БЭСМ

БЭСМ — серия советских электронных вычислительных машин (ЭВМ) общего назначения, разработанных в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) АН СССР под руководством академика С. А. Лебедева. Аббревиатура расшифровывается как «Большая электронная счётная машина». ЭВМ серии БЭСМ выпускались с начала 1950-х до конца 1980-х годов и являлись основным инструментом для научных расчётов, оборонных задач, космических программ и атомного проекта в СССР. На момент создания каждая новая модель серии входила в число самых производительных компьютеров в мире, а БЭСМ-6 стала одной из наиболее массовых и долгоживущих советских ЭВМ.

История

Предпосылки и начало разработки

В конце 1940-х годов в СССР остро стояла задача создания вычислительной техники для решения сложных математических задач, связанных с атомной физикой, баллистикой и аэродинамикой. В 1948 году С. А. Лебедев, работавший в Киеве, создал МЭСМ (Малую электронную счётную машину) — одну из первых в континентальной Европе ЭВМ с хранимой программой. Успех МЭСМ показал принципиальную возможность создания более мощных машин. В 1950 году Лебедев переехал в Москву и возглавил ИТМиВТ, где началась работа над проектом БЭСМ.

БЭСМ-1 (1952)

Первая модель серии, БЭСМ-1 (впоследствии переименованная в БЭСМ-1 после появления БЭСМ-2), была разработана к 1952 году. Она строилась на электронных лампах (около 4000 штук) и использовала память на ртутных линиях задержки. Быстродействие составляло около 8–10 тысяч операций в секунду. Машина была введена в опытную эксплуатацию в 1953 году и использовалась для расчётов ядерных реакторов, траекторий ракет и задач метеорологии. Однако из-за сложностей с поставками комплектующих (в частности, ферритовой памяти) серийное производство БЭСМ-1 не было налажено — изготовлено всего несколько экземпляров.

БЭСМ-2 (1955)

БЭСМ-2 стала модернизацией первой модели с заменой ртутных линий задержки на ферритовую память (2048 слов). Быстродействие возросло до 10–12 тысяч операций в секунду. Машина выпускалась малой серией на заводе имени Володарского (Ульяновск). БЭСМ-2 применялась для расчётов в Институте атомной энергии, Институте прикладной математики АН СССР и других организациях. На ней, в частности, решались задачи по проектированию первой советской водородной бомбы.

БЭСМ-3М (1958) и БЭСМ-4 (1962)

БЭСМ-3М (иногда называемая БЭСМ-3) была промежуточной моделью, разработанной на смену БЭСМ-2. Она использовала полупроводниковые диоды и ферритовую память, что повысило надёжность и производительность (до 20–25 тысяч операций в секунду). Однако массового производства не последовало — машина выпускалась в единичных экземплярах.

БЭСМ-4 стала первой полностью полупроводниковой ЭВМ серии (на дискретных транзисторах и диодах). Быстродействие достигло 25–30 тысяч операций в секунду. Память — ферритовая, объёмом 4096 слов. БЭСМ-4 выпускалась серийно на Казанском заводе ЭВМ (с 1962 по 1965 год, изготовлено около 30 машин). Она использовалась в научно-исследовательских институтах и вузах для инженерных и научных расчётов.

БЭСМ-6 (1965)

Наиболее известная и массовая модель серии. БЭСМ-6 была разработана в 1964–1965 годах под руководством С. А. Лебедева и В. А. Мельникова. Она строилась на транзисторах (около 60 000 шт.) и ферритовой памяти с объёмом 32 768 слов (до 192 Кбайт в поздних модификациях). Быстродействие — до 1 миллиона операций в секунду, что на момент создания было одним из лучших показателей в мире. БЭСМ-6 отличалась оригинальной архитектурой: конвейерная обработка команд, асинхронный принцип работы, страничная организация памяти, поддержка многопрограммного режима.

Серийное производство БЭСМ-6 было развёрнуто на Московском заводе счётно-аналитических машин (САМ) и на Казанском заводе ЭВМ. Всего с 1965 по 1987 год выпущено около 355 машин (по другим данным — до 500 с учётом модификаций). БЭСМ-6 стала основной вычислительной машиной для советской космической программы (расчёты траекторий полёта «Востоков» и «Союзов»), атомного проекта, гидро- и аэродинамики, метеорологии и криптографии. На БЭСМ-6 работали многие поколения советских математиков и программистов.

Последующие модели (БЭСМ-7, БЭСМ-10)

После БЭСМ-6 в ИТМиВТ разрабатывались проекты более мощных машин — БЭСМ-7 (на интегральных схемах, быстродействие до 10 млн оп/с) и БЭСМ-10 (суперкомпьютер с производительностью до 100 млн оп/с). Однако эти проекты не были доведены до серийного производства из-за переориентации советской промышленности на унифицированный ряд ЕС ЭВМ (аналог IBM System/360). БЭСМ-7 существовала в единичном опытном образце, БЭСМ-10 — только в виде проекта и макетов. Серия БЭСМ фактически завершилась в конце 1980-х годов.

Архитектура и устройство

Общие принципы

Все модели БЭСМ, за исключением БЭСМ-1/2, являлись машинами с двоичной системой счисления и фиксированной разрядностью слова. Разрядность слова составляла 48 бит (в БЭСМ-6 — 48 разрядов, из них 1 знаковый, 39 мантисса, 8 порядок для чисел с плавающей запятой). Команды были одноадресными (за исключением некоторых моделей с трехадресной системой). Память — ферритовая (в БЭСМ-1 — ртутные линии задержки, в БЭСМ-2/3 — ферритовая, в БЭСМ-4/6 — ферритовая с увеличением объёма).

БЭСМ-6: особенности архитектуры

БЭСМ-6 имела ряд новаторских решений:

• Конвейерная обработка: команды выполнялись в несколько последовательных этапов (выборка, дешифрация, исполнение), что позволяло совмещать операции и повышать производительность.
• Асинхронный принцип: тактовый генератор отсутствовал, синхронизация осуществлялась по готовности данных.
• Страничная память: виртуальная память объёмом до 256 страниц по 2048 слов, что позволяло эффективно использовать ограниченный объём оперативной памяти.
• Многопрограммный режим: БЭСМ-6 могла одновременно выполнять до 16 программ (позднее — до 32) с аппаратной защитой памяти.
• Система прерываний: развитая система аппаратных прерываний для управления вводом-выводом и обработки ошибок.

Периферия

К БЭСМ подключались разнообразные устройства ввода-вывода: перфоленты (пяти- и восьмидорожечные), перфокарты, магнитные ленты (типа НМЛ), магнитные барабаны (для хранения данных), алфавитно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ), графопостроители. В поздних модификациях БЭСМ-6 использовались накопители на магнитных дисках (типа НМД) и дисплеи (например, «Электроника»). Скорость ввода-вывода была значительно ниже вычислительной, поэтому для ускорения применялись специализированные процессоры ввода-вывода (каналы).

Программное обеспечение

Операционные системы

Для БЭСМ-6 было разработано несколько операционных систем (ОС), наиболее известные:

• ДИСПАК (Диспетчерская система пакетной обработки) — первая ОС для БЭСМ-6, ориентированная на пакетный режим.
• ДУБНА — более совершенная ОС с поддержкой многопрограммности, развитой файловой системой и средствами удалённого доступа.
• ОС ИПМ — операционная система, разработанная в Институте прикладной математики АН СССР, с поддержкой интерактивного режима и диалоговых языков.

Языки программирования

На БЭСМ-6 использовались различные языки программирования:

• АЛГОЛ-60 — наиболее распространённый язык для научных расчётов. Трансляторы с АЛГОЛа были реализованы в нескольких версиях (АЛГОЛ-БЭСМ, АЛГОЛ-ДУБНА).
• Фортран — позднее появились реализации Фортрана (Фортран-БЭСМ, Фортран-ДУБНА).
• Машинно-ориентированные языки — автокоды (например, АКИ-400) и ассемблеры для низкоуровневого программирования.
• Интерпретаторы — для обработки символьной информации и задач искусственного интеллекта (например, язык ЛИСП).

Прикладное ПО

Для БЭСМ-6 были созданы обширные библиотеки математических подпрограмм (решение систем линейных уравнений, дифференциальных уравнений, задач оптимизации), пакеты прикладных программ для аэродинамики, ядерной физики, сейсмологии, экономики.

Применение

Научные расчёты

БЭСМ-6 использовалась в ведущих научных институтах СССР: Институте прикладной математики АН СССР (ИПМ), Институте атомной энергии (ныне НИЦ «Курчатовский институт»), Институте проблем механики АН СССР, Вычислительном центре АН СССР. На ней решались задачи:

• Моделирование ядерных реакторов и термоядерных процессов.
• Расчёты траекторий космических аппаратов (программа «Восток», «Союз», «Луна», «Венера»).
• Гидро- и аэродинамика (обтекание тел, расчёт крыла самолёта).
• Метеорология (численный прогноз погоды).
• Сейсмология (обработка данных сейсмостанций).

Оборонные задачи

БЭСМ-6 применялась для расчётов в оборонной промышленности: проектирование ракетной техники, ядерного оружия, систем противоракетной обороны. Машины устанавливались в закрытых вычислительных центрах Министерства обороны и Министерства среднего машиностроения.

Образование

БЭСМ-6 использовалась в учебном процессе ведущих вузов СССР (МГУ, МФТИ, МИФИ, НГУ, ЛГУ). Студенты и аспиранты проходили на ней практику по программированию и численным методам.

Значение и наследие

Вклад в мировую вычислительную технику

БЭСМ-6 на момент создания (1965) была одной из самых производительных ЭВМ в мире, уступая лишь некоторым американским суперкомпьютерам (например, CDC 6600). Она продемонстрировала высокий уровень советской инженерной школы и заложила основы для последующих разработок в области суперкомпьютеров. Архитектурные решения БЭСМ-6 (конвейер, асинхронность, страничная память) были новаторскими и повлияли на развитие вычислительной техники.

Влияние на советскую науку и промышленность

БЭСМ-6 стала основным инструментом для выполнения масштабных научных и оборонных расчётов в СССР на протяжении более 20 лет. Без неё были бы невозможны многие достижения советской космонавтики, атомной энергетики и авиастроения. Машина также способствовала развитию советского программирования и численных методов.

Музейные экспонаты

Несколько экземпляров БЭСМ-6 сохранились в музеях: Политехнический музей (Москва), Музей вычислительной техники (Москва, Зеленоград), Музей истории вычислительной техники (Казань), Музей МФТИ (Долгопрудный), Музей ВЦ АН СССР (Москва). В 2010-х годах были предприняты попытки восстановления работоспособности отдельных машин (в частности, в Политехническом музее), однако из-за отсутствия оригинальных комплектующих и документации полное восстановление затруднено.

Интересные факты

• БЭСМ-6 потребляла около 150 кВт электроэнергии и занимала площадь около 200 м² (с периферией).
• Машина охлаждалась воздухом с помощью мощных вентиляторов, что создавало постоянный шум в машинном зале.
• На БЭСМ-6 работали такие известные советские математики и программисты, как А. А. Самарский, Н. Н. Яненко, В. М. Глушков, А. П. Ершов.
• В 1970-х годах на БЭСМ-6 была реализована одна из первых в СССР систем распознавания речи.
• БЭСМ-6 экспортировалась в страны социалистического лагеря (ГДР, Польша, Чехословакия, Болгария, Венгрия, Румыния, Куба, Китай).

Источники

• Лебедев С. А. «Большие электронные счётные машины» (сборник статей). — М.: Наука, 1967.
• Мельников В. А. «БЭСМ-6: архитектура и программное обеспечение». — М.: Наука, 1975.
• Ершов А. П. «Программирование на БЭСМ-6». — М.: Наука, 1974.
• «История отечественной вычислительной техники» (под ред. В. И. Грубова). — М.: Радио и связь, 1994.
• «Советские ЭВМ: от МЭСМ до Эльбруса» (сборник статей). — М.: Издательство МФТИ, 2008.
• Документация ИТМиВТ АН СССР (архивные материалы).