Многопроцессорные вычислительные комплексы “Эльбрус” (МВК “Эльбрус”)

Главный конструктор: Бурцев В. С.
Первый зам. главного конструктора: — Рыжов В. И.
Зам. главного конструктора: Артюхов В. Ф., Бабаян Б. А., Бардиж В. В., Катков В. А., Лаут В. Н., Никитин Ю. В., Новиков А.А., Наумов И. И., Рябцев Ю. С., Сахин Ю. Х., Тяпкин М. В., Чунаев В. С., Хайлов И. К., Фильцев Э. Р.
Организация-разработчик: Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) АН СССР, ПО “Звезда” (Загорск), Московский завод САМ им. В. Д. Калмыкова, Пензенский завод ВЭМ.
Год окончания разработки: “Эльбрус-1” — 1979, Эльбрус-2" — 1984.
Год начала выпуска: “Эльбрус-1” — 1980, “Эльбрус-2” — 1985.
Область применения: двойного назначения.

Описание машины

Модульный принцип построения МВК “Эльбрус” обеспечивает:

возможность создания различных по характеристикам ВК за счет изменения набора модулей;
высокие показатели надежности за счет автоматического исключения неисправных модулей из состава ВК.

Аппаратные средства “Эльбрус” реализуют эффективное программирование на языках высокого уровня.

МВК "Эльбрус-2" — вторая серия многопроцессорных вычислительных комплексов "Эльбрус" выпускается по ТУ: БМ 1.700.027 (4-процессорный); БМ 1.700.034 (10-процессорный). Модульная структура МВК "Эльбрус-2" позволяет создавать комплексы различного состава применительно к
требованиям конкретного пользователя. Типовыми являются 10-, 4- и 2-процессорные комплектации МВК.

Условия эксплуатации и гарантийный срок службы МВК "Эльбрус-2"

МВК «Эльбрус-2» рассчитан на круглосуточную эксплуатацию совместно с системой охлаждения в условиях, соответствующих требованиям инструкции по эксплуатации БМ0.170.005 ИЭ. Гарантийный срок эксплуатации 5 лет при наработке 10 000 ч. Срок службы не менее 12 лет.

Основные технические характеристики МВК "Эльбрус-2"

Производительность — 12,5 —125 млн. оп./с.
Емкость оперативной памяти до 144 Мбайт.
Пропускная способность каналов обмена до 120 Мбайт/с.
Энергопотребление 195—816 кВт.
Занимаемая площадь 430 м²(центральная часть 10-процсссорного комплекса).
Объем оборудования 39 типовых шкафов 1070Х425Х2020 мм и 12 типовых шкафов 3100Х700Х1980 мм.
Масса центральной вычислительной части 16900 — 48 250 кг.
Стоимость максимальной комплектации 19,5 млн. руб.

Элементная база

“Эльбрус-1” — ТТЛ схемы средней интеграции (15 нс).

“Эльбрус-2” — ЭКЛ схемы (2 нс) сборки мультичипов и микросхемы ИС-100.

Конструкция

Ячейки с многослойными печатными платами.

Система охлаждения:

“Эльбрус-1” — двухконтурная замкнутая воздушно-жидкостная.

“Эльбрус-2” — жидкостная кондуктивная система охлаждения для центрального процессора и оперативной памяти и двухконтурная замкнутая, воздушно-жидкостная для других устройств.

МВК «Эльбрус-2» состоит из следующих типовых модулей:

центральных процессоров (ЦП) (от 1 до 10), обеспечивающих высокопроизводительную обработку информации;
оперативной памяти (ОП) (от 2 до 8), участвующих в вычислительных процессах;
процессоров ввода-вывода (ПВВ) (от 1 до 4);
устройство управления внешними запоминающими устройствами на магнитных барабанах, сменных магнитных дисках и магнитных лентах;
процессоров передачи данных (ППД), обеспечивающих взаимодействие вычислительного комплекса с удаленными объектами или пользователями через линии передачи данных.

Каждый модуль представляет собой функционально и конструктивно законченное устройство, обладающее практически полным аппаратным контролем прохождения вычислительного процесса, автономными средствами коммутации, обеспечивающими его подключение к остальным устройствам комплекса, системой питания и охлаждения, а также средствами его восстановления в случае отказа. На базе таких модулей могут быть созданы вычислительные комплексы производительностью от 12,5 до 125 млн. оп./с.

Структура МВК "Эльбрус-2"

Структурная схема МВК «Эльбрус-2»
ОП — оперативная память: ЦП — центральный процессор; ПВВ— процессор ввода-вывода: ППД — процессор передачи данных: УБ — устройство управления барабанами; УД — устройство управления дисками; УУМЛ — устройство управления магнитными лентами; УВВ — устройство ввода-вывода; НМБ — накопитель на магнитном барабане: НСМД — накопитель на сменных магнитных дисках; НМЛ — накопитель на магнитной ленте

Центральный процессор

Основными особенностями структуры ЦГ1 являются:

безадресная система команд;
динамическое распределение сверхоперативных регистров;
аппаратный механизм процедурных переходов с автоматической сменой адресного контекста;
повторная входимость программ и рекурсивный запуск процедур;
автоматическая работа с различными типами и форматами данных (с плавающей точкой, с целыми числами формата 32, 64, 128 разрядов, а также с алфавитно-цифровой и битовой информацией);
виртуальная память емкостью 2³²слов;
распределение оперативной памяти сегментами
переменной длины;
организация параллельных процессов;
контекстная процедурная защита.

Основные технические характеристики ЦП:

Сложение с фиксированной занятой и логические операции

94 нс

Операции с плавающей занятой, нс:

умножение для 32-разрядных чисел	141
умножение для 64 разрядных чисел	235
деление для 32-разрядных чисел	564
деление для 64-разрядных чисел	1034

ЦП выполнен на ИС серин 100 и матричных БИС серии И-200М и занимает три типовых шкафа.

Оперативная память

Минимальным функционально-закопченным конструктивом является секция ЭПП емкостью 18 Мбайт. Она состоит из 4 одинаковых модулей памяти, коммутатора и системы электропитания. Количество секций ЭПП в МВК «Эльбрус-2» может изменяться от 2 до 8. Каждая секция имеет 14 независимых каналов для связи с процессорами МВК «Эльбрус-2», причем все входящие в секцию модули могут одновременно и независимо обмениваться информацией с различными процессорами. Кроме одиночной, в модулях реализована групповая обработка, позволяющая за один цикл обращения записать или считать четыре 72-разрядных слова. Организовано также чередование обращений к четырем зонам модуля при последовательном переборе адресов. ЭПП выполнена на ИС серии 100 и 500, в накопителе использованы ИС 565РУЗВ.

Процессор ввода-вывода. ПВВ обеспечивает обмен данными оперативной памяти с внешней памятью, устройствами ввода-вывода и абонентскими пунктами. Аппаратная реализация в ПВВ основных алгоритмов операционной системы даст возможность освободить ЦП от рутинной работы, связанной с организацией обмена, поиском оптимальных путей обмена с внешней памятью и устройствами ввода-вывода, организацией очередности обращений к ним, запусками и остановками устройств и т. д.

В состав каждого модуля ПВВ входят:

2 блока быстрых каналов (по 4 канала в каждом) для обмена данными с устройствами внешней памяти на магнитных барабанах, сменных магнитных дисках. Обеспечивается подключение до 128 устройств внешней памяти при одновременной работе любых 8 из них. Скорость обмена при работе с памятью на магнитном барабане 3,6 — 3,8 Мбайт/с;
2 блока стандартных каналов (по 16 каналов в
каждом) для обмена данными с периферийными
устройствами. Обеспечивается подключение до 384 устройств с возможностью одновременной работы 32 устройств;
1 блок каналов обмена с процессорами передачи данных, обеспечивающих работу с абонентскими пунктами по 640 каналам с общей пропускной способностью до 120 Кбайт/с.

Внешняя память МВК «Эльбрус-2»

Выполнена на магнитных барабанах (МБ), сменных магнитных дисках (МД) и магнитных лентах (МЛ).

Отличительной особенностью подсистемы внешней памяти на МБ является обеспечение возможности доступа к каждому из устройств внешней памяти нескольких устройств управления, подключенных к различным ПВВ. Это позволяет существенно повысить живучесть системы внешней памяти, эффективность ее использования и сохранность имеющихся данных. Выход из строя одного или нескольких устройств управления или каналов ПВВ лишь снижает пропускную способность внешней памяти, сохраняя се емкость и ранее записанную информацию. Использование аппаратного контроля при работе с внешней памятью повышает достоверность хранения информации. Формат записи на МБ и МД обеспечивает обмен с ними квантами по 32 слова, что снижает время обмена с внешней памятью и требования к емкости буфера оперативной памяти.

Внешняя память на МБ типа НМБЗ-8-1-16 имеет следующие технические характеристики:

Полезная емкость	4,2 Мбайт
Среднее время доступа	5,5 мс
Скорость обмена	3,6—3.8 Мбайт/с
Среднее время наработки на отказ	5000 ч
Среднее количество обработанной информации на одни сбой	10 ¹² бит

Внешняя память на МД реализуется на основе накопителей ЕС5066 и ЕС5080 и устройств управления ЕС5566 и ЕС5580 соответственно. Через
устройство сопряжения накопители на МД подключаются к быстрому каналу. Накопители на МЛ ЕС5025.03 (устройство управления ЕС5525.03) подключаются непосредственно к стандартному каналу.

Система телеобработки МВК «Эльбрус-2»

Базируется на использовании специализированных процессоров передачи данных (ППД), обеспечивающих взаимодействие МВК с абонентскими пунктами, удаленными ЭВМ семейств ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ, а также различными технологическими установками специального назначения, подключенными через телефонные, телеграфные каналы и физические линии связи. Отличительной особенностью системы телеобработки является адаптация к различным структурам линий связи, абонентских, пунктов и вычислительных сетей, включая их модернизации, без останова вычислительной системы.

ППД состоит из центрального вычислителя с развитой специализированной системой команд, групповых устройств сопряжения, программно-настраивающихся на требуемый режим работы, и оперативной памяти.

ППД обеспечивает:

подключение до 48 линии связи с общей пропускной способностью до 30 тыс. байт/с (возможно расширение);
использование коммутируемых и выделенных телефонных каналов в синхронном и асинхронном режимах со скоростью обмена от 100 до 9600 бит/с, а также быстрых сетевых каналов;
использование коммутируемых и выделенных телеграфных каналов со скоростью обмена от 50 бит/с;
использование физических линий связи, работающих в диапазоне от 50 до 9600 бит/с.

В максимальной комплектации 16 ППД обеспечивают подключение 768 каналов связи с возможностью расширения до 4096 каналов с общей пропускной способностью до 480 тыс. байт/с.

Система электропитания МВК «Эльбрус-2» работает от сети трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц и от мотор-генераторов ПСЧ-50 и ПСЧ-100 напряжением 220 В, частотой 400 Гц.

Система охлаждения

В МВК «Эльбрус-2» используется двухконтурная кондуктивно-жидкостная система охлаждения, позволяющая обеспечить высокую эффективность, экономичность, надежность, пылезащищенность электронного оборудования, и независимость тепловых режимов от параметров
воздуха в машинных залах ВЦ.

Конструкция

Устройства МВК «Эльбрус-2» размещаются в типовых шкафах размером 1070Х
Х425Х2020 мм и типовых шкафах размером 3100X700X1980 мм. Типовые шкафы МВК «Эльбрус-2» представляют собой автономные функционально и конструктивно законченные модули, предназначенные для размещения функционального оборудования, выполненного на матричных БИС
серин И-200м и ИС серии 100. Типовые шкафы обеспечивают двусторонний доступ к устройствам, в которых находятся узлы систем электропитания и охлаждения. Конструкция типовых шкафов обеспечивает взаимозаменяемость сменных составных частей. Типовым элементом замены в устройствах является ячейка, а в системе электропитания — блок

Программное обеспечение

Автокод высокого уровня (ЭЛЬ-76), трансляторы со всех основных языков (Фортран, Алгол и т. д.).

В состав комплексов входят центральные процессоры (до 10) и предусмотрена возможность использования наряду с универсальными специализированных процессоров: СВС — для реализации прикладных программ, написанных для ЭВМ БЭСМ-6, и БПФ — для быстрого преобразования Фурье; оперативная память (до 32), процессоры ввода-вывода (до 4); процессоры приема-передачи данных (до 16); синхронизатор центральный; внешние запоминающие устройства; устройства ввода-вывода, обеспечивающие использование до 1016 внешних устройств и до 2560 линий связи.

Типовые комплектации

Однопроцессорная, двухпроцессорная, четырехпроцессорная и десятипроцессорная.

Производительность

Производительность “Эльбрус-1” до 15 млн. операций в секунду, “Эльбрус-2” до 125 млн. операций в секунду, емкость памяти “Эльбрус-1” до 1 Мслов, “Эльбрус-2” до 16 Мслов.

За создание “Эльбрус-2” удостоены: Ленинской премии — Бабаян Б. А., Новиков А. А., Рябцев Ю. С., Сахин Ю. Х., Семенихин С. В.; Государственной премии — Бурцев В. С., Гришаков Г. И., Гущин О. К., Галецкий, Горштейн В. С., Ким Г. С., Лакшин Г. Л., Лаут В. Н., Мальшин А. В., Назаров Л. Н., Определенов И. Н., Пырченков В. Н., Рябов Г. Г., Тяпкин М. В., Хайлов И. К., Чунаев В. С.

Награждены орденами и медалями

“Эльбрус-1”:

орденом Ленина — Бардиж В. В.;
орденом Октярьской Революции — Бабаян Б. А.;
орденом Трудового Красного знамени — Артюхов В. Ф., Головистиков П. П., Жемерикин Н. И., Никитин Ю. В., Рябов Г. Г., Семенихин С. В., Тяпкин М. В., Хайлов И. К.;
орденом Дружбы народов — Ким Ген Сик, Лаут В. Н., Паронин Л. Ф., Фуртичев В. С.;
орденом “Знак Почета” — Гончарова И. С., Горшков П. В., Грызлов А. А., Кушнарев Л. И., Определеннов И. Н., Пентковский В. М., Рудавин А. Ф., Торчигин В. П., Чвырев В. А., Шарапов Ю. И., Шпаков О. Н., Щербаков С. В., Ялунин Е. В.;
орденом Трудовой Славы II степени — Афанасьев А. Г.;
орденом Трудовой Славы III степени — Бланко — Уантадо Висенте, Заложна И. В., Козулина Л. М., Мосичкин А. И., Нескушин А. В., Орехова З. Ф., Чуркин И. А.;
медалью “За трудовую доблесть” — Быстров Б. Д., Гилязов С. С., Жеренов А. И., Заборовский В. С., Кокин Н. Д., Кольцова С. Л., Полковникова Л. А., Пшеничников Л. Е., Сафонов Е. В.;
медалью “За трудовое отличие” — Власов М. И., Волконский В. Ю., Гельтищева К. И., Залесин В. П., Лысенко К. Ф., Разномазова М. М., Терентьев И. В., Федоров В. В., Хабаров В. С., Чурин Ю. А.

“Эльбрус-2”:

орденом Ленина — Рябов Г. Г.;
орденом Октябрьской Революции — Квашнин Н. Г., Лаут В. Н., Рыжов В. И.;
орденом Трудового Красного Знамени — Бубенцев В. А., Гущин О. К., Дерятин В. Д., Иванов А. П., Крюков Н. И., Марков В. А., Нестеров Е. М., Никишин Ю. В., Подгорный В. Л., Самарцева Т. А., Соловьев Н. А., Цветков Д. В., Чадов В. И., Щербаков С. В.;
орденом Дружбы народов — Анашкин В. В., Гончарова И. С., Замареев Н. Ф., Никольская Ю. Н., Осипов А. В., Теплышев В. В., Чвырев В. А.;
орденом “Знак Почета” — Алексеев В. Я., Барда А. А., Веретенников С. В., Волконский В. Ю., Вулихман В. Е., Голосов И. С., Городин Е. М., Григорьев И. И., Зайцева З. Н., Зотов С. М., Каре Ю. А., Карелина Е. Д., Костюков Ю. Ф., Кречетов Е. Г., Куликов В. Н., Кушнер Ю. К., Морозов Б. Н., Перекатов В. И., Плоткин А. Л., Погодаева Н. В., Пшеничников Л. Е., Румянцев Ю. С., Сангалов В. В., Сызько Э. В., Тюпин В. П., Чайка Л. П., Чеблаков Б. Г., Чибисов Р. А., Шелестов С. М.;
орденом Трудовой Славы I степени — Афанасьев А. Г.;
орденом Трудовой Славы II степени — Горских А. С., Орехова З. Ф.;
орденом Трудовой Славы III степени — Железняков А. Н., Коваленко Л. Ф., Краснова Е. И., Петров В. И., Рублин М. А., Тетерин А. Д., Федоренков Н. М., Чувайкин П. М.;
Медалью “За трудовую доблесть” — Андреев В. М., Аезян Е. К., Вешковский М. Д., Глушкова Т. Ф., Губанова Т. Г., Данилов А. Г., Ефимов И. А., Железнов И. И., Жучкин С. Ф., Ирбенск В. С., Исанов И. А., Калачев А. С., Коротаев Ю. С., Косоурова Т. Г., Лобанова Т. П., Лозовой В. В., Лыжников В. И., Мосичкин А. И., Панкеев Г. А., Петрушин Е. А., Рубцов С. Ф., Саприн С. Г., Семин В. И., Сенюхина Н. К., Сосунова Н. В., Таганкин В. В., Тарасов Л. Г., Харитонов М. И., Шелехов В. И., Шулепов А. Д.;
Медалью “За трудовое отличие” — Алешкина Л. Н., Артемов А. М., Бойко А. В., Болотовский Ю. Д., Гераськин А. М., Гурова В. Д., Дзыбало С. В., Дудко Н. К., Ермохин В. Н., Золотухин М. А., Зотова Г. И., Иванов И. А., Корпачева Л. А., Ковалева Г. И., Комарова О. М., Кораблин С. Ф., Кречетов А. И., Курбатов В. М., Курляндчик Я. М., Курячая В. Ф., Лейтес И. Л., Лисовский И. М., Лукашевич Г. М., Мозола Т. А., Наконечный В. Г., Пивненко В. М., Позднева В. Д., Ревис И. В., Соловский А. А., Французов М. В., Шевяков В. С., Янцен В. И.