В структуре БЦВМ второго поколения (начало 70-х годов) начинают использоваться элементы конвейеризации, обеспечивающие совмещение в выполнении операций, процессоры, содержащие более совершенные сумматоры и специальные устройства для выполнения операций умножения, деления и вычисления элементарных функций. Структура машин реализуется на интегральных схемах, но остается детерминированной и трудно модернизируемой, т. е., по существу, закрытой. Для написания программ начинают использоваться языки уровня ассемблера, а для их отработки – специальные отладочные комплексы, объединяющие БЦВМ с инструментальной вычислительной машиной. К середине 80-х годов было разработано четыре модификации машины: «Аргон-15» (ОЗУ – 1К, ПЗУ – 24К слов) имеет массу 35 кг и наработку на отказ 500 ч. Быстродействие машины «Аргон-15К» – 500 тысяч, а «Аргон-15-М» – 800 тысяч коротких операций в секунду; имеет наработку на отказ 5000 ч и весит 16,6 кг.
В БЦВМ третьего поколения использованы иерархическая память, включающая сверхоперативную память (РОН, регистры общего назначения), многоуровневая система прерывания, каналы прямого доступа к памяти, а также механизмы защиты информации от несанкционированного доступа. В структуре бортовых машин третьего поколения начинают применяться средства поддержки мультипроцессирования. Структура этих БЦВМ имеет в основном магистрально-модульную организацию и допускает изменение характеристик машины в достаточно широких пределах путем использования необходимого количества соответствующих (унифицированных) модулей, т. е. приобретает некоторую открытость.
2.7. История семейства «Аргон» с архитектурой и системами команд ЕС ЭВМ в 1970-е – 80-е годы
Перед разработчиками специализированных, мобильных ЭВМ оборонного назначения в НИЦЭВТе в середине 70-х годов были поставлены качественно новые задачи. Возникла необходимость внедрения бортовых ЭВМ, показавших высокую эффективность при управлении техническими средствами, в автоматизированные системы управления войсками, авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения, системы управления воздушным движением. По требуемым параметрам ЭВМ, предназначенные для работы в таких системах, были близки к стационарным универсальным машинам ЕС ЭВМ (решали преимущественно расчетные и информационные задачи, должны были иметь 32-разрядную сетку, высокую производительность, оперативную и внешнюю память большой емкости, оснащаться сложным программным обеспечением) [11].
В области управляющих ЭВМ под флагом унификации в 80-е годы в НИЦЭВТ велись работы по созданию бортовых машин с архитектурой и системами команд, ЕС ЭВМ. Это позволяло использовать для разработки управляющих программ реального времени стационарные ЕС ЭВМ без применения интерпретаторов и кросс-систем. Ориентировка этих машин на вычислительные задачи приводила к неэффективному их использованию при решении преимущественно логических задач, характерных для бортовых систем управления в реальном времени. Такие машины под маркой А-30, А-50 были использованы в некоторых системах военного назначения. Однако широкий парк, до тех пор применяемых, специализированных машин (серии «Аргон», 5Э26, 40У6) был ориентирован на особенности функциональных задач, и огромный объем испытанных, эксплуатируемых высококачественных прикладных комплексов программ поддерживал актуальность применения для разработки и развития программ реального времени, технологических кросс-систем, в том числе ЯУЗА-6 и РУЗА [11, 18].
К этому времени резко расширился парк эксплуатируемых БЭВМ, значительно возросли трудоемкость и стоимость их разработки. Отечественными предприятиями было создано большое число машин, предназначенных, как правило, для одной конкретной системы вооружения. Незначительно отличаясь по функциональным возможностям, они имели оригинальные системы команд, структуру, конструктивные решения. По этой причине актуальность приобрела проблема унификации создаваемых моделей БЭВМ. Решение этой задачи стало возможным на пути перехода от отдельных моделей с несовместимыми системами команд к семействам машин единой архитектуры.
Базовой архитектурой нового поколения БЭВМ, предназначенных для решения расчетных и информационно-логических задач с большими объемами обрабатываемой и хранимой информации, была выбрана архитектура стационарных машин ЕС ЭВМ на основе IBM-360, которая к этому времени утвердилась в качестве магистрального направления развития отечественных стационарных ЭВМ общего назначения. Для построения ряда перспективных БЭВМ важное значение имели свойства присущие ЕС ЭВМ: система программного обеспечения, универсальный набор команд, 32-разрядное слово, модульность, стандартизованные интерфейсы, мультисистемные свойства, наращиваемость функциональных возможностей. Совместимость с ЕС ЭВМ позволяла использовать серийные стационарные машины в качестве промежуточного стендового варианта на весь период отработки системы управления и тем самым ускорять создание БЭВМ, их программного обеспечения и системы в целом.
Особого подхода потребовала унификация БЭВМ, используемых непосредственно для управления различными системами летательных аппаратов. Несмотря на значительный прогресс в области элементной базы, жесткие ограничения на физические характеристики машин этого класса по-прежнему требовали специализации системы команд к особенностям системы управления. Решение этой проблемы было найдено благодаря оригинальной архитектуре «Поиск» (Проблемно-Ориентируемая с Изменяемой Системой Команд), позволяющей адаптировать набор команд к решаемым задачам, путем расширения основного набора за счет команд, свойственных конкретным задачам мобильных систем [26].
Архитектура «Поиск» включала в себя четыре группы команд: операторы ядра типа обычных команд, операторы более сложной структуры, специальные операторы (обмена, операционной системы) и операторы пользователя. Разрядность операторов переменная. В зависимости от области применения число операторов в системе команд колебалось от 157 до 256. Как показали исследования и опыт эксплуатации, БЭВМ архитектуры «Поиск» при одинаковой элементной базе превосходили обычные одноадресные архитектуры по производительности в 1,5–2,5 раза, а по компактности кода в 3–5 раз.
На основе унифицированных архитектур в ходе работ второго этапа по созданию ряда «Аргон» (середина 1970-х – конец 80-х годов) было предложено несколько моделей машин: А-30, А-40, А-50 (архитектура ЕС ЭВМ), Ц100, Ц101, Ц102 (архитектура «Поиск»). Эти машины проектировались в расчете на крупносерийное производство и широкое применение в оборонных системах. В связи с этим первостепенное внимание уделялось снижению трудоемкости их изготовления и стоимости, обеспечению контроле– и ремонтопригодности, и удобства эксплуатации, созданию моделей межвидового применения, устойчивых к внешним воздействиям применительно к нескольким группам эксплуатации оборонной техники.
БЭВМ А-30— первая модель из ряда унифицированных высокопроизводительных 32-разрядных бортовых ЭВМ архитектуры ЕС ЭВМ, предназначены для обработки и хранения больших массивов информации. Она была спроектирована на основе принятых в ЕС ЭВМ: архитектуры, структурной организации, схемотехнических и конструктивно-технологических решений. А-30 полностью информационно и программно (снизу-вверх) совместимая с ЕС ЭВМ. В машине реализован стандартный набор команд ЕС ЭВМ за исключением команд десятичной арифметики и команд над операндами с плавающей запятой. Машина построена с максимальным использованием принципов модульности и стандартизации блоков, что позволяло гибко изменять вычислительные возможности. Для повышения быстродействия в ней реализовано трехуровневое совмещение операций. Система ввода-вывода включала два мультиплексных канала (специализированный и ЕС ЭВМ) и обеспечивает высокоскоростной обмен информацией с абонентами в реальном времени.
БЭВМ А-40 представляет собой среднюю модель ряда высокопроизводительных 32-разрядных бортовых ЭВМ архитектуры ЕС ЭВМ, являющуюся дальнейшим развитием модели А-30. Основные усовершенствования: полное соответствие архитектурным концепциям ЕС ЭВМ, возможность подключения дополнительных каналов ввода-вывода, а также внешней памяти и устройств ввода-вывода ЕС ЭВМ. В процессоре реализована сложная структура, рассчитанная на совмещение во времени выполнения нескольких команд, близкая к структуре ЭВМ ЕС 1060.
