Электроника, Эвм, Железо

А в начале 1962-го года на выставке достижений народно хозяйства прототип миниЭВМ "ЛТС 12/18" произвёл фурор, а разработчики получили большую золотую медаль, и Ленинскую премию. Но уже за месяц до выставки в "Давайте жить дружно" на 12/18 сыграл Никита Сергеевич Хрущев и остался невероятно доволен, особенно качеством изображения на цветном проекционном телевизоре "Москва-58Ц" с размером экрана 1300х1060 мм. К нему через обычный кабель к коаксиальному радиочастотному разъёму подключили по виду обычный пластиковый ящик с трафаретной надписью "ЛТС 12/18" на верхней крышке. После чего просто настроили телевизор на канал ЭВМ. Что от прозорливого взгляда Никиты Сергеевича немного поднатаскавшегося в микроэлектронике не скрылось. На вопрос "И будет работать? Никаких там преобразователей не надо, ваш-то компьютер цифровой, а телевизор аналоговый", — разработчики объяснили, что внутри компьютера уже стоит специальная схема (видеоконтроллер), которая на выходе преобразует цифровой сигнал сразу в сигнал стандарта СЕКАМ. А вот подключить цифровой монитор, из-за упрощения конструкции пока нельзя. Всё по-минимуму, но функционально.

Когда же Никита Сергеевич услышал, что все работы были проведены за собственные деньги "лаборантов", к прототипу приложили все квитанции и чеки, договоры и даже оплаты по квитанциям в кассу "Лаборатории" за использование оборудования и реагентов, как сторонний заказ, тут же распорядился все затраченные средства разработчикам вернуть, а МЭПу пристально разобраться почему люди в их структуре делают такие замечательные вещи да за свои. Первая победа свершилась.

Но это ещё не конец истории данного прототипа, а только его начало.

* * *

Продолжение же состоялось на следующий день, когда "большая комиссия" во главе с Шокиным заявилась в "Топология Сервис" с визитом "вежливости", после, как всегда эмоционального, объяснения Никиты Сергеевича представителям этой комиссии роли малого коллектива талантливых молодых людей в огромной многомиллиардной отрасли советской промышленности и их месте, заодно. И заключительная часть объяснения большим боссам совсем не понравилась.

— Ну, давайте, показывайте уже своё чудо-юдо, — после протокольной речи, не самой, надо упомянуть, приветливой, если не сказать — переполненной сарказмом, начал всесильный министр, с недоверием уставившись на пластиковую коробку 35х35х15 см с одним тумблером на задней панели и тремя разъёмами: клавиатура, видеовыход и интерфейс подключения считывателя с перфоленты, не считая кабеля питания.

После щелчка тумблера, миниЭВМ мерно загудела, заработал единственный вытяжной вентилятор, экран осветился, после чего сразу запустилась "Давайте жить дружно". Сначала это вызвало на лицах комиссии удивление, но уже через секунду перешло в правильное выражение — недоумения.

— И… как это прикажете понимать? — задал, естественный вопрос Сергей Алексеевич Лебедев.

— Так мы, это, мы значит игру в память записали, перед показом Никите Сергеевичу, не набирать же её код на клавишах, в кабинете, и считыватель не попрёшь. Вот и выкрутились, как смогли.

— Это же сколько у вас тут ПЗУ, получается?

— Да, нет, ПЗУ не много, основной код игры на динамической памяти, мы схемку спаяли и на бутерброд ДОЗУ питание от аккумулятора повесили для регенерации. До 20 дней хватает. А инициация игры и передача управления — это в ПЗУ прописано. Вот поэтому при включении сразу игра и запускается. Так, а чего мы стоим и пялимся, — не сильно, даже можно сказать совсем, не опасаясь начальства объяснял начальник "ТС", пуганный и не такими фигурами, — сейчас выключу, раскручу и всё покажу в лучшем виде, товарищи…

Ознакомившись с конструкцией ЭВМ, документацией на архитектуру, и характеристиками Шокин немного призадумался. А ведь молодцы, сукины сыны, молодцы. Оригинально, несмотря, конечно, на избыточную видеосистему, это же надо было столько памяти отдать под видеоконтроллер. Но ставка на И2Л многое оправдала, так, частота микропроцессора составляла потрясающие 16,6 МГц и он обладал производительностью около двух миллионов инструкций в секунду, располагался на шине построенной по стандарту "СВАРОГ-60.1" — стандарт на системную шину проекта "Содружество" с максимальной пропускной способностью канала данных в 100 мегабит/секунду и канала адресов 150 мегабит/секунду, тогда как процессор мог обрабатывать в идеальных условиях до 40 мегабит данных в секунду, т.е. конечная конструкция получилась в общем-то неплохой, но было куда расти. Так же была возможность создания многопроцессорной системы на базе этого решения.

"А очень неплохая машинка для авиации получилась, убираем этот избыточный видеоконтроллер", — продолжал размышлять всесильный министр, — "хотя, а что у нас там по цифровым электролюминесцентным экранам 576 на 432 точки для Луны? Так, надо будет звонить в Брянск. Эх блин, вот же осёл!", — стукнул себе по лбу министр тем самым обратив на себя внимание шаманящих вокруг телевизора с подключённой миниЭВМ микроэлектронщиков. Один Глушков увлечённо набивал что-то на клавиатуре не обращая ни на кого внимания.

— Так товарищи, будем вашу машинку переделывать. Для персональной ЭВМ — машина получилась слишком слабой, для (ИТП) игровой телевизионной приставки, да-да, и об этом приходится задумываться, в самый раз, но нужнее она сейчас для совсем других целей, которые вслух лучше не озвучивать. И вот как мы поступим…

В течение следующего года, первоначальную машину переделали до неузнаваемости. Во-первых, хотя нет, для начала надо немного отступить от повествования. В середине 1956-го года, когда рамеевский "Урал-1М-1" встал на конвейер и магистральный путь вычислительной техники в общем виде был уже рождён в головах высоких начальников, на приём к Хрущеву напросилась большая делегация во главе с Сергеем Алексеевичем Лебедевым. Вместе с ним в качестве группы поддержки (всемером и батьку легче бить) присутствовали: Владимир Андреевич Мельников, Лев Николаевич Королёв, Всеволод Сергеевич Бурцев, Борис Арташесович Бабаян, Всеволод Вианорович Бардиж, Александр Николаевич Томилин, Андрей Андреевич Соколов, Олег Константинович Щербаков, Марк Валерианович Тяпкин, Игорь Константинович Хайлов, Александр Сергеевич Крылов, Евгений Александрович Кривошеев, все — сотрудники ИТМиВТ, всего двенадцать человек. А все вместе — "чёртова дюжина".

На повестке дня стояла сама уже вроде бы сформированная концепция построения советской микроэлектронной промышленности на годы вперёд. Работая над системой ОГАС, центральным сервером системы, получая огромные объёмы документов из будущего в голове Лебедева созревала идея. И вот, в один прекрасный момент она, наконец, сформировалась и была коротка и ёмка: "Опять же всё просрём, эх, БЛЯДЬ!".

Мда, не самая гармоничная мысль, но она позволила сконцентрироваться и начать наконец думать не о сиюминутных проблемах, но о самой концепции построения микроэлектроники СССР. И вывод напрашивался сам собой разумеющийся: до 7 апреля 1964 года СССР должен представить миру линейку универсальных ЭВМ с высочайшим быстродействием, продуманной архитектурой рассчитанной на следующие пятьдесят лет, с огромными возможностями поддержки устройств ввода/вывода, виртуализацией памяти и т.д. и т.д. А путь, по которому идёт советская промышленность в данный период нельзя назвать в полной мере соответствующим данным требованиям. Это лишь затыкание дырок. Проект ОГАС построенный на ЭВМ с архитектурой 32 бит — очень хорош, для своих целей, но не для завоевания мирового рынка. Не он будет задавать стандарты на следующие десятилетия. Не на него будут равняться. А следовательно?

Рынку требовалось иное. И Лебедев начал собирать вокруг себя единомышленников, заражая каждого грандиозностью намечающегося проекта.

Ежедневные вечерние споры во всё расширяющемся кругу, расчёты, планирование работ, распределение направлений, дробление сложных участков на множество мелких и простых и вот, однажды, посчитав собравшихся Сергей Алексеевич внезапно осознал, что это уже серьёзная большая команда. Вокруг него и его идеи собралось 84 человека! У большинства из них были семьи, дети, но они уже третий час после работы переводили мел черкая линии между квадратиками на доске (условными блоками), кто-то прямо тут же чертил алгоритм работы, другой тут же рядом набрасывал черновой вариант электрической схемы. Час настал. Всё сложилось. Дальше ждать было бессмысленно. Собрав все намётки по проекту в одну папку, Сергей Алексеевич набрал номер приёмной Самого и записался в ближайшее окно на приём. А в папке у Лебедева был черновой набросок архитектуры, часть из которого можно привести тут, опустив некоторые моменты:

Архитектура полупроводниковой ЭВМ проект "Содружество" БЭСМ-6

1. Порядок записи: от старшего к младшему.

2. Многостадийный конвейер, внеочередное исполнение инструкций, механизм переименования регистров.

3. Три блока (набора) команд:

а. 12 бит — микрокоманды;

б. от 13 до 48 бит — основной блок команд, набор основного блока команд — ортогональный.

в. от 49 до 60 (48+12) — расширенный блок команд (редкоиспользуемый), изначально на уровне компилятора есть возможность расширенный блок команд представить несколькими командами из основного блока, что немного снизит быстродействие. Таким образом, сохраняется возможность использования исходных кодов на машинах без расширенного блока команд.

4. Микрокод (60-ти битный).

5. Поддержка виртуальной памяти в основном режиме работы ЦБ. Так же есть специальный режим работы в реальном времени без виртуализации памяти.

6. Книжно-страничное распределение памяти с возможностью применения интерливинга (интерливингом управляет контроллер памяти, а главная его задача — уменьшить время обращения с памятью):

а. Память разделяется на 4096 томов (2^12). По умолчанию в БЭСМ-6.0 первого поколения на уровне микрокода есть только том "0", т.е. первые (от старшего к младшему) 12 бит адреса не записываются.

— — — — — — — — —

Таким образом, первые 12 бит отводятся на реализацию сокращённого (быстрого, или микро) набора команд, //некий совсем маленький "THUMB" но не через заднее место реализованный//.

Позже, при расширении адресации, микрокоманды используются из дублирующего блока, а расширенный блок команд не используется.

— — — — — — — — —

б. Тома делятся на книги, всего максимум 4096 книг.

в. Книги могут содержать до 4096 страниц.

г. Размер страницы: 49152 бит или 4096 байт (1 байт=12 бит).

Для организации памяти потребно:

г.1а. Реализовать полупроводниковую микросхему статической памяти 256x12 (3072 бита)(адресация — 8 бит: 256 строк по 12 бит),

г.1б. Реализовать ГИС статической памяти из 16-ти полупроводниковых микросхем 256х12 (адресация — 12 бит),

г.1в. Реализовать модуль кэш памяти 2-го уровня из 8 ГИС (модуль кэша процессора 32 Кбайт, всего модулей для БЭСМ-6.1 — 2 шт. Т.е. кэш — 64Кбайт).

г.2а. Реализовать полупроводниковую микросхему динамической памяти 512х12 (6144 бит) (адресация — 9 бит: 2 банка по 256 строк по 12 бит),

г.2б. Реализовать ГИС динамической памяти из 16-ти полупроводниковых микросхем 512х12,

г.2в. Реализовать модуль динамической памяти из 8 ГИС (планка оперативной памяти DRAM на 64 Кбайт (байт=12 бит)).

— — — — — — — — —

7. Адресация БЭСМ-6.1 таким образом составляет 36 бит: 12 бит — книги, 12 бит — страницы, 12 бит — смещение на странице.

8. Следовательно при помощи 36 бит реализуется адресация: 68'719'476'736 12-ти битных слов (байт) или 64 ГБ (1 байт = 12 бит).

9. Организация шин — система ПАНТЕОН (нечто подобное, упрощённая — https://cds.cern.ch/record/292482?ln=hr).

а. СВАРОГ-60.1/2/4/8/12/16 (стандарт на несколько разноскоростных Системных Внутренних Асинхронных Рекурсивно (читай многопроцессорно http://www.computer-museum.ru/histussr/rvm.htm) Организованных Главных (генеральных) шин) — асинхронная, адрес/данные — мультиплексирование. Некая помесь SCI и VME320 (только работающая на частотах 8,3 / 16,67 / 33 / 66 / 100 / 133 МГц) по организации и скоростям, но интерфейсные слоты PCI-подобные. Поддержка "Подключи и Работай" (PnP).

б. Универсальная шина МаКоШь-60 ( Масштабируемая Когерентная Шина —SCI https://ru.wikipedia.org/wiki/SCI). Фактически, совместимая с шиной СВАРОГ, но использующаяся в качестве быстрой сетевой в кластерных системах.

в. Внешние шины:

в1. ППНТ 12/24 (Последовательный Протокол Накопителей Точка-точка, фактически медленный (до 1 Гбит/сек) SAS ru.wikipedia.org/wiki/Serial_Attached_SCSI ).

в2. ПАУК 8/12 (Приёмопередатчик Асинхронный Универсальный с Контролем чётности — https://ru.wikipedia.org/wiki/UART в реализации АИ имел несколько вариантов работы наряду с 8-N-1/7-Е-2 подобными и 12-N-1/11-E-2).

10. Контроллер Прямого Доступа к Памяти (КПДП-61).

11. Математический сопроцессор:

а. Работа с числами половинной точности на базе 24 битного слова,

б. Работа с числами одинарной точности на базе 48 битного слова,

в. Работа с числами двойной точности на базе 96 битного слова.

12. Кодировка символов: 8-12 бит/16-24 бит.

а. Таблицы кодировки построены по принципу последовательного расширения пространства адресов.

б. Для кодировки символов применяются две основные таблицы — Уникод12 и Уникод24 (стандартизированы ГОСТ СССР, ВЭС, СЭВ и ИСО/МЭК в 1962 году). Первые 256 символов У12 могут приниматься/передаваться при помощи восьмибитной кодировки (отбрасываются первые 4 бита -0000-), управляющие символы полностью совпадают по кодировке с ASCII, так же через 8-ми битную кодировку поддерживается работа с таблицами ASCII.

в. В заголовке текстового документа вносится 24-х битный (2 байта) маркер (3 символа 8 бит: У; 0, 1 или 2; 2, 4, 6 или 8, т.е. У08; У12; У16, У24, при отсутствии маркера текст принимается за кодированный таблицей ASCII). Если в текст требуется добавить символы из другого набора, используется комбинация: управляющий символ SO + маркер 2 байта + текст в кодировке согласно маркеру + управляющий символ SI. После чего дальнейший текст кодируется согласно заголовка текстового файла.

г. У08 — упрощённая кодировка, используются только первые 256 символов У12, содержит: управляющие символы (33), коды десятичных цифр (в двоично-десятичном представлении, коды от 000000110000 до 000000111001) (10), знаки пунктуации(32), диакритические символы (20), математические символы (15), кириллица (66 символов по порядку: А.а.Б.б.В.в.Г.г.Д.д и т.д.), знак рубля (современный), знак копейки (примерно такой — https://yadi.sk/i/TunKKPSQiDw3N), знаки иностранных валют (доллар, фунт, франк, марка, лира, общий и т.д. — 8 шт.) — итого 186 кодов.

Остальные 70 символов — "объединённая латиница" (французская, испанская, немецкая и т.д.) включая лигатуры, 27 пар букв (включая испанскую пару N с тильдой), три пары лигатур: AE / ae, OE / oe, SS / ss, и две пары испанских диграфов Ch / ch, Ll / ll и три пары немецких умляутов — A: / а:, О: / о:, U: / u: (точки над символами).