Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → История отечественной вычислительной техники  → К 50-летию Института электронных управляющих машин

К 50-летию Института электронных управляющих машин

Рассматриваются основные этапы развития Института электронных управляющих машин за 50 лет его существования

В октябре 2008 года исполняется 50 лет Институту электронных управляющих машин (ИНЭУМ). Институт был создан на базе самостоятельной Лаборатории управляющих машин и систем АН СССР (ЛУМС), которая двумя годами ранее выделилась из состава Энергетического института АН СССР им. Г.М. Кржижановского. Организатором и первым директором ИНЭУМ был один из пионеров отечественной вычислительной техники, член-корреспондент АН СССР Исаак Семенович Брук (1902 — 1974).

И.С. Брук

И.С. Брук

Если школа академика С.А. Лебедева складывалась в направлении создания ЭВМ максимальной производительности для каждого поколения элементной базы, то школа И.С. Брука изначально была направлена на класс малых и средних ЭВМ, для которых весьма существенным является показатель цена/производительность и сбалансированный компромисс характеристик.

Интересно отметить, что и С.А. Лебедев, и И.С. Брук пришли к созданию цифровых вычислительных машин, имея опыт решения задач в области электроэнергетики с помощью аналоговой вычислительной техники и остро ощущая её недостаточность.

Начало работы И.С. Брука над цифровыми вычислительными машинами относится к 1948 году, когда он совместно с Б.И. Рамеевым составил отчёт о принципах работы двоичной ЭВМ с хранимой программой.

Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ было получено И.С. Бруком и Б.И. Рамеевым с приоритетом, датированным декабрем 1948 г. В 1950-1951 гг. под руководством И.С. Брука в Лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР была разработана автоматическая цифровая вычислительная машина М-1. Она была введена в эксплуатацию в 1952 г. несколькими месяцами позже, чем машина МЭСМ, разработанная С.А. Лебедевым в Киеве. Основные идеи построения М-1 были сформулированы И.С. Бруком и Н.Я. Матюхиным, тогда молодым инженером, окончившим Радиотехнический факультет МЭИ, впоследствии членом-корреспондентом АН СССР. В М-1 были реализованы двухадресная система команд и ряд важнейших решений по выбору логики и схемотехники цифровых ЭВМ, сыгравших весьма значительную роль в дальнейшем развитии отечественной вычислительной техники.

Здесь важно отметить, что разработчики МЭСМ и М-1 пришли к классическому построению своих цифровых вычислительных машин на основе архитектуры с хранимой программой (называемой сейчас архитектурой фон Неймана) независимо друг.т друга и от работ американских учёных (известных в США с 1946 года, но впервые опубликованных в сокращённом виде в 1962 году).

В 1952 г. лабораторией И.С. Брука была разработана машина М-2. Ее разработку выполнила группа выпускников МЭИ, возглавляемая М.А. Карцевым. Работая примерно с такой же скоростью, как и ЭВМ «Стрела», М-2 содержала в 4 раза меньше электронных ламп, потребляла в 7-8 раз меньше электроэнергии, занимала в 10 раз меньшую площадь. Эти достижения были обусловлены применением обычных осциллографических электронно-лучевых трубок в качестве элементов оперативной памяти и полупроводниковых диодов в логических схемах. Вероятно впервые в М-2 при её модернизации в 1953-1956 гг. М.А. Карцевым была реализована идея укороченных адресов в командах (с переключением областей памяти) и укороченных кодов операций как способа согласования форматов команд и форматов чисел. Эта идея была предшественницей способов формирования исполнительных адресов в машинах второго и третьего поколений.

Опираясь на опыт работы над М-1 и М-2, И.С. Брук сформулировал концепцию «малогабаритных» ЭВМ. Первым решением этой задачи была разработка М-3, проведённая в 1956 г. совместно ЛУМС АН СССР (И.С. Брук) и НИИЭП (академик А.Г. Иосифьян ) (в настоящее время ВНИИЭМ). Основные идеи построения М-3 были сформулированы И.С. Бруком, Н.Я. Матюхиным, В.В. Белынским, Б.М. Каганом и В.М. Долкартом. М-3 послужила прототипом для двух промышленных серий отечественных ЭВМ, реализованных участниками разработки М-3 — «Минск» (Г.П. Лопато, впоследствии член-корр. АН СССР) и «Раздан» (Б.Б. Мелик-Шахназаров — в Институте математики АН Армянской ССР, из которого позже выделился Ереванский институт математических машин).

Созданию ИНЭУМ предшествовала постановка И.С. Бруком в 1957 году научной проблемы «Разработка теории, принципов построения и применения специализированных вычислительных и управляющих машин». Проблемная записка, составленная группой специалистов под руководством И.С. Брука, была опубликована АН СССР в 1958 г. в серии «Вопросы советской науки». В записке было показано значение управляющих машин для народного хозяйства, впервые были обоснованы и изложены главные направления фундаментальных и прикладных исследований в области автоматизации производства и управления объектами с помощью специализированных и управляющих машин. Разработка теории и принципов построения вычислительных специализированных и управляющих машин сводилась к исследованиям в области информационного аспекта управления, рассмотрению управляющей машины как элемента электрической цепи, созданию теории и методов осуществления самонастраивающихся систем, разработке новых элементов цифровых машин и логических схем. Были намечены пути применения управляющих машин в энергетике, машиностроении, металлургии, химическом производстве, а также в планировании и статистике народного хозяйства. Эта записка послужила толчком к организации в СССР целого ряда научно-исследовательских институтов и проектно-конструкторских бюро в области создания управляющих машин и систем, с которыми ИНЭУМ в дальнейшем плодотворно сотрудничал.

Понятие о специализированных управляющих и вычислительных машинах, сформулированное в проблемной записке применительно к ЭВМ первого поколения, со временем изменило своё первоначальное значение, благодаря огромному прогрессу в области электроники. В то же время сохранило своё значение и получило дальнейшее развитие введённое И.С. Бруком понятие «управляющие ЭВМ», которые отличаются от универсальных ЭВМ характером связи с объектом управления, более высокой надёжностью, возможностью работы в реальном масштабе времени, эксплуатацией в неблагоприятных промышленных условиях внешней среды и др. 

В 1957 году в один из оборонных НИИ, которым руководил Главный конструктор Г.Л. Шорин, перешла группа учеников И.С. Брука во главе с Н.Я. Матюхиным на разработку цифровых вычислительных средств для систем противовоздушной обороны. В дальнейшем эта группа составила ядро отделения в НИИ автоматической аппаратуры (НИИАА), которым руководил академик В.С. Семенихин. Ещё будучи в ИНЭУМе Н.Я. Матюхин, в 1957 г. предложил (независимо от М. Уилкса) принцип микропрограммного управления ЭВМ, что потребовало детальной проработки алгоритмов выполнения арифметических операций, разложения их на элементарные микрооперации и макетной проверки схемотехники микропрограммной машины, использующей постоянную память для хранения микропрограмм. Реализован этот принцип был Н.Я. Матюхиным в 1960 г. в специализированной машине «Тетива». В дальнейшем он широко использовался разработчиками управляющих и вычислительных машин как в ИНЭУМ, так и в других организациях.

В 1958-1964 гг. в ИНЭУМ была разработана управляющая вычислительная машина М4 (М4-М, М4-2М), предназначенная для управления в реальном времени комплексом радиолокационных станций, который создавал Радиотехнический институт АН СССР (академик А.Л. Минц) в составе радиоэлектронной системы наблюдения за искусственными спутниками Земли. М4 была одной из первых отечественных машин, построенных на элементной базе второго поколения. Хотя решение о запуске М4 (М4М) в серийное производство было принято в 1962 г. после успешных испытаний на действующем макете комплекса радиолокационных станций, Главный конструктор М4 М.А. Карцев настоял на существенной модернизации машины, имея в виду, что благодаря прогрессу в электронной технике за 1958-1962 гг. можно было резко улучшить характеристики и выпустить машину, на порядок более мощную, чем ЭВМ, выпускавшиеся тогда в СССР. Модернизированная машина М4-2М имела быстродействие 220 тыс. оп/сек на программах, записанных в постоянной памяти, объём оперативной памяти — до 16 Кслов (29-разрядных), памяти инструкций и констант — до 12 Кслов, (29-разрядных). В таком виде М4-2М выпускалась серийно с 1964 г. в течение 15 лет. Для неё были затем в 1968 г. разработаны периферийные машины (М4-3М) для ввода и первичной обработки данных, поступающих от объекта, хранения, документирования и выдачи информации внешним абонентам при одновременной асинхронной работе всех абонентских систем и устройств. Быстродействие комплекса из М4-2М и М4-3М составляло 400 тыс. оп/сек.

Руководителем этих разработок М.А. Карцевым был сделан значительный вклад в развитие отечественных цифровых вычислительных и управляющих машин. Свой опыт и представления об архитектуре ЭВМ  М.А. Карцев обобщил в монографии «Архитектура цифровых вычислительных машин», изданной в 1978 г., рассмотрев эти вопросы применительно к машинам третьего поколения.

В 1967 г. М.А. Карцев предложил новый подход к построению архитектуры и структуры вычислительных систем, использующих параллелизм в вычислениях. Под руководством М.А. Карцева в ИНЭУМ был разработан эскизный проект вычислительной системы М-9 с производительностью 1 млрд. оп/сек. В М-9 на матрице 32в32 элементарных вычислителей с общим потоком команд должны были выполняться операции над новым классом операндов: не над числами, а над функциями одной или двух переменных, заданных в дискретных точках.

Проект М-9 был богат новыми в то время идеями, многие из которых не реализованы до сих пор. Разработка М-9 в полном объёме не была осуществлена из-за ограничений элементной базы и технологии, существовавших в то время.

В дальнейшем коллектив М.А. Карцева составил ядро научно-исследовательского института вычислительных комплексов (в настоящее время носящим имя М.А. Карцева), создавшего высокопроизводительные вычислительные комплексы М-10 и М-13, в которых были воплощен ряд решений, предложенных в проекте М-9.

В 1958-1961 гг. в ИНЭУМ под руководством И.С. Брука была разработана универсальная ЭВМ М-5, предназначенная для планово-экономических расчётов. М-5 отличалась развитыми возможностями мультипрограммной и многотерминальной работы и, будучи одной из первых отечественных ЭВМ, построенных на технической базе второго поколения, по своей архитектуре и структуре во многом являлась предшественницей ЭВМ третьего поколения. Надо отметить, что разработчики М-5 в ИНЭУМ не имели во время разработки каких-либо сведений о существовании ЭВМ с подобными возможностями. Сведения о зарубежных ЭВМ с мультипрограммным режимом работы, появившихся в 1960‑1961 гг. («Атлас», «Гамма-60» и др.), стали известны у нас значительно позже того, как разработка М-5 была завершена. К сожалению, М-5 не была освоена в серийном производстве, так как Минскому заводу им. С. Орджоникидзе, с которым работал ИНЭУМ по М-5, в это время было поручено организовать производство ЭВМ «Весна».

Важным направлением работ ИНЭУМ в 1960-х годах была автоматизация мощных энергоблоков «котел-турбина-генератор» на тепловых электростанциях. Разработанные в ИНЭУМ управляющие машины М-7 были введены в эксплуатацию в 1966 г. на блоке 200 МВт Щекинской ГРЭС и в 1969 г. на блоке 800 МВт Славянской ГРЭС. Системы управления энергоблоками на базе М7 выполняли функции поддержания нормальных режимов работы блока с оптимизацией их на минимум расхода топлива и выдачей соответствующих уставок на регуляторы, а также сложные логические программы операций пуска и останова энергоблока, анализ сочетаний параметров работы энергоблока с целью обнаружения предаварийных ситуаций, отображение необходимой информации на табло пульта оператора энергоблока.

Разработкой и внедрением М7 руководили Н.Н. Ленов и Н.В. Паутин, бывший директором ИНЭУМ в 1964-1967 гг. 

В начале 1960-х годов руководство страны приняло решение, направленное на «приближение науки к производству». Значительная часть институтов бывшего Отделения технических наук АН СССР была передана в промышленность, в том числе и ведущие институты в области вычислительной техники (ИТМ и ВТ, ИНЭУМ и другие). Постепенно изменилась тематика этих институтов в ущерб фундаментальным исследованиям и перспективным разработкам. Изменилась мотивация учёных, работавших в этих, теперь промышленных институтах. Это решение привело к значительному ослаблению АН СССР по направлениям науки, связанным с кибернетикой и информатикой. Оно коснулось прежде всего Российской Федерации, академическая наука которой отождествлялась с АН СССР. Работы в области кибернетики и информатики стали развиваться в это время в академиях наук союзных республик (Украина, Белоруссия, Эстония, Латвия, Литва, Армения, Грузия, Узбекистан), а также в Сибирском и Дальневосточном отделениях АН СССР, благодаря усилиям их организаторов — академиков М.А. Лаврентьева, С.Л. Соболева, А.А. Воронова.

С середины 1960-х годов ИНЭУМ сотрудничал с многими из академических институтов, представляя отраслевую науку, как головная организация Минприбора СССР в области вычислительной техники.

В 1965 г. ИНЭУМ возглавил работы Минприбора СССР по созданию Агрегатной системы средств вычислительной техники на микроэлектронной базе (АСВТ-М), предназначенной, в первую очередь, для автоматизации технологических процессов в промышленности и автоматизированных систем управления предприятиями и входящей в состав Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Хотя в эти годы производство отечественных интегральных схем еще находилось в стадии разработки и опытной эксплуатации, уже в 1970 году в ИНЭУМ были созданы первые в стране управляющие вычислительные комплексы третьего поколения. Эти комплексы в совокупности с другими агрегатными комплексами ГСП составили техническую базу автоматизированных систем, которые в большом количестве создавались в СССР в 70-х годах для решения задач автоматизации диспетчерского управления в крупных энергосистемах, управления технологическими процессами, производством и предприятиями в машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности, а также для автоматизации научных исследований и экспериментов.

Главным конструктором АСВТ-М был назначен Б.Н. Наумов (1927-1988), ставший директором ИНЭУМ в 1967 г. (в 1984 году избранный действительным членом АН СССР).

Идеология, структура, принципы унификации моделей УВК, узлов и устройств АСВТ были разработаны во второй половине шестидесятых годов совместно ИНЭУМ (Е.Н. Филинов) и НИИУВМ (В.В. Резанов).

При определении принципов архитектуры и структуры моделей ЭВМ и УВК, входящих в состав АСВТ, учитывались два принципиальных момента:

В составе АСВТ были предусмотрены две очереди разработки.

Первая очередь на технической базе второго поколения (АСВТ-Д) включала модели М-1000 (ТНИИСА), М-2000, М-3000 (НИИУВМ).

Вторая очередь на технической базе третьего поколения (АСВТ-М) включала модели М-4000/М-4030 (ИНЭУМ совместно с Киевским ПО «Электронмаш»), М-5000 (СКБ Вильнюсского завода счётных машин), М-6000, М-7000 (НИИУВМ), М-400, М-40 (ИНЭУМ).

Для моделей верхнего уровня (М-2000, М-3000, М-4000/М-4030) была выбрана архитектура, которая обеспечивала программную совместимость с моделями ЕС ЭВМ, промышленное производство которых было развернуто в СССР в начале 1970-х годов. Проработка сопряжения моделей верхнего уровня АСУП с управляющими комплексами нижележащих уровней, выполненная в рамках АСВТ, подготовила основу для разнообразных проектов совместного использования ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ в дальнейшем. При разработке программного обеспечения АСВТ был решен вопрос обеспечения совместимости близких архитектур на уровне операционных систем. Как известно, решение разработчиков НИИЦЭВТ по выбору архитектуры было связано с альтернативой обеспечения двоичной совместимости семейства ЕС ЭВМ с системой 360/370 фирмы IBM или с Системой 4 фирмы ICL , и это представлялось принципиальным вопросом. Операционная система ДОС АСВТ, разработанная в ИНЭУМ под руководством И.Я. Ландау и В.А. Козмидиади, будучи совместимой для приложений с OS BS -2000 фирмы Сименс (архитектура семейства Siemens 4004), работала на аппаратуре М-4030, двоично-совместимой с аппаратурой ЕС ЭВМ. Разработкой аппаратуры М-4000/М-4030 руководил в ИНЭУМ В.Г. Захаров.

М-2000 серийно выпускалась Северодонецким приборостроительным заводом, М-3000, М-4030 — Киевским заводом ВУМ. Разработка и освоение производства М-4030 были отмечены Государственной премией Украинской ССР (А.Ф. Незабитовский, С.С. Забара, В.А. Афанасьев, Э.И. Сакаев, В.Н. Харитонов, Ю.М. Ожиганов, А.Г. Мельниченко — Киевский ВУМ и Б.Н. Наумов, И.Я. Ландау — ИНЭУМ).

Старшие модели АСВТ сыграли роль моста между управляющими комплексами ГСП и универсальными вычислительными машинами Единой системы ЭВМ, обеспечив проектным организациям выбор технической базы АСУ в зависимости от конкретных условий. Такой выбор требовался не только в сфере автоматизации промышленности, где проектировщики могли использовать связки машин М-4030, М-400 и М-40 или М-4030 и М-6000/М-7000, но и других областях. Одной из таких областей была система массового обслуживания «Сирена», предназначенная для резервирования мест на авиалиниях Аэрофлота, разработанная Институтом проблем управления (главный конструктор В.А. Жожикашвили) совместно с НИИУВМ. Техническую базу «Сирены» составляли два вычислительных комплекса М-3000, сопряженные по коммутируемым или выделенным телефонным линиям с абонентскими пультами кассиров Аэрофлота и региональными центрами переработки информации на основе комплексов М-6000/М-7000.

Для моделей АСВТ-М среднего уровня, относящихся к классу мини-ЭВМ, были выбраны две архитектурные линии. Первую из них представляли модели М‑6000 и М-7000, разработанные НИИУВМ под руководством В.В. Резанова и В.М. Костелянского и выпускавшиеся Северодонецким приборостроительным заводом, Киевским заводом ВУМ и Тбилисским заводом УВМ. Эта архитектура была преемственной от мини-ЭВМ «Параметр», у которой базовая система инструкций процессора и структура операционной системы были сходны с архитектурой мини-ЭВМ HP 2116 фирмы Hewlett — Packard . В составе семейства М‑6000/М-7000 была разработана большая номенклатура устройств связи с объектом, устройств ввода-вывода, средств внутрисистемных коммуникаций.

Была создана операционная среда, управляющая ресурсами распределенной системы сбора информации, ее переработки и диалога с оператором технологического процесса в составе АСУТП. Ядро этой операционной среды М-6000 в своем развитии составило мощную операционную систему АСПО (Агрегатная система программного обеспечения), много лет служившую основой создания и использования последовавших за М-6000/М-7000 комплексов СМ1, СМ2, СМ1210, ПС1001 и других. При разработке комплекса М-7000 с целью повышения надежности была реализована двухпроцессорная организация центрального вычислительного устройства, что дало возможность использовать его для прямого управления даже такими объектами, как атомные энергоблоки.

Вторую архитектурную линию моделей АСВТ-М среднего уровня представляла М-400, также относившаяся к классу мини-ЭВМ. Архитектура, выбранная для М-400, предусматривала систему команд и способы адресации, обеспечивавшие программную совместимость с семейством мини-ЭВМ PDP -11, фирмы Digital Equipment Corp ., наиболее распространенным за рубежом в то время (как стандарт «де-факто»), а также магистральный системный интерфейс ОШ — «Общая шина» (Unibus). К «Общей шине» подключались контроллеры периферийных устройств (внешней памяти, ввода-вывода), а также контроллеры, связывающие центральное вычислительное устройство с устройствами связи с объектом (УСО) из номенклатуры УСО М-6000/М-7000 и с машинами централизованного контроля М-40.

Возможность подключения к «Общей шине» контроллеров, позволяющих управлять аппаратурой, связанной с приборными интерфейсами, позволяла создавать на базе М-400 проблемно-ориентированные измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) с использованием средств, отвечающих международным стандартам CAMAC (Computer — Aided Measurement And Control), и Агрегатного комплекса электроизмерительной техники (АСЭТ) ГСП. Это обеспечило применение АСВТ-М не только в области промышленной автоматизации, но и в области автоматизации научных исследований и экспериментов.

Третьей важной областью применения М-400 стала автоматизация проектирования. На базе М-400 были созданы проблемно-ориентированные комплексы в виде АРМ (автоматизированных рабочих мест) для САПР в области радиоэлектроники и машиностроения, включающие в себя необходимые графические устройства для ввода-вывода информации и специальное прикладное программное обеспечение. Межведомственная программа работ по САПР в оборонных отраслях промышленности, возглавляемая Минрадиопром СССР (заместитель министра А.А. Реут) и головной организацией этого министерства НИИ «Алмаз», также была примером формирования и реализации государственной научно-технической политики. От ИНЭУМ в этих работах принимали активное участие И.Я. Ландау и Е.Н. Филинов.

Серийный выпуск М-400 с 1974 г. осуществлял Киевский завод ВУМ, производство ИВК — Вильнюсский завод электроизмерительной техники, а АРМ — Гомельский завод радиотехнического оборудования.

Разработка в рамках АСВТ-М в первой половине 1970-х гг. производительных интерактивных графических дисплеев, ориентированных на архитектуру ЭВМ с общей шиной, открыли перспективу использования разработок ИНЭУМ в системах автоматизированного проектирования. Характеристики графического комплекса на базе М-400 и экранного графического пульта ЭПГ-400 (В.И. Фукс) позволили ЦКБ «Алмаз» (академик Б.В. Бункин) выбрать его в качестве основной платформы оснащения предприятий оборонного комплекса автоматизированными рабочими местами (АРМ) проектировщиков. Серийное производство дисплеев ЭПГ-400 было организовано на Львовском заводе им. В.И. Ленина, а комплексирование АРМ на основе М-400 и ЭПГ-400 — на Гомельском заводе ГЗРТО. Это позволило в сжатые сроки начать внедрение АРМ в практику конструирования.

Отдельное место в составе АСВТ-М занимала модель М-5000, также относящаяся к классу мини-ЭВМ. Она была предназначена для замены машин счетно-перфорационного комплекса на машиносчетных станциях ЦСУ СССР, которые в середине 60-х годов устарели как морально, так и физически. Оригинальная архитектура М-5000 учитывала специфику учетно-статистических задач. Разработку и серийный выпуск М-5000 осуществлял вильнюсский завод счётных машин (главный конструктор — А.М. Немейкшис).

Машина централизованного контроля и управления М-40, занимавшая нижний уровень в иерархии моделей АСВТ‑М, была предназначена для сбора, первичной обработки и регистрации параметров технологических процессов, многоканального двухпозиционного регулирования и вывода информации на цифровые индикаторы и электро-лучевые трубки пультов операторов. М‑40 имела 1688 входных каналов (1000 аналоговых и 688 дискретных), скорость опроса датчиков с унифицированным в ГСП сигналом — 400 каналов в секунду, погрешность измерения аналоговых сигналов — 0,4 %. Число выходных двухпозиционных каналов управления объектом составляло 960. В М-40 был принят микропрограммный принцип выполнения программ, записываемых в постоянном запоминающем устройстве (с целью повышения надежности) емкостью 16 Кбайт.

Разработка М-40 была выполнена в ИНЭУМ (Э.В. Кешек, Н.Д. Кабанов), а серийный выпуск осуществлял Московский завод «Энергоприбор» (С.Я. Лебединский, В.П. Федорин).

В 1974 г. решением Межправительственной комиссии по сотрудничеству социалистических стран в области вычислительной техники (МПК по ВТ) ИНЭУМ был определён головной организацией по созданию Системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ), а директор ИНЭУМ  Б.Н. Наумов назначен Генеральным конструктором СМ ЭВМ. С 1984 г. директором ИНЭУМ и Генеральным конструктором СМ ЭВМ стал Н.Л. Прохоров. Комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по СМ ЭВМ выполнялся более чем 30 институтами и предприятиями СССР, Болгарии, Венгрии, ГДР, Республики Куба, Польши, Румынии и Чехословакии.

СМ ЭВМ была построена как агрегатная система технических и программных средств вычислительной техники, нормативного, методического и эксплуатационного обеспечения и стандартов, обеспечивавшая рациональную совместимость и унификацию системных, архитектурных, схемотехнических и конструктивных решений.

СМ ЭВМ включала в себя набор базовых моделей микро- и мини-ЭВМ: базовый ряд процессоров различной производительности и устройств оперативной памяти; широкую номенклатуру устройств ввода-вывода информации, внешней памяти, отображения информации, связи с объектом, внутримашинной и межмашинной связи. СМ ЭВМ была предназначена для построения управляющих вычислительных комплексов, используемых в системах управления промышленными технологическими процессами и агрегатами, измерительно-вычислительных комплексов, используемых в системах автоматизации проектирования, комплексов сбора и обработки данных в системах объектами промышленной сферы, а также для выполнения небольших по объему коммерческих и инженерных расчетов. С середины 1970-х годов две международные системы ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ — в совокупности, дополняя друг друга стали технической базой автоматизации управления и обработки информации во всех сферах народного хозяйства стран, участвовавших в Соглашении по сотрудничеству в области вычислительной техники.

Авторитет и роль ИНЭУМ как головной организации по СМ ЭВМ, в создании которой участвовали несколько десятков организаций и предприятий сотрудничавших стран, были поддержаны опытом и квалификацией инженерной школы малых ЭВМ  И.С. Брука и школы построения систем машин и агрегатных комплексов, формировавшейся под руководством Б.Н. Наумова. Б.Н. Наумов, как Генеральный конструктор СМ ЭВМ, провёл последовательную линию на принятие международных стандартов на интерфейсы аппаратуры и системы программирования СМ ЭВМ, конструктивы, определяющие типоразмеры печатных плат, панелей и стоек, и другие нормативы, обеспечивающие сопряжение устройств разных изготовителей в составе комплекса.

Разработанные принципы технологии и стандарты СМ ЭВМ охватывали все аспекты унификации элементов, узлов и устройств, конструкций, моделей ЭВМ, программных средств с учётом технологии и мощности отечественной промышленности и позволили организовать крупносерийное производство.

Без этой нормативной базы, созданной Советом Главных конструкторов (СГК СМ ЭВМ), с самого начала разработки, было бы невозможным решение поставленной задачи — обеспечить крупносерийное промышленное производство СМ ЭВМ кооперацией специализированных предприятий, находящихся в разных странах.

При разработке СМ ЭВМ были приняты несколько общих принципов, среди которых в качестве важнейших следует отметить:

ИВК, созданные на базе СМ ЭВМ, средств КАМАК или АСЭТ, были ориентированы на автоматизацию сложных экспериментов в реальном времени в различных областях науки и техники. Гибкость и модульность средств СМ ЭВМ, наличие развитых средств сопряжения между ЭВМ и экспериментом в стандарте КАМАК или АСЭТ, наличие проблемно-ориентированных системных и прикладных программных средств СМ ЭВМ обеспечили широкое использование ИВК в системах автоматизации научных исследований, в первую очередь в институтах АН СССР.

Появление СМ ЭВМ позволило принципиально повысить эффективность и массовость применений автоматизированных рабочих мест в САПР. Возможности универсального, базового графического и прикладного программного обеспечения, систем управления базами данных сделали реальностью диалоговый режим проектирования, получение результатов проектирования в удобной форме, возможность ввода, редактирования и вывода графических изображений, схем и чертежей. В состав АРМов входили графические периферийные устройства, разрабатываемые по поручениям ВПК предприятиями Минрадиопрома, Минавиапрома, Миноборонпрома, Минсредмаша и ряда других ведомств для применения в областях радиоэлектроники (АРМ-Р), машиностроения (АРМ-М), строительства (АРМ-С), экономики (АРМ-Э) и др. Реализованный принцип программно-аппаратной совместимости всех средств СМ ЭВМ обеспечил безболезненное для пользователей и последовательное наращивание производительности АРМ, включением в его состав разрабатываемых в институте процессоров СМ3, СМ4, СМ1420, СМ1700 и графических векторных и цветных растровых дисплеев ЭПГ-СМ и ЭПГ-3 (В.И. Фукс).

Разработка СМ ЭВМ выполнялась по двум архитектурным линиям.

Первая включала широкую номенклатуру управляющих вычислительных комплексов на базе микро-ЭВМ семейства СМ 1800, построенных по магистрально-модульному принципу (Н.Л. Прохоров, А.Н. Шкамарда, Н.Д. Кабанов, А.Я. Соколов).

Первые модели этой линии представляли собой 8-разрядные микро ЭВМ (микропроцессор КР580), построенные по магистрально-модульному принципу с внутренним интерфейсом И41 (Multibus).

В 1986 г. был разработан и начат серийный выпуск первой 16-разрядной модели этого семейства — СМ 1810 (микропроцессор К 1810). Было разработано шесть модификаций СМ 1810 общего применения и четыре модификации для работы в промышленных условиях (СМ 1814).

В 1990 г. была завершена разработка 32-разрядного вычислительного комплекса СМ 1820 на базе микропроцессора Intel 80386.

Всего было разработано и выпускалось 26 модификаций семейства СМ 1800.

В составе этой линии СМ ЭВМ была разработана широкая номенклатура внешних устройств, устройств связи с объектом, сетевых средств, адаптеров различных интерфейсов (C2, RS422, ИЛПС, BITBUS, ИРПР и др.)

Во всех разработках семейства СМ 1800 был принят и реализован принцип магистрально-модульной архитектуры, что позволило практически непрерывно обеспечить процесс эволюционного развития всех моделей семейства как в части повышения производительности, так и удовлетворения функциональным требованиям области применения.

Системное программное обеспечение семейства СМ 1800 включало в себя инструментальные операционные системы (ДОС 1810, БОС 1810), исполнительные операционные системы реального времени (ОС СФП, БОС 1810), операционные системы общего назначения (Микрос-86, Демос, МДОС).

Возможность использования достаточно широкой номенклатуры серийно выпускаемых технических и программных средств семейства СМ 1800 позволяла удовлетворить требования таких областей применения, как АСУТП, АСНИ, ГПС, системы обработки экономической и текстовой информации и др. 

Соисполнителями на всех стадиях разработки семейства СМ 1800 являлись заводы-изготовители: Киевское ПО «Электронмаш» и ПО «Орловский завод УВМ им. К.Н. Руднева».

Вторая архитектурная линия СМ ЭВМ была представлена рядом программно совместимых моделей мини-ЭВМ разной производительности. Младшие модели этой линии включали 16-разрядные ЭВМ (СМ 3, СМ 4, СМ 1300, СМ 1420) на базе системного интерфейса «Общая шина» (ОШ) (ИНЭУМ — Б.Н. Наумов, А.Н. Кабалевский, В.П. Семик, Ю.Н. Глухов, Е.Н. Филинов, КПО «Электронмаш» — В.А. Афанасьев, С.С. Забара, В.Г. Мельниченко, В.Н. Харитонов).

Развитием СМ 1420 являлся вычислительный комплекс СМ 1425 (Н.Л. Прохоров, Л.М. Плахов, Г.А. Егоров), в котором был применен 22-разрядный магистральный параллельный системный интерфейс МПИ и который имел более развитые архитектурные возможности.

Особое место в этой архитектурной линии занимали 32-разрядные мини-ЭВМ семейства СМ 1700 с интерфейсом ОШ и СМ 1702 с интерфейсом МПИ (главный конструктор — Н.Л. Прохоров, В.В. Родионов, В.И. Фролов, Г.А. Егоров, Л.М. Плахов). Архитектура этого семейства обеспечивала поддержку виртуальной памяти, программную и аппаратную совместимость с 16-разрядными моделями мини-ЭВМ, а также развитую систему диагностирования.

Программное обеспечение этой линии было представлено широким набором операционных систем (ДОС, ФОБОС, ДИАМС, РАФОС, ДОС КП, ОС РВ, ДЕМОС, МОС ВП и др.), сетевого программного обеспечения для создания локальных и распределенных сетей ЭВМ (МАГИСТР, РЕЛОКС, ММК, Сеть СММ, Колос), информационных систем (МИРИС, БАРС, МИС, КАРС, и др.), пакетов прикладных программ различного назначения.

Все модели архитектурной линии серийно изготовлялись на заводах КПО «Электронмаш» (г. Киев), заводе «Энергоприбор» (г. Москва) и ЛПО «СИГМА» (г. Вильнюс), которые принимали самое непосредственное участие и на стадиях разработки.

При разработке архитектуры СМ ЭВМ были развиты оригинальные принципы построения систем с разделением функций, благодаря которым удалось реализовать на доступной в то время элементной базе двухпроцессорные вычислительные комплексы, обеспечившие программную совместимость с выпускавшимися ранее ЭВМ серии «МИР» (для инженерных расчётов) и ЭВМ серии М 5000 (для решения коммерческих приложений).

Большое место в номенклатуре СМ ЭВМ занимали контроллеры и периферийные устройства, а также спецпроцессоры, обеспечивающие значительное повышение производительности ЭВМ для конкретного класса решаемых задач. Здесь, прежде всего, необходимо отметить спецпроцессор для быстрых преобразований Фурье, разработанный совместно с Институтом радиотехники и электроники АН СССР и использовавшийся для обработки радиолокационных изображений поверхности планеты Венера (Б.Я. Фельдман). Для этого крупномасштабного исследования, проведенного АН СССР под руководством академика В.А. Котельникова, требовались вычислительные мощности, эквивалентные супер-ЭВМ, которыми ИРЭ АН СССР не располагал. Задачу удалось решить с помощью мини-ЭВМ, расширенной спецпроцессором Фурье.

Другим примером является параллельный матричный процессор (ПМП) для решения задач фильтрации, операций с векторами и матрицами, выполнения Фурье преобразований и т. д. (В.Б. Егоров).

Отдельно необходимо отметить процессор логического моделирования, который являлся специализированным вычислителем для ускоренного моделирования цифровых схем (Б.Г. Сергеев). Область применения этого спецпроцессора — системы автоматизированного проектирования СБИС. Оригинальная потоковая (конвейерная) архитектура спецпроцессора обеспечивала ускорение моделирования по сравнению с ЭВМ общего назначения в среднем в 1000 раз.

Приведенные выше данные о семействе СМ ЭВМ свидетельствуют о том, что они не были копиями зарубежных прототипов, а обеспечивали программную совместимость с семейством мини-ЭВМ, наиболее распространенным на Западе в то время.

«Бытует мнение, — говорил Б.Н. Наумов, — что ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ представляли собой копии зарубежных образцов. Это мнение является ошибочным. ЭВМ Единой Системы так же, как и СМ ЭВМ, существенно отличаются от аналогичных зарубежных ЭВМ хотя бы уже потому, что они созданы базе нашей отечественной технологии, а она неадекватна зарубежной. При разработке моделей Единой Системы и СМ ЭВМ была поставлена цель обеспечить в максимальной мере их совместимость с ЭВМ, разработанными в других странах. Такая цель вполне оправдана, поскольку в противном случае наша вычислительная техника была бы изолирована от мировых достижений в области компьютерной технологии и, в частности, принципиально не имела бы доступа к накопленному в мире программному обеспечению».

С 1974 г. по 1990 г. по разработкам ИНЭУМ было выпущено более 60 тысяч вычислительных и управляющих комплексов СМ ЭВМ, а также измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) и автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе СМ ЭВМ.

Важно подчеркнуть, что индустрия СМ ЭВМ включала в себя развитую по всей стране инфраструктуру технического обслуживания и обучения. Средства СМ ЭВМ явились массовой школой для многих десятков тысяч специалистов, которые входили тогда в мир компьютерных технологий.

В последние годы основные направления деятельности Института связаны с развитием перспективных технологий автоматизации на базе нового поколения технических и программных средств СМ ЭВМ, обеспечивающих оптимальные решения в области промышленной автоматизации.

Номенклатура нового поколения средств автоматизации СМ ЭВМ включает управляющие вычислительные комплексы промышленного назначения, широкий набор промышленных контроллеров для создания АСУТП в различных отраслях промышленности, инструментальные программные средства ( CASE -системы) и прикладное ПО для построения систем автоматизации технологическими процессами.

Основой нового поколения СМ ЭВМ является единая методология построения систем автоматизации произвольного масштаба и структуры, за счет чего достигается:

Технические средства СМ ЭВМ сертифицированы Госстандартом России как средства измерения.

Области применения нового поколения СМ ЭВМ включают:

В последние годы в Институте разработано и организовано серийное производство широкого спектра технических и программных средств УВК СМ ЭВМ, построенных на современной элементно-конструктивной базе и новых структурных решениях.

К основным характеристикам УВК СМ ЭВМ следует отнести:

В состав современных технических средств УВК СМ ЭВМ входят:

СМ1820М  — функционально-полный комплекс технических и программных средств, построенный на современной элементно-конструктивной базе и передовых структурных решениях, обеспечивает возможность создания многоуровневых автоматизированных систем управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.

Архитектура и схемотехнические решения, использованные в СМ1820М, направлены на обеспечение высокой производительности, надежности и живучести управляющих систем, построенных на его основе.

Технические средства СМ1820М сертифицированы Госстандартом России как средства измерения и рекомендованы Госатомнадзором России для применения на объектах использования атомной энергии.

В состав технических средств модели СМ1820М входят промышленные контроллеры СМ1820М КП и СМ1820М КПМ, мини-контроллеры и моноблочные контроллеры для построения распределенных систем, а также управляющие вычислительные комплексы (УВК) нижнего уровня СМ1820МНУ для централизованного контроля и управления сосредоточенными объектами и управляющие вычислительные комплексы верхнего уровня СМ1820МВУ, предназначенные для создания серверов и автоматизированных рабочих мест. Промышленные контроллеры и УВК модели СМ1820М могут использоваться как автономно, так и в составе локальных сетей. Конструкция промышленных контроллеров и УВК позволяет эксплуатировать их в промышленных средах.

Программное обеспечение СМ1820М включает системное программное обеспечение на базе операционных систем Windows , Linux , QNX , программный пакет SCADA — WinCC , программное обеспечение автоматизированных рабочих мест, средства дистанционного управления, тесты.

Комплекс технических средств СМ СИКОН  — полнофункциональный набор унифицированных модулей вычислительной техники, предназначенный для создания распределенных АСУТП по заказной спецификации.

КТС СМ СИКОН включает: контроллеры управляющие — номенклатурный ряд контроллеров, ранжированный по уровню обеспечения надёжности (одинарный, дублированный, троированный); контроллеры устройств связи с объектом (УСО) — номенклатурный ряд контроллеров, ранжированный по количеству обрабатываемых информационных каналов и по уровню обеспечения надежности; полнофункциональный набор модулей ввода-вывода стандартных сигналов ГСП.

Схемотехническими решениями в КТС СМ СИКОН обеспечивается искрозащита цепей датчиков, гарантированное электропитание, гарантированная достоверность информации, получаемой от объекта и передаваемой на верхний уровень АСУТП; имеются также системные средства обеспечения отказоустойчивости (диагностика, резервирование, мажоритарная логика, «безударное» переключение между основным и резервным оборудованием, горячая замена модулей и т. п.).

Конструктивно-технологическая база обеспечивается соблюдением международных стандартов: ISO 11898 (интерфейс CAN2.8), IEEE 802.1 (интерфейс Ethernet 10base-T), EN50298 (унифицированный конструктив — шкаф TS8 RITTAL), IEEE Std 1101.10-1996 (унифицированный конструктив для микроЭВМ), EN 50022 (шина монтажная NS35). Поддерживается две линии процессорных модулей — на основе 16- и 32-разрядных микроконтроллеров.

В качестве среды функционирования и разработки технологических задач используется SCADA-система Phocus (совместная разработка фирм Науцилус (Россия), Jade Software Ltd. (Англия), JadeNorge (Норвегия)).

В качестве инструментального программного обеспечения для программирования контроллеров используются система ISaGRAF на базе стандартов IEC 1131-3.

Компоновка КТС СМ СИКОН осуществляется на основе технических требований Заказчика. В пределах заказной конфигурации принятые конструктивные и системотехнические решения допускают в определенном диапазоне перенастройку пользовательских функций по количеству и составу подключенных функциональных модулей.

Для обеспечения надежности системы применяется резервирование наиболее важных элементов и систем. Применены дублированная система питания 24В с аккумуляторной поддержкой и дублированные интерфейсы Ethernet и CAN , предусмотрена возможность дублирования и троирования управляющих контроллеров.

Гальваническая развязка входных и выходных сигналов достигается за счёт схемотехнических решений модулей аналогово-частотных преобразователей и модулей дискретного ввода/вывода сигналов.

Для обеспечения искробезопасности цепей входных и выходных сигналов применены изолирующие аналого-частотные и частотно-аналоговые преобразователи с видом защиты «искробезопасная электрическая цепь» ExibIIC.

Промышленные контролеры СМ 9107  предназначены для применения в составе автономных систем автоматизации процессов и объектов, а также в составе комплексных решений АСУТП.

Разнообразие конструктивных модификаций контроллеров семейства СМ9107, возможности их сетевой, блочной и модульной компоновки позволяют получать оптимальные решения в широком спектре задач и при различных подходах к их решению:

Контроллеры семейства СМ9107 обеспечивают построение широкого спектра сетевых конфигураций за счёт поддержки промышленных шин Bitbus, Modbus, Profibus, Canbus на основе типовых физических интерфейсов, включая RS485 и оптоволокно, а также на коммуникациях типа «токовая петля», модемных и специализированных линиях. Для интеграции в сеть SCADA-уровня наряду с указанными промышленными шинами поддерживается также Ethernet.

Интеграция с программными компонентами SCADA-уровня обеспечивается посредством OPC (или DDE) сервера.

В части ввода-вывода и обработки сигналов сопряжения с объектом во всех контроллерах использованы единые решения, обеспечивающие сопряжение по полной номенклатуре сигналов ГСП с необходимым уровнем гальванической изоляции и средствами электрической защиты.

В 2006 году генеральным директором ОАО «ИНЭУМ» назначен А.К. Ким, до последнего времени возглавляющий коллектив ЗАО «МЦСТ», продолжающий развивать традиции научной школы академика С.А. Лебедева в развитии отечественной вычислительной техники.

Процесс интеграции и объединения ОАО «ИНЭУМ» и ЗАО «МЦСТ», известного в нашей стране как разработчик отечественных микропроцессоров и высокопроизводительных вычислительных комплексов «Эльбрус» на их основе, открывает новые перспективы в развитии Института.

Стратегия развития ОАО «ИНЭУМ» в этих условиях направлена на исследования, разработку и реализацию промышленных технологий двойного применения в области высокопроизводительных вычислительных комплексов и систем (линий СМ ЭВМ и «Эльбрус») на основе нового поколения отечественных микропроцессоров, включая многоядерные системы на кристалле. К этим технологиям прежде всего относятся: автоматизация проектирования; высокопроизводительная архитектура микропроцессоров и вычислительных комплексов; организация параллельных защищенных и отказоустойчивых вычислений; битовая компиляция; энергосберегающие технологии; технологии создания унифицированных электронных модулей различного назначения; интегрированная технология построения систем контроля и управления объектами различной сложности и назначения в реальном масштабе времени на базе вычислительных комплексов СМ ЭВМ и «Эльбрус».

В заключение хотелось бы поздравить с 50-летием ИНЭУМа всех коллег в России и за рубежом, принимавших участие в работах по созданию системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

Литература

  1. Малые ЭВМ и их применение / Дедов Ю.А., Островский  М.А., Песелев  К.В. и др. Под общ. ред. Наумова  Б.Н. — М.: Статистика, 1980. — 231 с.
  2. Система обработки экономической информации для малых ЭВМ / Кабанов  Н.Д., Ковтун  М.Р., Лукьянов  Б.В. и др. — М.: Финансы и статистика, 1981. — 184 с.
  3. Программное обеспечение сетей СМ ЭВМ / Васильев Г.П., Егоров  Г.А., Щербина  Н.Н. — М.:, Финансы и статистика, 1983. — 87 с.
  4. Диалоговая многотерминальная система для СМ ЭВМ / Семик В.П., Фридман  А.Л., Горский  В.Е. — М.: Финансы и статистика, 1983. -159 с.
  5. Основы программирования на Ассемблере для СМ ЭВМ / Вигдорчик Г.В., Воробьев  А.Ю., Праченко  В. Д. — М.: Финансы и статистика, 1983. -160 с.
  6. Микро- и мини-ЭВМ. Настоящее и будущее / Наумов Б.Н. -М.: Знание, 1983. -64 с.
  7. Микро-ЭВМ СМ-1800. Архитектура, программирование, применение / Гиглавый А.В., Кабанов  Н.Д., Прохоров  Н.Л., Шкамарда  А.Н. -М.: Финансы и статистика, 1984. -136 с.
  8. Операционная система СМ ЭВМ РАФОС / Валикова Л.И., Вигдорчик  Г.В. и др. -М.: Финансы и статистика, 1984.
  9. Дисковая операционная система коллективного пользования / Праченко В.Д., Самборский  А.Г., Чумаков  М.В. -М.: Финансы и статистика, 1985. -206 с.
  10. СМ ЭВМ: Комплексирование и применение / Егоров Г.А., Песелев  К.В., Родионов  В.В. и др. Под ред. Прохорова  Н.Л. -М.: Финансы и статистика, 1986. -304 с.
  11. Средства проверки работоспособности оборудования СМ ЭВМ / Столяр Л.Н., Шапошников  В.А. -М.: Финансы и статистика, 1986. -159 с.
  12. Операционная система ОС РВ СМ ЭВМ / Егоров Г.А., Кароль  В.Л., Мостов  И.С. и др. -М.: Финансы и статистика, 1987. -271 с.
  13. Операционная система МОС ВП для СМ 1700 / Остапенко Г.П., Аксенов  А.В., Нестеров  А.А. и др. -М.: Финансы и статистика, 1988.
  14. МикроЭВМ. Универсальные машины семейства СМ1800 / Кабанов Н.Д., Шкамарда  А.Н., Кравченко  В.С. и др.; Под ред. Преснухина  Л.Н. — М.: Высш. шк., 1988. -158 с.
  15. Малые ЭВМ. Перспектива развития вычислительной техники. / Прохоров Н.Л., Песелев  К.В. Кн. 5 -М.: Высш. шк., 1989. -158 с.
  16. Операционная система ОС РВМ СМ ЭВМ: Справ. изд. / Егоров Г.А., Кароль  В.Л., Мостов  И. С. и др. Под ред. Егорова  Г.А. -М.: Финансы и статистика, 1990. -303 с.
  17. Архитектура вычислительных систем: Учеб. пособие для вузов. / Смирнов А.Д. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. -320 с.
  18. Малые ЭВМ высокой производительности. Архитектура и программирование / Васильев Г.П., Егоров  Г.А., Зонис  В.С. и др. Под ред. Прохорова  Н. Л. -М.: Радио и связь, 1990. -256 с.
  19. Мобильная операционная система: Справочник. / Беляков М.И., Рабовер  Ю.И., Фридман  А.Л.. -М.: Радио и связь, 1991. -208 с.
  20. История вычислительной техники в лицах. / Малиновский Б.Н. -Киев: Фирма КИТ, ПТОО АСК, 1995. — 400 с.
  21. Управляющие ЭВМ: Учебн. пособие / Егоров Г.А., Красовский  В.Е., Прохоров  Н.Л., Тювин  Ю.Д., Шкамарда  А. Н. -М.: МИРЭА, 1999. -138 с.
  22. Управляющие вычислительные комплексы / Прохоров Н.Л., Егоров  Г.А., Красовский  В.Е., Тювин  Ю.Д., Шкамарда  А.Н. Под ред. Прохорова  Н.Л.. 3-е изд. перераб. и доп. -М.: Финансы и статистика, 2003. -352 с: ил. 

Статья помещена в музей 08.10.2008

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2018