О специализированных бортовых ЭВМ замолвим слово09.02.2016 23:22

В этой статье хотелось бы немного дополнить предыдущую статью о специализированных ЭВМ военного назначения. Развитие средств обороны начиная с 40 годов двигалось в сторону увеличения точности и дальности поражения, увеличения мощности средств уничтожения, скорости перемещения. Взят курс на автоматизацию операций управления оружием.

Возвращаясь немного назад. До Второй мировой получение данных для стрельбы производилось с использованием механических построителей, дифференциалов, следящих систем и коноидов. Были изобретены приборы управления зенитно-артиллерийским огнем (ПУАЗО), применялись в противосамолетной обороне, приборы управления стрельбой (ПУС) — в корабельной артиллерии, приборы стрельбы торпедами (ТАС) — для бомбомтания. К 50 году были созданы вращающиеся трансформаторы и сельсины, решающие усилители постоянного тока с отрицательной обратной связью. Это помогало решать задачи на определение данных для стрельбы и привело к уменьшению габаритов приборов и значительно сократило трудовые затраты на их изготовление. Такой переход на электромеханические и электронные устройства помог значительно уменьшить затраты на изготовление механических счетно-решающих устройств (ведь точность выдаваемых данных в этих счетно-решающих приборах была напрямую связана с точностью их изготовления).
Бесспорно требовалось одно устройство (компьютер), которое дало бы возможность решать логические и вычислительные задачи любой сложности, нужно было создать условия для перехода к цифровой вычислительной технике.

Для военного дела требования к создаваемым компьютерам были повышены. Нужны были электронные элементы, которые были бы достаточно надежны, обладали быстродействием, и все это при работе в широком диапазоне температур, при высокой влажности, вибрациях, ударах. Требовалась разработка методики по построению и проектированию ЭВМ и ее основных частей, таких как арифметического устройства, памяти, устройства управления, системы питания, устройства обмена. Нужно было также конструкторское решение, которое позволило бы оформить компьютер, обеспечить его надежную работу при разных механических и климатических условиях.

Еще одним из требований было применение вычислительной математики, которая позволила бы формулировать и численно, с требуемой точностью, решать задачи по применению оружия. Нужны были средства для преобразования измеряемых параметров в числа и для обратного преобразования полученных в виде чисел решений в величины физических перемещений или углов поворота.

Самым важным в создании военных компьютеров, работающих в системах, был вопрос подготовки кадров. Они должны были проектировать и производить ЭВМ. От них требовалась «универсальность», так как такой специалист должен был разбираться не только в математических проблемах, связанных с алгоритмами, численными методами решения и программированием, но и в технических и производственных проблемах.

По вопросу подготовки таких специалистов в середине 50 годов в США возникла дискуссия: на основе какого базового образования — технического или математического — готовить таких специалистов? Какой главный конструктор компьютера окажется более приспособленным для этой работы: имеющий техническое или математическое образование?

Развитие военных компьютеров показало — более приспособленными в основном оказались главные конструкторы с инженерным образованием.

Было три сферы применения вычислительных машин в военной области, они отличались по климатическим и механическим условия эксплуатации. Первые применялись в стационарных условиях (в помещениях), вторые — в прицепах, контейнерах, которые транспортировались воздушным, водным, железнодорожным, автомобильным транспортом и включались в работу после установки на позиции, третьи использовались на подвижных обьектах, такие машины были названы бортовыми ЭВМ (БЭВМ: возимые, авиакосмические, ракетные, морские). К возимым относятся ВМ, они устанавливались на танках, автомашинах и других подвижных средствах.

ЭВМ М-40

В марте 1961 года комплексом с СЦВМ М-40 впервые в мире была уничтожена боевая часть баллистической ракеты осколочным зарядом противоракеты.

В 1956 году под руководством Лебедева и Бурцева для управления радиолокационными станциями дальнего сопровождения и точного наведения, осуществления наведения противоракеты на баллистическую ракету противника была разработана цифровая вычислительная машина М-40. Это была первая большая специализированная СЦВМ на электронных лампах. Быстродействие такой машины составляло до 40 тысяч операций в секунду. ОП была на ферритовых сердечниках емкостью 4096 слов и циклом работы 6 мкс. Работала такая СЦВМ с 36-разрядными двоичными числами с фиксированной запятой.

В М-40 был реализован плавающий цикл управления операциями и система прерывания, было использовано совмещение выполнения операций с обменом и мультиплексный канал обмена. Машина работала в замкнутом контуре управления в качестве управляющего звена с удаленными объектами по радиорелейным дуплексным линиям связи.

Весной 1956 года силами СКБ-30 был выпущен эскизный проект противоракетной системы «А», в состав системы которой входили такие элементы: радиолокаторы «Дунай-2» с дальностью обнаружения целей 1200 километров, три радиолокатора точного наведения противоракет на цель, стартовая позиция с пусковыми установками двухступенчатых противоракет «В-1000», главный командно-вычислительный пункт системы с ламповой ЭВМ М-40 и радиорелейные линии связи между всеми средствами системы.

38 площадка полигона Сары-Шаган

4 марта 1961 года в районе полигона «А» ПР В-1000 с осколочно-фугасной боевой частью была успешно перехвачена и уничтожена на высоте 25 км БР Р-12, запущенная с Государственного центрального полигона (ГЦП) и оснащенная весовым макетом БЧ весом 500 кг. РЛС «Дунай-2» системы «А» обнаружили БР на дальности 1500 км после ее выхода над радиогоризонтом, после чего на ЭВМ М-40 были определены параметры траектории БР Р-12, выдано целеуказание радиолокаторам точного наведения и пусковым установкам (ПУ), произведен пуск ПР и по команде с КП подрыв БЧ. Боевая часть ПР состояла из 16 тысяч шариков с карбид-вольфрамовым ядром, тротиловой начинки и стальной оболочки. БЧ имела плоское поле поражения в виде диска, перпендикулярного продольной оси ПР. Подрыв БЧ производился по команде с земли с упреждением, необходимым для формирования поля поражения. БЧ этого типа проектировалась под руководством Главного конструктора А.В. Воронова. ЦВМ М-40 создавалась в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР под руководством академика С.А. Лебедева.

Специализированная цифровая вычислительная машина М-50

В 1959 под руководством Лебедева и Бурцева была создана специализированная цифровая вычислительная машина М-50. Она была модификацией М-40 работала с числами с плавающей запятой.

На базе этих двух машин М-40 и М-50 был создан двухмашинный комплекс. Спец ЦВМ 5Э92 была модификацией М-50 и использовалось для контрольно-регистрирующей аппаратуры с возможностью дистанционной записи данных, поступающих с высокочастотных каналов связи.

Машина электронная вычислительная специализированная 5Э26

Под руководством Лебедева и Бурцева в 1978 году Институтом точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) АН СССР была разработана электронная вычислительная специализированная 5Э26. Это была первая мобильная управляющая многопроцессорная высокопроизводительная вычислительная система. В основе — модульный принцип построения с высокоэффективной системой автоматического резервирования. Работала в широком диапазоне климатических и механических воздействий. Система автоматического резервирования базировалась на аппаратном контроле. Было развито математическое обеспечение автоматизации программирования. Мобильная машина работала с языками высокого уровня, применялась энергонезависимая память команд на микробиксах, была возможность электрической перезаписи информации внешней аппаратурой записи.

Производительность такой ЭВМ составляло 1,5 млн. операций в секунду, длина слова — 32 разряда, информация была представлена как целое слово, полуслово, байт и бит. Оперативная память составляла 32–34 Кб, а обьем командной памяти 64–256 Кб, потребляемая мощность составляла 5–9 кВт. Независимый процессор ввода-вывода информации по 12 каналам связи, имеющий максимальный темп обмена свыше 1 Мбит в секунду.

В машине была двухсторонняя память на ферритах. Полные размеры одной пластины 65×45 см, толщина составляла 1,2 см, вес около 6 кг. Ферритовая память состояла из параллелепипедов, через них были пропущены два перпендикулярные провода, что и образовывало двухмерную матрицу. Блок памяти состоял из 16 двухсторонних пластин.

фото взято отсюда

Выпускалась 5Э26 в двух модификациях. Конструкция ЭВМ была крупноблочная, в блоках устанавливались ячейки. Всего было выпущено 1,5 тысячи таких ЭВМ, начиная с 1978 по 1994. Предназначалась для применения в системах управления оружием Министерства обороны.

САРПО «Яуза» была настроена на 5Э26 для разработки комплекса программ РЛУ «Основа», а затем и системы «Байкал».

Специализированная вычислительная машина 5Э92 б

Специализированная вычислительная машина 40У6

Машина 40У6 была разработана в 1988 году, ее главным конструктором был Кривошеев. Это была мобильная управляющая многопроцессорная вычислительная машина, в ее основе также был использован модульный принцип. За счет того, что некоторые модули были продублированы и зарезервированы она была високонадежной, разветвленная система аппаратурного контроля обеспечивала возможность восстановления процесса управления при сбоях или отказах аппаратурной части.

СЭВМ 40У6 работала в режиме реального времени и была рассчитана для работы в широком диапазоне климатических и механических воздействий. Как и в предыдущей 5Э26, в ней было предусмотрено развитое математическое обеспечение автоматизации программирования. Машина потребляла 5,5 кВт.

Конструкция машины была блочной, использовались 32-разрядные слова, с плавающей запятой. Оперативная память составляла 256 кБ и имела внутренний контроль по кодам Хемминга, байтовый контроль передач, интерливинг, командная память составляла 512 кБ и был также предусмотрен внутренний контроль по по кодам Хемминга, байтовый контроль передач, использовался 15-канальный процессор ввода-вывода информации. Переход на аккумуляторное питание при выключении питания способствовал тому, что информация не пропадала.

Для построения 40У6 использовались маломощная серия ТТЛ-микросхем и КМОП-микросхемы памяти. Программное обеспечение такой машины -трансляторы с автокода, Фортрана, СИ, Паскаль.

К 1990 году времени выпущено более 200 машин.

Космический Горыныч БЦВМ «Аргон -11С»

Первой отечественной БЦВМ, которая «полетела» в космос, стала БЦВМ «Аргон-11С».

Была создана в 1968 году, было изготовлено 21 образца данной машины. Машина использовалась в системе управления космическим аппаратом «Зонд» (облет и фотографирование поверхности Луны с возвращением космического аппарата на Землю). Работа производилась в реальном времени. Структура и архитектура машины имела минимальный набор команд, состояла такая ЭВМ из трех функционально автономных вычислительных устройств с независимыми входами и выходами, связанных между собой каналами для обмена информацией и синхронизации. Ввод-вывод информации осуществляется программно.«Трехголовость» бортовых ЭВМ «Аргон-11С» — однa из основных конструктивных особенностей космической вычислительной техники. Емкость ОЗУ — 128 14-разрядных слов, ДЗУ — 4096 17-разрядных слов. Были применены интегральные гибридные микросхемы «Тропа-1». Главным достоинством серии «Тропа» являлась простота технологии.

С появлением первой отечественной серии монолитных интегральных схем — серия 110 (интегральные микросхемы транзисторной логики с резистивно-емкостными связями) была выполнена разработка БЦВМ «Аргон-11» для ракетной техники.

Машина создана в виде двух блоков, которые были объединенных в единую конструкцию — блок трехканального устройства обмена и вычислений с тремя ОЗУ и блока трехканального долговременного ЗУ. С помощью встроенных вентиляторов отводилось тепло на корпус. Размер машины — 305×305х550 мм, вес — 34 кг, потребляемая мощность составляла 75 Вт, а время непрерывной работы -180 минут. Работала такая машина в диапазоне температур от 0 до 40 градусов.

В «Аргон-11С» впервые в прaктике создaния бортовых ЭВМ былa примененa схемa резервировaния узлов, которaя именовaлaсь троировaнной структурой с мaжоритировaнием.

Нaдежность этой мaшины была довольно высока. Вероятность отсутствия откaзов в двух из трех ее модулей состaвляло 0,999 в течение восьми суток полетa космического aппaрaтa к Луне и обрaтно.

космическая станция «Зонд-4»

Космическaя миссия былa весьмa ответственной. Аппaрaты серии «Зонд» были сконструировaнны нa основе пилотируемого корaбля «Союз 7К-Л1», Их задачей было исследовaние возможности высaдки нa Луне советских космонaвтов. БЦВМ «Аргон-11С» былa преднaзнaченa для упрaвления движением космического корaбля Л1 из серии «Зонд» при его облёте Луны и aэродинaмического спускa нa Землю при вхождении в aтмосферу нa второй космической скорости.

Зaдaчa этa былa политически вaжной. Прогрaммa «Аполлон», отрaбaтывaемaя NASA с нaчaлa шестидесятых годов, к 1968 году вошлa в стaдию пилотируемых полётов, и руководство СССР желaло утереть нос потенциaльному противнику.

Конструкция троировaнной схемы «Аргон-11С» былa удaчной. Позже такая же схема была использована при создании БЦВМ «Аргон-16», которую нaзвaют космическим долгожителем (использовaлaсь в сaмых рaзнообрaзных космических aппaрaтaх более 25 лет). Около трёхсот экземпляров «Аргон-16» трудились в «Союзaх», трaнспортникaх «Прогресс», орбитaльных стaнциях «Сaлют» и «Мир».

Хотя Луннaя прогрaммa СССР «потерпелa фиaско», она способствовала рaзвитию бортовой вычислительной техники космического бaзировaния.

Пришедшие нa смену «Аргонaм» БЦВМ серии Ц, в чaстности «С-530», с успехом применялись в системaх упрaвления межплaнетных стaнций «Мaрс» и «Венерa». С их помощью впервые в истории человечествa былa выполненa посaдкa космического aппaрaтa нa поверхность Мaрсa, проведены исследовaния кометы «Вегa» и рaдиолокaция Венеры.

О программном обеспечении таких спецкомпьютеров можете ознакомиться здесь

© Geektimes