Это мой первый пост на Хабре и бы хотел представить вам научно-популярную статью о семействе ЭВМ БЭСМ. Давайте окунемся немного в историю. Если у вас появится интерес, я готов представить вам целый цикл подобных статей.
ЭВМ БЭСМ – являлась самой производительной отечественной ЭВМ первого поколения, М-20 (к первому поколению относятся все ЭВМ, появившиеся после 1946 г.). Кстати, БЭСМ стала последней машиной этого поколения, созданной под руководством Сергея Алексеевича Лебедева. БЭСМ родилась в 1958 году и следующем году уже была запущена в производство.
Эта машина послужила исходной моделью для ряда ЭВМ второго поколения — БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4, М-220, М-222, причем по структурной организации первые три из указанных ЭВМ мало чем отличались от М-20, а БЭСМ-4 называли даже ее «полупроводниковым вариантом», который отличается от машины М-20 только большей емкостью оперативной и внешней памяти и более широким набором устройств ввода и вывода.
Быстродействие БЭСМ-4 было несколько ниже быстродействия машины М-20 (18 000 и 20 000 операций в секунду соответственно), а системы команд у них являлись совместимыми — в том смысле, что любая программа ЭВМ М-20 могла быть «правильно выполнена на машине БЭСМ-4». (Для сравнения, первая машина семейства БЭСМ, работа над которой закончилась в 1952 году, имела среднюю производительность около 10 000 операций в секунду, при этом она являлась тогда самой быстродействующей ЭВМ в Европе).
Краткая характеристика М-20
Форма представления чисел: двоичная, с плавающей запятой. 45 двоичных разрядов.
Диапазон представления чисел: от 2 -64 до 2 64.
Структура команд: трехадресная, с автоматическим изменением адресов. Трехадресная команда содержит три адреса: адрес первого числа, адрес второго числа и адрес результата операции.
Емкость оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) на ферритовых сердечниках — 4096 машинных слов. В машине имелись внешние запоминающие устройства на магнитных барабанах и лентах. Три магнитных барабана позволяли запомнить приблизительно 12 000 слов, а четыре блока накопителей на магнитной ленте давали возможность хранить около 300 000 слов.
Скорость обмена информацией с ОЗУ: 12 000 слов в секунду для магнитных барабанов и 2800 слов в секунду для магнитных лент. Ввод информации в машину производился с перфокарт со скоростью 100 карт в минуту.
Устройства вывода: быстродействующее печатающее устройство (скорость печати — 15 строк в секунду) и выходной перфоратор (50 карт в минуту). Промежуточное буферное запоминающее устройство на магнитном барабане позволяло одновременно выводить результаты и производить вычисления.
Система команд предусматривала операции:
1. арифметического типа (пересылка слова, сложение, вычитание, вычитание модулей, деление, умножение, извлечение корня и некоторые другие);
2. логического типа (сравнение, логическое умножение, логическое сложение, сдвиг мантиссы по адресу, сдвиг мантиссы по порядку, сдвиг слова по адресу, сдвиг слова по порядку);
3. специальные операции над словами — главным образом для действий с командами (например, сложение кодов операций, вычитание кодов операций, циклическое сложение);
4. операции управления — операции с содержимым так называемого регистра адреса, а также операции условных и безусловных переходов (безусловный переход с обратной связью, условный переход, безусловный переход, окончание цикла по регистру адреса, изменение регистра адреса).
В машине использовалось 4500 электронных ламп и 35 000 полупроводниковых диодов.
В 1950 году в Институте точной механики и вычислительной техники под руководством С.А.Лебедева была спроектирована машина БЭСМ (Большая Электронная Счетная Машина), а в 1952 году началась ее опытная эксплуатация.
В проекте в начале предполагалось применять память на трубках Вильямса, но в 1955 году в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линии задержки. По тем временам БЭСМ была весьма производительной машиной — 8000 оп/сек. Она имела трехадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию, пакетам прикладных программ. Серийно машина стала выпускаться в 1956 году под названием БЭСМ-2.
Создание высокопроизводительной и оригинальной по архитектуре вычислительной системы БЭСМ-6 имело большое влияние на развитие вычислительной техники. В ЭВМ БЭСМ-6 использовались 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых диодов, причем высокая надежность машины была обеспечена большим запасом мощности основных схем – диоды и транзисторы были нагружены на 25-40% от допустимого предела. Имея исключительно высокое быстродействие – 1 млн. оп/с, БЭСМ-6 обладала отличным коэффициентом отношения производительности к стоимости вычислений.
Разработка БЭСМ была осуществлена под руководством С.А.Лебедева и В.А.Мельникова в ИТМ и ВТ. Серийный выпуск начат в 1967 году.
Машина БЭСМ-6 обладала рядом интересных особенностей, по организации виртуальной памяти по принятому в ее структурной организации принципу «трубопровода»*, по организации связи с каналами и периферийными устройствами.
БЭСМ была задумана как ЭВМ для расчетов в самых различных областях науки и техники для оснащения ею крупных вычислительных центров. Появление БЭСМ-6 не было случайным, но и не являлось последовательным усовершенствованием и развитием предыдущей БЭСМ-4. ЭВМ с быстродействием в несколько сот тысяч операций в секунду над числами, представленными в формате с плавающей запятой, и оперативной памятью в десятки тысяч слов была остро необходима для научных и проектировочных расчетов в авиации, космонавтике, ядерной физике, сложных отраслях машиностроения и т.п. Системное программное обеспечение БЭСМ-6 все время совершенствовалось. Вводились новые операционные системы, режим разделения времени, трансляторы с языков Алгол, Фортран, Лисп и др. С 1970 года в комплектацию машины были включены ВЗУ на магнитных дисках.
В эксплуатирующих БЭСМ-6 организациях были созданы комплексы прикладных программ, обеспечивающих проведение важнейших научных и конструкторских расчетов.
Работы в области математического обеспечения БЭСМ-6 сыграли очень важную роль в развитии этого направления науки у нас в стране, в подготовке кадров, в становлении и развитии коллективов разработчиков системного и прикладного программного обеспечения, в развитии сложных многомашинных и сетевых комплексов. Большой вклад внесли коллективы ИТМ ВТ, ИПМ, ОИЯИ, МГУ, ВЦ АН СССР, ВЦ СО АН СССР.
Работа с ВЗУ и периферией. В первоначальном варианте БЭСМ-6 в комплект ВЗУ входили накопители на магнитных барабанах (НМБ), а также периферийные устройства перфокарточного ввода-вывода, АЦПУ, перфоленточные устройства ввода-вывода, телеграфные аппараты, а впоследствии дисплеи и графопостроители, модемы телефонной связи и др. Магнитных барабанов было до 16 штук, и каждый из них имел емкость 32К слов. НМБ и НМЛ обслуживались быстрыми каналами (направлениями). Всего насчитывалось направлений: 2 для НМБ, 4 для НМЛ и седьмое резервное.
Остальные периферийные устройства обслуживались медленными направлениями. Для экономии оборудования мультиплексных каналов не было, а медленные направления обслуживались программами ОС, включающимися на время обслуживания по сигналу прерывания. Управление всеми направлениями проводилось блоком управления внешних устройств (УВУ). Таким образом, в БЭСМ-6 была достигнута высокая ступень параллельности (одновременности) работы многих устройств по принципу: все, что в данный момент готово к работе, должно работать! Эта асинхронность и параллельность в работе устройств наряду с быстродействием АУ обеспечили общую высокую производительность БЭСМ-6. Но для решения некоторых наиболее сложных задач ее оказалось недостаточно, и был разработан многомашинный вычислительный комплекс (ММВК). А это уже совсем другая история.
БЭСМ-6 выпускалась серийно на московском заводе САМ с 1968 по 1987 год (всего было выпущено 355 машин) — своего рода рекорд! Последняя БЭСМ-6 была демонтирована в 1995 году на московском вертолетном заводе Миля. БЭСМ-6 были оснащены крупнейшие академические (ВЦ АН СССР, ОИЯИ ...) и отраслевые (ЦИАМ, НИИ АС, НИИ ТП...) научно-исследовательские институты, заводы и КБ.
*принцип «тробопровода» — это принцип совмещения выполнения команд (до 14 одноадресных машинных команд могли одновременно находиться в процессоре на разных стадиях выполнения).
ЭВМ БЭСМ – являлась самой производительной отечественной ЭВМ первого поколения, М-20 (к первому поколению относятся все ЭВМ, появившиеся после 1946 г.). Кстати, БЭСМ стала последней машиной этого поколения, созданной под руководством Сергея Алексеевича Лебедева. БЭСМ родилась в 1958 году и следующем году уже была запущена в производство.
Эта машина послужила исходной моделью для ряда ЭВМ второго поколения — БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4, М-220, М-222, причем по структурной организации первые три из указанных ЭВМ мало чем отличались от М-20, а БЭСМ-4 называли даже ее «полупроводниковым вариантом», который отличается от машины М-20 только большей емкостью оперативной и внешней памяти и более широким набором устройств ввода и вывода.
Быстродействие БЭСМ-4 было несколько ниже быстродействия машины М-20 (18 000 и 20 000 операций в секунду соответственно), а системы команд у них являлись совместимыми — в том смысле, что любая программа ЭВМ М-20 могла быть «правильно выполнена на машине БЭСМ-4». (Для сравнения, первая машина семейства БЭСМ, работа над которой закончилась в 1952 году, имела среднюю производительность около 10 000 операций в секунду, при этом она являлась тогда самой быстродействующей ЭВМ в Европе).
Краткая характеристика М-20
Форма представления чисел: двоичная, с плавающей запятой. 45 двоичных разрядов.
Диапазон представления чисел: от 2 -64 до 2 64.
Структура команд: трехадресная, с автоматическим изменением адресов. Трехадресная команда содержит три адреса: адрес первого числа, адрес второго числа и адрес результата операции.
Емкость оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) на ферритовых сердечниках — 4096 машинных слов. В машине имелись внешние запоминающие устройства на магнитных барабанах и лентах. Три магнитных барабана позволяли запомнить приблизительно 12 000 слов, а четыре блока накопителей на магнитной ленте давали возможность хранить около 300 000 слов.
Скорость обмена информацией с ОЗУ: 12 000 слов в секунду для магнитных барабанов и 2800 слов в секунду для магнитных лент. Ввод информации в машину производился с перфокарт со скоростью 100 карт в минуту.
Устройства вывода: быстродействующее печатающее устройство (скорость печати — 15 строк в секунду) и выходной перфоратор (50 карт в минуту). Промежуточное буферное запоминающее устройство на магнитном барабане позволяло одновременно выводить результаты и производить вычисления.
Система команд предусматривала операции:
1. арифметического типа (пересылка слова, сложение, вычитание, вычитание модулей, деление, умножение, извлечение корня и некоторые другие);
2. логического типа (сравнение, логическое умножение, логическое сложение, сдвиг мантиссы по адресу, сдвиг мантиссы по порядку, сдвиг слова по адресу, сдвиг слова по порядку);
3. специальные операции над словами — главным образом для действий с командами (например, сложение кодов операций, вычитание кодов операций, циклическое сложение);
4. операции управления — операции с содержимым так называемого регистра адреса, а также операции условных и безусловных переходов (безусловный переход с обратной связью, условный переход, безусловный переход, окончание цикла по регистру адреса, изменение регистра адреса).
В машине использовалось 4500 электронных ламп и 35 000 полупроводниковых диодов.
В 1950 году в Институте точной механики и вычислительной техники под руководством С.А.Лебедева была спроектирована машина БЭСМ (Большая Электронная Счетная Машина), а в 1952 году началась ее опытная эксплуатация.
В проекте в начале предполагалось применять память на трубках Вильямса, но в 1955 году в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линии задержки. По тем временам БЭСМ была весьма производительной машиной — 8000 оп/сек. Она имела трехадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию, пакетам прикладных программ. Серийно машина стала выпускаться в 1956 году под названием БЭСМ-2.
Создание высокопроизводительной и оригинальной по архитектуре вычислительной системы БЭСМ-6 имело большое влияние на развитие вычислительной техники. В ЭВМ БЭСМ-6 использовались 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых диодов, причем высокая надежность машины была обеспечена большим запасом мощности основных схем – диоды и транзисторы были нагружены на 25-40% от допустимого предела. Имея исключительно высокое быстродействие – 1 млн. оп/с, БЭСМ-6 обладала отличным коэффициентом отношения производительности к стоимости вычислений.
Разработка БЭСМ была осуществлена под руководством С.А.Лебедева и В.А.Мельникова в ИТМ и ВТ. Серийный выпуск начат в 1967 году.
Машина БЭСМ-6 обладала рядом интересных особенностей, по организации виртуальной памяти по принятому в ее структурной организации принципу «трубопровода»*, по организации связи с каналами и периферийными устройствами.
БЭСМ была задумана как ЭВМ для расчетов в самых различных областях науки и техники для оснащения ею крупных вычислительных центров. Появление БЭСМ-6 не было случайным, но и не являлось последовательным усовершенствованием и развитием предыдущей БЭСМ-4. ЭВМ с быстродействием в несколько сот тысяч операций в секунду над числами, представленными в формате с плавающей запятой, и оперативной памятью в десятки тысяч слов была остро необходима для научных и проектировочных расчетов в авиации, космонавтике, ядерной физике, сложных отраслях машиностроения и т.п. Системное программное обеспечение БЭСМ-6 все время совершенствовалось. Вводились новые операционные системы, режим разделения времени, трансляторы с языков Алгол, Фортран, Лисп и др. С 1970 года в комплектацию машины были включены ВЗУ на магнитных дисках.
В эксплуатирующих БЭСМ-6 организациях были созданы комплексы прикладных программ, обеспечивающих проведение важнейших научных и конструкторских расчетов.
Работы в области математического обеспечения БЭСМ-6 сыграли очень важную роль в развитии этого направления науки у нас в стране, в подготовке кадров, в становлении и развитии коллективов разработчиков системного и прикладного программного обеспечения, в развитии сложных многомашинных и сетевых комплексов. Большой вклад внесли коллективы ИТМ ВТ, ИПМ, ОИЯИ, МГУ, ВЦ АН СССР, ВЦ СО АН СССР.
Работа с ВЗУ и периферией. В первоначальном варианте БЭСМ-6 в комплект ВЗУ входили накопители на магнитных барабанах (НМБ), а также периферийные устройства перфокарточного ввода-вывода, АЦПУ, перфоленточные устройства ввода-вывода, телеграфные аппараты, а впоследствии дисплеи и графопостроители, модемы телефонной связи и др. Магнитных барабанов было до 16 штук, и каждый из них имел емкость 32К слов. НМБ и НМЛ обслуживались быстрыми каналами (направлениями). Всего насчитывалось направлений: 2 для НМБ, 4 для НМЛ и седьмое резервное.
Остальные периферийные устройства обслуживались медленными направлениями. Для экономии оборудования мультиплексных каналов не было, а медленные направления обслуживались программами ОС, включающимися на время обслуживания по сигналу прерывания. Управление всеми направлениями проводилось блоком управления внешних устройств (УВУ). Таким образом, в БЭСМ-6 была достигнута высокая ступень параллельности (одновременности) работы многих устройств по принципу: все, что в данный момент готово к работе, должно работать! Эта асинхронность и параллельность в работе устройств наряду с быстродействием АУ обеспечили общую высокую производительность БЭСМ-6. Но для решения некоторых наиболее сложных задач ее оказалось недостаточно, и был разработан многомашинный вычислительный комплекс (ММВК). А это уже совсем другая история.
БЭСМ-6 выпускалась серийно на московском заводе САМ с 1968 по 1987 год (всего было выпущено 355 машин) — своего рода рекорд! Последняя БЭСМ-6 была демонтирована в 1995 году на московском вертолетном заводе Миля. БЭСМ-6 были оснащены крупнейшие академические (ВЦ АН СССР, ОИЯИ ...) и отраслевые (ЦИАМ, НИИ АС, НИИ ТП...) научно-исследовательские институты, заводы и КБ.
*принцип «тробопровода» — это принцип совмещения выполнения команд (до 14 одноадресных машинных команд могли одновременно находиться в процессоре на разных стадиях выполнения).
