Николай Алексеев,
Олег Казаков,
Вычислительной техникой Московский НИИ приборной автоматики (МНИИПА) занимался еще с довоенного времени. Однако до середины 50-х годов это были релейные, механические и аналоговые вычислительные устройства, на основе которых создавались приборы автоматизированного управления огнем зенитных установок (ПУАЗО) и наземной артиллерии, средства наведения истребителей (“Воздух”, “Каскад”, “Каштан”) и т. д.
С ростом сложности задач вследствие развития средств воздушного нападения и соответственно противовоздушной обороны к середине 50-х годов возникла необходимость в создании высокопроизводительных автоматизированных систем управления войсками ПВО. Для этого потребовались достаточно быстродействующие цифровые электронные вычислительные машины.
Существовавшие в то время универсальные ЭВМ (БЭСМ-1, БЭСМ-2, “Стрела”, “УРАЛ-1” и др.) строились в основном на радиолампах и при значительных габаритах, потребляемой мощности и стоимости имели весьма низкую надежность. Для управления войсками ПВО они были непригодны. Специализированные ЦВМ и вычислительные комплексы нужно было проектировать на иных принципах. Как раз к этому времени на смену лампам стали приходить полупроводниковые приборы.
В 1956 - 1958 гг. в институте были сформированы специальные подразделения, положившие начало развитию в его стенах цифровой вычислительной техники и программирования. Уже к 1960 г. они закончили разработку серии лампово-полупроводниковых управляющих ЦВМ “Спектр”, каждая из которых предназначалась для решения конкретных задач АСУ. В частности, модификация “Спектр-4”, экспериментальный образец которой был испытан в конце 1960 г., должна была служить для наведения истребителей на самолеты противника и сопрягалась с рабочими местами штурмана и офицера наведения.
Испытания, однако, показали, что эти ЦВМ не в полной мере удовлетворяли предъявляемым к ним требованиям и следующим шагом стало создание в 1962 г. системы специальных вычислительных устройств (СВУ) 5Э94 и серийно выпускаемой ЭВМ 5Э93 (условное наименование “Радон”, главный конструктор - С. А. Крутовских), на базе которых был разработан управляющий вычислительный комплекс.
В системе 5Э94 были воплощены многие технические и методологические новшества:
1) основу системы составили функционально законченные элементы на полупроводниковых приборах. Кроме того, в ней была применена новая система феррит-транзисторных и импульсно-потенциальных элементов, собранных на печатных платах и работающих на частотах от 100 до 300 кГц;
2) для хранения боевых программ, констант и табличных функций использовалось долговременное запоминающее устройство (ДЗУ) с прошивкой на ферритовых сердечниках, имеющее увеличенный объем памяти (32Кх32р) и достаточно высокое быстродействие (длительность цикла - 10 мкс). Благодаря модульному исполнению запоминающей части ДЗУ удавалось быстро менять информацию и вести отладку программ, требующих большого объема памяти;
3) для ускорения процесса отладки программ применялось магнитное ОЗУ большого объема (32Кх32р) на ферритовых сердечниках;
4) система оснащалась запоминающим устройством на магнитном барабане с вертикальным расположением оси барабана и высокими по тем временам техническими характеристиками (объем памяти - 200 кбит, среднее время выборки - 5 мс, скорость считывания данных - 210 кГц, скорость вращения барабана - 6000 об/мин);
5) для повышения эффективной производительности вычислителя впервые в СССР применен табличный метод решения задач управления.
Конструктивно СВУ 5Э94 было выполнено в виде шкафов, блоков, субблоков. В 1963 г. система прошла предварительные испытания и началась ее опытная эксплуатация на объекте. Через восемь лет серийно изготовленный образец ЦВК 5Э93-5Э94 был поставлен на боевое дежурство.
Крупным шагом в развитии цифровой вычислительной техники в институте явилось создание в 1966 - 1969 гг. под руководством А. З. Шостака единого для ряда систем ПВО управляющего вычислительного комплекса “Гранит”, разработанного в стационарном (5Э75-С1) и подвижном (5Э75-П1) вариантах и способного без дополнительных специализированных устройств решать задачи автоматизации управления войсками ПВО в реальном масштабе времени. С комплексом сопрягался модернизированный вариант СВУ 5Э94М, в котором магнитный барабан был заменен запоминающим устройством регенерации (ЗУР), построенным исключительно на полупроводниковых элементах. Сам комплекс также вобрал в себя многие оригинальные технические решения. Среди основных его особенностей необходимо отметить следующие:
1) существенно более высокую по сравнению с предыдущими разработками производительность;
2) расширенную систему команд;
3) достаточно эффективные средства диагностики и тестового контроля;
4) значительное расширение постоянной памяти для хранения программ, констант и табличных функций;
5) применение в качестве постоянной памяти большого объема ДЗУ на П-образных ферритовых сердечниках, в которых информация записывалась путем укладки проводов в сердечник специальным карандашом. Это упрощало процедуру изменения информации при отладке программ. Кроме того, использование таких ферритовых сердечников дало возможность увеличить быстродействие по сравнению с ДЗУ системы 5Э94 в три раза и увеличить объем памяти в два раза;
6) в качестве запоминающего элемента ОЗУ впервые был применен сердечник из термостабильного феррита марки ЗВТ, разработанного в институте доктором технических наук В. Г. Глотовым и не уступавшего по своим характеристикам лучшим зарубежным образцам.
Конструктивно управляющие цифровые вычислительные комплексы “Гранит” строились на основе функционально законченных поворотных панелей, унифицированных субблоков с печатными платами второго уровня и системы стандартных унифицированных функциональных узлов на полупроводниковых приборах (УФУ “Импульс”).
Чтобы представить возможности комплекса, приведем некоторые его технические характеристики:
- система команд - расширенная специализированная;
- быстродействие процессора - 220 тыс. операций в секунду;
- типы интерфейсов - специализированные;
- емкость памяти ОЗУ - 32Кх32р;
- цикл обращения к ОЗУ - 4,5 мкс;
- емкость ДЗУ - 256 Кх32р;
- цикл обращения к ДЗУ - 3,0 мкс;
- число подключаемых к памяти процессоров - 3.
Предварительные испытания опытного образца УВК были проведены в 1969 г. Первые два серийных образца 5Э75-П1 вошли в состав системы обработки и управления (СОУ) 5У93.
В 1973 г. на Минском электромеханическом заводе началось серийное производство стационарных комплексов 5Э75-С1, которыми затем оснастили несколько объектов системы “Протон-2М”, эксплуатируемых в войсках до настоящего времени.
Развитие интегральной микроэлектроники в конце 60-х и начале 70-х годов и появление новой элементной базы третьего поколения открыли реальную возможность для создания мини-ЭВМ. При существенно меньших габаритах и стоимости они имели значительно более высокую вычислительную мощность и позволяли существенно расширить круг применения вычислительной техники в АСУ войск ПВО.
В 1972 - 1974 гг. под руководством А. М. Бойкевича была разработана базовая модель спецвычислителя (СВ), которая по существу представляла собой мобильную мини-ЭВМ специального назначения. Она послужила основой для целого ряда спецвычислителей, ориентированных на решение различных функциональных задач. СВ строились на унифицированной элементной конструктивно-технологической базе “Основа-72” (ее разработали сотрудники МНИИПА В. Л. Волчек и Б. А. Лившиц) и имели единую внутреннюю магистраль, к которой подключались функционально законченные модули. В вычислителях была реализована многопроцессорная архитектура с широкими возможностями наращивания памяти и производительности. Для хранения программ в них впервые применили полупостоянное ЗУ с электрической записью, выполненное на запоминающих элементах типа “мирабикс”.
Спецвычислители позволили существенно разгрузить центральную ЭВМ в новых АСУ. На них, в частности, возлагались задачи отображения, документирования, первичной обработки радиолокационной информации и т. д. Различные модификации СВ, серийный выпуск которых начался в 1976 г., нашли широкое применение во многих последующих разработках института и вошли в состав семи систем ПВО.
Наибольшие возможности в проектировании вычислительных средств для АСУ специального назначения открылись благодаря достижениям в технологии изготовления больших интегральных схем (БИС). Разработчики получили принципиально новую элементную базу, составленную из функционально законченных компонентов: микропроцессоров, запоминающих устройств, микроконтроллеров и т. п. Внедрение микропроцессорной техники позволило повысить надежность устройств, уменьшить их габариты и, кроме того, сократить сроки проектирования.
Основные разработки МНИИПА
Учитывая большие преимущества микропроцессорной техники, а также отсутствие необходимых вычислительных средств промышленного изготовления, в 1978 г. в институте под руководством А. М. Бойкевича приступили к созданию унифицированного ряда специальных микро-ЭВМ. За основу приняли агрегативный модульный принцип проектирования, многопроцессорность и принцип единой магистрали. В результате был разработан базовый комплекс функционально законченных модулей с широким использованием микропроцессоров и микропроцессорных наборов. Он включал в себя два вида процессоров разного быстродействия, модули памяти ОЗУ и ДЗУ, интерфейсные платы. На этой основе в 1980 - 1990 гг. сотрудники института создали ряд микро-ЭВМ: “Дебют 50-01”, “Дебют 50-02”, МВМ-1, МВМ-2. Каждая машина компоновалась в зависимости от возложенных на нее функциональных задач. Перечисленные модели нашли применение в автоматизированных рабочих местах типа РИН-608с, РИН-613, системных модулях передачи данных (СМПД), устройствах речевого вывода информации.
Применение в микро-ЭВМ элементной базы четвертого поколения (БИС) потребовало создания новой конструктивно-технологической основы, использования больших печатных плат, более совершенных автоматизированных средств проектирования, новых технологических процессов изготовления, контроля и диагностики. Разработка такой основы была проведена в масштабах отрасли и стала составной частью единой отраслевой Элементной конструктивно-технологической базы “Единство”. Ее особенность заключалась в использовании многоуровневого модульного принципа конструирования (ячейка, блок, секция, шкаф), позволившего создавать аппаратуру различного функционального назначения.
Таким образом, начиная с 50-х годов в МНИИПА были разработаны и созданы многие образцы вычислительных устройств, позволившие решить основные задачи по автоматизированному управлению войсками ПВО и УВД.
Труды сотрудников МНИИПА
1. Теория и основы проектирования ПУАЗО. В 4-х т. Под ред. Пчельникова Н. И. и Лившица А. Л. М.,1956.
2. Общесистемное проектирование АСУ реального времени. Под ред. Шабалина В. А. М., 1984.
3. Серия книг по разработке алгоритмов и программ сложных систем спецназначения, их отладке и автоматизации программирования. Автор - Липаев В. В. 1970 - 1998.
4. Серия книг по вопросам оптимизации решений сложных математических задач. Автор - Юдин Д. Б. 1970 - 1980.
5. Полетаев И. А. Сигнал (о некоторых понятиях кибернетики). М., 1958.
