Русский Журнал / Net-культура /
www.russ.ru/netcult/20030606.html

Когда компьютеры были большими (окончание)
Юрий Ревич

Дата публикации:  6 Июня 2003

Настоящей эпохой в компьютеростроении была разработка в 1964 году системы мейнфреймов IBM/360. Главным ее отличием была программная и аппаратная совместимость всех моделей семейства. Таким образом, приобретя какую-либо младшую модель за небольшие (относительно) деньги, клиент мог в дальнейшем по частям наращивать мощность системы без необходимости заново устанавливать программное обеспечение и приобретать периферийные устройства. 19 моделей System/360 предлагали разные комбинации процессорной мощности и емкости памяти и покрывали самый широкий спектр применений - к концу 1966-го IBM выпускала более тысячи машин этой серии ежемесячно. Другим нововедением было широкое использование в этом семействе гибридных интегральных схем. System/360 продержалась на рынке до 1971 года, когда было анонсировано две модели семейства System/370 следующего поколения на твердотельных интегральных схемах.

Следует отметить, что основное направление бизнеса IBM - разработка крупных корпоративных систем - позволило ей стать пионером во многих начинаниях, которые сейчас стали неотъемлемой частью, даже признаком западного образа жизни. Именно IBM мы обязаны возникновением и широким распространением: банкоматов и пластиковых кредитных карт; штрих-кодовых систем для маркировки товаров; компьютерных систем продажи железнодорожных и авиабилетов и многих других подобных мелочей жизни.

Если успехи System/360 были во многом запланированной акцией, то второй и куда более значимый переворот в компьютерном мире, который совершился во многом благодаря IBM, наоборот, оказался для нее самой полной неожиданностью. Это было создание в 1981 году IBM 5150 Personal Computer - системы, которая стала всемирно известной под сокращенным названием IBM PC. Эту историю следует разобрать подробнее, и мы к ней еще вернемся, а чтобы закончить рассказ об IBM, упомянем о том, как "голубой гигант" на самой вершине успеха в начале 90-х чуть не прекратил свое существование. В эти годы традиционные прибыли IBM сменились убытками, достигавшими 8 миллиардов в год. Причин было много - главным, пожалуй, было то, что компания продолжала навязывать корпорациям традиционные решения, основанные на дорогих мейнфреймах, в то время как центр развития бизнеса в этой области сместился в сторону сетевых технологий, основанных на недорогих и разнокалиберных персоналках. Новый президент Луис Герстнер (Louis V. Gerstner), пришедший в 1993 году, когда всерьез рассматривался вопрос о разбиении IBM на несколько самостоятельных фирм, сумел, однако, спасти положение, развернув неповоротливого гиганта в сторону сетей и систем электронного бизнеса.

Суперы

Из всех многочисленных разработок компьютеров, проведенных в 50-70 годах, можно выделить несколько моделей, оказавших особенно большое влияние на последующее развитие вычислительной техники. К ним по праву принадлежит и разработанная в СССР под руководством С.А.Лебедева БЭСМ-6. В начале шестидесятых элементная база серии БЭСМ стала полностью полупроводниковой. Наконец, в 1967-м была закончена БЭСМ-6, которой суждено было стать одной из самых выдающихся разработок в области вычислительной техники в мире. В ее конструкцию было заложено так много новых принципов, что она выпускалась Московским заводом САМ еще двадцать лет (!). Директор английского музея вычислительной техники Дорон Свейд (Doron Swade) в 1996 году писал по поводу БЭСМ-6, что "пресловутое технологическое превосходство США в период холодной войны было в значительной степени мифом". Американский ILLIAC-IV (см. ниже), прямой конкурент БЭСМ-6, был закончен позднее, обошелся много дороже и уступал советской конструкции в быстродействии на определенных классах задач, несмотря на то, что в нем было чуть ли не на порядок больше элементов.

БЭСМ-6 была изготовлена в количестве 454 экземпляров и продолжала выпускаться до 1987 года. Последняя БЭСМ-6 была демонтирована на Московском вертолетном заводе только в 1995 году. Среднее быстродействие БЭСМ-6 составляло до 1 млн. одноадресных команд/с (при рабочей частоте 10 МГц), причем в структуре БЭСМ-6 впервые (и независимо от зарубежных ЭВМ) был широко использован конвейерный принцип совмещения выполнения команд - до 14 ступеней. Длина машинного слова была 48 двоичных разрядов + два контрольных разряда (они позволяли осуществлять как проверку на четность для повышения надежности передачи данных, так и отличать данные от команд для повышения надежности работы), представление чисел - с плавающей запятой. Объем адресуемой памяти - 192 Кб. БЭСМ занимала площадь 150-200 кв. м, потребляла мощность 30 КВт и содержала около 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. диодов.

Инициатором создания первой машины из серии ILLIAC (ILLIois Automated Computer) был фон Нейман. В 1948 году в Иллинойском университете на грант от Министерства обороны в 150 000 долларов была создана лаборатория (Digital Computer Laboratory) для разработки суперкомпьютеров. ILLIAC I, известный как первый компьютер, построенный в учебном учреждении, вошел в строй в 1952 году и содержал 2800 ламп. Вес его составлял около пяти тонн. Наибольшую известность получил суперкомпьютер ILLIAC IV, построенный университетом совместно с корпорацией Burroughs по заказу NASA, вошедший в строй в 1965 году. Архитектурно ILLIAC IV представлял собой мультипроцессорную векторную систему (первоначально было задумано четыре квадранта по 64 процессора, но когда к 1972 стоимость системы возросла до $31 млн., остановились на одном квадранте). В ILLIAC поток команд одновременно управлял 64 процессорами, выполняющими одну и ту же операцию, но с различными данными. Это был первый компьютер, в котором была использована быстрая память на микросхемах - каждый чип (производства Fairchild Semiconductor) имел емкость 256 бит, а всего было набрано 1 Мбайт. Быстродействие его достигало 15 Мфлопс (миллионов операций с плавающей точкой в секунду), но на некоторых классах задач могло составлять и 200 Мфлопс. Некоторые характеристики ILLIAC IV впечатляют и сейчас - например, быстродействие подсистемы ввода/вывода составляло 1 Гбод (миллиард бит в секунду). Для сравнения - быстродействие БЭСМ-6 составляло всего 1 Мфлопс, но по соотношению производительность/цена она далеко обходила своего конкурента. В 1972 г. ILLIAC IV был установлен в исследовательском центре NASA, а окончательно демонтирован в 1983 году.

Сеймур КрейВекторную архитектуру имел и еще более знаменитый Cray. Основавший в 1972 году Cray Research Inc. Сеймур Крей (Seymour Cray, 1925-1996) давно работал над созданием суперкомпьютеров - с 1958 года, сначала самостоятельно, затем в составе корпорации Control Data Corporation, где принимал участие в создании суперкомпьютеров Cyber. Cray-1 был создан в 1976 году и широко использовал интегральные технологии (самую быстродействующую по тем временам ЭСЛ-логику). Память Cray-1 составляла 8 Мбайт, поделенных на 16 блоков емкостью 64К 48-разрядных слов каждое с суммарным временем доступа 12,5 нс. Была в Cray-1 применена и внешняя память на магнитных дисках емкостью около 450 мегабайт, которую можно было расширять до 8 гигабайт. Для нее был создан оптимизирующий транслятор с Фортрана, макроассемблер и специальная многозадачная ОС. На скалярных операциях с плавающей точкой Cray-1 показывал быстродействие 20-60 Мфлопс, но на некоторых классах задач она доходила до 160 Мфлопс. Следует отметить, что Cray-1 изначально создавался, как суперкомпьютер для коммерческих применений и был заметно дешевле, чем ILLIAC IV - он обошелся Лос-Аламосской лаборатории США в 8,8 млн. долл. Cray-2, спроектированный в 1985 г., достиг быстродействия 2 млрд. оп./с, а Cray-3 (1989) - 5 млрд. оп./с. Интересно, что Cray-3 моделировалась на компьютерах Apple, а компания Apple в то же время купила компьютер Cray для проектирования дизайна своих ПК.

Сеймур Крей был последним, кто проектировал для своих машин специальные процессорные элементы. После окончания холодной войны государственная поддержка разработок суперкомпьютеров в США резко сократилась, и лидерство в мире захватили японцы (Fujitsu, Hitachi и NEC), которые предложили концепцию распределенных вычислений в среде из множества дешевых серийных микропроцессоров. На смену векторной пришла суперскалярная архитектура, когда выполнение программы существенно распараллеливается - распределяется между всеми процессорами, включая и опережающее выполнение команд с предсказанием ветвлений алгоритма. Такой принцип значительно сложнее в практической реализации, но отвечает более широкому кругу реальных задач, чем векторный. Надо отметить, что первый в мире суперскалярный компьютер был построен в Советском Союзе - это был "Эльбрус-1", созданный под руководством ученика Лебедева В.С.Бурцева в 1978 году.

Время раскрывает тайны. В начале 90-х были полностью рассекречены сведения, согласно которым в СССР еще с 1973 года существовал прямой конкурент Cray - векторно-скалярная машина М-10, разработанная под руководством ученика И.С.Брука Михаила Александровича Карцева (1923-1983) в Научно-исследовательском институте вычислительных комплексов (НИИВК) для нужд военно-космических систем раннего предупреждения о ракетном нападении. М-10 (шифр 5Э66) в несколько раз превосходила по быстродействию современные ей отечественные суперЭВМ БЭСМ-6 и ЕС-1060 (1977 год) и была самой быстродействующей ЭВМ в стране вплоть до появления запущенного в 1979 году "Эльбрус-1". Среднее быстродействие ее составляло 5 Мфлопс, в несколько раз уступая Cray-1 по этому показателю, однако превосходя его в возможностях архитектуры: среднее количество машинных циклов на одну выполняемую операцию для М-10 от 0,9 до 5,3, а для Сгау-1 - от 0,7 до 27,6. Главной особенностью М-10 была возможность работы в многомашинных комплексах: предусмотрена возможность синхронного комплексирования до 7 ЭВМ при прямом - минуя мультиплексный канал - обмене информацией между программами отдельных машин и динамическом разделении оборудования. М-10 была построена на гибридных интегральных микросхемах серии 217 ("Посол"- по 3-5 вентилей на корпус), которых в ней было более 2 миллионов штук, и в основном варианте имела двухуровневую память (ОЗУ до 4,5 Мбайт + ПЗУ до 0,5 Мб) на ферритовых сердечниках. В ее модификации М-10М была использована память на интегральных схемах. Карцев настоял на том, чтобы возможности М-10 были использованы в мирных целях - на ней были получены, в частности, важнейшие результаты в области физики плазмы, опубликованные в 1981 году. Прекращен выпуск М-10 был только в 1986 году, всего было выпущено 50 штук. По некоторым данным, отдельные экземпляры М-10 работают до сих пор.