Электронная вычислительная машина М-13

Ю.В. Рогачев.

1. Главный конструктор — М. А. Карцев; заместители главного конструктора: Л. В. Иванов, А. Ю. Карасик, А. А. Крупский, Л. Я. Миллер, Ю. В. Рогачев, Е. И. Цибуль, Р. П. Шидловский; ведущие разработчики: Л. Д. Баранов, М. С. Белков, В. А. Брик, В. М. Емелин, В. М. Златников, Ю. Н. Мельник, Г. Н. Пусенков, А. В. Слепенков и др.
2. Организация-разработчик: Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов (НИИВК).
3. Завод-изготовитель — Загорский электромеханический завод Министерства радиопромышленности СССР.
4. Год окончания разработки: 1982.
5. Год начала выпуска: 1985.
6. Число выпущенных машин — около 20 комплектов.

Область применения

Построение вычислительных комплексов для управления сложными системами и обработки их информации в реальном масштабе времени.

Описание машины

ЭВМ М-13 предусматривает три базовые модели, а также ряд их модификаций, различающихся комплектностью устройств специализированной процессорной части, дополнительных внешних устройств и др. Системы и устройства М-13 созданы на единой элементной, конструктивной и технологической базе, объединяются общими структурными решениями и относятся к четвертому поколению вычислительных средств. Все модели строятся по модульному принципу, используя одну и ту же номенклатуру элементов, ячеек и блоков.

Программная совместимость систем М-13 обусловливается единым для всех моделей (исполнений) машинным языком и единым математическим обеспечением, содержащим режим работы в идеальном масштабе времени, диалоговый режим разделения времени с предоставлением мониторов для создания, трансляции и отладки программ на машинно-ориентированных (АВТОКОД М-13), проблемно-ориентированных (АЛГОЛ-60, ФОРТРАН, КОБОЛ) и универсальных (АЛГОЛ-68) языках.

Машина представляет собой многопроцессорную систему, включающую центральную процессорную часть, аппаратные средства поддержки операционной системы, абонентское сопряжение и специализированную процессорную часть.

Центральная процессорная часть, предназначенная для основных вычислений, содержит арифметические процессоры (АЛУ), устройства внутренней памяти (ОПГ, ППГ, ОПП), центральное устройство управления (ЦУУ), центральное устройство редактирования (ЦУР) и мультиплексный канал (МПК).

АЛУ — векторное арифметико-логическое устройство. Оперирует с числами с фиксированной и плавающей запятой. В зависимости от исполнения в состав ЭВМ М-13 может входить один, два или четыре шкафа АЛУ. Один шкаф включает четыре процессора. Каждый процессор производит операции над одной, двумя или четырьмя парами соответственно 32-, 16- или 8-разрядных операндов.

ЦУУ — центральное устройство управления осуществляет синхронное управление центральной процессорной частью за счет опережающего чтения группы последовательных команд программы с последующей аппаратной поддержкой их параллельного выполнения. ЦУУ содержит булевский процессор для управления потоками команд и для маскирования при векторной обработке, а также процессор АМ (адресный модификатор) с производительностью 3 млн. оп./с для управления адресным пространством.

ЦУР — центральное устройство редактирования производит уплотнение массивов под маской с целью исключения пробелов, которые появляются в процессе параллельной обработки.

МПК — мультиплексный канал представляет собой систему, состоящую из канального процессора — интерпретатора канальных программ (ИПК) и главного канала — мультиплексора данных. ИПК предназначен для аппаратно-программной поддержки операционной системы при выполнении операций ввода-вывода, обеспечения виртуальной адресации при вводе-выводе и при обработки прерываний от сопрягающих процессоров УАС. Главный канал предназначен для обеспечения независимого и параллельного информационного обмена сопрягающих процессоров с внутренней памятью ЭВМ. Процессор МПК обеспечивает работу в разделении времени 128 подканалов.

Аппаратные средства поддержки операционной системы включают центральный управляющий процессор (ЦУП) и устройство управления кодовыми шинами (УКШ).

ЦУП представляет собой мини-ЭВМ, система команд которой в основном совпадает с ситемой команд центрального процессора. На ЦУП выполняются следующие функции операционной системы: переключение процессов, обработка прерываний, организация вычислений в реальном масштабе времени на центральном процессоре, мультиплексном канале, специализированном устройстве и устройстве управления кодовыми шинами. Кроме того, ЦУП принимает и обрабатывает сигналы об ошибках от всех устройств ЭВМ и реагирует на сигналы от центрального пульта управления, организуя диалог оператора с ЭВМ М-13. ЦУП связан управляющими интерфейсами со всеми процессорами машины.

УКШ содержит таблицы трехуровневой виртуальной (математической) памяти. Связывает широкоформатными шинами все устройства машины с внутренней памятью.

Устройство абонентского сопряжения (УАС) содержит программируемые сопрягающие процессоры, которые позволяют подключать как стандартные периферийные устройства, так и специализированные, входящие в состав управляемых объектов.

Специализированная процессорная часть включает процессор когеррентной обработки (ПКО), контроллер технического управления (КТУ) и управляющую память гипотез (УПГ).

ПКО представляет собой векторно-конвейерный вычислитель. В нем используется программно-управляемая глубококонвейерная архитектура устройства двухточечного преобразования, основу которого определяет узел для выполнения базовой операции быстрого преобразования Фурье. Применение этой базовой операции позволило на том же оборудовании выполнять также многие другие операции, необходимые в алгоритмах цифровой обработки сигналов: вычисление максимального значения в массиве, сравнение массива с пороговым значением, вычисление суммы произведения массивов, вычисление корреляционных матриц и др. ПКО производит аппаратное умножение двух комплексных чисел. В одном шкафу четыре процессора. Эквивалентная производительность одного шкафа 120 млн. оп./с. Допускается комплектация от одного до двадцати шкафов.

КТУ предназначено для сопряжения специализированной и центральной процессорных частей, а также для диспетчеризации различных групп ПКО.

УПГ — специализированное многопортовое запоминающее устройство.

Технические характеристики ЭВМ М-13:

Центральная процессорная часть:

Быстродействие, млн. оп./c — 12, 24, 48

Емкость внутренней памяти, Мб — 8,5; 17; 34; в том числе:

• ОПГ (1-й уровень), Мб — 0,25; 0,5; 1,0
• ППГ, Мб — 0,25; 0,5; 1,0
• ОПП (2-й уровень), Мб — 8,0; 16; 32

Суммарная пропускная способность центрального коммутатора, Мб — 800, 1600, 3200

Пропускная способность мультиплексного канала, Мб/с — 40, 70, 100

Абонентское сопряжение:

• число сопрягающих процессоров — 8, 16, …, 128
• максимальное быстродействие, млн. оп./c — 350

Специализированная процессорная часть:

• пропускная способность контроллера технического управления, Мб/с — 50, 100, 200
• емкость управляющей памяти гипотез, Мб — 4, 8, …, 128
• максимальное эквивалентное быстродействие, млрд. оп./c: 2,4

Внешняя память, Мб:

• на сменных магнитных дисках, — 200
• на магнитной ленте, — 42

Состав ЭВМ М-13

Возможные комплекты шкафов

• АЛУ — 1, 2, 4
• ОПГ — 4, 8, 16
• ППГ — 2, 4, 8
• ОПП — 1, 2, 4
• ЦУУ — 2, 2, 2
• ЦУР — 2, 2, 2
• МПК — 1, 1, 1
• ЦУП — 1, 1, 1
• УКШ — 1, 1, 1
• УАС — 1, 2, …, 16
• КТУ — 1, 1, 1
• УПГ — 1, 2, …, 32
• ПКО — 1, 2, … 20

Элементная база и конструктивные решения

В ЭВМ М-13 собраны наиболее прогрессивные технические решения, ориентированные исключительно на уровень, достигнутый отечественной промышленностью в 1978 г. В логических узлах М-13 используются микросхемы типа ТТЛ серий 133, 130, 530, для запоминающих устройств — микросхемы полупроводниковой памяти широкого применения.

Конструктивные единицы ЭВМ М-13 — ячейка, блок, секция, шкаф.

Ячейка содержит многослойную печатную плату размером 170ґ240 мм, прикрепленную к металлической раме с направляющими для установки в блок. Рама изготовлена из сплава АЛ-2 литьем под давлением. Технические характеристики платы следующие: общее число слоев — 9, число сигнальных слоев — 4, число отверстий сквозной металлизации — 1500, шаг трассировки — 1,25 мм.

Блок представляет собой металлический каркас размером 220ґ115ґ320 мм, собранный из деталей, изготовленных литьем под давлением, и закрепленную в задней части каркаса объединительную многослойную печатную плату с разъемами для подсоединения ячеек. В каждом блоке размещается шесть ячеек.

Шкаф содержит 12 секций по четыре блока. Габариты шкафа 1200ґ1930ґ550 мм.

При монтаже машины на местах эксплуатации шкафы объединяются в модули (не более восьми шкафов в каждом). При этом два базовых модуля имеют постоянный состав, а остальные укомплектовываются в зависимости от заданной комплементации.

Программное обеспечение.

Операционная система:

• реальный масштаб времени (РМВ), режим разделения времени (РВ), пакетная обработка;
• 4 задания РМВ, 26 заданий РВ;
• многосеансовое выполнение до 250 заданий.
• устранение последствий сбоев и резервирование.

Система программирования и отладки:

• ассемблеры, Т-язык;
• алгоритмический язык высокого уровня, ориентированный на векторные вычисления;
• интерактивный режим отладки заданий РВ и РМВ в понятиях используемого языка.

А также — файловая система, система документирования, библиотека типовых программ, система технического обслуживания.

Технико-эксплутационные характеристики

• Занимаемая площадь (на каждый модуль из восьми шкафов) — 20 кв. м.
• Потребляемая мощность от сети 400 Гц, 220 В (на каждый модуль) — 25 кВт
• Среднее время безотказной работы: по Т3 — 60 ч., по результатам эксплуатации — 200 ч.

Отзывы пользователей

“…ЭВМ М-13… — преемник ЭВМ М-10. В общих чертах переход от архитектуры ЭВМ М-10 к архитектуре ЭВМ М-13 состоит в том, что был исключен параллелизм на уровне команд и при этом, дополнительно к распараллеливанию, была введена конвейеризация на уровне данных… Эта машина является первой отечественной векторно-конвейерной ЭВМ…”

Головкин Б. А. Эволюция параллельных архитектур и машины серии М.
Вопросы радиоэлектроники сер. ЭВТ, 1993, вып. 2, с. 18.

Литература

1. Сборник “Вопросы радиоэлектроники” сер. ЭВТ, 1990, вып. 10; 1991, вып. 16.

Статьи об ЭВМ М-13