Михайло Олександрович Карцев Видатний конструктор вітчизняних обчислювальних комплексів
У книзі простежується історія та еволюція комп'ютерного світу, яку можна умовно поділити на кілька періодів: період, що передує комп'ютерній епосі; період створення перших комп'ютерів та появи перших мов програмування; період становлення та розвитку комп'ютерної індустрії, виникнення комп'ютерних систем та мереж; період створення об'єктно-орієнтованих мов програмування та нових комп'ютерних технологій. Кожен із розділів книги присвячений окремому періоду, винахідникам, конструкторам та програмістам — архітекторам комп'ютерного світу.
Для широкого кола читачів
Архітектори комп'ютерного світу
Михайло Олександрович Карцев Видатний конструктор вітчизняних обчислювальних комплексів
Михайло Олександрович Карцев
Видатний конструктор вітчизняних обчислювальних комплексів
Михайло Олександрович Карцев
Михайло Олександрович Карцев був одним із найяскравіших розробників обчислювальних машин, комплексів та систем.
Вже в першій його обчислювальній машині М-2 були успішно реалізовані нові на ті часи такі технічні рішення, як елементи сторінкової організації пам'яті та поєднання операцій з фіксованою та плаваючою точкою. Він був розробником однієї з перших у країні машин М-4 другого покоління на транзисторній елементній базі, причому на основі модернізованого варіанта машини (М4-2М) було побудовано перші кластери (багатомашинні обчислювальні комплекси). Повною мірою ідея багатомашинних обчислювальних комплексів знайшла своє відображення в проекті системи М-9 та багатопроцесорної системи М-10 з програмно-перебудовуваною лінійкою синхронних процесорів та векторною архітектурою. На базі 76 систем М4-2М та М-10 було створено та перебував у постійній цілодобовійексплуатації найбільший у нашій країні багатомашинний обчислювальний комплекс, об'єднаний каналами даних завдовжки десятки тисяч кілометрів. На системі М-10 були проведені складні наукові експерименти з моделювання плазми та вперше у світі отримані дані щодо явища колапсу в плазмі, що не вдалося зробити американським вченим на комп'ютері CDC-7600.
М. А. Карцев був одним із перших розробників системи четвертого покоління М-13, в якій використовувалися як елементна база БІС (великі інтегральні схеми). Багатопроцесорна система М-13 була першою в нашій країні обчислювальною системою із векторно-конвеєрною архітектурою.
М. А. Карцев був одним із ініціаторів у нашій країні використання досягнень оптоелектроніки у обчислювальних комплексах. Вперше в його інституті (НДІ обчислювальних комплексів) було реалізовано волоконно-оптичну систему для багатомашинного комплексу, що складається з шести машин М-10.
Обчислювальна машина М-4 ознаменувала нову віху в діяльності М. А. Карцева як головного конструктора, причому машина за багатьма своїми характеристиками була на рівні найкращих світових зразків комп'ютерної техніки на той час (про це ми дізналися лише в 90-ті роки, а в 60 -Х роках інформація про неї була закритою, т. К. М-4 використовувалася в системах раннього попередження про ракетний напад - СПРН).
По-перше, М-4 була однією з перших вітчизняних машин, побудованих на транзисторах; по-друге, вперше була використана гарвардська архітектура, в якій пам'ять розділена на пам'ять даних та пам'ять програм з метою підвищення стійкості до відмов та надійності машини; по-третє, у М-4 вперше було впроваджено периферійні процесори (вони з'явилися в комп'ютерах третього покоління — канали введення-виведення) для усуненняпротиріччя між продуктивністю центрального процесора та зовнішніх пристроїв; по-четверте, з метою збільшення швидкодії, в арифметико-логічному пристрої була апаратно реалізована операція вилучення квадратного кореня.
У 1960 році Загорський електромеханічний завод випустив дві машини, одну з них відправили на полігон, де в комплексі з РЛС "Дніпро" ця машина пройшла успішні випробування, після яких модернізований варіант М-4 був запущений у серійне виробництво. У модернізованому варіанті машини, яка спочатку називалася М-4М, а потім М4-2М, були усунені недоліки, що були в М-4, що зробило її більш технологічною у виробництві та налаштуванні. Замість встановленої технічним завданням швидкодії 100 тисяч операцій на секунду М4-2М виконувала 220 тисяч операцій на секунду, її виробництво тривало до 1985 року, а використання — до середини 90-х. На базі М4-2М були побудовані перші кластери (багатомашинні обчислювальні комплекси), що працюють у реальному масштабі часу.
Обчислювальний комплекс М-4М
За результатами наукових досліджень, наведених при розробці М-4, Карцевим було захищено докторську дисертацію, а 1967 року йому присуджено Державну премію СРСР.
Необхідно відзначити, що паралельно зі створенням М-4 в ІНЕУМ розроблялася машина М-5 цивільного застосування. Своїм задумом ця машина передбачала багато принципів побудови машин як третього, а й четвертого поколінь. Вона замислювалася як багатопрограмна та багатотермінальна обчислювальна машина зі сторінковою організацією пам'яті, яка могла працювати як у пакетному режимі, так і в режимі розподілу часу. Авторство цих та багатьох інших ідей, закладених у структуру М-5, належало М. А. Карцеву, він же бувспочатку призначений головним конструктором цієї машини. Але через деякий час Брук вважав, що Карцеву слід більше уваги приділяти взаємодії з виробниками та замовниками М-4, і усунув його від роботи над М-5, розділивши колектив на дві спецлабораторії. Для М. А. Карцева, за спогадами колег, це був важкий момент у житті, тому що їм дуже багато було вкладено в М-5.
Подальша доля машини склалася невдало. Виготовлена в єдиному екземплярі і яка не отримала технологічної опори в серійному виробництві, за спогадами В. Ф. Дорфмана, вона зрештою була розібрана на деталі, які були продані в магазині "Піонер".
М. А. Карцеву більше не судилося повернутися до громадянської тематики, всі його наступні машини призначалися для оборонної промисловості.
Вже 1967 року ним було розроблено проект багатомашинного обчислювального комплексу М-9. За спогадами Б. Н. Малиновського комплекс М-9 "включав процесор управління і чотири різновиди обчислювальних машин: функціонально-операторну, числову, асоціативну і зовнішній обчислювач.
Основна ідея, закладена в М-9, полягала в тому, що структура обчислювальних машин повинна бути розрахована на роботу не з окремими числами, а з групами чисел, що є наближеними уявленнями функцій або багатовимірними векторами. Іншими словами, повинні бути враховані більш глибокі смислові зв'язки в інформації, ніж зв'язки, що враховуються в існуючих машинах: не тільки між окремими розрядами одного числа, а й між окремими числами, що є значенням однієї функції. Відповідно всі машинні операції повинні бути визначені не над просторами чисел, а над просторами функцій. До цих операцій можуть входити додавання, відніманнята множення функцій, порівняння функцій, аналогічні операції над функцією та числом, відшукання максимуму функцій, обчислення невизначеного інтеграла, обчислення певного інтеграла від похідної двох функцій, зсув функції по абсцисі тощо.
Багато з цих операцій можуть бути витлумачені як відомі операції над векторами: складання та віднімання функцій - як додавання і віднімання векторів, обчислення певного інтеграла від похідної двох функцій - як обчислення скалярного твору двох векторів, зсув функцій по абсцисі - як поворот вектора щодо осей координат і т.д.
Головна відмінність такої машини (названої Карцевим функціонально-операторною) від звичайної полягала в організації взаємодії арифметичних пристроїв. Вони працювали від одного загального тактового генератора. Причому кожна машина виконувала свою операцію протягом одного або двох тактів, а в кінці кожної операції та на початку наступної забезпечувався (без будь-яких додаткових втрат часу) обмін інформацією між виходом будь-якого АУ та входом будь-якого ЗП (запис попередніх операцій) та між входом будь-якого АУ та виходом будь-якого ЗУ (читання вихідних даних для наступної операції), а також між АУ.
Векторна числова машина, включена до складу М-9, здійснювала операції над частинами функцій або багатовимірними векторами. Асоціативна машина, володіючи високою продуктивністю, брала на себе більшу частину "некваліфікованої" роботи з переборів та впорядкування масивів інформації. Числова машина працювала за самостійною програмою та за програмою, синхронізованою з іншими машинами комплексу.
Включення до синхронної роботи різнорідних обчислювальних машин дозволяло комплексу зберегти високу продуктивність при роботі з різнорідною інформацією та робилойого універсальним обчислювальним засобом на вирішення широкого класу завдань, потребують дуже високої продуктивності " .
Успішна експлуатація макета М-9 показала багато його переваг, але промислового освоєння не отримав. Надалі векторна числова машина комплексу М-9 була покладена основою багатопроцесорної обчислювальної системи М-10.
Для М. А. Карцева 1967 виявився знаменним - був організований Науково-дослідний інститут обчислювальних комплексів (НДІВК), основу якого становив колектив його відділу ІНЕУМу, а він був призначений директором інституту.
М-10 являла собою багатопроцесорну синхронну систему із середньою продуктивністю 5 млн операцій в секунду і внутрішньою пам'яттю ємністю 5 Мбайт. Як елементну базу були використані мікросхеми серії 217 ("Посол"). М-10 мала здатність вести паралельну обробку даних різних форматів, динамічно змінювати кластеризацію процесорів для відповідності формату даних.