Работы по программированию и архитектуре ЭВМ в ИПМ РАН им. М. В. Келдыша

М. Р. Шура-Бура

С момента организации ИПМ в 1953 г. перед институтом стояли задачи, связанные с проведением численных расчетов на грани возможностей имевшейся вычислительной техники и требовавшие огромные усилий по созданию соответствующих программ. Это предопределило интерес и самое серьезное внимание, уделяемое в институте вопросам создания и развития вычислительной техники и программирования.

В стенах института родилось фундаментальное для программирования понятие оператора программы (А. А. Ляпунов) и были реализованы пионерские работы по автоматизации программирования (С. С. Камынин, Э. Э. Любимский, М. Р. Шура-Бура). Исследования и разработки по автоматизации программирования стали постоянной и традиционной темой в ИПМ. Здесь был создан (1963 г.) один из первых в мире трансляторов с полной версией Алгола-60, на основе которого для ЭВМ с архитектурой М-20 разработана система автоматизации программирования, получившая широкое распространение. В институте впервые появились системы программирования также и для БЭСМ-6 и других ЭВМ. Все они, как правило, предназначались для создания крупных программ и должны были удовлетворять высоким требованиям надежности и эффективности кода. Интерес к оптимизирующим трансляторам и средствам сборки больших программных комплексов - характерная особенность исследований и разработок в области автоматизации программирования в ИПМ.

Институт участвовал в создании многих отечественных ЭВМ и ПО для них, включая операционные системы, в том числе и первой в нашей стране ОС для ЭВМ "Весна" (1965 г.). Интересной самостоятельной разработкой института была созданная под руководством А. Н. Мямлина ЭВМ "Восток" (1959 г.), в которой впервые с большой полнотой были реализованы идеи внутреннего аппаратного контроля правильности функционирования оборудования. Работа над "Востоком" привела к формированию в институте научного отдела инженерно-конструкторского профиля, завоевавшего прочный авторитет в стране.

Ставшие для ИПМ традиционными разработки, связанные с проблемами архитектуры вычислительных машин и автоматизации программирования, интенсивно проводятся и в настоящее время, их всегда отличало сочетание фундаментальных исследований с четкой прикладной направленностью. Как правило, они по-прежнему инициируются необходимостью решать задачи, находящиеся на грани возможностей имеющейся вычислительной техники и даже за границами этих возможностей.

Такая ситуация предопределяет комплексный характер исследований, охватывающих помимо проблем архитектуры и методов программирования вопросы оптимизации как аппаратуры, так и способов решения задач.

Участвуя в разработке ряда серийных отечественных ЭВМ, институт приобрел большой опыт создания системного программного обеспечения. Результаты многих этих работ получили широкое распространение.

В настоящее время институт принимает непосредственное участие в проектировании двух супер-ЭВМ. Одна из них - это оригинальная разработка, ориентированная на решение больших вычислительных задач разностными методами, предусматривающая пиковую производительность около 1 Гфлоп/с, вторая - универсальная векторно-конвейерная ЭВМ с пиковой производительностью до 1 Гфлоп/с. Для решения задачи создания программного обеспечения для этих супер-ЭВМ с механизмами распараллеливания и векторизации в институте начаты фундаментальные исследования в области распределенных операционных систем, новых языковых средств и новых оптимизационных алгоритмов трансляции. Имевшийся в институте задел, в частности "векторно-параллельный" ФОРТРАН и непроцедурный язык "НОРМА", позволил в сжатые сроки перейти от исследований к конкретным разработкам.

Многолетний опыт автоматизации программирования, накопленный в институте, послужил основой для создания в жесткие сроки комплекса средств разработки высоконадежного и эффективного программного обеспечения систем управления, контроля и диагностики бортовых и наземных космических комплексов. Особенностью нового подхода, обеспечившего быстрое и успешное внедрение новых средств, была ориентация на вновь созданные профессионально-ориентированные языки высокого уровня и интеграция систем программирования, отладки и тестирования. Все это позволило институту внести решающий вклад в создание программного обеспечения полета орбитального корабля "Буран". Результатом этих работ, помимо обеспечения летных испытаний "Бурана", было появление программной системы, автоматизирующей контроль и диагностику в процессе конструирования и эксплуатации сложных технических объектов.

В институте ведутся исследования методов организации обработки больших массивов телеметрической информации, в том числе в масштабе реального времени. С этими исследованиями связано и создание экспертных систем, поддерживающих анализ такой информации.

В институте занимаются проблемами искусственного интеллекта и методами программирования с использованием механизмов искусственного интеллекта, ведутся теоретические исследования и практические разработки в области логического программирования и объектно-ориентированных сред. Эта область современного программирования преследует цель интеллектуализации систем управления данными и человеко-машинных интерфейсов. Одним из достижений института в этой области стало создание объектно-ориентированной системы управления базами документов "ИРИС", широко используемой в стране для разработки прикладных офисных и муниципальных систем.

Широкую известность в стране и за рубежом получили исследования в области теории сложности вычислений логических программ. Многие результаты, полученные в этой области, стали теоретической базой для создания крупных инструментальных систем автоматизации логического программирования, в частности системы "ГЕСИОД", синтезирующей логические программы на основе их действующих прототипов.

С целью поддержки систем искусственного интеллекта в институте создается архитектура и методы реализации спецпроцессоров для работы с символьной информацией, ориентированных на ЛИСП, Рефал и др.

Решаемые в институте крупные задачи математической физики потребовали разработки специализированных средств программного обеспечения. Среди разнообразных проблем, решаемых в рамках данного направления, наибольшую актуальность имеет обслуживание вычислительного эксперимента. Проведение вычислительного эксперимента предполагает исследование огромного числа многократно меняющихся математических моделей, и поэтому с точки зрения программирования основной объем работ здесь приходится не на первоначальное написание и отладку, а на многократные изменения существующих программ. Обеспечить надежный механизм выполнения такого рода регулярных изменений удалось разработчикам системы "Сафра", с помощью которой был успешно решен ряд сложных научных и инженерно-технических задач. Теоретическим фундаментом "Сафры" явился цикл исследований программных конфигураций, обеспечивающих безболезненное развитие программного фонда.

Как в институте, так и за его пределами наряду с "Сафрой" широко применяется целый ряд специализированных систем. Система ПНФ предназначена для организации совместного использования программного материала из различных независимо развивавшихся фондов, отличающихся друг от друга соглашениями о связях. Пакет КРИТ обеспечивает системную поддержку решения задачи многокритериальной оптимизации.

Ведутся работы в направлении комплексной автоматизации проектирования и изготовления машиностроительных изделий. На стадии проектирования изделия применяется система параметризации чертежей, позволяющая не только существенно упростить построение новых и исправление существующих чертежей, но и свести конструирование типовых деталей к заданию набора характеризующих деталь числовых параметров. Кроме того, созданы системы технологической подготовки производства обеспечения робототехнического комплекса, автоматизации складских работ и др.

В институте накоплен большой задел исследований и опыт работы по сетям ЭВМ. Одним из результатов в этом направлении является широкополосная гетерогенная локальная сеть "Руслан", в основу архитектуры которой положен объектно-ориентированный подход к распределенной обработке данных.

В институте ведутся исследования в области машинной графики. Здесь прежде всего следует отметить популярную систему ГРАФОР, перенесенную и развитую для PC IBM. В институте разрабатывается ряд новых программных графических средств.