Электронная вычислительная машина М-10 (ЭВМ М-10)

Ю. В. Рогачев.

ЭВМ М-10

1. Главный конструктор: М. А. Карцев; заместители главного конструктора: Л. В. Иванов, А. А. Крупский, Л. Я. Миллер, Ю. В. Рогачев, Р. П. Шидловский; ведущие разработчики: В. А. Брик, Л. З. Либуркин, Е. В. Гливенко, Ю. Н. Мельник, Г. И. Смирнова, Е. С. Шерихов, Г. Н. Пусенков, Е. И. Цибуль, А. Ю. Карасик.
2. Организация-разработчик: Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов (НИИВК).
3. Завод-изготовитель: Загорский электромеханический завод Министерства радиопромышленности CCCР.
4. Год окончания разработки: 1971.
5. Год начала выпуска: 1972.
6. Год прекращения производства: 1986.
7. Число выпущенных машин: около 50 комплектов.

Область применения

Построение вычислительных комплексов для управления и обработки информации сложных систем в реальном масштабе времени. Решение крупных научных задач.

Описание машины

Электронная вычислительная машина М-10 — синхронная многопроцессорная ЭВМ: в ее состав входит ряд процессоров различного типа, которые могут работать параллельно (синхронно), т. е. в течение одного машинного такта процессора.

Первый тип — арифметические процессоры, которые физически реализованы в виде двух независимых арифметических устройств, синхронно выполняющих разные арифметические или логические операции. Каждое устройство представлено в виде одного, двух, четырех или восьми процессоров, программно перестраиваемых соответственно в 128-, 64-, 32- или 16-разрядные.

Второй тип процессоров, работающих синхронно с арифметическими, — устройство управления. Функциональная линейка устройства управления реализована с помощью 16-разрядных регистров, названных регистрами признаков. Одновременно с работой этих регистров в устройстве управления выполняется еще полный набор операций с фиксированной запятой над содержимым адресных модификаторов. Таких модификаторов в М-10 шестнадцать. Каждый из них содержит 22 разряда, что соответствует разрядности адреса памяти М-10.

Третий тип процессоров М-10 составляют два синхронно работающих канала связи “процессор — память”, предназначенных для чтения операндов из памяти во входные регистры арифметических процессоров и записи результатов операции. Максимальная ширина доступа в память по одному каналу составляет 512 бит, что позволяет заполнять входные регистры всех арифметических процессоров за одно обращение.

Четвертый тип процессора — мультиплексный канал прямого доступа во внутреннюю память, позволяющий осуществлять ввод-вывод по 24 дуплексным подканалам с суммарной скоростью до 7 Мбайт/с. К каждому подканалу можно подсоединить до шести однотипных устройств.

Основные технические характеристики.

• Среднее быстродействие -5,1 млн. оп./с
• Общий объем внутренней памяти — 5 Мб
• Оперативная память первого уровня — 0,5 Мб с временем цикла обращения 1,3 мкс и временем выборки — 0,8 мкс;
• Постоянная память — 0,5 Мб с временем цикла обращения 1,3 мкс и временем выборки — 0,5 мкс;
• Оперативная память второго уровня — 4 Мб с временем цикла обращения в режиме произвольного доступа около 7 мкс и временем выборки 2,5 мкс.
• Емкость буферной памяти мультиплексного канала — 64 Кб
• Система прерывания программ — 72-канальная, с пятью уровнями приоритетов
• Обеспечивается одновременная работа в режиме разделения времени восьми пользователей на восьми математических пультах.

За один машинный такт одновременно выполняются операции с фиксированной и и плавающей запятыми, а также целочисленные операции над 16 парами 16-разрядных чисел, над 8 парами 32-разрядных чисел, над 4 парами 64-разрядных чисел, над 2 парами 128-разрядных чисел.

Предусмотрены векторные операции. Например, за один такт может быть вычислено скалярное произведение векторов.

В машине предусмотрены цепи, позволяющие объединить до семи машин М-10 в единый синхронный комплекс, работающий от общего тактового генератора. В каждом такте машина, работающая в комплексе, может выдать на свои выходные шины массив данных в 64 байта и принять массив такого же размера от любой другой машины комплекса.

Состав машины М-10

Основное электронное оборудование машины размещалось в 31 типовом шкафу, из которых 21 шкаф занимали внутренние ЗУ. Появившееся в середине 70-х годов интегральные схемы памяти позволили разработать для ЭВМ М-10 новые устройства внутренних ЗУ и провести ее модернизацию — выпустить машину М-10М. В ЭВМ М-10М все оборудование внутренних ЗУ разместилось в четырех типовых шкафах. Машины М-10 и М-10М программно совместимы и полностью взаимозаменяемы.

Размещение основных устройств (в скобках указано количество в М-10М)

• АУ — арифметическое устройство — 4 шкафа;
• УУ — устройство управления — 2 шкафа;
• КУ коммутационно-кодирующее устройство — 2 шкафа;
• ОП — оперативная память 1-го уровня — 9 (1) шкафов;
• ПП — постоянная память -8 (2) шкафов;
• БП — оперативная память 2-го уровня — 4 (1) шкафа;
• ДК — диспетчер каналов — 1 шкаф;
• АБ — управление абонентами — 1 шкаф.

Количество других устройств

• ПО — пульт оператора — 1;
• УПМ — управление пишущей машинкой — 1;
• МП — математический пульт — 8.

Периферийные устройства

• АЦПУ-128-3М — 2;
• ПЭМ-80 — 2;
• УВВК-601 — 2.

При комплектовании вычислительных комплексов вводились дополнительные внешние запоминающие устройства: восемь накопителей на магнитной ленте типа ЕС-5017 с емкостью кассеты до 20 Мб и 8 накопителей на сменных магнитных дисках типа ЕС-5056М с емкостью пакета дисков 7,25 Мб.

Элементная база

ЭВМ М-10 является машиной третьего поколения. Основу ее логических элементов составляли микросхемы серии 217 (“Посол”) со скоростью срабатывания порядка 15-25 нс на вентиль и степенью интеграции до 3-5 вентилей в корпусе и ферритовые сердечники М100П-2К1058 размером 1,0ґ0,7ґ0,3 мм (лучшие из логических элементов и элементов запоминания, выпускавшихся к тому времени). Устройство с постоянной памятью конденсаторного типа. В качестве носителей информации использовались съемные металлические перфокарты. Постоянная память для М-10М строилась на тороидальных магнитных сердечниках с диаметральными отверстиями в качестве носителей информации. В логических схемах устройства этой постоянной памяти использовались элементы серий 230 и 133.

Конструкция и технологии

Конструктивные уровни ЭВМ М-10 — ячейка, блок, шкаф. Типовая логическая ячейка представляет собой двухстороннюю печатную плату размерами 180ґ52 мм с закрепленными на одном из ребер 50 лепестками ложечного типа для присоединения к монтажу блока методом распайки. На каждой ячейке может быть установлено 20 микросхем и 5 фильтрующих конденсаторов.

Типовой логический блок включает в себя до 36 ячеек и четыре разъема типа ГРПМ-2-122, два из которых размещены на передней панели блока и два — на задней. Разъемы, установленные на задней панели, предназначены для подключения блока к монтажу шкафа, а на передней — для соединения блоков между собой или для использования в качестве контрольных точек. Каркас блока представляет собой раму, изготовленную из сплава АЛ-2 литьем под давлением. Размеры блока 748ґ424ґ60 мм.

Аппаратурный шкаф представляет собой сварной каркас, на котором установлено съемное монтажное поле и направляющие для установки блоков, а также навешены двери и панель управления. В нижней части каркаса крепятся рамы с разъемами для внешних кабельных соединений.

Система охлаждения шкафа — воздушная, замкнутого типа.

Математическое обеспечение ЭВМ М-10

• Операционная система, обеспечивающая разделение времени и оборудования, диалоговый режим одновременной отладки до восьми независимых программ и мультипрограммный режим автоматического прохождения до восьми независимых задач;
• система программирования, включающая машинно-ориентированный язык АЛГОЛ, проблемно-ориентированный язык АЛГОЛ-60 и соответствующие трансляторы и средства отладки;
• библиотека типовых и стандартных программ;
• диагностические программы;
• программы контроля функционирования.

По мере расширения сферы обслуживания машин у различных пользователей состав математического обеспечения пополнялся новыми программами.

Технико-эксплуатационные характеристики

• Занимаемая площадь, кв. м.: ЭВМ М-10 — 325; ЭВМ М-10М -200
• Потребляемая мощность, кВа: ЭВМ М-10 — 112;ЭВМ М-10М — 66

Показатели надежности

• Коэффициент готовности — не менее 0,975;
• Среднее время безотказной работы — не менее 90 ч;
• Среднее время восстановления 0,8 ч.
• Достоверность аппаратного контроля — вероятность обнаружения отказов 0,94;

Стоимость машины, приведенная к одной оп./с — 1,8 руб.

Особенности ЭВМ М-10

Впервые в мире реализован ряд новых прогрессивных решений в области электронной вычислительной техники, в том числе:

• предусмотрена возможность синхронного комплексирования до семи ЭВМ при прямом (минуя мультиплексный канал) обмене информацией между программами отдельных машин и динамическом разделении оборудования, что позволило построить целый ряд вычислительных комплексов, объединяющих работу двух, трех и пяти вычислительных машин;
• реализована автоматическая перестройка поля процессоров;
• в состав ЭВМ введен второй уровень внутренней памяти емкостью в 4 Мб с произвольным доступом;
• обеспечен внешний обмен с обоими уровнями внутренней памяти;
• обеспечена высокая скорость реакции на внешние сигналы (менее 6 мкс) при работе с объектами в режиме параллельного времени.

Новизна многих технических решений защищена 18 авторскими свидетельствами на изобретения и пятью свидетельствами на промышленные образцы. По результатам разработки машины и ее математического обеспечения опубликовано в периодических изданиях свыше ста научных статей.

За создание машины М-10 авторскому коллективу присуждена в 1977 г. Государственная премия СССР.

Отзывы пользователей

“…М. А. Карцевым предложена, насколько можно судить, впервые в мире концепция полностью параллельной вычислительной системы с распараллеливанием на всех четырех уровнях (программ, команд, данных и слов) и, что очень важно, эта концепция реализована в виде созданных на базе ЭВМ М-10 вычислительных комплексов.

Вклад параллельной архитектуры в повышение производительности оказался столь весомым, что на большей длительности машинного такта в 1,9 мкс (из-за несовершенной элементной базы) производительность ЭВМ М-10 на госиспытаниях составил 5,1 млн оп/с (в пиках — значительно выше).

ЭВМ М-10 вплоть до развертывания МВК «Эльбрус» оставалась наиболее мощной отечественной ЭВМ.

Таким образом, по архитектурным принципам, по концепции и реализации ЭВМ М-10 опередила собой новый класс машин и была первой в стране реализацией векторно-параллельных ЭВМ…”

Головкин Б. А. Эволюция параллельных архитектур и машины серии М.
Вопросы радиоэлектроники, сер. ЭВТ, 1993, вып. 2, с. 16, 17.

Литература

1. Карцев М. А. Вычислительная машина М-10. ДАН СССР, т. 1979, 425, № 2.
2. Гливенко Е. В. Функциональная арифметика (машина М-10) и современные проблемы первичной обработки. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. 1993, вып. 2, с. 44-59.
3. Сборник “Вопросы радиоэлектроники”, сер. ЭВТ, 1980, вып. 9; 1984, вып. 9.