ИТМ и ВТ. Машины 1 и 2 поколений
Интересные архитектурные решения ЭВМ, как правило, имеют определенные излишества, которые требуют дополнительной аппаратуры. В то же время машина, предназначенная для серийного выпуска, должна быть достаточно рациональна в конструктивном отношении. В этой связи Г.Рябов подчеркнул, что С.А.Лебедев, генеральный конструктор БЭСМ-6, был действительно гениальным инженером: он сумел разработать во многих отношениях оригинальную архитектуру и в то же время отсечь все лишнее, все дополнительные компоненты, способные снизить надежность основной аппаратуры.
Заместителем С.А.Лебедева при разработке новой машины был Владимир Андреевич Мельников. Государственные испытания БЭСМ-6 завершились в 1967 году. А демонтаж последней машины этой марки произошел всего три-четыре года тому назад. По словам Г.Рябова, подобная ситуация уникальна – вряд ли в мире удастся найти другую модель, которая эксплуатировалась бы почти 25 лет. За все время существования БЭСМ-6 московским заводом САМ было выпущено 350 таких машин. Несмотря на отсутствие серийности производства в полном смысле этого слова – печатный монтаж находился в зачаточном состоянии, очень многие операции выполнялись вручную – роль этой системы для отечественной науки и народного хозяйства в целом трудно переоценить. На основе БЭСМ-6 создавались центры коллективного пользования, координационно-вычислительные системы телеобработки и т.д. Один пример: БЭСМ-6 успешно эксплуатировалась в центре управления полетами, в частности, при обработке информации по программе "Союз-Аполлон". География применения БЭСМ-6 тоже впечатляет: эта машина работала не только в обеих столицах, но и на Дальнем Востоке, в Новосибирске, Иркутске и многих других городах Советского Союза.
Будучи универсальной, а не управляющей машиной, БЭСМ-6, тем не менее, могла использоваться в системах управления реального времени за счет высокой скорости обработки данных, а также очень хорошего программного обеспечения. О матобеспечнии этой машины стоит сказать особо. При создании БЭСМ-6 впервые с успехом объединились как инженерные, так и математические научные силы. И именно начиная с БЭСМ-6 матобеспечение стало поставляться заводом-изготовителем как неотъемлемая часть системы. Институт прикладной математики АН СССР, Вычислительный центр Академии наук, Московский Государственный Университет сделали очень многое, чтобы достойно "одеть" новую машину. Созданная в Университете библиотека численных методов для БЭСМ-6 сама по себе представляла огромную ценность.
Структурные особенности БЭСМ-6, такие как постраничная организация памяти, защита, механизмы прерываний и поддержка режимов многозадачности, позволяли развернуть на ней полноценную операционную систему. Такая операционная система была разаработана в МГУ под руководством член-корреспондента АН СССР Льва Николаевича Королева.
Многопроцессорные вычислительные комплексы "Эльбрус"
В дальнейшем ИТМиВТ продолжил работы по созданию суперЭВМ, разработав семейство высокопроизводительных машин "Эльбрус". Этот проект был начат еще Лебедевым, а после его смерти работу и институт возглавил ученик и соратник ученого Всеволод Сергеевич Бурцев. В конце 60-х в стране были начаты работы по созданию единой серии ЭВМ общего назначения, о чем мы подробнее поговорим позже. Надо сказать, что С.А.Лебедеву предлагали возглавить этот масштабный проект, однако академик предпочел развивать линию вычислительных систем сверхвысокой производительности. Разработка таких "предельных" машин имела определенные отличия от создания универсальных ЭВМ, поскольку здесь предъявлялись максимальные требования и к архитектуре, и к элементной базе, и к конструкции вычислительной системы.
Говоря об "Эльбрусах", нам придется несколько забежать вперед, поскольку эти ЭВМ относятся даже не к третьему, а к четвертому поколению вычислительной техники. В работе над "Эльбрусами" и ряде предшествующих им разработок института во главу угла ставились вопросы эффективной реализации отказоустойчивости и безостановочной работы системы. Поэтому в них появляются такие особенности, как многопроцессорность и связанные с ней средства распараллеливания ветвей задачи.
Многопроцессорный вычислительный комплекс Эльбрус-1, выпущенный в 1979 году, включал 10 процессоров и базировался на схемах средней интеграции. В этой машине советские ученые опередили американцев, создав симмеричную многопроцессорную систему с общей памятью. По принципам построения система команд ЦП "Эльбрусов" близка системе команд машин компании Burroughs, считающейся нетрадиционной. Машина Эльбрус-1 обеспечивала быстродействие от 1,5 млн. до 10 млн. оп/с, а Эльбрус-2 – более 100 млн. оп/с.
Эльбрус-2, работа над которым была завершена в 1985 году, также представлял собой симметричный многопроцессосрный вычислительный комплекс из 10 суперскалярных процессоров на матричных полузаказных БИС, которые выпускались в Зеленограде. Серийное производство машин такой сложности потребовало срочного развертывания систем автоматизации проектирования ЭВМ, и эта задача была решена под руководством Г.Г.Рябова настолько успешно, что ее авторы были удостоены Государственной премии.
"Эльбрусы" вообще несли в себе ряд революционных новшеств. Суперскалярность процессорной обработки, симметричная многопроцессорная архитектура с общей памятью, реализация защищенного программирования с аппаратными типами данных – все эти возможности появились в отечественных машинах раньше, чем на западе. Г.Г.Рябов особо выделил создание единой операционной системы для многопроцессорных комплексов, которым руководил Борис Арташесович Бабаян, в свое время отвечавший за разработку системного программного обеспечения БЭСМ-6. Одной из важнейших задач этой ОС было управление параллельно выполняющимися процессами и их синхронизация.
Наконец, функционирование столь масштабных систем требовало особого внимания к вопросам сопровождения и ремонта, замены элементов, обеспечения нон-стопности и помехоустойчивости ЭВМ, поиска эффективных решений проблемы теплоотвода и т.д.
"Эльбрусы" были мощными счетными машинами, потребность в которых испытывали многие научные организации. Но основным заказчиком этих комплексов был ВПК. Машины работали в целом ряде важных систем, связанных с обработкой радиолокационной информации, на них считали в номерных Арзамасе и Челябинске, ими комплектовалась обработка данных в центре управления полетами. На некоторых крупных объектах "Эльбрусы" функционируют и по сей день.
Интересно, что в рамках программы "Эльбрус" в конце 80-х годов была создана микроэлектронная копия БЭСМ-6 – суперЭВМ "ЭльбрусБ" (руководитель работы – М.В.Тяпкин), на которой можно было работать в системе команд БЭСМ-6. Этих машин было выпущено немного, не более десятка экземпляров, из них четыре стояли в вычислительном центре МГУ. Благодаря им эстафетная палочка богатейшего матобеспечения БЭСМ6 была передана в 80–90-е годы.
Работа над последней машиной семейства, Эльбрус-3, с быстродействием до 1 млрд. оп/с и 16 процессорами, была закончена в 1991 году. Однако на существовавшей в тот момент элементной базе система получилась чересчур громоздкой. Кроме того, как отмечает Г.Г.Рябов, в это время развитие рабочих станций и появление возможностей строить комплексы на их основе позволяли сделать вывод, что наращивание мощности за счет более простых структур во многих отношениях может оказаться экономически эффективнее.
По понятным причинам ИТМиВТ сейчас переживает не лучшие времена. Часть специалистов во главе с чл.-кор. РАН Б.А.Бабаяном в начале 90-х годов выделилась из института и создала Московский Центр SPARC-технологий. Б.А.Бабаян был основным идеологом архитектуры комплексов "Эльбрус". И в 90-е годы главными направлениями деятельности его коллектива, который работает в тесном сотрудничестве с рядом западных компаний, и прежде всего Sun Microsystems, являются разработка современных микропроцессорных архитектур и создание сверхоптимального компилятора для эффективного использования программного параллелизма. В конце 1998 года правопреемник Центра SPARC-технологий, компания МЦСТ, и созданнная в 1994 году также выходцами из ИТМиВТ компания Эльбрус-2000, объединились в Группу Эльбрус, которая продолжит работы в сфере современных компьютерных технологий и системной интеграции на основе рабочих станций и серверов Sun.
В самом ИТМиВТ ведутся работы по более узким специализациям. Директор института убежден, что на современном этапе использование полноразрядных микропроцессорных архитектур Intel или других компаний, которые находятся на самом пике своего развития, будет дополняться специализированным обрамлением – полузаказными БИС или программируемыми логическими матрицами. По мнению Г.Г.Рябова, интеллектуальный потенциал института необходимо использовать именно в этом направлении. Опыт быстрой и гибкой разработки специализированной логики накоплен специалистами ИТМиВТ еще при создании "Эльбрусов". Г.Г.Рябов считает, что хотя институт не может конкурировать с ведущими мировыми производителями универсальных чипов, разработка логических структур специализированных процессоров для определенных задач – как раз та ниша, которую он способен занять в международной компьютерной кооперации. Во всяком случае, в нашей стране ИТМиВТ уже имеет ряд таких заказов.
В следующем очерке речь пойдет о научных школах И.С.Брука и Б.И. Рамеева.
Воспоминания Дональда Кнута об Андрее Ершове
|
|
| Андрей Ершов на конференции Algorуthms in Modern Mathematics and Computer Science, СССР, Ургенч, 1979 год |
Редакторы попросили меня записать некоторые из моих личных воспоминаний об Андрее Ершове. Хотя мы с Андреем жили на разных концах Земли и нас разделяло почти 12 часовых поясов, его жизнь оказала на мою значительное положительное влияние.
Это началось еще когда я был студентом последнего курса института Case Institute of Technology. Тогда только появилась книга Андрея "Программирование для БЭСМ", и мы, группа студентов, смогли убедить преподавателя русского языка включить ее в курс в качестве одного из двух сборников текстов для изучения научной лексики. Для нас это был замечательный опыт работы, поскольку многие технические компьютерные термины нельзя было найти в наших словарях, и даже преподаватель некоторые из них раньше вообще не слышал! (Выполненный Недлером перевод на английский язык тогда еще не был издан.) Мы почувствовали, что видим "настоящий" русский язык в том виде, в каком он действительно используется в науке; книга произвела на нас намного более сильное впечатление, чем второй текст, в котором говорилось о спутниках и исследовании космоса, но на очень примитивном уровне.
Эта книга не только помогла мне лучше освоить русский язык; из нее я узнал интересные алгоритмы оптимизации компилятора. На самом деле ранняя работа Андрея, которая послужила толчком к созданию этой важной области компьютерной науки, до сих пор вызывает интерес. Его метод изложения материала также оказался весьма значимым: блок-схемы, представленные впервые в его книге, я впоследствии использовал для иллюстрации процесса выполнения программы в своей статье Computer-drawn flow charts ("Блок-схемы, построенные компьютером"), изданной в Communications of the ACM, сентябрь 1963, стр. 555-563) и последующей серии книг "Искусство программирования".
Первая личная встреча с Андреем произошла на конференции рабочей группы IFIP, где готовился преемник языку Algol-60. К тому времени я узнал, что Андрей независимо от Джина Амдала изобрел хеширование с линейным числом испытаний - важный алгоритм, изучение которого стало поворотным моментом моей жизни, поскольку привело меня в область алгоритмического анализа. (См. сноску на стр. 529 в моей книге Sorting and Searching ("Сортировка и поиск"); в русском переводе эта сноска находится на стр. 628). Я был наслышан о новых методах, входящих в состав проекта языка Alpha, который вел Андрей. Поэтому я был крайне рад возможности встретиться с ним лично, тем более что, как выяснилось, он свободно владеет английским языком. Мы проговорили около двух часов о компиляторах и языках, пока он копировал на ксероксе многочисленные документы для этой конференции.
Впоследствии мы смогли чаще с ним видеться, поскольку он регулярно приезжал на встречи с Джоном Маккарти в Стэнфордский университет. Один из таких визитов стал первопричиной, пожалуй, самого памятного для меня события - моего
участия в конференции Algorуthms in Modern Mathematics and Computer Science ("Алгоритмы в современной математике и компьютерной науке"), состоявшейся в СССР в Ургенче в 1979 году. Эта конференция - паломничество ученых к святым местам, к месту рождения самого понятия "алгоритм" - для меня оказалась мечтой, ставшей явью. Хотя мы с Андреем официально числились сопредседателями конференции, на самом деле Андрей взял на себя 99% работы, в то время как я мог отдыхать и наслаждаться происходящим, узнавая множество важного от людей, с которыми здесь встречался. Такое бывает раз в жизни, и я надеюсь, что многие ученые, работающие в области компьютерных наук, смогут поучаствовать в аналогичной встрече, если кто-то вдохновится примером Андрея. За эту неделю я узнал его намного лучше и был особенно поражен тем, насколько блестяще он справлялся со всеми многочисленными ролями: руководителя конференции, организатора, философа, оратора, переводчика и редактора.
У меня есть немало других воспоминаний, в том числе и о замечательном случае, когда мы с женой встретили Андрея на вечере американской кадрили и он исполнял Virginia Reel и "до-си-до", но того, что уже сказано, вполне достаточно, чтобы понять, насколько важную роль в моей жизни сыграл Андрей.
Во время его последнего визита в Стэнфорд я узнал о громадной работе, которую он вел в последние годы жизни, о революционных изменениях в преподавании компьютерных наук миллионам студентов, о чем с восторгом говорили во всем мире. Мы все скорбим о том, что жизни Андрея было предначертано закончиться так скоро, мы восторгаемся тем многим, что удалось ему совершить, и знаем, что плоды его жизни станут источником знаний для следующих поколений ученых всего мира, работающих в области компьютерных наук.
Редакция "Открытых систем" благодарит С. В. Клименко за помощь в подготовке к публикации воспоминаний Дональда Кнута
Из плеяды первых отечественных программистов
Гелий Рузайкин
|
|
Андрей Петрович Ершов родился в Москве в 1931 г. Окончил механико-математический факультет Московского Государственного Университета в 1954 г. по специальности вычислительная математика, является учеником Алексея Андреевича Ляпунова. Будучи студентом четвертого курса прослушал цикл лекций "Принципы программирования", прочитанный Ляпуновым, и во многом определивший выбор программирования в качестве жизненного пути. В то же самое время Андрей Петрович начал работать в ИТМиВТ АН СССР, участвуя в подготовке приемных испытаний машины БЭСМ. Им была разработана в качестве тестовой задачи программа обращения матрицы.
На втором году учебы в аспирантуре приступил к организации отдела теории программирования в ВЦ АН СССР. Выполненные им исследования по созданию программирующей программы для БЭСМ были опубликованы в 1958 г. Их результаты составили первую в мире монографию по автоматизации программирования.
Наряду с научной деятельностью Ершов с первых же шагов занятий программированием участвовал в процессе преподавания: еще студентом по просьбе С.А. Лебедева читал лекции по программированию для разработчиков БЭСМ, а в 1957 г. впервые с его участием были организованы занятия со студентами на мехмате.
По приглашению академика С.Л. Соболева в 1960 г. Ершов начинает работать заведующим лаборатории в Сибирском отделении АН СССР. В дальнейшем переходит на работу в созданный ВЦ, СО АН СССР, с которым и связана его научно-педагогическая работа. Основные направления его деятельности связаны с вопросами автоматизации программирования и проблемами теоретического программирования, объектами которого служат математические абстракции программ. Его перу принадлежат многие статьи в отечественных и зарубежных научных изданиях и ряд книг.
В 1970 г. был избран членом-корреспондентом, а в 1984 г. академиком АН СССР. Зарубежные коллеги удостоили его чести и избрали членом ACM (1965 г.) и почетным членом Британского общества по вычислительной технике (1974 г.).
Андрей Петрович принимал активное участие в научной жизни в стране и за рубежом, его часто можно было