Советские ЭВМ: от „пустоты” до атомной бомбы и безопасности (часть 1.2)

[ss69100]

...ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭВМ В МАСШТАБНЫХ ПРОЕКТАХ

Приведём несколько примеров систем, которые разрабатывались советскими инженерами во благо всего общества.
Автоматизированные системы управления предприятием (АСУП)

«Автоматизированная система управления предприятием (АСУП) - комплекс программных, технических, информационных, лингвистических, организационно-технологических средств и действий квалифицированного персонала, предназначенный для решения задач планирования и управления различными видами деятельности предприятия.

К категории АСУП принято относить реализации методологий MRP» (Material Requirements Planning - планирование потребности в материалах) и ERP(Enterprise Resource Planning, планирование ресурсов предприятия).

История развития советских автоматизированных систем управления (АСУ) начинается в 1960-х годах.


Первой была разработана и внедрена АСУ Львовского телевизионного завода - АСУП «Львов». Работы на Львовском телевизионном заводе начались ещё в 1963 году, когда академик Виктор Михайлович Глушков предложил эту работу Скурихину Владимиру Ильичу и Шкурбе Виктору Васильевичу, сотрудникам Института кибернетики АН УССР.

Но поскольку Скурихин В.И. в то время был занят разработкой системы «Авангард» в г. Николаеве, то он предложил эту работу своему аспиранту Кузнецову Владимиру Константиновичу в качестве темы кандидатской диссертации.

В 1963 году В.К. Кузнецов и В.В. Шкурба разработали эскизный проект системы «Львов»: Кузнецов В.К. - в части Вычислительного комплекса, работающего в режиме реального времени с 30 внешними терминалами приёма-передачи данных и другими дополнительно разработанными внешними устройствами сбора информации; Шкурба В.В. - в части разработки моделей оптимального оперативного управления основными цехами завода.

Конструирование и создание вычислительного комплекса системы было выполнено специальным конструкторским бюро математических машин и систем Института кибернетики АН УССР (СКБ ММС ИК АН УССР).

В 1965 году в Институте кибернетики был создан отдел АСУП под руководством В.В. Шкурбы.

Большой вклад в разработку системы внесли также сотрудники Львовского телевизионного завода, которые к тому времени были организационно объединены в ИВЦ завода.

На заключительном этапе работ по подготовке к сдаче государственной комиссии системы «Львов» активное участие принял Владимир Ильич Скурихин. Система «Львов» была сдана Государственной комиссии в июле 1967 года.

В декабре того же года В.К. Кузнецову и В.В. Шкурбе «за разработку и внедрение системы управления предприятием» была присуждена премия Ленинского комсомола ЦК ВЛКСМ.

А в декабре 1970 года основным создателям системы «Львов» за её разработку и внедрение во главе с В.М. Глушковым была присуждена Государственная премия Украинской ССР в области науки и техники. Наиболее полно материалы по системе «Львов» нашли своё отражение в журнале «Механизация и автоматизация управления», № 3 за 1969 год.

Дальнейшее развитие АСУ осуществлялось в направлении создания комплексных АСУ, интегрированных систем управления. Это системы РАСУ, ОГАС, АСУНТ и другие.

Положительный опыт внедрения АСУ также был накоплен на Волжском автомобильном заводе имени 50-летия СССР. Были определены следующие функции АСУ:

• оперативно-календарное планирование и контроль хода основного производства;
• управление сборочными конвейерами в реальном масштабе времени;
• технико-экономическое планирование и бухгалтерский учет;
• снабжение основными и вспомогательными материалами и комплектующими изделиями;
• учёт движения персонала и расчёт заработной платы;
• организация ремонта технологического оборудования;
• организация, планирование и учёт производства и распределения запчастей;
• планирование и учёт продвижения заказов вспомогательного производства;
• организация нормативного хозяйства;
• конструкторско-технологическая подготовка производства;
• управление спецавтоцентрами.

Техническое обеспечение АСУ-ВАЗ имело иерархическую структуру построения и обеспечивала технологически взаимосвязанный цикл регистрации, сбора, обработки и выдачи информации в суточном режиме.

В состав технических средств входили 9 ЭВМ фирмы «Дженерал электрик», комплекс традиционного оборудования (перфораторы - 8 единиц, контрольники - 4, расшифровки перфокарт и репродукторы - 2 единицы) и свыше 400 единиц периферийных устройств .

Среднесуточное полезное время работы ЭВМ без учета времени профилактического обслуживания составляло 21,5 часов, ежедневное количество регистраций на единицу периферийного оборудования достигало 1000-1500.

В системе обеспечивалась достоверность передачи информации; количество ошибочных регистраций по техническим причинам не превышало 0,1% от их общего числа.

Высокая надёжность функционирования комплекса АСУ-ВАЗ обеспечивалась возможностью гибкого резервирования внешних устройств и процессоров ЭВМ, что позволяло оперативно изменять конфигурации вычислительных систем с помощью периферийных и канальных переключателей.

Успешная разработка, внедрение и эксплуатация АСУ-ВАЗ, по мнению современников, были предопределены следующими факторами:

• организацией комплексных проектных групп и рациональным распределением между ними подсистем и задач АСУ;
• организацией зонно-централизованного принципа технического обслуживания и ремонта средств вычислительной и периферийной техники;
• специальной подготовкой персонала владению методами проектирования и обслуживания;
• активным участием персонала функциональных служб завода в процессе разработки и внедрения АСУ;
• постоянно действующей системой технического обучения управленческого аппарата работе в условиях функционирования АСУ (в процессе внедрения АСУ-ВАЗ было подготовлено 2680 работников функциональных служб завода, в том числе работе на периферийных устройствах - 1120 человек).

АСУ исключила операции ручного учёта.

Подобные примеры не были массовыми, но и были не единичны. На заводе «Манометр» (г. Москва) в рамках АСУП решались такие задачи, как:

• расчёт сводной трудоёмкости по видам работ, по цехам основного производства и заводу в целом;
• расчёт нормативной калькуляции: деталь, узел, прибор;
• расчёт нормативной плановой себестоимости фактического выпуска товарной продукции по каждому изделию;
• расчёт фактического выполнения плана цехами завода в нормо-часах и рублях за месяц;
• ежедневная сверка хода выпуска продукции цехами и заводом в целом, по номенклатуре и отдельным показателям .

Происходил переход от автоматизации отдельных агрегатов к комплексной автоматизации цехов, предприятий, объединений. На предприятиях Министерства электронной промышленности («Светлана» (Ленинград), Павлово-Посадский радиозавод и др. вначале разрабатывались отдельные элементы систем и только позднее создавался комплекс АСУ.

В московском объединении «Молоко» процесс перехода к АСУП начался в 1965 году и был поэтапным. Сначала была разработана система для Останкинского молочного комбината, а затем, в девятой пятилетке - в целом для объединения «Молоко».

На заводе «Строммашина» в городе Куйбышев, согласно плану технического перевооружения, в начале 1970-х годов применялись ЭВМ для регулирования многономенклатурных поточных линий и совместно с научно-исследовательским институтом велась работа по созданию АСУ предприятия.

Какова же была эффективность внедрения АСУ? О масштабах сокращения первичной учётной документации с переходом на АСУ можно судить по данным Минприбора: в 1969 году действующие формы были сокращены с 1174 до 128, а к 1977 году их число было доведено до 40, и процесс совершенствования документации продолжался.
Что мешало созданию и внедрению АСУ на предприятиях?

Серьёзной проблемой являлось различное понимание соотношения управления и АСУ. Одни авторы считали АСУ системой, возвышавшейся над управлением и поглощающей его. Другие авторы отождествляли АСУ с системой управления в целом.

Расширительное толкование АСУ вело к принятию ошибочных мер. Нередки были случаи, когда предприятия и учреждения обязывались свой аппарат управления приводить «в соответствие с целями, задачами и методами функционирования АСУП».

Современники отмечали, что в связи с созданием АСУ нередко намечался широкий комплекс мероприятий по совершенствованию системы управления в целом, в реальности же он проводился не во всём объеме, а только в той части, которая касалась сферы информационной деятельности.

Вопросы же демократизации управления, экономического стимулирования своего необходимого решения не находили. Для внедрения АСУ собиралась излишняя информация, которая затем нигде не использовалась, а связанные с этим затраты труда ничем не восполнялись.

Специалисты обращали внимание на то, что: «важнейшей предпосылкой создания и функционирования АСУП является комплекс организационных и экономических условий, при которых подразделения предприятия не могут обходиться старыми методами управления, то есть когда АСУП не навязывается подразделениям предприятия достаточно искусственно, а сами подразделения становятся заинтересованными в автоматизации управления».

Ряд специалистов предлагали, разрабатывая АСУ, не разделять технологию и организацию производства, поскольку в рамках системного подхода понятие организации производства непосредственно связано с технологией.
Вычислительная система М-10 и РЛС «Дарьял»

В Радиотехническом институте АН СССР в 1968 году начинает разрабатываться проект сплошного непрерывного поля надгоризонтного обнаружения космических объектов. В дополнение к радиолокационным узлам в Казахстане, в Восточной Сибири, в Заполярье и Прибалтике, создаются новые узлы на Украине.

Все это требует расширения возможностей командного пункта системы. Готовится проект его дальнейшего развития. Тогда же А.Л.Минц и В.М.Иванцов начали работать над принципиально новой станцией надгоризонтной радиолокации «Дарьял».



«Дарьял» - второе поколение советских РЛС надгоризонтного обнаружения запуска баллистических ракет. На протяжении более чем двух десятков лет станции «Дарьял» служили одним из основных элементов системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН) СССР.

Эскизный проект был разработан в 1968 году, в 1984 году первая станция сдана в эксплуатацию.

Станция работает в метровом диапазоне. Она способна обнаруживать и одновременно сопровождать около 100 целей размером с футбольный мяч (ЭПР порядка 0,1 м2) на дальности до 6000 км. Зона действия - 90° по азимуту, 40° по углу места.

М.А. Карцев был в курсе этих работ: основные технические требования к ЭВМ для них определялись с его участием.

Требовалась вычислительная машина с производительностью в несколько (не менее пяти) миллионов операций в секунду.

29 сентября 1969 года вышло постановление Правительства, а 16 октября того же года - приказ Министра радиопромышленности с поручением Филиалу №1 ОКБ «Вымпел» создать для работ А.Л.Минца вычислительную машину и построить на её основе вычислительный комплекс.

Изготовление машины возлагалось на Загорский электромеханический завод. Главным конструктором назначался М.А. Карцев.



Михаил Александрович Карцев

М.А. Карцев ясно представлял, что на существующей элементной базе обеспечить заданную производительность сможет только многопроцессорная ЭВМ с организацией при решении задач параллельных вычислений.

Поэтому в основу разработки новой ЭВМ были положены принципы построения числовой связки вычислительного комплекса М-9. Таким образом, теоретические исследования и практические проработки, выполненные для ВК М-9, нашли своё воплощение в этой новой ЭВМ.

В коллективе машина получила очередной номер и название М-10. Заказчик присвоил ей условное обозначение 5Э66, а вычислительному комплексу - 5К31.

Перед создателями машины М-10 была поставлена довольно сложная задача: имея микросхемы серии 217 со скоростью срабатывания порядка 15-25 нс. на вентиль и степенью интеграции до 3-5 вентилей в корпусе и ферритовые сердечники М100П2 с внешним диаметром 1 мм (лучшие из логических элементов и элементов запоминания, выпускавшихся к тому времени), нужно было построить ЭВМ.

Построить с возможно более высоким быстродействием (в среднем не менее 5 млн. операций в секунду, имея в виду как операции над 16-разрядными числами, так и операции над 32-разрядными и 64-разрядными числами с плавающей и фиксированной запятыми), с внутренней памятью не менее 5 Мбайт, скоростью внешнего обмена не менее 500 млн. бит, скоростями реакции на внешние сигналы при работе в реальном масштабе времени порядка 10-20 мкс. и высокой надёжностью.

В самом начале разработки ЭВМ М-10 произошли изменения в организации всех работ по системам ПРО и СПРН. В начале 1970 года было образовано Центральное научно-производственное объединение «Вымпел», на которое возлагалось общее руководство созданием систем ПРО и СПРН.

В состав этого Объединения вошел ряд заводов, институтов и конструкторских бюро, в том числе и Филиал №1 ОКБ «Вымпел». При этом приказом Министра радиопромышленности от 4 февраля 1970 года Филиал №1 ОКБ «Вымпел» был переименован в Филиал РТИ. Произошли изменения и в ор­ганизации работ по СПРН.

Функции головного предприятия по этой системе от Радиотехнического института перешли к НТЦ ЦНПО «Вымпел». Главным конструктором комплексной системы предупреждения о ра­кетном нападении назначался В.Г. Репин.

4 февраля 1971 года, уже в процессе выпуска конструкторской документации на устройства ЭВМ М-10, вышло ещё одно постановление Правительства - о создании на базе вычислительной машины М-10 вычислительного комплекса для обработки информации космической системы обнаружения специальным спутником стартов баллистических ракет по их факелам (генеральный конструктор А.И. Савин).

Эта космическая система составляла первый эшелон СПРН. Постановлению предшествовало несколько технических совещаний у М.А. Карцева с участием А.И. Савина и его заместителей - К.А. Власко-Власова, В.Г. Хлибко, Ц.Г. Литовченко. На этих совещаниях и было определено, что ЭВМ М-10 обеспечит решение задач космической системы.

Сроки разработки находились под постоянным контролем Заказчика, Министерства радиопромышленности и ВПК. Регулярно заслушивалось состояние дел на расширенных заседаниях заинтересованных сторон, в том числе и у Министра радиоп­ромышленности В.Д. Калмыкова. Ходом разработки лично интересовались Н.В. Зайкин из ВПК, М.Г. Мымрин и М.И. Ненашев из Министерства обороны.

Один год и 9 месяцев потребовалось для разработки, согласования и передачи заводу-изготовителю конструкторской документации на все устройства машины.

Освоение начиналось с изготовления экспериментального образца. Полный комплект оборудования машины составлял 31 шкаф и 10 пультов. (ЭВМ М-10 содержала 386 тыс. микросхем, 353 тыс. транзисторов и полупроводниковых диодов, 42,5 млн. ферритовых сердечников, 1,4 млн. резисторов и 1,4 млн. конденсаторов).

Главным конструктором СПРН В.Г. Репиным в 1972 году был разработан и одобрен проект комплексной системы предупреждения о ракетном нападении. Реализация этого проекта требовала ускорения изготовления и поставок ЭВМ М-10 на места эксплуатации и для командного пункта СПРН и для космической системы.

Производственные мощности Загорского электромеханического завода необходимый объем поставок машин М-10 в установленные сроки обеспечить не могли. Выход из положения был найден первым заместителем Министра радиопромышленности П.С. Плешаковым, который организовал кооперацию заводов по изготовлению ЭВМ М-10.

В помощь головному - Загорскому ЭМЗ подключались: Кировский приборостроительный завод, Костромской завод и Волжский завод вычислительной техники 8-го ГУ МРП, а также Гомельский радиозавод ЦНПО «Вымпел». Эта кооперация успешно работала и в дальнейшем (за исключением Гомельского радиозавода, который так и не освоил изготовление каркасов шкафов).

Позднее, уже по инициативе руководства ЗЭМЗ, к этой кооперации присоединился и Симферопольский телевизионный завод. Изготовление шло равномерно, обеспечивая поставки ЭВМ М-10 на оба объекта в соответствии с установленной очередностью.

Комплексная стыковка экспериментального образца ЭВМ М10 завершилась демонстрацией устойчивой работы машины по функциональным тестам и проведением в ноябре 1973 года испытаний на соответствие требованиям технических условий.

Это была крупная победа, подтверждающая правильность идеи научно-технических решений главного конструктора М.А. Карцева и всех разработчиков. Успешно продвигалась и отладка математического обеспечения многопроцессорной вычислительной ма­шины - первой версии операционной системы, разработанной Н.П. Ереминой и Л.И. Лобынцевой под руководством Е.В. Гливенко.

К сентябрю 1973 года завершилась поставка на объект для командного пункта СПРН всех устройств первого серийного образца машины, а уже в декабре машина в комплексе устойчиво работала по функцио­нальным тестам (разработчики тестов Б.З. Шмейлин, В.В. Яньшин, М.З. Бененсон, В.Д. Пинчук).

Первый комплект ЭВМ М-10 из состава вычислительного комплекса 5К31 вместе с математическим обеспечением прошел испытания на соответствие требованиям технических условий в феврале 1974 года. (Протокол этих испытаний подписан 25 февраля).

Основные технические характеристики ЭВМ М-10, отмеченные в протоколах Государственной комиссии:

• Среднее быстродействие - 5,1 млн. оп/с.
• Общий объем внутренней памяти - 5 Мбайт.
• Оперативная память первого уровня - 0,5 Мбайт.
• Постоянная память - 0,5 Мбайт.
• Оперативная память второго уровня - 4 Мбайта.
• Пропускная способность мультиплексного канала - более 6 Мбайт/с. (при одновременной работе 24 дуплексных направлений).
• Емкость буферной памяти мультиплексного канала - 64 Кбайт.
• Система прерывания программ - 72-канальная с пятью уровнями приоритетов.
• Обеспечивается одновременная работа 8 пользователей на восьми математических пультах.

В течение многих лет ЭВМ М-10 обладала наивысшими производительностью, емкостью внутренней памяти и пропускной способностью мультиплексного канала, достигнутыми в СССР.

Впервые в мире в ней был реализован ряд новых прогрессивных решений, в том числе предусмотрена возможность синхронного комплексирования до 6 ЭВМ при прямом (минуя мультиплексный канал) обмене информацией между программами отдельных машин и динамическом разделении оборудования.

В состав машины введён второй уровень внутренней памяти емкостью более 4 Мбайт с произвольным доступом, обеспечен внешний обмен с обоими уровнями внутренней памяти.



Общий вид ЭВМ М-10

Вычислительные комплексы, построенные на базе ЭВМ М-10 и М-10М, составили основу вычислительной сети второго этапа развития СПРН. На схеме размещения РЛС системы предупреждения о ракетном нападении, воспроизведенной из газеты «Правда» от 1 апреля 1990 года, показаны радиолокационные узлы с зонами их активного действия.

В обработке информации этих узлов, а также космической системы обнаружения стартов ракет по факелам и командных пунктов задействовано свыше 70 вычислительных машин, разработанных коллективом НИИВК.



Одновременно с разработкой, изготовлением и вводом в эксплуатацию вычислительных комплексов в НИИВК проводился широкий круг исследований и по другим направлениям: по дальнейшему совершенствованию архитектуры и элементной базы вычислительных машин, по поиску новых конструкторских решений, по внедрению автоматизации проектирования и др.

Были исследованы возможности появившейся в то время идеи использования голографии в вычислительной технике. В НИИВК были разработаны и доведены до изготовления макетных образцов устройства голографической памяти (авторы И.И. Климов, Р.П. Шидловский, А.Н. Кошарновский, А.Е.Тертус, А.А. Зарецкий).

Этим же коллективом отрабатывались элементы построения волоконно-оптических линий связи, направленных на использование в вычислительных машинах и комплексах. Исследовались принципы создания оптоэлектронных элементов для вычислительной техники (В.В. Цветков, А.А. Комарова).

М.А. Карцев стремился обеспечить доступ к использованию ЭВМ М-10 и М-10М широкого круга ученых и программистов. Он понимал, что эти машины могут принести огромную пользу в научных исследованиях при выполнении наиболее сложных научно-технических расчетов, которые в то время не могли быть выполнены ни на одной отечественной машине не только из-за более низкого быстродействия, но и из-за значительно меньшей емкости внутренней памяти.

Он добился разрешения на публикацию материалов об ЭВМ М-10, активно способствовал установлению связей с организациями, нуждавшими в высокопроизводительной технике, в том числе и с институтами АН СССР. По его инициативе на машине М-10М моделирующего стенда НИИВК были проведены особо сложные научные расчеты: по механике сплошной среды (в 40-45 раз быстрее, чем на БЭСМ-6 для вариантов программы, размещающей в ОЗУ БЭСМ-6, и в сотни раз быстрее для реальных вариантов).

Впервые в мире на модели получены данные по явлению коллапса в плазме, чего не удалось сделать на СДС-7600 в США. Часть этих результатов опубликована в докладах АН СССР (т. 245, 1979, №2, с. 309-312), в трудах ХУ международной конференции по явлениям в ионизированных газах (Минск, июль 1981 го­да), доложена на европейской конференции в Москве осенью 1981 года.

• По оценкам Института прикладной математики АН СССР быстродействие ЭВМ М-10 на 64-разрядном формате превосходит БЭСМ-6 (48 разрядов) в 3,6 - 4,6 раза, ЭВМ ЕС-1060 - в 3 - 5,6 раза, ЭВМ «Эльбрус 1-1» (48 разрядов) - в 2,4 раза.

Как значительное научное и техническое достижение отмечалось специалистами по вычислительной технике в нашей стране и за рубежом архитектура ЭВМ М-10, ориентированная на распараллеливание вычислений при решении крупных задач.

В сборнике «Вопросы радиоэлектроники» (Серия ЭВТ, 1993, вып.2, с.16) Б.А.Головкин - главный конструктор систем, информация которых обрабатывалась на машинах М-10 и М-10М в составе вычислительных комплексов 5К31 и 17Л6, о концепции машины М-10 писал:

«… М.А.Карцевым предложена, насколько можно судить - впервые в мире, концепция полностью параллельной вычислительной системы - с распараллеливанием на всех четырех уровнях (программ, команд, данных, слов) и, что очень важно, эта концепция реализована в виде созданных на базе ЭВМ М-10 вычислительных комплексов.

Вклад параллельной архитектуры в повышение производительности оказался столь весомым, что при большой длительности машинного такта в 1,9 мкс (из-за несовершенной элементной базы) производительность ЭВМ М-10 на госиспытаниях оказалась 5,1 млн. оп/с. (в пиках значительно выше). ЭВМ М-10 вплоть до развертывания МВК «Эльбрус» оставалась наиболее мощной отечественной ЭВМ».

В журнале «Computer» в 1988 году (т.21, №9, с.32-41) в статье «Советские высокопроизводительные ЭВМ» П.Уолкотт и С.И.Гудмен пишут «ЭВМ М-10 выгодно отличается своей способностью осуществлять параллельную обработку данных различных форматов за счет динамической реконфигурации процессорного комплекса, которая имеет своей целью приведение системы в соответствие с требованиями, предъявляемыми форматом тех данных, которые обрабатываются в данный момент времени».

В газете «Computer World, USSR» (№6-7, 1991, с.5) была дана следующая оценка ЭВМ М-10: «Апофеозом … советской информатики стало создание мощного 64-разрядного векторно-конвейерного суперкомпьютера М-10…».

Во второй части нашего материала мы приведём ещё несколько примеров масштабных советских систем. Также для сравнения кратко опишим зарубежные аналоги. И,напоследок, покажем, как разрушали систему советских ЭВМ.

ИАЦ

***

Источник.