корреляционных функций, сравнение с порогом, проверка гипотез и др.) и имеет в качестве базовой операции произведение двух комплексных чисел (двухточечное преобразование Фурье). Специальный (комплексный) арифметический процессор выполняет эту базовую операцию за один машинный такт. Эквивалентное быстродействие линии комплексных процессоров на порядок превышает быстродействие линии арифметических процессоров на сопоставимых форматах данных.
Эквивалентное быстродействие специализированной процессорной части машины М-13 в максимальной комплектации при решении указанных выше задач может достигать 2.4.109 операций в секунду.
Абонентское сопряжение машины М-13 содержит операционную систему, систему программирования и отладки, файловую систему, систему документирования, библиотеку типовых программ и др. (см. Приложение 10).
Свое выступление в мае 1982 года в день пятнадцатилетия института М.А. Карцев закончил следующими словами:
"...Нам сейчас кажется, что мы никогда не выпускали в свет такой хорошей разработки (имеется в виду машина М-13. - Прим. авт.), как мы пытаемся выпустить сейчас, и что никогда так трудно не было выпустить разработку в свет, как сейчас, никогда мы не встречались с такими трудностями. Но я хочу вам просто напомнить, что мы переживали очередную влюбленность в каждую нашу разработку и трудности у нас всегда были неимоверные. Я вот сейчас просыпаюсь ночами в холодном поту от того, что так медленно и с таким трудом идет производство нашего нового детища. Но понимаете, это, в общем, относится просто, наверное, к старческой бессонице. А на самом деле ведь от того дня, как мы получили задание правительства, прошло не очень много, прошло всего два года и восемь месяцев. И не может быть, чтобы наш коллектив, в котором есть и убеленные сединами и умудренные опытом ветераны, и энергичная и образованная молодежь, чтобы мы не вытянули это наше детище!