Операционные системы для ЭВМ БЭСМ-6
Активное развитие сферы советских ЭВМ с аппаратной поддержкой многозадачности и управления параллельной работой устройств послужило развитию и операционных систем. Машины нуждались в программных системах, с помощью которых ими можно было бы управлять. В конце 60-х на смену незатейливым интерпретирующим системам первых ЭВМ (по сути, их способности ограничивались вызовом стандартных подпрограмм) пришли настоящие операционные системы.
Разработкой первых операционных систем в СССР занимались ведущие научно-технические структуры Москвы: Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) и Институт прикладной математики (ИПМ РАН) им. Келдыша. Над созданием ОС для ЭВМ трудились такие выдающиеся ученые-академики XX века, как Сергей Алексеевич Лебедев, Мстислав Всеволодович Келдыш, Лев Николаевич Королев, Михаил Романович Шура-Бура. Неоценимую помощь в создании системных программных средств оказали также группы из лаборатории вычислительной техники и автоматизации Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне под руководством Николая Николаевича Говоруна.
Для крупных ЭВМ «Весна» и БЭСМ-6 были разработаны многозадачные ОС, которые обеспечивали параллельное выполнение процессов обработки информации, их иерархическую организацию, интерактивный режим работы коллектива пользователей машины и обработку информации в режиме он-лайн.
Операционная система Диспетчер-68
Диспетчер-68 (Д-68) — одна из первых операционных систем, разработанных в конце 60-х для БЭСМ-6. Разработана в ИТМиВТ под руководством профессора Льва Николаевича Королева при участии Виктора Петровича Иванникова и Александра Николаевича Томилина. Система должна была взять на себя управление совместной работой устройств и решение задач в мультипрограммном режиме.
Если разобраться, то Д-68 являлась ядром операционной системы, обеспечивающим мультипрограммный режим пакетной обработки заданий, а также осуществляющим управление виртуальной памятью, внешними запоминающими устройствами и устройствами ввода-вывода.
ЭВМ БЭСМ-6
Функции операционной системы Д-68:
— мультипрограммное решение задач;
— возможность одновременно управлять работой всех каналов связи с внешними запоминающими устройствами и всех устройств ввода-вывода информации;
— совмещение вычислений во всех задачах с параллельной работой внешних запоминающих устройств и устройств ввода-вывода;
— организацию совместного динамического распределения ресурсов оперативной и внешней памяти, основывающуюся на замещении страниц в оперативной памяти;
— распределение устройств между задачами;
— буферизацию ввода-вывода;
— развитую связь с оператором по управлению прохождением задач и работой устройств;
— возможность многотерминальной работы в диалоговом режиме.
— вызов трансляторов с языков программирования и автокодов.
Д-68 легла в основу последующих ОС для БЭСМ-6: Дубна и ДИСПАК, а также послужила базой для операционной системы реального времени НД-70 («Новый диспетчер»-70). Разработка НД-70 проводилась в том же ИТМиВТ под руководством В.П. Иванникова. Как было упомянуто выше — данная операционной система тоже создавалась для БЭСМ-6 и предоставлялась с развитыми средствами организации параллельных вычислений, режимом работы в реальном времени и возможностью организации многомашинного вычислительного комплекса.
На базе ОС НД-70 были созданы крупные баллистические и телеметрические программные комплексы реального времени. В течении двадцати лет они использовались в центрах управления полетами космических аппаратов.
На основе возможностей операционной системы БЭСМ-6, усилиями ряда ведущих научно-исследовательских и производственных организаций, а также с привлечением крупных математических сил СССР, была создана первая советская поставляемая промышленностью полная система математического обеспечения ЭВМ.
Операционная система ИПМ
Создатели Д-68 считали, что делают первую в стране операционную систему. Но все же первенство стоит отдать специалистам Института прикладной математики им. Келдыша. В 1967 году Игорь Борисович Задыхайло, Сергей Сергеевич Камынин и Эдуард Зиновьевич Любимский реализовали возможность автоматизированного управления задачами для ЭВМ «Весна». Но поскольку разработка данной машины находилась в секретности в подведомственной КГБ организации, то и сведения о ней не разглашались. Несмотря на достоинства «Весны», БЭСМ-6 все же была мощнее и презентабельнее, поэтому программисты ИПМ начали работу над операционной системой для машины Лебедева.
ЭВМ «Весна»
Операционная система ИПМ — одна из первых полноценных ОС, включавших достаточно современный механизм параллельной обработки заданий и распределения ресурсов. По словам одного из разработчиков Э.З. Любимского, ОС ИПМ оказалась схожей с современной Unix.
Разработка ОС ИПМ проводилась с использованием механизмов взаимодействия для организации взаимосвязи между задачами и процессами. В данном случае задачи рассматривались в виде «community» (сообщество), вступая друг с другом в различные отношения. У каждого ресурса был свой хозяин, который отводил (отдавал или сдавал в аренду) ресурс под определенную задачу. Хозяин мог закрывать или не закрывать арендуемый ресурс, что поддерживалось широким спектром средств синхронизации процессов. Сообщения между задачами передавались по типу почтовых отправлений, вплоть до уведомления о вручении.
Задача могла открывать до восьми процессов, управление которыми производилось с помощью аппарата событий, а также прямых команд открытия, закрытия, прерывания и пуска. Одни задачи вызывались другими. Вызов подчиненной задачи давал возможность определить режим управления, который предоставлял главной задаче доступ ко всем ресурсам подчиненной и в том числе наделял правом управлять ее процессами. Если подчиненная задача не справлялась с обработкой своей аварийной ситуации, главной задаче приходило соответствующее сообщение и она могла предпринять необходимые действия. Описанные возможности применялись при разработке задач-посредников вроде отладчика в режиме диалога.
Трудовой коллектив разработчиков ОС ИПМ
Разработка операционной системы началась в 1967 году. Выпуск производственной версии приурочили к 100-летию Ленина — достаточно устойчивая производственная версия ОС ИПМ начала функционировать в 1970 году. Система ограниченно включала в себя программирование. Большинство трансляторов были написаны на языке АЛМО (аналог языка Си), и использовали его в качестве выходного языка. Это была вполне развитая, универсальная система, но помимо ИПМ, она использовалась еще несколькими организациями.
Мониторная система «Дубна»
Многоязыковая Мониторная система «Дубна» была разработана в 1970 году Николаем Николаевичем Говоруном, Владиславом Павловичем Шириковым, Игорем Николаевичем Силиным и другими сотрудниками ОИЯИ с участием специалистов из Института атомной энергии (ИАЭ) им. И.В. Курчатова и стран-участниц ОИЯИ (ГДР, ВНР, КНДР). Система обеспечивала управление заданиями, создала и использовала многоуровневые библиотеки программ. Она включала в себя библиотеку программ общего назначения, совместимую с библиотекой Европейского центра ядерных исследований ЦЕРН (CERN). Мониторная система «Дубна» использовалась как с собственной ОС «Дубна», так и с другими операционными системами для БЭСМ-6.
В ОС «Дубна» входили такие компоненты:
— транслятор (ассемблер) с автокода МАДЛЕН на язык загрузки;
— транслятор с языка Фортран на язык загрузки;
— статический и динамический загрузчик;
— библиотекарь и общие библиотеки стандартных программ;
— текстовый редактор;
— системные программы ввода-вывода.
Со временем в составе мониторной системы появились другие трансляторы и системы, а именно: Алгол-ГДР; Фортран-ГДР; Форекс оптимизирующий транслятор с языка, близкого к Фортрану 77; транслятор с языка Паскаль; ГРАФОР («ГРАфическое расширение ФОРтрана») — библиотека векторной графики на языке Фортран; Поплан транслятор с языка POP-2.
Также проводились исследования и разработки диалоговых систем, которые по большей части были связаны с машиной БЭСМ-6 (системы Пульт, Димон, Мультидоступ и другие предоставляли пользователям возможности редактирования текстов программ и запуска задач в пакетную обработку).
Коллектив ОИЯИ
ОС АС-6
В начале 70-х под руководством Л.Н. Королева и В.П. Иванникова впервые была создана распределенная операционная система многомашинного информационно-вычислительного комплекса АС-6. Она состояла из входящих в комплекс равноправных операционных систем ЭВМ, которые взаимодействовали друг с другом через единый интерфейс. Также ОС обеспечивала сетевое взаимодействие вычислительных процессов комплекса и конвейерную работу входящих в него машин («конвейера ЭВМ») для обработки в режиме реального времени больших потоков информации о полетах космических аппаратов.
Сетевые программные средства ОС АС-6 разделялись на транспортные и функциональные. Транспортные предназначались для передачи данных в комплексе как между операционными системами, так и между задачами пользователей. В соответствии с принципом равноправия операционных систем, транспортные средства были симметричны. Как правило, они служили для связи объектов операционных систем разных ЭВМ. В случае выхода из строя машины, взаимодействие с транспортными средствами прекращалось. Работа возобновлялась после перезапуска ОС. Функциональные средства базировались на транспортных и выполняли функции запроса ресурсов, обмена с устройствами ввода-вывода, вызова программ-посредников и т.д.
ДИСПАК
Советский атомный проект (САП) послужил развитию многих научных направлений и в частности: электронно-вычислительной техники, вычислительной математики и программирования. Одним из важных проектов САП была разработка операционной системы ДИСПАК для БЭСМ-6, которая велась с 1969 года по 1971 год. Разрабатывали систему программисты математического сектора НИИ-1011, второго советского ядерного центра, созданного в 1955 году на Урале (Челябинск-70, Снежинск). Операционная система ДИСПАК (сокращение от «дисковый пакет» или «диспетчер пакетной обработки») многие годы успешно работала на ЭВМ БЭСМ-6 и на Эльбрусе.
Возникновению ОС ДИСПАК предшествовало создание математического сектора для проведения расчетно-теоретических работ, которым руководил Николай Николаевич Яненко. Сектор состоял из четврех отделов: теоретического (руководил сам Яненко); производственного счета (руководил Армен Айкович Бунатян); вычислительной техники (руководил В.А. Дорофеев); отдела программирования (руководство Юрия Ивановича Морозова).
Наиболее важные расчеты проводили в московском Отделение прикладной математики (ОПМ) на ЭВМ «Стрела». В секторе же первое время использовали вычислительные машины «Мерседес» и «Рейнметалл». Но в начале 60-х советские ЭВМ («Стрела» и М-20) заменила иностранные модели.
Николай Николаевич Яненко
В 1958 году А.А. Бунатян возглавил математический сектор НИИ-1011. И тогда же возникла идея создать программирующую систему с использованием клавишного устройства (ПСКУ), одну из ранних отечественных систем символьного программирования.
В 1960 году был создан научно-технический совет НТС-3, который включал в себя секции вычислительной математики и вычислительной техники. Председателем НТС-3 стал Н.Н. Яненко. На заседаниях совета рассматривались вопросы научной и производственной работы, обсуждались методы решения вычислительных задач и программирования.
С 1967 года сектор НИИ-1011 получил первую советскую ЭВМ, способную выполнять 1 миллион одноадресных операций в секунду — БЭСМ-6. Машина работала с ОС Д-68. Возможности данной операционной системы были достаточно ограниченными, ее производительность не позволяла на всю мощь использовать широкие аппаратные возможности БЭСМ-6.
В 1969 году инженер-разработчик Владимир Федорович Тюрин проявил инициативу и вынес на рассмотрение НТС-3 предложение о создании собственной операционной системы ДИСПАК. Предложение было одобрено. Сформировалась группа разработчиков новой ОС, в состав которой вошли: Юрий Озорнин, Николай Шулепов, Светлана Александровна Зельдинова, Владимир Карякин, Виталий Зуев, Людмила Кошкина. Специалистам нужно было в короткие сроки создать производительную, удобную и надежную операционную систему.
В начале 1970 года началась работа по созданию ОС ДИСПАК, а уже в 1971 году первую версию системы предоставили для испытаний. Очень быстро распространилась информация о новой и практичной операционной системе, которая сразу же завоевала популярность. ОС ДИСПАК расходился по стране. Новую ОС получили не только организации Минсредмаша, но и другие заинтересованные структуры. Одними из первых системы появились в Академгородке Новосибирска, в Миассе (в КБ машиностроения у академика В.П. Макеева), в нескольких организациях Москвы, в Тбилиси, Свердловске, Иркутске. Вскоре ОС ДИСПАК была принята заводом-изготовителем ЭВМ в качестве серийной, поставляемой вместе с аппаратурой БЭСМ-6.
Владимир Федорович Тюрин
Первые версии ОС ДИСПАК включали системные магнитные ленты. Это было необходимо для обеспечения работы системы. Одна лента предназначалась для того, чтобы вводить, хранить и запускать в решения задачи. Выводимая информация поступала на системные ленты вывода. После завершения задачи, ее информация подвергалась изъятию с лент. Сама лента состояла из блоков, вмещающих по 1024 слова для пользователя и 8-ми служебных слов. У каждой ленты имелось свое собственное имя, по которому она идентифицировалась. Данный идентификатор записывался в одно из служебных слов каждого блока. Каждый блок ленты нумеровался и номер также записывался в одно из служебных слов этого блока. Операционная система хранила информацию о текущем состоянии установленных лент и при любой постановке оператором автоматически опознавала имя ленты и номер блока. С целью повысить надежность, каждая запись на ленту включала контрольное чтение с нее. Ленту можно было переставлять на другие устройства.
Разработчики уделили много внимания средствам функционирования системы в критических ситуациях. Для этого была создана система сообщений пользователю, оператору, обслуживающему персоналу. Система оперативно собирала общие статистические данные о работе аппаратуры, пользователей и операторов, а также предоставляла информацию про обработку и выборку в удобном формате статистических данных за период времени, который интересовал.
Под задачи пользователей было отведено 16 каналов, которые распределялись между различными группами задач. Планирующая система отвечала за более эффективное использование ресурсов. Операционная система ДИСПАК обеспечивала работу в пакетном и диалогово-пакетном режимах. За счет автоматизации процесса решения задач, многозадачности, параллельного решения задач, буферизации ввода и вывода данных и более эффективного использования внешних устройств, прохождение задач значительно ускорилось. Благодаря функциональным возможностям операционной системы удалось повысить производительность в 15–20 раз.
В 1971 году для БЭСМ-6 был разработан коммутатор магнитных дисков (КМД), который имел три входа для подключения трех машин. Разработала программные средства для подключения С.А. Зельдинова.
Появление ОС ДИСПАК позволяло улучшить характеристики ЭВМ, появились возможности создавать децентрализованные многомашинные вычислительные комплексы с общей внешней памятью на магнитных дисках, автоматически перераспределять задачи между машинами, повысить эффективность их использования и функциональную надежность вычислительных систем.
Группа разработчиков операционной системы
ОС ДИСПАК продолжала совершенствоваться. В 1975 году был разработан и внедрен коммутатор терминалов (КТ). Его аппаратуру разработали Ю.Н. Мазурин и А.К. Золотилин. Программное обеспечение для КТ в ОС ДИСПАК было выполнено В.Н. Карякиным.
В 1976 году был создан коммутатор машин (КМ). Над его разработкой трудились: Ю.Н. Мазуриным, А.Д. Шалфеевым, А.К. Золотилиным и Н.Н. Петрушко. Программное обеспечение для коммутатора выполнила С.А. Зельдинова. КМ позволил объединить дисковое пространство всех машин, благодаря чему любая ЭВМ могла обратиться к общему дисковому пространству. В.Ф. Тюрин разработал событийный аппарат, главную и подчиненную задачи, передачу сообщений между задачами.
В том же году появился и терминальный коммутатор на 64 терминала с выходом на семь ЭВМ БЭСМ-6. С его помощью удалось создать локальную и распределённую сети в различных Институтах АН СССР. Пользователи могли запускать задачи в автоматическом режиме на любом терминале и на любую ЭВМ, при этом просматривая результаты работы на своем терминале.
ОС ДИСПАК была очень надежной и быстрой. Максимальное время функционирования системы в однопроцессорном варианте составляло 662 часа (4 недели), а максимальное время функционирования в многомашинном комплексе было практически неограниченно. Система отлично решала вопросы работы в режиме разделения времени, реального времени, обеспечивая высокий коэффициент полезного использования машинного комплекса. К каждой машине БЭСМ-6 подключались десятки терминалов, которыми управляли диалоговые системы.
ОС ДИСПАК работала в крупнейших ВЦ страны, научно-исследовательских институтах СССР, во многих советских организациях по всей территории союза. За период серийного выпуска ЭВМ БЭСМ-6 (с 1968 года по 1981 год) было выпущено 367 машин и на более чем 95% из них была установлена операционная система ДИСПАК.
С 1980 года разработчики Н.Е. Балакирев, С.А. Зельдинова, В.Ф. Тюрин перешли на проект «Эльбрус», на котором начали испытывать ОС ДИСПАК. Через год С.З. Рачинским была внедрена архивно-файловая система, обеспечивающая работу с файлами, каталогами и защищающая их. У файловой системы была своя иерархия, для сопровождения предоставлялись сервисные программы.
ВК Эльбрус
В середине 80-х был разработан вычислительный комплекс ЭЛЬБРУС-Б. Главным конструктором был М.В. Тяпкин. Разработка системного программного обеспечения для рассматриваемого ВК была выполнена В.Ф. Тюриным, С.А. Зельдиновой, Н.Е. Балакиревым. М.Г. Чайковский разработал макроассемблер, ФОРТРАН для ВК ЭЛЬБРУС-Б.
Вычислительный комплекс работал в трех режимах: 1-й обеспечивал обеспечивал полную совместимость команд пользователя с БЭСМ-6; 2-й совмещался с первым режимом, кроме длины регистров пользователя; 3-й был полностью не совместим с пользовательским режимом БЭСМ-6. Для ВК ЭЛЬБРУС-Б была создана операционная система ДИСПАК, которая обеспечивала полное совмещение с задачами пользователя БЭСМ-6. Второй режим не обеспечивался, а третий — обеспечивался только тестовыми задачами, написанными на ассемблере.
В 1988 году прошли успешные испытания ОС ДИСПАК и ВК ЭЛЬБРУС-Б. В начале 90-х разработчики В.Ф. Тюрин, С.А. Зельдинова, Н.Е. Балакирев и М.Г. Чайковский получили премию Совета министров СССР за создание системного программного обеспечения для ВК ЭЛЬБРУС-Б.
Все достижения и разработки советских специалистов во многом определили дальнейшие направления и характер исследований в отечественном системном программировании. В особенности это можно сказать про разработки для ЭВМ БЭСМ-6 — машины, которая на протяжении более десяти лет была лидером по производительности в стране, и также про многомашинно вычислительный комплекс реального времени АС-6. Эксплуатация многочисленных моделей БЭСМ-6 дала возможность накопить уникальную библиотеку программ, ставших интеллектуальным богатством страны.
