Владимир Липаев - Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы

• Название: Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы
• Автор: Владимир Липаев
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-4475-3299-4

Монография начинается с истории появления в нашей стране электронных вычислительных машин (ЭВМ) и программирования в 1940-е – 60-е годы. Далее изложена история проектирования и производства отечественных ЭВМ, а также средств и систем автоматизации технологических процессов производства программных продуктов в 1960-е – 80-е годы. Подробно представлена история формирования основных компонентов программной инженерии в 1960-е – 70-е годы. Внимание акцентируется на особенностях решения сложных задач по государственным заказам и на создании программных продуктов для мобильных и бортовых ЭВМ реального времени. Особое внимание уделяется истории разработки методов моделирования динамических объектов и стендов для тестирования и испытаний комплексов программ в реальном времени. Изложены методы оценивания качества программных продуктов, рисков, дефектов и ошибок при их разработке, а также история формирования требований к профессиям и квалификации специалистов программной инженерии в 1970-е – 80-е годы. Рассмотрен анализ сложности программных комплексов реального времени и распределение ресурсов ЭВМ для таких комплексов, характеристики и методы оценивания качества их компонентов. Один из разделов посвящен истории формирования в 1980-годы экономики программной инженерии, созданию средств технико-экономического анализа и экономическому обоснованию планов разработки крупных программных продуктов. Представлены реальные примеры их создания в 1960-е – 80-е годы для оборонных систем на основе методов программной инженерии. Книга предназначена для специалистов по вычислительной технике и программной инженерии, программистов, студентов и аспирантов, интересующихся историей развития, успехами и проблемами отечественной науки и техники в этой области.

---

Влияние машины БЭСМ-6 на развитие отечественной вычислительной техники определялось не только длительностью эксплуатации, сколько тем, что заложенные при создании машины идеи оказались весьма плодотворными. Несколько поколений инженеров и программистов, работавших на БЭСМ-6, были воспитаны на этих идеях. Разработка БЭСМ-6, составившей целую эпоху в отечественном вычислительном машиностроении, явилась примером творческого подхода к созданию ЭВМ, учитывающего все возможности, предоставляемые технической базой, математическим моделированием структурных решений, а также возможности производства для достижения наилучших характеристик машины.

Система АС-6 (главные конструкторы – В.А. Мельников, А.А. Соколов) была предназначена для решения больших научных и экономических задач, задач обработки информации и управления в реальном времени [2, 11]. Машина разработана коллективом ИТМ и ВТ АН СССР совместно с заводом САМ. Разработка АС-6 была завершена в 1975 году, а в 1977 году Московский завод САМ начал изготовление системы малой серией.

2.3. История стационарных, специализированных ЭВМ реального времени в 1970-е – 80-е годы

На 1970-е – 80-е годы пришлось активное развитие отечественных, специализированных ЭВМ и сложных комплексов программ для стационарных систем противоракетной обороны. При этом основное внимание было сосредоточено на разработке аппаратуры ЭВМ и на достижении высоких характеристик по их производительности в реальном времени. При доступной элементной базе это достигалось в значительной степени путем специализации архитектуры и структуры команд ЭВМ, в соответствии с конкретными функциональными задачами и алгоритмами работы оборонных систем. Высокие требования руководства страны к срокам и темпам разработки систем, приводили к сосредоточению всех усилий специалистов и промышленности на создании аппаратуры ЭВМ. До завершения ее монтажа и испытаний, программирование и отладка комплексов программ зачастую оказывалась невозможной, в частности, вследствие уникальности систем команд этих машин. Первичная разработка и отладка программ обычно начиналась на «сырых» машинах в объектном коде, практически без применения технологического инструментария «на одном энтузиазме». Впоследствии машины оснащались минимумом технологических средств на уровне автокодов, которые применялись при развитии и совершенствовании «унаследованных» комплексов программ. В результате, существовавшие в стране на других оборонных предприятиях, методы и инструментальные средства программной инженерии в рассматриваемой сфере в это время практически не использовались.

В 1964 году под руководством Сергея Алексеевича Лебедева была разработана и прошла межведомственные испытания ЭВМ 5Э92б, (первая группа специализированных машин) предназначенная для использования в системе контроля космического пространства и обработки телеметрии спутников [2, 9, 11]. ЭВМ 5Э92б – модификация М-50, применялась в вычислительных и управляющих информационных комплексах управления космическими объектами, центрах контроля космического пространства. Межведомственные испытания комплекса из восьми машин прошли в 1967 году. Программное обеспечение включало развитую систему тестовых и диагностических программ, существенно использующую аппаратный контроль и позволяющую определить неисправный блок.

Первая очередь системы включала одномашинный вычислительный комплекс 5Э92б, системы передачи данных и одного рабочего места оператора на командном пункте. В 1969 году были проведены государственные испытания, и работы по первой очереди завершились. На этом этапе вычислительный комплекс позволял ежесуточно обрабатывать около 4000 радиолокационных измерений и около 200 оптических наблюдений и иметь главный каталог емкостью до 500 формуляров по космическим объектам. Запаздывание в обработке информации было сокращено с нескольких суток до нескольких часов.

Машина 5Э92б была модернизирована в части введения арифметики с плавающей запятой и мультипрограммного режима, и получила название ЭВМ 5Э51. Ее серийный выпуск начался в 1967 году. Благодаря автономной работе основных устройств и, в первую очередь, процессора ввода-вывода на базе общего ОЗУ, эти машины успешно использовались при создании многомашинных комплексов с единой внешней памятью. ЭВМ была надежной, достаточно производительной и удобной в эксплуатации. В общей сложности Загорский электромеханический завод выпустил большую серию из почти трехсот ЭВМ 5Э92б и 5Э51. Но, несмотря на это, машин не хватало, и, как правило, все ЭВМ забирало министерство обороны. Функциональные программы системы создавались в основном в машинных кодах, а позднее на автокоде.

Вторая очередь системы предусматривала замену 5Э92б на модернизированный четырехмашинный комплекс на базе ЭВМ 5Э51. Командный пункт оборудовался коллективными средствами отображения космической обстановки и рабочими местами операторов. В 1972 году был испытан трехмашинный вычислительный комплекс 5Э51, а в 1973 году были успешно проведены испытания четырехмашинного комплекса на базе этой же ЭВМ и новой программно-алгоритмической системы, в которой обработка координатной информации была практически полностью автоматизирована. Для контроля космического пространства с командным пунктом взаимодействовали несколько измерительных пунктов (ИП) на территории СССР и на кораблях в море. На ИП предварительно, на ЭВМ М-220 обрабатывалась информация о координатах, параметрах и состоянии космических объектов, которая селектировалась и сжималась для последующей передачи на командный пункт. На этом завершились работы по созданию второй очереди. Общая производительность вычислительного комплекса командного пункта составила около двух миллионов операций в секунду. Обладая высокой надежностью, он проработал до начала 90-х годов.

В 1957-м году началась разработка одной из первых в Советском Союзе транзисторных машин – для обработки данных радиолокационных станций (РЛС) под руководством Михаила Александровича Карцева (вторая группа специализированных машин). В ноябре 1962-го года вышло постановление правительства о запуске М-4 в серийное производство [11]. Это была первая опытная машина, сделанная на транзисторах. Еще в 1966-м году М.А. Карцев выдвинул идею создания многомашинного вычислительного комплекса, построенного из вычислительных машин, специально разработанных для совместной работы в таком комплексе. Проведенные исследования показали, что производительность комплекса может достигнуть миллиарда операций в секунду. На то время ни одна из машин в мире не имела такой производительности! Это воодушевляло М.А. Карцева, увлекало коллектив разработчиков. Уже в 1967-м году был разработан эскизный проект комплекса (ВК М-9). При защите в министерстве он получил положительную оценку. Вскоре был организован Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов (НИИ ВК), а самого М.А. Карцева назначили директором.

В марте 1963-го года распоряжением Военно-промышленной комиссии НИИ ВК была поручена разработка ЭВМ М4-2М. Задача системы – обеспечивать военно-политическое руководство страны достоверной информацией о возможной угрозе ракетного нападения и обстановке в космосе, т. е. она имеет чисто оборонительный характер. Для обеспечения возможности работы на трех уровнях были созданы три модификации М4-2М – 5Э71 для радиолокационных станций, 5Э72 – для командных пунктов (КП) радиолокационных узлов, 5Э73 – для будущего КП комплекса ПРО. В октябре 1964 года начались приемо-сдаточные испытания, в ноябре машина была принята заказчиком и отправлена на головной объект. К концу 1964-го года еще шесть машин 5Э71 были отгружены на объекты заказчика. В 1965-м – 66-м годах были проведены стыковки машин с РЛС и отработка на них программного обеспечения, которое создавалось следующим образом [9, 11].

Работы шли в три смены, особенно у разработчиков программ, которые отлаживались на штатных ЭВМ в составе РЛС и командного пункта ПРО. Машинное время расписывалось до минуты. Программирование рабочих алгоритмов было очень трудоемким процессом. Средств автоматизации программирования в то время практически не было, да и применить их было нельзя. Это было неизбежно из-за крайне ограниченных ресурсов памяти и производительности ЭВМ. Чтобы «втиснуть» функциональные программы системы в отведенные ей память и время работы, приходилось перепрограммировать по несколько раз. Современные программисты вряд ли могут представить, как можно было сжать до четырех тысяч машинных команд всю рабочую программу радиолокационного узла ПРО. Он с двумя секторными РЛС должен был обеспечивать одновременное обнаружение траекторий целей, уточнение траекторий для шести сопровождаемых целей, выдачу в нужной форме информации на средства отображения и на командный пункт.