Кибернетическая картина мира. Есть многое на свете, друг Горацио, что недоступно нашим
 Скачать 14.04 Mb.
|
|
таблица модификаций БцВМ орбита-20, выпускаемых в период 1973 – 1990 гг. Аппаратная модификация Количество программных модификаций область применения орбита-20-1 7 НК легких самолетов орбита-20-6 6 Системы индикации орбита-20-7 7 НК спецобъектов орбита-20-11 12 НК тяжелых самолетов орбита-20-12 орбита-20-20 орбита-20-22 2 Спецприменение орбита-20-23 1 ПрНК самолета МиГ-29 орбита-20-42 6 НК тяжелых самолетов орбита-20-86 1 НК самолета Ил-86 орбита-20-700 12 НК спецобъектов орбита-20-750 8 ПрНК вертолетов Конец периода показан условно, так как образцы БцвМ орбита- 20 выпускались отдельными партиями и в последующие годы. Модификации этого типа применялись в малоразмерных ЛА и многомашинных самолетных комплексах для гибкого подбора их ресурсов. На рис. 20 приведена система индикации для самолета МиГ-29, в которой использована модификация БцвМ орбита-20. На рисун- ке три левых блока – БцвМ орбита-20-6. в центре – кабинные ин- дикаторы: индикатор навигационной и тактической информации и индикатор прямого видения (телевизор). 334 Рис. 19. Общий вид экзотической модификации базовой БЦВМ Орбита-20 (крышка снята и видны панели) Рис. 20. Общий вид системы единой индикации для самолетов МиГ-29 Самолет МиГ-29 Своеобразной была модификация БцвМ, которая являлась пе- реходным вариантом между БцвМ орбита-20 и БцвМ следующего поколения. Изделие представляло собой многоцелевую трехканаль- ную вычислительную систему с возможностью гибкой аппаратно- программной коммутации каналов. внешний вид БцвМ со снятой крышкой представлен на рис. 21. здесь впервые в практике оКБ «электроавтоматика» был при- менен кондуктивный метод охлаждения блока БцвМ. Работа была доведена до поставок опытных образцов, но в дальнейшем закрыта в связи с прекращением работ на головном объекте у заказчика. 335 Надо отметить, что успешное выполнение большого объема по- ручаемых оКБ «электроавтоматика» опытно-конструкторских работ в области БцвМ в значительной степени обеспечивалось как конечными, так и промежуточными результатами разнообразных выполняемых одновременно или с опережением НИР. возможность такой организации работ обеспечивалась наличи- ем в составе оКБ «электроавтоматика» специального отделения по разработке БцвМ, коллектив которого планомерно разрабатывал свою тематику и поэтому постоянно был готов к выполнению оче- редного конкретного оКР. Ниже в качестве примера приведены наименования некоторых НИР, проводимых в интересах следующих поколений БцвМ: – разработка комплексной аппаратурно-элементной программы перспективного развития аппаратуры по обработке и передаче ин- формации, включая БцвМ и изделия электронной техники; – исследования по созданию бортовых эвМ нового поколения; – разработка управляющей вычислительной системы с гибкой архитектурой; – разработка зУ большой емкости для современных и перспек- тивных комплексов; – исследование методов и средств автоматизации проектирова- ния и отработки математического обеспечения комплексов с пер- спективными БцвМ; – исследование методов отработки программ комплексов с цвМ80 на многомашинной вычислительной системе. Первая НИР, посвященная комплексной программе и относя- щаяся к 80-м гг. прошлого века, представляет значительный ин- Рис. 21. БЦВМ80-307ХХ «Сигма» 336 терес, так как это была совместная программа двух союзных ми- нистерств: авиационной и электронной промышленности. Преиму- щества такой организации очевидны, они обеспечивают синхрон- ную разработку элементной базы и БцвМ. Кроме того, заранее известны ориентировочные параметры разрабатываемых изделий электронной техники. Подводя некоторый итог работ, можно отметить, что конец 70-х гг. XX в. в рассматриваемой области характеризовался даль- нейшей разработкой все большего количества модификаций БцвМ орбита-20 для расширяющегося круга потребителей, участие в се- рийном освоении образцов машин на Уфимском и Чебоксарском приборостроительных заводах, помощь в эксплуатации выпущен- ных образцов. однако, несмотря на сказанное выше, следовало своевременно, загодя проводить разработку следующих БцвМ, обладающих бо- лее высокими потребительскими свойствами. эти БцвМ должны были появиться не позднее того времени, когда возможности БцвМ орбита-20 будут исчерпаны. Стремясь сохранить непрерывность линии развития своей тема- тики, а также проводя планомерное улучшение характеристик из- делий, сотрудники оКБ «электроавтоматика» в 1973 г. приступи- ли к разработке БцвМ на БИС. в порядке подготовки этой работы были разработаны своими силами варианты функциональных схем этих БИС с ориентацией на производственные возможности пред- приятий Министерства электронной промышленности. БцвМ четвертого поколения получила наименование цвМ80 (другое название – «Гамма»), при ее проектировании были исполь- зованы процессорные секции БИС серии 1804 и БИС полупроводни- ковых зУ – полупостоянные с электрической записью информации и ультрафиолетовым стиранием и постоянные с выжиганием плав- ких перемычек в структуре полупроводника. эта разработка должна была, как и раньше, для БцвМ третье- го поколения орбита-20, стать базовой для отрасли в качестве цен- трального вычислителя для различных авиационных комплексов и для управления отдельными системами в качестве периферийных вычислителей а также для тренажеров. Характеристики БцвМ должны были обладать свойством измене- ния в широких пределах в соответствии с требованиями заказчика. Разработчикам было ясно, что период развития БцвМ четвер- того поколения будет длительным, с количественным изменением 337 ее характеристик, но не качественным, дающим право перехода к следующему поколению техники. все это определялось соот- ветствующим этапом развития отечественной элементной базы, с одной стороны, и особенностями фон-неймановской архитектуры БцвМ, с другой. Тем не менее, происходило неуклонное совершенствование эле- ментной базы машин и содержание их постепенно, в рамках одно- го поколения, изменялось. в связи с этим было естественным раз- делить БцвМ одного, в данном случае – четвертого поколения на подгруппы – генерации. При создании БцвМ четвертого поколения был применен уже проверенный базовый метод: базовая БцвМ и ее аппаратные и про- граммные модификации. одним из отличительных признаков БцвМ четвертого поколе- ния являлось то, что система команд в них была совместима с на- земными универсальными эвМ, такими как М6000, СМ4, а для объединения функциональных модулей, входящих в цвМ, стала применяться стандартная системная шина, используемая в уни- версальных эвМ. Последнее обстоятельство позволяло отрабатывать бортовые про- граммы на лабораторных стендах, укомплектованных универсаль- ными эвМ, что значительно сокращало сроки разработки По. это являлось по сути дела первыми попытками использовать отработан- ные промышленные технологии в специализированных цвМ. Комбинированная структурная схема такого стенда, именуе- мого рабочее место программиста (РМП), приведена на рис. 22. На структурной схеме РМП термин «отрабатываемая цвМ» в блоке Рис. 22. РМП85 338 цвМ80-400 неточен, так как отрабатывается не цвМ, а програм- ма, загруженная в зУ цвМ. Первая генерация цвМ80 получила индекс цвМ80-1ХХХХ, в котором первые два символа ХХ определяют аппаратную моди- фикацию, а два последующих – программную. Базовой цвМ80-1ХХХХ стала ее первая модификация – цвМ80- 10300 для навигационного комплекса пассажирского самолета Ту- 154. На основе Кд базовой цвМ разрабатывалась Кд модифика- ций. это экономило время разработки каждой модификации. Кроме базовой цвМ одновременно был разработан и передан заказчикам ряд образцов этой модификации для различных само- летных систем. в дальнейшем все модификации первой генерации были заменены на четвертую генерацию как более совершенную и полностью совместимую для потребителей с первой. При создании первой генерации цвМ четвертого поколения пришлось решить много сложных технических вопросов. Следует отметить высокий уровень проектирования и большой вклад таких разработчиков как Л. П. Горохов, Г. Я. Щучинская, И. в. Куликов, о. А. Кизик, С. А. Лукьянченко, А. Мякошин, М. И. Шмаенок, А. П. данилов, Е. Е. Хныкин, М. И. Гуревич, новаторов механиков и монтажников. вычислительные машины третьей генерации цвМ80-3ХХХХ имели вдвое меньший размер панелей (относительно первой генера- ции) и как следствие – меньший общий габарит. эти цвМ исполь- зовались, в основном, на легких самолетах в варианте встроенной аппаратуры. Предназначались они для работы в составе инерци- альных систем, систем управления оружием, систем индикации. эти цвМ разрабатывались, начиная с 1981–1982 гг., и к 1985 г. существовало четыре аппаратные модификации, программных было больше. Самолет Ту-154 339 друг от друга аппаратные модификации отличались наборами модулей и конструктивной компоновкой – это были либо монобло- ки, либо наборы модулей. Модификации цвМ80-3ХХХХ: цвМ80-303ХХ – набор их двух модулей для работы в составе инерциальной системы, цвМ80-302ХХ – моноблок, пользовательский интерфейс ради- ального типа по ГоСТ18977-79. эти БцвМ применялись, в основ- ном, на гражданских объектах, цвМ80-307ХХ – упомянута выше, цвМ80-308ХХ – моноблок, пользовательский интерфейс после- довательного типа (мультиплексированный) по ГоСТ 26765.52-87. эти БцвМ применялись, в основном, на военных объектах, На рис. 23 представлена одна из модификаций этой цвМ. Последняя – четвертая генерация цвМ80 – цвМ80-4ХХХХ создавались в виде аппаратных модифика- ций, начиная с 1985 г., для обеспечения рабо- ты пилотажно-навигационных комплексов и систем индикации тяжелых самолетов и для обслуживания системы контроля и управле- ния силовыми установками пассажирских лайнеров Ту-204 и Ил-96. в цвМ 80 четвертой генерации была реализована система команд совместимая с универсальной эвМ СМ4, которая к тому времени получила наибольшее распространение в промышленном примене- нии. Серийный выпуск производился УПз. для примера на рис. 24 приведена базовая цвМ80-400 и несколь- ко ее модификаций: для контроля режимов работы двигателей ма- гистральных пассажирских самолетов – цвМ80-401ХХ (рис. 25), Рис. 23. Внешний вид ЦВМ80-308ХХ Самолет Ту-204 340 для использования в пилотажно-навигационных комплексах – цвМ80-402ХХ (рис. 26) и цвМ80-404ХХ (рис. 27). в результате тщательного освоения модификаций цвМ80-4ХХХ на Уфимском приборном заводе комплексной бригадой специали- стов оКБ «электроавтоматика», Саратовского технологического института и завода их технологичность значительно улучшилась и цвМ приобрели свой законченный серийный вид. Ниже приводится одно из многочисленных приложений цвМ80 – составной части вычислительной системы самолетовож- дения магистральных самолетов вСС-85, внешний вид которой приведен на рис. 28. Кроме цвМ80 в состав вСС-85 входил также пульт управления и индикации ПУИ-85. Рис. 24. ЦВМ80-400ХХ Рис. 25. ЦВМ80-401ХХ Рис. 27. ЦВМ80-404ХХ Рис. 26. ЦВМ80-402ХХ 341 Предполагалось использовать вСС-85 кроме самолетов Ил-96 и Ту-204 также и на ближне-магистральном самолете Ту-334, разра- ботка которого проводилась в это время в оКБ им. А.Н. Туполева. Тем не менее, разработчики оКБ «электроавтоматика», опираясь на новейшие достижения микроэлектроники, предложили смелое и прогрессивное решение: объединить функции цвМ и пульта в одном блоке при общем сокращении размеров оборудования и его веса. в дальнейшем такой принцип совмещения функций вычислительной машины и других функций найдет в работах оКБ «электроавтома- тика» достаточно широкое распространение. Новый комбинирован- ный блок назвали пульт-вычислитель – Пв-334. На основе этого Пв- 334 планировалось создание 4-машинной (4 Пв-334) глубоко резер- вированной вычислительной системы вСС-Пв-334. в дальнейшем Пв-334 путем некоторых усовершенствований было придано свойство применимости к широкому классу объектов (вплоть до наземных). внешний вид варианта пульта-вычислителя приведен на рис. 29. Пв является многофункциональным высокопроизводительным экранным пультом-вычислителем, позволяющим решать задачи Рис. 28. Вычислительная система самолетовождения ВСС-85 Рис. 29. Многофункциональный экранный пульт-вычислитель ПВ-95 (справа панели блока несколько выдвинуты) 342 самолетовождения, навигации, спецзадачи и задачи обеспечения взаимодействия с радиотехническими средствами навигации и по- садки. Построен по модульному принципу, допускается комплек- тация модификаций Пв по требуемой заказчиком конфигурации. Благодаря модульному принципу проектирования Пв и исполь- зованию базового комплекта модулей появилась возможность за короткий период проектировать Пв, удовлетворяющий требовани- ям заказчика по вычислительной мощности и необходимой номен- клатуре и количеству каналов приема и выдачи информации. отдельно следует рассматривать разработку образцов семейства базовых цвМ: СБ3541 и СБ3542. эта работа явилась отражением очередной попытки государства ввести разработку специализиро- ванных цвМ в «оборонной пятерке» министерств в какие-либо ор- ганизационные рамки и унифицировать эти работы. эта попытка, как и несколько более ранних аналогичных попыток, не увенча- лась успехом. в данном случае основной причиной стала начавшая- ся в этот период государственная перестройка народного хозяйства и ее негативные последствия. СБ3541 и СБ3542 явились дополнительной генерацией цвМ чет- вертого поколения. Можно считать, что СБ3541 находится у истоков создания в оКБ «электроавтоматика» цвМ уже с 90-х годов. основанием для разработки явилось решение военно- промышленной комиссии вПК при цК КПСС и Совете Министров СССР № 456 от 16.12.1986 г. На основании этого решения рабочая группа вПК сформулировала общие технические требования оТТ на работу, именуемую «семейство базовых эвМ», коротко – СБХХХХ, где символы Х образовывали конкретный тип цвМ. Работа была распределена между рядом министерств, авиационной промыш- ленности были поручены два типа бортовых СБ: моноблок СБ3541 и одноплатная цвМ для встраивания в аппаратуру – СБ3542. Техническое задание на оКР СБ3541 и СБ3542 утверждено ко- мандиром войсковой части 25966-Б 13.03.1991 г. для выполнения этой работы были использованы научно- технические заделы, которые, как уже говорилось выше, посто- янно и независимо накапливались у разработчиков цвМ в оКБ «электроавтматика». в конкретном случае были использованы два варианта макета новой цвМ, спроектированных с использованием транзисторно-транзисторной (ТТЛ) и комплементарной (КМоП) технологий БИС в 1978–1980 гг. и изготовленных в опытном про- изводстве. внешний вид этих макетов приведен на рис. 30. 343 Проведенное макетирование дало возможность начать проекти- рование опытных образцов цвМ, один из вариантов которых при- веден на рис. 31. далее, невзирая на постепенное уменьшение финансирования со стороны Министерства обороны и растущие трудности при вы- полнении работ, коллектив оКБ нашел в себе силы продолжить разработку цвМ СБ3541 (базовая цвМ верхнего уровня) и СБ3542 (базовая цвМ для встраиваемых применений). На рис. 32 и 33 представлены эти изделия. Рис. 31. Опытный образец СБ3541 Рис. 32. СБ3541. На правом фото крышка снята Рис. 30. Макеты СБ ЭВМ 344 цвМ была выполнена на основе отечественного микропроцес- сорного комплекта серии 1839 разработчик НИИТТ г. зеленоград, архитектура и система команд была совместима с универсальной эвМ VAX11/750. Благодаря примененному микропроцессорному комплекту МП1839 было в несколько раз по сравнению с цвМ 80-4ХХХХ уве- личено быстродействие цвМ. Разрабатываемая цвМ СБ3541 имела быстродействие до 5 млн операций в секунду с перспективой увеличения быстродействия до 10 млн операций. Было изготовлено несколько образцов СБ, которые установили на стенды оКБ. На основе базовой цвМ СБ3541 в дальнейшем были разработа- ны модификации цвМ 90-5ХХ, обеспечившие построение много- машинных вычислительных систем верхнего уровня. цвМ 90-5ХХ предполагалось использовать в перспективных комплексах для са- молетов МиГ. далее работы были остановлены в связи с полным прекращени- ем их финансирования со стороны Мо. Тем не менее, заделы, созданные при разработке СБ3541 и СБ3542, нашли применение при разработке специализированной многопроцессорной СцвМ вМ94 (до пяти процессоров) для назем- ной системы комплекса обороны. Кроме того, на основе СБ3541 был разработан многопроцессорный вычислитель с четырехкратным резервированием для гиростабилизированной платформы косми- ческой станции «Марс». в эти годы – 1994 и далее – была проведена разработка, не оста- вившая после себя заметного следа, однако ее специфичность за- служивает внимания. это была большая комплексная работа, но Рис. 33. СБ3542 345 нас интересует ее составная часть – БцвМ. Необычным для специ- алистов оКБ «электроавтоматика» явилось требование заказчика работы использовать импортную элементную базу: процессор, па- мять, интерфейсы фирмы Intel. в результате проведенного проектирования появился образец БцвМ, обладающий следующими характерными особенностями: – процессор был представлен в виде одноплатной микромаши- ны, в которой использовалась БИС микропроцессора i80486, – контроллер радиального и последовательного каналов был спроектирован на основе БИС i80386, – системной шиной была назначена шина параллельного типа ISA (Industrial Standart Arhitecture) – фактически стандартная шина для персональных компьютеров типа IBM PC и совместимых с ними, – впервые в практике проектирования БцвМ была примене- на весьма прогрессивная технология использования мезонинов на шине ISA, – при создании стенда сопровождения системы (в т.ч. и БцвМ) была использована среда разработки лабораторных виртуальных приборов LabVIEW (Laboratory Virtual Engineering Workbench) – весьма популярная в западных проектах и мало известная в России. Сами разработчики оценивали работу как достаточно консер- вативную – к этому времени сами БИС процессора и контроллера i80486 и i80386, а также шину ISA нельзя было считать передовы- ми решениями, они могли быть заменены другими более совершен- ными. Напротив, технология мезонинов и использование среды LabVIEW прогрессивны до настоящего времени. Тем не менее, большая часть этих решений была продиктована заказчиком и выполнена в полном объеме. возобновившиеся в конце 90-х годов разработки и модерниза- ции авиационных комплексов потребовали от разработчиков цвМ дальнейшего наращивания ее вычислительных мощностей. важным шагом было изменение структуры операционной части арифметического устройства новых цвМ. Следуя тенденциям раз- вития микроэлектронной базы, с учетом мирового опыта разработ- чики перешли от использования БИС универсальной архитектуры к RISC-процессорам. эти БИС предполагалось воспроизвести в Рос- сии, они были легко доступны по импорту. в 1998–2000 гг. в целях сокращения затрат и сроков разработ- ки и использования ранее созданного задела специалистами оКБ 346 «электроавтоматика» был спроектирован модуль процессора с с ис- пользованием БИС R3081 (в 2003 г. он был заменен на БИС серии 1890, разработчик НИИ СИ РАН) с быстродействием 25–50 млн операций в секунду, совместимый с модулями, ранее разработан- ными для цвМ 90-5ХХХХ. Разработка такого модуля позволила резко увеличить вычислительные возможности цвМ 90-5ХХ. цвМ с операционной частью арифметического устройства с архитекту- рой RICS был присвоен шифр цвМ 90-6ХХ. Структурная схема одной из модификаций цвМ 90-6ХХХ и ее технические характери- стики приведены ниже. общий вид цвМ 90- 6ХХ и комплект входящих модулей показан на рис. 34 и 35. цвМ 90-6ХХХХ было разработано более 10 модификаций с различными объемами па- мяти и количеством внешних интерфейсов. Разработанные цвМ применяются в авиаци- онных комплексах, установленных на само- летах Су24, Су25, Ан74, Як130. Большой вклад в разработку этих машин внесли Уткин Б. в., Фо- мин А. Л., Кирсанова Ю. А., Богданов А. в., Петухов в. И., Смир- нов Е. в., Романов А. Н., васильев Г. А. и многие другие сотрудни- ки оКБ. Широкое использование в бортовых комплексах цифровой обра- ботки информации привело к постепенному размыванию понятия Рис. 34. Внешний вид ЦВМ90-6ХХ Рис. 35. Конструкция контейнера и модулей, входящих в ЦВМ 90-6ХХХХ 347 БцвМ как единого целого, так как каждая система (блок) стала включать совокупность технических средств (микропроцессоры) и математического обеспечения для автоматизированной обработки, приема/выдачи и хранения информации. эти блоки совмещали в себе не только вычислительные функ- ции, но и специализированные. Таких блоков в оКБ было выпущено более 20 различных типов, в частности: – многофункциональные цветные индикаторы (МФцИ); – специализированные блоки для различных применений, на- пример блок БФвИ – блок формирования визуальной информации. в качестве примера на рис. 36 приведена кабина легкого боевого самолета с установленными в ней двумя МФцИ и одним пультом управления с плазменной панелью. МФцИ содержит устройство приема информации, вычислитель- ный блок для обработки информации и жидкокристаллический экран, т. е. происходит совмещение функции цвМ и дисплея. На основе цвМ 90-5ХХ и -6ХХ (и их модулей) в оКБ «электро- автоматика» разработан обширный ряд (более 40) разнообразных средств вычислительной техники, средств управления и индика- ции для широкого ряда конечных объектов: модификаций само- летов МиГ, Су, вертолетов, самолетов дальней авиации, С-80, Ту, наземных комплексов и др. Рис. 36. Кабина легкого боевого самолета 348 далее приведены более подробные потребительские данные поколений БцвМ цвМ-263 и цвМ-264, орбита-10 и орбита-20, цвМ80, цвМ90 и их структурные схемы. эти данные следует предварить некоторыми замечаниями. замечание первое. основные принципы, положенные в основу проектирования БцвМ в оКБ «электроавтоматика», во всей своей совокупности и полноте были сформулированы не сразу, но в процессе создания и эксплуатации образцов БцвМ различных поколений в составе бортовых комплексов на действующих объектах и в соответствии с прогрессом техники и технологии. Тем не менее, в тексте они введе- ны в рассмотрение уже и для первого поколения БцвМ. замечание второе. в Министерстве авиационной промышленности СССР, начиная с определенного времени, были введены нормативы технического уровня и технологичности, которые определялись для различных видов продукции (в том числе и для БцвМ) головными институ- тами министерства на основе изучения лучших мировых образцов аналогичного назначения, с одной стороны, и тенденций внутриго- сударственного развития техники и технологии, с другой стороны. эти нормативы были обязательны для выполнения и включались в технические задания на разработку. замечание третье. Наличие внешних (пользовательских) интерфейсов в составе БцвМ по мнению оКБ «электроавтоматика» является важным фактором, который привлекает пользователей и существенно об- легчает интеграцию БцвМ в бортовое оборудование. однако этой точки зрения придерживались не все разработчики, так, напри- мер, НИИцэвТ заканчивал структурную схему своих БцвМ си- стемным интерфейсом, предоставляя пользователям разработку устройств ввода-вывода информации в соответствии с составом комплексируемого оборудования. замечание четвертое. в приводимых материалах используется понятие «опережаю- щее использование элементной базы». Под ним в данном случае понимается применение в разработках БцвМ импортной элемент- ной базы, имеющей характеристики, существенно более высо- кие, нежели их отечественные аналоги, доступные на внутреннем рынке. При этом гарантируется воспроизводство этой базы в со- гласованные сроки. При такой технической политике появляется 349 возможность своевременно создавать изделия с высокими техни- ческими характеристиками и поставлять их заказчикам. одна- ко это требует производить импорт воспроизводимых элементов в определенных объемах. Кроме того, разработчик аппаратуры, использующий воспроизводимую элементную базу, может стол- кнуться с неожиданными трудностями в случае неполного вос- производства. Так например, может отличаться полученное при воспроизводстве быстродействие изделий электронной техники, требования к входным сигналам, могут отличаться даже типы корпусов. эти обстоятельства могут потребовать проведения в сжатые сро- ки дополнительных проектных работ. Тем не менее, получаемые при такой технической политике результаты окупают затраты. Начало ХХI в. знаменует собой новый серьезный этап в разви- тии БцвМ. Причем главная проблема вновь лежит в области уве- личения их производительности. Кризис подготовлен рядом причин и на основных из них следует остановиться. Современная жизнь характеризуется резким возрастанием сложности систем, создаваемых человеком. К сожалению, слож- ность автоматизированных систем, измеряемая объемом инфор- мации, которую они производят, с учетом одновременного роста в ряде случае динамики автоматизируемых процессов часто уже превосходит возможности людей по анализу этой информации и принятии правильных решений. Мы имеем возможность наблю- дать регулярные катастрофы сложных объектов, которые можно объяснить перегрузкой обслуживающего персонала, недостаточ- ным качеством проектирования управляющих систем, возник- новением нештатных ситуаций неуправляемости. Традиционные методы управления не обеспечивают требуемой эффективности по- следнего в условиях: – недостаточности априорной информации о внешней среде функционирования, – большого количества трудно учитываемых факторов нестаци- онарности и субъективного их характера, – изменяемости целей и критериев качества управления вслед- ствие деградации (отказов, аварий) или целенаправленной рекон- фигурации. все указанные выше явления почти наверняка будут быстро развиваться. 350 Характеристики архитектуры цвМ-263, цвМ-264 Тип БцвМ Система прерывания Система команд виды адресации Система контроля универсальная, одноадресная, синхронная, последовательно-параллельного действия, 16- разрядная с фиксированной запятой. двухуровневая, один уровень – КПА. одноформатная. прямая, непосредственная, индексная. система тестового встроенного контроля. автономная система контроля с использованием КПА. основные технические характеристики Система команд Быстродействие [тыс. оп/с] регистр-регистр регистр-память Емкости запоминающих устройств [К слов] озУ ПзУ эзУ Каналы ввода-вывода входные величины выходные величины Наработка на отказ Т Потребляемая мощность Р Масса G цвМ-263 цвМ-264 SEAC/DISEAC 62 31 0.256 8.0 отсутствует 107 Аналоговые сигналы по отраслевой 66 нормали 847АТ. 200 2000 330 350 Степень реализации основных принципов проектирования Принципы проектирования Степень реализации Базовые модели, модификации обеспечение внешних интерфейсов Нормативы технического уровня (НТУ) и технологии частичная. полная. НТУ отсутствуют. «4М» Модульность Магистральность Микропроцессоры Микропрограммирование частичная – реализована на уровне типовых плат. отсутствует. отсутствует. отсутствует. 351 Характеристики архитектуры БцвМ орбита-10 Тип БцвМ Система прерывания Система команд виды адресации Система контроля универсальная, одноадресная, синхронная, последовательно-параллельного действия, 16-разрядная с фиксированной запятой. возможно удвоение разряд- ности при вычислениях. двухуровневая, один уровень – КПА. одноформатная. Наличие специальных множительного и делительного устройств. прямая, непосредственная, индексная. система тестового встроенного контроля. автономная система контроля с использованием КПА. основные технические характеристики Система команд Быстродействие [тыс. оп/с] регистр-регистр регистр-память умножение деление Емкости запоминающих устройств [К слов] озУ ПзУ эзУ Каналы ввода-вывода Наработка на отказ Т Потребляемая мощность Р Масса G SEAC/DISEAC 125 125 62.5 5 1.0 16-32 256 слов Аналоговые сигналы по отраслевой нормали 847АТ. 250-500. 500-1500 60-90. Степень реализации основных принципов проектирования Принципы проектирования Степень реализации Базовые модели, модификации обеспечение внешних интерфейсов Нормативы технического уровня (НТУ) и технологии полная (на уровне блоков). полная (регламентируется степенью стандартизации интерфейсов). НТУ отсутствуют. «4М» Модульность Магистральность Микропроцессоры Микропрограмми- рование реализована на уровне блоков. реализована на уровне блоков. отсутствует. отсутствует. опережающее применение элементной базы отсутствует. Наличие кросс-средств частично – некоторые функции кросс-средств реализованы в КПА. 352 Характеристики архитектуры БцвМ орбита-20 Тип БцвМ Система прерывания Система команд виды адресации Система контроля универсальная, одноадресная, синхронная, последова- тельно-параллельного действия, 16-разрядная с фикси- рованной запятой. возможно удвоение разрядности при вычислениях. двухуровневая, один уровень – КПА. одноформатная. Наличие специальных множительного и делительного устройств. прямая, непосредственная, индексная. Расширение ад- ресного поля при обращении к зУ через диспетчер памяти. система тестового встроенного контроля. автономная система контроля с использованием КПА. основные технические характеристики Система команд Быстродействие [тыс. оп/с] регистр-регистр регистр-память умножение деление Емкости запоминающих устройств [К слов] озУ ПзУ эзУ Каналы ввода-вывода Наработка на отказ Т Потребляемая мощность Р Масса G SEAC/DISEAC 200 200 100 10 0.5-4.0 16-48 до 1.0 Аналоговые сигналы по отраслевой нормали 847АТ. 5000-400 (для максимальной комплектации). 65-400. 8.5-60. Степень реализации основных принципов проектирования Принципы проектирования Степень реализации Базовые модели, модификации обеспечение внешних интерфейсов Нормативы технического уровня (НТУ) и технологии полная (на уровне легкосъемных модулей). полная. НТУ отсутствуют. «4М» Модульность Магистральность Микропроцессоры Микропрограммиро- вание реализована на уровне легкосъем- ных модулей. частичная (использован стандарт предприятия) отсутствует. отсутствует. опережающее применение элементной базы частичная. Наличие кросс-средств частичная – некоторые функции кросс-средств реализованы в КПА. 353 Характеристики архитектуры цвМ орбита 80-30ХХ Тип БцвМ Система прерывания Система команд виды адресации Система контроля универсальная с микропрограммным управлением, одноадресная, асинхронная, параллельного действия, 16- разрядная с фиксированной запятой. возможно удвоение разрядности при вычислениях. двухуровневая. многоформатная (6 форматов). возможно расширение системы команд SIRIUS посредством введения в зУ МК заказных макрокоманд. прямая, непосредственная, относительная, индексная. система тестового встроенного контроля, автономная система контроля с использованием КПА, отладка программ с использованием рабочего места про- граммиста. основные технические характеристики 80-302ХХ 80-303ХХ 80-307ХХ 80-308ХХ Система команд Быстродействие [тыс. оп/с] регистр-регистр регистр-память умножение деление Емкости запоминающих устройств [К слов] озУ ПзУ эзУ Каналы ввода-вывода Наработка на отказ Т Потребляемая мощность Р Масса G открытая система команд типа SIRIUS (близкая к универсальной). 600 300 100 54 12 36 1 ГоСТ 18977- 79 1500 145 8 4 12 1 РТМ 1609- 79 25000 23 0.8 24 72 1 ГоСТ 18977- 79 2400 120 12 16 32 1 ГоСТ 18977-79, ГоСТ 26765.52- 87 2600 110 9.7 Степень реализации основных принципов проектирования Принципы проектирования Степень реализации Базовые модели, модификации обеспечение внешних интерфейсов Нормативы технического уровня (НТУ) и технологии полная. полная. частичная. «4М» Модульность Магистральность Микропроцессоры Микропрограммиро- вание полная. -»- -»- -»- опережающее применение элементной базы полная. Наличие кросс-средств полная. 354 Характеристики архитектуры цвМ орбита 80-40ХХ Тип БцвМ Система прерывания Система команд виды адресации Система контроля универсальная с микропрограммным управлением, одноадресная, асинхронная, параллельного действия, 16-разрядная с плавающей запятой. возможно удвоение разрядности при вычислениях. 8 управляемых уровней. многоформатная (6 форматов). возможно расширение системы команд SIRIUS посредством введения в зУ МК заказных мкрокоманд. 7 видов. система тестового встроенного контроля, автономная система контроля с использованием КПА, отладка программ с использованием рабочего места про- граммиста. основные технические характеристики 80-400ХХ 80-401ХХ 80-403ХХ 80-404ХХ Система команд Быстродействие [тыс. оп/с] регистр-регистр регистр-память умножение деление Емкости запоминающих устройств [К слов] озУ ПзУ эзУ Каналы ввода-вывода Наработка на отказ Т Потребляемая мощность Р Масса G электроника 60М 800 500 100 60 19 96 224 ГоСТ 18977- 79 3000 170 15 10 48 16 ГоСТ 18977-79 5000 100 7 24 96 32 ГоСТ 18977- 79 2700 250 16 22 96 128 ГоСТ 18977-79, ГоСТ 26765.52-87 2500 230 16 Степень реализации основных принципов проектирования Принципы проектирования Степень реализации Базовые модели, модификации обеспечение внешних интерфейсов Нормативы технического уровня (НТУ) и технологии полная. полная. полная. «4М» Модульность Магистральность Микропроцессоры Микропрограммиро- вание полная. -»- -»- -»- опережающее применение элементной базы полная. Наличие кросс-средств полная. 355 Характеристики архитектуры цвМ орбита 90-60ХХ Тип БцвМ Система прерывания Система команд виды адресации Система контроля универсальная, одноадресная, асинхронная, параллель- ного действия, 16-32-разрядная с плавающей запятой. возможно удвоение разрядности при вычислениях. 6 управляемых уровней. MIPS-1. 7 видов. система тестового встроенного контроля, автономная система контроля с использованием КПА, отладка про- грамм с использованием рабочего места программиста. основные технические характеристики 90-601ХХ 90-604ХХ (двух- контурная) 90-613 Система команд Быстродействие [Млн. оп/с, не менее] регистр-регистр регистр-память умножение деление Емкости запоминающих устройств [Мбайт, не менее] озУ ПзУ эзУ Каналы ввода-вывода Наработка на отказ Т Потребляемая мощность Р Масса G электроника 60М 50 25 10 1,2 4 8 - ГоСТ 18977- 79, 26765- 87, RS 232, аналог-код, код-аналог, разовые сигналы 6000 90 10 8 16 256 РТМ 18977-79, 26765-87, код- аналог, разовые сигналы 8000 90 15 24 96 - ГоСТ 18977-79, 26765-87, RS 232, аналог-код, код-аналог, разовые сигналы 3000 120 11 11 Степень реализации основных принципов проектирования Принципы проектирования Степень реализации Базовые модели, модификации обеспечение внешних интерфейсов Нормативы технического уровня (НТУ) и технологии полная. полная. отсутствуют. «4М» Модульность Магистральность Микропроцессоры Микропрограммирование полная.-»- -»- не требуется. опережающее применение элементной базы полная. Наличие кросс-средств полная. 356 УВВ ПЗУ 8К ОЗУ 0.25К УАУ ЦВМ 263 ЦВМ 264 Аналоговая информация по нормали 847АТ, разовые сигналы ВИП Бортовая сеть УВВ ПЗУ (16�32)К ПЗУ (16�48)К ОЗУ 1.0К ОЗУ(0.5�4)К УАУ (частичная конвейеризация) ЦВМ Орбита�10 ЦВМ Орбита 20 Аналоговая информация по нормали 847АТ, разовые сигналы ЭЗУ 0.25К ЭЗУ до 1.0К ВИП Бортовая сеть 357 ПЗУ 12К ОЗУ 4К ПЗУ 12К ОЗУ 4К ПЗУ 12К ОЗУ 4К ЭЗУ 1К Интерфейс ГОСТ 18977�79 Интерфейс ГОСТ 18977�79 Интерфейс ГОСТ 18977�79 Процессор Адаптер магистрали ЦВМ 80�302ХХ Второй доступ к ОЗУ Шина расширения ВИП Бортовая сеть ПЗУ 12К ОЗУ 4К ЭЗУ 1К Процессор ЦВМ 80�303ХХ Шина расширения 358 Интерфейс ГОСТ 18977�79 ПЗУ 24К ОЗУ 8К ЭЗУ 2К Интерфейс ГОСТ 18977�79 ПЗУ 24К ОЗУ 8К Адаптер магистрали ЦВМ 80�307ХХ Шина расширения Процессор Процессор Интерфейс ГОСТ 18977�79 ПЗУ 8К ОЗУ 2К Процессор ВИП Бортовая сеть ПЗУ 12К ОЗУ 4К ЭЗУ 1К 8 р. ПЗУ 8К ОЗУ 8К Интерфейс ГОСТ 18977�79 ПЗУ 12К ОЗУ 4К Интерфейс ГОСТ 26765.52�87 Процессор Адаптер магистрали ЦВМ 80�308ХХ Второй доступ к ОЗУ Шина расширения ВИП Бортовая сеть 359 Интерфейс ГОСТ 18977�79 Интерфейс ГОСТ 18977�79 ПЗУ 32К ОЗУ 4К ЭЗУ 16К Процессор ПЗУ 16К ОЗУ 4К ЦВМ 80�401ХХ Шина расширения ВИП Бортовая сеть Интерфейс ГОСТ 18977�79 ЭЗУ 96К Интерфейс ГОСТ 18977�79 ПЗУ 32К ОЗУ 4К ЭЗУ 16К ЦВМ 80�400ХХ Шина расширения Процессор ПЗУ 16К ОЗУ 4К Процессор ПЗУ 16К ОЗУ 4К ПЗУ 32К ОЗУ 4К ЭЗУ 16К ЭЗУ 96К Шина расширения ВИП Бортовая сеть 360 Интерфейс ГОСТ 18977�79 ПЗУ 32К ОЗУ4К ЭЗУ 16К ЦВМ 80�403ХХ Шина расширения Процессор ПЗУ 16К ОЗУ 4К Процессор ПЗУ 16К ОЗУ 4К ПЗУ 32К ОЗУ 4К ЭЗУ 16К Шина расширения Интерфейс ГОСТ 26765.52�87 Интерфейс ГОСТ 26765.52�87 Интерфейс ГОСТ 26765.52�87 Интерфейс ГОСТ 26765.52�87 ВИП Бортовая сеть Интерфейс ГОСТ 18977�79 ПЗУ 32К ОЗУ4К ЭЗУ 16К ЦВМ 80�404ХХ Шина расширения Процессор ПЗУ 16К ОЗУ 4К Процессор ПЗУ 16К ОЗУ 4К ПЗУ 32К ОЗУ 4К ЭЗУ 16К Шина расширения Интерфейс ГОСТ 26765.52�87 Интерфейс ГОСТ 18977�79 Интерфейс ГОСТ 26765.52�87 ВИП Бортовая сеть ЭЗУ 96К 361 Интерфейс ГОСТ 18977�79 Интерфейс ГОСТ 26765�87 Процессор МП1890ВМ2 (RISC) ПЗУ 8К ОЗУ 4К ЦВМ 90�601ХХ Системная шина RS 232 ВИП Бортовая сеть Интерфейс ГОСТ 18977�79 Интерфейс ГОСТ 26765�87 Процессор МП1890ВМ2 (RISC) ПЗУ 8К ОЗУ 4К ЦВМ 90�613ХХ Системная шина RS 232 ВИП Бортовая сеть Интерфейс код�аналог Интерфейс аналог�код 362 Следует добавить, что практика проектирования и применения сложных человекомашинных систем подтвердила предполагае- мый вывод о том, что роль человека-оператора может возрастать с совершенствование аппаратной части таких систем и неизбежным ее усложнением, особенно если это усложнение не сопровождает- ся должным повышением уровня интеллектуальности аппаратно- программной части системы. Сказанное в полной мере может быть применено к авиации, для которой вполне естественно попытаться использовать наиболее ин- теллектуальные системы и компоненты управления. в конечном счете все сказанное неизбежно приводит к дальней- шему развитию комплексирования [2], появлению принципиально новых задач и, как следствие, новых требований к бортовым ком- плексам и их БцвМ как центральным комплексирующим и вычис- лительным средствам [3, 4]. При этом новые задачи и их совокупность в ряде случаев влия- ют на архитектуру комплексов, заставляя вводить в арсенал разра- ботчиков новые решения, например, сетевую архитектуру с новым уровнем обмена информацией, требуя появления в составе БцвМ пользовательских интерфейсов совершенно новых видов по струк- туре и характеристикам (например, локальных высокоскоростных Интерфейс ГОСТ 18977�79 Интерфейс ГОСТ 18977�79 ЦВМ 90�604ХХ Процессор МП1890ВМ2 (RISC) ПЗУ 8К ОЗУ 4К Процессор МП1890ВМ2 (RISC) ПЗУ 8К ОЗУ 4К ВИП Бортовая сеть Интерфейс код�аналог Интерфейс ГОСТ 26765�87 ЭЗУ 256Кбайт Интерфейс ГОСТ 26765�87 Системная шина №1 Системная шина №2 363 для принятия потоков информации в натуральном масштабе вре- мени). вероятнее всего, что в ближайшее время будут созданы и уже создаются необходимые протоколы, будет определена физическая среда передачи информации, разработан приборный базис для практической реализации нового информационного обмена. При подходе к бортовым вычислительным средствам пятого поколения следует остановиться еще на одном важном вопросе. БцвМ функционируют на борту ЛА в составе сложных антропо- центрических систем, содержащих в своем составе кроме борто- вых управляющих комплексов, содержащих наряду с многими другими важными частями бортовые алгоритмы, реализованные на этих БцвМ (м.б. нескольких). Еще одной важной частью этих систем являются алгоритмы деятельности экипажа, материали- зованных в инструкциях для него по применению системы, в се- мантических элементах ИУП, в навыках и концептуальных мо- делях деятельности членов экипажа (полученных ими в процессе обучения) [5]. Совокупность бортовых алгоритмов для БцвМ и алгоритмов деятельности экипажа нередко называют «Бортовым интеллек- том». одна из основных задач комплексирования для ЛА пятого поко- ления заключается в перенесении возможно большего количества алгоритмов деятельности экипажа в состав алгоритмов БцвМ, т. е. в повышении «интеллектуального уровня» бортового комплекса с целью максимального уменьшения влияния на надежность выпол- нения полетных заданий отказов бортовой аппаратуры или недо- пустимых погрешностей в их работе и человеческого фактора при управлении ЛА и работе наземных служб управления воздушным движением [6, 7]. Поскольку при этом затрагиваются задачи верхнего и среднего уровней управления, то обеспечение этих новых решений потребу- ет вычислительные ресурсы, требования к которым значительно превышают достигнутые: – верхний уровень управления: целеполагание, – средний уровень управления: поиск способа достижения по- ставленной цели, – нижний уровень управления: реализация выбранного способа. Разработчики бортовых цифровых управляющих комплексов, неудовлетворенные существующими характеристиками БцвМ (и 364 по некоторым другим причинам) стали при необходимости перехо- дить к многомашинным комплексам с реализацией активного меж- машинного обмена или без него – только в интересах повышения безопасности полетов. При этом в определенной степени разреша- лись как вопросы требуемой производительности, так и повыше- ния вероятности выполнения летного задания – за счет появления элементов избыточности. Примером могут служить дублированные навигационные комплексы самолетов Ил-86, Ил-96 и Ту-204 и ряд специальных комплексов. Следует отметить, что многомашинные комплексы можно рас- сматривать как сообщества вычислительных средств, реализую- щих параллельную обработку информации на одном объекте. Со своей стороны параллельная обработка – мощное средство повыше- ния кондиций изделий, ее реализующих. в настоящее время количество самолетов гражданской авиации увеличилось настолько, что существующие бортовые и наземные средства уже не могут обеспечить прежний уровень безопасности полетов. для разрешения этих проблем Международная организация гражданской авиации разработала новую концепцию организации воздушного движения – CNS/ATM (Communications, Navigation and Surveillance/Air Traffic Management – связь, навигация, на- блюдение/организация воздушного движения). Конечной целью внедрения указанной системы является воз- можность эксплуатации самолетов с минимальными ограничения- ми со стороны служб управления воздушным движением. для удовлетворения требований новой концепции эксплуата- ции самолетов cо стороны БцвМ, а также обеспечения функциони- рования прогрессивной технологии создания-поддержки бортового По необходимо предоставить в распоряжение разработчиков ком- плексов новые высокие ресурсы: производительность и объемы зУ различного функционального назначения. Тем не менее, несмотря на определенное многообразие направле- ний развития, что вполне естественно в связи с масштабами пробле- мы, центральным вопросом является производительность БцвМ. здесь наблюдаются следующие тенденции [8 – 15]: 1. Улучшение технологии производства СБИС, что влечет за со- бой повышение тактовой частоты и увеличение числа элементов на кристалле. однако, как показал опыт последнего десятилетия, уве- личение числа вентилей на кристалле процессора отнюдь не сопро- 365 вождается пропорциональным повышением производительности. это вызвано тем, что все большая и большая часть аппаратуры про- цессора обеспечивает ликвидацию возрастающего разрыва между скоростью процессора и скоростью доступа к данным в памяти. Существует еще один грозный симптом. дело в том, что совре- менная электроника, основанная на кремниевой технологии, до- вольно скоро, не позднее первой четверти XXI в., приблизится к пределу миниатюризации. С неизбежностью предстоит переход из микронного в нанометровый диапазон измерений. даже самые пе- редовые технологии, используемые при изготовлении кремниевых микросхем, не могут выйти из микронной области, где имеется тео- ретический предел для ширины печатного проводника, примерно равный 0,07 – 0,1 микрона. дальше вступают в силу законы кван- товой механики, волновая природа электрона и т. д. здесь заканчи- вается представление о природе на уровне закона ома и начинается область нанотехнологий. до указанного предела осталось совсем немного, уже проектируются процессоры, которые будут построе- ны по 0,18 микронной технологии, так что дальше пути линейного развития нет. 2. Усложнение архитектуры процессора, что вызвано стремле- нием одновременно обрабатывать несколько команд/данных. это и конвейеризация выполнения как отдельных фаз команды, так и последовательностей команд, супер- и мультискалярная обработ- ка, предсказание выполнения ветвей. 3. Использование параллельной многопроцессорной обработки. 4. Специализация СБИС для решения задач из определенной об- ласти приложений (ASIC – аррlication specific integrated circuits). Параллелизм присущ большинству задач и основная цель раз- работки параллельных программно-аппаратных комплексов – вы- бор такого способа отображения задачи в аппаратуру, при котором будет получено приемлемое время решения задачи и будет макси- мальным соотношение производительность/стоимость. Предлагаемые микропроцессорные архитектуры поддерживают лишь отдельные типы параллелизма. отсюда следует, что совре- менные процессоры в той или иной степени являются проблемно- ориентированными, т. е. при решении задач с «чужим видом па- раллелизма» они показывают производительность значительно ниже пиковой. Еще один фактор повышения производительности вычисли- тельных систем – использование специализированных СБИС. это 366 особенно ярко видно хотя бы из того, что в любом современном ком- пьютере наряду с микропроцессором общего назначения обязатель- но используются несколько спецпроцессоров: в видеокарте, аудио- карте, сетевой карте, модеме и т. д. При одной и той же технологии производства СБИС наиболее быстрое решение алгоритма можно получить используя «заказные» СБИС, ориентированные на реше- ние определенного алгоритма. однако это очевидное преимущество является и самым крупным недостатком – узкая специализация означает ограниченную область применения, увеличение времени разработки (если разработка СБИС входит в конструкторский цикл) и высокую стоимость конечных изделий (если СБИС выпускаются в небольшом количестве и стоимость разработки и выпуска входит в стоимость конечных изделий). вследствие этого возник интерес к реконфигурируемым архитектурам. Реконфигурируемые вычис- лительные системы (РвС), в английском варианте – reConfigurable Computing Machine (СCM), – это системы, состоящие из большого количества одновременно работающих процессорных элементов (Пэ), объединенных перенастраиваемыми связями, архитектура которых может подстраиваться под структуру выполняемого алго- ритма. РвС заполняют промежуток между микропроцессорами и специализированными СБИС. Не следует рассматривать РвС как универсальную альтернативу микропроцессорам и спецпроцессорам. Скорее о них можно гово- рить как о более гибких, программно-перенастраиваемых спецпро- цессорах, рассчитанных на решение достаточно широкого круга задач. Проектирование РвС предполагает определение некоторого набора функций Пэ и системы связей между ними и с внешними устройствами. Как правило, РвС работает под управлением хост- процессора, который занимается размещением задачи на РвС, об- меном с внешними устройствами, а также может выполнять свою часть задачи. На текущий момент в зарубежных фирмах и университетах и на нескольких российских предприятиях разрабатывается несколько десятков систем, использующих принципы РвС. Часть из них до- ступна на рынке и обычно выполнена в виде PCI-карты. Разработ- ки по РвС активно поддержаны DARPA (военное научное агентство в США, координирующее большинство авангардных проектов). в 2001 г. на сайте DARPA (сейчас, к сожалению, доступ к нему за- крыт) было около 50 проектов, направленных на развитие этого на- правления. 367 Большой интерес представляет японский проект создания цвМ пятого поколения [16]. Проект несет в себе ярко выраженный на- циональный колорит, Япония переживает процесс формирования специфического информационно-ориентированного общества, для которого адекватная обработка и использование информа- ции становятся одним из важнейших направлений деятельности. эти обстоятельства побудили создать в 1979 г. Комитет научных исследований в области эвМ пятого поколения, который возгла- вил Тору Мото-ока. Проект направлен на создание наземных вы- числительных средств, однако, ряд его положений вполне может быть использован для бортовой мобильной техники. Проект имеет ряд спорных аспектов, особенно в области социальных и экономи- ческих последствий своей реализации. Тем не менее, не следует преуменьшать его большого значения по ширине охвата проблем вычислительной техники и многочисленности направлений про- ектирования. для дальнейшего подтверждения вектора развития БцвМ японский проект важен утверждением главенствующей роли па- раллельных вычислений при решении проблемы повышения про- изводительности вычислительных машин. Кроме того, авторы про- екта видят вычислительные средства пятого поколения в виде тес- но взаимодействующей совокупности эвМ различной структуры, предназначенных и ориентированных для решения своей группы задач. Следует отметить еще одну тенденцию развития БцвМ воен- ного применении, заслуживающую большого внимания разработ- чиков. за последнее десятилетие подходы к разработке бортовых вы- числительных машин подверглись существенным изменениям. Ре- ализация требований со стороны разработчиков авиационных ком- плексов по вычислительной мощности и скорости информационно- го обмена потребовала необходимости разработки новых техниче- ских решений. Реализация этих решений в свою очередь требует больших капитальных вложений и увеличивает сроки разработки. для сокращения затрат и сроков разработок была выдвинута кон- цепция применения коммерческих технологий – COTS-технология (COmmercial of-The-Shelf). основные цели этой концепции: – значительное снижение затрат; – сокращение сроков разработки; 368 – обеспечение сопровождения (прежде всего электронными ком- понентами) в течении всего срока службы; – качественное повышение характеристик (быстродействия, объемов памяти и т.д.). эти принципы определенным образом прикладываются к раз- личным составляющим выполняемых проектов – реализациям архитектуры, применению элементной базы, внешним каналам (пользовательским интерфейсам), программному обеспечению и гармонично дополняют концепцию открытой системы. БцвМ, разработанные в 90-е гг. XX в., уже перестали отве- чать требованиям пе6рспективных проектов и поэтому, начиная с 2000 г., в оКБ «электроавтоматика» начались работы по созданию ряда БцвМ, обеспечивающих реализацию требований авиацион- ных комплексов для самолетов пятого поколения. Следует отметить широту охвата вопроса, так как работы были организованы одновременно по трем направлениям: – использование новых высокоскоростных отечественных про- цессоров, – создание мультипроцессорных систем, – разработка систем с глубоким параллелизмом вычислений. К 2006 г. по всем трем направлениям были получены положи- тельные результаты. По первому направлению разработаны конструктивно-функ- циональные модули с использованием высокоскоростных отече- ственных процессоров типа «Мульткор» 1892вМ3 (разработчик ГУП НПц «эЛвИС») и типа «КоМдИв»: 1890вМ2Т и 1890вМ3Т (разработчик НИИСИ РАН) По второму направлению создан прототип перспективной муль- типроцессорной системы. Система состоит из трех вычислитель- ных модулей объединенных системной шиной PCI, обеспечиваю- щей быстрый обмен данными между вычислительными модулями, в качестве внешнего интерфейса используются сетевые интерфей- сы типа Ethernet. общая производительность такой системы составляет не менее 0,6 млрд оп/с. На рис. 37 приведен прототип этой системы. По третьему направлению создан прототип матричного парал- лельного процессора. в соответствии со всем вышесказанным, а также по результатам выполненных работ в оКБ «электроавтоматика» сформулирован облик вычислительной среды пятого поколения. 369 Предлагаемая вычислительная система является по своему су- ществу открытой, использующей стандартные системные шины и в качестве своей практической реализации обеспечивает пользо- вателя ресурсами многопроцессорной системы, содержащей три уровня производительности. Первый уровень – высокая производительность до 50 млн оп/с для решения традиционных задач бортового комплексирования и выполнения host-функций. второй уровень – более высокая – до 200 млн оп/с для обработ- ки быстроменяющихся сигналов (радиолокационная и подобная ей информация). Третий уровень – сверхвысокая производительность до 2–3 млрд оп/с для решения задач повышения уровня «Бортового интеллек- та».комплексов (см. выше). все три уровня могут действовать совместно. Следует отметить, что первый уровень освоен в оКБ «электроав- томатика» в виде ряда действующих опытных образцов, некоторые их них поставлены заказчику. По второму уровню произведено проектирование стандартного модуля на основе микропроцессора Третий уровень представлен прототипом быстрого матричного процессора, на котором получена производительность 1,3 ⋅10 9 оп/с. внешний вид матричного процессора представлен на рис. 38. он со- стоит из трех плат: две платы собственно матрицы процессоров и одна плата управления. Рис. 37. Прототип мультипроцессорной системы 370 Подобная вычислительная система с ее архитектурой и характе- ристиками по быстродействию предлагается впервые. Процессоры и архитектура третьего уровня быстродействия запатентованы или находятся в стадии патентования [17, 18]. Среди подобных разработок отличается простотой, дешевизной и проработанностью. Архитектура третьего уровня принята в ка- честве базовой в российско-белорусском проекте СКИФ по про- изводству семейства высокопроизводительных вычислительных систем. Разработка является системообразующей при решении при- кладных задач. Позволяет создавать бортовые и иные вычисли- тельные комплексы, используя отечественные производственные мощности. Решение поставленных задач позволит образовать обширные научно-технические заделы для решения перспективных задач прикладного значения: создание бортовой центральной супервы- числительной системы, позволяющей, используя, в основном, оте- чественные технологии, создать авионику пятого поколения, одно- временно решая задачи управления системами вооружения, кар- тографии в любое время суток, контроля состояния пилота, систем самолета и др. с качеством, не доступным для цвМ 4-го поколения (разработки 1995–2004 гг.). Рис. 38. Матричный процессор |