Управляющий вычислительный комплекс «Днепр-2»

Лаврищева Е.М.

Аннотация. В работе описывается управляющий вычислительный комплекс «Днепр-2», который включает вычислительную машину «Днепр-21» и управляющую машину «Днепр-22» для управления технологическими процессами (ТП) Автоматизированных систем управления (АСУ и АСУ ТП). УВК «Днепр-2» разработан в Институте кибернетики АН Украины и в его специальном конструкторском бюро математических машин и систем под руководством академика В.М. Глушкова (Постановление СМ СССР № 1250 от 12.12.1965 г.). Этот комплекс был одним из пионерских работ в СССР. В нем на период 60-х годов прошлого века представлены новые и оригинальные научно-технические решения по системе прерывания. В комплексе «Днепр-2» был реализована система управления объектами АСУ в реальном времени с помощью системы прерывания ОС и трансляторов с новых языков (Автокод, Алгол-60, Кобол и других). Комплекс внедрён в ГДР на BMHW.

1. Введение

Комплекс «Днепр-2» является системой управления объектами в реальном времени с помощью системы прерывания и OС с разделением времени, наряду с трансляторами с новых языков (Автокод, Алгол, Кобол и другие) [1-3]. В ИК АН Украины общее руководства по «Днепр-2» осуществлял В.М. Глушков, а Е.Л. Ющенко руководила отделом разработчиков трансляторов для новых машин. Она мобилизовала группы разработчиков систем программирования с адресного языка для машин М-20, УМШН, Проминь, МИР 1-2, «Днепр-1», а также с Автокода УВК «Днепр-2».

Разработку технического комплекса «Днепр-2» осуществлял кандидат технических наук, зав. отделом А.Г. Кухарчук, а системного математического обеспечения – доктор технических наук, зав. отделом ИК АН УССР А.И. Никитин. В разработке комплекса принимали участие технические специалисты (Струтинский А.Л., Абакумова Н.И., Вербовский А.Д., Зеленский Ю.И., Калайда Е.И. и др.) и программисты (Конозенко В.И., Машбиц Г.Я., Лаврищева Е.М., Усенко Л.Г. и др.).

Главные научно-технические решения комплекса были:

• блочно-иерархическая структура регистров и организация памяти для двоичных чисел с переменной длиной и цифро-буквенной информацией до 128 символов;

• одно- двух- и трёхадресная структура команды с операндами переменной разрядности (16, 32 и 64 разряда);

• выполнение арифметических операций (до 16 тыс. операций в сек.) в режимах фиксированной и плавающей запятой и целых чисел;

• разделение системы на вычислительный и управляющий комплекс с высокой живучестью и временными характеристиками;

• втоматический контроль работы УВК «Днепр-2» и его связь с объектами управления;

• параллельная работа устройств в вычислительном комплексе и преобразователей информации в управляющем комплексе;

• унифицированные каналы связи (до 32) для подключения устройств ввода-вывода (до 96) с высокой пропускной способностью;

• развитая программно-схемная система прерывания и др.

Эти решения и принципиально новые подходы к реализации программного обеспечения превосходили существующие в то время зарубежные вычислительные машины (IBM, CDC, General Electric и др.) и системы. Исходя из этих новых решений и подходов было разработано для УВС «Днепр-2» новое по идеям и принципам общесистемное программное обеспечение составе:

• операционная система на мнемоническом языке команд машины с диспетчером ДД-1, в функции которого входило обслуживание периферии и отладки системных программ обслуживания машины в диалоговом мультипрограммном режиме за терминалами;

• диспетчер ДД-2 для обеспечения совместной работы «Днепр-21» и «Днепр-22» при решении задач управления объектами управляющего комплекса;

• системы программирования для языков Автокод, Д-Алгамс и Кобол;

• системы диалоговой отладки прикладных программ решения различных задач на этих языках за терминалами машины.

УВК «Днепр-2» не имел аналога, а его общесистемное программное обеспечение (ОПО) отличалось оригинальностью и уникальностью подходов к их реализации на сложном управляющем комплексе «Днепр-2». ОПО и УВК «Днепр-2» прошли успешные испытания и признание приёмочной государственной комиссии (5.12.1967 г.) под председательством директора Вычислительного центра АН СССР академика А.А. Дородницына и академика В.М. Глушкова.

Оригинальными проектными решениям комплекса на то время были:

• система прерывания для связи с объектами управления по каналам связи;

• параллельная работа вычислительной машины «Днепр-21», управляющей «Днепр-22» и устройств преобразования информации, поступающей с объектов управления АСУ ТП;

• схемно-программная система прерывания и др.

Эти проектные решения значительно опередили концепции и принципы построения ОПО на комплексе «Днепр-2» по сравнению с известными для того времени ОС IBM, General Electric и системами управления технологическими процессами в реальном времени, а именно:

• ОС управления вычислениями, сбором и обработкой данных в реальном времени, а также диалоговый, многопультовый режим разработки, отладки и выполнения программ (Г.Я. Машбиц, В.И. Конозенко, Е.И. Калайда и др.);

• трансляторы с языков Автокод, Алгамс и Кобол (Е.М. Лаврищева, Л.Г. Усенко, Л.П. Бабенко, Е.Л. Ющенко, М.В. Семенюк и др.) [2, 3].

В разработке общесистемного программного обеспечения новых ЭВМ принимал участие отдел Е.Л. Ющенко в ИК АН УССР. С 1963 года начались работы по созданию технического и математического обеспечения УВК «Днепр-2» тремя группами, включая техническую реализацию комплекса «Днепр-2», операционную систему и системы программирования с языков «Автокод», «Алгамс» и «Кобол».

Для консолидации работ эти группы были объединены в отдел А.И. Никитина и переведен в СКБ ММС (01.06.1967 г.). С 1 января 1968 г. отдел был преобразован в три лаборатории, каждая из которых выполняла соответствующие работы для УВК «Днепр-2».

УВК «Днепр–2» и разработка операционной системы

Разработку технического комплекса осуществлял отдел к.т.н. А.Г. Кухарчука, а системного математического обеспечения д.т.н. А.И. Никитин. В разработке машины принимали участие специалисты схемотехники (А.Л. Струтинский, Н.И. Абакумова, А.Д. Вербовский, Ю.И. Зеленский и др.) и программисты (В.И. Конозенко, Г.Я. Машбиц, Е.И. Калайда, Е.М. Лаврищева и др.).

Для УВК «Днепр-2» было разработано ОПО в составе:

• операционная система на мнемоническом языке команд машины с диспетчером ДД-1, в функции которого входило обслуживание периферии и отладки системных программ обслуживания машины в диалоговом мультипрограммном режиме за терминалами;

• диспетчер ДД-2 для обеспечения совместной работы «Днепр-21» и «Днепр-22» при решении задач управления объектами;

• системы диалоговой отладки прикладных программ решения различных задач на этих языках за терминалами машины.

УВК «Днепр-2» и система программирования

Система программирования включала:

• трансляторы с языков «Автокод», «Алгамс» и «Кобол» [3];

• систему диалоговой отладки программ на этих языках на основе ДД2 [4].

Системы программирования с указанных выше языков на УВК «Днепр-2» были реализованы с помощью нового метода анализа языков программирования (ЯП), представляемых в виде синтаксических таблиц, расширенных семантическими программами перевода входных символов в коды этой машины. Разработан оригинальный СМ-метод трансляции языков, алгоритм анализа которого по своим функциям анализа по синтаксически-семантическим таблицам превосходил известный метод синтаксического разбора Замельсона и Бауэра своей ориентацией на семантику ЯП [5]. С помощью СМ-метода реализованы семантика общего арифметического блока транслятора «Алгамс» и «Кобол». (Л.Г. Усенко и С.Л. Берестовая), компилятор с подмножества языка SQL. Построение таких таблиц для ЯП «Алгамс» и «Кобол» было автоматизировано. Это дало возможность разработать компилятор с подмножества языка SQL в трёхмесячный срок в ГДР и сдать его в эксплуатацию заказчику (1972 г.). Данный метод представлен в первой монографии по теории программирования [6].

Техническое и математическое обеспечение «Днепр-2» прошло успешные государственные испытания (1967 г.) комиссии под председательством директора Вычислительного центра АН СССР академика А.А. Дородницына и директора ИК АН УССР академика В.М. Глушкова.

Комплекс «Днепр-2» был представлен на первой международной выставке ЭВМ в Москве в 1969 г. К нему был проявлен огромный интерес иностранных специалистов (США, Франция, Бельгия, ГДР и др.), которые были приятно удивлены оригинальной архитектурой этой ЭВМ, техническими решениями по управлению объектами и системой прерывания. По контракту с ГДР завод ВУМ изготовил комплекс УВК «Днепр-2» из двух машин «Днепр-21» и «Днепр-22» (1969 г.) в экспортном варианте, которые стали технической базой АСУ ТП для управления металлургическими комбинатами ГДР вплоть до развала СССР. Внедрением УВК в ГДР занимались члены из групп разработчиков и программистов УВК «Днепр-2» в составе 10 человек (1971-1975 гг.). Они первоначально провели внедрение УВК и ОПО за полгода пребывания в командировке в ГДР. Немецкие журналисты опубликовали статью о выполнении работ советскими специалистами (см. ниже фото).

Комплекс работал надёжно и с редкими сбоями, так как был изготовлен на позолоченных контактах. Институт кибернетики получил экономический эффект (важный для того времени) от внедрения этих комплексов и АСУТП в ГДР – десять млн марок.

Коллектив института и завода ВУМ, который провёл внедрение комплексов и систем программирования «Автокод», «Д-Алгамс» и диалоговую систему ДД3, был награждён орденом немецко-советской дружбы и отдельно каждый сотрудник – медалью «Ударник социалистического труда ГДР» и получил публикацию о группе разработчиков в журнале Fur Duch № 2, 1971.

По результатам создания систем программирования для УВК «Днепр-2» были защищены кандидатские диссертации: Е.М. Лаврищевой – «Метод анализа на основе СМ-грамматик для языка «Алгамс», Л.П. Бабенко – «Транслятор с языка «Кобол», В.И. Конозенко – «Многопультовый и диалоговый режим отладки программ, положивший начало диалоговой отладке в практике программирования».

На протяжении более десяти лет УВК «Днепр-2» эксплуатировался в 52-х организациях СССР, например, на металлургических комбинатах Запорожья, Кемерово, Бийска и др., а также на предприятиях оборонной отрасли. Совет Министров СССР прекратил выпуск УВК «Днепр-2» в 1989 г. в связи с переходом страны на машины ЕС ЭВМ.

Таким образом, первый вариант УВК «Днепр-2» был внедрен в АСУ металлургическим комбинатом ГДР (Берлин–Лейпциг) по межправительственному соглашению ГДР и СССР (1971–1975) с участием В.М. Глушкова. Указанные группы разработчиков от Института кибернетики Украины, принимали участие в разработке АСУ ТП на площадке ВЦ BMHW ГДР. В.М. Глушков объяснял на немецком языке специалистам ВЦ ГДР принципы и методы построения АСУ, консультировал группу разработчиков и принимал участие в процессе подготовки и приёмки УВК «Днепр-2» межгосударственной комиссии. УВК «Днепр-2» впервые в практике технологии изготовления ЭВМ (на позолоченных контактах её элементов) вышел за рубеж, и там была апробирована предложенная им теория построения АСУ ТП. Система надёжно работала и успешно функционировала вплоть до развала СССР. Таким образом, созданная под руководством Глушкова на примере УВК «Днепр-2» действующая АСУ ТП ГДР и отработанная технология заложили путь к её дальнейшему совершенствованию и развитию подобного класса систем.

Заключение.

СКБ ММС ИК АН УССР в 1992 г. стал институтом. В 2014 г. в институте была опубликована коллективная монография [7]. В ней автором представлена и часть материала данной статьи. Там же содержится материал и по другим вычислительным машинам:

«Нева-1М» для коммутации средств связи, сделана по заказу ГДР (1975) в составе квазиэлектронной автоматической электронной станции АМТС КЭ «Кварц» ЦНИИС, которая внедрена в международной телефонной сети связи в более 40 центров и в столицах республик СССР;

«Мир-1» и «Мир-2» –известные мировой общественности с 1975 г.;

Современные компьютеры «Курс», «Кросс», «Нейрокомпьютер» и др.

Литература.

1. Управляющая вычислительная система «Днепр-2» /А.Г. Кухарчук, В.М. Египко, Л.И. Струтинский и др. –Наукова Думка, 1972. –240 с.

2. Автокод машины «Днепр-2» /Е.М. Лаврищева, А.И. Никитин, Л.Г. Усенко, Е.Л. Ющенко. –Киев: ИК АН УССР, 1969. –98 с.

3. Управляющая машина «Днепр-2». Транслятор с языка «Д-Алгамс». Входной язык. Описание транслятора. /Е.М. Лаврищева, Л.Г. Усенко, М.В. Семенюк, М.Ю. Приходько и др. –Киев, 1971, ВУМ. –250 с.

4. Система автоматизации отладки программ для Автокода «Днепр-2» / Л.И. Блок, Р.А. Зарубина, А.П. Митропан. –Киев: ИК АН УССР, 1969. –33 с.

5. A method of analyzing programs based on a machine language, E. M. Lavrishcheva and E. L. Yushchenko, 1972, Springer, Volume 8, Number 2, Pages 219-223.

6. Глушков В.М. Алгебра. Языки. Программирование. / Глушков В.М., Цейтлин Г.Е., Ющенко Е.Л. –Киев, Наукова думка, 1974. –318 с.

7. 50 лет научной деятельности. Институт проблем математических машин и систем НАН Украины / Коллективная монография. –Киев, 2014, НПП Интерсервис. –542 с.

Об авторе: доктор физ.-мат. наук, профессор, г.н.с. Института системного программирования РАН
Статья была представлена на международной конференции «SoRuCom-2014» в г. Казани.
Помещена в музей с разрешения автора 12 сентября 2014