Разработки ЭВМ под руководством академика А.В. Каляева

Олег Борисович Макаревич

Под руководством [1] было выполнено много интересных и важных НИОКР. В сообщении представлены некоторые из них.

Это, во-первых, разработка и внедрение серии микросхем цифровых интеграторов (ЦИ) К-502 и построение на их основе мини ЦИМ с электронной коммутацией на 90 интеграторов. Впервые независимо друг от друга на машине могли работать три оператора, разделив поле процессоров (интеграторов) между собой.

Рис 1. Общий вид цифровой модели коллективного пользования на 90 функционально-ориентированных микропроцессоров

Рис.2. Сопроцессор

Во-вторых, разработка высокопроизводительной системы обработки сигналов «Символ-2П», для которой были в течение одного года разработаны три БИС: процессор «бабочки» БПФ ( ПО «Интеграл», г. Минск), коммутатор (ПО «Светлана», г. С-Петербург) и ортогональная память (КБ завода полупроводников, г. Нальчик).

В-третьих, разработка многопроцессорной ЭВМ «Парус» и векторного ускорителя к отечественной персональной ЭВМ. СуперЭВМ «ПАРУС-М» являлась персональной параллельной многопроцессорной вычислительной системой (МВС). которая могла использоваться для построения профессионально-ориентированных рабочих станций. Разработка выполнена по договору с РНИИ приборостроения (Москва). Система реализована в единичном экземпляре. Для обеспечения конкурентоспособности вычислитель многопроцессорной персональной суперЭВМ был выполнен на высоконадежном 32-разрядном комплекте СБИС AM 29с300 (в СССР он известен как серия 1843 - изготовитель ПО «Интеграл». Минск). Число параллельно работающих макропроцессоров (МАП) - 4; объем оперативной памяти одного МАП: память команд - 128 Кбайт; память данных - 2 Мбайта; форматы данных МАП (стандарт ИЛИЭР754): 32 и 64 разряда с плавающей запятой; 32 разряда с фиксированной запятой.

Программное обеспечение: параллельные языки высокого уровня на базе ФОРТРАН-77, Си, Модула-2; профессиональный язык программирования вычислительных задач EVAL: параллельный язык ассемблера; параллельная реализация пакетов прикладных программ. Производительность: пиковая - 64 Мфлопс: на пакете LINPAK - 36 Мфлопс. Организация вычислений в МВС базируется на разделении системных функций и параллельном выполнении их на отдельных процессорах. Управление задачей осуществляет ядро ОС. размещаемое в управляющем процессоре (УП). Системная функция обменов по коммутатору выполняется процессором обменов. Любая задача состоит из одного или нескольких отдельно транслируемых программных модулей. Для выполнения различных системных функций модули обращаются к ОС. используя систему прерываний.

Векторный ускоритель (ВУ) предназначен для увеличения производительности персональных ЭВМ. Повышение производительности достигается путем аппаратно-микропрограммного исполнения библиотечных операций, написанных на ассемблере ВУ. Подключение ВУ к персональному компьютеру позволяет увеличить производительность в 10-30 раз по сравнению с арифметическим сопроцессором 80287 (К) МГц). Области применения ВУ: обработка многомерных массивов информации в задачах анализа изображений, радиолокации, гидроакустики, поиска рыбных скоплений и т.д. Конструктивно ВУ выполнен в виде блока в настольном варианте подключаемого к IBM PC через переходную плату, или в виде модуля из 2-х плат, вставляемых в свободный «слот» ПЭВМ ЕС 1855.

Системное матобеспечение включает язык ассемблера, загрузчик, отладчик, тестовые программные средства. По отдельному заказу поставляется программная модель, позволяющая производить разработку и отладку библиотечных операций без векторного ускорителя. Прикладное матобеспечение включает библиотеку программ матричной алгебры, библиотеку сложных научно-технических расчетов различных объектов (турбин, лопаток, трубопроводов и т.д.) методом конечных элементов и библиотеку для расчета гидроакустических и рыбопромысловых задач. Опытные образцы (2 шт.) изготовлены в НИИ ЭВМ в Минске, техническая документация передана на Московский завод счетных арифметических машин (САМ) в 1993 году.

Рис. 3. Разработка многопроцессорной вычислительной системы ЕС-2703.

В-четвертых, разработка многопроцессорной вычислительной системы ЕС-2703. Она выполнялась по Постановлению СМ СССР и ЦК КПСС в течение пяти лет. Система ЕС-2703 по тем временам (1985 год) была одной из самых перспективных. ЕС-2703 представляла собой параллельную систему, состоящую из 16 процессоров с возможностью наращивания до 64. Каждый процессор имел 64 разряда с плавающей точкой (ПТ) и мог менять разрядность, как в ЭВМ М-10: два процессора разрядностью 32 с ПТ или четыре процессора по 16 разрядов с фиксированной точкой. Все процессоры могли обмениваться информацией друг с другом через несколько видов электронной коммутации. Система ЕС 2703 имела распределенную память. Элементная база: серия АМД 2900. Максимальная производительность СП для конфигурации 64 УП составляет около 50 млн. эквивалентных ЕС ЭВМ on/с., разрядностью 32 бита.

Работа была принята Межведомственной комиссией 25 октября 1986 года. Председатель комиссии - начальник предприятия п/я Г-4903 д.т.н. профессор Александр Дмитриевич Смирнов. Операционная система и параллельный ФОРТРАН позволили на данном комплексе успешно решить ряд крупных задач, в том числе и специально подобранную в ЦАГИ смесь «Зебра».

Выводы комиссии:

Материалы технического проекта, научно-технического отчета с результатами исследований по оценке эффективности вычислительного комплекса ЭВМ ЕС1061-ЕС2703 при решении задач математической физики и результаты испытаний экспериментального образца комплекса в объеме утвержденной программы подтвердили высокий научно-технический уровень и перспективность выбранных архитектурных решений, структуры аппаратной части и программного обеспечения.

Используя имеющийся задел по разработке архитектурных и структурных решений в аппаратуре и программном обеспечении, следует приступить к проведению опытно-конструкторской работы по созданию многопроцессорного вычислительного комплекса с производительностью до 1 млрд.оп/с на базе ЭВМ ЕС «Ряд-4».

Однако события конца прошлого века в стране не позволили внедрить данный вычислительный комплекс ЕС-1061 - ЕС-2703 в производство.

Все это только часть научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, выполнявшихся под руководством Анатолия Васильевича Каляева. По его инициативе успешно шли теоретические и практические исследования параллельных вычислений для решения специализированных задач в Таганрогском радиотехническом институте. Следует отметить, что в тот период и сам Анатолий Васильевич написал ряд монографий по теории цифровых интегрирующих машин (ЦИМ) и многопроцессорных вычислительных систем (МВС).

Примечания.

1. Анатолий Васильевич Каляев (1922-2004) — советский, российский учёный, академик РАН по Отделению информатики, вычислительной техники и автоматизации (2000: член-корреспондент РАН с 1991: член-корреспондент АН СССР с 1984). Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, Герой Социалистического Труда (1986). почётный гражданин г. Таганрога.

Об авторе: Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем им. А.И. Каляева
Южный федеральный университет
Таганрог, Россия
mak@tsure.ru
Материалы международной конференции Sorucom 2014 (13-17 октября 2014)
Помещена в музей с разрешения авторов 29 июня 2015