Rudometov.COM

Развитие отечественной вычислительной техники

История не знает сослагательного наклонения. Тем не менее, вопросы возможной эволюции цивилизации и основных ее достижений всегда были в сфере внимания общества. Действительно, как изменились бы географические карты, если бы ацтекам было известно колесо? Или, например, Наполеон обратил бы внимание на предложение одного из изобретателей использовать возможности пара. А если бы Эдисон не только запатентовал лампу с тремя электродами и открытый им эффект электронной эмиссии, но и догадался использовать свое открытие?

Но все это касается эпизодов уже сравнительно далекой истории. Многие изобретения и открытия длительное время постепенно преобразовывали окружающий мир. Их значение не всегда по достоинству оценивали даже спустя сто лет. Однако существуют научно-технические изделия, которые оказали огромное влияние на развитие цивилизации практически сразу после своего появления. К ним относятся электронные вычислительные машины.

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появились первые электронные вычислительные машины (ЭВМ). За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений ЭВМ.

Разработанные первоначально исключительно для военных целей, электронные вычислительные машины в последующие годы стали использоваться практически во всех сферах человеческой деятельности — от сложнейших оборонных задач и промышленного назначения до образования, медицины и досуга. В соответствии с широким диапазоном применения вычислительных устройств они отличаются сложностью, элементной базой и, конечно, ценой. Начало же было положено сравнительно примитивными по нынешним меркам устройствами, созданными на основе электронных ламп в середине уже прошлого двадцатого века.

В 1942 году американский физик Джон Моучли представил собственный проект вычислительной машины — ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный числовой интегратор и калькулятор). Весной 1945 года эта ЭВМ была построена, а в феврале 1946 года рассекречена. ЭВМ ENIAC содержала 178468 ламповых триодов, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов, занимала площадь в 300 кв. метров и в 1000 раз превосходила по быстродействию релейные вычислительные машины.

Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы, представленные для первых ЭВМ диодами (спираль накаливания, катод и анод) и триодами (спираль накаливания, катод, анод и управляющая потоком электронов, а следовательно, и анодным током сетка). Данные вычислительные машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач.

Параллельно с развитием элементной базы и совершенствованием схемотехнических решений осуществлялось развитие основополагающих научно-технических концепций. Так, в 1944 году американский инженер Джон Эккерт впервые выдвинул концепцию хранимой в памяти компьютера программы. А в 1946 году Джон фон Нейман предложил ряд новых идей организации ЭВМ. В результате реализации идей фон Неймана фактически была создана архитектура ЭВМ. Эта архитектура во многих чертах сохранилась до настоящего времени.

Однако реализация новейших концепций требовала соответствующих технических решений и, конечно, элементной базы. И такой случай представился для разработчиков ЭВМ. Связан он с открытием в области полупроводников. Сотрудники Bell Telephone Laboratories Джон Бардин и Уолтер Бремен 23 декабря 1947 года впервые продемонстрировали свое изобретение, получившее название “транзистор”. А спустя несколько лет были предприняты первые попытки разработки вычислительных устройств, созданных на основе этих элементов. Однако лампы еще долгое время продолжали господствовать в качестве основной элементной базы.

Следует отметить, что появление новых концепций, лежащих в основе архитектуры вычислительных машин, происходило на всем пути совершенствования данных устройств. Развивалась и схемотехника, и программное обеспечение. На этом пути мир узнал много славных имен. Однако было бы ошибкой связывать все достижения только с иностранными специалистами. Наше Отечество не осталось в стороне от глобального процесса компьютеризации мировой цивилизации.

Кстати, обоснование принципов построения ЭВМ с хранимой в памяти программой было осуществлено Сергеем Александровичем Лебедевым, независимо от Джона фон Неймана.

В 1948 году коллектив, руководимый С. А. Лебедевым, разработал и предложил первый проект отечественной цифровой электронной вычислительной машины. В дальнейшем под руководством академика С. А. Лебедева и В. М. Глушкова разрабатываются отечественные ЭВМ. Сначала это была МЭСМ — малая электронная счетная машина (1951 год, Киев), затем БЭСМ — быстродействующая электронная счетная машина (1952 год, Москва). Параллельно с ними создавались “Стрела”, “Урал”, “Минск”, “Раздан”, “Наири”, серия “М”. Это только несколько первых из многих десятков наименований вычислительных машин, созданных в СССР.

А примеров реализации достижений отечественной мысли довольно много. Вот лишь некоторые вехи истории развития вычислительных машин. На этот раз основными элементами стали полупроводниковые элементы.

1959 г. - созданы опытные образцы ЭВМ М-40, М-50 для систем противоракетной обороны (ПРО).

1959 г. - начало выпуска в Минске ЭВМ "Минск-1", которая применялась в основном для решения инженерных, научных и конструкторских задач математического и логического характера.

1959 г. - первая ламповая специализированная стационарная ЭВМ СПЕКТР-4, предназначенная для наведения истребителей-перехватчиков.

1959 г. - мобильная полупроводниковая ЭВМ "КУРС" для обработки радиолокационной информации.

1960 г. - в СССР разработана первая полупроводниковая управляющая машина "Днепр".

1960 г. - создана первая микропрограммная специализированная ЭВМ "Тетива" для системы ПВО.

1961 г. - начат серийный выпуск ЭВМ "Раздан”, предназначенных для решения научно-технических и инженерных задач, малой производительности (скорость вычислений - до 5 тысяч операций в 1 секунд).

1962 г. - ЭВМ БЭСМ-4.

1962 г. - в Северодонецком научно-исследовательском институте управляющих вычислительных машин создана “МППИ-1”. Она применялась в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности.

1962 г. - семейство малых цифровых электронных вычислительных машин “Промiнь”, предназначенных для автоматизации инженерных расчетов средней сложности.

1962 г. - ЭВМ "Минск-2".

1963 г. - создан многомашинный вычислительный комплекс "Минск-222".

1964 г. - начало выпуска ряда ЭВМ Урал.

1965 г. - БЭСМ-6 (Быстродействующая электронно-счетная машина). Это первая в СССР супер-ЭВМ с производительностью 1 млн оп/сек. За все время (до начала 80-х гг.) было построено около 350 БЭСМ-6.

1965 г. - начало выпуска в Казани полупроводниковых ЭВМ М-220 и М-222 с производительностью до 200 тыс. оп/сек, продолжающих линию ЭВМ М-20.

1966 г. - завершается разработка проекта большой ЭВМ "Украина", предвосхитившего многие идеи американских больших ЭВМ 70-х годов.

1969 г. — 5Э92Б - двухпроцессорный компьютер на дискретных полупроводниковых схемах, основной компьютер в первой системе ПРО Москвы.

Как видно из приведенных данных, конечно, неполных, в СССР была осуществлена грандиозная программа по разработке, выпуску и применению электронных вычислительных машин. При этом, как правило, независимо от своих зарубежных коллег внедрялись отечественные разработки. И, конечно, самые мощные ЭВМ были использованы для нужд обороны, что, в общем-то, было оправдано.

Следует подчеркнуть, что нередко отечественные ЭВМ лидировали по мощности. Так, например, в 1950 году была создана и испытана ЭВМ МЭСМ, которая в тот момент была самой быстродействующей в Европе.

Многие оригинальные разработки, созданные нашими специалистами, нашли воплощение в отечественных устройствах и были по достоинству оценены зарубежными коллегами. В качестве примера можно привести ЭВМ БЭСМ-6, созданную на транзисторах. В этой ЭВМ были использованы виртуальная память и асинхронные конвейерные структуры. Кстати, В 70-е годы М. А. Карцев впервые в мире предложил и реализовал концепцию полностью параллельной вычислительной системы с распараллеливанием на всех четырех уровнях: программ, команд, данных и слов. Эти идеи были воплощены в ЭВМ М-10. А в 1978 году разработал проект первой в СССР векторно-конвейерной ЭВМ М-13.

В дальнейшем, по мере роста потребностей народного хозяйства, увеличивался выпуск вычислительных машин. Была сделана попытка стандартизации схемотехнических решений. Этому в немалой степени способствовали успехи отечественной электронной промышленности, освоившей сначала гибридные, а затем и монолитные микросхемы. В дальнейшем после изобретения инженерами фирмы Intel микропроцессора был налажен выпуск аналогичных элементов.

За этот период за основу серийных ЭВМ были взяты лучшие образцы зарубежной вычислительной техники. Для сравнительно мощных моделей была взята линейка ЭВМ фирмы IBM — серия 360 и 370. Соответственно, такие ЭВМ единой системы (ЕС) получили название "Ряд-1" и "Ряд-2".

Не были забыты и управляющие машины. Этот класс малых машин — СМ ЭВМ был создан на основе лучших образцов фирм HP и DEC.

1971 г. - начало выпуска модели ЕС-1020 (20 тыс. оп/сек).

1973 г. - начало выпуска модели ЕС-1030 (100 тыс. оп/сек).

1973 г. - с использованием БЭСМ-6 была создана многомашинная система с переменной структурой АС-6 для задач управления космическими полетами в СССР.

1973 г. - начало выпуска ЭВМ ЕС-1050 (Москва, Пенза).

1973 г. - начало выпуска высокопроизводительной ЭВМ с многоформатной векторной RISC-архитектурой для систем предупреждения о ракетном нападении и общего наблюдения за космическим пространством М-10.

1974 г. - начало выпуска модели ЕС-1022, (80 тыс. оп/сек).

1976 г. - начало выпуска модели ЕС-1033 (200 тыс. оп/сек).

1975 г. - результатом совместных разработок специалистами СССР, НРБ, ВНР, ПНР, ЧССР и ГДР явилось создание и выпуск мини-ЭВМ - СМ-1, СМ-2, СМ-3 и СМ-4 с широким диапазоном применений: в научных работах, для управления технологическими процессами, обработки экспериментальных данных в реальном масштабе времени, для автоматизации инженерных и управленческих работ и т.д.

1977 г. - старшая модель системы "Ряд-1" – ЕС-1060.

1977 г. - начало выпуска модели ЕС-1035 ("Ряд-2").

1977 г. - создание первого симметричного многопроцессорного вычислительного комплекса (МВК) "Эльбрус-1" на ИС средней интеграции со средствами аппаратной поддержки развитой структуризации программ и данных.

1978 г. - ЕС-1055.

1978 г. - Начало выпуска СМ-3 и СМ-4.

1978 г. - Начало выпуска УВК СМ-1 и СМ-2, совместимых с М-6000/М-7000.

1979 г. - модель ЕС-1045 (800 тыс. оп/сек, "Ряд-2").

1979 г. - начало серийного выпуска высокопроизводительных многопроцессорных УВК с перестраиваемой структурой ПС 2000, реализующих распараллеливание на уровне задач, ветвей, векторных и скалярных операций в задачах геофизики, научных экспериментов и др. областей.

1980 г. - ЭВМ ЕС-1061.

1980 г. - двухпроцессорный комплекс СМ-1410.

1981 г. - УВК СМ 1800, СМ 1803, СМ 1804.

1982 г. - выпуск персональных ЭВМ (ПЭВМ): в СССР ЕС-1840.

1983 г. - начало выпуска ЕС-1036 – 400 тыс. оп/сек, "Ряд-3".

1983 г. - начало выпуска в Загорске многопроцессорной векторной ЭВМ М-13.

1985 г. - начало выпуска электронной вычислительной машины ЕС-1066.

1985 г. - начало выпуска многопроцессорного (10 процессоров) вычислительного комплекса "Эльбрус-2" производительностью 125 млн оп/сек (MIPS).

1985 г. - бытовой компьютер "Электроника БК0010-01".

1986 г. - УВК СМ 1810, СМ 1814, СМ 1820.

1986 г. - СМ 1700, совместимой с VAX-11 фирмы Digital Equipment Corp.

1986 г. - на заводе ВЭМ в Пензе передана в производство ЭВМ ЕС 1766 (до 256 процессоров).

1994 г. - "Эльбрус-3" - LSI, ECL БИС, 16 процессоров, быстродействие в два раза выше, чем у CRAY-YMP, был изготовлен, но в серию не запущен.

Конечно, развитие вычислительной техники с упором на зарубежные образцы несколько затормозило собственные разработки. В результате таких действий были свернуты работы по совершенствованию, например, линейки БЭСМ — БЭСМ-8 и БЭСМ-10. Можно было ожидать реального прорыва в этой области. Однако история, как известно, не знает сослагательного наклонения.

Оправдан ли путь развития отечественных вычислительных средств, связанный фактически с копированием зарубежных образцов,? Безусловно, да. В качестве аргументов можно привести, например, программное обеспечение и проблему стандартизации узлов и элементов.

Программное обеспечение в условиях несоблюдения и отсутствия защиты авторских прав в большинстве случаев просто несанкционированно копировалось без какой-либо выплаты лицензионных отчислений. Это позволяло экономить громадные финансовые средства. Правда, данное копирование обрекало компьютерные отрасли и страну на отставание, вызванное самим процессом копирования, перевода и выпуска документации. Да и сам процесс освоения и поддержки без необходимой помощи был мучителен и долог.

Но что касается развития электронной промышленности, сопровождающего процесс копирования зарубежного опыта, здесь все было вполне оптимистичным. Отечественная электронная промышленность получила вполне объяснимый рывок. Создавались институты и КБ, строились заводы, выпускались микросхемы.

Тем не менее без отечественных разработок обойтись было невозможно. Достаточно вспомнить о проблемах оборонных ведомств. Вероятно, именно этим и объясняется то внимание, которое уделялось мощным многопроцессорным комплексам типа "М-10" и "Эльбрус".

Свой вклад в решение основной проблемы руководства — копировать зарубежные образцы или стимулировать и создавать отечественные вычислительные машины — внесло и появление такого феномена, как ПЭВМ — персональные электронные вычислительные машины, которые в дальнейшем стали называть просто компьютерами.

В короткий срок в СССР был выпущен ряд изделий этого класса. В качестве примера можно привести, например, компьютеры серий ЕС, СМ, "Искра". Первыми моделями этих серий стали ЕС-1040, СМ1810, "Искра-1030". Архитектура данных компьютеров во многом была скопирована с соответствующих зарудежных изделий. В первую очередь это касается персональных компьютеров IBM, начало которым положил процессор фирмы Intel i8086. Кроме того, активно развивался сектор компьютеров архитектуры и системы команд фирмы DEC. Наиболее известными изделиями этого типа стали компьютеры линеек ДВК и "Электроника". Значительно меньшее распространение получили изделия, созданные на основе образцов фирмы HP.

Указанная политика копирования известных архитектур и систем команд позволила заимствовать богатое программное обеспечение, накопленное зарубежными коллегами. Кроме того, для персональных компьютеров архитектуры и системы DEC и HP существовали соответствующие мини-ЭВМ, например, СМ-3, СМ-4 и СМ-1, СМ-2.

Но не следует думать, что освоение зарубежного опыта производства и применения компьютеров сводилось к простому несанкционированному копированию лучших образцов вычислительной техники и переноса программ. Дело в том что, в основой отечественных компьютеров стали микросхемы и микропроцессоры, серийно выпускаемые в СССР. Связано это было и с вопросами экономии валюных средств, и вопросами безопасности государства. Связано это с тем, что в условиях недружественного окружения страна не могла позволить себе зависимость от иностранных источников снабжения наукоемкими комплектующими. Нельзя было сбрасывать со счета и опасность электронных закладок спецслужбами потенциальных противников.

Конечно, далеко не все микросхемы были собственной разработки. Использовался как отечественный опыт, так и зарубежный. Было налажено исследование микропроцессоров известных фирм. Существовали КБ, где послойно сканировали кристаллы микропроцессорных наборов, результаты которых передавались специалистам, а в дальнейшем и производственникам. Конечно, не секрет, что были задействованы и соответствующие каналы разведки, проделавшие огромную работу.

Кроме того, нельзя не отметить, что существовали и производственные ограничения. Дело в том, что в стране существовали ГОСТЫ, ориентированные на метрическую систему. А как известно, в компьютерных комплектующих используются дюймовый масштаб. Эта проблема касается не только корпусов и плат, но и микросхем, включая расстояние между контактами. Так что советским инженерам даже при наличии образцов приходилость проектировать свои изделия по-новому. Остается добавить, что существовало ограничение и на использование драгоценных металлов, что не способствовало надежности выпускаемой техники и негативно сказывалось на тираже выпускаемых изделий.

Необходимо отметить, что при сравнительно большом ассортименте отечественных персональных компьютеров их выпуск по мировым меркам был довольно скромным. Так, например, выпуск компьютера Искра-1030 и его модификаций составлял всего несколько тысяч штук в год. Более массовым изделием стал компьютер серии ЕС-1040. Одной из самых массовых и распространенных машин стала "Электроника-60". По некоторым данным ее выпуск составлял примерно 10 тысяч штук в год. Правда, благодаря копьютеризации народного образования сравнительно примитивные компьютеры типа "Электроника БК0010" и "Электроника БК0011", ставшие основой отечественных учебных классов КУВТ-86 и КУВТ-87, были выпущены тиражем с несколько сотен тысяч. Это являлось, безусловно, успехом отечественной промышленности. К слову сказать, "Электроника БК0010" и "Электроника БК0011" стали первыми массовыми бытовыми компьютерами, что позволило приобщиться к таинствам информатики миллионам граждан.

Следует подчеркнуть, что у условиях государственной поддержки планов, предусматривающих копирование зарубежного опыта, безусловно, существовали и отечественные разработки. Некоторые идеи явно обгоняли научную мысль зарубежных специалистов. В качестве примеров можно привести секционированные микропроцессоры и даже RISK-процессоры. К слову сказать, идеи таких процессоров были детально сформулированы задолго до зарубежных публикаций. Более того, в конце семидесятых годов был проект выпуска копьютеров на базе RISK-процессоров, созданных на основе отечественных разработок, силами одной из зарубежных фирм. При этом эта фирма брала не только производство компьютеров, но и международные маркетинг и реализацию. Однако проект натолкнулся на многочисленные ведомственные согласования, занявшие несколько лет. В результате время было упущено и мир не увидел реализацию перспективной разработки, сулившей миллиардные доходы в иностранной валюте бюджету страны, а на рынке воцарились менее совершенные зарубежные аналоги.

Благодаря успехам полупроводниковой промышленности Их развитие аппаратно-программного обеспечения ПЭВМ в мире осуществлялось столь быстрыми темпами, что просто слепое копирование довольно быстро потеряло не имело смысл.а, поскольку Ббез поддержки отечественных разработчиков страна была обречена на постоянное и все возрастающее отставание. Как результат такого отставания, страдала не только экономика, но и безопасность государства.

Решая нелегкую проблему развития электронной промышленности и отечественной вычислительной техники и осознавание их значения для развития страны, в семидесятых и восьмидесятых годах ЦК КПСС и Совет Министров СССР поставили задачу перед Академией наук проанализировать ситуацию и выдать соответствующие рекомендации. Результат этих усилий был оформлен в виде ряда докладов, опубликованных в открытых, доступных, хотя и специализированных изданиях.

Основной смысл рекомендаций можно сформулировать в нескольких положениях.

Итак, догнать и перегнать развитые страны практически невозможно, поскольку для этого не хватит ресурсов государства. Что же касается политики развития, то наиболее целесообразным представляется постепенная интеграция в процесс мирового производства с последовательным овладением сначала сравнительно простых устройствизделий, а затем и постепенным переходом к технологически сложным изделиям. При этом необходимо учитывать иностранный опыт. Только совместными усилиями с зарубежными коллегами можно обеспечить планомерное разитие отечественной и мировой экономики.

Именно это и является наиболее рациональной стратегией развития отечественных высокотехнологических отраслей промышленности.