Вычислительная техника в МИНЭЛЕКТРОНПРОМЕ СССР

Опыт предыдущих разработок, где одним из важнейших требований была повышенная живучесть, позволил сделать высоконадёжную машину. Как вспоминает представитель военной приёмки при СВЦ А.И. Абрамов: «Персонал международной выставки «Связь-75» удивлялся бессбойной работе «Электроники НЦ-1» с утра до вечера, в то время как другие машины сбиваются многократно на день». Справедливости ради следует отметить, что НЦ-1 выполняла чисто демонстрационную циклическую программу, обеспечивающую энергичное мигание лампочек на пульте управления.

Мини-ЭВМ «Электроника НЦ-1» положила начало одному из новых направлений развития вычислительной техники в СВЦ. «Детский конструктор» НЦ-1 активно использовался в последующих разработках: в ЦКС МГА, в КВС «Связь-1». Его победное шествие остановила ликвидация СВЦ, но об этом далее.

Центр коммутации сообщений "Юрюзань"

В начале семидесятых работ в Министерстве гражданской авиации (МГА) проводилась грандиозная программа по переоснащению аэропортов, в т.ч. новым, современным электронным оборудованием. Для выполнения этой программы было выпущено ряд Постановлений ЦК КПСС и СМ СССР с поручениями различным министерствам и предприятиям. В рамках этой программы в 1971 г. МГА, имевшее свою ведомственную систему телеграфной связи между аэропортами, закупило четыре комплекта французских электронных центров коммутации сообщений (ЦКС) DS-4, стоимостью по 1 млн. долларов США. В связи с недостатком валютных средств было принято решение о создании и тиражировании в стране собственного ЦКС. Имея большой задел в этой области в рамках проекта 5Э53, СВЦ взялся за разработку ЦКС. От МГА заказчиком было Управление радиоэлектронного оборудования (УРО), начальник – Т.Г. Анодина. В конце 1972 г. был подписан договор СВЦ с УРО, предусматривающий разработку ЦКС с установкой и вводом в эксплуатацию первого образца в аэропорту Пулково в Ленинграде. Поручение СВЦ МЭП о разработке ЦКС вошло в Постановления ЦК и СМ СССР. С января 1973 г. в рамках темы «Юрюзань» началась его разработка. Сначала изучались алгоритмы работы телеграфа, производилась их формализация, разрабатывались машинные алгоритмы. Все это проходило одновременно с созданием первого образца мини-ЭВМ «Электроника НЦ-1», поэтому логично было решение о построении ЦКС на основе того же «детского конструктора» НЦ-1.

ЦКС «Юрюзань» представлял собой дублированный двухканальный программно-аппаратный вычислительный комплекс, каждый канал состоял из ЭВМ взаимодействия с каналами, ЭВМ обработки телеграмм и аппаратуры связи с телеграфными каналами. Таким образом, в состав ЦКС входило четыре мини-ЭВМ «Электроника НЦ-1» в стоечной компоновке. ЦКС обеспечивал обработку 64 телеграфных каналов со скоростью передачи 50 бод – стандарт тех времён. «Детский конструктор» НЦ-1 был пополнен модулем мультиплексора передачи данных МПД, который осуществлял обмен информацией между ЭВМ и телеграфными каналами связи и контроль над правильностью принятой информации.

Для управления работой ЦКС и обработки телеграмм было разработано сложное и изощрённое программное обеспечение. Обработка телеграмм производилась в каждом канале независимо, со сравнением результатов. При их несовпадении производился перезапрос телеграммы и полная диагностика последовательно обоих каналов с выявлением причин несовпадения. Так обеспечивалась требуемая достоверность передаваемой информации – одна из главных задач ЦКС.

В начале 1976 г. начался монтаж первого комплекта ЦКС в аэропорту Пулково. Дальнейшее тиражирование ЦКС для установки в других крупных аэропортах планировалось на только что образованном при СВЦ заводе «Логика». К середине 1976 г. разработка ЦКС практически была закончена, и на Логике шло изготовление и автономная наладка его модулей. В это время в Зеленограде произошла крупная реорганизация (подробнее о ней далее), в результате которой СВЦ и завод Логика прекратили существование, разрабатывающие подразделения СВЦ с большими кадровыми потерями были переведены в НИИ Точной Технологии (НИИТТ), а цеха Логики – в завод Ангстрем. Это не могло не повлиять на ход выполнения работ над ЦКС «Юрюзань». Только в ноябре 1976 г. первый комплект ЦКС в Пулково был полностью настроен и введён в опытную эксплуатацию. Как и предусматривалось договором, в декабре 1978 г. пулковский ЦКС с высокой оценкой был принят государственной комиссией. Договорные обязательства были выполнены полностью. Но дальше дело не пошло. Тиражировать ЦКС, как это предполагалось ранее, МЭП категорически отказался. Другого изготовителя не нашлось и пулковский ЦКС «Юрюзань» оказался и первым, и последним. Он проработал в Пулково многие годы и только в 1995 г. был заменён на ЦКС нового поколения фирмы Оливетти.

Комплекс вычислительных средств "Связь-1"

16 августа 1974 г. генеральный директор ЛНПО «Красная заря» (Минпромсвязи, Ленинград) Ю.Г. Данилевский и директор СВЦ Д.И. Юдицкий подписали договор № 14 о разработке Комплекса вычислительных средств (КВС) «Связь-1». Связь-1 должна была стать базовым комплексом вычислительных средств для различных систем связи, разрабатываемых Красной зарей. Роль заказчика выполнял НИИ электротехнических устройств (НИИ ЭТУ), головной институт в ЛНПО. Производство КВС планировалось на заводе «Красная заря». ЛНПО «Красная заря» было головным в стране по системам правительственной связи и в то время приступало к созданию первой в стране системы цифровой телефонной связи «Кавказ-5». Для её узловых станций потребовались ЭВМ, причём с разными характеристиками и конфигурациями. Нужны они были и для других разработок ЛНПО «Красная заря». Поэтому было принято решение о создании базового для всех систем на ближайшие годы комплекса вычислительных средств переменного состава, обеспечивающего возможность получения модификаций с необходимым спектром технических характеристик. В кругах связистов уже было хорошо известно о разработке в СВЦ ЦКС для МГА, начатой более чем за год до этого. НИИ ЭТУ даже принимал участие в разработке его технического проекта. Поэтому было вполне логично заказать СВЦ разработку КВС «Связь-1».

Полностью КВС Связь-1 назывался следующим образом: «Мультипроцессорный, многозадачный Комплекс Вычислительных Средств (КВС) «Связь-1», предназначенный для использования в системах коммутации сообщений, системах управления квазиэлектронных АТС и электронных центрах коммутации каналов».

При разработке КВС «Связь-1» получила дальнейшее развитие идея «детского конструктора» для комплексирования из стандартных модулей систем разных конфигураций, соответствующих задачам конкретного применения КВС. Были использованы унифицированные аппаратные и программные модули НЦ-1, средства проектирования и отладки. Но Связь-1 – система многовариантная, многопроцессорная, со сложной коммутацией, поэтому пришлось дополнительно разрабатывать новые модули. В зависимости от требований по производительности, объёмам памяти, пропускной способности и т.п. Связь-1 обеспечивала возможность построения однопроцессорной и многопроцессорных конфигураций. В рамках проекта в качестве наиболее оптимальной максимальной конфигурации рассматривалась 16-процессорная система.

Структура КВС

В основу структуры КВС максимальной конфигурации были положены критерии максимальной эффективности (пропускной способности) и живучести (надёжности, достоверности). Для этого реализуются следующие основные принципы:

• распараллеливание вычислительного процесса,

• общедоступное поле памяти,

• возможность реконфигурации структуры на уровне модулей,

• полное аппаратное дублирование вычислительного процесса.

Управление КВС аппаратно децентрализовано, поскольку его централизация увеличивает внутрисистемный расход ресурсов, снижает надёжность и живучесть системы. Роль центрального управляющего органа в КВС выполняет операционная система, представляющая собой комплекс программ, одной из важнейших задач которого является динамическое распределение ресурсов системы между отдельными задачами и процессорами. Операционная система КВС также построена по модульному принципу.

Каждый процессор системы самостоятельно обращается в подсистему памяти (в таблицу задач) и получает из очереди задание, которое и выполняет. Если задания для него нет и в системе в данный момент нет ведущего процессора, он возлагает роль главного процессора системы на себя, осуществляет управление системой, периодически просматривая очередь заданий. Как только появилось для него задание, он слагает с себя роль головного и приступает к выполнению задания. Каждый модуль имеет несколько вариантов путей для обращения к любому другому модулю, т.е. любому процессору доступен любой другой процессор, любой модуль памяти и любое периферийное устройство. Такое построение позволяет гибко использовать ресурсы системы и обеспечивает её высокую живучесть. Отказ одного или нескольких процессоров или иных модулей приводит лишь к соответствующему снижению производительности системы, но в остальном система продолжает работать нормально.

КВС «Связь-1» обеспечивал возможность построения самовосстанавливающихся управляющих систем, которые сохраняют работоспособность при появлении неисправности и в которых автоматизированы и восстановление исправного состояния, и восстановление вычислительного процесса, прерванного появлением неисправности. Самовосстанавливающиеся системы, построенные на основе КВС, характерны тем, что сохраняют данные и имеют малое время восстановления вычислительного процесса. Это предъявило определённые требования к процессору, являющемуся центральным ядром таких систем. Процессор должен быть ориентирован на выполнение отдельных функций мультиобработки – мультипрограммирования в мультипроцессорной системе реального времени. При этом он должен выполнять и функции обработки поступающей в КВС информации, и функции управления элементами комплекса.

Однако мультиобработка несёт с собой ряд проблем. Прежде всего, она требует, чтобы вычислительные процессы развивались в виртуальной памяти с автоматическим формированием физических адресов. Это позволяет наиболее экономно распределить ресурсы оперативной и внешней памяти и организовать перемещаемость программ и данных без их преобразования. Во-вторых, встаёт проблема защиты друг от друга сегментов данных и программ, одновременно выполняемых в системе процессов. Функции такой защиты выполняются специальными микропрограммными и аппаратными средствами процессора. Следующая проблема – организация динамического взаимодействия процессов. В процессоре КВС «Связь-1» реализовано наиболее часто встречающееся взаимодействие по данным, когда один вычислительный процесс на одном физическом процессоре готовит массив данных для другого процесса, реализуемого на другом процессоре. С этой целью в процессор введены два регистра баз данных («своих» и «чужих»), регистры длины сегментов и схемы анализа адресов «своего» и «чужого» сегментов. Другой вид взаимодействия процессов вызывается необходимостью синхронизации отдельных процессов для повышения достоверности обработки информации. Это взаимодействие реализовано, в основном, на программно-микропрограммном уровне и не требует заметных аппаратурных затрат.