Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → Материалы музея с 2013 по 2016 год  → Книги и компьютерная пресса  → Электронные версии книг  → Давлет Исламович Юдицкий  → 4.5.1. Д.И. Юдицкий и модулярные суперсистемы

4.5.1. Д.И. Юдицкий и модулярные суперсистемы

Истоки модулярной арифметики

Впервые о Системе остаточных классов (СОК) международная научная общественность узнала из статьи Миро Валаха “Origin of the code and number system of remainder classes”, опубликованной в 1955 г. в сборнике “StrojeNaZpracovaniInformaci”, vol. 3, Nakl. CSAV, в Праге. А первый импульс в этом направлении дал чехословацкий учёный Антонин Свобода (рис. 4.6.), специализирующийся в области логического проектирования средств вычислительной техники, с 1948 г. доцент Чешского института технологии в Праге.

Рис. 4.6. Разработчики первых модулярных ЭВМ З. Корвас, Дж. Облонский и А. Свобода (справа)

Рис. 4.6. Разработчики первых модулярных ЭВМ З. Корвас, Дж. Облонский и А. Свобода (справа)

В 1950 г., читая курс лекций по цифровой и аналоговой вычислительной технике и объясняя теорию построения умножителей, он обратил внимание, что в аналоговой технике нет принципиальных структурных отличий между сумматором и умножителем (разница наблюдается только в применении масштабов на входах и выходах), в то время, как в цифровой реализации сумматор и умножитель имеют коренные отличия. Он предложил своим студентам попытаться найти цифровую реализацию, которая могла бы выполнять сложение и умножение со сравнимой лёгкостью. Немного позже один из студентов, Миро Валах предложил идею цифрового кодирования, которая позже получила название “Система остаточных классов” (СОК). Идея оказалась продуктивной, хотя исходной задачи (сделать умножение столь же простым, как и сложение) она не решила. После многолетних теоретических исследований А. Свободы, М. Валаха, Н. Сзабо, Р. Танаки и др., эта идея нашла воплощение в теории и практике. Основным автором концепции модулярной ЭВМ ЭПОС был А. Свобода (. Kromě něj se na návrhu stroje podíleli také J. Oblonský, V. Chlouba, M. Valach, Z. Korvas, V. Bubeník J. Sedlák, E. Kindler, J. Jůza a J. Imlauf [1]). Его соратниками были Дж. Облонский, М. Валах, З. Корвас, В. Бубеник и др.

Разработанная в 1958-1962 гг. ламповая (8000 ламп) “Эпос” (EPOS, Elektronický POčítací Stroj) была первой в Чехословакии электронной ЭВМ и первой в мире модулярной ЭВМ (рис. 4.7.).

Рис. 4.7. Первая в мире модулярная ЭВМ “Эпос”.

Рис. 4.7. Первая в мире модулярная ЭВМ “Эпос”.

Эта мультипрограммная (до 5 программ) ЭВМ с режимом разделения времени и ферритовым ОЗУ ёмкостью 1024 65-разрядных слов выполняла 5 – 20 тыс. оп/с над десятичными 12-разрядными операндами. Первоначально планировалось изготовление одного комплекта ЭВМ в 1963 г., двух в 1964 и трёх в 1965 г. Но, по противоречивым данным, было изготовлено только два варианта ЭПОС, поскольку в 1960-1965 г. была разработана более совершенная и экономичная транзисторная версия модулярной ЭВМ – ЭПОС-2 с производительностью до 40000 оп/с (рис. 4.8.). Два варианта ЭПОС-2 под названиями ZPA-600 и ZPA-601 серийно выпускались до 1973 г., всего было выпущено 30 комплектов ЭВМ.

Хуже сложилась в Чехословакии судьба главного конструктора ЭПОС-ов. В 1957 г. А. Свобода выступал с курсом лекций по логическому проектированию в китайской Академии наук в Пекине. С такими лекциями он выступал в Москве, Киеве, Дрездене, Кракове, Варшаве и Бухаресте. Его визиты в западные страны были сильно ограничены. Ему удалось выступить на конференциях в Дармштадте (1956), Мадриде (1958), Намуре (1958), но он не был допущен чехословацкими властями в Кембридж (1959) и на многие другие западные научные конференции.

Рис. 4.8. Модулярная ЭВМ “Эпос-2”

Рис. 4.8. Модулярная ЭВМ “Эпос-2”

В 1959 г. А. Свобода переходит в Центральный институт математики в Праге, где создаёт отделение “Математических машин”, которое позже стало “Исследовательским институтом математических машин” АН – основное место исследований в цифровой и аналоговой вычислительной техники в Чехословакии. В 1963 г. А. Свободе не позволили принять приглашение возглавить кафедру прикладной математики университета в Гренобле. В Академии наук сменилось руководство, председателем стал Дж. Скиннер и на Свободу началось тяжёлое политическое давление и преследования. Ústav matematických strojů byl vyčleněn z ČSAV. Его институт был исключён из академии, а Svoboda byl zbaven jeho vedení a musel čelit neustálým politickým útokům na svou osobu a na své spolupracovníky. Свобода освобождён от руководства институтом. Активизировалась политическая травля и его, и его соратников. В результате в 1964 г. семье А. Свободы удалось эмигрировать из Чехословакии, в 1965 г. они приехали в США. В 1966 г. Свобода начал работать на факультете Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе и в 1968 г. стал профессором. Он читал курс логического проектирования, компьютерной архитектуры и компьютерной арифметики. В 1968 г. Свобода получил премию IEEE за вклад в логическое проектирование, механическое проектирование и за фундаментальную работу по СОК. Скончался А. Свобода в 1980 г. в возрасте 73 лет.

Следует отметить, что М. Валах и А. Свобода были первыми, предложившими и практическими реализовавшими применение системы остатков в электронном компьютере. Сама идея модулярной арифметики основывалась на древней китайской теореме об остатках и многократно предлагалась учёными разных эпох и разных стран. В этом свете представляет интерес вопрос – а какова предыстория модулярной арифметики в России. Российские историко-математические исследования показывают, что это не риторический вопрос.

Так А.П. Юшкевич, известный специалист в области истории математики, в работе “Об одной задаче теории чисел в русских математических рукописях XVII века” (Труды Института истории естествознания и техники, 1957 г., т. 17, стр. 300-312) указывает на обнаруженную им рукопись XVII века, содержащую компактно расположенную трёхвходовую таблицу перевода позиционного кода в коды в остатках по модулям 3, 5 и 7 и обратно. Структура этой таблицы представляет интерес и для современных технологий конструирования табличных вычислительных структур. В ней линейная периодичность системы вычетов по модулям 3, 5 и 7 диагонально сворачивается по паре модулей 3 и 5 и далее по модулю 7, благодаря чему возникает компактно расположенная трёхвходовая таблица по модулям 3, 5 и 7.

Известна также работа Б.А. Эльпатанова “Развитие метода решета” (1968 г.), которая представляет собой описание модулярных вычислений, связанных с вычислением простых чисел методом решета Эратосфена. В 1868 г. на заседании Математического общества профессор Московского университета Ф.А. Слудский (1841-1897 гг., один из основателей общества) в докладе “Заметки о числе и форме простых чисел” (Математический сб-к, том 3, вып. 1-4, 1868, с. 214-216) предложил использовать код в остатках для вычисления простых чисел методом решета. В докладе он отмечает, что если р1, р2, … рn – все простые числа, не превосходящие Öа<x£а, могут быть вычислены согласно китайской теореме об остатках перебором ненулевых остатков ai по всем модулям pi системы уравнений х ºaI(modpi), при 1£i£n. В условиях современных вычислительных средств этот алгоритм представляет практический интерес для построения простых чисел и контроля простоты.

Приведённые факты свидетельствуют о высоком уровне математической науки России прошлых лет.

Первым в СССР в конце 1950-тых годов на систему счисления остаточных классов обратил внимание главный инженер КБ-1 Федор Викторович Лукин (рис. 4.9). Один из ведущих теоретиков в области СОК и активных участников её практического применения, доктор технических наук, профессор, академик НАН Казахстана Вильжан Мавлютинович Амербаев вспоминает: “Израиль Яковлевич Акушский рассказывал мне, что первую информацию о СОК он получил от Ф.В. Лукина в виде закрытой справки о работах в США. По словам Израиля Яковлевича, Федор Викторович считал СОК очень перспективным направлением развития вычислительной техники”. Последующие его действия подтверждают это – именно стараниями Ф.В. Лукина модулярная арифметика получила столь бурное и успешное развитие в стране, и не случайно с его уходом из жизни совпадает начало спада её разработок.

Рис. 4.9. Ф.В. Лукин за работой.

Рис. 4.9. Ф.В. Лукин за работой.

Сопоставляя отрывочную информацию из разных источников, можно реконструировать эту историю следующим образом. Первым мысль о возможности применения СОК в вычислительной технике в 1955 г. в краткой статье высказал чехословацкие учёные А. Свобода и М. Валах. Они и стали первопроходцами СОК. Их работами заинтересовались американцы, где работы над модулярной арифметикой (основанной на СОК) были развернуты широким фронтом.

СОК

В системе остаточных классов каждое число, многоразрядное в позиционной системе счисления, представляется в виде нескольких малоразрядных позиционных чисел, являющихся остатками от деления исходного числа на взаимно простые основания. В обычной позиционной двоичной системе выполнение операций (например, сложение двух чисел) производилось последовательно по разрядам, начиная с младшего. При этом образуются переносы в следующий старший разряд, что и определяет поразрядную последовательность обработки. В СОК появилась возможность распараллелить этот процесс: все операции над остатками по каждому основанию выполняются отдельно и независимо (параллельно), следовательно, в связи с их малой разрядностью, легко и быстро. Малая разрядность остатков обеспечивает возможность реализации табличной арифметики, при которой результат операции не вычисляется каждый раз, а, однажды рассчитанный, помещается в запоминающее устройство (ЗУ) и, при необходимости, считывается из него. Т.е. операция в СОК при табличной арифметике и конвейеризации выполняется за один период синхронизирующей частоты (машинный такт). Проблемы возникают при переполнении диапазона представления чисел и округлении результатов, на их решение и потребовалось масса сил и интеллекта математиков.

Табличным способом, и тоже за один машинный такт, в СОК можно выполнять не только простейшие операции, но и представимые в виде полинома сколь угодно сложные функции, если результат не выходит за переделы диапазона представления чисел. Этим определяется одно из парадоксальных свойств модулярной арифметики: эффективная производительность модулярной ЭВМ может быть значительно, в разы, в десятки и сотни раз выше, чем у позиционной ЭВМ с той же тактовой частотой. Действительно, если операция, которая в обычной ЭВМ выполняется за 100 тактов, в модулярной ЭВМ выполняется за 1 такт, то и её эффективная производительность на этих операциях, при прочих равных условиях, в 100 раз выше.

Введя дополнительные основания, получаем избыточность, обеспечивающую контроль и исправление ошибок в процессе выполнения операций. Это ещё одно из важнейших преимуществ СОК (арифметичность) перед всеми позиционными системами: ни одна из них не позволяет находить и, тем более, исправлять ошибки в процессе выполнения арифметических операций. Наоборот, в арифметическом устройстве они, раз возникнув, бесконтрольно размножаются. В результате в ЭВМ всех времен и народов, работающих в традиционных позиционных системах счисления, контроль и исправление ошибок (контроль на чётность, избыточное кодирование, мажорирование и т.п.) обеспечиваются только в системах хранения и передачи информации. Арифметико-логические устройства – один из основных источников сбоев и ошибок в ЭВМ – остаются бесконтрольными. Сейчас, когда весь процессор размещается в одном кристалле БИС, это не столь критично. В те времена процессор занимал шкаф или несколько, содержал многие тысячи отдельных элементов, паяных и разъёмных контактов, а так же километры проводников – гарантированный источник различных помех, сбоев и отказов, причём бесконтрольных. Взяв под контроль эти источники сбоев и ошибок в процессоре, СОК резко повысил общую надёжность модулярных ЭВМ К340-А и 5Э53 (о них ниже) по сравнению с современными им машинами.

Примерно в 1959 г. в КБ-1 (ныне ОАО “НПО Алмаз”) по закрытым каналам поступила справка об этих работах. Ф.В. Лукин, имеющий личный опыт разработки счётно-решающих устройств и, особенно, их применения в крупнейших военных системах, сразу оценил перспективность этого направления. Но КБ-1 разработкой ЭВМ не занималось, и Федор Викторович направил заинтересовавшую его справку в СКБ-245 (в 1953 г. он был там председателем Госкомиссии по приёмке ЭВМ “Стрела”, первый экземпляр которой был установлен в КБ-1). Справка заинтересовала математика И.Я. Акушского и его начальника, ведущего разработчика ЭВМ Д.И. Юдицкого, ставших впоследствии основоположниками модулярной арифметики в СССР. Примерно в это же время поступила информация и из открытого источника. Вот как об этом вспоминает участник тех событий В.С. Линский: “Примерно в 1957-58 г. (скорее всего в 1959 г.) начальник отдела НИИЭМ (СКБ-245) Э.А. Глузберг получил из Реферативного журнала АН СССР для подготовки реферата копию статьи чехословацких учёных А. Свободы и М. Валаха о представлении натуральных чисел группой вычетов по различным модулям и операциях с ними, позже названном СОК. Статья была написана на чешском языке и была далека от научных интересов Э.А. Глузберга. Поэтому он поручил разобраться с ней И.Я. Акушскому, а тот, в свою очередь, попросил меня ознакомиться со статьей. Я перевёл статью, для чего мне пришлось купить чешско-русский словарь (хранится у меня до сих пор) и изучил её. Я пришёл к выводу о нецелесообразности использования СОК в большинстве ЭВМ из-за низкой эффективности операций в ней с плавающей точкой. Однако И.Я. Акушский со мной не согласился и приступил к научным исследованиям СОК”. По-видимому, информация о работах в США и вызвала запоздалый интерес в АН СССР к статье, вышедшей в Праге ещё в 1955г.

Модулярные суперЭВМ “Т340А” и “К340А”

Полученная таким образом исходная информации, весьма краткая и поверхностная, дала старт научным исследованиям И.Я. Акушского и Д.И. Юдицкого. Первая в стране попытка осмыслить принципы построения модулярной ЭВМ (на основе СОК) была предпринята в 1959-1960 гг. в СКБ-245 Ю.Я. Базилевским, Ю.А. Шрейдером, И.Я. Акушским и Д.И. Юдицким, но не получила единого понимания – не все её участники прониклись сутью СОКа. Как отмечает В.М. Амербаев: «Это было обусловлено неумением осмысливать сугубо компьютерные вычисления строго алгебраически, вне кодового представления чисел». И когда в 1960 г. Ф.В. Лукин, недавно назначенный директором и научным руководителем НИИ-37 ГКРЭ (НИИ Дальней радиосвязи – НИИДАР), пригласил Д.И. Юдицкого и И.Я. Акушского для разработки ЭВМ, они согласились. Д.И. Юдицкий в 1960 г. стал начальником отдела НИИДАР, а И.Я. Акушский – начальником лаборатории в этом отделе. Первой задачей Д.И. Юдицкого в НИИДАР было завершение неудачной на тот момент разработки ЭВМ “А340А” для создаваемых предприятием радиолокационных станций (РЛС). А И.Я. Акушский, как учёный-теоретик, сразу занялся разработкой научных основ построения модулярной ЭВМ.

Больше – не всегда лучше

В 1960 г. в НИИДАР сложилась тупиковая ситуация в разработке ЭВМ для радиолокационных станций. На предприятии был специальный отдел, разработавший ЭВМ А340А, но заставить её работать никак не удавалось. Недавно назначенный директор НИИДАР Ф.В. Лукин быстро понял, что проблема в подходе к проектированию и в руководстве отдела, и начал поиски нового руководителя разработок ЭВМ для предприятия. Его сын, Владимир Федорович Лукин вспоминает: “Отец долго искал замену начальнику отдела ЭВМ. Однажды, находясь на Балхашском полигоне, он спросил В.В. Китовича из НИИЭМ (СКБ-245), не знает ли он подходящего толкового парня. Тот предложил ему посмотреть Д.И. Юдицкого, работавшего тогда в СКБ-245. Отец, который ранее был председателем Госкомиссии по приемке ЭВМ “Стрела” в СКБ-245, вспомнил молодого, грамотного и энергичного инженера. А когда узнал, что тот вместе с И.Я. Акушским всерьёз заинтересовался СОК-ом, который отец считал перспективным, пригласил Юдицкого для беседы. В результате Д.И. Юдицкий и И.Я. Акушский перешли на работу в НИИ-37”.

А вот что о первых шагах Д.И. Юдицкого в НИИДАР вспоминает А.А Попов, тогда студент МЭИ на практике в его отделе: “Предшественник Д.И. Юдицкого спроектировал аппаратуру из больших печатных плат, на которых устанавливалось до 300 транзисторов. Лучшие регулировщики вот уже несколько месяцев безрезультатно “оживляли” эти узлы. Давлет Исламович “рассыпал” машину на элементарные ячейки – триггер, усилитель, генератор и т.п. Дело пошло.”

А340А – 20-разрядная ЭВМ с быстродействием 5 000 оп/с. Её разработка была завершена в 1962 г. Опытным заводом при НИИДАР, начиная с 1962 г., было изготовлено 24 таких ЭВМ (рис. 4.10). Они применялись в РЛС “Дунай-2”, “Дунай-3” “Дунай-3УП” и других системах, разработанных в НИИДАР.

Рис. 4.10. За пультом ЭВМ “А340А”

Рис. 4.10. За пультом ЭВМ “А340А”

После успешного завершения работ над А340А, возглавляемый Д.И. Юдицким коллектив в 1960-1963 гг. разработал первую в стране реально работавшую модулярную ЭВМ. В институте в 1960 г. был сделан макетный (сокращённый) образец ЭВМ, а затем в 1962 г. опытный завод при НИИДАР по эскизной документации изготовил ЭВМ под именем “Т340А”. Теория и практика варианта модулярной арифметики и принципы построения ЭВМ “Т340А” на их основе были разработаны И.Я. Акушским, Д.И. Юдицким и Е.С. Андриановым. В ходе работы выяснилось много интересных свойств системы остаточных классов, о которых в первоисточниках и не упоминалось. Академик НАН Казахстана, д.т.н., профессор В.М. Амербаев рассказывает: «…Ф.В. Лукин привлек внимание И.Я. Акушского к разработкам … нового способа организации параллельных вычислений. Выяснилось позднее, что он обладает свойством арифметической самокоррекции. ... Это была нетрадиционная компьютерная арифметика, и для её разработки требовался нетрадиционный подход. В ходе разработки … возникло множество ярких, оригинальных решений в архитектуре, живучести, параллельности, конвейерности ЭВМ…».

ЭВМ “Т340А”, совместно с “А340А”, активно использовалась в качестве стенда при построении РЛС дальнего обнаружения “Дунай-3УП” на Сары-шагонском полигоне ПРО (рис. 4.11).

Рис. 4.11. РЛС “Дунай-3УП”

Рис. 4.11. РЛС “Дунай-3УП”

ЭВМ была построена на основе феррит-транзисторной логики, реализованной на дискретных транзисторах 1Т308В и ферритовых сердечниках (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Ячейка ЭВМ “К340А”

Рис. 4.12. Ячейка ЭВМ “К340А”

Полученные при её настройке и первом опыте эксплуатации результаты были использованы при создании в 1963-1966 гг. комплекта конструкторской документации для серийного производства ЭВМ, но уже под именем “К340А”. К этому времени Д.И. Юдицкий и И.Я. Акушский с группой специалистов по приглашению Ф.В. Лукина перешёл на работу в создаваемый в будущем Зеленограде Центр микроэлектроники, а разработкой К340А занимался оставшийся коллектив под руководством Л.В. Васильева (рис. 4.13). ЭВМ была освоена в серийном производстве и стала базовой для РЛС, разрабатываемых в те годы в НИИ-37. Практически Т340А и К340А – это одна ЭВМ на разных этапах её создания.

Юдицкий Д.И.

Юдицкий Д.И.

Васильев Л.В.

Васильев Л.В.

Черняев В.С.

Черняев В.С.

Рис. 4. 13. Руководители разработок ЭВМ в НИИДАР

ЭВМ “К4340А” серийно выпускалась опытным заводом при НИИДАР и Свердловским заводом радиоаппаратуры, всего было выпущено около 50 комплектов. Они использовались в РЛС дальнего обнаружения “Дунай-3У” системы “А-35” ПРО московского промышленного района и в загороизонтных РЛС системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН) “Дуга”, “Дуга-2” и “Дуга-3”.

Печально сложилась судьба ЭВМ, примененных в загоризонтных РЛС, точнее судьба самих РЛС, а с нею и ЭВМ. Информацию о них я позаимствовал в Internet.

Первая загоризонтная РЛС “Дуга” была построена недалеко от г. Николаев (рис. 4.14). Станция начала работу 7 ноября 1971 года. Приёмная антенна имеет высоту 135 м, ширину 300 м и оснащена 330 вибраторами, размером около 15 метров каждый. Передающая антенна имела ширину 210 метров и высоту - 85 метров. Стационарный комплекс, кроме того, включает 26 передатчиков, каждый размером с двухэтажный дом.

Строительство ЗРЛС “Дуга-1” под Чернобылем было закончено в 1985 году и она вошла в состав системы ПВО страны. Строительство станции вблизи Чернобыльской АЭС объяснялось её высокой энергоёмкостью.

Высота приёмной антенны станции около 150 метров, длина – 750 метров. За характерный звук в эфире, издаваемый при работе (стук) получила название Russian Woodpecker (Русский Дятел). После аварии на Чернобыльской АЭС (26 апреля 1986 г.) станция была заморожена, а в 1987 году было принято решение о закрытии объекта.

Рис. 4.14. Приёмная антенна РЛС “Дуга”

Рис. 4.14. Приёмная антенна РЛС “Дуга”

>Рис. 4.15. РЛС “Дуга-1”

Рис. 4.15. РЛС “Дуга-1”

Загоризонтная РЛС “Дуга-2” в районе Комсомольска-на-Амуре (рис. 4.15) была поставлена на боевое дежурство 30 июня 1982 года и должна была обеспечивать охват Тихого океана до территории США.

Рис. 4.16. РЛС “Дуга-2”

Рис. 4.16. РЛС “Дуга-2”

Вследствие низкой эффективности двухскачковой загоризонтной радиолокации во второй половине 1980-х возникает вопрос о целесообразности использования по прямому назначению узла “Дуга-2” и в 1987 уточняются задачи узла. В начале 1990-х на узле произошёл пожар, вследствие чего станция прекратила свое существование.

ЗРЛС типа “Дуга” могли обнаружить только массовый старт МБР и с некоторыми ограничениями. В результате чего, узлы “Дуга”, “Дуга-1” и “Дуга-2” не были приняты на вооружение. Общие затраты по ним составили порядка 600 млн. рублей.

Несравненно лучше сложилась судьбы ЭВМ в составе РЛС “Дунай-3У” (рис. 4.17).

Рис 4.17. РЛС

Рис 4.17. РЛС "Дунай-3У" – приёмная (слева) и передающая позиции, сооружения, измеряемые сотнями метров.

Узел системы дальнего обнаружения (СДО) целей ПРО “А-35” (рис. 4.18) в составе двух РЛС “Дунай-3У”, созданный в 1969-1976 гг. недалеко от г. Чехова в Московской обл., в 1978 г. после серии положенных для таких объектов испытаний был принят на вооружение в режиме “Боевая работа”. В СДО применено 20 комплектов ЭВМ К340А выпуска 1968-1976 гг., по 10 в каждой РЛС.

Рис. 4.18. Приёмные позиции чеховского СДО на основе двух РЛС “Ду-най-3У”.

Рис. 4.18. Приёмные позиции чеховского СДО на основе двух РЛС “Ду-най-3У”.

К моменту подготовки настоящей книги (конец 2010 г.) по плану модернизации электроника РЛС, первой введённой в строй, демонтирована для замены на современную, но вторая продолжает работать, превзойдя положенное для таких объектов время “продолжительности жизни” почти в 4 раза. Годы создания двух её ЭВМ подтверждаются формулярами их устройств (рис. 4.19).

Рис. 4.19. Наклейки на формулярах действующих устройств ЭВМ “К340А”.

Рис. 4.19. Наклейки на формулярах действующих устройств ЭВМ “К340А”.

Первую информацию об ЭВМ “К340А” я получил от В.С. Черняева, начальника НИО-9, того самого отдела, начальником которого когда-то был Д.И. Юдицкий, в котором была разработана ЭВМ “К340А”. И от сотрудников этого отдела М.Д. Корнева и А.Ф. Хмелёва, участвовавших в разработке К340А. Познакомил меня с Черняевым и Хмелёвым мой коллега по работе в СВЦ М.Д. Корнев, который вместе с Д.И. Юдицким перешёл из НИИДАРа на работу в зеленоградский Научный центр, участвовал в разработке ЭВМ “5Э53” (об этом позже), а в лихие 1990-е годы вернулся в НИИДАР. С удивлением узнав, что ЭВМ под Чеховым ещё работают, я искал способ попасть туда. Наконец С.А. Симонов, зам. директора НИИДАР, познакомил меня с Н.И. Родионовым, первым командиром войсковой части, обслуживающей чеховскую СДО, ныне генерал-лейтенантом в отставке, советником генерального директора ОАО НПК НИИДАР.

Рис. 4.20. Н.И. Родионов и созданная им книга

Рис. 4.20. Н.И. Родионов и созданная им книга

Николай Иванович любезно подарил мне выпущенную ДИИДАРом книгу “40 лет на контроле космоса, автором-составителем которой он является, посвящённую чеховскому узлу СДО” (рис. 4.20), и договорился с нынешним командиров войсковой части С.И. Клименко о моём посещении ЭВМ “К340А” с возможностью фотографирования. Так в ноябре 2010 г. я, мой сын Денис, М.Э. Смолевицкая (Политехнический музей) и Э.М. Пройдаков (Виртуальный компьютерный музей) попали на когда-то строго секретный объект, ныне рассекреченный, но, как положено войсковым частям, для вольных посещений закрытый. Вся приведенная в этой статье информация из этих источников. Я безмерно благодарен М.Д. Корневу, С.А. Симонову, Н.И. Родионову, С.И. Клименко, В.С. Черняеву, А.Ф. Хмелёву, В.В. Денисику, офицерам войсковой части, дежурившим во время посещения, за возможность достаточно подробно ознакомить читателя с этой уникальной ЭВМ.

40 лет в строю

РЛС “Дунай-3У” и ЭВМ “К340А” в её составе проработали уже 40 лет и продолжают свою верную службу (рис. 4.21).

Рис. 4.21. Командный пункт РЛС “Дунай-3У”.

Рис. 4.21. Командный пункт РЛС “Дунай-3У”.

Это свидетельство высочайшего научно-технического уровня их разработок и производства. Правда такое долголетие даёт повод некоторым “критикам” позлословить по поводу этого долголетия, считая его признаком упадка общего уровня после создания станции. В чём-то они правы, но есть и объективные причины такого долголетия, связанные с уникальностью самой РЛС “Дунай-3У”.

Эта уникальность – диапазон рабочих часто РЛС. Испытания, проведенные на экспериментальной системе ПРО “А” на сары-шаганском полигоне, показали, что в случае надземного ядерного взрыва все РЛС метрового диапазона примерно на 20 мин. теряют работоспособность. Т.е. достаточно потенциальному противнику сделать такой “расчищающий” взрыв даже не над территорией, охраняемой системой ПРО, и дорога для баллистических ракет свободна. Поэтому генеральный конструктор ПРО Г.В. Кисунько систему “А-35” по охране московского промышленно района строил на основе РЛС “Дунай-3” и “Дунай-3У” дециметрового диапазона, не чувствительных к ядерному взрыву. Эти РЛС работали в системах ПРО “А-35”, “А35М” и “А-135”. РЛС “Дунай-3” (в районе г. Кубинка Московской области) в результате пожара вышла из строя и в настоящее время чеховская “Дунай-3У” – единственная в стране дециметровая РЛС (близкая по характеристикам РЛС AN/FPS-85 имеется только в США на авиабазе Эглин во Флориде). Все последующие РЛС – метрового диапазона, поскольку задачи ПРО упростились (ПРО Г.В. Кисунько предназначалась для защиты в случае крупномасштабной войны, последующие – от одной ракеты в случае диверсионного нападения, при котором предшествующий “расчищающий” ядерный взрыв исключён).

Она давно уже не работает в системе ПРО, её задача – контроль космического пространства.

РЛС “Дунай-3У” осуществляет контроль пролёта объектов в своём секторе космического пространства на дальностях до 4600 км. Наряду с “Дунаем-3У” в системе контроля космического пространства (СККП) принимают участие ещё семь РЛС метрового диапазона волн: пять РЛС “Днепр” (дислоцируются близ населённых пунктов Мурманск, Мукачево, Севастополь, Иркутск, Балхаш), и две РЛС “Дарьял” (Печора и Мингечуар, рис. 4.22).

Рис. 4.22. РЛС “Днепр” и “Дарьял”.

Рис. 4.22. РЛС “Днепр” и “Дарьял”.

Главной задачей СККП является ведение каталога космических объектов (их около 5000), находящихся на орбитах искусственных спутников Земли.

Благодаря дециметровому диапазону волн и ряду других преимуществ Дунай-3У способна обрабатывать объекты размером от 15 до 40 см, недоступные метровым Днепрам и Дарьялам. В результате вклад РЛС “Дунай-3У” в формирование каталога космических объектов таков:

Иными словами более половины объектов каталога космических объектов стала контролируемой благодаря уникальности РЛС “Дунай-3У”. Именно поэтому они так долго оказались востребованы, и именно поэтому первая из них из них модернизируется, а затем будет модернизирована и вторая, ныне действующая.

ЭВМ “К340А”

Структурная схема ЭВМ приведена на рис. 4.23.

Основными системами ЭВМ являются вычислитель, накопительная система, пульт управления К340П1 (ПУ), регистратор (принтер МП-16), система электропитания и система охлаждения (в то время ещё не было устоявшейся позже общей терминологии, поэтому каждый главный конструктор применял свою).

В состав вычислителя (в нынешней терминологии – процессор) входят следующие устройства:

Здесь следует отметить, что задачи РЛС дальнего обнаружения и контроля космического пространства алгоритмически довольно консервативны, программы их решения эксплуатируются без изменений длительные сроки, поэтому в ЭВМ тогда для хранения программ использовались перепрограммируемые (часто вручную) постоянные ЗУ. Таким был и НК.

Рис. 4.23. Структурная схема ЭВМ “К340А”.

Рис. 4.23. Структурная схема ЭВМ “К340А”.

Накопитель команд выполнен в виде перепрограммируемого ферритового постоянного запоминающего устройства на цилиндрических ферритовых сердечниках. Сердечники вручную вставлялись (и извлекались) в отверстия в матрице, содержащей 2х32 45-разрядного слова (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Блок накопителя команд ЭВМ “К340А”

Рис. 4.24. Блок накопителя команд ЭВМ “К340А”

Накопительная система является основной памятью ЭВМ и выполняет задачи оперативной памяти (ОЗУ) при обмене информацией с вычислителем, и буферной памяти при обмене информацией с внешними устройствами. В накопительную систему входят: устройство управления (УУ), 16 независимых накопителей чисел (НЧ), накопитель констант (НКС) и буферный накопитель (БН).

 Устройство управления (УУ), организующее синхронную работу всех устройств ЭВМ в соответствии с выполняемой программой и обеспечивающее выборку команд из НК, их расшифровку, формирование адреса в НЧ, управление накопительной системой и обменом информацией с абонентами.

Ёмкость каждого накопителя чисел – 1024 45-разрядных слов, ёмкость накопителя констант – 4096 45-разрядных слов с возможностью расширения до 8192 45-разрядных слов. В этой ЭВМ был реализован принцип независимых каналов памяти команд и данных (гарвардская архитектура). Но каждый НЧ имел по два порта для ввода-вывода информации: с абонентами (с возможностью параллельного обмена с любым числом блоков) и с процессором. Для увеличения быстродействия было реализовано программное расслоение оперативной памяти с чередованием адресов обращения процессора к блокам НЧ.

Кроме того, была применена многовходовая буферная память (буферный накопитель – БН) для двухоперационных команд (в каждой команде выполнялось по две операции, каждая из которых в других ЭВМ того времени выполнялась в виде отдельной команды). Эти особенности построения системы памяти обеспечили высокую эффективность ЭВМ: задержек при обращении к памяти большого объёма (бич ЭВМ тех лет) практически не было.

Вычислитель перерабатывает информацию, содержащуюся в буферном накопителе. Вычислитель и накопительная система способны работать параллельно, независимо друг от друга, каждый по своей команде из одного командного слова. Это обеспечивает возможность одновременного выполнения двух операций в одной команде, т.е. вдвое увеличивать производительность ЭВМ.

К340А имеет развитую систему обмена данными с внешними абонентами.

Все внешние абоненты по объёму принимаемых и выдаваемых данных разделяются на массовые и одиночные. При обмене данными все одиночные абоненты рассматриваются как ячейка специального накопителя. В ЭВМ предусмотрена возможность обмена с 8-ю внешними одиночными абонентами (по приёму и по выдаче).

Для обмена с массовыми абонентами может быть использован любой накопитель чисел, который специальной управляющей командой выводится из состава накопительной системы ЭВМ и становится внешним буферным запоминающим устройством.

В ЭВМ имеется развитая система прерываний по внешним сигналам с жёсткой (аппаратной) и гибкой (программной) приоритетной системой. Система прерываний рассчитана на 15 запросов прерывания. Для контроля за работой всех устройств ЭВМ и ручного управления служит пульт управления, на котором имеются необходимые элементы индикации и управления.

Рис. 4.25. Ячейки и блоки ЭВМ “К340А”

Рис. 4.25. Ячейки и блоки ЭВМ “К340А”

Рис. 4.26. Б.М. Малашевич у пульта одной из 10 действующих “К340А” 25 ноября 2010 г.

Рис. 4.26. Б.М. Малашевич у пульта одной из 10 действующих “К340А” 25 ноября 2010 г.

Рис. 4.27. Шкаф №15 (НЧ15 и НЧ16) ЭВМ “К340А”

Рис. 4.27. Шкаф №15 (НЧ15 и НЧ16) ЭВМ “К340А”

Все устройства ЭВМ построены на основе единой базовой конструкционной системы в виде типовых ячеек, блоков и шкафов ЭВМ была разработана ранее РЛС “Дунай-3УП”. Её конструктивные решения оказались достаточно удачными и были применены при построении электронных устройств “Дунай-3У” и других электронных устройств РЛС, в которых применялась ЭВМ “К340А” (рис. 4.25, 4.26 и 4.27).

Пульт управления и регистратор имеют специализированные конструкции с применением типовых ячеек и блоков.

Общая компоновка ЭВМ представлена на рис. 4.28.

Работа ЭВМ

Работа ЭВМ производится по командам, выбираемым из накопителя программ в соответствии с поступающим на него адресом.

Для обеспечения совмещения работы отдельных устройств в одной машинной команде размещаются две команды К1 и К2. Команда К1 располагается в разрядах 1 – 20 слова команды, команда К2 располагается в разрядах 21 – 45. Код выбранной из НК команды (К1, К2) поступает в УУ на регистры РК1 и РК2.

По команде К1, в зависимости от имеющегося в нём признака команды, операции выполняются в арифметическом устройстве или в устройстве управления.

Рис. 4.28. Общая компоновка ЭВМ “К340А”.

Рис. 4.28. Общая компоновка ЭВМ “К340А”.

Арифметическое устройство имеет двухсторонний обмен данными с буферным накопителем.

Команды К2 обеспечивают выполнение операций обмена между буфером и накопителем чисел или констант, а также обмен данными между ЭВМ и внешним и абонентами. Код команды К2 расшифровывается в УУ, и сигналы управления выдаются в НЧ, НКС или абоненту. Одиночные абоненты подразделяются на внутренние, от устройств ЭВМ, и внешние.

Каждый одиночный абонент жёстко связан цепями выдачи и приёма данных с блоком управления одиночными абонентами в УУ. В режиме “Запись абоненту” регистр одиночных абонентов принимает данные из БН и переписывает её одному из абонентов, адрес которого указан в команде. В режиме “Чтение” данные от абонента принимается в регистр абонента и затем передаётся в БН.

Для обмена с массовыми абонентами используется НЧ, которые соединены связями с данным абонентом. Перед началом обмена в НЧ заносится признак режима (чтение – запись), начальный адрес и количество слов.

М обладала невиданным в те времена быстродействием – 1,25 млн. двойных оп/с. (т.е. 2,5 млн. оп/с в обычном тогда исчислении). Типовое быстродействие ЭВМ в те времена измерялось десятками или сотнями тысяч оп/с. Такую производительность удалось получить благодаря применению СОК и ряда других приёмов. Действительно, максимальная разрядность основания в ЭВМ равна 6 бит, при этом обрабатывались 45-разрядные слова. Следовательно, даже без учёта массы других хитростей, производительность ЭВМ в 7,5 раз превышает производительность двоичной ЭВМ при прочих равных условиях (45/6=7,5). Производительность двоичной ЭВМ при прочих равных условиях составляла бы 2 500 000 / 7,5 = 333 333 оп/с, что соответствовало характеристикам лучших ЭВМ того времени.

Каждая ЭВМ при применении имела свой состав устройств ввода-вывода данных. По этим признакам (общий с системой конструктив и специальный состав периферии) ЭВМ называлась в НИИДАР-е специализированной цифровой ЭВМ (СЦВМ), хотя по архитектуре и структуре она соответствовала универсальным вычислительным машинам.

Опытным заводом при НИИ-37 и Свердловским заводом радиоаппаратуры было выпущено более 50 её комплектов.

Первые ЭВМ “К340А” применялась в полигонной РЛС “Дунай-3УП” в виде 5-машинного вычислительного комплекса, включающего:

Пропускная способность вычислительного комплекса – не менее 300 траекторий космических объектов одновременно.

Аналогично было применение К340А в боевой РЛС “Дунай-3У”, но уже в составе 10-машинного комплекса, включающего:

Пропускная способность вычислительного комплекса – не менее 1000 траекторий космических объектов (32 сложных баллистических целей – СБЦ) одновременно.

ЭВМ “Т340А” и “К340А”

Разработка принципов построения ЭВМ в СОК и способов их реализации – И.Я. Акушский и Д.И. Юдицкий.

Главный конструктор:

   • Т340А – Д.И. Юдицкий,

   • К340А – Д.И. Юдицкий, позже Л.В. Васильев.

Разработка, НИИ-37:

   • Т340А – 1960-1963гг.,

   • К340А – 1963-1966 гг.

Изготовители: опытный завод при НИИ-37 (НИИДАР) и Свердловский завод радиоаппаратуры, в 1966-1976 гг. выпущено более 50 комплектов.

Разрядность данных и команд – 45 бит.
Форма представления команд – двоичная.
Трёхадресная, две операции в одной команде.
Система счисления – СОК с дополнительным основанием.
СОК – основания и занимаемые ими разряды слова:
   Основания:
      2   5;    23;    63;       17;      19;      29;       13;       31;      61.
   Разряды слова:
     1;  2-4;  5-9; 10-15; 16-20; 21-25; 26-30;  31-34; 35-39; 40-45.
Форма представления чисел в АУ при выполнении арифметических операций в СОК с фиксированной запятой.
Диапазон представления чисел ±1,6×10 12.
Система команд содержит полный набор арифметических, логических и управляющих операций с развитой системой индикации.
Команды АУ и УУ трёхадресные относительно БН, команды обмена между БН и накопительной системой – двухадресные.
Время выполнения коротких операций [арифметических (в т.ч. умножения), логических, операций сдвига на n разрядов (n=1 … 45), операций индексной арифметики, операций передачи управления] составляет один стандартный машинный такт, равный 1 мкс.
Максимальное быстродействие – 1,0 млн. двухоперационных коротких оп/с (в общепринятом исчислении – 2,0 млн. оп/с).
Обнаружение ошибки в слове при выполнении операций в арифметическом устройстве.
Многовходовая регистровая буферная память (БН) – 16×45 бит. Время обращения к БН – 1,0 мкс.
Накопитель чисел НЧ (ОЗУ) данных – 16К 45-разрядных слов (720К бит). Время обращения к НЧ – 3,0 мкс.
Накопитель команд НК (ПЗУ) – 16К 45-разрядных слов (720К бит). Время обращения к НК – 1,0 мкс.
Накопитель констант НКС (ПЗУ) – 4К или 8К 45-разрядных слов (180К или 360К бит). Время обращения к НК – 1,0 мкс.
Система обмена данными с внешними абонентами многоканальная:

Система прерываний с жёсткой (аппаратной) и гибкой (программной) приоритетной схемой, рассчитанной на 15 причин, с возможностью программной и аппаратной блокировки. Время выхода на прерывающую программу – от 8 до 20 мкс.
Аппаратный и программный контроль.
Вывод результатов с помощью печатающего устройства МП-16 на бумажную ленту. Максимальная скорость печатающего устройства – 20 строк/с.
Среднее время безотказной работы – 50 час. Среднее время восстановления неисправности – 30 мин.
Стоимость ЭВМ:      – опытной –        1,2 млн. руб., – серийной –   0,6 млн. руб.
Стоимость единицы производительности – 24 коп/оп в сек.
Элементная база – транзисторы, диоды, ферриты и т.п.
Потребляемая мощность – 33 кВт.
Размер шкафа – 900•700•2200 мм.
Количество шкафов – 20 (рис. 4.29).

Учитывая специфику модулярных ЭВМ Военная Инженерная Радиотехническая академия имени Л.А. Говорова начиная с 1968-69 учебного года включила в учебные программы кафедр вычислительной техники и АСУ изучение ЭВМ “К340А” и особенностей её программирования.

Рис. 4.29. ЭВМ “К340А” – 20 шкафов в три ряда, инженерный пульт и регистратор – два принтера.

Рис. 4.29. ЭВМ “К340А” – 20 шкафов в три ряда, инженерный пульт и регистратор – два принтера.

Т340А/К340А принадлежит несколько мировых рекордов. Это первая в мире ЭВМ с быстродействием более 1 млн. оп/с. И это была ЭВМ с самой низкой стоимостью единицы производительности – 25 коп за 1 оп/сек. Это самая высокопроизводительная в мире ЭВМ среди машин второго поколения (на дискретных транзисторах). Ни в каких доступных ныне источниках не удалось обнаружить информации об ЭВМ второго поколения с более высокой производительностью. Не выявлено и ЭВМ, обнаруживающих ошибки при выполнении операций в арифметическом устройстве машины – до сих пор это единственная в мире из серийно выпускавшихся ЭВМ. Автор прекрасно понимает, что возможно были неизвестные ЭМВ, поэтому будет весьма признателен за информацию о более производительной транзисторной ЭВМ и ЭВМ, обнаруживающих ошибки при выполнении операций в АУ. Но пока такой информации нет.

В качестве конкурента по производительности на первый взгляд может рассматриваться американская CDC-6600 с её 3,3 млн. оп/с, но это 10-процессорная система, т.е. вычислительное средство совершенно другого класса, сравнивать её с однопроцессорной К340А совершенно недопустимо.

Модулярные суперЭВМ “Алмаз” и “5Э53

Зеленоградский Центр микроэлектроники

В начале 1963 г. Ф.В. Лукин был назначен директором организуемого в строящемся Зеленограде Центра микроэлектроники (ЦМ, позже Научный центр – НЦ). Одной из задач Центра микроэлектроники Постановлением было определено: «Разработка принципов конструирования радиоэлектронной аппаратуры и ЭВМ на основе микроэлектроники, организация их производства, передача этого опыта соответствующим предприятиям страны». Оказавшись на переднем рубеже отечественной электроники, Ф.В. Лукин решил соединить её новые возможности с передовой для того времени мыслью в области вычислительной техники, проверенной им в НИИДАР-е созданием модулярных супер-ЭВМ (под суперЭВМ будем понимать ЭВМ с рекордно высокими для своего времени характеристиками). Для этого Федор Викторович пригласил в ЦМ хорошо известный ему коллектив создателей ЭВМ Т340А и К340А во главе с Д.И. Юдицким и И.Я. Акушским. К этому времени ЭВМ Т340-А была разработана, изготовлена, настроена и получен первый опыт её эксплуатации. Разработка на этой основе комплекта конструкторской документации для серийного производства ЭВМ К340-А, её изготовление и отладка на опытном заводе НИИДАР-а были завершены после ухода группы специалистов в Зеленоград оставшимся коллективом сотрудников под руководством Леонида Викторовича Васильева. Для НИИДАР уход команды Юдицкого был большой потерей, болезненно воспринятой и, как выяснилось в наши дни, не забытой. Только этим можно объяснить, что в выпущенной в 2008 г. прекрасно выполненной книге “40 лет на контроле космоса”, подготовленной “группой сотрудников ОАО НПК НИИДАР”, и посвящённой, в основном, РЛС “Дунай-3У”, о роли Д.И. Юдицкого и И.Я. Акушского в создании ЭВМ практически ничего не сказано. Сроки создания Т340-А перенесены на 1965-1967 гг., т.е. на период после ухода команды Юдицкого в ЦМ, главным конструктором назван Л.В. Васильев, преемник Д.И. Юдицкого. Остаётся только сожалеть о такой необъективности.

Перешедшие в 1964 г. в ЦМ И.Я. Акушский, И.А. Большаков, В.М. Радунский, Л.Г. Рыков, М.В. Белова, М.Д. Корнев, В.С. Кокорин, В.К. Сычев, Н.В. Гаврилов, В.С. Хайков, В.В. Смирнов, Н.А. Смирнов, Л.А. Иванушкина и др. образовали отдел перспективных ЭВМ на предприятии п/я 2014 (НИИ Физических проблем – НИИФП). С собой они забрали и макет Т340-А, уже не нужный в НИИДАР-е. Это было то самое зернышко, из которого впоследствии выросло одно из видных древ компьютеризации страны. Это могучее древо через 30 лет было безжалостно порублено остро назревшими, но крайне неуклюже проводимыми реформами, (к сожалению, не только оно). Но некоторые его ветви устояли, укоренились и продолжают, с различной степенью успеха, свое существование.

Официальная должность Д.И. Юдицкого была заместитель директора по научной работе – главный инженер, но первые месяцы ему пришлось выполнять и обязанности всех других руководителей предприятия, поскольку их ещё не было. После приёма на работу В.И. Стафеева в качестве директора (22 мая 1964 г.) и набора других руководящих кадров, Д.И. Юдицкий смог сконцентрировать своё внимание целиком на своих непосредственных функциях.

Ко времени прихода В.И Стафеева в институте уже работало три подразделения высококвалифицированных учёных и инженеров, найденных и приглашенных Д.И. Юдицким из различных городов страны. Происходило формирование и воспитание коллектива вокруг общих идей и самих этих идей, обсуждаемых на регулярных семинарах. Подразделения работали в режиме поиска по трём перспективным тогда направлениям:

Как вспоминает В.И Стафеев: “К тому моменту, когда я пришёл в НИИФП в качестве директора, стараниями Давлета Исламовича это был ещё небольшой, но уже нормально функционирующий институт. Первый год был посвящён нахождению общего языка общения математиков, кибернетиков, физиков, биологов, химиков... Это был период идеологического становления коллектива, который Д.И. Юдицкий, светлая ему память, метко назвал «Периодом пения революционных песен» на тему: «Как здорово ЭТО сделать!». По мере достижения взаимопонимания разворачивались серьёзные совместные исследования по принятым направлениям.

А во главе с Д.И. Юдицким и И.Я. Акушским на основе пришедшей с ними из НИИ-37 группы специалистов сформировался высококвалифицированный коллектив единомышленников, поставивших перед собой нелёгкую задачу создания высокопроизводительной ЭВМ (в нынешней терминологии – суперЭВМ), работающей в системе счисления в остаточных классах (СОК) – модулярной ЭВМ. Первые годы Д.И. Юдицкий большое внимания уделял и развитию нейрокибернетики. Но по мере выхода работ по СОК в русло практической разработки модулярной ЭВМ, постепенно полностью переключился на это направление, которое было выделено в институте в самостоятельное хозрасчетное подразделение – НТКС, а затем и предприятие – СВЦ”.

Первые несколько месяцев, пока не собралась работоспособная группа, специалисты отдела перспективных ЭВМ работали в режиме “свободного полёта”, экспериментируя на привезённом из НИИДАР макете ЭВМ, выполняя предварительные исследования по заданиям Д.И. Юдицкого, а затем и И.Я. Акушского.

Вспоминает М.Д. Корнев: “Однажды Д.И. Юдицкий сказал мне: «К завтрашнему утру нужен проект системы команд мощной ЭВМ в остаточных классах. Будем обсуждать его все вместе». Это было уже конкретное дело. Я просидел весь день и почти всю ночь и наутро принёс готовый вариант системы команд. Давлет Исламович собрал в своём кабинете всех спецов, и началось подробнейшее обсуждение каждой команды. Обсуждения продолжались несколько дней, в результате появилась система команд мощной ЭВМ, работающей в СОК”. Так в Зеленограде началась работа по созданию высокопроизводительной модулярной ЭВМ. И когда появился заказчик, коллектив уже был готов к конкретному разговору.

Заказчик

В 1953 г. начались работы по созданию отечественной системы противоракетной обороны (ПРО), вылившиеся в разработку боевой Системы “А-35” для защиты московского промышленного района (генеральный конструктор Григорий Васильевич Кисунько, ОКБ “Вымпел”, МРП). Но когда А-35 была уже практически разработана и в значительной степени изготовлена, в США появились межконтинентальные баллистические ракеты (БР) с разделяющимися (кассетными) боеголовками. А-35 бороться с такими БР не могла – в свое время её заказчики не смогли предвидеть появление кассетных боеголовок. Было принято решение о модернизации А-35 и о создании её второй очереди, предусматривающей дополнение А-35 тремя принципиально новыми многоканальными стрельбовыми комплексами (МКСК) и была начата разработка и изготовления их полигонного варианта – МКСК “Аргунь”. Главным конструктором (ГК) МКСК “Аргунь” Г.В. Кисунько назначил Николая Кузьмича Остапенко.

По предварительным оценкам для МКСК требовалась ЭВМ с производительностью около 3,0 млн. алгоритмических оп/с. Как вспоминает Н.К. Остапенко: “Одна алгоритмическая операция на задачах МКСК соответствовала примерно 3 … 4 простейшим операциям ЭВМ”, т.е. в обычном тогда понимании требовалась ЭВМ с быстродействием около 10 (9 12) млн. оп/с. Такой ЭВМ тогда нигде не было. Лучшие на конец 1967 г. известные ЭВМ США обладали быстродействием в 4 – 12 раз меньшим требуемого для МКСК (таблица подготовлена в 1968 г. Д.И. Юдицким):

Фирма

Модель

Быстродействие

в сложениях/с

Быстродействие

элементов

IBM

360/75

1,0 млн.

5 нс.

CDC

6600

2,5 млн.

10 нс.

Philco

2000/212

1,5 млн.

5 нс.

Burroughs

В 5500

0,3 млн.

20 нс.

Sparry Rand

1108

1,2 млн.

5 нс.

Когда требования к ЭВМ прояснились, встал вопрос, где её взять. В это время готовилось постановление ЦК КПСС и СМ СССР, вышедшее 5 ноября 1965 г., о создании эскизного проекта территориальной системы ПРО “Аврора” (как утверждает Г.В. Кисунько в своей книге, навязанного ему вопреки его позиции о несвоевременности такого проекта). Но, для пользы дела, Григорий Васильевич включил в это же постановление и дополнительные поручения по созданию МКСК “Аргунь”. В результате трём предприятиям: ЦМ (МЭП, Ф.В. Лукин), ИТМ и ВТ (МРП, С.А. Лебедев) и ИНЭУМ (Минприбор, М.А. Карцев) было дано конкурсное задание на разработку и для “Авроры”, и для “Аргуни” эскизных проектов высокопроизводительной ЭВМ со сроком окончания 30 марта 1967 года.

Так в Зеленограде под руководством Ф.В. Лукина началась разработка эскизного проекта супер-ЭВМ “Алмаз”, главным идеологом построения ЭВМ был Давлет Исламович Юдицкий.

СуперЭВМ “Алмаз”

В соответствии с исходными данными Генерального конструктора ПРО к ЭВМ предъявлялись следующие требования: разрядность данных 45 бит, производительность 2,5 3,0 млн. алгоритмических оп/с, сложные функции в одной команде, работа со словами переменной длины, объём памяти 217 45-разрядных слов (5,625 Мбит) и т.п. Весьма не простые для тех времён требования.

Нельзя не отметить дружественный характер поведения конкурентов. У главных конструкторов М.А. Карцева и Д.И. Юдицкого были прекрасные человеческие отношения, распространившиеся и на их коллективы. Как вспоминает М.Д. Корнев: “У нас и у Карцева проходили регулярные заседания НТС (научно-технический совет), на которых специалисты обсуждали пути и проблемы построения ЭВМ. На эти заседания мы обычно приглашали друг друга: мы ездили к ним, они – к нам. И активно участвовали в обсуждении”. Это не мешало, а помогало им. Выбрав изначально разные стратегии в построении ЭВМ, они, таким образом, помогали друг другу в тактике их реализации.

При создании ЭВМ “Алмаз” было заложено начало сотрудничеству с предприятиями Зеленограда. На НИИФП возлагалась разработка архитектуры и процессора ЭВМ, на НИИТМ – базовой конструкции, системы питания и системы ввода/вывода данных, на НИИТТ – интегральных схем.

Проект “Алмаз” выполнялся в рамках ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИР и ОКР “Алмаз-ххх”), выполнявшихся предприятиями Центра микроэлектроники. В рамках этих тем прорабатывались различные проблемы создания высокопроизводительной ЭВМ на основе модулярной арифметики. Это вопросы архитектуры ЭВМ, программного обеспечения, алгоритмов функционирования и их схемотехнической и программной реализации, конструкции и технологии изготовления, методов повышения надёжности и масса других проблем. Одной из основных задач было совершенствование алгоритмов выполнения операций в модулярной арифметике. Теория СОК была наукой ещё весьма молодой, и многие проблемы в её реализации ожидали своего научного решения. Так алгоритмы выполнения сложных операций типа умножения и деления были ещё недостаточно эффективны и сложны в аппаратной реализации. В какой-то мере эти проблемы были решены в выполненной НИИФП в 1966-1967 гг. НИР “Алмаз-2”: “Разработка вопросов эффективной реализации рабочих вариантов машинных алгоритмов непозиционной системы счисления ЭВМ «Алмаз»”.

Одной из проблем в создании высокопроизводительной ЭВМ была элементная база. В этом отношении проект “Алмаз” имел неоспоримое преимущество по сравнению с проектами С.А. Лебедева и М.А. Карцева: новейшая элементная база создавалась здесь же, в Зеленограде. В это время в НИИТТ начиналась разработка новой серии ИС “Посол” (позже серия 217) на основе тонкоплёночной гибридной технологии и ориентировка сразу была принята на её широкое применение. Разработчики “Алмаза” имели возможность влияния на состав и характеристики серии. Правда, пока не была решена одна из главных проблем вычислительной техники – память. В эскизном проекте “Алмаз” пришлось ориентироваться на существующую в стране ферритовую память на основе дискретных тороидальных сердечников, но в ЦМ шли упорные поиски новых принципов построения памяти на основе интегральных носителей информации, и уже был определённый задел в создании таких носителей на основе цилиндрических магнитных плёнок (ЦМП).

Но элементная база всех проблем не решала. Огромное значение имело применение СОК. Вот что писал Д.И. Юдицкий в итоговой справке по проекту “Алмаз” в марте 1968 г.:

В результате проведённых исследований было установлено, что в непозиционных системах могут быть построены самокорректирующиеся коды, позволяющие восстанавливать истинные результаты вычислений по цепи элементарных операций, если во время этих вычислений имели место какие-либо искажения. Была построена теория специального кодирования в непозиционных системах, позволяющая введением минимальной избыточности в представление слова, осуществлять исправление возникающих ошибок методами, близкими к исправлению по смыслу на основе анализа последовательно получающихся слов в процессе обработки. Применение методов специального кодирования значительно увеличивает функциональную надёжность вычислительных машин и позволяет создавать “живучие” машины, сохраняющие работоспособность при выходе из строя значительной части оборудования.

Таким образом, требования Генерального Конструктора оказалось возможным удовлетворить:

  1. За счёт использования разработанной в Научном Центре теории непозиционных систем исчисления, позволяющей добиваться высокой производительности на основе широкого распараллеливания выполнения элементарных операций и максимальной надежности в силу специфических самокорректирующих способностей непозиционных систем;
  2. За счёт использования микроэлектронной технологии изготовления системы логических элементов и основных блоков и узлов вычислительной машины, удачно сочетающейся со спецификой непозиционных систем. Разработка машины проведена на основе системы логических элементов типа “Посол” со средним временем распространения порядка 25-30 наносекунд”.

Наряду с применением модулярной арифметики был найден ещё один архитектурный способ значительного увеличения общей производительности ЭВМ. Это было решение, широко применяемое позже в системах обработки сигналов – введение в систему процессора предварительной обработки сигнала. Но тогда это было новым словом в науке и технике. В состав ЭВМ “Алмаз” было введено три типа вычислительных процессоров.

Информация от антенн радиолокатора (поток 30 тыс. 100-разрядных слов в секунду) подается на ПИ, проходит предварительную обработку в реальном темпе её поступления, что исключает необходимость её промежуточного хранения. Результаты этой обработки (их объём многократно меньше исходного) поступают на модулярный процессор. Расчёты показали, что предлагаемый ПИ имеет производительность, эквивалентную примерно 4,0 млн. алгоритмических оп/с и позволяет сэкономить около 3 миллионов бит памяти. Модулярный процессор ЭВМ “Алмаз” имеет производительность 3,5 млн. алг. оп/с. В результате эффективная производительность ЭВМ “Алмаз” составляет 3,5 + 4,0 = 7,5 млн. алг. оп/с., т.е. в два-три раза выше требуемой. Эти расчётные данные были подтверждены результатами моделирования на универсальной ЭВМ.

Для ЭВМ “Алмаз” потребовалась разработка определённой несущей конструкции. В те времена о конструктивной унификации электронной аппаратуры ещё и не мечтали, и каждый разработчик варился в собственном соку. Но поскольку разработка конструкции проводилась в НИИ Точного машиностроения (НИИТМ), то, естественно, за основу были приняты имевшиеся там наработки. Впоследствии там же был изготовлен макетный образец ЭВМ “Алмаз”, который в отделе перспективных ЭВМ НИИФП был настроен и сыграл неоценимую роль для последующих работ.

Так в рамках единого проекта общими усилиями специалистов предприятий ЦМ под руководством и при непосредственном участии Ф.В. Лукина, Д.И. Юдицкого и И.Я. Акушского многие проблемы построения высокопроизводительной ЭВМ были решены и проверены на экспериментальном образце ЭВМ “Алмаз” (рис. 4.30, 4.31 и 4.32).

Рис. 4.30. Инженерный пульт управления ЭВМ “Алмаз”.

Рис. 4.30. Инженерный пульт управления ЭВМ “Алмаз”.

Эскизный проект – март I968 г.
Главный конструктор Д.И. Юдицкий, научный руководитель И.Я. Акушский.
Разработчик: Центр микроэлектроники МЭП, Зеленоград.

Разрядность данных и команд – 45 бит.
Диапазон представления чисел –230.
Производительность – 7,5 млн. алг. оп/с (в общепринятом исчислении – до 30 млн. оп/с).
Система счисления остаточных классов (СОК) с дополнительным основанием.
СОК – основания и занимаемые ими разряды слова:
    Основания:
      2;   5;    23;    63;       17;     19;       29;      13;      31;      61.
    Разряды слова:
      1;  2-4; 5-9; 10-15; 16-20; 21-25; 26-30; 31-34; 35-39; 40-45.
Обнаружение двойных и исправление одиночных ошибок при выполнении операций в арифметическом устройстве.
Адресность – двухадресная.
Вычисления значения специальных функций в качестве элементарной команды.
Работа со словами переменной длины.
Параллельная обработка малоразрядной информации.
Режим с плавающим диапазоном.
Объём памяти – 128К 45-разрядных слов (5,898 Мбит)
Быстрая буферная память – 32 55-разрядных слов.
Вероятность безотказной работы в течение 15 мин – 0,999.
Коэффициент готовности в установившемся режиме – 0,999.
Размер шкафа – 550х800х1750 мм.
Объём оборудования – 11 шкафов, инженерный пульт управления, внешние устройства.
Занимаемая площадь – 80-100 м2.
Потребляемая мощность – 5 кВт.
Расчётная стоимость:  – опытного образца –   4,2 млн. руб, – серийного образца – 2,6 млн. руб.

Рис. 4.31. Ф.В. Лукин докладывает Председателю Совета министров СССР А.Н. Косыгину о разработке супер-ЭВМ “Алмаз” на основе модулярной арифметики. (Слава направо: А.И. Шокин, Д.И. Юдиц-кий, А.Н. Косыгин, Ф.В. Лукин. Сзади слева – ЭВМ “Алмаз”).

Рис. 4.31. Ф.В. Лукин докладывает Председателю Совета министров СССР А.Н. Косыгину о разработке супер-ЭВМ “Алмаз” на основе модулярной арифметики. (Слава направо: А.И. Шокин, Д.И. Юдиц-кий, А.Н. Косыгин, Ф.В. Лукин. Сзади слева – ЭВМ “Алмаз”).

Эскизный проект был разработан и 30 марта 1967 г. представлен заказчику. Распоряжением Д.Ф. Устинова, в то время председателя Военно-Промышленной комиссии при Совмине СССР (ВПК), под председательством главного конструктора МКСК “Аргунь” Н.К. Остапенко была создана Государственная комиссия для оценки эскизных проектов. Академик С.А. Лебедев, ИТМ и ВТ которого был и без того перегружен работами по “Эльбрусу” и БЭСМ, ознакомившись с другими проектами, снял свой вариант с рассмотрения. Осталось два проекта: “Алмаз” Д.И. Юдицкого и “М-9” М.А. Карцева.

Рис. 4.32. Д.И. Юдицкий докладывает 1-му Зам. Председателя Госплана СССР В.М. Рябикову и первому секретарю МГК КПСС Н.Г. Егорычеву о разработке ЭВМ “Алмаз”. (Слева на право: Н.Г. Егорычев, В.И. Три-фонов, Г.Я. Гуськов, В.М. Рябиков, В.В. Савин, Д.И. Юдицкий, А.И. Шо-кин. Сзади слева – шкаф ЭВМ “Алмаз”.)

Рис. 4.32. Д.И. Юдицкий докладывает 1-му Зам. Председателя Госплана СССР В.М. Рябикову и первому секретарю МГК КПСС Н.Г. Егорычеву о разработке ЭВМ “Алмаз”. (Слева на право: Н.Г. Егорычев, В.И. Три-фонов, Г.Я. Гуськов, В.М. Рябиков, В.В. Савин, Д.И. Юдицкий, А.И. Шо-кин. Сзади слева – шкаф ЭВМ “Алмаз”.)

Для проходившей в то же время выставки оборонной техники в “Сетуни” и для комиссии был изготовлен настольный электрифицированный макет, наглядно демонстрирующий работу ЭВМ в составе системы ПРО, от обнаружения цели до её поражения.

В личном архиве Ф.В. Лукина сохранился подлинный экземпляр Справки об итогах разработки эскизного проекта ЭВМ “Алмаз”, подготовленной 6 марта 1968 г. Д.И. Юдицким для Федора Викторовича. Поскольку этот документ представляется весьма интересным и ценным, приводим его в Главе 3.

Конкурс выиграла ЭВМ “Алмаз”. К этому времени проект территориальной системы “Аврора” был отвергнут, но задача создания МКСК “Аргунь” осталась. 20 мая 1968 г. ОКБ “Вымпел” и НЦ заключили договор на разработку высокопроизводительной ЭВМ “5Э53” и 5-машинного комплекса на её основе с организацией серийного производства в Загорском электромеханическом заводе (ЗЭМЗ) Минрадиопрома и сдачей сокращённого 4-машинного комплекса на противоракетном полигоне в составе МКСК “Аргунь”. Главным конструктором 5Э53 был назначен Д.И. Юдицкий. В октябре 1969 г. коллектив разработчиков ЭВМ был выделен в самостоятельное предприятие – Специализированный вычислительный центр (СВЦ), директор Д.И. Юдицкий, и.о. зам. по науке И.Я. Акушский.

У проекта ЭВМ “М-9” М.А. Карцева была иная судьба. Он не победил в конкурсе и не был признан в родном Минприборе, отказавшемся от продолжения работ по созданию мощных ЭВМ. Коллективу М.А. Карцева было предложено перейти в МРП, что он в середине 1967 г. и сделал, образовав 23 августа 1967 г. Филиал №1 ОКБ “Вымпел”. Ещё с 1958 г. М.А. Карцев тесно сотрудничал с академиком А.Л. Минцем (Радиотехнический институт – РТИ), разрабатывая для его Систем Предупреждения о Ракетном Нападении (СПРН) высокопроизводительные ЭВМ М-4, М4-2М и комплексы на их основе, серийно выпускавшиеся ЗЭМЗом. В это время наступила очередь создания нового поколения СПРН и 16.10.1969 г. М.А. Карцев получил заказ на разработку для неё мощной ЭВМ 5Э66 (фирменное наименование – М-10), в которой были использованы наработки по М-9. 4 февраля 1970 г. Филиал №1 ОКБ “Вымпел” был переименован в Филиал РТИ с переподчинением академику А.Л. Минцу, а 2 июля 1975 г. был преобразован в самостоятельный НИИ Вычислительных комплексов (НИИВК), существующий и поныне. Сам М.А. Карцев на собрании, посвящённом юбилею НИИВК, вспоминал эту историю так: “В 1967 г. мы вышли с довольно дерзким проектом вычислительного комплекса М-9. Это было в год 50-й годовщины Октябрьской революции, поэтому вычислительный комплекс назывался “Октябрь”. Для Минприбора СССР, где мы тогда пребывали, этот проект оказался уж слишком (за пределами задач этого министерства). Нам сказали: идите вы к В. Д. Калмыкову (Министру радиопромышленности СССР), раз уж вы работаете на него. Проект М-9 остался неосуществлённым… “.

Далее оба проекта (5Э53 и 5Э66) развивались независимо, их производство планировалось на одном заводе – ЗЭМЗ. Реально эти проекты никогда не конкурировали, о чём свидетельствует воспоминание Н.К. Остапенко: “ОКБ «Вымпел» не выдавало ТТЗ на разработку ЭВМ «М-10» (5Э66) для МКСК или ПРО вообще, т.к. она для этих задач принципиально не подходила. Мы ориентировались исключительно на зеленоградскую 5Э53”.

Но высшие чиновники МРП, в интересах своих интриг, на которых, в части, касающейся 5Э53, нам далее придется остановиться, ещё не раз сталкивали и противопоставляли их.

Результаты проекта “Алмаз” послужили отличным фундаментом для разработки высокопроизводительной ЭВМ 5Э53 для МКСК “Аргунь”. А активные его участники приказами Минэлектронпрома (№101) и СВЦ (№62) от 29 апреля 1970 г. (редкая оперативность – приказ министерства и предприятия в один день) были премированы в общей сложности 16 670 руб, сумма тогда весьма солидная, оклад начальника отдела был равен 300 руб. Среди премированных В.М. Радунский, Л.Г. Рыков, В.С. Бутузов, Ю.Е. Чичерин, В.Н. Главнов, А.И. Коекин, И.А. Большаков, В.Н. Шугин, А.М. Кормилицын, Ю.Д. Сасов, В.М. Амербаев, М.Д. Корнев, Н.А. Смирнов, Н.В. Гаврилов, В.Н. Царев, П.В. Нестеров, П.П. Силантьев, В.С. Кокорин, М.Н. Белова, И.П. Селезнев, В.В. Григорьевский, Н.М. Воробьев, В.Н. Лукашов, Ю.Л. Захаров и многие другие, всего 212 человек.

Супер-ЭВМ 5Э53

5Э53 была предназначена для решения следующих основных задач:

Пока разрабатывался Алмаз, в ОКБ “Вымпел” шла работа над МКСК “Аргунь”, требования к ЭВМ были уточнены. Для трёх МКСК второй очереди “Системы А-35” требовалась общая производительность до 0,6 млрд. оп/с. Эту вычислительную мощность должны были обеспечивать 15 ЭВМ (по 5 в каждом МКСК) производительностью на задачах ПРО по 10 млн. алгоритмических оп/с (около 40 млн. обычных оп/с), ОЗУ 7,0 Мбит, ППЗУ 2,9 Мбит, ВЗУ 3 Гбит, аппаратура передачи данных на сотни километров. Т. е. 5Э53 должны быть существенно мощнее “Алмаза”.

Вот, по свидетельству Н.К. Остапенко, характеристики только одной из основных подсистем МКСК – Радиолокатора космических целей (РКЦ-ТА): “радиолокационной моноимпульсной станции космических целей … с крупногабаритной поворотной фазированной антенной решеткой с многотысячным количеством (~10 000) элементов и широким рабочим сектором обзора (45о), способным обрабатывать на своем высокопроизводительном вычислительном комплексе с быстродействием в 10 млн. алгоритмических оп/с в реальном масштабе времени координаты целей и проводить селекцию головных частей БР за счёт моноимпульсных измерений амплитуд и фаз матриц вторичного излучения по каждой цели. … Быстродействие базовой ЭВМ – 10 млн. алгоритмических операций в секунду с оперативной памятью 7,0 Мбит».

Был выпущен приказ двух министров (МРП и МЭП) от 02.04.1968 и заключён договор №301 от 20.05.68 на разработку суперЭВМ “5Э53”. Так была начата разработка технического проекта сверхмощной, по тем временам, ЭВМ 5Э53, оптимизированной для решения задач МКСК.

Однако НИИФП был задуман не для проведения конкретных разработок, а для задельных, фундаментальных исследований: эдакая своя академия наук в Минэлектронпроме. В соответствии с этой целью были набраны и специалисты самых разнообразных профилей. Коллектив разработчиков ЭВМ в эту структуру не вписывался. Поэтому приказом МЭП №108 от 17.05.68 он был выделен в автономное подразделение НИИФП с полным хозрасчетом – Научно-тематический комплекс системотехники (НТКС). В этой связи приказом ДНЦ №271 от 26.06.68 в штатное расписание НИИФП была введена новая должность: «Заместитель директора по научной работе – начальник НТКС», на которую был назначен Д.И. Юдицкий. Этим же приказом ему было предоставлены “право найма и увольнения работников НТКС и права подписи договоров, плановых и финансовых документов, относящихся к работам НТКС”.

Фактически предстояло создать новое предприятие со всеми его службами и инфраструктурами. Этот сложный процесс начался приказом №1к по НТКС от 28 июня 1968 г., в котором Д.И. Юдицкий объявил, что “приступил к исполнению обязанности заместителя директора НИИ ФП по научной работе – начальника научно-тематического комплекса системотехники” (рис. 4.33).

Далее были назначены руководители НТКС – заместители начальника НТКС: главный инженер Ю.Д. Сасов, по научной работе И.Я. Акушский, по общим вопросам М.П. Гестрин, главный бухгалтер Н.Е. Соломеева. Были организованы научные подразделения, отделы:

01 – теории вычислительных машин и автоматизации проектирования,
02 – алгоритмов и математического обеспечения,
03 – системотехники,
04 – запоминающих устройств,
05 – физико-экспериментальный,
06 – конструкторский,
07 – технологический,
08 – отдельная лаборатория главного конструктора, на начальника которой В.К. Сычева были возложены обязанности заместителя главного конструктора ЭВМ 5Э53.

Были созданы все необходимые обслуживающие службы: главного механика, главного энергетика, снабжения, административно-хозяйственный отдел и т.п.

Рис. 4.33. Приказ, с которого началось самостоятельное существование коллектива разработчиков ЭВМ в Зеленограде.

Рис. 4.33. Приказ, с которого началось самостоятельное существование коллектива разработчиков ЭВМ в Зеленограде.

В состав НТКС были переведены подразделения, занимающиеся разработкой ЭВМ “Алмаз”: 25 июня 1968 г. вышел соответствующий приказ ДНЦ (№ 9). В частности из НИИТТ с 15.08.68 был переведён отдел запоминающих устройств (131 человек), начальник отдела М.П. Чернаенко, нач. лабораторий П.П. Силантьев, П.В. Нестеров и Е.Б. Клейзер (таким образом НИИТТ провёл первую операцию очистки от аппаратной тематики).

4.04 1969 вышло постановление Мосгорисполкома о строительстве типового школьного здания по 1-му Западному проезду, которое предназначалось для НТКС. Для его исполнения 23.04.69 вышел приказ НЦ №232, предписывающий директорам НИИТТ и НИИМП В.С. Сергееву и Г.Я. Гуськову “в срок до 15 мая 1969 г. освободить под снос все временные сооружения, находящиеся на территории двора школ «Швейников» и «Металлистов», а так же вывезти всё оборудование с открытых складских площадок”. Это постановление и этот приказ так и не были выполнены. Вместо этого вместе с отделом запоминающих устройств, занимавшим часть корпуса “Ш”, весь этот корпус полностью передали НТКС (рис. 4.34). Только в 1976 г., когда СВЦ принадлежали уже оба корпуса «Ш» и «М» с прилегающими территориями, Д.И. Юдицкий пытался реализовать это постановление и построить дополнительный корпус, но этому помешали другие события. А пока НТКС разместился в корпусе «Ш».

Рис. 4.34. Корпус «Ш» (Школа швейников), 1-й Западный проезд, дом 3.

Рис. 4.34. Корпус «Ш» (Школа швейников), 1-й Западный проезд, дом 3. Забытое название, напоминающее о том, что первоначально Зеленоград предназначался не для микроэлектроники. В этом корпусе начиналась история НИИТТ. В нем же началась и закончилась история СВЦ. На заднем плане корпус «М» (Школа металлистов), 1-й Западный проезд, дом 4. В последние годы так же принадлежал СВЦ.

Так, пока ещё в виде автономного подразделения без юридического лица, был сформирован коллектив, сложившийся на основе кооперации зеленоградских предприятий в ходе разработки ЭВМ “Алмаз”. И перед этим новорожденным коллективом стояла беспрецедентная задача создания суперЭВМ с невиданно высокими характеристиками, ничего подобного ни в стране, ни в мире ещё не было. Но коллектив уже имел опыт совместной работы и серьёзный научно-технический задел в виде эскизного проекта и действующего макета ЭВМ “Алмаз”. Предстояло на основе этого задела разработать новую суперЭВМ, ориентированную на решение задач ПРО. В ходе разработки коллектив сплачивался, обогащался новыми специалистами. Кое-кто не выдерживал напряжённого темпа работы и покидал коллектив, но таких было очень мало. Из кадровых приказов НТКС и СВЦ видно, что на фоне массового приёма новых специалистов увольняющиеся составляют ничтожное меньшинство, причем увольнялись, как правило, не специалисты, а обслуживающий персонал.

НТКС был временным образованием. Приказом МЭП от 6.10.1969 г., №599 и приказом по НЦ от 16.10.1969 г., №588 «…в составе Научного Центра организован Специализированный Вычислительный Центр (СВЦ), на который распространено временное типовое положение о головном научно-исследовательском институте Министерства электронной промышленности», при этом в СВЦ были введены «Научно-Тематический Комплекс Системотехники и Вычислительный Центр НИИ физических Проблем с личным составом, оборудованием и занимаемыми площадями».

Рояль в кустах

Создание СВЦ было предусмотрено ещё Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 14.06.1968 г., правда, с иными целями:

«На СВЦ возложено:

  • разработка принципов автоматизации процессов управления производством и технологическими процессами в электронной промышленности с помощью вычислительных машин и создания необходимых средств математического обеспечения;
  • координация работ по внедрению автоматизации процессов управления производством и технологическими процессами с помощью вычислительных машин на предприятиях отрасли;
  • исследование применения интегральных схем в сложных электронных устройствах и разработка перспективных методов и средств обработки информации;
  • вычислительные работы».

Позже все это стало называться «Вычислительный центр коллективного пользования».

Однако такое предприятие создано не было. Теперь решили воспользоваться заложенной структурной единицей, добавив к её функциям и задачу разработки 5Э53. Вышеуказанными приказами по МЭП №599 от 6.10.69 г. и ДНЦ №588 от 16.10.69 г. (прошло более года после выхода Постановления) СВЦ был, наконец, создан.

Процесс образования СВЦ прошёл очень легко, практически незаметно для персонала. Это и понятно, все структуры и инфраструктура предприятия были созданы ещё в НТКС. Вот характерный факт. В один и тот же день, 27 ноября 1969 г. Давлет Исламович подписал 2 приказа: Приказ № 212к по НТКС подписан Начальником НТКС, приказ № 213к по СВЦ подписан директором СВЦ. Даже не была изменена нумерация документов.

В это же время Московский институт электронной техники (МИЭТ) переехал в новое, специально для него построенное здание на южной промзоне, а освободившееся здание (корпус «П», «школа печатников» в лесу на северной промзоне) было передано СВЦ. Теперь у СВЦ было уже 2 здания: корпуса «Ш» и «П». В корпусе «Ш» размещались основные разработчики и дирекция фирмы, в корпусе «П» – часть подразделений разработчиков, опытное производство, конструкторский отдел, в рядом стоящем одноэтажном небольшом здании – лаборатория типовых испытаний. Д.И. Юдицкий имел кабинеты в обоих корпусах. Вычислительный центр, переведённый из НИИФП в СВЦ, остался на своих площадях в корпусе «В» («шайба») южной промзоны.

С началом работ по 5Э53 был проведён массовый набор новых сотрудников, появились новые задачи и соответствующие им коллективы. Назрела необходимость изменения структуры предприятия. 12 января 1970 г. вышел приказ №3 по СВЦ, утверждающий новую структуру предприятия. В соответствии с действовавшим тогда порядком в МЭП предприятие состояло из комплексов, комплексы из отделов, отделы из лабораторий, лаборатории из групп.

Так создавался коллектив, которому предстояло, и разрабатывать супермощную по тем временам ЭВМ, решать задачи вычислительного центра коллективного пользования предприятий НЦ, и выполнять массу других работ по созданию различных автоматизированных систем в интересах города и отрасли. Естественно, с течением времени задачи и подход к их решению изменялись, что приводило к корректировке структуры предприятия, но её основа оставалась такой, какой она была сформирована в 1970 г. И ядро коллектива слагалось тогда же.

В.М. Амербаев вспоминает: «Главным конструктором изделия 5Э53 Ф.В. Лукин назначил Д.И. Юдицкого, поручив ему руководство Специализированным Вычислительным Центром. Давлет Исламович был истинным главным конструктором. Он вникал во все детали разрабатываемого проекта от технологии производства новых элементов до структурных решений, архитектуры ЭВМ и математического обеспечения. На всех участках своей напряжённой работы он умел ставить такие вопросы и задачи, решение которых приводило к созданию новых оригинальных блоков конструируемого изделия, а в ряде случаев Давлет Исламович сам указывал подобные решения. Давлет Исламович работал сам, не считаясь ни со временем, ни с обстоятельствами, также как и все его товарищи по труду. Это было бурное и яркое время, и, конечно, центром и организатором всего был Давлет Исламович. Проект изделия был разработан к сроку. В процессе этой работы Давлет Исламович не оставлял исследовательской работы. Им была разработана общая теория живучести вычислительных средств (впоследствии они получили названия отказоустойчивых систем) и даны технические решения отдельных положений этой теории, которые нашли отражение в проекте 5Э53». Директор НЦ Ф.В. Лукин до последних дней жизни оставался активным участником и опорой проекта 5Э53.

Имярек

Коллектив СВЦ с уважением относился к своим руководителям, но по-разному. Это отразилось и в том, как сотрудники называли их в своем кругу.

Д.И. Юдицкого, не придающего большого значения чинам и ценившего, в первую очередь, интеллект и деловые качества человека, в коллективе называли просто “Давлетом”. Без оттенка фамильярности и снобизма: его авторитет был непререкаем. Иногда его называли “играющим тренером”, т.к. он не гнушался никакой работы, если это нужно было для дела.

И.Я. Акушского уважительно называли “Дед”. Он был заметно старше подавляющего большинства специалистов СВЦ и отличался особым академизмом (представить его с паяльником в руке невозможно, а Давлет Исламович проделывал это не раз).

Но вернёмся к проекту 5Э53.

В составе Аргуни, который был сокращённым вариантом боевого МКСК, планировалось использовать 4 комплекта ЭВМ 5Э53 (в РЛС цели “Истра” – 1, в РЛС наведения противоракет – 1 и в командно-вычислительном пункте – 2), объединённых в единый комплекс.

В 5Э53 был реализован целый букет новых и прогрессивных для того времени идей, изобретений и решений. Вот некоторые примеры.

Применение СОК обеспечивало два основных бесспорных преимущества:

Были и ухабы

Применение СОК имело и негативные моменты. Во-первых, теория СОК в то время была ещё молодой и недостаточно отработанной. К началу разработки 5Э53 алгоритмы выполнения некоторых операций в ней были ещё весьма далеки от совершенства. Многие из них удалось существенно доработать в ходе проектирования ЭВМ, многие ждали своего часа. Однако не все операции, выполняемые в ЭВМ, являются модулярными, т.е. выполняемыми независимо и параллельно по каждому основанию. Выполнение не модулярных операций в СОК так же возможно, но по сложному алгоритму с большими затратами времени. Ярким представителем не модулярной операции является сравнение чисел: при рассмотрении двух чисел не очевидно, какое из них больше или меньше. А такие сравнения очень часто используется в программировании при формировании условных переходов. В этом заключается основная специфичность программирования ЭВМ в СОК, серьёзно смущающая многих программистов, воспитанных на программировании традиционных ЭВМ. Для решения этой проблемы были разработаны методы построения алгоритмов программ, позволяющие минимизировать или полностью исключить переходы по сравнениям, но обычным программистам они не были известны.

Главными теоретиками СОК в стране были И.Я. Акушский, Д.И. Юдицкий, В.М. Амербаев и их ученики. Основные положения теории СОК были сформулированы ими в многочисленных статьях и монографиях.

На основе СОК И.Я. Акушским, В.М. Амербаевым и их учениками (в СВЦ и за его пределами) были разработаны методы проведения вычислений в супербольших диапазонах с числами в сотни тысяч разрядов. Это определило подходы к решению ряда вычислительных задач теории чисел, остававшихся нерешёнными со времён Эйлера, Гаусса, Ферма.

В целом работы СВЦ по модулярной арифметике, по обобщению СОК на различных классах математических объектов примерно на 10 лет опережали зарубежный уровень. Академик В.М. Амербаев отмечает: “Более поздний анализ патентов ФРГ показал, что они почти дословно повторяют на много лет раньше оформленные авторские свидетельства специалистов СВЦ и их учеников”. Причину этого пояснила И.Г. Титова, тогда начальник лаборатории патентоведения в головном ЦНИИ “Электроника” Минжлектронпрома: “Вскоре после того, как МЭП перестал обслуживать патенты по модулярной арифметике (платить пошлину), их аналоги появились в виде патентов ФРГ”.

Архитектура 5Э53 имела много принципиально новых решений:

Архитектура 5Э53 в целом соответствовала архитектуре универсальной ЭВМ, её специализация определялась только модулярным процессором с фиксированной запятой (с плавающей запятой модулярная арифметика тогда ещё не работала), эффективность которого была несомненно высокой на одних задачах и неудовлетворительной на других. Понимая это, ряд специалистов СВЦ предлагал ввести в состав ЭВМ двоичные процессоры с плавающей запятой и тем самым обеспечить действительную универсальность ЭВМ. Это не было сделано по двум причинам. Во-первых, для применения ЭВМ в составе МКСК этого просто не требовалось. Во-вторых, И.Я. Акушский, будучи самым ортодоксальным приверженцем СОК, не разделял мнение о недостаточной универсальности 5Э53 и в корне пресекал все попытки внедрения в неё двоичной крамолы.

Практически 5Э53 была оптимизирована для выполнения задач ПРО, одной из основных и самой объёмной была задача обработка радиолокационных сигналов, отражаемых целью и противоракетой и расчёт траекторий ракет. Её модулярная часть оказалось иначе построенным прообразом современных спецпроцессоров для цифровой обработки сигналов (ЦОС), получивших широкое распространение через полтора десятка лет.

В разработке архитектуры активное участие принимали Д.И. Юдицкий, М.Д. Корнев, В.В. Смирнов и др.

Алгоритмы

5Э53 была предназначена для решения следующих основных классов задач:

Среди этих задач принципиально новым была селекция многоэлементных целей, т.е. выделение множества реальных целей среди массы ложных. Эта принципиально новая тогда задача требовала разработки совершенно новых алгоритмов её решения. Методики селекции целей и общие алгоритмы разрабатывались заказчиком, а машинные алгоритмы – в СВЦ коллективом математиков, во главе с И.А. Большаковым. Они же разрабатывали и прочие машинные алгоритмы. Активное участие в этой огромной и важной работе принимали так же Н.А. Смирнов, Н.М. Воробьев и др.

ОЗУ на ЦМП

Как мы уже говорили, одной из главных проблем вычислительной техники тех лет была оперативная память. Основными запоминающими элементами были разнообразные тороидальные ферритовые сердечники. А это огромные габариты, высокие мощности и низкая надёжность. За решение этой проблемы по указанию Ф.В. Лукина взялись ещё подразделения НИИТТ, переведённые впоследствии в СВЦ.

Итогом этих работ было создание интегрального ОЗУ на основе цилиндрических магнитных плёнок (ЦМП) – интегрального на носителе информации. По габаритам, массе, энергопотреблению, технологичности и стоимости (1 коп/бит) они были гораздо привлекательнее применявшихся тогда ЗУ на ферритовых сердечниках. Время выборки информации в них было значительно меньше. Интегральная технология обещала существенно упростить производство, улучшить ремонтопригодность и снизить стоимость памяти.

Конструкция ОЗУ на ЦМП выглядит следующим образом (рис. 4.35). В качестве носителя информации используется тонкая магнитная плёнка, гальванически нанесённая в круговом магнитном поле на проводящую подложку – полированную проволоку диаметром 0,1 мм из бериллиевой бронзы. Одновременно провод-подложка выполняет функцию разрядной линии. Адресные линии формируются в запоминающей матрице в виде петли из печатных проводников, огибающей разрядные шины. Физика работы ЗУ на ЦМП довольно сложная, сложнее, чем у ферритов, поэтому оставим её для специалистов, ограничимся констатацией факта, что многие научные и инженерные проблемы были решены и ОЗУ на ЦМП работало.

Рис. 4.35. Принцип действия ОЗУ на ЦМП.

Рис. 4.35. Принцип действия ОЗУ на ЦМП.

Для 5Э53 было разработано ОЗУ данных общей ёмкостью 7 Мбит с высокими временными характеристиками: темп выборки 150 нс, время цикла 700 нс. Каждый блок имел ёмкость 4096 64-разрядных слов (256 Кбит). В каждом шкафу размещалось по 4 таких блока с общей ёмкостью 1М бит. В комплект ЭВМ входило 7 шкафов.

Ёмкости памяти мы указываем в бит, поскольку в те годы понятие “байт” ещё не устоялось и не имело единой, как сейчас, размерности. В каждой ЭВМ байт был свой, чаще всего от 6 до 9 бит. Нынешний, 8-разрядный байт, получил всеобщее признание после повсеместного внедрения кодовых таблиц КОИ-8, обеспечивающих возможность полноценной реализации алфавитов двух национальных языков – 256 комбинаций для этого оказалось вполне достаточно.

Позже ЗУ на ЦМП и ферритовых сердечниках не выдержали конкуренции с полупроводниковыми ЗУ. Это случилось в конце 1970-х гг., когда в Ангстреме появились первые в стране ИС памяти ёмкостью 4 Кбит 565РУ1 и блоки памяти ОЗУ-64К (128 Кбайт) на её основе. Но это было почти через 10 лет после создания 5Э53. До этого ОЗУ на ЦМП применялось в ещё нескольких разработках СВЦ. Подробнее конструкция блока ОЗУ на основе ЦМП будет приведена при описании мини-ЭВМ “Электроника НЦ-1”.

В разработке ОЗУ на ЦМП активное участие принимали: П.В. Нестеров, П.П. Силантьев, П.Н. Петров, В.А. Шахнов, Н.Т. Коперсако, и др.

ППЗУ на индукционных картах

Ещё одной из главных проблем было построение полупостоянной памяти для хранения программ и констант. В системах ПРО задачи меняются не часто, поэтому требовалась достаточно простая и быстрая постоянная память, допускающая смену информации. Ранее постоянная память также делалась на ферритовых сердечниках, информация в такую память вносилась при помощи технологии, очень похожей на швейную: провод, как игла (а иногда и иглой) прошивался через отверстие в феррите. С тех пор термин “прошивка” укоренился за процессом внесения информации в любые ПЗУ, в т.ч. и полупроводниковые. В зависимости от необходимости “зашить” “1” или “0” в разряд слова, адресная шина этого слова проходила через отверстие в ферритовом сердечнике или мимо него. Изменить информацию в таком ЗУ практически невозможно.

Поэтому и для 5Э53, и для 5Э66 были применены близкие по построению ППЗУ, отличающиеся физикой передачи информации. В обоих случаях на печатной плате реализовалась система ортогональных шин: адресных и разрядных. В таких условиях связи между шинами не было. В СВЦ для организации индукционной связи между адресными и разрядными шинами (рис. 4.36) на их пересечение накладывался или не накладывался замкнутый виток связи (в НИИВК для 5Э66 устанавливали ёмкостную связь). Если виток наложен – индукционная связь есть, при подаче адресного импульса в разрядной шине индуцируется импульс, соответствующей информации “0”. Если витка нет – нет и разрядного импульса, значит записан “1”. Все эти витки связи размещаются на тонкую печатную плату – интегральную карту, которая плотно прижимается к матрице адресных и разрядных шин. Меняя вручную карту (не выключая ЭВМ), меняем информацию.

Для 5Э53 было разработано ППЗУ данных общей ёмкостью 2,9 Мбит с высокими временными характеристиками: темп выборки 150 нс, время цикла 350 нс. Каждый блок имел ёмкость 1024 72-разрядных слов (72К бит). В каждом шкафу размещалось по 8 таких блоков с общей ёмкостью 576 Кбит. В комплект ЭВМ входило 5 шкафов.

И эти ЗУ так же не выдержали конкуренции с полупроводниковыми и так же примерно через 10 лет после создания 5Э53. До этого ППЗУ на сменных индукционных картах применялось в ещё нескольких разработках СВЦ. Подробнее конструкция блока ППЗУ будет приведена при описании мини-ЭВМ “Электроника НЦ-1”.

В разработке индукционного ППЗУ активное участие принимали: В.А. Горшков, И.А. Князев, В.Н. Шмигельский, Н.Г. Стариченкова, А.Н. Ульященков, и др.

Рис. 4.36. Принцип действия индукционного ППЗУ

Рис. 4.36. Принцип действия индукционного ППЗУ

ВЗУ на оптической ленте

В качестве внешней памяти большой ёмкости было разработано ЗУ на оптической ленте. Оно имело много общего с основными в то время ВЗУ на магнитных лентах (подобные конструкция, привод, электроника), но отличалось носителем информации и методами записи/чтения информации – фото/светодиоды через оптоволокно на фотоплёнку). В результате ёмкость ВЗУ при тех же габаритах повышалась на два порядка и достигала 3 Гбит. Для систем ПРО это было привлекательное решение, т.к. их программы и константы имели огромный объём, но очень редко менялись. В то время других накопителей такой ёмкости не было. Образец накопителя был изготовлен и работал в составе макетного образца 5Э53.

В разработке индукционного ВЗУ на оптической ленте активное участие принимали: В.А. Меркулов (ГК), В.М. Покровский, А.И. Садовникова, В. Кудрявцев, П.А. Осетров и др.

Элементная база

Основной элементной базой 5Э53 были гибридные ИС серий “Тропа” и “Посол”, разработанные в НИИТТ и выпускаемые заводом “Ангстрем”. Но их быстродействия в некоторых случаях недоставало. Поэтому специалистами СВЦ (Ю.Е. Чичерин (ГК), В.В. Овчинников, Б.В. Шевкопляс, В.Л. Дшхунян и др.) и завода “Экситон” (г. Павловский Посад) была разработана специальная серия гибридных интегральных микросхем на основе ненасыщенных элементов с пониженным напряжением питания, повышенным быстродействием и внутренним резервированием (серия 243, Конус), которая многие годы после того выпускалась заводом “Экситон”. Для ОЗУ на ЦМП в НИИМЭ были разработаны специальные усилители, серия “Ишим”. В Ереване было организовано производство цилиндрических магнитных плёнок (ЦМП) для ОЗУ.

Конструкция

Для 5Э53 была разработана компактная конструкция, включающая 3 уровня:

Шкаф имел небольшие размеры: ширина по фронту 80 см, глубина 60 см, высота 180 см. Полный его физический объём составлял 0,864 м3 (рис. 4.37).

Рис. 4.37. Конструктор Г.А. Кириллова около шкафа 5Э53

Рис. 4.37. Конструктор Г.А. Кириллова около шкафа 5Э53

В шкафу размещалось 4 ряда субблоков по 25 субблоков в каждом ряду. Сверху над субблоками размещались блоки питания. Под субблоками размещались нагнетающие вентиляторы воздушного охлаждения.

Субблок представлял собой коммутационную плату в металлическом обрамлении, на одну из поверхностей платы укладывались ячейки. Размер субблока 350х305х30 мм (рис. 4.38).

Блоки питания имели два типоразмера: 160х230х300 мм и 160х300х300 мм.

Межъячеечный и межблочный монтаж выполнялся методом накрутки.

Рис. 4.38. Субблок ЭВМ “5Э53”

Рис. 4.38. Субблок ЭВМ “5Э53”

Ячейки выполнялись на платах из стеклотекстолита с двусторонним печатным монтажом. Ширина ячеек 37 мм (рис. 4.39), длина вариантная, L = 40, 52, 64, 76, 88, 103, 115 или 127 мм для размещения на них по 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 или 20 микросхем серий “Посол”, “Тропа” и “Круг”. Некоторые ячейки имели двойную ширину. По бокам ячейки устанавливались квадратные штыревые контакты (от 26 на самой короткой до 84 на самой длинной ячейке) для монтажа ячеек накруткой в субблоке. Для реализации монтажа методом накрутки предприятиями МЭП были разработаны и производились специальные разъёмы.

Рис. 4.39. Конструкция типовой ячейки ЭВМ “5Э53”

Рис. 4.39. Конструкция типовой ячейки ЭВМ “5Э53”

Конструкция в составе макетного образца ЭВМ успешно прошла полный цикл климатических, механических и надёжностных испытаний.

Технология

Была применена прогрессивная в то время технология монтажа межъячеечных и межсубблочных соединений методом накрутки. Испытаниями и реальной эксплуатацией аппаратуры было доказана значительно более высокая надёжность (на один-два порядка) накрутки, по сравнению с пайкой. Это объясняется тем, что при накрутке провода (обычно 6 витков) с нормированным усилием на квадратный контакт, в результате диффузии образуется 24 точки микросварки). Кроме того, монтаж накруткой значительно технологичнее и в производстве (легко автоматизируется) и при настройке и ремонте (накрутку легко снять и восстановить). Накрутка безопаснее пайки: нет горячего паяльника и припоя, нет флюсов и не требуется их последующая отмывка, исключаются замыкания проводников от излишнего растекания припоя, нет локального перегрева, при пайке иногда портящего элементы, и т.п. Был разработан и изготовлен удобный монтажный инструмент в виде “пистолета” и “карандаша”, проводились работы по автоматизации монтажа.

Надёжность

Повышенная надёжность 5Э53 обеспечивалась не только самокорректирующимися свойствами СОК в арифметическом устройстве, но и полным мажорированием (2 из 3) всех других систем машины, технологией монтажа межъячеечных и межсубблочных соединений методом накрутки и другими средствами.

Супер-ЭВМ 5Э53

Технический проект – февраль I971 г.
Главный конструктор Д.И. Юдицкий.
Разработчик: Специализированный вычислительный центр, МЭП, Зеленоград.
Назначенный завод-изготовитель – Загорский электромеханический завод, МРП.

Разрядность:
     – данных – 20 и 40 бит,
     – команд – 72 бит.

Система счисления – СОК с дополнительным основанием.
  Основания:
               17;    19;      26;       31;        23;       25;       27;       29.
  Разряды слова:
              1-5;   6-10;  11-15;  16-20;  21-25;  26-30;  31-35;  36-40.
Тактовая частота –6,0 МГц.
Производительность:
     – 10 млн. алгоритмических операций в секунду на задачах ПРО (40 млн. коротких оп/с),
     – 6,6 млн. коротких оп/с на одном модулярном процессоре,
Формат алгоритмической операции – 3-5 коротких.
Время выполнения модулярных операций – 1 такт = 166 нс.
Число процессоров – 8 (4 модулярных и 4 двоичных).
ППЗУ команд:
    – ёмкость:  –общая – 2,8М бит,
                        –шкафа – 573К бит
                        –блока – 1024х72 бит = 73 728 бит = 72К бит,
    – время цикла – 332 нс,
    – темп выборки – 166 нс,
    – число блоков – 40,
    – число шкафов – 5.
ОЗУ данных:
    – ёмкость: –общая – 7,0М бит,
                       –шкафа – 1,0М бит
                       –блока – 4096х64 = 262 144 бит = 256К бит,
    – время цикла 700 нс,
    – темп выборки – 166 нс,
    – число блоков – 28,
    – число шкафов – 7.
    – стоимость – 1 коп/бит в ценах 1972 г.

Объём оборудования ЭВМ:
    – типов шкафов – 7 и Инженерный пульт управления.
    – число шкафов – 24

Размер шкафа, HxBxL: – 1800 х 800 х 600 мм
Потребляемая мощность – 60 кВт.
Среднее время безотказной работы – 600 часов.
Занимаемая площадь (со стендовым и ремонтным оборудованием) – 120м2.

Проектирование

Разработка 5Э53 была проведена в рекордно короткий срок, причём с изготовлением экспериментального образца (рис. 4.40). Весь коллектив предприятия работал с необыкновенным подъемом не щадя себя, по 12 часов в день и более (рис. 4.41).

Руководитель военной приёмки в СВЦ В.Н. Каленов вспоминает реплику одного из ведущих разработчиков В.М. Радунского: “Вчера до того доработался, что, входя в квартиру, предъявил жене пропуск”. Е.М. Зверев, возглавлявший группу по наладке макетного образца 5Э53 (рис. 4.42), вспоминает другой пример: “В то время были нарекания на помехоустойчивость ИС серии 243. Как-то часа в 2 ночи на макет пришёл Давлет Исламович, взял щупы осциллографа и долго сам просматривал наиболее сложные места в схемах, разбираться в причинах помех”. Ночью работали и инженеры, и директор.

Рис. 4.40. Фрагмент экспериментального образца суперЭВМ “5Э53”

Рис. 4.40. Фрагмент экспериментального образца суперЭВМ “5Э53”

Такой напряжённый труд хорошо оплачивался, для активных участников проекта применялась аккордная оплата, по завершении этапов работы выплачивались премии, применялись различные меры морального стимулирования.

Рис. 4.41. В.С. Кокорин, М.Д. Корнев, М.Н. Белова, Л.Г. Рыков, В.С. Хайков. 2004 г. Сначала в НИИ-37, а затем в НИИФП и СВЦ они разрабатывали модулярные ЭВМ Т-340А, К340А, Алмаз и 5Э53.
22 сентября 2004 г. на встрече в Зеленограде, посвящённой 75-летию Д.И. Юдицкого

Рис. 4.41. В.С. Кокорин, М.Д. Корнев, М.Н. Белова, Л.Г. Рыков, В.С. Хайков. 2004 г. Сначала в НИИ-37, а затем в НИИФП и СВЦ они разрабатывали модулярные ЭВМ Т-340А, К340А, Алмаз и 5Э53. 22 сентября 2004 г. на встрече в Зеленограде, посвящённой 75-летию Д.И. Юдицкого

Рис. 4.42. Е.М. Зверев за наладкой экспериментального образца 5Э53

Рис. 4.42. Е.М. Зверев за наладкой экспериментального образца 5Э53

В ходе разработки продолжались теоретические исследования с целью совершенствования методов обработки информации в СОК: операции типа умножения, деления, определение знака и т.п. к тому времени не имели удовлетворительных алгоритмов решения в СОК. В результате напряженной работы В.М. Амербаева и его команды проблема была решена, алгоритмы разработаны и реализованы в проекте. Разработка алгоритмов проводилась одновременно с их аппаратной реализацией. Вспоминает М.Д. Корнев: “Ночью Вильжан Мавлютинович думает, утром результаты приносит В.М. Радунскому. Схемотехники просматривают аппаратную реализацию нового варианта, задают Амербаеву вопросы, он уходит думать опять и так до тех пор, пока его идеи не поддадутся хорошей аппаратной реализации”. Это характерный пример взаимодействия подразделений и специалистов СВЦ в ходе разработки 5Э53.

При проектировании 5Э53 в СВЦ широко применялось зарождающееся тогда машинное проектирование, процедуры которого нормировались разработанными в СВЦ Руководящими техническими материалами (РТМ), например РТМ У10.012.007 “Состав исходной информации для программ машинного проектирования”, введённые в действие с 5 июля 1970 г.

ЭВМ в те времена были весьма сложными системами, создающими массу проблем и в разработке, и в производстве, и в эксплуатации. Что бы как-то сгладить эти проблемы, в стране были созданы специализированные фирмы, специалисты которого участвовали на всех этапах жизненного цикла ЭВМ. Их командировали на предприятие-разработчик, где они на равных условиях со специалистами этого предприятия участвовали в процессе проектирования ЭВМ. При передаче изделия на производство на серийный завод, специалисты этих фирм перекомандировывались туда и наравне с заводчанами участвовали в освоении ЭВМ в производстве и выпуске первых их образцов. При поставке ЭВМ потребителю, они участвовали в монтаже, пуско-наладочных работах на объекте и техническом обслуживании ЭВМ до обучения инженерного персонала потребителя. Несколько десятков представителей двух таких фирм: Головного производственно-технического предприятия (ГПТП) и НПО “Каскад” постоянно участвовало в разработке 5Э53. Первая группа таких специалистов в составе 71 человека была принята приказом по НТКС 87к от 16.06.69 г. Немало прикомандированных так сработались с коллективом СВЦ, что перешли в него на постоянную работу.

Огромную роль в обеспечении высокого уровня разработки проекта сыграла группа военпредов: В.Н. Каленов, А.И. Абрамов, Е.С. Кленцер и Т.Н. Ремезова. Они постоянно отслеживали соответствие изделия требованиям технического задания, вносили в коллектив опыт, полученный при участии в разработках на предыдущих местах работы, сдерживали, при необходимости, неоправданные увлечения разработчиков. Вспоминает Ю.Н. Черкасов: “Работать с Вячеславом Николаевичем Каленовым было сплошное удовольствие. Его требовательность всегда была осознана. Он стремился понять существо предлагаемого и, если находил его интересным, шёл на любые мыслимые и не мыслимые меры для реализации предложения. Когда я, за два месяца до завершения разработки аппаратуры передачи данных, предложил её коренную переработку, в результате которой её объём сокращался втрое, он досрочно закрыл мне невыполненные работы под обещание провести переработку за оставшиеся 2 месяца. В результате вместо трех шкафов и 46 типов субблоков остался один шкаф и 9 типов субблоков, выполняющий те же функции, но с более высокой надёжностью”.

В начале 1971 г. разработка документации была завершена. У В.Н. Каленова сохранились записи об её объёмах: 160 типов ячеек, 325 типов субблоков, 12 типов блоков питания, 7 типов шкафов, инженерный пульт управления, масса стендов. Были проведены все необходимые испытания ячеек и субблоков, изготовлен и испытан макетный образец 5Э53.

Кстати сказать

“Виноват” в проведении квалификационных испытаний был руководитель военной приёмки В.Н. Каленов. Как вспоминает Вячеслав Николаевич: «Я настаивал на проведении испытаний, а главный инженер Ю.Д. Сасов категорически возражал, считая, что все и так хорошо и испытания – лишняя трата сил, средств и времени Меня поддержал зам. главного конструктора Н.Н. Антипов, имеющий большой загорский опыт разработки и производства военной аппаратуры». Д.И. Юдицкий, так же имеющий соответствующий опыт, поддержал инициативу и оказался прав: испытания проявили массу мелких недоработок и дефектов. В результате ячейки и субблоки были доработаны, а главным инженером СВЦ приказом 2ГУ МЭП №68к от 16.05.71 г. был назначен Н.Н. Антипов.

27 февраля 1971 г. 8 комплектов конструкторской документации (по 97 272 листа каждый) колонной машин были доставлены на ЗЭМЗ. Началась подготовка производства.

Для облегчения освоения ЭВМ в серийном производстве на последнем этапе разработка в СВЦ была командирована группа специалистов ЗЭМЗ со следующими задачами: изучение ЭВМ, ознакомление с новыми для ЗЭМЗ технологиями, консультации разработчиков СВЦ о технологиях ЗЭМЗ. Б.М. Малашевич (в это время он как офицер запаса был призван на срочную службу в Советскую Армию) вспоминает, как его друг и коллега по прежней работе в ЗЭМЗ, участник этой группы Г.М. Бондарев рассказывал примерно следующее: «Это удивительная машина, ни о чём подобном мы не слышали. В ней масса новых оригинальных решений. Изучая документацию, мы много узнали нового, многому научились». Он говорил это с таким восторгом, что Б.М. Малашевич по окончании службы не вернулся на ЗЭМЗ, а поступил на работу в СВЦ.

Для того, чтобы облегчить адаптацию конструкторской документации к технологии завода, руководство ЗЭМЗ пошло на потерю одного из своих ведущих специалистов, начальника КБ Н.Н. Антипова, согласившись на его переход на работу в НТКС. Приказом по НТКС 199к от 13.10.69 г. он был назначен заместителем главного конструктора ЭВМ 5Э53. В этом качестве Н.Н. Антипов и его подразделение (Р.В. Хорьков, Ю.С. Полетаев, Б.М. Малашевич, З.Ф. Митрофонова, Е.Н. Корепова, и др.) осуществляли системное руководство разработкой проекта и связями с заводом.

Подготовка производства ЭВМ “5Э53” на заводе ЗЭМЗ проходила успешно. Была размножена и разослана по цехам конструкторская документация, специалисты ОКБ завода завершали изучение документации и на своей территории, и в СВЦ, цеха начали изготовление некоторых устройств.

Рис. 4.43. Эскиз планировки электронного оборудования МКСК “Аргунь”.

Рис. 4.43. Эскиз планировки электронного оборудования МКСК “Аргунь”.

Готовились к приёму 4-машинного комплекса и на балхашском полигоне. Оборудование систем полигонного МКСА “Аргунь”, в основном уже было смонтировано и настраивалось, пока с ЭВМ 5Э92Б. Машинный зал для четырёх 5Э53 (их там называли “Электроника”) был готов и ждал поставки машин. В архиве Ф.В. Лукина сохранился эскиз планировки электронного оборудования МКСК “Аргунь” (рис. 4.43), в которой обозначены и места размещения ЭВМ (Эль. 1 – Эль. 4).

Но закончить эти работы, к сожалению, не удалось.

Битва титанов

К несчастью для СВЦ судьбе было угодно вплести 5Э53 в плотный клубок изощренных межотраслевых (МРП – МЭП) и внутриотраслевых (МРП) интриг. Чтобы понять причины крушения проекта 5Э53, нам придется на время отвлечься на историю создания отечественной системы ПРО – историю интересную и трагическую. Суть её состоит в бескомпромиссной борьбе двух группировок внутри Минрадиопрома, поддержанной высшими государственными чиновниками. В этой борьбе в конце концов потерпела поражение группировка Генерального конструктора ПРО Г.В. Кисунько. Об этой борьбе в последние годы появилось много публикаций, но большинство их написаны сторонниками победителей, а известно, что далеко не всегда побеждает тот, кто прав, а тот “у кого больше прав”. Поэтому представляет интерес версия побеждённой стороны (безусловно имеющая право на существование и оглашение), которую мы и предлагаем в виде отдельной статьи сборника: “Глава 4.6. О причинах гибели проекта 5Э53”. В статье приведен касающийся Аргуни и 5Э53 фрагмент интервью главного конструктора МКСК “Аргунь” и заказчика 5Э53 Николая Кузьмича Остапенко, подготовленного им совместно с Б.М. Малашевичем.

Из этого интервью видно, что супер-ЭВМ 5Э53 пала жертвой бескомпромиссной борьбы в МРП и МО вокруг ПРО, вызванной различными подходами высших деятелей министерств к принципам построения ПРО, острой конкуренцией и сложными личными отношениями знаковых фигур. Ограничимся лишь констатацией факта, что с 1970 г. началось активное сворачивание работ над полигонным вариантом МКСК “Аргунь” для второй очереди “Системы А-35”.

В 1971 г. из жизни ушёл Ф.В. Лукин, инициатор и основная опора проекта 5Э53. Авторитетный учёный, крупный специалист в области аппаратостроения и вычислительной техники, Федор Викторович пользовался огромным уважением у руководства, имел поддержку в правительстве, ВПК, ЦК КПСС. Теперь его и его поддержки не стало. Его преемник на посту директора НЦ А.В. Пивоваров вспоминает: “Я обратился к заместителю министра МРП В.И. Маркову. Владимир Иванович объяснил мне, что загорский завод перегружен, что он уже выпускает аналогичную ЭВМ разработки МРП, их вполне удовлетворяющую (5Э66) и что 5Э53 Минрадиопрому для ПРО не нужна”. Два завода, в Выборге и Днепропетровске, были готовы выпускать 5Э53, но оба они принадлежали МРП, которое ни разрешения на это, ни средств, необходимых для организации производства, естественно, не дало. В.И. Марков лукавил. Во-первых ЭВМ 5Э53 и 5Э66 совершенно не “аналогичны”, а во-вторых разработчики ПРО не получили ни той, ни другой. И в момент прекращения почти завершенной организации серийного производства 5Э53 в ЗЭМЗ (около 70%) работы по 5Э66 только начинались, на неё на заводе ещё даже не было полного комплекта документации. А новый гигантский корпус выпускного цеха 14 ещё стоял полупустой, что автор лично наблюдал в середине 1971 г. Проблемы с мощностями для выпуска 5Э66 действительно возникли в ЗЭМЗ к концу 1972 г., но после того, как 5Э66 получила второе применение (в спутниковой системе обнаружения стартов ракет академика А.И. Савина) и потребность в ней резко возросла. Но в 1971 г., когда работы по 5Э53 в ЗЭМЗ были остановлены, об этом ещё известно не было. И решили возникшую проблему просто, подключив другие заводы.

4 ноября 1972 г. Давлет Исламович был вынужден подписать приказ №181, которым “В связи с завершением работ по договору №301 от 20.05.68 г. с предприятием п/я Р-6269 по теме «5Э53» для проведения инвентаризации всех материальных ценностей, относящихся к законченной теме, и подготовки материалов на списание затрат с баланса предприятия” назначалась специальная комиссия под председательством главного инженера СВЦ Н.Н. Антипова.

Таким образом, перспективный проект супер-ЭВМ 5Э53 был погублен. А её экспериментальный образец, изготовленный опытным производством СВЦ, отправился в Алма-Ату, в “Институт физики высоких энергий” АН Казахстана, но освоен там так и не был.

Загублена была не только 5Э53.

Было пресечено новое, перспективное направление развития отечественной вычислительной техники, превосходящее все имевшееся и в стране, и за рубежом. Истинных причин “провала” проекта супер-ЭВМ на основе СОК были мало кому известны. Но сам факт “провала”, получив широкую огласку, начал самостоятельную жизнь и стал непреодолимым барьером на дальнейшем пути внедрения СОК в вычислительную технику в нашей стране.

Это был серьёзный удар и по коллективу СВЦ и по его лидерам: Д.И. Юдицкому и И.Я. Акушскому. Загублено было главное дело их жизней. И потеряно немало лет этих жизней.

Д.И. Юдицкий и И.Я. Акушский предприняли ряд попыток поиска другого потребителя и изготовителя 5Э53. В своей книге Б.Н. Малиновский дает ошибочную трактовку этих событий: «…Израиль Яковлевич тяжело переживал смерть Ф.В. Лукина и прекращение работ по новой машине. Хотя он добился возможности изготавливать опытный образец в Днепропетровске (это был родной город Акушского, и в этом он видел доброе предзнаменование), теперь его не поддержал директор своего же института (Юдицкий ?!)». Это совершенно не соответствует действительности. Днепропетровский радиозавод, как и ОКБ “Вымпел” Г.В. Кисунько, входил в состав ЦНПО “Вымпел”, т.е. был дважды подчинен всё тому же В.И. Маркову: не для того он столько сил потратил на убиение 5Э53 в неподчинённом ему Загорске, что бы возродить её в собственной вотчине в Днепропетровске. Это было исключено.

Невостребованной 5Э53 оказалась и в МЭП. Во-первых, в МЭП и НЦ были наделённые властью люди, считающие, что в МЭП не должно быть место разработкам мощных ЭВМ. Несмотря на то, что это противоречило одной из основных задач НЦ, сформулированных при его образовании, такая позиция имела определённое влияние и не способствовала спасению 5Э53. Но главное, 5Э53 на десяток лет опередила время: тогда МЭП разрабатывал только ИС низкой интеграции, которые вполне поддавались ручному проектированию. Время мощных систем автоматизированного проектирования (САПР) ещё не наступило. Если бы 5Э53 появилась в эпоху микропроцессоров и других сложных БИС, а на таких задачах модулярная арифметика весьма эффективна, скорее всего, её ожидала бы иная судьба. Ведь когда появилась потребность в мощных САПР, в МЭП была начата разработка супер-ЭВМ “Электроника-ССБИС”, но это уже другая история.

Итог проекта 5Э53

К финалу проекта 5Э53 СВЦ пришёл к нулевому результату в части серийного производства, но к высочайшему результату в части создания высокопрофессионального, свободного от интриг коллектива единомышленников, способного решать крупные проблемы. Селекция специалистов производилась ещё на этапе приёма на работу. В первые годы с каждым принимаемым на работу инженером Д.И. Юдицкий беседовал сам, устраивая ему настоящий, жёсткий экзамен на профессиональность. Пример: при приёме Е.М. Звереву было предложено произвести логический синтез арифметико-логического устройства с минимизацией.

Д.И. Юдицкий и И.Я. Акушский придавали особое значение непрерывному повышению квалификации специалистов и обучению молодежи. С этой целью ими была отлажена чёткая работа НТС предприятия и его секций в подразделениях. На НТС обсуждались общие проблемы и рассматривались соответствующие материалы по отечественной и зарубежной профессиональной литературе. В секциях проводилась аналогичная работа в более узкой области, согласно специализации подразделения. Заседания НТС и секций проводились регулярно (после расформирования СВЦ и перевода его подразделений в НИИТТ и СКБ НЦ такая практика была ликвидирована и больше не возобновлялась). Было также чётко отлажено информационное обеспечение подразделений. Группа научно-технической информации (И.Н. Лобикова, В.М. Бутузова и др.) самостоятельно, по заявкам разработчиков, проводила постоянный анализ новой литературы и доставляла ксерокопии заслуживающих внимания материалов непосредственно на стол разработчику. На этот же стол поступали и заказанные им периодические издания. В результате все специалисты СВЦ были хорошо осведомлены о новейших достижениях вычислительной техники, аппаратостроения и электроники в мире, что и определяло высокую квалификацию каждого из них и высокий интеллектуальный потенциал коллектива в целом. Ядро коллектива составляли: А.И. Абрамов, И.Я. Акушский, Г.М. Алаев, В.М. Амербаев, Н.Н. Антипов, М.Н. Белова, Р.Г. Бияшев, И.А. Большаков, В.М. Бутузова, В.С. Бутузов, Н.М. Воробьев, С.А. Гаряинов, Н.В. Гаврилов, В.Н. Главнов, В.Л. Глухман, В.Р. Горовой, В.А. Горшков, В.В. Григорьевский, В.Л. Дшхунян, В.Н. Заболотский, Е.М. Зверев, Ю.Л. Захаров, Н.Н. Зубов, П.Н. Казанцев, В.Н. Каленов, Е.С. Кейвсар, Е.С. Кленцер, Э.И. Клямко, А.И. Коекин, В.С. Кокорин, Н.Н. Колобов, В.Г. Коломыц, Н.Т. Коперсако, А.М. Кормилицын, М.Д. Корнев, Л.С. Кридинер, И.Н. Лобикова, В.Н. Лукашев, Б.М. Малашевич, Ж. Мамаев, П.Р. Машевич, В.А. Меркулов, Б.А. Михайлов, П.В. Нестеров, Г.М. Нурмухамедов, Ю.М. Петров, В.М. Покровский, Ю.С. Полетаев, Б.Н. Понайоти, А.А. Попов, В.М. Радунский, Т.Н. Ремезова, Б.Н. Рухманов, Л.Г. Рыков, О.М. Рякин, В.А. Савеличев, В.С. Седов, И.П. Селезнев, Г.А. Скарин, П.П. Силантьев, В.Г. Сиренко, А.М. Смаглий, В.В. Смирнов, Н.А. Смирнов, Ю.М. Сокол, А.В. Стрижков, В.К. Сычев, В.В. Титов, В.М. Трояновский, Р.В. Хорьков, М.М. Хохлов, В.Н. Царев, Ю.Н. Черкасов, Ю.Е. Чичерин, В.А. Шахнов, В.Н. Шмигельский, В.Н. Шугин, Д.И. Юдицкий и многие другие.

Давлет Исламович очень бережно относился к своим сотрудникам. Он всегда был в курсе многих их проблем и старался помочь в их решении при малейшей возможности. Для иллюстрации приведем воспоминания В.М. Трояновского: “Однажды, будучи в командировке в Пскове я позвонил Давлету Исламовичу и начал говорить по сути вопроса. Он сразу прервал меня словами: «Да брось ты об этом! Главное, на тебя лимит пришёл!»”. (Лимит – это разрешение на прописку иногороднего в Москве). Давлет Исламович не только помнил о том, что приехавший из Таганрога В.М. Трояновский многие месяцы ждёт этого лимита (к тому времени это уже стало большой проблемой), но и, отложив срочные производственные дела, поспешил поздравить Владимира Михайловича с победой. Даже если у кого-то не получалось порученное ему дело и с ним приходилось расставаться, Давлет Исламович делал это с минимальными потерями для человека. Многим специалистам он помог в получении хороших квартир, сам оставаясь в 5-этажке в Москве на Зеленоградской улице в районе Ховрино. Руководство НЦ и города неоднократно предлагало ему переехать в Зеленоград, упрекая в не патриотичности (практически все руководители предприятий жили в Зеленограде). Но он отказывался, не желая создавать транспортные проблемы жене, работающей в Москве в НИЦЭВТ, близко от дома. Объяснял он это так: “Меня то, как директора, машина возит, а кто её повезёт?”. Возить же жену на своей служебной машине, как это делали многие руководители, он считал недопустимым.

Он не был лёгким в общении человеком. Обладая тонким чувством юмора, он, в соответствующей ситуации, мог и поиздеваться над человеком. Как вспоминает Ю.Н. Черкасов: “Давлет Исламович – это театр одного актера. Иногда придумаешь что-нибудь интересное, продумаешь это со всех сторон, кажется, всё предусмотрел. Радостный придёшь к Давлету Исламовичу, расскажешь новую задумку. Он тут же всё поймёт, сходу найдёт недостаток, ткнет в него, опозорит перед присутствующими. Уйдешь, как побитый. Ходить к нему с идеями было фантастически опасно. Но он всё запомнит, оценит предложение и, если оно действительно стоящее, соответственно оценит и тебя, как специалиста. Все хорошие идеи он впитывал, как губка, и впоследствии использовал”.

И люди шли к нему со своими идеями. Как вспоминает А.А. Попов: “Почти каждую неделю к Давлету Исламовичу кто-нибудь приходил с новой идеей, и он выслушивал каждого”.

За державу обидно

Неудачу проекта 5Э53 не следует рассматривать как неудачный проект. Результат был предопределён, выражаясь современным языком, недостатком административного ресурса в условиях отсутствия конкуренции идей и проектов, в дураконеустойчивой системе. И это не единственный пример. К аналогичному итогу пришли и множество других проектов, технические решения которых не вписывались в позицию людей, власть предержащих или на них влияющих, например:

Продолжать этот перечень можно долго. Стоять в ряду подобных “побеждённыхЭ не зазорно, хотя и обидно. И за себя. И за них. И за державу.

Завершить это отступление хотелось бы высказыванием академика С.А. Лебедева о ранее разработанной коллективом Д.И. Юдицкого и И.Я. Акушского машине К340А: “Я бы сделал высокопроизводительную машину иначе, но не всем надо работать одинаково. Дай Вам Бог успеха!” [11, стр. 295].

Задел на будущее

Параллельно с разработкой 5Э53 СВЦ выполнял и ряд задельных разработок для будущих проектов, например:

Эти и ряд других задельных работ должны были обеспечить высокий научно-технический уровень последующих разработок ЭВМ.

На этом закончим историю несостоявшейся суперЭВМ 5Э53 и перейдем к другим проектам зеленоградской вычислительной техники.

ЭВМ четвёртого поколения

Когда теоретические подразделения закончили свою часть работы и центр тяжести по созданию 5Э53 переместился на схемотехников и конструкторов, в СВЦ началась поисковая бюджетная работа по созданию образа новой мощной вычислительной системы – ЭВМ четвёртого поколения (ЭВМ-IV). Тогда такими изысканиями занимались многие ведущие в вычислительной технике фирмы, т.к. уже было ясно, что скоро появятся большие интегральные схемы – БИС. И они в начале 1970-х гг. появились и в США, и в СССР.

Задумывалась модульная реконфигурируемая система с аппаратно-микропрограммной реализацией “хита тех лет” – языка программирования высокого уровня типа PL/1 и IPL, считавшихся тогда наиболее перспективными. ЭВМ включала подсистемы центральной обработки (до 16 центральных процессоров – ЦП), ввода-вывода (до 16 процессоров ввода-вывода – ПВВ), памяти (до 32 секций ОЗУ 32К х 64 бит) и мощную модульную систему динамичной коммутации перечисленных модулей по сложному графу (любой ЦП мог быть соединён с любым ПВВ и любой секцией ОЗУ). Общая производительность ЭВМ оценивалась в 200 млн. оп/с. В ЦП планировалась табличная реализация СОК: результат не вычисляется, а считывается из ПЗУ –  в СОК это возможно.

Для реализации табличной ЭВМ требовалось компактное постоянное ЗУ большой ёмкости. Его разработкой в СВЦ уже несколько лет занималось подразделение С.А. Гаряинова. Суть этой работы заключалась в создании бескорпусных диодных матриц, а так же конструкции и технологии изготовления устройств на их основе.

К этому времени в подразделении С.А. Гаряинова была разработана диодная 256-битная матрица на диэлектрической подложке – ДМР-256, на заводе “Микрон” осваивалось её производство. На основе этой матрицы была разработана соответствующая оригинальная конструкционная система:

Таким образом, на фоне бурных событий, связанных, сначала с разработкой, а потом с борьбой за выживание 5Э53, в спокойной обстановке создавался задел для реализации следующего проекта. В это время все внимание Д.И. Юдицкого было сконцентрировано на событиях вокруг 5Э53, но он регулярно интересовался и перспективными проработками, доверяя, в то же время, их руководителям. Как впоследствии  выяснилось, не все они оправдали доверие.

Аванпроспект ЭВМ-IV был закончен в начале 1973 года. Эта ЭВМ задумывалась как прототип для последующих разработок СВЦ. Однако ещё до его завершения ЭВМ-IV, ей, казалось, нашлось хорошее применение.

СуперСАПР самолётов

В конце 1971 г. ОКБ “Кулон” авиаконструктора П.О. Сухого обратилось в СВЦ с заказом на разработку системы автоматизированного проектирования (САПР) самолетов. К САПР предъявлялись высокие и перспективные требования, опережающие современное для тех времен состояние вычислительной техники и экономики. Система должна была обладать колоссальными по тем временам вычислительными ресурсами и содержать около 700 автоматизированных рабочих мест (АРМ) разработчиков самолета и его узлов. Каждый АРМ должен включать графический дисплей, АЦПУ, графопостроитель и средства связи с центральной машиной (в те времена годовой объём выпуска таких устройств всей промышленностью страны был порядка 200 – 400 шт). Все АРМы должны были работать в интерактивном режиме.

Эскизный проект был выполнен и с удовлетворением принят заказчиком. Но расчётная стоимость системы оказалась настолько высокой, что Минавиапром отказался от её создания.

Супер-ЭВМ “41-50”, “Лидер”

В начале 1972г. СВЦ получил заказ ГРУ МО на разработку эскизного проекта супер-ЭВМ для обработки векторных и структурированных данных, получившей условное наименование “41-50”, ОКР “Лидер”. 64-разрядная ЭВМ должна была обладать быстродействием в 200 млн. оп/с, иметь ОЗУ ёмкостью 16М байт, развитую периферию. В то время за рубежом уже были известны ЭВМ такого типа, например фирмы Burroughs (США), но они были заметно слабее. Это многопроцессорные машины, обрабатывающие одиночным потоком команд множественный поток данных. Основная задача заключалась в распараллеливании данных между процессорами, которую обычно решали на основе традиционных скалярных процессоров, со скалярными системами команд, на программном уровне. В СВЦ строили изначально векторную архитектуру ЭВМ с векторной системой команд, работающих над массивами и ориентированной на реализацию алгоритмов заказчика. Задача динамического распараллеливания при этом решалась на аппаратно-микро­рограмном уровне, на основе внутренних алгоритмов, что приводило к резкому повышению эффективности системы в целом.

Эскизный проект “41-50” СВЦ выполнял совместно с Институтом Кибернетики (ИК) АН Украины, директор ИК академик В.М. Глушков был научным руководителем проекта. В связи с этим в ИК было создано два специальных подразделения (филиал СВЦ) во главе с З.Л. Рабиновичем и Б.Н. Малиновским. Главным конструктором проекта был Д.И. Юдицкий, активное участие в его реализации принимали Н.М. Воробьев, М.Д. Корнев, В.Г. Сиренко, В.А. Савеличев, В.С. Петровский, В.М. Елагин, И.П. Селезнев, П.Н. Казанцев, Ю.М. Сокол, Ю.Г. Бобошко, Ж. Мамаев, В.Ф. Лукин, Т.Г. Родкина и др.

Первоначально планировалось ЭВМ строить на основе задела, выполненного в рамке проекта “ЭВМ-IV”. Этого, по ряду причин, не получилось.

Проектирование “41-50” начинается с изучения алгоритмов решения задач заказчика. Поэтому в первую очередь начали просматривать выполнение специфичных алгоритмов заказчика на основе разработанного варианта табличной реализации модулярной арифметики. Работу возглавили В.М. Амербаев в качестве математика и основного автора модулярной арифметики, и Л.Г. Рыков в качестве схемотехника, реализующего эти алгоритмы. Этот хорошо сработавшийся дуэт дал возможность трезво оценить ситуацию. Вспоминает Л.Г. Рыков: “И.Я. Акушский был больше математиком и теоретиком и до таких понятий, как время задержки, гонка импульсов и других схемотехнических неприятностей, не опускался. Вильжан Мавлютинович – совершенно другой человек. Он не гнушался наших проблем и всегда старался найти такой вариант математического решения, который наиболее удачно реализуется аппаратно”. Результаты этого напряжённого труда были аккумулированы в Руководящем техническом материале РТМ У10.012.003 “Машинные алгоритмы двухступенчатой непозиционной арифметики”. Проведённый анализ показал, что на алгоритмах заказчика (процент логических операций, не выполнявшихся тогда в СОК, в них был значительно выше обычного) эффективная производительность модулярной ЭВМ не превышает производительности обычной двоичной позиционной ЭВМ. Оставалось некоторое преимущество по надёжности за счёт арифметичности СОК и более удачные конструктивно-технологические решения реализации табличной арифметики на основе полупроводниковой постоянной памяти. Они обещали существенное сокращение объёма аппаратуры по сравнению с традиционной двоичной позиционной арифметикой.

Но своевременно задуманный конструктивно-технологический задел не оправдал надежд. Когда он потребовался, выяснилось, что он ещё весьма далёк от возможности практического применения. Все это в совокупности привело к отказу от применения СОК в проекте “41-50”. Начался второй этап реализации проекта на основе традиционной двоичной арифметики.

Супер-ЭВМ “41-50” относилась к рекордсменам своего времени по производительности, и элементная база для неё требовалась самая быстродействующая. В то время в НИИМЭ производилась разработка интегральных схем на основе эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) серии 100. Производство этих ИС осваивалось на “Микроне”, на “Венте” в Вильнюсе, на “Светлане” в Ленинграде и на “Интеграле” в Минске.

Однако состав серии 100 на тот момент был ещё слабоват, а “41-50” имела векторную архитектуру, требующую выполнения массы параллельных операций. Для этого требовались дополнительные ИС, не предусмотренные программой развития серии 100. Была принято решение подключится к программе развития серии, разработав для неё недостающие ИС. Бала открыта специальная тема “Юкола”, в рамках которой были проведены соответствующие исследования, определён состав требующих разработки ИС (их оказалось довольно много – 14) и разработаны функциональные и принципиальные схемы этих 14 ИС. Конструктивно-технологическая разработка этих ИС планировалось проводить совместно с НИИМЭ в рамках разработки рабочего проекта “41-50”. В выполнении темы “Юкола” активное участие принимали Ю.Е. Чичерин (ГК), В.В. Овчинников, В.Л. Дшхунян, Е.В. Бычков, Ю.И. Борщенко, В.В. Теленков, П.Р. Машевич, Г.И. Яркина и др.

Эскизный проект “41-50” был своевременно разработан и принят госкомиссией с высокой оценкой и с рекомендацией о продолжении работ. Один из идеологов “41-50” Н.М. Воробьев так вспоминает финал событий: “В процессе разработки эскизного проекта мы тесно сотрудничали с полковниками от заказчика по алгоритмам обработки их специфичной информации: по существу это была совместная работа. Поэтому и мы, и они живо интересовались судьбой проекта. Они были явными сторонниками “41-50” так как, фактически участвуя в разработке проекта, они его отлично знали, внесли в него все нужные им решения и были уверены в результате.

Однако, неожиданно для нас наступила длительная, в несколько месяцев, не объясняемая пауза. Заключение договора на разработку технического проекта откладывалось. Что там происходило, мы не знали – ГРУ организация серьезная. Но когда решение, наконец, было принято, полковники специально приехали к нам объяснить ситуацию. Мужики с грустью и извинениями («мы стояли за вас горой, как только могли») сообщили нам печальную весть: продолжения работ не будет. Принято решение применять адаптированный под их задачи “Эльбрус”, но они в возможность адаптации не верят, т.к. нет никаких рычагов для обеспечения её проведения”.

Достоверной информации о причинах принятия такого решения у нас нет. Но очевидно влияние позиции МРП, как потенциального производителя “41-50” – изготовитель назван не был.

Так закончился второй проект СВЦ по созданию супер-ЭВМ четвёртого поколения. О его финале вспоминает представитель ген. Заказчика в СВЦ А.И. Абрамов: “Однажды меня вызвал главный инженер заказывающего управления МО полковник С.Ф. Середа и поручил подготовить предложения об использовании результатов темы «Лидер». К тому времени решение о прекращении работ по созданию супер-ЭВМ “41-50” уже было принято. Посовещавшись с нашим куратором в ГУ МО В. М. Капуновым, мы предложили эскизный проект (стопа книг, толщиной более метра) передать в ИТМ и ВТ для использования в проекте «БЭСМ-10». Что и было сделано”.

Система “41-50” была последней разработкой в СВЦ высокопроизводительных многоразрядных супер-ЭВМ. После срыва трёх проектов супер-ЭВМ (5Э53, САПР самолетов и “41-50”) стало окончательно ясно, что разрабатывать целесообразно только то, что можно серийно производить в Минэлектронпроме. Далее СВЦ занимался созданием изделий, которые можно было производить своими силами, – 16-разрядных мини- и микро-ЭВМ, микропроцессоров и систем на их основе. А в малоразрядных системах преимущества модулярной арифметики не существенны и работы по её практическому применению в СВЦ были свернуты.

Судьба СОК

В 1960-1970-х годах в связи с разработками ЭВМ К340А, 5Э53 и ЭВМ-IV в СВЦ и в сотрудничающих с ним предприятиях производились серьёзные научные исследования в области модулярной арифметики и было много публикаций на эту тему в открытой печати, в т.ч. и в виде монографий. Они возбудили серьёзный интерес у иностранных специалистов. Вот что вспоминает академик В.М. Амербаев: “В 1970-71 гг. большой интерес к модулярной арифметике проявили банковские структуры США. Им требовались высокопроизводительные средства для высоконадёжных вычислений с самокоррекцией – именно этим и характерна модулярная арифметика. По данным открытой печати (статьи, книги, патенты) они оценили результаты работы И.Я. Акушского и Д.И. Юдицкого как передовые в мире и обратились в МЭП с предложением о закупке модулярных алгоритмов (предложили около 20 млн. долларов США). Начавшиеся переговоры были пресечены «компетентными органами»”. Об этом же случае, а возможно и о другом, вспоминает уже цитированный нами В.С. Линский: “Во время работы в НИИФП–СВЦ в 1966-1970 гг. я открыто выражал негативное отношение к СОК, вплоть до обращения в Военно-промышленную комиссию при СМ СССР (ВПК). С моим мнением был ознакомлен В.С. Бурцев, выразившийся в том смысле, что однозначный ответ о СОК преждевременен. На вопрос сотрудников ВПК о том, почему американцы хотят закупить результаты И.Я. Акушского и Д.И. Юдицкого, я ответил, что по-видимому это им выгоднее, чем самим проводить исследования в этой области”. А.В. Пивоваров вспоминает другой случай: “У Юдицкого был контакт с французской фирмой, не помню её название, которая пожелала купить проект ЭВМ. Д.И. Юдицкий пришёл ко мне за разрешением на такую сделку, но я отказал ему по двум причинам. Во-первых для выполнения такой сделки необходимо изготовление образца ЭВМ для полной отработки технологии, а сделать то его было не где. Во-вторых – зачем нам вооружать французов, тогда наших потенциальных военных противников. Да если бы я и согласился, нам всё равно бы это не позволили сделать вышестоящие органы”. Были и другие примеры интереса зарубежных фирм к работам СВЦ по СОК, но все они были пресечены “в установленном порядке”.

Главными теоретиками СОК в стране были И.Я. Акушский, Д.И. Юдицкий, В.М. Амербаев и их ученики. Основные положения теории СОК были сформулированы ими в многочисленных статьях и монографиях. Многочисленные технические решения были зарегистрированы авторскими свидетельствами СССР как изобретения, на многие из них были получены патенты Германии, Франции, Великобритании, Италии и США.

На основе СОК И.Я. Акушским, В.М. Амербаевым и их учениками (в СВЦ и за его пределами) были разработаны методы проведения вычислений в супербольших диапазонах с числами в сотни тысяч разрядов. Это определило подходы к решению ряда вычислительных задач теории чисел, остававшихся нерешёнными со времён Эйлера, Гаусса, Ферма.

В целом работы СВЦ по модулярной арифметике, по обобщению СОК на различных классах математических объектов по оценке академика В.М. Амербаева примерно на 10 лет опережали зарубежный уровень.

Прекращение работ по 5Э53 вызвало определённый психологический шок у сторонников СОК, их научная активность существенно снизилась, число открытых публикаций резко сократилось. Имеются свидетельства, что этот факт был замечен зарубежными учёными и их “компетентными органами”, сделавшими вывод о засекречивании этих работ в СССР (истинных причин они не знали). Некоторые страны, например США, последовали этому “примеру” и засекретили работы по модулярной арифметике у себя.

Таким образом, печальная судьба 5Э53 стала причиной пресечения нового, перспективного направления развития отечественной вычислительной техники, превосходящего всё имевшееся и в стране, и за рубежом – модулярной арифметики. Истинных причин остановки ЭВМ 5Э53 практически никто не знал. Но сам факт, получив широкую огласку в кругах специалистов, начал самостоятельную жизнь и стал почти непреодолимым барьером на дальнейшем пути внедрения СОК в отечественную вычислительную технику. Далее модулярной арифметикой в нашей стране занимались только отдельные энтузиасты, в основном, в учебных и академических институтах и, соответственно, в теоретическом плане.

Имеются и другие причины ограничения интереса к модулярной арифметике. Вот некоторые из них:

Модулярная арифметика не позволяет сравнивать числа. А сравнения очень часто используется в алгоритмах решения задач и в программировании при организации условных переходов в программах. Есть способы построения алгоритмов и программ без использования сравнений, но это так же дополнительная головная боль для программиста. Обычно программистов этому не учат, и они опасаются такой новинки. СВЦ постоянно приходилось встречаться с такими опасениями. Даже пришлось делать специальный компилятор, что бы облегчить жизнь программистам, хотя это и не лучший выход.

По-видимому, есть и ещё причины, мешающие достойному применению СОК в вычислительной технике. Очевидно, что у модулярной арифметики есть своя, достаточно широкая, экологическая ниша эффективного применения, но и панацеей её считать нет оснований. Для задач ПРО она весьма полезна, но тот же СВЦ впоследствии столкнулся с применением, где СОК не обладает преимуществами перед позиционной арифметикой, и отказался от его применения.

Уровень элементной базы шестидесятых-семидесятых годов прошлого века (электронные лампы, транзисторы и диоды, интегральные схемы низкой и средней интеграции) не позволял создавать ЭВМ с характеристиками, полностью удовлетворяющими потребителя. Каждая ЭВМ того периода была результатом компромисса между желаемым и возможным. Именно поэтому разработчики ЭВМ искали самые разнообразные методы повышения их производительности и надёжности. Одним из таких методов была модулярная арифметика, и именно поэтому и именно тогда она вызывала повышенный к себе интерес и получила интенсивное развитие. В восьмидесятые годы, с появлением микропроцессоров и других интегральных схем всё возрастающей интеграции, существенно сгладились проблемы и производительности, и надёжности ЭВМ (исчезли километры проводов, тысячи разъёмов и миллионы паек). В настоящее время подавляющее число потребителей использует лишь малую часть возможностей своих ЭВМ и не подозревают, что проблемы производительности и надёжности были когда-то очень актуальны и часто непреодолимы. И поиски путей их преодоления существенно сократились. Последние 20-30 лет в мире почти не появилось новых архитектурных решений и других системных новаций в принципах построения ЭВМ – практически используется задел шестидесятых-семидесятых годов. Колоссальный прогресс вычислительной техники определяется, в основном, технологией микроэлектроники.

Но в настоящее время развитие вычислительной техники, похоже, подходит к очередному кризису. Вызвано это многими причинами, в т.ч.:

В этих условиях интерес к поиску системных методов повышения эффективности вычислительных средств пробуждается вновь. В печати заметно увеличилось количество соответствующих публикаций, в том числе и по модулярной арифметике. Ряд серьёзных фирм начал, пока теоретические, задельные работы в этой области. В этой связи интересно и полезно знать историю и современное состояние отечественной модулярной арифметики.

Юбилей модулярной арифметики

В 2005 г. исполнилось 50 лет первой публикации А. Свободы и М. Валаха о системе остаточных классов, т.е. о модулярной арифметике. Группа зеленоградских специалистов, ранее работавших в СВЦ и участвовавших в разработке суперЭВМ “5Э53”, решила отметить этот юбилей специальной конференцией и заодно выяснить современное состояние модулярной арифметики. К организации конференции удалось привлечь ряд фирм России, Белоруссии, Казахстана, Украины и США. В результате была проведена Юбилейная Международная научно-техническая конференция “50 лет модулярной арифметике”, которая проходила в два этапа:

  1. Заочная Internet-конференция, март-октябрь 2005 г.
  2. Очная конференция в Зеленограде, 23-25 ноября 2005 г.

В конференции приняли участие 49 участников, представивших 32 фирмы России, Белоруссии, Казахстана, Украины и США, выступивших с 44 докладами. К очному этапу был выпущен сборник трудов конференции общим объёмом 774 страницы. Сборник размещён на сайте Виртуального компьютерного музея www.computer-museum.ru, одного из учредителей и организаторов конференции.

В сборнике трудов приведена обширная библиография по модулярной арифметике, включающая 1354 публикаций, в т.ч. 981 (72,1%) на русском языке, и 378 (27,9%) на английском. Библиография включает 34 монографии, 566 статей, 337 докладов на конференциях, 426 патентов (в т.ч. 323 Авторские свидетельства СССР, 75,8%) и 5 пособий.

На рис. 44 приведена гистограмма распределения публикаций, из которой следует, что пики активности публикаций приходятся на 1980-е и 2000-е годы, что свидетельствует о росте интереса к модулярной арифметике.

В материалах конференции на основе анкетирования участников конференции (приняли участие 41 участник конференции) сделан анализ различных аспектов развития и применения модулярной арифметики. Анализ содержит много интересной информации, с которой можно ознакомиться в материалах конференции на вышеуказанном сайте. Мы остановимся только на одном моменте – на оценке участниками конференции областей эффективности модулярной арифметики (рис. 45).

Гистограмма подтверждает, что наиболее эффективна модулярная арифметика на задачах обработки сигналов, изображений, в криптозащите и целочисленной арифметике, при обработке многоразрядных (сотни и тысячи бит) данных. В этом спектре задач и применялись первые модулярные ЭВМ К340А и 5Э53.

Материалы конференции выявили многочисленные примеры реального применения модулярной арифметики, которые были объединены в 4 группы:

Рис. 44. Публикации по модулярной арифметике

Рис. 44. Публикации по модулярной арифметике

1. Технологии построения программных и аппаратных модулярных средств обработки информации:

2. Аппаратная реализация модулярных средств обработки информации

Рис. 4.45. Области эффективности модулярной арифметики

Рис. 4.45. Области эффективности модулярной арифметики

3. Программные модулярные средства обработки информации (эмуляторы):

4. Учебные пособия для высшей школы:

Однако необходимо отметить, что только ЭВМ “EPOS”, “EPOS 2”,  “К340А”, спецпроцессоры “Вычет-1” и “Вычет-2” и изделия “КРИПТОН-4М7” и “СЕКМОД-К” тиражировались промышленно. Все остальные из перечисленных примеров имели только экспериментальные исполнения и применения.

Серьезного исследования зарубежных научных исследований и практических разработок в рамках конференции провести не удалось–участники конференции оказались недостаточно информированы о зарубежных работах. Было проведено только небольшое исследование по данным Internet, которое показало следующее:

1. Вариант модулярной арифметики широко используется в микроконтроллерах интеллектуальных карт (ИК) с высоким уровнем защиты для реализации алгоритмов криптозащиты. Техническая реализация этого варианта узаконена международным стандартом ISO/IEC 10118-4:1998. “Информационные технологии. Методы обеспечения защиты. Хеш-функции. Часть 4. Хеш-функции с применением модулярной арифметики” (Information technology–Security techniques–Hash-functions–Part 4: Hash-functions using modular arithmetic).

2. Интернет полон информации о целом семействе БИС фирмы STMicroelectronics (ранее SGS Thomson) для интеллектуальных карт, ключей доступа и иных средств криптозащиты с применением модулярных арифметических процессоров (Modular Arithmetic Processor – MAP).

Применение МАР фирмой началось в первой половине 1990-х годов. Судя по публикациям, сначала был разработан “512 бит МАР” в виде IP-блока (фирма проектирует БИС по технологии “система на кристалле” (System-on-Chip – SoC), который применялся в БИС семейства ST16. В публикациях 1996 г. об этом говорится, как о хорошо известном подходе. В материалах 1997 г. уже говорится о более мощном IP-блоке “1088 бит МАР”, который широко применяется в семействе БИС ST19.

На момент проведения конференции из Интернета удалось получить информацию о 20 БИС с МАР фирмы STMicroelectronics:

БИС с МАР фирмы STMicroelectronics

БИС с МАР фирмы STMicroelectronics

Эти БИС используются в защищённых интеллектуальных картах с контактным и бесконтактным считыванием и в ключах с USB-портом для систем доступа к оборудованию и информации, например "умный" ключ T8 USB Smart Token (рис. 4.46, а).

3. Компания M-Systems в 1999 г. выпустила на рынок технологию “SuperMAP” (Superscalar Modular Arithmetic). Технология основана на выполненном в виде поддерживаемого компиляторами VHDL, ModelSim, Altera FLEX10K и Synopsys IP-блока многофункционального криптографического сопроцессора SuperMAP, получившего широкую известность благодаря своей высокой производительности и малым размерам.

Рис. 4.46. Изделия, реализующие модулярные алгоритмы

Рис. 4.46. Изделия, реализующие модулярные алгоритмы

Компания M-Systems объявила о новинке на рынке – накопителях для встраиваемых систем серии μDiskOnChip (μDOC) (рис. 4.46, б – однокристальный Flash диск с IDE интерфейсом), объединившей достоинства технологии флэш-памяти, интерфейса USB и технологии SuperMAP. Новые накопители предназначены для применения в телекоммуникационной сфере, торговых терминалах, промышленной автоматике, игровых автоматах–т.е. везде, где требуется надежность хранения данных и высокая скорость обмена. Технология SuperMAP позволяет реализовывать защиту части или всей находящейся на “диске” информации, идентификацию пользователя, цифровую подпись, криптографическую защиту данных. Спецификация нового продукта M-Systems поддержана целым рядом компаний (в частности–Wyse, TECO, MontaVista), занимающих существенную долю рынка встраиваемых систем.

4. Полупроводниковая фирма Emosyn LLC (подразделение фирмы ATMI) и компания M-Systems заключили соглашение о сотрудничестве, предполагающее оптимизацию криптографического сопроцессора SuperMAP компании M-Systems для использования последнего в продуктах фирмы Emosyn. Первыми решениями фирмы Emosyn, в которые будет интегрирована технология SuperMAP, станут представители семейства защищенных микропроцессоров Theseus Platinum. Продукты Theseus Platinum являются ведущими флэш-решениями для рынка смарт-карт и обеспечивают безопасность транзакций в мобильной телефонии, банковских операциях, системах идентификации и общественном транспорте.

5. Микросхема Hifn 6500 (рис. 4.46, в) фирмы Hifn – 1024-битный модулярный арифметический процессор ассиметричного шифрования с 2048-битной поддержкой, реализует алгоритмы шифрования с открытым ключом: RSA, DSA и DH, а также основные функции, оперирующие с большими числами. Предназначен для построения высокоскоростных защищённых линий связи в компьютерных сетях. Выполнен в виде БИС в 160-выводном корпусе.

По сравнению с программной реализацией аналогичных алгоритмов на базе процессора Intel Pentium II – 266, показывает в 15 раз большее быстродействие.

Это только некоторые примеры реального применения модулярной арифметики зарубежными фирмами, полученные поверхностным исследованием в Internet “в одно касание” в 2005 г.

Модулярная арифметика сегодня

Одной из основных задач Юбилейной конференции её организаторы ставили собрать разобщённых приверженцев модулярной арифметики, познакомить их и, тем самым, активизировать работы в этом интересном и не бесперспективном направлении. На конференции было принято решение о регулярном (раз в два года) проведении конференций в южном регионе, где сосредоточена основная масса разработок. В мае 2008 г. такая конференция прошла в Северо-Кавказском государственном техническом университете в форме секции “Проблемы информационных технологий на основе использования модулярной арифметики” в рамках “III Международной научно-технической конференции “Инфокоммуникационные технологии в науке, производстве и образовании”. Конференция показала активизацию работ в области модулярной арифметики. А 11-15 октября 2010 г. в г. Ставрополе состоялась “Всероссийская научной конференция с элементами научной школы для молодежи «Параллельная компьютерная алгебра»”, в которой большое внимание уделяется “алгебре остаточных классов”.

В качестве примера этой активизации рассмотрим работы по созданию нового направления модулярной арифметики – модулярной логарифметики, выполняемые в зеленоградском Институте проблем проектирования в микроэлектроники (ИППМ РАН) под руководством академика В.М. Амербаева. Информацию об этой работе любезно предоставил сам Вильжан Мавлютинович:

Привлекательные структурные особенности модулярной арифметики – параллельность и распределённость арифметических операций, а также арифметичная самокоррекция, потенциально обуславливающие высокую производительность и надёжность вычислений, оборачиваются (вследствие бивалентности современных технологий проектирования и производства вычислительных средств) недостатками субструктурных характеристик модульных операций. Это выражается в увеличении накладных расходов:

В зеленоградском ИППМ РАН его директором академиком А.Л. Стемпковским (рис. 4.47) была поставлена поисковая проблема – адаптация модулярной арифметики к бивалентным технологиям микроэлектроники и преодоление факторов возникновения “накладных расходов” в классе задач повышения надёжности вычислений. Такая постановка требовала отказа от традиционного понимания остатков (вычетов). Это оказалось возможным в общей схеме логарифмических вычислений. На стыке ХХ и ХХI веков за рубежом интенсивно прорабатывалась компьютерная (двоичная) логарифметика, где числа изображались парой: знаком числа и двоичным логарифмом абсолютной величины числа (или некоторым модифицированным эквивалентом).

Академик РАН А.Л. Стемпковский

Академик РАН А.Л. Стемпковский

академик НАН РК В.М. Амербаев

Академик НАН РК В.М. Амербаев

При подобном (мультиплекативном) представлении чисел сильно упрощаются операции деления и умножения, но усложняется цифровая реализация аддитивных операций (сложение и вычитание). Последнее связано с тем, что при этом возникает задача вычисления значений дискретного логарифма Якоби, которая по своей природе вычислительно сложна, а прямое табличное её решение ограничено объёмом используемой памяти компьютера (для 32-разрядных операндов требуется порядка 1032 бит). Математикам давно известно (уже порядка 200 лет), что подобная схема лагорифметики имеет место для любых числовых полей. В частности, и для конечных полей. Стало очевидным, что если в качестве оснований pi модулярной арифметики избрать простые числа и использовать логарифмическое представление вычетов по каждому простому основанию pi, то можно распространить технологию логарифмических вычислений на кольцо вычетов целых чисел по составному модулю P=p1.p2. … .pn, изоморфную традиционным модулярным вычислениям по модулю P= p1.p2. …. pn. Возникли понятия:

В рамках модулярной логарифметики удалось:

Это достигается благодаря адаптации к бивалентным технологиям посредством специального выбора простых оснований с требуемой внутренней структурой. Исследуются алгоритмы вычислительной алгебры в сигнатуре логарифметики, задачи ускорения ортогональных преобразований, в частности дискретного преобразования Фурье тригонометрического базиса. Следует отметить, что если в традиционной арифметике схема БПФ формируется посредством сокращения числа операций умножения (как более трудоёмкой, чем сложной), то в логарифметике ситуация диаметрально противоположная – здесь более трудоёмкими являются аддитивные операции и поэтому ускорения требует ухищрений с накапливанием.

Логарифметика открывает новые технические возможности использования достижений современных бивалентных технологий в задачах проектирования модулярных вычислительных средств. На существующих средствах проектирования и полупроводниковых технологиях она обеспечивает возможность практического создания унифицировнных IP-блоков:

Таким образом, найден ещё один путь развития модулярной арифметики, существенно повышающий её эффективность и снимающий ряд существовавших ранее проблем.

Из книги «Давлет Исламович Юдицкий ». 2011 г.
Помещена в музей с разрешения автора 4 Декабря 2013

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2017