Чотири покоління обчислювальних машин М.О.Карцева

1. Перше покоління - ЕОМ М4 і М4-М
2. Основні технічні характеристики ЕОМ М-4.
3. Друге покоління - ЕОМ М4-2М і М4-3М
4. Структурна схема ЕОМ М4-2М
5. Загальний вигляд ЕОМ М4-2М (Мод. 5Е71)
6. Третє поколение - ЕОМ М-10 и М-10М
7. Блок-схема ЕОМ М-10
8. Четверте покоління машин М.О.Карцева - ЕОМ М-13
9. Блок-схема ЕОМ М-13.
10. Технічні характеристики ЕОМ М-13.

Головна → Історія вітчизняної обчислювальної техніки → Чотири покоління обчислювальних машин М.О.Карцева

Рогачов Юрій Васильович

Михайло Олександрович Карцев великий учений в області обчислювальної техніки, доктор технічних наук, професор, головний конструктор чотирьох поколінь ЕОМ і обчислювальних комплексів для роботи в режимі реального часу, засновник і перший директор НДІ обчислювальних комплексів прийшов в обчислювальну техніку, ще будучи студентом радіотехнічного факультету МЕІ. Перші поняття про принципи побудови цифрових електронних обчислювальних машин він отримав від члена-кореспондента АН СРСР І.С. Брука, в лабораторії якого в 1950 році він брав участь у створенні ЕОМ М-1, проектуючи для неї головний програмний датчик (пристрій управління). При створенні наступної машини - ЕОМ М-2 в 1952-1953 роках він вже очолював групу інженерів і був визнаним лідером розробки.

Перше покоління - ЕОМ М4 і М4-М

У 1957 році в Інституті електронних керуючих машин (цей інститут був утворений на базі лабораторії І.С. Брука) розроблялося технічне завдання на проектування ЕОМ для експериментального комплексу РЛС контролю космічного простору. ТЗ затвердили академік АН СРСР А.Л. Мінц і член-кореспондент АН СРСР І.С. Брук. Керівництво роботами по створенню цієї ЕОМ і введення її в експлуатацію спільно з РЛС поклали на М.А. Карцева, утворивши під його керівництвом спеціальну лабораторію №2. Нової ЕОМ присвоїли найменування М-4. Спецлабораторія №2 стала основою для розвитку колективу і його зростання до рівня Науково-дослідного інституту обчислювальних комплексів, а машина М-4 визначила подальший напрямок нових розробок М.А. Карцева - створення серії обчислювальних машин типу «М» для побудови обчислювальних комплексів, які забезпечують вирішення завдань і обробку інформації в реальному масштабі часу. М-4 відкрила перше покоління машин Карцева такого класу. Авторський колектив розробки: головний конструктор - к.т.н. М.О.Карцев, основні розробники - Г.І. ТАНЕТ, Л.В. Іванов, Р.П. Шидловський, Ю.В. Рогачов, Г.І. Смирнова, Р.П. Макарова, Е.С. Шеріхо, В.П. Кузнєцова. Розробка і передача конструкторської документації заводу виробника була завершена в 1958 року.

Арифметичний пристрій напівпровідниковий: тригер будувався на транзисторах П16, логічні схеми на діодах Д9. Використовувалася імпульсно-потенційна система елементів. Потенційні елементи - діодний логіка; імпульсно-потенційні елементи - клапан (двухвходових І), один вхід якого був імпульсним, а другий вхід - потенційним. Тригер мав імпульсні входи і потенційні виходи. Основою АУ були однотипні осередки, кожна з яких містила один розряд обробної апаратури. У вузлі управління АУ знаходилося кілька тригерів, які за допомогою диодной логіки при виконанні тих чи інших арифметичних операцій зчіплювалися до відповідних ланцюжки та каблучки. У цьому АУ була здійснена вперше в світі апаратна реалізація операції обчислення квадратного кореня.

Центральне управління призначений для автоматичного керування виконанням операцій. Воно вибирає із постійної пам'яті програм (ПП) інструкції і відповідно до наявних в них вказівками вибирає необхідні константи з постійної пам'яті констант (ПК) і дані, що підлягають обробці, з оперативно пам'яті; виробляє над цими даними ті чи інші дії і записує результати цих дій в зазначені комірки ОП. За вказівками програми ці результати можуть направлятися на кодові магнітні самописці типу ПР-16, на пристрій відображення інформації, на принтер. Нові дані для обробки надходили в оперативну пам'ять машини безпосередньо з пристрою сполучення з РЛС (при роботі в реальному часі) або вводилися з перфострічки за допомогою фотоелектричного пристрою, що зчитує.

Оперативна пам'ять представляла собою ферритовое пристрій матричного типу на 1024 24-розрядних чисел. В як пам'ять великого елемента використовувалися сердечники діаметром 1,5 мм (внутрішній - 1,1 мм) і висотою 0,7 мм, виготовлені з магнітного матеріалу ВТ-1. Цикл звернення - 1,4 мкс.

Постійна пам'ять матричного типу, побудована на тих же сердечниках що і ОП. Різниця тільки в порядку прошивки інформаційних обмоток.

Комплект зовнішніх пристроїв включав фотосчітивающее пристрій з перфострічок (ФСУ), пристрій «швидкої» друку (БП-20) і спеціалізоване абонентське сполучення для введення і виведення інформації РЛС з паралельним 14-канальним шлейфом. Для контролю інформації використовувалися електронний індикатор для візуального відображення інформації (У-5) і кодові самописці ПР-16 на магнітній стрічці.

ЕОМ М-4 була асинхронної, мала одноадресних систему команд, великий набір арифметичних операцій, в тому числі апаратно реалізованих складних операцій (множення, подвійне порівняння, витяг квадратного кореня і ін.) І операцій управління. Дотримувався принцип максимального завантаження всього устаткування. Для перетворення адрес використовувалося спеціальне 10-розрядний пристрій. Резерви по продуктивності використовувалися для автоматичного контролю роботи машини шляхом подвійних прорахунків окремих частин програми і запуску тест-програм.

Основні технічні характеристики ЕОМ М-4.

• Система числення - двійкова.
• Кількість двійкових розрядів - 23.
• Подання чисел - з фіксованою комою.
• Середнє швидкодія - 20 тис. Оп / с. (50 тис. Операцій додавання і віднімання в секунду, 15 тис. Операцій множення в секунду, 5,2 тис. Операцій ділення або вилучення квадратного кореня в секунду)
• Об'єм оперативної пам'яті - 1024 23-розрядних чисел.
• Обсяг постійної пам'яті програм - 1024 23-розрядних чисел.
• Обсяг постійної пам'яті констант - 128 12-розрядних чисел.
• Обсяг постійної пам'яті таблиць - 256 44-розрядних чисел.
• Обсяг буферної пам'яті вузла ПІ-1 - 120 15-розрядних чисел.
• Обсяг буферної пам'яті вузла ПІ-2 - 64 15-розрядних чисел.
• Обсяг буферної пам'яті вузла ВІ - 1280 32-розрядних чисел
• Введення / висновок інформації при роботі в реальному масштабі часу - паралельний, по 14 каналам. Швидкість 6250 чисел в секунду.
• Швидкість введення інформації з перфострічки - 45 - 50 чисел в секунду.
• Швидкість друку - 7 рядків по 6 шістнадцятирічних цифр в секунду.

Блок-схема ЕОМ М-4

• ЦУ - центральне управління;
• АУ - арифметичний пристрій;
• ОП - оперативна пам'ять;
• ПП - постійна пам'ять програм;
• ПК - постійна пам'ять констант;
• ПТ - постійна пам'ять таблиць;
• БП - буферна пам'ять регістрів;
• ПІ-1, ПІ-2 - регістри прийому інформації;
• ВІ - регістр видачі інформації;
• У-5 - пристрій відображення інформації;
• ПР-16 - магнітні самописці (магнітна стрічка);
• БП-20 - принтер ( «швидка друк»);
• ФСУ - фотосчітивающее пристрій.

Загальний вигляд ЕОМ М-4

У 1960 році було виготовлено два комплекти цієї машини. Перший комплект був спрямований на об'єкт для стикування з РЛС експериментального комплексу. Другий комплект призначався для управління і обробки інформації РЛС іншого частотного діапазону, тому для нього було розробити і виготовити додатковий пристрій первинної обробки з більш високою швидкодією. Була розроблена принципово нова система потенційних логічних елементів з використанням високочастотних дифузійних транзисторів. Основу системи становив інвертор - формувач рівнів з многоступеннимі діодними логічними схемами. Функціональна схема пристрою передбачала побудову широкоформатних регістрів, які забезпечували одночасно паралельну обробку до 16 радіолокаційних сигналів. Ці два нових технічних рішення забезпечили виконання заданих вимог по швидкодії. Пристрій включало перемикач секторів, перетворювач кодів, накопичувач, граничний пристрій, пристрій перекодування, буферну пам'ять. Все обладнання розміщувалося в одному типовому шафі машини М-4. Пристрій первинної обробки в 1961 році було виготовлено і зістиковано з другим комплектом М4, який в цій комплектації отримав позначення М4-М і включався для спільної роботи з другої РЛС на об'єкті.

У 1962 року перший комплект ЕОМ М-4 у складі експериментального радіолокаційного комплексу успішно витримав спільні випробування. Обидва комплекту цих машин працювали спільно з радіолокаційними станціями експериментального комплексу до 1966 року.

Друге покоління - ЕОМ М4-2М і М4-3М

У 1961-1962 роках в колективі Карцева поряд з роботами по машині М-4 тривали дослідження в пошуках шляхів створення обчислювальної машини з більш високими технічними характеристиками по продуктивності і надійності, більш технологічними у виготовленні і зручними в експлуатації. На початку 1963 року, коли Карцев отримав завдання на нову розробку, елементна база, конструкція, багато структурних і схемні питання були вже опрацьовані. Завод в цьому ж році отримав повний комплект документації і зміг приступити до підготовки виробництва. Відповідно до технічного завдання машина призначалася для побудови обчислювальних комплексів територіальної обчислювальної системи, що включає до свого складу кілька регіональних обчислювальних центрів, пов'язаних каналами передачі даних з головним обчислювальним центром. Всім обчислювальним комплексам ставилося завдання забезпечувати постійну цілодобову безперервну роботу в режимі реального часу. Нова розробка отримала позначення М4-2М. Авторський колектив розробки: головний конструктор - М.О.Карцев, заступники головного конструктора - Л.В. Іванов, Ю. В. Рогачов, Р.П. Шидловський, основні розробники - Г.І. ТАНЕТ, В.А. Брик, Л.З. Лібуркін, В.П. Кузнєцова, Е.С. Шеріхо, Є.І. Цибулів.

ЕОМ М4-2М мала одноадресних систему команд з можливістю читання константи в якості другого операнда, набір арифметичних операцій з плаваючою комою, групу логічних операцій і операцій управління. Вона мала розвинену систему переривань, можливість роботи з подвійною точністю, високу швидкість реакції на зовнішні сигнали. ЕОМ М4-2М є синхронною, в ній реалізований конвеєр команд і конвеєр операцій і використана незвичайна розрядна сітка - 29 розрядів. Арифметичні операції виконувалися над операндами з плаваючою комою: один розряд був знаковим, 8 розрядів визначали порядок і 20 розрядів становили мантиссу числа. Таким чином, М4-2М мала розширений діапазон чисел - порядок від +127 до - 128 і зменшену мантиссу. Система команд передбачала операції з отриманням результату підвищеної точності з 40-розрядної мантиссой. У М4-2М за один машинний такт в 4,5 мкс виконувалася будь-яка операція - арифметична, логічна або керуюча, в тому числі множення. Це забезпечувалося застосуванням однотактного АУ з "пірамідою сумматоров" для виконання множення. Застосована була й інша новинка для тих років - конвеєр.

Пристрої, що запам'ятовують ОП і ПП будувалися на феритових сердечниках, прошитих в матриці адресними і числовими обмотками. Пізніше в пристрої постійної пам'яті матриці з прошивкою були замінені матрицями з електричної записом, що значно поліпшило технологічність виготовлення і дозволило вдвічі збільшити обсяг пам'яті.

Блоки оперативної пам'яті пов'язані з пристроєм управління чотирма шинами по 29 розрядів, об'єднує в шину чисел і в шину команд. Таким чином, з пристрою ВП могли читатися і операнди і команди. Це було зручно при налаштуванні машини і при налагодженні робочих програм користувачів.

Вхідні регістри арифметичного пристрою мали безпосередній зв'язок з вихідними регістрами, що давало можливість для арифметичних операцій крім вилучення операндів з пам'яті використовувати результати попередніх операцій.

Як керуюча машина ЕОМ М4-2М мала розвинену систему зовнішніх переривань. Забезпечувалися 12 активних і 12 пасивних переривань від об'єкта управління. Час реакції машини на активні переривання було дуже мало: перехід на програму переривання відбувався за два-три машинних такту. Це було важливим гідністю ЕОМ М4-2М.

Структурна схема ЕОМ М4-2М

• УУ - пристрій управління.
• АУ - арифметичний пристрій (А, С, В, D - регістри).
• ОП - оперативна пам'ять.
• ПП - постійна пам'ять.
• ВУ - пристрій введення виведення.

Основні технічні характеристики:

• система числення - двійкова;
• кількість двійкових розрядів - 29;
• представлення чисел - з плаваючою комою;
• швидкодія - 220 тис. оп / с.

* При заміні матриць постійної пам'яті з прошивкою на матриці з електричної записом обсяг пам'яті ПП в кожної модифікації збільшився вдвічі.

Загальний вигляд ЕОМ М4-2М (Мод. 5Е71)

Машина випускалася у вигляді трьох модифікацій, які відрізняються обсягами оперативної і постійної внутрішньої пам'яті (5Е71, 5Е72, 5Е73). Такі технічні характеристики ЕОМ М4-2М дозволили використовувати її в побудові обчислювальних комплексів на різних рівнях системи. З цією метою на додаток до ЕОМ М4-2М на тій же конструктивній і елементній базі були створені додаткові системи зовнішніх пристроїв СВУ-79-1, СВУ-79-2 і зовнішній обчислювач - ЕОМ М4-3М, які забезпечили можливість передавати на ГВЦ по каналах зв'язку інформацію регіональних обчислювальних центрів, віддалених на тисячі кілометрів.

Зовнішній обчислювач М4-3М працював в єдиній зв'язці паралельно з машиною М4-2М. Він являє собою ЕОМ паралельної дії, що оперує 29-розрядними двійковими числами. Структура командного слова відповідала принципом, прийнятим для команд ЕОМ М4-2М. Система управління зовнішнього обчислювача складалася з двох пристроїв: УВ і ДК. Пристрій УВ виконувало класичні функції для пристрою управління будь-ЕОМ: прийом і дешифрування команд, модифікацію адреси, вироблення керуючих сигналів і т.д. Диспетчер каналів ДК забезпечував прийом і зберігання запитів від різних пристроїв сполучення, прийом команд від центрального процесора, організацію пріоритетного звернення до оперативної пам'яті, а також вироблення керуючих сигналів для пристроїв сполучення. Що входять до складу зовнішнього обчислювача пристрою оперативної пам'яті ОП (такі ж, як і в оперативній пам'яті ЕОМ М4-2М) мали роздільні ланцюга звернення, завдяки чому одночасно були можливі вибірка одного числа, запис інформації від пристрою сполучення, вибірка чисел за двома адресами та інші поєднані операції, пов'язані зі зверненням до пам'яті. Арифметичний пристрій АВ мало неконвейерную (кільцеву) структуру. Множення і ділення робилися «по кільцю»: множення - за три, а розподіл - за п'ять тактів. У цьому АУ був застосований новий алгоритм розподілу - без відновлення залишку, причому за один цикл обчислювалися одночасно чотири біта приватного, т. Е. Поділ вироблялося в шістнадцятковій системі. Розробку зовнішнього обчислювача очолив к.т.н. Ю.Н. Мельник, розробку арифметичного пристрою - к.т.н. В. А. Брик.

Як зазначалося вище, завод приступив до виготовлення ЕОМ М4-2М в середині 1963 року. У 1964 році була виготовлена ​​перша серія цих машин і почалася робота по об'єднанню ЕОМ в обчислювальні комплекси на місцях їх постійної експлуатації. З 1965 по 1969 рік було побудовано і введено в експлуатацію 17 обчислювальних комплексів, в тому числі п'ять комплексів з машинами мод. 5Е72 і системами СВУ-79-1 для регіональних обчислювальних центрів і обчислювальний комплекс ГВЦ з машинами мод. 5Е73, зовнішніми обчислювачами М4-3М і системами СВУ-79-2. У 1969 році територіальна обчислювальна система, яка об'єднує понад п'ятдесят ЕОМ, була прийнята в експлуатацію.

Виробництво ЕОМ М4-2М тривало до 1986 року. Було виготовлено близько двохсот таких машин.

Третє поколение - ЕОМ М-10 и М-10М

У 1965-1967 роках в пошуках Шляхів Підвищення продуктівності обчислювальних машин при існуючому Рівні електроніки и технології Карцев спрямувати основні увага на дослідження архітектур багатопроцесорніх обчислювальних систем. У ціх дослідженнях ВІН показавши Чотири види можливий розпаралелювання обчислення и визначили для кожного виду можливий апаратно реалізацію. Особливо Великі завдання, вирішенню якіх, як правило, и потрібна висока продуктивність обчислювальних ЗАСОБІВ, ма ють в тій чи іншій мірі всіма видами паралелізму. Тому найбільш універсальний шлях створення обчислювальних систем з максимально можливою продуктивністю представляє архітектура многопроцессорной комбінованої обчислювальної системи. З такою архітектурою в 1967 році був розроблений ескізний проект обчислювального комплексу ВК М-9 з продуктивністю до одного мільярда операцій в секунду. Повністю цей проект реалізований не був, але одна з його складових частин - числова зв'язка стала основою машини третього покоління - ЕОМ М-10.

Технічне завдання на розробку ЕОМ М-10 було затверджено в листопаді 1969 року. Перед розробниками стояло досить складне завдання: маючи мікросхеми серії 217 зі швидкістю спрацьовування 15-25 нс. на вентиль і ступенем інтеграції до 3-5 вентилів в корпусі громадських закладів сердечники М100П2 з зовнішнім діаметром 1 мм потрібно було побудувати ЕОМ з швидкодією не менше 5 млн. оп / с. і з внутрішньою пам'яттю не менше 5 Мбайт. Для виконання цього завдання потрібно 386 тис. Мікросхем, 353 тис. Транзисторів і напівпровідникових діодів, 42,5 млн. Феритових сердечників, 1,4 млн. Конденсаторів і 1,4 млн. Опорів. Пізніше М.А. Карцев написав: "Не можна сказати, що розробка М-10 була зустрінута з розпростертими обіймами. Нам говорили, що ми психи, що не можна змусити працювати таку купу металу, що це все ніколи не запрацює. Але ми витягли. Ця робота була відзначена Державною премією ... "

Авторський колектив розробки: головний конструктор д.т.н. М.А. Карцев, заступники головного конструктора Ю.В. Рогачов, Л.В. Іванов, Л.Я. Міллер, А.А. Крупський, Р.П. Шидловський, основні розробники В.А. Брик, Є.І. Цибулів, Е.С. Шеріхо, Л.З. Лібуркін, Г.І. Смирнова, Г.Н. Пусенков, Л.Д. Баранов.

Розробка машини почалася в 1970 році. У 1971 році завод отримав повний комплект конструкторської документації і приступив до виготовлення машини.

ЕОМ М-10 - синхронна векторно-паралельна многопроцессорная ЕОМ. Вона дозволяє використовувати практично всі види паралелізму:

• асинхронне виконання програм різними процесорами з синхронізацією через систему переривань і обміном інформації через канал введення-виведення (операція типу MIMD);
• синхронне виконання програм різними процесорами з обміном інформацією через систему синхронного обміну (режим «партитури» програм);
• синхронне виконання набору операцій в одній команді (архітектура «широкої команди);
• виконання операції над векторами даних (операція типу SIMD);
• конвеєри команд і операцій.

До складу машини входить ряд процесорів різного типу, пристосовані для паралельної роботи.

Перший тип - арифметичні процесори, які фізично реалізовані у вигляді двох незалежних арифметичних пристроїв, синхронно виконують різні арифметичні або логічні операції. Кожен пристрій представлено у вигляді одного, двох, чотирьох або восьми процесорів, програмно перебудовуються відповідно в 128, 64, 32 або 16-розрядні.

Другий тип процесорів, що працюють синхронно з арифметичними, - пристрій управління. Функціональна лінійка пристрої управління реалізована за допомогою 16-розрядних регістрів, названих регістрами ознак. Одночасно з роботою цих регістрів в устр1ойстве управління виконується ще повний набір операцій з фіксованою комою над вмістом адресних модифікаторів. Таких модифікаторів в М-10 шістнадцять. Кожен з них містить 22 розряду, що відповідає розрядності адреси пам'яті М-10.

Третій тип процесорів М-10 складають два синхронно працюючих каналу зв'язку ПРОЦЕССОР-ПАМ'ЯТЬ, призначених для читання операндів з пам'яті у вхідні регістри арифметичних процесорів і записи результатів операції в пам'ять. Максимальна ширина доступу в пам'ять по одному каналу становить 512 біт, що дозволяє заповнювати вхідні регістри всіх арифметичних процесорів за одне звернення. Внутрішня пам'ять машини включає три типи пристроїв: головна оперативна пам'ять об'ємом 512 Кбайт (ферритовая), постійна пам'ять об'ємом 512 Кбайт (конденсаторного типу на металевих перфокартах) і велика оперативна пам'ять об'ємом 4 Мбайта (ферритовая). Двосторонній обмін між головною і великою пам'яттю йде зі швидкістю 20 Мбайт / с. в кожну сторону паралельно з рахунком в центральному процесорі. Важливою особливістю машини є широкий і змінний формат звернення до головної пам'яті: за одне звернення з неї може бути вибрано від 2 до 64 байтів. Перетворення і комутація надходить з ОП і ПП в УУ інформації в задані програмою формати виконується в комутаційно-кодує пристрої (КУ).

Четвертий тип процесора - мультиплексний канал прямого доступу до внутрішньої пам'яті (пристрій ДК), що дозволяє здійснювати введення-виведення по 24 дуплексним підканалах з сумарною швидкістю до 7 Мбайт / с. До кожного подканалу можна під'єднати до шести однотипних пристроїв.

Наступними паралельними процесорами є спеціальні схеми контролю справності апаратури машини і контролю програм користувачів. Взаємодія цих процесорів здійснюється через багаторівневу систему переривання програм, що є частиною центрального пристрою управління. На її вільні входи можуть прийматися також зовнішні сигнали (до 32-х).

У машині передбачені ланцюги, які дозволяють об'єднувати до семи машин М-10 в єдиний синхронний комплекс, що працює від загального тактового генератора. У кожному такті машина, яка працює в комплексі, може видати на свої вихідні шини масив даних в 64 байта і прийняти масив такого ж розміру від будь-якої іншої машини.

Блок-схема ЕОМ М-10

• УУ - пристрій управління.
• АУ - арифметичний пристрій.
• ОП - головна оперативна пам'ять.
• БП - велика пам'ять (другий рівень оперативної пам'яті).
• ПП - постійна пам'ять.
• КУ - комутаційно-кодує пристрій.
• ДК - диспетчер каналів (мультиплексний канал).
• АС - пристрій абонентського сполучення.

Основні технічні характеристики

• Середнє швидкодія - 5,1 млн. Оп / с.
• Загальний обсяг внутрішньої пам'яті - 5 Мбайт.
• Ємність буферної пам'яті мультиплексного каналу - 64 Кбайта.
• Система переривання програм - 72-канальна, з п'ятьма рівнями пріоритетів.
• Забезпечується одночасна робота в режимі поділу часу восьми користувачів на 8 математичних пультах.
• За один машинний такт одночасно виконуються операції з фіксованою і плаваючою комою.
• Передбачені векторні операції. Наприклад, за один такт може бути вироблено обчислення скалярного добутку векторів.

Загальний вигляд ЕОМ М-10.

Все обладнання ЕОМ М-10 розміщувалося в 31 типовому шафі (на фотографії показана їх здвоєна установка), з них 21 шафа займало лише обладнання запам'ятовуючих пристроїв. До 1974 року було виготовлено три комплекти машин для побудови обчислювального комплексу. Одночасно з роботами по об'єднанню машин в єдиний комплекс на цих же машинах виконувалася налагодження внутрішнього програмного забезпечення машини і призначених для користувача програм комплексу. У 1976 році ЕОМ М-10 і обчислювальний комплекс успішно витримали державні випробування. Обчислювальний комплекс був введений в штатну експлуатацію в режимі безперервної цілодобової роботи. Виробництво машин М-10 тривало. У той же час були розроблені нові пристрої пам'яті з використанням з'явилися великих інтегральних схем, які в 2,5 рази скоротили кількість шаф. Машина з новими пристроями отримала позначення М-10М, і з 1977 року в провадженні йшла машина вже в новій комплектації. Обчислювальні машини М-10 і М-10М програмно сумісні і повністю взаємозамінні. На їх основі створено цілий ряд унікальних обчислювальних комплексів, включаючи і обчислювальні комплекси, які об'єднують шість машин. Деякі обчислювальні комплекси працюють до теперішнього часу. Виробництво цих машин тривало до 1992 року, було випущено більше 50 екземплярів.

Математичне забезпечення ЕОМ М-10 включає:

• операційну систему, що забезпечує поділ часу і устаткування, діалоговий режим одночасної налагодження до 8 незалежних програм і мультипрограмний режим автоматичного проходження до восьми незалежних завдань;
• систему програмування, що включає машинно-орієнтована мова автокод, проблемно орієнтована мова АЛГОЛ-60 і відповідні транслятори і засоби налагодження;
• бібліотеку типових і стандартних програм;
• діагностичні програми;
• програми контролю функціонування.

У міру розширення сфери застосування машин у різних користувачів склад математичного забезпечення поповнювався новими програмами.

Оцінюючи внесок архітектури ЕОМ М-10 в розвиток обчислювальної техніки в СРСР, професор Б.А. Головкін писав:

«

»

Четверте покоління машин М.О.Карцева - ЕОМ М-13

До кінця 1977 вже стало ясно, що ідея багатопроцесорних обчислювальних машин стала реальністю, а машини М-10 підтвердили її широкі можливості. Працюючи над проектом обчислювальної машини нового, четвертого покоління, М.О.Карцев спирався на досвід створення ЕОМ М-! 0 і обчислювальних комплексів на її основі. Цей досвід показував, що структура нової машини повинна бути більш гнучкою по продуктивності і по комплексированию. Таке завдання поставив Карцев перед колективом, приступаючи до розробки нової багатопроцесорної обчислювальної машини М-13.

Проект ЕОМ М-13 передбачав три базові моделі, а також ряд їх модифікацій, що розрізняються комплектністю арифметичних пристроїв, пристроїв пам'яті, додаткових зовнішніх пристроїв та ін. Всі моделі будувалися за модульним принципом, використовуючи одну і ту ж саму номенклатуру пристроїв. Перехід від малої моделі до середньої і максимальної проводився шляхом збільшення кількості модулів.

Програмна сумісність систем М-13 обумовлювалася єдиним для всіх моделей машинною мовою і єдиним математичним забезпеченням, що містить режим роботи в реальному масштабі часу, діалоговий режим поділу часу з наданням моніторів для створення, трансляції і налагодження програм на машинно-орієнтованих (автокод М-13) , проблемно-орієнтованих (АЛГОЛ-60, ФОРТРАН, КОБОЛ) і універсальних (АЛГОЛ-68) мовами.

У частині елементної, конструктивної і технологічної бази М-13 використовувалися найбільш прогресивні технічні рішення. У логічних вузлах застосовувалися мікросхеми типу ТТЛ серій 133, 130, 530. Для запам'ятовуючих пристроїв використовувалися мікросхеми напівпровідникової пам'яті широкого застосування.

Технічне завдання на розробку ЕОМ М-13 і обчислювального комплексу на її основі було затверджено в 1980 році. Головним конструктором був затверджений М.А. Карцев, заступниками головного конструктора - Ю.В. Рогачов, Л.Я. Міллер, А.Ю. Карасик, Л. В. Іванов, Р.П. Шидловський, А.А. Крупський, Є.І. Цибулів. Розробка конструкторської документації була завершена в 1982 році.

М-13 є многопроцессорной векторно-конвеєрної ЕОМ з конвеєризацією на рівні даних. У ній є векторне арифметичний пристрій з паралельними перебудовувати конвеєрними пристроями обробки, кожне з яких виконує в даний момент в режимі конвеєра одну і ту ж операцію, але над різними операндами. До складу М-13 входить центральна процесорна частина, апаратні засоби підтримки операційної системи, підсистема вводу-виводу і спеціалізована процесорна частина.

Центральна процесорна частина, призначена для основних обчислень, містить арифметичні процесори (АЛУ), пристрої внутрішньої пам'яті (ОЗУ, ППГ, ОПП), центральний пристрій управління (ЦУУ) і пристрій редагування (Цур).

АЛУ - векторне конвеєрне арифметико-логічний пристрій. Залежно від формату операндів (8, 16 або 32 двійкових розряди) розпадається відповідно на 16, 8 або 4 арифметичних процесора. ЕОМ М-13 могла містити 1, 2 або 4 АЛУ, які в будь-якому поєднанні складають єдине векторне пристрій. Всі арифметичні процесори всіх АЛУ працюють синхронно, виконуючи одну й ту ж саму операцію над усіма парами операндів. Кожен арифметичний процесор є конвеєрне пристрій. АЛУ оперує числами як з фіксованою, так і з плаваючою комою.

ЦУУ - центральне пристрій управління містить булевский процесор для управління потоками команд і для маскування при векторної обробки, а також процесор адресному модифікації з продуктивністю 3 млн. Оп / с. для управління адресним простором.

Цур - центральний пристрій редагування забезпечує виконання цілого ряду спеціальних процедур, пов'язаних із взаємодією лінійки процесорів і блоків пам'яті. До них відносяться: ущільнення масивів під маскою з метою виключення прогалин, які з'являються в процесі паралельної обробки; кільцевої зрушення рядка інформації; транспозиція рядки інформації. Крім цього в пристрої реалізовані процедури, пов'язані з організацією обчислювального конвеєра: трьохадресних звернення до реєстрової пам'яті (2 читання + 1 запис одночасно) для прискорення обслуговування АЛУ і узгодження форматів обробки в різних комплектаціях ЕОМ М-13 зі збереженням їх програмної сумісності.

Блок-схема ЕОМ М-13.

Апаратні засоби підтримки операційної системи включають центральний керуючий процесор (ЦУП) і пристрій управління кодовими шинами (УКШ).

ЦУП - центральний керуючий процесор забезпечує апаратну підтримку операційної системи, а також апаратну підтримку віртуальної пам'яті і управління процесами. Він пов'язаний керуючими інтерфейсами з усіма процесорами машини.

УКШ - пристрій управління кодовими шинами містить таблиці віртуальної (математичної пам'яті. Пов'язує широкоформатними шинами всі пристрої машини з внутрішньою пам'яттю.

Підсистема введення-виведення включає мультиплексний канал (МПК) і пристрій абонентського сполучення (ПОВ).

МПК - мультиплексний канал призначений для сполучення підсистеми введення-виведення з центральним керуючому процесором і внутрішньою пам'яттю. Він реалізує запуск обмінних операцій в каналах, диспетчеризацію роботи каналів, організацію віртуальної і відносної адресації і обробку переривань від каналів. МПК виконує також мультиплексування обміну даними між пристроями абонентського сполучення та внутрішньою пам'яттю і здійснює перетворення форматів при обміні даними.

УАС - пристрій абонентського сполучення містить сполучають процесори, які дозволяють підключати до машини як стандартні, так і спеціалізовані пристрої, що входять до складу керованих об'єктів. Залежно від комплектації в УАС могло входити від 4-х до 128 однакових сполучають процесорів з програмованим абонентським інтерфейсом, що забезпечувало вирішення проблеми сполучення машини з різноманітними і унікальними інтерфейсами абонентів реального часу.

Спеціалізована процесорна частина містить процесори когерентної обробки (ПКО), контролер технічного управління (КТУ) і керуючу пам'ять гіпотез (УПГ).

ПКО - процесор когерентної обробки представляє собою спеціалізований векторно-конвеєрний обчислювач. У ньому використовується програмно-керована глубококонвейерная архітектура пристрою двухточечного перетворення, основу якого визначає вузол для виконання базової операції швидкого перетворення Фур'є. Застосування цієї базової операції дозволило на тому ж обладнанні виконувати також багато інших операцій, необхідні в алгоритмах цифрової обробки сигналів: обчислення максимального значення в масиві, порівняння масиву з граничним значенням, обчислення суми твори масивів, обчислення кореляційних матриць та ін. ПКО виробляє апаратно множення двох комплексних чисел. В одній шафі 4 процесора. Еквівалентна продуктивність однієї шафи 120 млн. Оп / с. Допускається комплектація від одного до двадцяти шаф.

КТУ - контролер технічного управління призначений для сполучення спеціалізованої (РПЛ) і центральної (ЦПЧ) процесорних елементів, а також для диспетчеризації різних груп ПКО. Інформаційний тракт обміну з внутрішньою пам'яттю центрального процесора реалізований за допомогою шин читання і шин записи. КТУ виконує в мультиплексному режимі обмін даними по вертикальному інтерфейсу між окремими групами ПКО всередині РПЛ (груповий обмін), а також між внутрішньою пам'яттю ЦПЧ і окремими групами ПКО. При цьому проводиться узгодження форматів і перетворення уявлення чисел з формату РПЛ в формат ЦПЧ.

УПГ - Пристрій пам'яті гіпотез - спеціалізоване багатопортовій Пристрій. Використовується в РПЛ для "тривалого" зберігання "системної" інформації ПКО і для "тимчасового" зберігання вхідний, вихідний і проміжної (робочої) інформації.

Технічні характеристики ЕОМ М-13.

Центральна процесорна частина.

• Швидкодія, оп / с: 12 млн., 24 млн., 48 млн.
• Ємність внутрішньої пам'яті, Мбайт: 8,5; 17; 34.
• У тому числі:
  • ОПГ (1-й рівень), Мбайт: 0,25; 0,5; 1,0.
  • ППГ, Мбайт: 0,25; 0,5; 1,0.
  • ОПП (2-й рівень), Мбайт: 8,0; 16; 32.
• Сумарна пропускна здатність центрального комутатора, Мбайт / с: 800, 1600, 3200.
• Пропускна здатність мультиплексного каналу, Мбайт / с: 40, 70, 100.
• Абонентське сполучення.
  • Число сполучають процесорів 8, 16, 128.
  • Максимальна швидкодія, оп / с: 350 млн.
• Спеціалізована процесорна частина.
  • Ємність керуючої пам'яті гіпотез, Мбайт: 4, 8, .. 128.
  • Максимальна еквівалентна швидкодію, оп / с: 2,4 млрд.
• Зовнішня пам'ять.
  • На змінних магнітних дисках, Мбайт - 200.
  • на магнітній стрічці, Мбайт - 42

Загальний вигляд ЕОМ М-13.

Серійне виробництво машини М-13 почалося в 1984 році, з затримкою на два роки, вже після смерті М.О.Карцева. Автору цієї статті, який став наступником М.О.Карцева, вдалося домогтися рішення про включення в план Загорського електромеханічного заводу на 1984 рік початок виробництва машин М-13 середньої комплектації. У 1986 році завод поставив перші дві машини, і в подальшому їх виготовлення йшло строго за планом. У 1991 році обчислювальний комплекс з шести ЕОМ М-13 успішно витримав державні випробування і був прийнятий в штатну експлуатацію для роботи в режимі цілодобової безперервної роботи в реальному масштабі часу.

Обчислювальні машини комплексу на випробуваннях показали наступні дані:

• продуктивність ЦПЧ - 24 млн. операцій в секунду,
• обсяг внутрішньої пам'яті ЦПЧ - 17 Мбайт,
• продуктивність РПЛ - 1,2 млрд. операцій в секунду,
• обсяг внутрішньої пам'яті РПЛ - 40 Мбайт.

Виробництво машин тривало до 1992 року. Було виготовлено 18 комплектів цих машин.

Про автора: Науковий консультант науково-дослідного інституту обчислювальних комплексів імені М.А. Карцева, [email protected]
Матеріали міжнародної конференції SORUCOM 2006 (3-7 липня 2006 року)
Стаття надрукована в музей 30.01.2008 з дозволу автора