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)
vesowoma
11.12.2024 08:49Специально 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
alecv
11.12.2024 08:49Тройка с минусом, множество неточностей. Есть же статья на Википедии
SIISII
11.12.2024 08:49Не 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).
alecv
11.12.2024 08:49На 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. :)
SIISII
11.12.2024 08:49Я 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 :)
PereslavlFoto
11.12.2024 08:49Википедии надо не доверять, а исправлять и дополнять, каждый раз указывая ссылку на источник (то есть книгу), из которого вы получили знание.
axe_chita
11.12.2024 08:49В которой могут откатить внесенные тобой уточнения/изменения, так как они не совпадают с
политикой партиимнениемперсоны приближенной к Императорумодератора. И не важно насколько верна и обоснована внесенная тобой информация, труппер-патруль сказал "Юде-партизанен, пуф-пуф!", и "больше в лесу никто не живёт".PereslavlFoto
11.12.2024 08:49Важно только одно: чтобы внесённая информация ссылалась на серьёзное и достоверное научное издание.
Вы вносили исправление? На какую книгу вы ссылались?
SIISII
11.12.2024 08:49А 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.
PereslavlFoto
11.12.2024 08:49Серьёзность 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).
axe_chita
11.12.2024 08:49Ещё 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
PereslavlFoto
11.12.2024 08:49Например, 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.
axe_chita
11.12.2024 08:49Ссылка на первоисточник, с его самостоятельным анализом и указанием "почему я считаю так", к сожалению с точки зрения
персоны приближенной к Императорумодератора 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.
PereslavlFoto
11.12.2024 08:49Анализ 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.
radiolok
11.12.2024 08:49проект 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.
SIISII
11.12.2024 08:49По 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).
Vlad-sl
11.12.2024 08:49А 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
SIISII
11.12.2024 08:49А 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.
NickDoom
11.12.2024 08:49То есть это по сути всеми нами любимый пека? Занятно. Чуть раньше даже, чем сам пека :)
Javian
11.12.2024 08:49Эти 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.
UFO_01
11.12.2024 08:49Да 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.
edh_krusher
11.12.2024 08:49К 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.
alecv
11.12.2024 08:49Мягко 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.
SGordon123
11.12.2024 08:49в вики попалась К1809ВГ1 , написано контроллер магнитофона.... А есть на нее где то дока7
APLe
11.12.2024 08:49Интересно, 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.
SIISII
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.
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.
Sheti
А для чего сейчас используются менфреймы?
SIISII
Для того же, для чего и раньше, в общем-то: обработка больших массивов данных, прежде всего финансово-экономических.