Технологический прогресс не знает компромиссов. Считается, что эпоха мейнфреймов и громоздких «промышленных» компьютеров размером с сарай окончательно завершилась с появлением высокопроизводительных одноплатников, ставших не только инструментом для энтузиастов, но и основой для разработки сложных инженерных и образовательных систем. Однако проекты компактных микро-ЭВМ, собранных на одной печатной плате, разрабатывались еще в конце 70-х. Например, в СССР существовал проект одноплатных микроЭВМ «Электроника С5», которые можно назвать предками современных Raspberry Pi, Arduino, BeagleBone и их аналогов. Об этой интереснейшей советской технике — наш сегодняшний рассказ.

Отправной точкой эволюции «советских одноплатников» стало появление БИС — больших интегральных схем, которые позволяли разместить на одной плате компоненты, требовавшие нескольких отдельных плат предыдущего поколения. К категории БИС относили микросхемы, содержащие до 10 000 элементов в кристалле. Их производство началось еще во второй половине 70-х, а центром разработки таких схем стал Научно-исследовательский институт молекулярной электроники (НИИМЭ). С появлением отечественных микросхем возникла идея использовать их в архитектуре компьютеров, чтобы уменьшить габаритные размеры ЭВМ, сохранив при этом вычислительную мощность и быстродействие.

Именно с такими исходными предпосылками в 1974 году был задуман проект компактной 16-разрядной вычислительной машины, которая должна была обеспечивать многофункциональность и адаптируемость, но при этом умещаться в небольшом по размеру корпусе. Основной целью стало создание универсальной системы, способной заменить громоздкие компьютеры в лабораториях и на производствах, но при этом демонстрировать достаточную вычислительную мощность. Проект получил романтическое название «Электроника С5», и проектировали его, как это обычно и происходило в ту эпоху, «всем Союзом».

За создание программного обеспечения и системы команд взялись киевский Институт кибернетики АН УССР и Ленинградское конструкторско-технологическое бюро (ЛКТБ) при объединении электронного приборостроения «Светлана». В ЛКТБ также проектировали процессор, память, общую шину и подсистему ввода-вывода: опытно-конструкторские работы над этими компонентами велись параллельно разными отделами предприятия. Система команд и операционная система для «Электроника С5» разрабатывались на ЭВМ БЭСМ-6. Первый опытный образец компьютера был собран и успешно испытан в 1975 году.



В основу архитектуры «Электроники С5» изначально легла концепция одноплатной системы с подключаемыми дополнительными платами, позволяющими расширить функциональные возможность ЭВМ и адаптировать такую машину для решения разных научно-производственных задач. Чуть позже эта концепция разделилась: разработчики решили создать две базовые модели ЭВМ, открытую и закрытую, с единой системой команд. Первая представляла собой самодостаточный одноплатный микрокомпьютер, способный работать автономно. Вторая имела стандартный межплатный интерфейс, позволяющий подключать дополнительные аппаратные компоненты, а также контроллеры для расширения внутренних ресурсов ЭВМ и построения мультимашинных систем.



Идея микрокомпьютера с универсальным межплатным интерфейсом была довольно-таки революционной для советской промышленности 70-х годов. Фактически, инженеры «Светланы» придумали стандартную шину, к которой можно подключать различное периферийное оборудование, и более того: по мере необходимости разрабатывать принципиально новые устройства, поддерживающие этот аппаратный интерфейс. Правда, в те времена подобных умных слов в отечественных НИИ еще не знали, поэтому назвали свое изобретение «методом фрагментно-модульного проектирования». Этот метод позволял, цитирую, «создавать различные варианты функционально-конструктивных модулей (ФКМ) из библиотеки функциональных фрагментов, обладающих конструктивно-топологической и программной совместимостью». То есть, инженеры описали общий технологический стандарт, разработали интерфейс сопряжения, а дальше конструкторы получили полную свободу изобретать новые платы и устройства, которые можно подключить к ЭВМ без необходимости пересматривать ее архитектуру. Очень удобно. Правда, придумав такую конструктивную возможность, создатели «Электроники С5» столкнулись с целым рядом технических сложностей, в частности, с необходимостью автоматически перенастраивать работу устройств ввода-вывода при подключении дополнительных плат. Эту проблему удалось решить с использованием программного перемещения адресов ОЗУ и регистров ввода-вывода при изменении конфигурации ЭВМ.

Специально для этой машины была создана новая элементная база — микропроцессорный комплект 536 серии, производившийся на той же ленинградской «Светлане».

Вообще, это был один из немногих случаев в Советском Союзе, когда элементную базу разрабатывали под конкретный компьютер, а не наоборот, компьютер собирали из уже имеющейся в наличии серийной компонентной базы. Микросхемы в наборе были двух типов: в металлостеклянных корпусах с 24 выводами и металлокерамических корпусах с 48 выводами. Помимо самого микропроцессора в комплект входили схемы для управления обменом информацией, микросхемы регистров и дешифраторов, в общем, фактически вся логика, необходимая для функционирования этой ЭВМ.


Микросхема К536ИК3 (иллюстрация с сайта www.155la3.ru)

В основе компьютера использовался 16-разрядный однокристальный микропроцессор К1801ВМ1, реализующий систему команд ЭВМ «Электроника 60», которая, в свою очередь, была близка к архитектуре PDP-11, но не повторяла ее в точности. Процессор работал на тактовой частоте 5 Мгц и обладал максимальным быстродействием 500 тысяч операций в секунду. Он располагал 8 шестнадцатиразрядными регистрами общего назначения и имел адресное пространство размером 64 Кбайта.



Объем оперативной памяти компьютера составлял 2 килобайта (1024Х16 бит), она реализовывалась на микросхемах К1809РУ1. ПЗУ, собранное на микросхемах К1809РЕ1, вмещало 4096 слов по 16 бит, то есть, его общий объем составлял 8 килобайт, при этом содержимое постоянной памяти записывалось в микросхему на этапе производства и не могло быть изменено пользователем ЭВМ. Считалось, что 8 килобайт будет вполне достаточно для операционной системы и базового набора программ, который обозначали термином «резидентное программное обеспечение». Тем не менее, с использованием межплатного интерфейса к «Электронике С5» можно было подключить внешние платы ППЗУ по 8 килобайт каждая с дополнительными программами, а также устройства коммуникации: интерфейс радиальный последовательной связи (ИРПС), и интерфейс магистральный последовательной связи.

С помощью этих интерфейсов можно было организовать мультимашинные вычислительные комплексы на основе «Электроники С5» или организовать передачу данных между учреждениями, в которых использовались такие ЭВМ. ИРПС — это схема передачи данных, при которой одно главное управляющее устройство взаимодействует с несколькими подчиненными через отдельные линии связи. Радиальная структура предполагает, что для каждого подчиненного устройства выделяется собственная линия, соединяющая его с головной ЭВМ, которая инициирует обмен данными, запрашивая информацию у конкретной подчиненной машины или передавая команды. Магистральный интерфейс, напротив, использует общую шину для связи между устройствами. Все узлы такой распределенной системы подключаются к одной линии передачи данных, а обмен происходит последовательно, с использованием специальной системы адресации.

Для конца 70-х «Электроника С5» и вправду получилась компактным компьютером: весь комплекс умещался в корпусе, который можно было разместить на лабораторном столе, а одноплатные модификации Электроника С5-11 (без выведенной наружу интерфейсной шины) и Электроника С5-12 (с внешним интерфейсом) и вовсе походили по габаритам на современный «стоечный» сервер. Весь компьютер помещался на плате размером 260×280 мм, однако его ресурсы были весьма ограничены: одноплатник имел ОЗУ емкостью 128 16-разрядных слов (0.25 Кбайт) и ПЗУ на 2048 16-разрядных слов (4 КБайта). Как и современные одноплатные компьютеры, эти машины предназначались на роль технологических контроллеров. В советской документации это звучало так: «комплекс средств цифровой автоматики массового применения, используемых для сбора и обработки информации при построении систем управления технологическими процессами, контрольно-измерительных и коммутационных систем, локального контроля и управления».



А вот многоплатную версию уже можно было считать полноценным компьютером: на его лицевой панели имелась цифровая клавиатура, позволявшая вводить в ЭВМ программу с использованием восьмеричных кодов команд, и набор индикаторов, на которые осуществлялся вывод. Кроме того, интерфейсная шина позволяла подключить к «Электронике С5» устройства ввода-вывода с перфоленты (фотосчитывающее устройство FS-1501 и перфоратор ПЛ-80 или ПЛ-150), телетайп (РТА-6, РТА-7, РТА-60, Т-63 или СТА-2М), а в более поздних модификациях — «видеоконтрольное устройство телевизионного типа «Квант-М»», то есть, обычный дисплей. Фактически, на выходе получался довольно медленный и не слишком мощный (но зато относительно недорогой) компьютер, поддерживающий двухадресную систему команд, подобную PDP-11, которая включала в себя 31 базовую команду.



В первой половине 80-х ЭВМ серии «Электроника С5» активно работали на самой «Светлане», а также поставлялась на другие предприятия СССР, а одноплатные модификации использовались в качестве встроенных контроллеров для управления измерительными приборами и лабораторными комплексами. Эти машины показали, что даже в условиях ограниченного доступа к западным технологиям советские инженеры смогли создать универсальные и функциональные решения для широкого круга задач. Научно-исследовательские институты использовали эти ЭВМ для автоматизации экспериментов, в промышленности они служили для управления сложным оборудованием, а в учебных заведениях их применяли для обучения студентов программированию и основам работы с вычислительными системами.

Однако с окончанием 80-х годов роль «Электроники С5» начала снижаться. Стремительное развитие микроэлектроники за рубежом, вместе с растущей доступностью импортных компьютеров, привели к вытеснению этой серии с рынка. Сегодня экземпляры «Электроники С5» можно найти лишь в музеях и частных коллекциях, но их наследие продолжает жить, напоминая о стремлении к самостоятельному развитию электронной промышленности в Советском Союзе.
Статья поддерживается командой Serverspace.

Serverspace — провайдер облачных сервисов, предоставляющий в аренду виртуальные серверы с ОС Linux и Windows в 8 дата-центрах: Россия, Беларусь, Казахстан, Нидерланды, Турция, США, Канада и Бразилия. Для построения ИТ-инфраструктуры провайдер также предлагает: создание сетей, шлюзов, бэкапы, сервисы CDN, DNS, объектное хранилище S3.

IT-инфраструктура | Удвоение первого платежа по коду HABR

Комментарии (32)


  1. SIISII
    11.12.2024 08:49

    Считается, что эпоха мейнфреймов и громоздких «промышленных» компьютеров размером с сарай окончательно завершилась с появлением высокопроизводительных одноплатников, ставших не только инструментом для энтузиастов, но и основой для разработки сложных инженерных и образовательных систем

    Вообще-то, мэйнфреймы и сейчас живее всех живых -- IBM продолжает выпускать машины z/Architecture, которые ведут свою родословную от Системы 360 (1965 год). Не говоря о том, что у мелких компьютеров, в т.ч. одноплатных, и у мэйнфреймов принципиально разные возможности и области применения -- они никогда конкурентами друг другу не были.

    В основе компьютера использовался 16-разрядный однокристальный микропроцессор К1801ВМ1, реализующий систему команд ЭВМ «Электроника 60», которая, в свою очередь, была близка к архитектуре PDP-11, но не повторяла ее в точности

    К1801ВМ1 и ВМ2, как и Электроника-60, архитектурно являются полноценными аналогами LSI-11, ВМ3 -- PDP-11. Внесённые изменения на совместимость как таковую не влияют (добавлен, например, пультовый режим, в который процессор переходит при выполнении команды HALT или по аналогичному внешнему сигналу -- это используется для программной эмуляции функций пульта управления, который у настоящих PDPшек и LSIшек был аппаратным, с кнопочками и лампочками). Так что архитектурно наша 1801-я серия вполне себе точно повторяет DECовскую. Вот реализация -- полностью своя, а не содранная.


    1. Sheti
      11.12.2024 08:49

      А для чего сейчас используются менфреймы?


      1. SIISII
        11.12.2024 08:49

        Для того же, для чего и раньше, в общем-то: обработка больших массивов данных, прежде всего финансово-экономических.


  1. vesowoma
    11.12.2024 08:49

    Специально для этой машины была создана новая элементная база — микропроцессорный комплект 536 серии, производившийся на той же ленинградской «Светлане».

    На поздних версиях С5-* использовался комплект К586, основанный на К536

    Коллекция советской цифровой электроники


  1. alecv
    11.12.2024 08:49

    Тройка с минусом, множество неточностей. Есть же статья на Википедии

    https://ru.wikipedia.org/wiki/Электроника_С5


    1. SIISII
      11.12.2024 08:49

      Не уверен, что на Вике точнее. Конкретно по этой теме я далеко не специалист (мягко говоря), поэтому ничего утверждать не берусь, но и по ЕСкам, и по СМкам бреда там хватает (явно писали люди, толком в вопросе не разбирающиеся).


      1. alecv
        11.12.2024 08:49

        На Вике есть ссылки на книжки (в тамошней терминологии АИ - Авторитетные Источники), можно проверить (и тут же статью поправить). Вобщем, не буду агитировать за сов.. Википедию. Но автор явно не читал статью и не знает, что серию К1801 стали применять только начиная c "Электроника C5-41" и поэтому система команд в ранних С5 и С5-41 - разная.

        И вообще похоже статью писала нейросеть. :)


        1. SIISII
          11.12.2024 08:49

          Я вот тоже не знал -- посмотрел как раз на Вике, а до этого недоумевал: нафига К1801ВМ1, если там проц на 536-й серии? Их даже электрически согласовать проблематично (536-я -- p-MOS, с питанием -24 В, что ли; 1801 -- n-MOS с нормальным питанием +5 В). А оказывается, они просто для де-факто совершенно разных компьютеров использовались. Так что посмотреть Вику, как минимум, полезно, просто доверять ей не стоит :)


          1. PereslavlFoto
            11.12.2024 08:49

            Википедии надо не доверять, а исправлять и дополнять, каждый раз указывая ссылку на источник (то есть книгу), из которого вы получили знание.


            1. axe_chita
              11.12.2024 08:49

              В которой могут откатить внесенные тобой уточнения/изменения, так как они не совпадают с политикой партии мнением персоны приближенной к Императору модератора. И не важно насколько верна и обоснована внесенная тобой информация, труппер-патруль сказал "Юде-партизанен, пуф-пуф!", и "больше в лесу никто не живёт".


              1. PereslavlFoto
                11.12.2024 08:49

                Важно только одно: чтобы внесённая информация ссылалась на серьёзное и достоверное научное издание.

                Вы вносили исправление? На какую книгу вы ссылались?


                1. SIISII
                  11.12.2024 08:49

                  А кто определяет серьёзность и достоверность? Лет 20 назад наблюдал, как один поклонник "глобуса Украины" на полном серьёзе вносил правки по украинизации флота на Белом (!) море в 1918-19 гг., приводя как источник какую-то книжонку, напечатанную на Украине.


                  1. PereslavlFoto
                    11.12.2024 08:49

                    Серьёзность и достоверность определяет репутация издательства. Например, у издательства «Наука» или «Аврора» репутация высокая, у издательства Нижегородского университета репутация поменьше, а у издательства «Вектор» репутации совсем нет.

                    Серьёзность и достоверность определяют и рецензенты издания, среди которых могут быть доктора наук (что лучше), кандидаты наук (похуже) или не быть никого (совсем плохо).


                    1. axe_chita
                      11.12.2024 08:49

                      Ещё совсем недавно, как грибы росли разнообразные Академии с "настоящими" академиками, профессорами, докторами и кандидатами в доктора "наук". И они даже издавали кучу всякой разной "бумажной продукции". Вот только достоверности и науки там не было от слова совсем


                      1. PereslavlFoto
                        11.12.2024 08:49

                        Например, Академия имени Дзержинского, да?

                        Но в целом вы правы. Никаких абсолютных правил в мире не существует. Казалось бы, академик Келдыш был создателем космонавтики и серьёзным математиком — но его мнение о геологии или биохимии не имеет вообще никакого значения. А с другой стороны, академик Велихов (недавно почивший) не имел ни малейшего авторитета в археологии.


                1. axe_chita
                  11.12.2024 08:49

                  Ссылка на первоисточник, с его самостоятельным анализом и указанием "почему я считаю так", к сожалению с точки зрения персоны приближенной к Императору модератора не википедично. А вот простое письмо читателя в "Спортлото" редакцию журнала, освященное сенью лет, "неожиданно" становится "достоверным научным исследованием".

                  А насколько может быть точным "серьёзное и достоверное научное издание" нам может поведать чОрный самурай Ясукэ от UBISOFT.


                  1. PereslavlFoto
                    11.12.2024 08:49

                    Анализ источников в википедии невозможен, потому что авторы википедии — анонимы. Например, вы аноним под логином axe_chita. Разве вы можете анонимно делать самостоятельный анализ? Как же вы подтвердите свою квалификацию?

                    Письмо читателя в редакцию журнала не может быть достоверным научным исследованием. Вы не можете исправлять никакую энциклопедию, ссылаясь на такое письмо.


  1. radiolok
    11.12.2024 08:49

    проект одноплатных микроЭВМ «Электроника С5»

    У меня язык не поворачивается назвать Электрику С5 - Одноплатным. Как минимум процессорный блок может и одна многокристальная плата, но без нескольких остальных блоков, которые суммарно могут занять целый стоечный прибор - она максимально бесполезна.


    1. SIISII
      11.12.2024 08:49

      По тогдашней терминологии вполне так назвать можно было. СМ-1300 одноплатной называли, хотя без кучи дополнительных плат она совершенно бесполезна. По сути, одноплатность -- это что процессор на одной плате умещается (по сравнению с, кажется, 16 платами у процессора СМ-1420, например).


      1. Vlad-sl
        11.12.2024 08:49

        А я все мечтаю заполучить эту СМ-1420.

        Даже место есть куда ее поставить.

        Процессор у нее многоплатный, собран на процессорных секциях 1804ВС1. Отечественный аналог АМ2901


        1. SIISII
          11.12.2024 08:49

          А я потихоньку проектирую её римейк, так сказать, но в другом конструктиве и с некоторыми локальными переработками: тамошняя схема местами весьма... неэффективная. Хотя принципиальное устройство оставляю неизменным.


    1. NickDoom
      11.12.2024 08:49

      То есть это по сути всеми нами любимый пека? Занятно. Чуть раньше даже, чем сам пека :)


  1. Javian
    11.12.2024 08:49

    Эти устройства были функциональным аналогом современных микроконтроллеров. Например Северо-Крымский канал управлялся системой таких контроллеров, собиравших данные с множества датчиков и передававших телеметрию в диспетчерский центр по сотням километров проводов.


    1. UFO_01
      11.12.2024 08:49

      Да сейчас много где на управлении используется подобная модульная структура для стоек. Причём большинство из них имеют функцию "горячей" замены. И что самое интересное, разъёмы для подключения очень похожи

      Картинка

      Вот, например, прибор авторегулировки скорости в метро, который вставляется в стойку.


  1. sfrolov
    11.12.2024 08:49

    Что-то из статьи непонятно как К536ИК3 перетёк в К1801ВМ1


    1. SIISII
      11.12.2024 08:49

      Похоже, автор откуда-то списал, не вникнув, что применялись они на разных машинках этого семейства.


  1. edh_krusher
    11.12.2024 08:49

    К сожалению гугл и Вики ещё не заблокированы роскомпозором. https://en.m.wikipedia.org/wiki/TI-990 является основой для вашей электроники, а не якобы своей собственной разработкой.


    1. alecv
      11.12.2024 08:49

      Мягко говоря - это не совсем так. Например по технологии: TMS9000 был сразу однокристальный N-MOP, тогда как серия К536 - многокристальный высоковольтный P-MOP, то есть на 1976 год отставала на поколение-полтора. Система команд - похожая, но другая и бинарно не совместима. Что у них похожее - это идея "регистрового файла" с отображением на память с нулевых адресов и "указатель задачи" по сути - смещение регистрового файла. Но эта идея общая для микропроцессоров, ориентированных на "управление". Даже у MCS51 есть 4 банка регистров с отображением на память и у Z80 два банка, но без отображения. Скорее всего разработчики "подглядывали" в аналогичные машины, но это никак не клон.

      Интересно бы проследить, откуда идет это заблуждение. Полагаю, из справочника Додэки "Все отечественные микросхемы", где для К1827ВЕ1 указан аналог TMS9900.


  1. SGordon123
    11.12.2024 08:49

    в вики попалась К1809ВГ1 , написано контроллер магнитофона.... А есть на нее где то дока7


  1. APLe
    11.12.2024 08:49

    Интересно, комплектные С5 остались в коллекциях/музеях? А то я только отдельные платы встречал.

    И, кстати, можно было бы в статью добавить подписи к картинкам. А то не понятно, что это всё за платы.


  1. lkik
    11.12.2024 08:49

    чем-то похоже на retro futurism ai image


    1. sim2q
      11.12.2024 08:49

      Золотые (в старых калькуляторах) они ещё красивее были. Но там древний p-MOS был.