БЭСМ-6

БЭСМ-6 (Большая Электронно-Счётная Машина) — советская электронная вычислительная машина серии БЭСМ, первая суперЭВМ на элементной базе второго поколения — полупроводниковых транзисторах.

Одна из последних сохранившихся БЭСМ-6. Установлена в учебном центре ВМФ в Сосновом Бору

Основные сведения

Разработка БЭСМ-6 завершена в конце 1965 года. Главный конструктор — Сергей Алексеевич Лебедев, заместители главного конструктора — В. А. Мельников, Л. Н. Королёв. В 1968 году начат выпуск на заводе Счётно-аналитических машин (САМ) в Москве.

Особенности БЭСМ-6:

• Элементная база — транзисторный парафазный усилитель с диодной логикой на входе
• Тактовая частота — 10 МГц
• 48-битное машинное слово
• Быстродействие — около 1 млн операций в секунду (наиболее производительная американская система CDC 6600 (англ.), выпускавшаяся с 1964 года, обеспечивала быстродействие того же порядка)
• Конвейерный центральный процессор (ЦП) с отдельными конвейерами для устройства управления (УУ) и арифметического устройства (АУ). Конвейер позволял совмещать обработку нескольких команд, находящихся на разных стадиях выполнения.
• 8-слойная физическая организация памяти
• Виртуальная адресация памяти и расширяемые регистры страничной приписки.
• Совмещённое АУ для целой и плавающей арифметики.
• Кеш на 16 48-битных слов: 4 чтения данных, 4 чтения команд, 8 — буфер записи
• Система команд включала в себя 50 24-битных команд (по две в слове)

БЭСМ-6 и CDC 1604

По мнению некоторых иностранных специалистов, архитектура БЭСМ-6 в значительной степени воспроизводила архитектуру системы CDC 1604 (англ.) фирмы Control Data Corporation (англ.) (главный конструктор — Сеймур Крей), серийно выпускавшейся с 1960 года (совпадали некоторые технические характеристики, такие как уникальная для этих двух систем разрядность слова и адреса и разрядность машинных команд в слове, использование одноадресных команд с индексным регистром, регистра скрытых разрядов, кодировка символов и пр., также идентичная тех. документация на обе машины), а также ряд архитектурных решений системы Atlas, хотя детали собственно машинной архитектуры и различались^[1]. На уровне прикладных программ, разработчикам, адаптировавшим транслятор Фортрана для БЭСМ-6, была поставлена задача обеспечения полной совместимости с CDC 1604^[2].

Прямое сравнение спецификаций БЭСМ-6 и CDC-1604^[3] не позволяет выявить каких-либо ощутимых сходств в архитектуре этих машин. В частности:

• Набор команд полностью различен;
• Формат команд полностью различен;
• Подход к работе с целыми числами полностью отличается (у CDC — отдельные команды для работы с целыми, у БЭСМ — отключение нормализации);
• Представление числа — отлично (36 бит мантиссы у CDC, 40 у БЭСМ);
• Система прерываний БЭСМ включает множество различных источников прерываний и раздельное их маскирование;
• Индексные регистры: 6 у CDC, 15 у БЭСМ;
• БЭСМ имеет стековый режим адресации (индексный регистр 15), у CDC стека нет;
• БЭСМ имеет признак «омега», влияющий на режим работы условных команд, у CDC нет ничего похожего;
• В отличие от CDC, БЭСМ-6 имела виртуальную память, режимы пользователя и супервизора, защиту от исполнения привилегированных команд в режиме супервизора и набор операций для осуществления системных вызовов (экстракоды);
• БЭСМ имеет кеш-память, предварительную загрузку команд в кеш и механизм асинхронной отложенной записи результатов;

Вопрос о связи машинной архитектуры с результатами работ программ на Фортране и о принципиальных причинах несоответствия результатов работы программ для численных расчётов на ЭВМ различной архитектуры (в частности, БЭСМ-6 и ЕС ЭВМ) рассмотрен в книге «Ошибки-ловушки при программировании на фортране»^[4]. Аналогичный вопрос о программах на Фортране для систем с архитектурами CDC и IBM рассмотрен в книге «Оптимизация в Фортране»^[5].

Производство

БЭСМ-6 выпускалась серийно с 1968 по 1987 год, всего было выпущено 355 машин^[6]. В начале 1980-х в составе поставки Эльбрус-1 выпускалась в 2,5—3 раза более быстрая версия БЭСМ-6, на интегральных микросхемах — Эльбрус-1К2 или СВС (Система, Воспроизводящая Систему, неофициальное название)^[7]. В качестве периферийных устройств использовались компоненты Эльбрус. Также в систему был введён интерфейс EC ЭВМ, что позволяло подключать соответствующую периферию.

О решении по переходу к копированию серии IBM-360

Как следует из обнародованных в 2005 году воспоминаний авторитетных представителей академической науки, значительную долю ответственности за решение о переводе советской промышленности, науки и образования к копированию ЭВМ серии IBM-360 и, соответственно, быстрому качественному сокращению поддержки отечественных разработок (в частности, БЭСМ), несут министр МРП СССР В. Д. Калмыков и Президент АН СССР М. В. Келдыш.

Так, в статье директора ВЦ РАН, академика Ю. Г. Евтушенко, зам. дир. ВЦ РАН Г. М. Михайлова и др. «50 лет истории вычислительной техники: от „Стрелы“ до кластерных решений» (в сборнике к 50-летию ВЦ РАН) отмечено^[8]:

В этот период ГДР принимает решение ориентировать свою промышленность по производству средств вычислительной техники на серию IBM-360. Так появляется проект по разработке ЭВМ R-40 (ЕС-1040) на заводе ROBOTRON (Дрезден), который реализуется специалистами ГДР без интеграции с фирмой IBM. Этот фактор в дальнейшем сыграл огромную роль в определении стратегии развития вычислительной техники во всём социалистическом лагере.

В конце 1966 г. на заседании ГКНТ и Академии наук СССР при поддержке министра МРП СССР В. Д. Калмыкова, Президента АН СССР М. В. Келдыша принимается историческое решение о копировании серии IBM-360. Против этого решения решительно выступили А. А. Дородницын, С. А. Лебедев и М. К. Сулим. Однако они остались в меньшинстве. Итак, решение о разработке семейства ЕС ЭВМ состоялось. Под эту грандиозную программу были переориентированы многие НИИ и заводы, многим специалистам пришлось переучиваться и переквалифицироваться, в студенческие программы вузов стали в основном включать вопросы структуры, архитектуры и ПО ЕС ЭВМ. Была создана новая технологическая база для производства интегральных схем (ИС), полупроводниковой электроники и других средств ВТ. Как и предсказывалось, другие направления развития отечественной вычислительной техники постепенно стали сокращаться из-за недостатка средств, заказчиков, молодых кадров и других объективных и субъективных причин.

Другие разработки на основе БЭСМ-6

Эльбрус-Б

Дальнейшее развитие линии БЭСМ-6. Система разработана под руководством члена-корреспондента АН СССР Г. Г. Рябова и М. В. Тяпкина на элементно-конструкторской базе 5Э26. Производительность была увеличена в 4—5 раз. Были устранены следующие проблемы БЭСМ-6:

• Длина адреса 15 разрядов, что позволяет адресовать только 32 килослов ячеек ОЗУ
• Точность представления чисел 48-разрядным кодом недостаточна для вычислений

Система работала в следующих режимах:

• режим полной совместимости с БЭСМ-6: разрядность чисел — 48, разрядность адреса — 15, полное повторение системы команд БЭСМ-6
• Режим работы, полностью повторяющий систему команд БЭСМ-6, но с 27-разрядным виртуальным адресом
• Новый режим работы с расширенной системой команд БЭСМ-6, с 64-разрядными словами

Аппаратура сопряжения — АС-6

В 1973 году под руководством В. А. Мельникова была разработана т. н. «аппаратура сопряжения к БЭСМ-6» (АС-6) — модульная система, позволяющая объединять БЭСМ-6, ЦП АС-6, общие модули памяти, несколько специализированных периферийных машин (ПМ-6) и их периферию в единый комплекс.

В 1975 году, в ходе космического полёта «Союз-Аполлон», управление осуществлялось комплексом, в состав которого входила БЭСМ-6. Эта система позволяла обрабатывать данные по траектории полёта за 1 минуту, в то время как на американской стороне такой расчёт занимал 30 минут.

C 1977 по 1987 года АС-6 выпускалась на Московском заводе счётно-аналитических машин (САМ). Всего было выпущено 8 систем.

В 1982 году за разработку АС-6 была присуждена Государственная премия СССР, лауреатами которой стали: В. А. Мельников, А. А. Соколов, В. П. Иванников, А. Ю. Бяков, В. Л. Ли, В. И. Смирнов, Л. А. Зак, В. С. Чехлов.

Программное обеспечение

Д-68

Одной из первых операционных систем для БЭСМ-6 был Диспетчер-68 (Д-68). По сути Д-68 — ядро операционной системы, обеспечивавающее мультипрограммный режим пакетной обработки заданий, управление виртуальной памятью, управление внешними запоминающими устройствами и устройствами ввода-вывода. Д-68 послужил основой для ОС реального времени НД-70 («Новый диспетчер-70»).

Разработана в ИТМиВТ под руководством профессора Л. Н. Королёва при участии В. П. Иванникова и А. Н. Томилина.

Мониторная система «Дубна»

Мониторная система «Дубна» была создана в 1965—1966 годах коллективом сотрудников Объединенного института ядерных исследований с участием специалистов из ГДР, ВНР, КНДР, а также из ИАЭ им. Курчатова. В дальнейшем развитии системы принимали участие сотрудники ИК АН УССР, ИАПУ ДВНЦ АН СССР, ИВФЭ, ГОИ им. С. И. Вавилова и других. Имелись компиляторы Фортран, Алгол, Автокод МАДЛЕН, интерпретатор Лисп. Также имелась возможность использовать языки Симула, Аналитик, Аква, Сибэсм-6, метаязык R-грамматик, эмулировать на БЭСМ-6 программы М-6000 ТПА.

Другие программы

Большим коллективом разработчиков под руководством В. Ф. Тюрина была создана операционная система Диспак, удачно решавшая вопросы работы в режиме разделения времени.

• ИПМ
• НД-70
• БАМОС
• УНИОС
• Графор

Примечания

1. ↑ Peter Wolcott, Seymour E. Goodman (University of Arizona), "High-Speed Computers of the Soviet Union, " Computer, vol. 21, no. 9, pp. 32-41, Sept. 1988, doi:10.1109/2.14345
2. ↑ Расторгуев А. Говорун и его команда
3. ↑ Описание CDC-1604
4. ↑ Боровин Г. К., Комаров М. М., Ярошевский В. С. Ошибки-ловушки при программировании на фортране.  — М.: Наука, 1987
5. ↑ Меткалф М. Оптимизация в Фортране: Пер. с англ. — М.: Мир, 1985
6. ↑ Журнал "Суперкомпьютер" Номер 1 - "Покоритель диджитального космоса", стр.31
7. ↑ Страница ностальгии по БЭСМ-6
8. ↑ Евтушенко Ю. Г., Михайлов Г. М., Копытов М. А., Рогов Ю. П. 50 лет истории вычислительной техники: от «Стрелы» до кластерных решений. // В сб. 50 лет ВЦ РАН: история, люди, достижения. М.: ВЦ РАН, 2005 г. 320 с. ISBN 5-201-09837-1. С. 20.

Литература

• Смирнов А. Д. Семейство БЭСМ-6 // Архитектура вычислительных систем: Учеб. пособие для вузов. — М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1990. — С. 149—164. — 320 с. — ISBN 5-02-013997-1
• Мазный Г. Л. Программирование на БЭСМ-6 в системе «Дубна» / Под редакцией Н. Н. Говоруна. М.: Наука, 1978. (Библиотечка программиста)
• Карпов В. Я. Алгоритмический язык Фортран: Фортран-Дубна. 1976. 192 с. (Библиотечка программиста)
• Королёв Л. Н. Архитектура ЭВМ БЭСМ-6. Из книги Л. Н. Королёва «Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение» (1978). PARALLEL.RU - Информационно-аналитический центр по параллельным вычислениям:. Архивировано из первоисточника 28 августа 2011. Проверено 7 августа 2009.
• Иванов A. Школа академика С. А. Лебедева в развитии отечественной вычислительной техники // Электроника: НТБ. — 2002. — № 6. — С. 48—54.

Ссылки

• Иванников В. П., Королёв Л. Н., Любимский Э. З., Томилин А. Н. Разработки московской школы операционных систем ЭВМ. Виртуальный компьютерный музей. Проверено 7 августа 2009.
• Leonid A. Broukhis. Страница ностальгии по БЭСМ-6  (рус.). Архивировано из первоисточника 28 августа 2011. Проверено 7 августа 2009.
• Группа обсуждения БЭСМ-6  (рус.). БЭСМ-6. Группы Google. Архивировано из первоисточника 28 августа 2011. Проверено 7 августа 2009.
• Real Machines with 24-bit and 48-bit words сравнение различных компьютеров с 48-и разрядным словом