Реферат: Основоположники промышленной системотехники

Уникальный "Импульс"

В послевоенные годы в Советском Союзе важнейшие научно-технические проблемы - овладение атомной энергией, развитие ракетостроения, космонавтики и др. - решались путем создания мощных научно-производственных центров. Так, в Северодонецке (Украина) в 1956 г. был создан филиал Московского СКБ-245 - ведущей организации по вычислительной технике.

Решающим фактором, определившим развитие работ в создании управляющей вычислительной техники было наличие сложного объекта автоматизации - огромного химического комплекса - Лисичанского химкомбината, изучение которого позволило понять в полном объеме задачи компьютерной автоматизации технологических процессов. Быстро определился ряд талантливых разработчиков, положивших основу инженерной школы в области проектирования и производства вычислительной техники для управления технологическими процессами. Актуальность работы предопределила дальнейшее развитие филиала, превращение его в Научно-исследовательский институт управляющих вычислительных машин (НИИ УВМ), затем - в научно-производственное объединение НПО "Импульс" в составе: НИИ УВМ, его филиалов и ряда предприятий.

Выдающуюся роль в становлении НПО "Импульс" сыграли директор филиала Андрей Александрович Новохатний (первые три года директором филиала был Вячеслав Юрьевич Толкачев) и его заместитель Владислав Васильевич Резанов научный руководитель выполняемых работ.

В основу научно-технической политики они сразу же положили идею создания серийноспособных средств управляющей вычислительной техники для различных (не только химических) объектов автоматизации. На ее основе под руководством В.В.Резанова была в дальнейшем разработана и реализована концепция единой, функционально полной агрегатной (модульной) системы технических и программных средств управляющей вычислительной техники на базе единых конструктивно-технологических решений. Большое внимание уделялось разработке устройств связи с объектом УСО, обеспечивающих съем данных о процессе, передачу их для обработки в вычислительную машину и выдачу сигналов для управления исполнительными механизмами. Такой подход существовал в течение более тридцати лет и полностью себя оправдал, поскольку обеспечил создание полного комплекса средств системотехники, т.е. средств построения самых различных информационно-управляющих систем для технологических процессов и объектов энергетики.

На всем более чем 30-летнем пути коллектив "Импульса" работал подобно великолепно слаженному оркестру, ведущие музыканты которого виртуозно владеют своими инструментами и в совместной игре создают музыкальные шедевры. Именно такой была изначальная небольшая группа ведущих специалистов, (ее называли "могучей кучкой" по аналогии с той, что когда-то определяла развитие музыкального искусства в России), сформировавшаяся в годы становления "Импульса" и сумевшая осуществить казалось бы невозможное - собрать и сплотить вокруг себя многотысячный коллектив однодумцев, увлеченных одной целью - созданием и постоянным совершенствованием средств компьютерной автоматизации технологических процессов и объектов энергетики, в том числе таких ответственных и сложных, как атомные станции.

Более тридцати лет самоотверженной и вдохновенной работы Северодонецкого "Импульса" были отданы созданию средств системотехники 1-го, 2-го, 3-го и 4-го поколений и все это на одном дыхании, работая не покладая рук.

"Могучая кучка" сумела объединить личные интересы каждого из входящих в нее специалистов общей целью, что позволило сохранить единство и целенаправленность работ всего коллектива "Импульса" на всем пути его развития.

Такое стало возможным, потому что "могучую кучку" возглавляли истинные лидеры, делом доказавшие свое право на ведущее положение. И здесь опять проявляется уникальная черта в развитии "Импульса" - такими людьми стали не присланные со стороны руководители с высокими званиями, а свои собственные специалисты, выросшие из "могучей кучки". К их числу относится директор "Импульса" Андрей Александрович Новохатний и бессменный научный руководитель Владислав Васильевич Резанов.

За все годы существования "Импульса", разработавшего четыре поколения средств системотехники, его сотрудниками были защищены две кандидатских диссертации, но это отнюдь не говорит о слабой квалификации его специалистов. Каждый из "могучей кучки" вполне мог бы претендовать на научную степень кандидата или доктора наук. Они поступились этим и предпочитали делать машины!

Многие выходцы из "Импульса" (но не из "могучей кучки" - она сохранялась все годы), попавшие в условия работы обычных научно-исследовательских и других учреждений, не только защищали диссертации и получали высокие научные звания, но и становились руководителями высокого ранга. В этом плане "Импульс", несмотря на отсутствие в нем докторов наук и академиков, играл роль отличной научной и инженерной школы.

Трудное начало

Базовыми производствами на Лисичанском химическом комбинате были производство аммиака и азотной кислоты. Исследованием этих двух объектов на предмет эффективности автоматизации и использования вычислительной техники (которую еще предстояло создать!) и занялись сотрудники филиала СКБ-245.

Главное внимание было уделено производству аммиака, представляющему цепочку крупных взаимосвязанных цехов - от производства синтез-газа, его последующей очистки и синтеза из этого газа аммиака в колоннах высокого давления. При этом производительность колонн синтеза (400 тыс.тонн в год) сильно зависела от состава газа на входе колонны, подаваемого от газогенераторных установок, где метан горел в кислороде при строго фиксированном соотношении, образуя синтез-газ, подлежащий очистке прежде чем поступить на синтез. Если учесть, что метан и кислород при определенных соотношениях образуют взрывную смесь, то неизбежно возникает задача надежного управления и защиты от возможной аварии. Именно для этого объекта было решено создать информационно-управляющую систему, получившую название "Автодиспетчер".

Сотрудники филиала начали исследование основных технологических процессов аммиачного производства, в том числе их алгоритмизацию, выбор способов управления, определение требований к техническим средствам системы.

Прежде всего, был составлен (в первом приближении) алгоритм управления, что позволило определить параметры управляющей машины. Идея строить ее на электронных лампах была отвергнута сразу из-за ненадежности элементной базы. Полупроводниковая техника только начинала свое победоносное шествие. Палочкой-выручалочкой стала система трехтактных феррит-диодных элементов, созданных в лаборатории профессора Л.И.Гутенмахера во Всесоюзном НИИ технической информации (Москва) и усовершенствованных в Пензенском филиале СКБ-245, откуда В.В.Резанов, переезжая в Северодонецк, привез два больших ящика таких элементов и массу идей по их развитию и использованию. "Это была примитивная техника, - вспоминает Владислав Васильевич Резанов. - В элементах в качестве вентелей использовались селеновые шайбочки по причине отсутствия в то время полупроводниковых диодов. Тем не менее, эти элементы были нами доработаны, что позволило начать работу по созданию управляющей машины. Следует сказать, что именно в это же время родилась идея агрегатного построения машины. Разработчики понимали, что им известен только стартовый комплект задач, которых в таком большом и сложном производстве при его развитии может быть очень много. Поэтому машина изначально имела модульную структуру, позволяющую наращивать ресурсы: память, количество входных и выходных сигналов и др. Эти идеи не были полностью реализованы в системе "Автодиспетчер", но учтены впоследствии. Очень важно было решить - как взять информацию с объекта? Ведь ни о каких стандартных сигналах тогда не было и речи. Половина измерительных приборов была поставлена из Германии в комплексе с репарационным химическим оборудованием. Поэтому пришлось разрабатывать индивидуальные преобразователи для каждого типа вторичных приборов. О получении информации непосредственно от первичных датчиков можно было только мечтать. С 1965 года началась ее опытная эксплуатация, в 1967 г. система была введена в круглосуточную эксплуатацию и проработала на комбинате более 24 лет.

Система позволяла контролировать работу аммиачного и спиртового производств, выполняла логический анализ нарушений технологических процессов, вела автоматический учет сырьевых потоков и расчет технико-экономических показателей каждого цеха и производства в целом, автоматическое регулирование состава синтез-газа и продувочного газа в аммиачном производстве. Устройство связи с объектом системы "Автодиспетчер" представляло комбинированную телемеханическую подсистему, позволяющую осуществлять измерение 360 мгновенных значений параметров, 120 интегральных значений параметров, 360 двухпозиционных сигналов с циклом 20 сек, 200 мгновенных 2-х позиционных сигналов. Система вырабатывала 200 однопозиционных команд, 24 аналоговых сигнала управления 0-5 ма. Сбор информации осуществлялся по радиальным каналам через 10 групповых пунктов контроля, установленных в цехах, которые собирали информацию от первичных преобразователей. Групповые преобразователи радиально подключались к вычислительной машине. Расстояние от машины до групповых преобразователей допускалось до 1,2 км. Цикл сбора информации 60 сек.

Вычислительная часть "Автодиспетчера" была построена на феррит-диодных логических элементах, имела ферритовое запоминающее устройство на 1860 двадцатиразрядных чисел, ферритовое пассивное запоминающее устройство емкостью 5632 двадцатиразрядных чисел. Арифметическое устройство оперировало 18 разрядными числами с фиксированной запятой. Система команд одноадресная, количество операций 28. Работа в этот период осуществлялась по фиксированной программе, написанной в машинных командах.

В процессе работы над системой "Автодиспетчер" обнаружилось еще несколько важнейших моментов, связанных с тем, что исследовался разработанный на огромной территории сложный технологический комплекс, включающий многие объекты управления, взаимосвязанные между собой.

Выяснилось, что задачи управления возможно разделить на три группы: первая группа задач связывалась с проблемой первичной обработки информации перед передачей ее в управляющую машину; вторая сводилась к программному управлению объектами с целью оптимизации протекающих в них технологических процессов, а третья заключалась в координации работы объектов производственного процесса. Отсюда родилась идея создания трехуровневой системы технических средств для оперативного управления сложными производствами СОУ-1. Второй вывод, сделанный в то время - необходима единая система технических и программных средств от датчика до исполнительного механизма, разработанных на основе единой системы стандартов и позволяющая проектным путем комплектовать различные системы управления. Изобретать технические и программные средства для каждого объекта управления недопустимо. Поэтому СОУ-1 была задумана как трехуровневый комплекс технических средств для управления различными процессами".

В период создания системы "Автодиспетчер" параллельно выполнялась разработка машины "Автооператор" для так называемого прямого цифрового управления. Дело в том, что при первичной обработке информации возникают задачи регулирования (стабилизации) процессов, которые выполнялись аналоговыми регуляторами. На некоторых объектах число автономных контуров регулирования достигает нескольких десятков. В то же время прямое цифровое регулирование по любому закону (многоканальное, пропорциональное, связанное и т.п.) можно осуществить от одной машины путем использования соответствующих программ. Эта идея была реализована в машине "Автооператор" (впервые в Украине и Советском Союзе). В качестве объекта управления была выбрана установка концентрирования крепкой азотной кислоты Чернореченского химзавода Нижегородской области, где качественное регулирование по косвенным параметрам позволяло значительно улучшить характеристики конечного продукта - ракетного топлива.

В функции "Автооператора" входило:

- прямое цифровое регулирование технологическими процессами концентрирования азотной кислоты на ряде колонн в обегающем режиме с заданным периодом Т (3-5 мин);

- управление процессами пуска и остановки одной колонны;

- регистрация основных параметров и сигнализация о нарушениях технологического процесса.

Управляющий вычислительный комплекс состоял из четырех функциональных частей.

1. Входное устройство или устройство связи с объектом, обеспечивающее сбор информации с объекта управления, преобразование принятых аналоговых сигналов в цифровую форму, ввод цифровой информации в машину. Датчиками измеряемых параметров служили серийные приборы с унифицированным выходом. Точность преобразования - 8 двоичных разрядов. Входное устройство обеспечивало связь процессора с регулируемым объектом, циклически опрашивая (за интервал Т) датчики, установленные на объекте.

2. Процессорная часть машины, построенная на феррит-диодных логических элементах. Процессор выполнял 28 арифметических, логических и операций управления. Производительность - 900 операций сложения, 80 умножения, 70 деления за секунду. Оперативное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках диаметром 1 мм, емкостью 256 18-разрядных двоичных слов.

3. Для хранения программ управления, констант и уставок использовалось постоянное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках диаметром 4 мм. Информация в него заносилась путем прошивки ферритовых колец. Для задания переменной части уставки имелось наборное поле, коммутируемое штекерами.

4. Выходное устройство, служащее для преобразования рассчитанных цифровых управляющих воздействий в пропорциональные пневматические сигналы от 0 до 1 атмосферы с точностью 7 двоичных разрядов. Сигналы передавались на пневматические исполнительные механизмы (пневматические клапаны), которые обеспечивали регулирование технологического процесса. Оно же формировало дискретные сигналы для включения и выключения различных исполнительных устройств.

Автоматическое управление осуществлялось по определенному закону. Пуск и остановка колонны производились по фиксированной программе. Алгоритм управления в этих режимах был составлен на основе анализа технологических процессов. Реализующая его программа состояла из двух частей:

- формирующая программа, представляющая последовательность выполнения этапов пуска (остановки) во времени и последовательность выполнения отдельных операций на каждом этапе;

- набор программных операторов, реализующих отдельные операции.

На каждом цикле обработки информации определялось, каким этапом пуска (остановки) необходимо управлять, затем управление передавалось определенной части формирующей программы, где указывались действия и адреса операндов. После этого "Автооператор" выполнял сформированную программу.

Метод операторного программирования позволил значительно сократить длину программы управления и обеспечивал простой переход к составлению программ для управления другими процессами.

Испытания "Автооператора" производились на одной колонне, оснащенной необходимыми датчиками и исполнительными механизмами. Была обеспечена работа нескольких контуров регулирования, пуск и остановка колонны.

Испытания показали, что система управления с вычислительным комплексом в качестве центрального регулятора обеспечивает необходимое качество регулирования основных параметров процесса и успешно справляется с задачей пуска и остановки колонны концентрирования. Однако, регулярной эксплуатации мешали недостаточно надежные исполнительные механизмы. Почти половина всех неисправностей приходилась на их долю. В дальнейшем в течение длительного времени "Автооператор" использовался для проведения исследовательских и опытных работ на колонне.

Первый успех

Еще до завершения работ над "Автодиспетчером" в филиале начали разработку трехуровневой многомашинной системы для оперативного управления процессами в промышленности СОУ-1, претендующей на широкое внедрение и рассчитанной на серийное производство. Структура и архитектура системы опережали свое время. Они были определены на основе анализа задач по управлению таким сложным территориально рассредоточенным крупнотоннажным производством, как производство аммиака. Упомянутые выше три уровня управления требовали создания многомашинного комплекса. В состав системы вошли три машины. Машина первичной переработки информации (МППИ) предназначалась для сбора, нормализации и первичной переработки информации, выдачи и регистрации мгновенных и расчетных значений параметров управляемого процесса, а также тенденций их изменения местному оперативному персоналу. По существу это был в современной терминологии промышленный контроллер.

Для второго уровня управления предназначалась управляющая машина УМ-1.

В ее состав входили модульные устройства связи с объектом УСО, ориентированные на прием и выдачу стандартных сигналов Государственной системы приборов. Машина воздействовала на объект через системы местной пневмоавтоматики и непосредственно на пневматические исполнительные механизмы, имея для этого в составе УСО электропневматические преобразователи. УСО машины УМ-1 могло принять до 352 аналоговых токовых сигналов модулями по 16; сигналов термопар и термосопротивлений до 256, модулями по 16 сигналов; сигналов от пневматических датчиков до 256; позиционных сигналов до 600; до 60 число-импульсных сигналов. По выходу УСО имели до 10 электрических токовых сигналов; до 128 аналоговых пневматических, до 400 позиционных электрических сигналов. Каждый пользователь мог подобрать требуемый состав устройств связи с объектом. Вычислительная часть машины УМ-1 была построена на феррит-диодных элементах, имела ферритовые модульные оперативные и постоянные запоминающие устройства (соответственно 1024 слова х 4 и 2048 слова х 3), выполняла 30 арифметических и логических операций над 21 разрядными двоичными числами с фиксированной запятой со скоростью 900 опер/сек. Отличительной особенностью машины было наличие системы прерывания, обеспечивающей выполнение 16 различных, не связанных между собой программ с автоматическим выбором наиболее важного и сложного запроса по заданному приоритету. Вероятно, это был первый практический промышленный пример мультипрограммной машины (в то время были опубликованы работы по разделению времени решения задач на машинах общего назначения). Благодаря этому свойству удалось создать программное обеспечение, выполняющее кроме функциональных задач еще и диалог оператора с машиной и оперативную тестово-диагностическую процедуру, включающую исправление ошибок и т.п. Мультипрограммный режим позволил включить в состав машины пульт оператора системы управления объектом, дав ему возможность контролировать и управлять процессом. Машина УМ-1 имела в своем составе все функциональные компоненты современных управляющих вычислительных систем. Она могла работать как в комплексе с машинами МППИ-1, так и самостоятельно.

Координирующая машина КВМ-1 системы СОУ-1 обладала по тому времени очень высокими техническими характеристиками. Она была задумана, как машина, взаимодействующая в реальном времени с 65-ю абонентами типа УМ-1 и МППИ-1 на расстоянии до 12 км, связанными с КВМ-1 радиальными каналами связи. Это был существенный шаг к созданию сетевой структуры вычислительных машин для управления сложными технологическими объектами, только тогда это так не называлось. КВМ-1 могла работать также с собственными устройствами связи с объектом при решении задач управления, требующих больших вычислительных мощностей.

Вычислительный комплекс КВМ-1 мог выполнять 256 различных операций со скоростью 100 тыс.операций в секунду. Операции выполнялись как с фиксированной так и с плавающей запятой над 25 и 50 разрядными словами. Машина имела модульную оперативную память до 126976 слов модулями по 4096, долговременную память на магнитной ленте объемом 20 млн.слов. Система мультипрограммирования, реагировавшая на 80 асинхронных запросов, позволяла создавать операционную систему реального времени, включающую в себя мощные средства диагностики. Для КВМ-1 были разработаны трансляторы для нескольких подмножеств языка АЛГОЛ-60. Машина была оснащена пультом взаимодействия оператора с процессом в диалоговом режиме с двухцветной печатью текста диалога. Интересной особенностью КВМ-1 было то, что для нее был разработан специальный набор логических элементов на туннельных диодах и транзисторах, позволяющий получить высокую производительность машины.

Создание машины КВМ-1 совпало по времени с появлением в Институте кибернетики машины Днепр-2 и информации о системе IBM 360. Поэтому работы по КВМ-1 не получили должного развития. Но основной причиной остановки работ над КВМ-1 было то, что промышленные предприятия не были готовы к использованию мощных управляющих машин. Система СОУ-1 в целом опередила свое время. Северодонецким приборостроительным заводом было выпущено несколько сотен машин МППИ-1 и УМ-1, которые были использованы в системах управления различными объектами и успешно работали в течение двух десятилетий.

В это время на Северодонецком приборостроительном заводе начался промышленный выпуск средств системотехники для управления технологическими процессами. В отличие от вычислительных машин общего назначения, выпускаемых в то время, управляющие машины имели структурные и архитектурные особенности, повышающие надежность их работы, включали в себя обширный комплекс устройств связи с объектом, оператором и др., которые в то время никем не разрабатывались и не выпускались. Создатели СОУ-1 были вынуждены осуществить разработку электромеханических устройств ввода-вывода самостоятельно. Для машины УМ-1 были разработаны ленточный перфоратор ПЛ-80, двухцветное печатающее устройство на бесконечном бланке, считыватель с перфоленты СП-3 и др. Эти изделия были освоены промышленностью и стали жить самостоятельной жизнью. Перфораторы ПЛ-80 и ПЛ-150 оказались единственными в СССР устройствами вывода высокого класса и выпускались массово до начала 90-х годов.

Вынужденное решение

В середине 60-х годов перед разработчиками компьютерной техники в СССР возникла проблема выбора перспективной структуры и архитектуры средств обработки информации третьего поколения. Именно в это время в Советском Союзе было принято решение, лишившее собственного пути развития отечественную вычислительную технику - в качестве основы для разработки в странах Совета экономической взаимопомощи (СЭВ) единой системы электронных вычислительных машин ЕС ЭВМ была принята структура и архитектура системы IBM 360. Это волевое решение, не учитывающее мнение специалистов, привело к огромным неоправданным затратам и созданию серии вычислительных машин (ЕС ЭВМ), которые устарели, не выработав своего ресурса. Использование структуры и архитектуры системы IBM 360 в управляющей технике, превращало ее в обычную вычислительную технику, что доказали дальнейшие события.

НИИ УВМ приступил к разработке комплекса технических средств третьего поколения, аналогичного по структуре СОУ-1, применив в процессорах базовую систему инструкций и интерфейсы периферийных устройств системы IBM 360. Разработчики понимали, что на тот момент они не могут рассчитывать на отечественную микроэлектронику, поэтому разработка делилась на две очереди. Первая реализовалась на технологической базе вычислительных систем второго поколения и включала три модели вычислительных комплексов - М1000, М2000 и М3000. При этом модель М1000 предназначалась для решения задач первого (низшего) уровня управления и не требовала мощной архитектурной поддержки, заложенной в системе IBM 360. Поэтому в ней была предложена собственная упрощенная система инструкций процессора и, следовательно, оригинальное программное обеспечение. Модели М2000 и М3000 имели структуру и архитектуру системы IBM 360 с определенными отклонениями, исходя из возможностей элементно-технологической базы, доступной отечественной промышленности. При этом все модели оснащались общим спектром периферийных устройств, среди которых значительное место занимали средства связи с объектом. Второй очередью развития этой системы впоследствии явились более совершенные комплексы М6000, М4030. По изначальному замыслу ЭВМ М1000, М2000 и М3000 рассматривались как агрегатная система средств вычислительной техники АСВТ и являлись частью формируемой в те годы государственной системы приборов (ГСП), предназначенной для решения прежде всего задач управления в народном хозяйстве. Речь шла о создании и производстве широчайшего спектра взаимокомплектуемого оборудования: датчиков, измерительных устройств, исполнительных механизмов, агрегатных средств вычислительной техники и т.д., позволяющих проектным путем создавать любые системы для управления народнохозяйственными объектами, что формировало гигантский рынок продукции приборостроения.

НИИ УВМ был назначен головной организацией по созданию и производству АСВТ. Это совпало по времени с принятием другого решения, касающегося создания системы резервирования пассажирских мест в московском авиаузле Аэрофлота. Поэтому первой областью применения вычислительных комплексов М2000, М3000 системы АСВТ стали не технологические объекты, а система резервирования мест на авиалиниях Аэрофлота "Сирена". С 1973 по 1998 год "Сирена" "перевезла" более 100 млн. пассажиров. По существу "Сирена" стала первой в СССР системой массового обслуживания глобального характера, включающей сотни терминальных станций (рабочих мест кассиров), десятки центров обработки и коммутации сообщений, разбросанных по всему Советскому Союзу и взаимодействующих с Московским центром резервирования мест на авиалиниях Аэрофлота. Разработчики системы столкнулись с большими трудностями: сравнительно скромными вычислительными мощностями, неудовлетворительными по помехам линиями связи, транзисторной элементной базой второго поколения, смутными представлениями о требуемых функциональных параметрах системы. При этом необходимо было в сжатые сроки создать и ввести в эксплуатацию гигантский аппаратный монстр (число только аппаратурных шкафов в системе превышало 1000 шт.) с высокой надежностью функционирования. "Иногда казалось, что эта задача не решается в принципе, - вспоминал В.В.Резанов. - Лишь благодаря энтузиазму разработчиков Института проблем управления (ИПУ, Москва), НИИ УВМ и др. она все же была успешно решена". Главным конструктором системы "Сирена" был В.А.Жожикашвили (ИПУ).

Система "Сирена" включала:

- вычислительный комплекс для Московского центра резервирования;

- средства связи с абонентами по стандартным, в то время еще слабо развитым и низкокачественным каналам для передачи цифровой информации;

- большую архивную быстродействующую память с гарантией сохранности информации в аварийных режимах;

- средства диалового общения системы с потребителем - пульты кассиров для формирования запросов клиентов и выдачи билета, справки, массовой информации на табло, индивидуальной справки и т.п.

- систему программного обеспечения, рассчитанного на надежное функционирование системы в интересах клиента и Аэрофлота в целом.

В вычислительном центре системы был использован дуплексный комплекс М3000, что существенно повысило надежность вычислительного центра. Комплекс обеспечивал продажу до семи билетов в секунду по спонтанным запросам кассиров, разбросанных по всей территории СССР.

В качестве основных каналов связи были использованы телефонные и телеграфные выделенные и коммутируемые каналы городских АТС. Все каналы связи подключались к системе посредством специально разработанной аппаратуры передачи данных, обеспечивающей пересылку цифровой информации на скоростях 600 или 1200 бод.

Для центра сбора запросов по 256 каналам связи и обмена данными с локальными вычислительными центрами был разработан специальный модуль распределительно-преобразующего устройства. Каждый из них обеспечивал связь по 32 телефонным выделенным каналам, 32 телеграфным коммутируемым или выделенным каналам городских телефонных станций. Распределительно-преобразующее устройство имело в своем составе адаптеры для подключения к машинным интерфейсам двух комплексов М3000. Таким образом, обеспечивалась возможность организации разветвленной двухсторонней сети связи центра с терминалами на расстоянии до 8 тыс.км со скоростью 600-1200 бод. При этом осуществлялась удовлетворительная защита информации от сбоев и помех. Абонентами такой сети могли быть любые аппараты телеграфной связи того времени, пульты кассиров и региональные центры переработки информации, формируемые впоследствии из комплексов М6000 и М7000. Такая организация системы связи позволила впоследствии, заменяя компоненты, осуществлять поэтапную модернизацию и развитие системы "Сирена", обеспечивая ее жизнеспособность до настоящего времени. Экзотической частью системы в составе вычислительного комплекса был магнитный барабан, используемый для создания архивной памяти большого объема и быстродействия как ключевой элемент защиты информации о пассажирах в аварийных режимах. Интересным элементом системы "Сирена" был пульт кассира, представляющий классический видеотерминал, позволивший осуществлять полный диалог пассажир-кассир-система при формировании запроса и подготовки билета или справки. Это было серийное оборудование, которым оснащались сотни касс. Следует помнить, что в то время в стране не было опыта разработки собственных операционных систем, программного обеспечения систем массового обслуживания, сетевых программных пакетов и т.п. Все это создавалось впервые и наново в режиме величайшей ответственности и сжатых сроков. Для "Импульса" работа над системой "Сирена" была серьезнейшей школой для каждого сотрудника и для коллектива в целом.

Комплексы М1000, М2000 и М3000 создавались несколькими организациями Минприбора. М1000 разрабатывалась Тбилисским институтом средств автоматизации ТИСА, М2000 и М3000 - совместными усилиями НИИ УВМ, ИНЭУМ и СКБ Киевского завода ВУМ. Освоение этих моделей шло параллельно на Северодонецком приборостроительном заводе и Киевском заводе управляющих вычислительных машин.

НИИ УВМ выполнял функции головного института по проектированию системы и был держателем всех системных и технологических стандартов, обеспечивающих единство технических и технологических решений. На примере разработки "Сирены" формировался опыт управления крупными промышленными проектами, что впоследствии сыграло большую роль и стало для НИИ УВМ трамплином для прыжка в большую компьютерную промышленность. Несколько сотен крупных вычислительных комплексов были внедрены на ряде оборонных и народно-хозяйственных объектов.

Возвращение в системотехнику

Результатом выхода на всесоюзный уровень в процессе работы над "Сиреной" стало образование (1972г.) Научно-производственного объединения НПО "Импульс" в составе НИИ УВМ и Северодонецкого приборостроительного завода.

Перед объединением встала задача создания более совершенных средств системотехники на базе мини-ЭВМ, обширного комплекса средств связи с объектами и программного обеспечения, ориентированного на задачи управления. Предыдущий опыт позволил разработчикам наметить основные параметры технических средств. Для новой мини-ЭВМ "Параметр" был разработан стандарт на интерфейс связи процессора с периферией, который должен был эффективно решать проблему комплексирования устройств связи с объектом и связь с другими внешними устройствами.

Следует сказать, что при разработке ЭВМ "Параметра" сложилась благоприятная ситуация с элементной базой. В стране завершалось освоение 155 серии микросхем, предназначенной прежде всего, для производства моделей ЕС ЭВМ. Разработка этих моделей опаздывала и первым потребителем отечественных микросхем оказался НИИУВМ.

После ЭВМ "Параметр" была разработана ЭВМ М6000, составлены отраслевые системные и технологические стандарты, позволявшие вести одновременно разработку и подготовку производства ЭВМ. Были срочно разработаны типовые конструкции для компоновки модульных управляющих систем, ставшие ведомственным конструкторским стандартом.

Разработка М6000 была выполнена очень быстро. Параллельно разрабатывалось несколько сотен модульных компонент центрального процессора, пассивной и оперативной памяти, средств внутрисистемных коммуникаций, устройств ввода-вывода и устройств связи с объектом, методы комплексирования программно-технических комплексов по требованиям конкретных потребителей. К этому периоду относится возникновение идеи создания агрегатной системы программного обеспечения. Известные операционные системы реального времени мини-ЭВМ того времени ограничивались управлением вычислительными ресурсами только самой мини-ЭВМ. Предстояло создать операционную среду, управляющую ресурсами распределенной системы сбора информации, ее переработки и диалога с оператором, наблюдающим за процессом. Разнообразие структурных конфигураций систем управления требовало модульной структуры построения операционной среды и мощных средств сервисной поддержки как в процессе комплексирования, так и при функционировании системы. Ядро такой операционной среды для моделей М6000 было создано уже к моменту госиспытаний и в своем развитии вылилось в мощную операционную систему АСПО, много лет служившую основой создания и использования последующих комплексов СМ-1, СМ-2, СМ1210, ПС1001 и других. Это положительный пример создания своими силами мощных операционных систем.

В результате была разработана система модульных технических и программных средств, позволявшая проектным путем создавать широчайший диапазон систем управления и обработки информации - от простейших до многомашинных, распределенных территориально программно-технических комплексов для управления процессами. Этой системе и было присвоено наименование М6000 АСВТ-М. Минприбор подключил к производству комплексов М6000 еще два завода - Киевский ВУМ и Тбилисский завод УВМ. В течение двух лет производство комплексов было доведено до нескольких тысяч заказных конфигураций в год. Наличие модульного процессора наряду с развитыми устройствами связи с объектом, позволявшими работать со всем спектром стандартных сигналов Государственной системы приборов, средства общения оператор-система в сочетании с предложенной пользователю технологией проектирования и комплексирования конкретных систем управления, поставили комплексы М6000 вне конкуренции.

Комплекс технических средств типа М-6000 АСВТ-М представлял собой набор агрегатных модулей, выполненных на элементах микроэлектронной техники, и был предназначен для компоновки проектным путем автономных информационных и управляющих вычислительных систем, работающих в реальном масштабе времени.

Вычислительная часть комплексов М6000 имела:

- развитую систему ввода-вывода;

- развитую систему команд, обеспечивающую удобство программирования;

- удобную систему приоритетного прерывания, позволяющую совмещать выполнение операций ввода-вывода со счетом;

- высокую для того времени производительность (до 2000000 адресных операций и до 1800000 безадресных микроопераций в секунду);

- диапазон наращивания памяти от 8192 до 65736 байт;

- возможность подключения быстродействующих каналов прямого доступа в память, выполняющих операции ввода-вывода без прерываний процессора, а также инкрементных каналов для получения гистограмм;

- высокую надежность;

- простоту и удобство в обслуживании;

- современное эстетическое оформление.

Достаточно высокие характеристики, относительно небольшая стоимость, малые габариты и развитое математическое обеспечение открыли широкие перспективы применения этого комплекса в различных отраслях народного хозяйства.

Главный конструктор комплекса М-6000 В.В.Резанов стал заместителем генерального конструктора СМ ЭВМ по этому направлению, а НИИУВМ (уже НПО "Импульс") стал одним из участников программы создания СМ ЭВМ, введя своих представителей во все технические органы Совета главных конструкторов. С этого момента всем последующим разработкам линии М6000 присваивалось наименование СМ (СМ-1, СМ-2, СМ-1210, СМ-1634).

"Но с этого момента "Импульс" работал в режиме жесткой конкуренции в СЭВе, - продолжает В.В.Резанов, - и, не проиграл ни одного раунда. Кстати, такая конкуренция здорово нас стимулировала, что шло на пользу делу. Жизнь расставила все на свои места. То, что было наработано в те годы - огромный фронт внедренных систем, базировавшихся на нашей технике, и сейчас является основой нашего существования в эти нелегкие годы. Мы и сейчас работаем в жестких конкурентных условиях, но уже не внутри страны и не в СЭВе, а в режиме конкуренции на украинском рынке с ведущими мировыми фирмами, и пока это получается".

Нет худа без добра!

Сложившаяся ситуация породила в "Импульсе" новое направление работ. Дело в том, что еще в шестидесятые годы по линии развития ГСП и особенно в работе над системой "Сирена" НПО "Импульс" тесно сотрудничало с московским Институтом проблем управления. В середине семидесятых годов ИПУ стал участником решения крупной народнохозяйственной проблемы, связанной с расширением поиска природных ресурсов на территории СССР. При этом возникла необходимость скоростной обработки результатов поиска месторождений газа и нефти, путем сейсморазведки и снимков Земли из космоса, что без вычислительной техники сверхвысокой производительности сделать было невозможно. Действующее в те годы эмбарго на продажу в СССР западной компьютерной техники исключало возможность покупки ЭВМ производительностью от 200 миллионов до одного миллиарда операций в секунду. Имевшиеся в ИПУ заделы по принципам параллельных вычислений и построению компьютерных систем параллельной обработки информации, а также традиционное сотрудничество ИПУ и НПО "Импульс" предопределило, что разработку сверхпроизводительных вычислительных комплексов специальным постановлением правительства поручили НПО "Импульс". Работа была выполнена в сжатые сроки - всего за четыре года, при полном отсутствии в "Импульсе" практических заделов по этому направлению. Так было положено начало работам по созданию вычислительных программно-перестраиваемых структур ПС. Такое название соответствовало внутренней организации мультипроцессорных вычислительных средств сверхвысокой производительности. Далее это понятие было распространено на программно-технические комплексы для управления процессами, но здесь уже имелась ввиду автоматическая перестройка структуры программно-технических комплексов в зависимости от требований, предъявляемых к системам, в том числе при возникновении аварийных ситуаций. Для крупносерийного производства новой суперпроизводительной техники в Северодонецке стала срочно строиться третья очередь Северодонецкого приборостроительного завода (СПЗ). НПО "Импульс" стал активным участником по настоящему большой программы работ. Было сделано все, чтобы техника управления процессами не стала жертвой еще одного направления развития института.

Новое поколение средств системотехники.

Одной из основных особенностей технической политики в НПО "Импульс" было правило - каждое последующее поколение управляющих комплексов имело "изюминку", привлекающую внимание пользователя. Так, при разработке комплекса М7000, наследовавшего область применений М6000, с целью повышения надежности его работы была реализована идея двухпроцессорной организации центрального вычислителя. Идея мультипроцессорности родилась в НИИУВМ в начале семидесятых годов и была реализована во всех последующих разработках НПО "Импульс". Высокая надежность таких программно- технических комплексов позволяла использовать их для прямого управления даже такими важными и опасными объектами, как атомные энергоблоки (за высокие надежностные параметры комплекс М7000 был удостоен золотой медали Лейпцигской международной ярмарки). Успешное внедрение комплексов М7000 в народном хозяйстве вывели "Импульс" в первые ряды претендентов на участие в работах по созданию электронной системы судейства Олимпийских игр "Олимпиада-80" в Москве. Проектирование, поставка оборудования, монтаж и наладка выполнялись в высоком темпе. В результате к началу олимпиады была построена многомашинная распределенная система судейства соревнованиями, эффективно работавшая в период Олимпийских игр с удовлетворительной надежностью.

В этот период создаются модели СМ-1, СМ-2, СМ1634, СМ1210 для первичной переработки информации. СМ-2, использованные в системе судейства Олимпиады-80, стали преемниками машин М6000 и М7000. Таким образом, была достигнута преемственность в проектах развития и реконструкции народно хозяйственных и оборонных объектов, ориентирующихся на продукцию НПО "Импульс. Наиболее широко эта техника была внедрена в системах энергетического и военного назначения. Достаточно сказать, что только на космодроме Байконур использовалось более 100 упомянутых комплексов. К этому времени относится широкий фронт работ по развитию и совершенствованию номенклатуры модулей связи с объектом, дисплейной техники, средств ввода-вывода информации. Устройства связи с объектом стали аттестоваться, как средство измерения, что означало переход программно-технических комплексов в новое качество. Были разработаны и освоены промышленностью алфавитно-цифровые дисплеи СИД-1000 и станция обработки графических данных СИГДа. Эти разработки, как и предыдущие, рождались внутри системных разработок. Так рабочая станция обработки графических данных родилась внутри создаваемой в "Импульсе" системы автоматизированного проектирования многослойных печатных плат и гибридных микросхем с пропускной способностью до 100 типов блоков в месяц. Разработка получилась удачной и была запущена в серию на СПЗ. Необходимо было решать вопросы унификации и стандартизации, как основы системотехнических, конструкторско-технологических и организационных решений. Это заставило разработать и внедрить в "Импульсе" ряд систем автоматического проектирования и комплексную систему управления качеством.

На вершине.

Возвращаясь к созданию высокопроизводительных геофизических комплексов, получивших название ПС2000 и ПС3000, следует отметить, что в этой разработке "Импульс" вплотную подошел к созданию собственной элементной базы, что диктовалось необходимостью достижения скорости в один миллиард операций в секунду. Эта задача была реализована в комплексе ПС2100, производительность которого составляла 1,5 миллиарда операций в секунду. Перед этим в 1981г. госкомиссии был предъявлен геофизический вычислительный комплекс ПС2000 с производительностью 200 миллионов операций в секунду, построенный по принципу - много потоков данных, один поток команд. Он имел до 64 процессорных элементов, структура взаимодействия которых в процессе вычислений определялась алгоритмами задач геофизики. Созданные комплексы заинтересовали специалистов по космическому зондированию природных ресурсов Земли, что продвинуло ПС2000 в область космических исследований и ряд других, не традиционных для "Импульса", областей. В результате к середине 80-х годов "Импульс" поставил на различные объекты более 150 комплексов ПС2000, что немало даже по масштабам серьезных западных фирм. Разработка следующего геофизического комплекса ПС3000, построенного по принципу, - много потоков данных - много потоков команд, - совпала по времени со сворачиванием в распадающемся СССР геофизических исследований, поэтому этот комплекс не был доведен до серийного освоения, и работы по нему были свернуты. Такая же судьба постигла разработанный комплекс ПС2100, имевший производительность до 1,5 млрд. операций в секунду. Уникальные параметры для того времени были достигнуты, как за счет перестраиваемой внутренней структуры вычислителя, так и за счет специально разработанных микроэлектронных компонент процессорных элементов.

Работы по сверхпроизводительной технике выполнялись одновременно с массовым внедрением управляющих комплексов СМ-2, СМ1634, СМ1210, прежде всего, на топливно-энергетических объектах в обычной и атомной энергетике.

Начавшаяся "перестройка" в СССР многое изменила - появилось Акционерное общество "Импульс". Но это уже новая страница истории. Следует только, сказать, что созданный за предшествующие годы большой запас прочности еще удерживает "Импульс" "на плаву" и в период кризиса экономики в Украине.

Реферат: Основоположники промышленной системотехники

Похожие рефераты: