Слово «компьютер» уже давно и плотно укоренилось в мозгах
даже самых «темных» слоев населения. Что это такое, на сегодняшний день хотя бы
в общих чертах представляют даже папуасы Новой Гвинеи, что уж говорить о
жителях нашей необъятной родины. Однако словосочетания «российский процессор»
или «советский компьютер», к сожалению, вызывают ряд специфических ассоциаций.
Допотопные устройства, громоздкие, слабые, неудобные, да и вообще,
отечественная техника — это всегда повод для сарказма и иронии. К
сожалению, мало кто знает, что СССР в определенные моменты истории
вычислительной техники был «впереди планеты всей». И еще меньше информации вы
найдете о современных отечественных разработках в этой области.
«НЕТ ПРОРОКА В СВОЕМ ОТЕЧЕСТВЕ»
Советский Союз называют страной, обладавшей одной из самых
сильных научных школ в мире, не только «квасные» патриоты. Это объективный
факт, основанный на глубоком анализе системы образования экспертами Британской
ассоциации педагогов. Исторически в СССР особый упор делался на подготовку
специалистов в области естественных наук, инженеров и математиков. В
середине XX века в Стране советов существовало
несколько школ разработки вычислительной техники, и недостатка
квалифицированных кадров для них не наблюдалось. Десятки талантливых ученых и
инженеров участвовали в создании различных систем электронных счетных машин.
Разработки велись сразу в нескольких направлениях, от
вычислительной техники высокой производительности до внедрения новых способов
хранения данных. Здесь можно отметить и работы выдающегося ученого В. М. Глушкова,
впервые выдвинувшего идею создания глобальной информационной инфраструктуры, и
проектирование узкоспециализированных ЭВМ Н. Я. Матюхиным и М. А. Карцевым,
и создание нетрадиционных архитектур вычислительных машин, в том числе
уникального компьютера «Сетунь» на основе троичной логики, разработанного под
руководством Н. П. Бруснецова.
, |
Сергея Алексеевича Лебедева (1902 — 1974 гг.) небезосновательно называют основоположником развития вычислительной техники в Советском Союзе — под его руководством были разработаны 15 типов ЭВМ, от простейших ламповых до суперкомпьютеров на интегральных схемах |
ЗАРЯ НОВОЙ ЭПОХИ
Первые образцы электронных вычислительных машин были созданы
примерно в одно и то же время в США и Великобритании. Чуть позже ЭВМ появились
и в СССР. Разумеется, советские ученые знали, что на Западе такая техника уже
существует, но, как и любая другая информация, просачивавшаяся в Россию во
времена холодной войны, эти данные были весьма скудными и невнятными. Основная
часть информации поступала от разведчиков, однако у них в те времена
приоритетной задачей был военный шпионаж и исследования в области ядерного
оружия. ЭВМ их интересовали только потому, что они находились в ведении
американского военно-промышленного комплекса и были строго засекречены. Поэтому
разговоры о том, что советская вычислительная техника копировалась с западных
образцов, — не более чем инсинуации. Да и о каких «образцах» может идти
речь, если действующие модели компьютеров в то время занимали два-три этажа и доступ к ним имел лишь весьма ограниченный круг лиц? Максимум, который могли
получить отечественные шпионы, — отрывочные сведения из технической
документации и стенограммы с научных конференций.
В конце 40-х годов в СССР сформировались основные научные
школы, создававшие ЭВМ первого и второго поколений, появились первые проекты и
их практическое воплощение. Это Пензенский НИИ математических машин, под
руководством Б. И. Рамеева занимавшийся разработкой
универсальной вычислительной техники общего назначения. Это школа И. С. Брука,
под руководством которого создавались малые и управляющие ЭВМ. И, конечно,
коллектив выдающегося ученого академика С. А. Лебедева,
являющегося основоположником центральных вычислительных машин в нашей стране.
Именно под руководством Лебедева была создана универсальная
электронная счетная машина — первая в Европе.
МЭСМ И БЭСМ
В СССР было известно о создании американцами в 1946 году
машины ENIAC — первой в мире ЭВМ с электронными лампами в качестве
элементной базы и автоматическим программным управлением. В конце 1948 года
Лебедев начал работу над своей машиной. Через год была разработана архитектура
(практически с нуля, без каких-либо заимствований), а также принципиальные
схемы отдельных блоков. В 1950 году ЭВМ была в рекордные сроки смонтирована
силами всего лишь 12 научных сотрудников и 15 техников.
, |
Первый компьютер — ЭНИАК (ENIAC, Electronic Numerical Integrator And Computer) — был разработан в США в 1946 году. Отечественный аналог МЭСМ, появившийся четыре года спустя, превосходил американского «первенца» по многим параметрам. В частности, в нем использовались принципы известной нам двоичной логики |
Свое детище Лебедев назвал «Малая электронная счетная
машина», или МЭСМ. «Ребеночек», состоявший из шести тысяч электронных ламп,
занял целое крыло двухэтажного здания. По сути это был лишь первый пробный шар
в создании советских ЭВМ, можно сказать макет (кстати, буква «М» в аббревиатуре
«МЭСМ» первоначально и означала «макет»). Однако вычислительные мощности этой
машины сразу оказались востребованными — к ней выстраивались целые очереди
из математиков с различными задачами, для решения которых требовался
быстродействующий вычислитель.
При создании МЭСМ были использованы все основополагающие
принципы создания компьютеров, такие как наличие устройств ввода и вывода,
кодирование и хранение программы в памяти, автоматическое выполнение вычислений
на основе хранимой в памяти программы и т.д. Наконец, это была ЭВМ на основе
использующейся и в настоящее время в вычислительной технике двоичной логики
(ENIAC использовал десятичную систему).
Вслед за малой электронно-счетной машиной последовала и
большая — БЭСМ-1. Разработка была завершена осенью 1952 года, после
чего Лебедев стал действительным членом Академии наук СССР.
В новой машине был учтен опыт создания МЭСМ и применена
улучшенная элементная база. Компьютер обладал быстродействием в 8-10 тысяч
операций в секунду (против всего лишь 50 операций в секунду у МЭСМ),
внешние запоминающие устройства были выполнены на основе магнитных лент и
магнитных барабанов. Несколько позже ученые экспериментировали с накопителями
на ртутных трубках, потенциалоскопах и ферритовых сердечниках.
Если в СССР о западных ЭВМ знали мало, то в Европе и США о
советских компьютерах не знали практически ничего. Поэтому доклад Лебедева на
научной конференции в Дармштадте стал настоящей сенсацией: оказалось, что
собранная в Советском Союзе БЭСМ-1 является самым производительным компьютером
в Европе и одним из самых мощных в мире.
Первые вычислительные машины в Союзе работали без продыху.
Сверхбыстрые вычисления требовались математикам, конструкторам,
ученым-термоядерщикам и многим-многим другим специалистам.
Результатом дальнейшей работы коллектива под руководством
Лебедева стало развитие и усовершенствование БЭСМ-1. Был создан серийный образец
суперкомпьютера М-20, выполнявший до 20 тысяч операций в секунду. Кроме
того, специально для нужд военных, в том числе для Центра контроля космического
пространства, было разработано несколько моделей ЭВМ со все большей
производительностью.
1958 год стал еще одной важной, хоть и малоизвестной вехой в
развитии вычислительной техники. Под руководством В. С. Бурцева,
ученика Лебедева, комплекс, состоявший из нескольких машин М-40 и М-50
(глубокая модернизации М-20), в том числе расположенных на мобильной платформе,
был объединен между собой в беспроводную сеть, работавшую на расстояниях до
200 км. При этом официально считается, что первая в мире компьютерная
сеть заработала только в 1965 году, когда были соединены компьютеры TX-2
Массачусетского технологического института и Q-32 корпорации SDC в
Санта-Монике.
ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ
К концу 50-х годов (с серьезным отставанием по времени от
США) в СССР был налажен серийный выпуск транзисторов, ставших основой новой
элементной базы ЭВМ взамен громоздких и ненадежных ламп. Первыми машинами на
полупроводниках были БЭСМ-3М и БЭСМ-4. Правда, они почти полностью копировали
архитектуру М-20, разница была лишь в использовании транзисторов вместо ламп.
Первой же полноценной машиной второго поколения стала БЭСМ-6.
Эта машина обладала рекордным для того времени быстродействием — около
миллиона операций в секунду. Многие принципы ее архитектуры и структурной
организации стали настоящей революцией в вычислительной технике того периода и,
по сути, были уже шагом в третье поколение ЭВМ.
, |
БЭСМ-6, созданная в СССР в 1966 году, обладала рекордным для того времени быстродействием — около миллиона операций в секунду |
В БЭСМ-6 было реализовано расслоение оперативной памяти на
блоки, допускающие одновременную выборку информации, что позволило резко
увеличить скорость обращений к системе памяти. Был впервые внедрен метод
буферизации запросов, создан прообраз современной кэш-памяти, реализована
эффективная система многозадачности и обращения к внешним устройствам и многие
другие инновации, некоторые из которых применяются до сих пор. БЭСМ-6 оказалась
настолько удачной, что серийно выпускалась в течение 20 лет и эффективно
работала в различных государственных структурах и институтах.
ПОКОРЕНИЕ ЭЛЬБРУСА
Следующим этапом стали работы по созданию супер-ЭВМ,
семейство которых получило название «Эльбрус». Этот проект был начат еще
Лебедевым, а после его смерти был возглавлен Бурцевым.
Первый многопроцессорный вычислительный комплекс
«Эльбрус-1» был запущен в 1979 году. Он включал в себя
10 процессоров и обладал быстродействием порядка 15 миллионов
операций в секунду. Эта машина на несколько лет опередила ведущие западные
образцы ЭВМ. В «Эльбрус-1» была впервые в мире реализована так называемая
симметричная многопроцессорная система с общей памятью, принцип которой
используется по сей день в современных суперкомпьютерах.
«Эльбрусы» вообще внесли в теорию вычислительных машин
ряд революционных новшеств. Это суперскалярность (обработка за один такт
более одной инструкции), реализация защищенного программирования с аппаратными
типами данных, конвейеризация (параллельная обработка нескольких инструкций) и
др. Все эти возможности впервые появились в советских компьютерах. Еще одним
основным отличием системы «Эльбрус» от ей подобных, выпускавшихся в Союзе
ранее, является ориентация на языки программирования высокого уровня. Базовый
язык («Автокод Эльбрус Эль-76») был создан В. М. Пентковским, который
впоследствии стал главным архитектором процессоров Pentium.
НОВОЕ ВРЕМЯ, НОВЫЕ РЕАЛИИ
Из всего вышесказанного может сложиться впечатление, что
история советской вычислительной техники — это череда побед и эпохальных
достижений. Однако это не так. Инженеры, ученые и конструкторы, создававшие
компьютеры в СССР, безусловно, были фатально недооценены как историей вообще,
так и родным государством в частности. Основным заказчиком ЭВМ был
военно-промышленный комплекс со своими специфическими задачами, и он дал жизнь
множеству гениальных технических решений и поистине выдающимся образцам
вычислительной техники. Но, к сожалению, зачастую это были
узкоспециализированные машины, а требования, предъявляемые государством к
компьютерам, носили декларативный характер.
Переход страны к новому времени и вовсе превратился в
страшный кошмар для научно-исследовательских институтов и ученых. Работа
коллективов, занимавшихся разработкой вычислительной техники, фактически
остановилась на несколько лет. Многие ученые уехали за границу, где их таланты
послужили развитию компьютерных технологий других стран.
По словам Кейта Диффендорфа, редактора бюллетеня Microprocessor
Report, вместе с Пентковским в Intel переехал огромный опыт и
совершенные технологии, разработанные в Советском Союзе, в том числе
основополагающие принципы современных архитектур, такие как SMP (симметричная
мультипроцессорная обработка), суперскалярная и EPIC (Explicitly Parallel
Instruction Code — код с явным параллелизмом инструкций) архитектуры. На
основе этих принципов в Союзе уже выпускались компьютеры, в то время как в США
эти технологии только «витали в умах ученых».
Но история не терпит сослагательного наклонения, так что
случилось так, как случилось, и сегодня мир пользуется не «Эльбрусами», а
Pentium’ами.
Тем не менее, не все еще потеряно. В России по-прежнему
ведутся разработки компьютерной техники. Информация о них отрывочна и
противоречива. Так, немало уже копий сломано вокруг продолжающего свою историю
«Эльбруса».
Взбудоражила общественность вышедшая в 1999 году статья все
того же Кейта Диффендорфа «Русские идут» («The Russians Are Coming»), в которой
он дал высокую оценку разработке российской компании МЦСТ (Московский
центр SPARC-технологий), созданной на базе отделений Института точной механики
и вычислительной техники имени С. А. Лебедева. Речь идет о
микропроцессоре «Эльбрус-2000».
Основной отличительной чертой этого изделия является
наиболее глубокое на сегодняшний день распараллеливание ресурсов для
одновременно выполняющихся инструкций. В целом с этой разработкой есть
множество неясностей и противоречий. Официальная версия гласит, что на
реализацию проекта у МЦСТ не хватило средств. В то же время интригующие
характеристики нереализованного процессора взбудоражили умы совета директоров
компании Intel. Так, еще в 2002 году Борис Бабаян (руководитель группы
разработчиков) в интервью ExtremeTech сообщил что «при технологических нормах
0,1 мкм процессор будет иметь тактовую частоту 3 ГГц и обеспечит
производительность порядка 500 SPECint95 и 1200 SPECfp95».
Согласитесь, в 2002 году тактовая частота в 3 ГГц не могла не
привлечь внимания. Да и заявленные показатели производительности поражают
воображение. Насколько эта информация верна — неизвестно, однако вскоре
корпорация Intel заключила договор с компанией «Эльбрус МЦСТ» и объявила о
зачислении их сотрудников в свой штат.
Однако история «Эльбруса» на этом не закончилась. 27 октября
2007 года появилась официальная информация о том, что российский
микропроцессор «Эльбрус Е3М» прошел государственные испытания. Наиболее
интригующая часть звучит следующим образом: «По архитектурно-логическим и
программным решениям вычислительный комплекс «Эльбрус-3М1» находится на
современном мировом уровне, а по ряду решений превосходит его». Заявлено, что
по абсолютному быстродействию новый процессор ЕЗМ в среднем аналогичен
Pentium 4 с частотой 2 ГГц. Что же касается архитектурного
быстродействия, то новая разработка превосходит знаменитый Itanium в
2,5 раза, а Pentium 4 и Xeon — в 6,5 раз.
Какова будет дальнейшая судьба «Эльбруса», как обычно,
покажет время.
взято здесь
Юрий Попов
Конкурс:
18.12.2008, 0:35
