Рабочая станция “Мрамор”

Берс Андрей Александрович

Рассматривается опыт создания в 1980 — 1987 гг. в рамках международного сотрудничества между СССР и ПНР для “Проекта РУБИН газеты ПРАВДА” Рабочей станции “МРАМОР”, — качественного рабочего места для издательской деятельности, построенного на слабой элементной базе. С советской стороны участвовали: Издательство “Правда”, ВЦ СО АН СССР и Институт Прикладной математики им. М. В. Келдыша АН СССР, а с польской стороны: Завод точной механики “МЕРА-Блоне” и Центр телевизионной техники ЦОБРЕСПУ. Проект РУБИН был включен в состав программ важнейших научно-исследовательских работ ГКНТ СССР на 1980-85 гг.

Архитектура, дизайн и функциональные характеристики РС МРАМОР и рабочих мест на ее основе, а также ее базовое и прикладное программное обеспечение разработаны в лаборатории академического института. Овеществлением этих идей в аппаратуре и подготовкой производства к серийному выпуску занималась конструкторская группа на заводе “МЕРА-Блоне”. Большую поддержку этой работе в рамках “Проекта РУБИН” осуществляло Издательство “Правда”.

Коллектив разработчиков

В лаборатории экспериментальной информатики ВЦ СО АН СССР в работах по МРАМОРу участвовали: А. А. Берс, Ю. В. Бовкун, А. В. Коваленин, А. П. Мельник, А. Р. Муллагалиев, Г. П. Несговорова, Е. В. Овчаренко, В. Г. Поляков, С. Б. Руднев, М. В. Садомская, и В.А. Четвернин.

Наши польские коллеги на заводе “МЕРА-Блоне”: М. Августиняк, Я. Завадский, Я. Заграек, М. Зюлковский, А. Колодеяк, З. Лучук, Я. Матраш, Т. Мошевич, Р. Пацек и С. Шумский. Мониторы для РС МРАМОР созданы в Варшавском Центре телевизионной аппаратуры (ЦОБРЕСПУ) под руководством Е. Кани и Л. Непеклы.

Все текущие организационные трудности проекта РУБИН легли на технический отдел Издательства “Правда” и на плечи его руководителя В. А. Тифенбаха.

Автор, бывший главным конструктором разработки, считает своим приятным долгом отметить исключительно дружественное творческое взаимодействие всех членов этого международного коллектива из специалистов разного профиля. Я до сих пор искренне благодарен всем участникам этой интересной и долгой работы.

Особо хочу и должен отметить то внимание и заботу, которое ей уделял наш Учитель — академик А.П. Ершов.

Организации проекта РУБИН предшествовали этапы обследования производственных процессов в редакции и издательстве “Правда” и системного анализа этих процессов. По результатам обследования, “Генеральной схемой создания и развития системы РУБИН газеты “Правда”, утвержденной главной редакцией “Правды” в феврале 1979г., устанавливалось, что система будет состоять из периферийной сети и центрального вычислительного комплекса. ЦВК, с большой информационно-справочной базой данных для анализа и проверки публикуемых материалов и перспективного планирования выпусков газеты был реализован на старших моделях ЕС ЭВМ. Рабочая станция МРАМОР создавалась как терминальная база периферийной локальной сети рабочих мест для сотрудников редакции.

Было необходимо обеспечить автоматизацию трудоемких редакционно-издательских процессов, с тем, чтобы большие объемы текстовой информации могли быть обработаны в жестко ограниченные сроки (что особенно важно при выпуске газет).

Цель работы состояла в создании программно-аппаратной базы, системы рабочих мест профессионалов — сотрудников редакции и издательства, поэтому разработка МРАМОРа с самого начала отличалась комплексным подходом к проблеме, совмещая проектирование аппаратуры, программного и шрифтового обеспечения и дизайн.

Была выпущена опытная серия из 40 рабочих мест, базовое программное обеспечение станции и прикладное программное обеспечение рабочих мест профессиональных полиграфических систем электронной подготовки изданий. Проводилась опытно-промышленная эксплуатация этих высокопроизводительных и удобных для пользователей рабочих мест, на которых осуществлено большое число изданий с высоким полиграфическим качеством (в том числе, — регулярный выпуск городской газеты “ЭНСК”, подготовка ряда номеров журналов “Наука и жизнь” и “ЭКО” и большого числа книг).

Серийные экземпляры РС МРАМОР были экспонатами выставки “Сибирский прибор 87” (Академгородок, 1987), где разработка была удостоена Диплома за оригинальное решение, Всепольской конференции “POLIKON-87” (Познань, 1987), и выставок “Завод «Мера-Блоне» советской информатике” (Москва, 1997, Вильнюс, 1988).

На конкурсе прикладных работ СО АН СССР 1988 года Рабочей станции МРАМОР был присужден Диплом Ш-й степени.

Проведенное в 1977г. обследование издательства и типографии газеты “Правда”, по результатам которого был подготовлен отчет “Системный анализ производственных процессов по выпуску газеты «Правда»”, позволило выделить три основных канала переработки информации и их существенные характеристики, необходимые для создания системы РУБИН:

• обработка текстов, набор, верстка и подготовка печатных форм газетных полос,
• планирование номеров и управление выпуском газеты,
• справочно-информационная служба и проверка публикуемых фактов.

Различные рабочие места сотрудников редакции, издательства и типографии должны были обеспечить совместный согласованный выход ко всем этим трем потокам, реализацию в разных сочетаниях (определяемых типом рабочего места) требуемых прикладных функций и возможность использования результатов одних работ в ходе других.

При реализации проекта РУБИН было необходимо также учесть ряд обязательных ограничений, диктуемых заказчиком и обстановкой:

• в основном аппаратура должна была быть построена только на отечественной элементной базе и компонентах, в крайних случаях разрешалось применение микросхем, компонентов и устройств, производимых в странах — участниках СЭВ;
• требовалось в максимальной степени сохранить сложившуюся в редакции технологию работы, стиль и принципы взаимодействия ее сотрудников, не утеряв при переходе на ЭВМ привычной для них комфортности рабочего места, — при этом не могло быть и речи о том, что пользователи такого социального уровня будут согласны приспосабливаться к неудобным для них функциям и особенностям аппаратуры и программ.

С другой стороны, следует вспомнить, что в конце 70-х годов основной парк ЭВМ нашей страны был составлен системами ЕС и СМ ЭВМ, оснащенными главным образом заимствованным, как говорилось, “штатным” программным обеспечением. По своим характеристикам и конструкции они никак не были приспособлены для работы в условиях редакции. Терминальное оборудование, пригодное для редакционно-издательской подготовки полиграфических изданий практически отсутствовало, выпускаемый в стране комплекс фото?наборных автоматов (Каскад) с носителями на перфоленте уже был морально устаревшим, а шрифтовое обеспечение фотонабора и терминалов — просто примитивным.

Эксплуатируемые зарубежные типографские системы на ЭВМ плохо соответствовали требованиям отечественной практики и затрудняли выпуск изданий на русском и других языках народов СССР.

Если для центрального вычислительного комплекса можно было выбрать одну из старших моделей ЕС ЭВМ и создавать прикладные программы, опираясь на существующие операционные системы и СУБД, то для терминального уровня системы РУБИН было очевидно, что на существующей в тот момент технике решить проблему автоматизированного рабочего места только посредством создания программного обеспечения для какой-либо из фактически доступных мини- или микро-ЭВМ не удастся. Поэтому и было принято решение о создании новой машины класса макро-мини, получившей название “Рабочая станция МРАМОР”.

Исходя из доступной элементной базы и конструктивов было ясно, что вычислительных мощностей одного микропроцессора типа К580ВМ80 будет недостаточно для обеспечения требуемых функций и свойств рабочих мест.

Поэтому возникшая перед нами проблема решалась совместной разработкой аппаратуры и программного обеспечения нового программно-аппаратного комплекса, при создании которого необходимо было, кроме того, исходить из конкретных возможностей найденного с большим трудом завода-изготовителя (Польского завода точной механики “МЕРА-Блоне”).

При разработке РС МРАМОР в проект закладывались следующие требования к возможностям нового программно-аппаратного комплекса:

• модульность аппаратуры, базового и прикладного программного обеспечения;
• многопроцессорность, включая возможную гетерогенность аппаратуры и программных средств;
• многозадачность обслуживания пользователя при мультипрограммной загрузке процессоров задачами;
• многоместность рабочей станции со связью между рабочими местами;
• многооконность интерфейса и, в том числе, возможность многоэкранности рабочего места;
• федеративность, т.е оперативное взаимодействие, позволяющее пользователям, процессам или процессорам работать в коллективном режиме;
• высокое качество представления на экране и в рабочих распечатках полиграфических аспектов обрабатываемых изданий, в том числе разнообразия национальных языков, типов письменности и шрифтов;
• перестраиваемость конфигурации рабочего места, как по составу аппаратуры и программного обеспечения, так и по дизайну;
• координация доступа к общим для редакции базам данных, находящимся в центральной ЭВМ и работы на персональном рабочем месте.

Чтобы все эти разнообразные требования можно было реализовать в некотором целостном подходе, объединяющем возможности аппаратных и программных средств и позволяющем обоснованно принимать проектные решения, была разработана концептуальная модель организации исполнения вычислительных процессов. Кроме того, с учетом особенностей подготовки разнообразных изданий в издательстве “Правда” и опыта, полученного при разработке системы САПФИР для Первой образцовой типографии, была сформирована концептуальная модель обеспечения электронной подготовки изданий.

Эти концептуальные модели вместе с перечисленными выше требованиями были положены в основу разработки РС МРАМОР, в ходе которой удалось решить ряд новых для того времени задач:

• практически осуществить совместное проектирование единой целостной программно-аппаратной обстановки, включающей аппаратуру, базовое и прикладное программное обеспечение, интерфейс пользователя и дизайн рабочего места;
• разработать оригинальную открытую аппаратуру, с гетерогенными вычислительными блоками и обеспечить требуемые характеристики рабочих мест, даже при слабости доступной элементной базы, посредством компенсации этой слабости за счет архитектурных и конструктивных решений путём возможности выбора между аппаратной и программной реализацией необходимых функций;
• создать модель организации вычислений — “Операционные обстановки высокого уровня”, позволившую организовать совместное исполнение в виде рабочей смеси большого числа взаимодействующих процессов, протекающих в интересах нескольких пользователей на множестве виртуальных (в том числе — реальных) процессоров, каждый из которых работает в мультипрограммном режиме;
• разработать операционную систему и базовое программное обеспечение, управляющие работой многопроцессорного комплекса на основе данной модели вычислений;
• создать многопроцессорную систему из разнородных компонент и организовать их совместную работу в режиме мультипрограммного исполнения большого числа связанных процессов в интересах нескольких пользователей одновременно, обеспечивающую реализацию достаточной степени параллелизма работы посредством организации рабочей смеси виртуальных машин на гетерогенных вычислительных средствах;
• создать возможности для дальнейшего расширения функций РС МРАМОР за счет пополнения состава ее модулей, устройств и, главным образом, прикладного программного обеспечения, и получить большое разнообразие реализуемых на РС МРАМОР конфигураций рабочих мест при малом числе типов производимых модулей.

Таким образом в МРАМОРе был осуществлён ряд оригинальных архитектурных, конструктивных и программных решений, некоторые из которых в настоящее время стали обыденными (многошинная архитектура с разнородными процессорами, портретное положение дисплея, многооконный интерфейс, аккордный ввод с клавиатуры, программируемые шрифты с различными начертаниями знаков переменной ширины).

В составе опытной серии были выпущены две модели РС МРАМОР: двухместная и четырехместная. Кроме того, для нужд разработчиков были скомпонованы два экземпляра одноместной полиэкранной рабочей станции.

Вычислительные блоки станции построены на микропроцессоре типа 8086 и его сопроцессорах: арифметическом и ввода-вывода. Блок реализует связи между системной и локальной шинами, содержит схемы для 15 входов прерываний, к любому из которых можно присоединить любой из источников прерывания, механизм страничной адресации, микросхемы СПЗУ с общим объемом до 32К 16-разрядных слов.

Для вычислительных блоков был разработан оригинальный механизм расширения адресации: схема, определяющая по сигналам состояния и порядковому номеру цикла в команде, зачем процессор обращается в память. К выданному процессором 16-разрядному адресу выборки команды, работы со стеком или работы с данными приписывался один из трех двухразрядных префиксов, задаваемых программно и хранящихся в специальном регистре. Таким образом, оперативная память разбивается на четыре подпространства, любые три из которых могли одновременно быть назначены программе в качестве подпространств команд, данных и стека.

Обеспечен страничный доступ к памяти с помощью аппаратно реализованной таблицы переадресации (ТПА). Любое слово ТПА может быть непосредственно прочитано и записано процессором. Предусмотрены два варианта размера страницы в 4Кб и 16Кб. Из ТПА выдаются сигналы, направляющие адрес либо в ПЗУ, либо на свою ЛШ, или же на СШ (а через нее и на ЛШ другого блока). В варианте с 16Кб размером страницы используются все биты процессорного адреса, причем 14 младших из них определяют смещение на странице.

В результате процессор имеет одновременно доступ к 64 страницам, каждая из которых может находиться в одном из независимых адресных подпространств памяти: Системной Шины, Локальной Шины любого из вычислительных блоков и ПЗУ данного блока. Логический диапазон адресации СШ — 16М, каждой из ЛШ — 1М, ПЗУ вычислительного блока — 64К. Доступ каждого процессора через СШ на локальную шину любого другого вычислительного блока имеет приоритет перед доступом от местного процессора, поэтому, если процессор выдает сигнал блокировки (Lock) на Системную шину, то это препятствует выходу на нее других вычислительных блоков и правильная работа с командами типа test-and-set (семафорами) обеспечивается даже при их размещении в локальной памяти.

Операционная система ОНИКС позволила использовать в режиме “коллективного подряда” несколько процессоров разного типа и обеспечивала “смешанное исполнение” рабочей смеси для нескольких языков, — ЯВА (Язык вместо ассемблера), СИДУЛА (Си + Модула) и ФОДУЛА (ФОРТ+Модула).

Рабочие места на базе МРАМОРа позволили осуществлять разработку программного обеспечения, создания шрифтов и электронную подготовку издания для ряда газет и книг, в том числе, например, русско-китайского разговорника.

Рабочая станция “МРАМОР”

В одной из своих последних заметок Ершов  А.П. [Смотреть вперед, видеть по сторонам. “Колонка редактора” // Микропроцессорные средства и системы, No 2, 1988.] выявил прямой параллелизм между американским прогнозным перечнем (проф. У. Бим) основных характеристик персональных ЭВМ для 90-х годов и возможностями, воплощенными в архитектуре опытной серии РС МРАМОР.

Много внимания при создании РС МРАМОР было уделено общей компоновке и дизайну рабочих мест. В отличие от общепринятого подхода, когда персональная ЭВМ, ее дисплей и другие блоки размещаются на столе, занимая почти все место на нем, при проектировании РС МРАМОР было отдано предпочтение “организации большого свободного рабочего стола”.

Поэтому все модули и НГМД размещены в приставной тумбе стола, снабженной роликами, для клавиатуры предусмотрена опорная рамка, выдвигающаяся из под поверхности стола и позволяющая обеспечить правильную высоту клавиатуры и регулировать угол ее наклона. Клавиатура имеет 137 клавиш; значение 134-х из них — полностью перепрограммируемо, т.е. их раскладка и семантика полностью определяются программным драйвером.

Клавиши на клавиатуре сгруппированы в шесть эргономических полей, три из которых являются полями функциональных клавиш, одно соответствует клавиатуре пишущей машинки, и еще два предназначены для числового ввода и управления курсором. Пять регистровых клавиш могут обеспечить работу в 32 регистрах по 128 символов в каждом, позволяя использовать в одном издании до 4096 разных символов. Поля клавиш выделены цветом и разделены промежутками, позволяющими разместить накладки с обозначениями функций. Для сигнализации пользователю от программ на клавиатуре есть 8 светодиодов красного, желтого и зеленого цветов, три из которых совмещены с фиксируемыми в нажатом положении клавишами.

Для МРАМОРа были сделаны блоки прямого вывода на фото?наборную часть автомата ФА-1000 и фотоприемное устройство “Газета-2”, что обеспечило получение качественных форм офсетной печати.

В РС МРАМОР осуществлено программное управление выключением сетевого питания. Это обусловлено тем, что отдельные рабочие места станции могут находиться в соседних комнатах. Закончив работу, пользователь может отключить лишь устройства своего рабочего места (монитор и дисководы), но не станцию в целом. Все остальные заботы переложены на базовое программное обеспечение.

Для рабочих мест сотрудников редакции важнейшим параметром, определяющим удобство и пригодность их к эксплуатации, является качество показа текстовой информации, обеспечивающее представление большого ассортимента символов и разнообразия их выделений. Поэтому для МРАМОРа был заказан специальный монохромный монитор с диагональю 50см и повышенным временем послесвечения (для устранения мерцания на экране при стандартной телевизионной развертке). Кроме того, было признано негибким использование ПЗУ для генерации знаков и выбрана схема дисплея с опорной памятью, а для лучшего использования экрана при соответствии изображения на нем формату печатных полос, было принято расположение экрана с вертикальной ориентацией его длинной стороны (называемое — “портретным”, в отличие от “ландшафтного”, применяемого в телевизорах).

При этом сохранена развертка изображения по ТВ-стандарту, т.е. по вертикали, поперек текстовых строк. ОЗУ изображения в 64 Кб позволило получить поле 768в576 точек с тремя уровнями яркости. Монитор подвешен над столом на специальном поворотном кронштейне, можно регулировать высоту расположения экрана и его наклон.

Система подготовка изданий

На РС МРАМОР реализована профессиональная система электронной подготовки полиграфических изданий различных классов и произвольной сложности, обеспечивающая издательству полный технологический цикл от первичного ввода текстов до верстки издания и выдачи комплекта фотоформ готовых.

Система опирается на принцип отделения текста издания от его полиграфического оформления. Собственно текст в системе представляется двойной последовательностью. Ее старший уровень образован разнотипными элементами издания, доступ к которым осуществляется через рабочее оглавление, содержащее также типы и внешние характеристики элементов.

Полиграфическое оформление издания соотнесено с типами элементов издания и/или разметкой в тексте, а также представлено отдельной пополосной структурой. Внутритекстовые ссылки и сноски реализуются указателями, включаемыми в указанные структуры.

Диалоговая разработка макета издания и его пополосная верстка ведется по рабочему оглавлению редактирование и корректура поддерживается системой взаимосвязанных окон.

Шрифтовые выделения представлены специальными экранными шрифтами, но расчет форматов строк ведется по ширинам реальных наборных шрифтов.

Разработаны технологии и средства электронной подготовки изданий за счет отделения собственно текста от его полиграфического исполнения, и возможности их раздельной обработки; разработано совместное применение структурно-ссылочного представления корпуса текстов в сочетании с текстовыми разметками для обеспечения эффективного проведения глобальной обработки текста (в том числе — макетирования и верстки); определена номенклатура рабочих мест различных подразделений редакции и возможность динамического перехода в процессе работы на одном физическом месте к функциям разных логических рабочих мест; обеспечена возможность подготовки смешанных изданий на различных национальных языках и разных типах письменности в рамках одного рабочего места.

Литература

1. Берс А.А. Информационно-вычислительная система РУБИН газеты “Правда” // Прикладные методы информатики. — Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1980, с.55-78.
2. Берс А.А. Программное обеспечение воспроизведения типографских шрифтов. // Экспериментальная информатика. — Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1980, с.51-80.
3. Берс А.А., Поляков  В.Г., Руднев  С.Б. О системе программирования высокого уровня со смешанными вычислениями для персональных микропроцессорных комплексов // Актуальные проблемы развития архитектуры и программного обеспечения ЭВМ и вычислительных систем. — Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1983, с.78-94.
4. Берс А.А., Поляков  В.Г. Архитектура многофункционального автоматизированного рабочего места обслуживания редакции // Персональные ЭВМ в задачах информатики. — Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1984, с.40-49.
5. Берс А.А., Поляков  В.Г. Особенности системного программного обеспечения многофункционального автоматизированного рабочего места обслуживания редакции //Персональные ЭВМ в задачах информатики. — Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1984,с.50-57.
6. Берс А.А. Рабочая станция нового поколения МРАМОР // Разработка ЭВМ нового поколения: Архитектура, программирование, интеллектуализация. — Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1986, с.126-141.
7. Берс А.А. Об объектной ориентации и организации архитектуры программных систем // Актуальные вопросы технологии программирования. — Л., 1989, с.4-15.

Об авторе: Институт систем информатики имени А.П. Ершова Сибирского отделения Российской академии наук, Лаборатория автоматизации СБИС, в.н.с., baehrs@iis.nsk.su
Материалы международной конференции SORUCOM 2006 (3-7 июля 2006 года)
Статья помещена в музей 09.01.2008 с разрешения автора