Эльбрус (семейство компьютеров)

Не следует путать с современной процессорной архитектурой «Эльбрус».

«Эльбру́с» — серия советских и российских суперкомпьютеров, разработанных в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) в 1970—1980-х годах под руководством Всеволода Сергеевича Бурцева. Производство велось на Загорском электромеханическом заводе (ЗЭМЗ) «Звезда». Архитектура «Эльбрус-3», разработка которого началась в конце 1980-х, принципиально отличалась от предыдущих моделей. Опытный образец «Эльбрус-3» прошёл испытания, но в серийное производство запущен не был.

Модели серии

«Эльбрус-1»

Многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) «Эльбрус-1» — разработан в 1973—1979 годах, сдан государственной комиссии в 1980 году. Построен на базе ТТЛ-микросхем. Производительность — до 12 млн оп/с в комплектации Э1-10 с десятью ЦП. Главный конструктор серии — Всеволод Сергеевич Бурцев.

«Эльбрус-2»

МВК «Эльбрус-2» — разработан в 1977—1984 годах, сдан в 1985 году. Производительность на 10 процессорах (из них 2 считались резервными) — 125 млн оп/с. Построен на базе ЭСЛ интегральных схем ИС-100 (аналог серии Motorola 10000), из-за высокой потребляемой мощности требовал мощной системы охлаждения. По словам Бориса Бабаяна, всего было выпущено до 200 машин «Эльбрус-2» с разным числом процессоров.

Используется в управлении РЛС «Дон-2H».

По справке «Красной звезды» от 1 марта 2001 года, Эльбрус-2 используется в «системе ПРО второго поколения, ЦУПе, Арзамасе-16 и Челябинске-70».

Используется в системе ПРО Москвы А-135.

• Процессор
  • Размещён в трёх шкафах
  • Система команд — безадресная, стековая, используется обратная польская запись
  • Тактовая частота — 20 МГц
  • Производительность по смеси Гибсон-3 — 12,5 млн оп/сек
• ОЗУ
  • логическая организация — тегированная, страничная (размер страницы — 512 слов)
  • физически — до 16 млн слов (24-битная физическая адресация) размером 80 бит (из них 8 контрольных), эквивалентный объём — 144 МБайт
  • построена на микросхемах DRAM ЗУ565РУЗВ (16 K * 1)
  • используется трёхуровневый интерливинг
• Внешняя память
  • На магнитных барабанах — от 8,5 до 136 МБайт
  • На сменных магнитных дисках — от 34 до 700 МБайт
  • На магнитной ленте — от 70 до 560 МБайт

«Эльбрус-1К2» и «Эльбрус-Б»

«Эльбрус-1К2» (также известен как СВС с жаргонной расшифровкой «Система, Воспроизводящая Систему») был разработан на основе компонентов и технологий «Эльбруса-2» для замены «БЭСМ-6». Сохранял полную программную совместимость с предшественником. Было произведено порядка 60 машин.

«Эльбрус-Б» (или «Эльбрус-1К-Б») — это 64-разрядный процессор с плавающей запятой и с расширением системы команд, которая включает работу с байтами. Элементная база, аналогичная «Эльбрус-1К2» и «Эльбрус-2», но самостоятельная система ввода-вывода (без процессора ПВВ) и многомашинный вариант комплектации. Главный конструктор — М. В. Тяпкин.

Характеристика	БЭСМ-6 (1968)	Эльбрус-1К2	Эльбрус-Б
Производительность (млн. оп/с)	1	2,5 — 3	4 — 5
Частота, МГц	10	20	20
Разрядность, бит	48	48	48 или 64
Разрядность адресации ОЗУ, бит	15	15	15 или 27
Объём ОЗУ, МБ	0,032-0,128	0,77	64
Объём дискового ЗУ, МБ (в стандартной комплектации)	116	58	800
Занимаемая площадь, м² (со всей периферией)	150-200	250	70
Потребляемая мощность, кВт	30	105	25
Всего выпущено	355	60	60

«Эльбрус-3»

МВК «Эльбрус-3» — разрабатывался в 1986—1994 годах группой сотрудников Института точной механики и вычислительной техники под руководством Б. А. Бабаяна на основании совершенно новых архитектурных идей. МВК Эльбрус-3 должен был содержать 16 суперскалярных процессоров с VLIW-системой команд. Не был запущен в серию.

Архитектура «Эльбрус-3» получила дальнейшее развитие в архитектуре микропроцессоров «Эльбрус 2000» и «Эльбрус-3М1».

«Эльбрус-3-1»

МКП Эльбрус-3-1 в машинном зале

Конструктор А. А. Соколов. В 1993 году был успешно завершён первый этап Государственных испытаний «Эльбрус-3-1» — МКП (модульный конвейерный процессор) (Премия имени С. А. Лебедева РАН). В МКП основная идея заключалась в возможности подключения процессоров с различной специализацией (радиолокационная обработка, структурная обработка, быстрые преобразования Фурье и т. д.). У МКП было несколько счётчиков команд, поэтому он мог работать с несколькими потоками команд. Одновременно на едином поле памяти в процессоре выполнялось до четырёх потоков команд.

Архитектура Эльбрус-1,2

Основным отличием системы Эльбрус является ориентация на языки высокого уровня 1980-х годов. Языки класса Ассемблера в системе отсутствуют. Базовый язык — Автокод «Эльбрус» Эль-76 (автор В. М. Пентковский), на котором написано общесистемное программное обеспечение (ОСПО), является языком класса Алгол. Он напоминает язык Алгол-68. Основное различие состоит в динамическом связывании типов, которое поддерживается на аппаратном уровне. При компиляции программа на Эль-76 переводилась в безоперандные команды стековой архитектуры.

Главное отличие архитектуры «Эльбрус» от большинства существующих систем — это использование тегов. В системе Эльбрус каждое слово памяти имеет, кроме информационной части, содержащей элемент данных, ещё и управляющую часть — тег элемента, на основании которого аппаратура процессора динамически выполняет выбор нужного варианта операции и контроль типов операндов.

Очень похожие принципы: Алгол как управляющий язык и система тегов применялись в компьютере B5000 Архивная копия от 30 ноября 2018 на Wayback Machine фирмы Burroughs Corporation. Среди пользователей Эльбруса ходила шутка: называть систему «Эль-Берроуз».

Элементарные типы данных

• целые числа двух форматов — слово (64 разряда) и полуслово (32 разряда)
• вещественные числа трех форматов — слово, полуслово и удвоенное слово (128 разрядов)
• наборы — обобщение языковых типов данных bool (логический), char (символьный), alfa (короткая строка, размещаемая в слове), bytes (последовательность байтов слова)

Управление памятью

В аппаратуре и ОС реализован гибкий механизм управления виртуальной памятью (называющейся в документации «математической»). Программисту предоставляется возможность описывать массивы размерами до 2²⁰ элементов. Разрешённые форматы элементов массива: бит, цифра (4 бита), байт, полуслово (32 бита), слово (64 бита), слово удвоенной точности (128 бит). Каждой задаче предоставляется 2³² слов.

Программное обеспечение

• Операционная система, система файлов, система программирования Эль-76, многоязыковые компоненты ОСПО — ИТМиВТ
• Фортран, Кобол, ПЛ/1, Алгол — Новосибирский филиал ИТМиВТ (ныне ОАО «Новосибирский институт программных систем»)
• Паскаль, КЛУ, АБВ, РЕФАЛ, Снобол-4, Диашаг, Форт — Ленинградский университет, 1986 г. (Работает под управлением ОСПО. Имеются средства связи с процедурами на Эль-76).
• Интеллектуальная система программирования МИС, Лисп — Институт кибернетики АН СССР
• Симула-67 — Ростовский университет

Разработки МЦСТ

Эльбрус-90микро

Основная статья: Эльбрус-90микро

Эльбрус-90микро — вычислительный комплекс, основанный на микропроцессорах серии МЦСТ-R с архитектурой SPARC.

Эльбрус-3М

Основная статья: Эльбрус-3М1

Вычислительный комплекс «Эльбрус-3М1» создан на основе VLIW-процессора с архитектурой Эльбрус 2k фирмы МЦСТ. В режиме двоичной компиляции эмулирует систему команд x86; поставляется с операционной системой МСВС-Э (на основе Linux 2.6.14), системой программирования с оптимизирующим компилятором, системой двоичной компиляции, системой тестовых и диагностических программ, средствами для обеспечения программной совместимости с многопроцессорными вычислительными комплексами (МВК) «Эльбрус-2» и «Эльбрус-1». Прошёл государственные испытания.

В тесте SPEC «Эльбрус» с тактовой частотой 300 MHz в режиме совместимости с платформой x86 обогнал Pentium III 500 MHz.

Предполагалось, что в 2008 году будут построены 100 серверов «Эльбрус-3М» для оборонной отрасли. Теоретическая производительность двухпроцессорной системы, работающей на частоте 300 МГц, составляет 4,8 Гфлопс (64-bit double) — для сравнения, двухъядерный процессор Intel Core 2 Duo 2,4 ГГц = 19,2 Гфлопс (64-bit double), двухъядерный Itanium 2 1,66 ГГц — 13,2 Гфлопс (64-bit double), четырёхъядерный Sandy Bridge 3,8 ГГц = 121,6 Гфлопс (64-bit double). Процессоры Эльбрус имеют площадь 189 мм², произведены по технологии 130-нм и содержат 75,8 млн транзисторов. Оригинальная архитектура E2K позволяет выполнять до 23 операций за такт и обеспечивает низкое энергопотребление: 0,4 Вт/Гфлопс.

КМ-4

В декабре 2012 г. ЗАО «МЦСТ» получило пилотную партию моноблочных компьютеров «КМ-4», оснащённых материнской платой «Монокуб Архивная копия от 3 июля 2014 на Wayback Machine», построенной на базе процессора Эльбрус-2С+ и южного моста КПИ Архивная копия от 2 июля 2014 на Wayback Machine.

См. также

• Эльбрус (процессоры)
• Мобильная система Вооружённых Сил
• Мандатное управление доступом
• ЛИНТЕР.

Литература и публикации

• Пентковский В. М. Автокод Эльбрус. Эль-76. Принципы построения языка и руководство к использованию / под редакцией Ершова А. П.. — М.: Наука, 1982. — 352 с. Архивная копия от 14 марта 2017 на Wayback Machine
• Пентковский В. М. Язык программирования Эль-76. Принципы построения языка и руководство к пользованию. — 2-е изд, испр. и доп. — М.: Наука, 1989. — 364 с. Архивная копия от 14 марта 2017 на Wayback Machine
• Сафонов В. О. Автокод Эльбрус: Учебное пособие. — Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1982.
• Сафонов В. О. Языки и методы программирования в системе Эльбрус / под редакцией Лаврова С. С.. — М.: Наука, 1989. — ISBN 5-02-013983-1. Архивная копия от 14 марта 2017 на Wayback Machine
• Ким А. К., Перекатов В. И., Ермаков С. Г. Микропроцессоры и вычислительные комплексы семейства «Эльбрус». — СПб.: Питер, 2013. — ISBN 978-5-459-01697-0.

Ссылки

• Королев, Л. Н. Многопроцессорные вычислительные комплексы Эльбрус // Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение : Гл. ред. физ.−мат. лит−ры : уч. пос. для вузов по спец−ти «Прикладная математика». — 2−е, перераб. и доп. — М. : Наука, 1978. — С. 166−169. — 352 с.
• А. П. Ершов и др. Заключение рабочей группы № 2 по архитектуре и программному обеспечению ЕР МВК «Эльбрус»  (рус.). Электронный архив академика А. П. Ершова. Институт систем информатики им. А. П. Ершова СО РАН (20 апреля 1984). — (+ то же в виде текста). Дата обращения: 6 августа 2009.
• Бабаян, Б. Многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус» : [рус.] // Квант : журн.. — 1981. — № 8. — С. 54−57.
• Дубова, Наталья. От «Эльбруса-3» — к «Эльбрусу-2000» : [рус.] // Computerworld Россия : журн.. — 2000. — № 27−28 (20 июля).
• Иванов, A. Школа академика С. А. Лебедева в развитии отечественной вычислительной техники : [рус.] // Электроника : НТБ. — 2002. — № 6. — С. 48−54.
• В. Д. Анисимов, Г. С. Батырь, А. В. Меньшиков, В. Д. Шилин. Система контроля космического пространства Российской Федерации  (рус.). Публикации. Сайт инициативных астрономических проектов ПулКОН и LFVN (4 октября 2006). — О реальных применениях компьютеров Эльбрус-1, 2. Дата обращения: 6 августа 2009. Архивировано из оригинала 17 сентября 2009 года.
• Семейство ЭВМ "Эльбрус"  (рус.). История отечественной вычислительной техники. Универсальные ЭВМ. Виртуальный компьютерный музей. Дата обращения: 6 августа 2009. Архивировано 17 августа 2007 года.
• В. В. Пржиялковский, Н. Л. Прохоров, Е. Н. Филинов. Кого и зачем вводят в заблуждение  (рус.). Архив новостей. Виртуальный компьютерный музей (4 сентября 2000). — Развернутый комментарий к статье Ю. Ревича «Неизвестные ЭВМ» в газете "Известия" от 11.07.2000 известных советских разработчиков ЭВМ. Дата обращения: 6 августа 2009. Архивировано 20 июля 2013 года.
• Владислав Мещеряков. 100% российский компьютер возродился  (рус.). Новости. CNews (30 июня 2008). Дата обращения: 6 августа 2009. Архивировано из оригинала 16 сентября 2009 года.
• Chip Man. Интервью с Борисом Бабаяном (ч.1)  (рус.). Chip Man's Блог. Intel Galaxy (20 июля 2009). Дата обращения: 6 августа 2009. (недоступная ссылка)
• Виктор Картунов ака matik. Кое-что об Эльбрусе−2000  (рус.). Ф-Центр (7 декабря 2005). Дата обращения: 16 июня 2011. Архивировано 11 декабря 2013 года.
• Екатерина Мищенко. Высоты «Эльбруса»: от 64 мегабайт до 10 килограмм. Чем занимались компьютерные разработчики в СССР, пока Возняк придумывал Apple  (рус.). «Индикатор». Медиахолдинг Rambler&Co (26 октября 2018). Дата обращения: 2 февраля 2019. Архивировано 12 февраля 2019 года.