Суперкомпьютеры Т340А и К340А. Часть 1

Б.М. Малашевич.

1960–1963 гг., после успешного завершения работ над А340А, возглавляемый Д.И. Юдицким коллектив разработал первую в стране реально работавшую модулярную ЭВМ. В институте в 1960 г. был сделан макетный (сокращённый) образец ЭВМ, а затем в 1962 г. опытный завод при НИИДАР по эскизной документации изготовил ЭВМ под именем "Т340А". Теория и практика варианта модулярной арифметики и принципы построения ЭВМ "Т340А" на их основе были разработаны И.Я. Акушским, Д.И. Юдицким и Е.С. Андриановым. В ходе работы выяснилось много интересных свойств системы остаточных классов, о которых в первоисточниках и не упоминалось. Академик В.М. Амербаев рассказывает: «…Ф.В. Лукин привлёк внимание И.Я. Акушского к разработкам … нового способа организации параллельных вычислений. Выяснилось позднее, что он обладает свойством арифметической самокоррекции. ...Это была нетрадиционная компьютерная арифметика, и для её разработки требовался нетрадиционный подход. В ходе разработки … возникло множество ярких, оригинальных решений в архитектуре, живучести, параллельности, конвейерности ЭВМ…».

ЭВМ "Т340А", совместно с "А340А", активно использовалась в качестве стенда при построении РЛС дальнего обнаружения "Дунай-3УП" на Сары-Шаганском полигоне ПРО.

ЭВМ была построена на основе феррит-транзисторной логики, реализованной на дискретных транзисторах 1Т308В и ферритовых сердечниках (рис. 2).

Рис. 1. Ячейка ЭВМ "Т340А" и "К340А"

Полученные при её настройке и первом опыте эксплуатации результаты были использованы при создании в 1963-66 гг. комплекта конструкторской документации для серийного производства ЭВМ, но уже под именем "К340А".

В 1964 г. Д.И. Юдицкий и И.Я. Акушский с группой специалистов, опять же по приглашению Ф.В. Лукина, назначенного директором создаваемого в будущем Зеленограде Центра микроэлектроники, перешли в него.

А разработку К340А завершил оставшийся коллектив под руководством Л.В. Васильева. ЭВМ была освоена в серийном производстве и стала базовой для РЛС, разрабатываемых в те годы в НИИ-37. Практически Т340А и К340А – это одна ЭВМ на разных этапах её создания.

ЭВМ «К4340А» серийно выпускалась опытным заводом при НИИДАР и Свердловским заводом радиоаппаратуры, всего было выпущено около 50 комплектов. Они использовались в РЛС дальнего обнаружения «Дунай-3У» системы «А-35» ПРО центрального промышленного района и в загоризонтных РЛС системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН) «Дуга», «Дуга-2» и «Дуга-3», которые были построены, но, к сожалению, не оправдали возлагаемых на них надежд.

Несравненно лучше сложилась судьбы ЭВМ в составе РЛС «Дунай-3У» .

Узел системы дальнего обнаружения (СДО) целей ПРО «А-35» в составе двух РЛС "Дунай-3У", созданный в 1969–76 гг. недалеко от г. Чехова в Московской обл., в 1978 г. после серии положенных для таких объектов испытаний был принят на вооружение в режиме "Боевая работа". В СДО применено 20 комплектов ЭВМ К340А выпуска 1968-1976 гг., по 10 ЭВМ в каждой РЛС.

В 2010 г. мне удалось посетить этот СДО. К этому моменту по плану модернизации электроника РЛС, первой введённая в строй, была демонтирована для замены на современную, но вторая продолжает работать, превзойдя положенное для таких объектов время "продолжительности жизни" почти в 4 раза. Годы создания двух её ЭВМ (1970-й и 1972-й) подтверждаются формулярами их устройств (рис. 4).

Рис. 2, 3. Наклейки на формулярах действующих устройств ЭВМ "К340А"

Структурная схема ЭВМ приведена на рис. 5.

Рис. 4. Структурная схема ЭВМ "К340А"

Основными системами ЭВМ являются вычислитель, накопительная система, пульт управления К340П1 (ПУ), регистратор (два принтера МП-16), система электропитания и система охлаждения (в то время в вычислительной технике ещё не было устоявшейся позже общей терминологии, поэтому каждый главный конструктор применял свою).

В состав вычислителя (в нынешней терминологии – процессор) входят следующие устройства:

1. Устройство обработки данных (УОД), выполняющее арифметические и логические операции над числами,

2. Буферный накопитель (БН), представляющий собой многовходовое быстродействующее запоминающее устройство на регистрах, предназначенное для связи между высокопроизводительным вычислителем и накопительной системой. Буферный накопитель используется для временного хранения информации и оперативного использования её в процессе работы. Ёмкость буферного накопителя – 16 45-разрядных слов.

3. Накопитель команд (НК) служит для хранения команд программы. В состав накопителя команд входят четыре автономных накопителя НК1, НК2, НК3 и НК4, ёмкостью по 4096 45-разрадных слов каждый.

Здесь следует отметить, что задачи РЛС дальнего обнаружения и контроля космического пространства алгоритмически довольно консервативны, программы их решения эксплуатируются без изменений длительные сроки, поэтому в ЭВМ тогда для хранения программ использовались перепрограммируемые (часто, как и в данном случае, вручную) постоянные ЗУ. Таким был и НК.

Накопитель команд выполнен в виде перепрограммируемого ферритового постоянного запоминающего устройства на цилиндрических ферритовых сердечниках. Сердечники вручную вставлялись (и извлекались) в отверстия в матрице, содержащей 2х32 45-разрядного слова (рис. 6).

Рис. 5, 6. Блок накопителя команд ЭВМ «К340А», левая и правая стороны. Черные точки – ферриты.

Накопительная система является основной памятью ЭВМ и выполняет задачи оперативной памяти (ОЗУ) при обмене информацией с вычислителем, и буферной памяти при обмене информацией с внешними устройствами. В накопительную систему входят: устройство управления (УУ), 16 независимых накопителей чисел (НЧ), накопитель констант (НКС) и буферный накопитель (БН).

Ёмкость каждого накопителя чисел – 1024 45-разрядных слов, ёмкость накопителя констант – 4096 45-разрядных слов с возможностью расширения до 8192 45-разрядных слов. В этой ЭВМ был реализован принцип независимых каналов памяти команд и данных (гарвардская архитектура). Но каждый НЧ имел по два порта для ввода-вывода информации: с абонентами (с возможностью параллельного обмена с любым числом блоков) и с процессором. Для увеличения быстродействия было реализовано программное расслоение оперативной памяти с чередованием адресов обращения процессора к блокам НЧ.

Кроме того, была применена многовходовая буферная память (буферный накопитель–БН) для двухоперационных команд (в каждой команде выполнялось по две операции, каждая из которых в других ЭВМ того времени выполнялась в виде отдельной команды). Эти особенности построения системы памяти обеспечили высокую эффективность ЭВМ: задержек при обращении к памяти большого объёма (бич ЭВМ тех лет) практически не было.

Вычислитель перерабатывает информацию, содержащуюся в буферном накопителе. Вычислитель и накопительная система способны работать параллельно, независимо друг от друга, каждый по своей команде из одного командного слова. Это обеспечивает возможность одновременного выполнения двух операций в одной команде, т.е. вдвое увеличивать производительность ЭВМ.

К340А имеет развитую систему обмена данными с внешними абонентами. Все внешние абоненты по объёму принимаемой и выдаваемой информации разделяются на массовые и одиночные. При обмене информацией все одиночные абоненты рассматриваются как ячейка специального накопителя. В ЭВМ предусмотрена возможность обмена с 8-ю внешними одиночными абонентами (по приёму и по выдаче). Для обмена с массовыми абонентами может быть использован любой накопитель чисел, который специальной управляющей командой выводится из состава накопительной системы ЭВМ и становится внешним буферным запоминающим устройством.

В ЭВМ имеется развитая система прерываний по внешним сигналам с жёсткой (аппаратной) и гибкой (программной) приоритетной системой. Система прерываний рассчитана на 15 запросов прерывания.

Для контроля за работой всех устройств ЭВМ и ручного управления служит пульт управления (рис. 7), на котором имеются необходимые элементы индикации и управления.

Рис. 7. Б.М. Малашевич у пульта одной из 10 действующих "К340А" 25 ноября 2010 г.

Все устройства ЭВМ построены на основе единой базовой конструкционной системы в виде типовых ячеек, блоков и шкафов ЭВМ была разработана ранее РЛС "Дунай-3УП". Её конструктивные решения оказались достаточно удачными и были применены при построении электронных устройств Дунай-3У и других электронных устройств РЛС, в которых применялась ЭВМ К340А (рис. 8, 9).

Рис. 8. Ячейки и блоки ЭВМ "К340А"

Рис. 9. Шкаф №15 (НЧ15 и НЧ16) ЭВМ "К340А"

Пульт управления и регистратор имеют специализированные конструкции с применением типовых ячеек и блоков.

Общая компоновка ЭВМ представлена на рис. 10

Рис. 10. Общая компоновка ЭВМ "К340А"

Работа ЭВМ

Работа ЭВМ производится по командам, выбираемым из накопителя программ в соответствии с поступающим на него адресом.

Для обеспечения совмещения работы отдельных устройств в одной машинной команде размещаются две команды К1 и К2. Команда К1 располагается в разрядах 1 – 20 слова команды, команда К2 располагается в разрядах 21 – 45. Код выбранной из НК команды (К1, К2) поступает в УУ на регистры РК1 и РК2.

По команде К1, в зависимости от имеющегося в нём признака команды, операции выполняются в арифметическом устройстве или в устройстве управления.

Арифметическое устройство имеет двухсторонний обмен информацией с буферным накопителем.

Команды К2 обеспечивают выполнение операций обмена между буфером и накопителем чисел или констант, а также обмен информацией между ЭВМ и внешним и абонентами. Код команды К2 расшифровывается в УУ, и сигналы управления выдаются в НЧ, НКС или абоненту. Одиночные абоненты подразделяются на внутренние, от устройств ЭВМ, и внешние.

Каждый одиночный абонент жёстко связан цепями выдачи и приёма информации с блоком управления одиночными абонентами в УУ. В режиме «Запись абоненту» регистр одиночных абонентов принимает информацию из БН и переписывает её одному из абонентов, адрес которого указан в команде. В режиме «Чтение» информация от абонента принимается в регистр абонента и затем передаётся в БН.

Для обмена с массовыми абонентами используется НЧ, которые соединены связями с данным абонентом. Перед началом обмена в НЧ заносится признак режима (чтение – запись), начальный адрес и количество слов.

ЭВМ обладала невиданным в те времена быстродействием – 1,25 млн. двойных оп/с. (т.е. 2,5 млн. оп/с в обычном тогда исчислении). Типовое быстродействие ЭВМ в те времена измерялось десятками или сотнями тысяч оп/с. Такую производительность удалось получить благодаря применению СОК и ряда других приёмов. Действительно, максимальная разрядность основания в ЭВМ равна 6 бит, при этом обрабатывались 45-разрядные слова. Следовательно, даже без учёта массы других хитростей, производительность ЭВМ в 7,5 раз превышает производительность двоичной ЭВМ при прочих равных условиях (45/6=7,5). Производительность двоичной ЭВМ при прочих равных условиях составляла бы 2 500 000 / 7,5 = 333 333 оп/с, что соответствовало характеристикам лучших ЭВМ того времени.

Каждая ЭВМ при применении имела свой состав устройств ввода-вывода информации. По этим признакам (общий с системой конструктив и специальный состав периферии) ЭВМ называлась в НИИДАР-е специализированной цифровой ЭВМ (СЦВМ), хотя по архитектуре и структуре она соответствовала универсальным вычислительным машинам.

Окончание следует

Источник: vk.com

Комментарии: