С ростом парка разнородных машин резко возрастают затраты на их обслуживание и создание программ, и, кроме того, в этих условиях затруднительно организовать производство ЭВМ на основе специализации и кооперации. А расширение областей применения ЭВМ определяет необходимость непрерывного совершенствования технических характеристик и машин и отдельных устройств к ним, увеличение их номенклатуры и т. д. Развитие технологии радиоэлектроники дает в руки ученых и инженеров, занятых конструированием ЭВМ, новые средства для выпуска машин с более широкими возможностями, более высокой надежностью и т. д. Эти предпосылки легли в основу Единой системы электронных вычислительных машин (ЕС ЭВМ), представляющей собой комплекс программно совместимых ЭВМ, рассчитанных на решение большого круга задач.
В разработке ЕС ЭВМ заняты ведущие научно-исследовательские коллективы Советского Союза и стран социалистического содружества: Народной Республики Болгарии, Венгерской Народной Республики, Германской Демократической Республики, Польской Народной Республики, Чехословацкой Социалистической Республики.
В единую систему входит комплекс разных по производительности ЭВМ третьего поколения, построенных с широким использованием интегральных схем, снабженных разнообразными периферийными устройствами, имеющих мощную систему математического обеспечения.
Программная совместимость, позволяющая иметь единую для всех модификаций систему математического обеспечения, обусловлена единой архитектурой всех машин, составом команд, одинаковой формой представления данных. Под архитектурой в этом случае понимается обобщенная структурная схема ЭВМ, отражающая принципы функционирования и взаимодействия основных элементов. Полный состав команд дает возможность эффективного и удобного программирования научных, информационно-логических и экономических задач. Форматы данных кратны кодовой группе из 8 двоичных разрядов, названной байтом. Так, машинное слово состоит из 4 байтов и содержит 32 двоичных разряда. Каждый байт может представлять два десятичных разряда при работе с десятичными числами. Возможна работа с данными, организованными в поля длиной от 1 до 256 байтов. Система адресации обеспечивает возможность прямого обращения в каждому из них в памяти емкостью до 16 млн. байтов.
Устройство отображения алфавитно-цифровой и графической информации на экране электронно-лучевой трубки (ЕС-7064)
Каждая из вычислительных машин Единой системы формируется вокруг одного из 7 процессоров, определяющих производительность образованной модели. Комплект периферийных устройств является общим для всех моделей. Хотя все машины имеют одинаковую архитектуру, она создается в каждом конкретном случае разными техническими средствами. В результате, например, получается весь набор процессоров с производительностью 10, 20, 40, 100, 250, 500 и 1500—2000 тысяч операций в секунду на основе аппаратуры различного объема и стоимости. В младших моделях широко применяется микропрограммное управление, что также экономит значительные средства. Для этого в процессорах ЕС-2020 и ЕС-2030 имеется постоянная память с микропрограммами, с помощью которых в младших моделях выполняются все команды полного состава команд ЕС ЭВМ. Кроме того, для экономии оборудования используются последовательно-параллельные способы обработки. Например, в процессоре ЕС-2020 арифметико-логическое устройство производит обработку данных по отдельным байтам при осуществлении всех операций, а в ЕС-2030 побайтно выполняются все логические операции.
Параметры основной оперативной памяти в процессорах разных модификаций изменяются с возрастанием емкости и быстродействия от младшей модели к старшей, причем емкость памяти может быть увеличена в четыре раза.
Принципиально по-новому построена система обмена данными между процессором и периферийными устройствами, которая разделена на два уровня. Функции первого выполняют так называемые каналы, второго — блоки управления периферийных устройств. Сопряжение между ними стандартизовано и называется интерфейсом ввода-вывода. Практически он представляет собой многопроводное кабельное соединение со строго определенными функциями и параметрами сигналов, передаваемых по каждому проводу. В ЕС ЭВМ существует два типа каналов — мультиплексный и селекторный. Первый предназначен для одновременного подсоединения к процессору нескольких сравнительно медленных периферийных устройств, например перфокарточных. Второй, обеспечивая высокие скорости обмена данными, подсоединяет к процессору быстродействующие периферийные устройства типа накопителей на магнитной ленте.
Промежуточным звеном между каналом и конкретным периферийным устройством является блок управления, который может быть общим для группы из нескольких однотипных приспособлений, что определяет большую гибкость при выборе конфигурации системы, ее дополнении и изменении.
Накопитель на магнитных дисках со сменным пакетом ЕС-7064
Среди периферийных устройств выделяются новые, впервые разработанные в Советском Союзе. Прежде всего, накопитель на магнитных дисках со сменным пакетом, сочетающий достоинства магнитного барабана (с точки зрения скорости обмена — 156 кбайт/сек и времени доступа — порядка 80 мсек) и магнитной ленты (с точки зрения емкости и быстрой смены носителя). Этот накопитель, при разработке которого был решен целый комплекс сложнейших технологических и инженерных проблем, имеет стандартные физические параметры, соответствующие принятым в мировой практике. С его помощью оказалось возможным создать в машинах ЕС ЭВМ мощную внешнюю память, которая служит в качестве основного средства хранения программ системы математического обеспечения.
Немалый интерес имеют два варианта устройства визуального отображения данных на экране электронно-лучевой трубки — дисплей. В первом случае представляется знаковая информация, во втором — буквенно-цифровая и графическая. Это обеспечивает возможность установления прямой связи между оператором и машиной, даже с выносного пульта, работу в режиме разделения времени, организацию систем распределения и сбора информации. Работа с дисплеем значительно упрощает и ускоряет операцию отладки программы, проведение диагностических проверок и т. п. АСУ на базе ЕС ЭВМ имеют регистраторы нескольких типов, используемые для вывода информации на планшетную или рулонную бумагу в виде графиков, чертежей, кривых, рисунков.
Как известно, современные вычислительные машины чаще всего используются для построения комплексных систем из нескольких ЭВМ или же объединенных линиями связи для сбора и распределения информации при работе со многими абонентскими пунктами. Эта тенденция учтена при разработке ЕС ЭВМ. Здесь имеется возможность построения структур с организацией связи между ними на разном уровне вплоть до работы двух процессоров на общее поле памяти. Создана также отдельная группа устройств для организации систем телеобработки, включающая средства передачи данных и сопряжения ЭВМ с линиями связи и несколько типов абонентских пунктов.
При их разработке особое внимание уделяется надежности всех систем и стандартизации параметров носителей, алфавитов и кодов, форматов записи и т. п. Например, во всех накопителях на магнитной ленте, имеющих современную кинематическую схему, которая обеспечивает высокие динамические характеристики протяжки и низкий износ ленты, размеры кассеты, принятая плотность, формат и способы записи соответствуют рекомендациям Международной организации по стандартизации. При этом, наряду с рабочей плотностью записи накопителя (32 имп/мм), предусмотрена возможность плотности записи 8 имп/мм, при которой фиксируются и считываются ленты обмена. Осуществление широкой программы опережающей стандартизации в комплексе работ по ЕС ЭВМ позволило многим коллективам вести параллельную разработку по всем направлениям. Немалое значение имело и внедрение системы автоматизированного проектирования, сократившей сроки разработок и повысившей их качество.
Базовые конструкции, принятые для ЕС ЭВМ, обеспечивают конструктивную и стилевую совместимость всех ее устройств, удобство эксплуатации и возможность организации специализированного производства отдельных элементов. Основным конструктивным модулем является типовой элемент замены (ТЭЗ) с двусторонним и многослойным печатным монтажом, несущим интегральные схемы или дискретные компоненты. Самым высоким уровнем конструкции является стойка, содержащая в пределе до 750 ТЭЗов. Многослойный печатный монтаж применяется в системе ТЭЗов, старших моделях и в панелях, что потребовало освоения сложнейшей технологии. В младших моделях соединение ТЭЗов выполняется с применением прогрессивного метода накрутки вместо традиционной пайки.
Одной из главных особенностей ЕС ЭВМ является развитая система математического обеспечения. Каждая из операционных систем содержит средства ее генерации, управляющие и обслуживающие программы, трансляторы с основных языков (фортран, алгол, ПЛ/I, автокод). Система математического обеспечения (одна из них, например, включает 2 миллиона команд) разрабатывается практически одновременно с созданием технических средств. Использование операционных систем обеспечивает автоматизацию подготовки, отладки и выполнения рабочих программ, резко повышает производительность труда и упрощает работу программистов, операторов и т. д.
Таким образом, создание ЕС ЭВМ определяет современный уровень вычислительной техники и перспективность новых машин. Сейчас успешно осваивается серийное производство младшей модели ЕС-1020, начинается выпуск средней — ЕС-1030 и доводится опытный образец одной из старших — ЕС-1050. Независимо от этого налаживается серийное производство отдельных периферийных устройств. Концепции, заложенные в основу ЕС ЭВМ, позволяют непрерывно ее совершенствовать, разрабатывать периферийные устройства и процессоры с улучшенными характеристиками. Будет развиваться и система математического обеспечения для организации многомашинной и многопроцессорной работы и систем разделения времени, а также разработки пакетов прикладных программ.
Серийное производство запроектированных ЭВМ обеспечит создание легко модернизируемых вычислительных комплексов в различных АСУ и поможет осуществить широкий обмен прикладными программами как в нашей стране, так и со странами социалистического содружества.
Электронно-вычислительная машина ЕС-1020
Н. Горшков,
начальник Главного управления радиопромышленности СССР
январь 1973 г.