Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → Галерея славы  → Отечественные ученые и инженеры  → Разработки ЭВМ и Вычислительных комплексов под руководством Матюхина Н.Я. в НИИАА им. Академика В.С. Семенихина

Разработки ЭВМ и Вычислительных комплексов под руководством Матюхина Н.Я. в НИИАА им. Академика В.С. Семенихина

Николай Яковлевич Матюхин

В этих материала приводятся разработки, выполненные в подразделении Николая Яковлевича Матюхина. Сам по себе его переход в НИИАА из академического института – пример ответственного и компетентного управления, которое было присуще институту с момента его организации и заслуживает быть отмеченным в этих заметках.

При создании института предполагалось, что это должна быть чисто проектная организация, занимающаяся системным проектированием в кооперации с предприятиями – разработчиками аппаратных комплексов, в том числе и с разработчиками ЭВМ. Кроме разработки системных проектов и программного обеспечения никаких других разработок на предприятии не предусматривалось. В структуре предприятия отсутствовало опытное производство.

Вновь созданное НИИ, в какой-то степени копировало структуру шеф-монтажного предприятия, имеющего в своём составе специалистов разного профиля, способных обеспечить наладку и запуск сложной территориальной системы. Эти специалисты ориентированы на эксплуатацию систем, а не на их разработку, и готовят таких специалистов соответствующе Вузы и военные академии. К чести директора института Г.Л. Шорина и начальника отдела вычислительной техники В.М. Курбатова в те теперь уже далёкие 1950-е годы, они понимали, что ЭВМ являются главным системообразующим ядром автоматизированных систем, и просто с кураторами по вычислительной технике здесь делать нечего. Но таких специалистов, как Матюхин, перспективой писать технические задания и заниматься наладкой чужих ЭВМ не заманишь никакими деньгами. Поэтому в тайне от высокого начальства руководство института пообещало развернуть разработку собственной ЭВМ, и как показал опыт, не прогадало. Тогда, в далёком теперь уже 1960 году, под руководством Матюхина был создан двухмашинный вычислительный комплекс, обеспечивающий первичную обработку радиолокационной информации в реальном масштабе времени. Основу комплекса составляло так называемое “Типовое пересчётное устройство” (ТПУ). Такое наименование получила эта ЭВМ, чтобы не привлекать внимание Министерства, которое не допускало, как тогда было принято говорить, дублирования разработок.

Матюхин получил уникальную возможность разработки ЭВМ – внутри конкретной системы, когда известны условия, которые предъявляет система к функционированию и эксплуатации ЭВМ.

Технические идеи

  1. Эта первая ЭВМ имела много технических новинок. Достаточно упомянуть хотя бы, так называемый, “авторегистр”, обеспечивающий программируемую подмену команд. Этот механизм успешно использовали при рестарте программ для коррекции ошибок, обеспечивая тем самым непрерывность вычислительного процесса – важнейшее качество для систем реального времени.
  2. Во всех последующих работах Матюхина прослеживается существенная составляющая всех серьёзных разработок, а именно, параллельно, с собственно разработкой новых систем, обеспечить соответствующую технологическую культуру этих разработок. По существу, на каждом новом образце апробируются принципиально новые научно-технические направления. Так, например, на своей 2-й ЭВМ Матюхиным были внедрены в конце 1960-х методы автоматизации проектирования – САПР.
    Николай Яковлевич по праву считается одним из пионеров в этой области. На многих приборостроительных предприятиях были созданы лаборатории и отделы по автоматизации проектирования, во главе которых стояли ученики Матюхина.
  3. Новый подход к программному обеспечению, как составной части системы: присвоение этой важнейшей составной части систем статуса изделия. В конце 1960-х и начале 1970-х годов под руководством Матюхина были разработаны вычислительные комплексы с загружаемой программой. Последний комплекс, кстати, имел ЕС подобную архитектуру. В качестве ВЗУ использовались малогабаритные магнитные барабаны с 10-ти миллисекундным временем доступа разработки Ереванского института математических машин. До этого все ЭВМ в наших системах работали с программами, записанными в долговременной памяти (ДЗУ). Понятно, что эти, как их сейчас называют, ма­шинные носители информации, а по существу блоки ДЗУ, представляли собой изделия, имели соответствующую конструкторскую документацию, правила обращения, хранения, и изменения которой подчинялись стандарту ЕСКД. Известно, что без этих стандартов промышленное серийное производство невозможно. И вот, с появлением загружаемых программ Николай Яковлевич, к тому времени Главный конструктор большого аппаратно-программного комплекса – центра пакетной коммутации сообщений, обратил внимание на парадоксальное явление. Программное обеспечение вроде бы и есть, а в действительности его и нет. Оно находится в перманентной доработке, машинные носители хранятся в столах программистов, и сам чёрт не разберётся, какая в данный момент версия загружена в комплекс. Чтобы навести в этом деле элементарный порядок, в 1970 году мы разработали первую в стране нашу внутреннюю нормаль, определяющую программный продукт как изделие и соответствующие правила его оформления и сопровождения. Надо отметить, что зарубежные публикации по этому поводу Йодана, Гантера, Брукса появились в 1972—1979 годах. Конечно, время приходит и соответствующие идеи, как говорят, носятся в воздухе. Дело не в приоритете, а в том, что не каждому дано их уловить и реализовать. Матюхину Николаю Яковлевичу это было свойственно всегда, на протяжении всей его работы. Но и огорчений по этому поводу было не мало. Я был свидетелем многочисленных совещаний и на достаточно высоком министерском уровне, на которых эти его революционные по тем временам предложения подвергались издевательской обструкции. Так было, кстати сказать, и с внедрением САПР.
  4. В начале 1970-х годов – создание 6-и машинного отказоустойчивого вычислительного комплекса для командного пункта ПВО, в котором были реализованы идеи моноканалов, обеспечивающих обмен. ЭВМ между собой типа «память – память» (канал ЭВМ—ЭВМ) и единое поле внешних устройств для всех ЭВМ комплекса. В этом так называемом межмашинном канале был реализован принцип кольцевой архитектуры с маркерным доступом, практически одновременно с созданием Token Ring.
    В этом 6-ти машинном комплексе использовался режим распределённой обработки в реальном масштабе времени. Отказоустойчивость обеспечивалась возможностью деградации комплекса до минимальной конфигурации в составе двух-одной ЭВМ (конечно, с соответствующим уменьшением производитель­ности и сокращением некоторых задач).
  5. Осуществляя авторский контроль своих систем в условиях эксплуатации, Матюхин обратил внимание на важность качества эксплуатационной документации и встроенных средств аппаратного контроля, функционального контроля и диагностики. Так, например, в системах в качестве обязательной составной части включались рабочие места начальника дежурной смены.
  6. О диагностике. В упомянутых выше комплексах 1970-х годов присутствовал так называемый регистр диагностики, который позволял программно имитировать системные ситуации, в том числе все виды прерываний. Кстати, на базе этого регистра осуществлялся и встроенный функциональный контроль.
    По заданию Матюхина были разработаны блоки вторичного электропитания комплекса, в которых использовался принцип так называемых граничных испытаний, т. е. перевод системы в искусственно утяжелённые режимы работы. Эти блоки под управлением программы могли плавно изменить любое из напряжений и в любом сочетании на +5%.
    Тем самым выявлялись “чувствительные” к этим изменениям фрагменты, и, та­ким образом, появлялась возможность прогнозирования отказов.

Надёжность.

1. Резервирование.

АСУ, в которых использовались ВК, разработанные в подразделении Н.Я. Матюхина, предъявляли жёсткие требования к надёжности. Необходимая надёжность управления обеспечивалась сетевой структурой системы, в частности, наличием альтернативных маршрутов доведения управляющей информации до исполнительных звеньев системы, но и, конечно, надёжностью аппаратно-программных комплексов, которыми оснащались объекты системы. Для этих систем Характерен непрерывный режим функционирования с коэффициентом готовности (КГ) близким к единице. Такая высокая надёжность достигалась путём конструктивной обособленности резервируемых компонент, обеспечивающей возможность замены оборудования с блокировкой доступа персонала в рабочий контур системы.

2. Сбои и отказы.

Системный подход к проблеме надёжности определяет сбои и отказы не как фатальную неизбежность, а как следствие ошибок разработки, в том числе и не учёта внешних факторов, вызвавших сбой.

Как это проявляется на практике, показывают приведённые ниже, в качестве примера, две схемы заземления.

В первой схеме (рис. 1) оба взаимодействующих прибора заземлены на общую шину. Ток помехи от электродвигателей, используемых на этом объекте другим оборудованием, не связанном с нашей системой, попадёт в сигнальный контур нашей системы. Вторая схема (рис. 2) использует две шины приборного и промышленного заземления, соединённые в одной точке, то есть, защищена от промышленных помех.

Схема прохождения промышленного тока помехи в цепь передачи сигнала между приборами комплекса

Рисунок 1. Схема прохождения промышленного тока помехи в цепь передачи сигнала между приборами комплекса (А и В).

Схема заземления с раздельными приборной и промышленной шинами

Рисунок 2. Схема заземления с раздельными приборной и промышленной шинами

3. Эксплуатационная документация.

Надёжность сложного комплекса определяется не только надёжностью компонент, но и не в меньшей степени, качеством эксплуатационной документации, и в частности информативностью функциональных схем изделия. Назначение схемы – не только пояснить принцип работы, но и облегчить поиск неисправности. Для сложных схем используется принцип разделения схемы на несколько функциональных фрагментов. Каждый фрагмент выпускается в виде самостоятельного документа, дающего цельное представление о принципе работы какого-либо тракта. Такими фрагментами могут быть, например, функциональная схема электропитания, функциональная схема системы контроля вскрытия аппаратуры и т. д.

Тщательно выполненная функциональная схема, обладающая достаточной наглядностью и информативностью, свидетельствует не только о добросовестности разработчика, но, что не менее важно, демонстрирует его понимание (а часто, непонимание) того, что он собственно разрабатывает.

Это замечание относится не только к функциональным схемам аппаратуры, но и к алгоритмам программных компонент и систем.

Некоторое представление, как это может выглядеть на практике, даёт рисунок 3. Это искусственная ситуация, в которой обе схемы тождественны и отличаются только изображением. В реальных ситуациях плохая схема, как правило, имеет принципиальные недостатки. Она переусложнена и запутана настолько, насколько был извилист путь разработчика, продиравшегося к завершающему этапу, с помощью всевозможных “заплаток” и “нашлепок”.

Первый рисунок может служить примером небрежного отношения разработчика к выбору наиболее наглядного изображения, отражающего свойства симметрии системы.

Но можно предположить, например, что, разрабатывая некоторое устройство или программу, исполнитель не разглядел или не понял особенности структуры, обладающей явной симметрией.

Вариант “плохой” схемы

Рисунок 3. (а). Вариант “плохой” схемы

Эта же схема, но изображение наглядно демонстрирует симметрию системы

Рисунок 3. (б). Эта же схема, но изображение наглядно демонстрирует симметрию системы.


Об авторе: Вильшанский Г.С., к.т.н. 
Помещена в музей с разрешения автора 28 Января 2017

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2017