Михаил Александрович Карцев Изключителен дизайнер на битови изчислителни системи

Книгата проследява историята и еволюцията на компютърния свят, които условно могат да бъдат разделени на няколко периода: периодът, предхождащ компютърната ера; периодът на създаване на първите компютри и появата на първите езици за програмиране; периодът на формиране и развитие на компютърната индустрия, появата на компютърни системи и мрежи; периодът на създаване на обектно-ориентирани езици за програмиране и нови компютърни технологии. Всяка от главите на книгата е посветена на отделен период, изобретатели, дизайнери и програмисти - архитекти на компютърния свят.

За широк кръг читатели

Книга: Архитекти от компютърния свят

Михаил Александрович Карцев Изключителен дизайнер на битови изчислителни системи

Михаил Александрович Карцев

Изключителен дизайнер на домашни изчислителни системи

Михаил Александрович Карцев

Михаил Александрович Карцев беше един от най-ярките разработчици на компютри, комплекси и системи.

Още в първия му компютър M-2 бяха успешно внедрени такива технически решения като елементи на пейджинг памет и комбинация от операции с фиксирана и плаваща запетая. Той е разработчик на една от първите в страната машини от второ поколение М-4 на база транзисторни елементи и на базата на модернизираната версия на машината (М4-2М), първите клъстери (многомашинни компютърни системи) бяха построени. Идеята за многомашинните изчислителни системи се отрази изцяло в дизайна на системата M-9 и мултипроцесорната система M-10 с програмируема линия от синхронни процесори и векторна архитектура. На базата на 76 системи М4-2М и М-10 е създаден най-големият многомашинен компютърен комплекс у нас и е бил в непрекъсната денонощна работа, обединен от канали за данни с дължина десетки хиляди километри. На системата М-10 са проведени сложни научни експерименти за плазмено моделиране и за първи път в света са получени данни за явлението колапс в плазмата, което американските учени не са могли да направят на компютъра CDC-7600.

М. А. Карцев е един от първите разработчици на четвъртото поколение система М-13, в която LSI (големи интегрални схеми) са използвани като елементна база. Мултипроцесорната система М-13 беше първата изчислителна система у нас с векторна конвейерна архитектура.

М. А. Карцев е един от инициаторите у нас за използване на постиженията на оптоелектрониката в компютърните системи. За първи път в неговия институт (Изследователски институт за компютърни комплекси) е внедрена оптична система за мултикомпютърен комплекс, състоящ се от шест машини М-10.

Изчислителната машина M-4 бележи нов етап в дейността на MAKartsev като главен конструктор, а машината, в много от своите характеристики, е била на ниво най-доброто световно компютърно оборудване от онова време (научихме за това едва през 90-те и през 60-те години информацията за него беше затворена, тъй като M-4 беше използван в системите за ранно предупреждение за ракетно нападение - SPRN).

Първо, M-4 беше една от първите домашни машини, построени върху транзистори; второ, за първи път се използва харвардската архитектура, при която паметта се разделя на паметта за данни и паметта на програмата, за да се увеличи толерантността към грешки и надеждността на машината; трето, периферните процесори бяха представени за първи път в M-4 (те се появиха в компютри от трето поколение - входно-изходни канали), за да се премахне противоречието между производителността на централния процесор и външните устройства; четвърто, за да се увеличи производителността, операцията по извличане на квадратния корен е внедрена хардуерно в аритметично-логическото устройство.

През 1960 г. електромеханичният завод в Загорск произвежда две превозни средства, като едното от тях е изпратено на полигона, където, заедно с радара Днепър, това превозно средство е успешно тествано, след което модернизираната версия на М-4 е пусната в експлоатация производство. В модернизираната версия на машината, която първоначално се наричаше М-4М, а след това и М4-2М, бяха отстранени недостатъците на М-4, което я направи по-технологично напреднала в производството и персонализацията. Вместо скоростта, зададена от техническите спецификации от 100 хиляди операции в секунда, M4-2M извърши 220 хиляди операции в секунда, производството му продължи до 1985 г., а използването му - до средата на 90-те. На базата на М4-2М са изградени първите клъстери (мултикомпютърни системи), работещи в реално време.

Изчислителен комплекс M-4M

Според резултатите от научните изследвания, дадени по време на разработването на М-4, Карцев защитава докторска дисертация и през 1967 г. е удостоен с държавната награда на СССР.

Трябва да се отбележи, че паралелно със създаването на M-4, INEUM разработва M-5 за гражданска употреба. По своя дизайн тази машина е предвидила много от принципите на изграждане на машини не само от третото, но и от четвъртото поколение. Той е замислен като многопрограмиран и мулти-терминален компютър със странична организация на паметта, който може да работи както в групов, така и в режим на споделяне на времето. Авторството на тези и много други идеи, включени в структурата на M-5, принадлежат на М. А. Карцев, който също първоначално е назначен за главен конструктор на тази машина. Но след известно време Брук прецени, че Карцев трябва да обърне повече внимание на взаимодействието с производителите и клиентите на М-4, и го отстрани от работата по М-5, разделяйки екипа на две специални лаборатории. За спомените на неговите колеги за М. А. Карцев беше труден момент в живота, тъй като те бяха инвестирали твърде много в М-5.

По-нататъшната съдба на колата беше нещастна. Изработено в едно копие и не получило технологична подкрепа при масово производство, според мемоарите на В. Ф. Дорфман, в крайна сметка е разглобено на части, които са продадени в магазина на Pioneer.

М. А. Карцев вече не е бил предопределен да се върне към цивилни субекти, всички следващи машини са били предназначени за отбранителната индустрия.

Още през 1967 г. той разработва проект за многокомпонентния компютърен комплекс М-9. Според мемоарите на Б. Н. Малиновски комплексът М-9 „включваше процесор за управление и четири вида компютри: функционално-операторски, цифров, асоциативен и външен компютър.

Основната идея в M-9 беше, че структурата на компютрите трябва да бъде проектирана да работи не с отделни числа, а с групи числа, които са приблизителни представления на функции или многомерни вектори. С други думи, трябва да се вземат предвид по-дълбоки семантични връзки в информацията, отколкото връзките, взети предвид в съществуващите машини: не само между отделни цифри от един и същ номер, но и между отделни числа, които представляват стойностите на една функция. Съответно, всички операции на машината трябва да бъдат дефинирани не върху бройни пространства, а над функционални пространства. Тези операции могат да включват събиране, изваждане и умножение на функции, сравнение на функции, подобни операции над функция и число, намиране на максимума от функции, изчисляване на неопределен интеграл, изчисляване на определен интеграл от производната на две функции, преместване на функция по абсцисата и т.н.

Много от тези операции могат да се интерпретират като добре познати операции върху вектори: събиране и изваждане на функции - като събиране и изваждане на вектори, изчисляване на определен интеграл от производната на две функции - като изчисляване на точковото произведение на два вектора, изместване на функциите по абсцисата - като въртене на вектор около координатните оси и т.н.

Основната разлика между такава машина (наричана от Карцев като функционално-операторна) от обикновената се състои в организацията на взаимодействието на аритметичните устройства. Те се захранваха от един общ генератор на часовник. Освен това всяка машина е изпълнявала своята работа в продължение на един или два тактови цикъла и в края на всяка операция и в началото на следващия е осигурен (без никаква допълнителна загуба на време) обмен на информация между изхода на всеки AC и входът на всяка памет (запис на предишни операции) и между входа на който и да е AU и изхода на всяка памет (четене на първоначалните данни за следващата операция), както и между AU.

Машината с векторни номера, включена в M-9, извършва операции върху части от функции или върху многомерни вектори. Асоциативната машина, с високата си производителност, пое по-голямата част от "неквалифицираната" работа по изброяване и подреждане на информационните масиви. Числовата машина работеше по независима програма и по програма, синхронизирана с други машини от комплекса.

Включването на различни компютри в синхронната операция позволи на комплекса да поддържа висока производителност при работа с разнородна информация и го превърна в универсален изчислителен инструмент за решаване на широк клас задачи, изискващи много висока производителност ".

Успешната експлоатация на модела M-9 показа много от предимствата му, но не получи индустриално развитие. Впоследствие машината с векторни числа на комплекса M-9 е в основата на многопроцесорната изчислителна система M-10.

За М. А. Карцев 1967 г. се оказва значителна година - организиран е Научноизследователският институт за компютърни комплекси (НИИВК), в основата на който е екипът на неговия отдел INEUM и той е назначен за директор на института.

M-10 беше многопроцесорна синхронна система със средна производителност от 5 милиона операции в секунда и вътрешна памет от 5 MB. Микросхемите от серия 217 ("Посланик") бяха използвани като елементна база. M-10 имаше способността да извършва паралелна обработка на данни от различни формати, динамично да променя клъстерирането на процесорите, за да съответства на формата на данните.