Презентация, доклад по теме: Большая Электронно-Счётная Машина БЭСМ-6

Кубанский Государственный Университет Факультет Математики и Компьютерных Наук

г. Краснодар 2016

использоваться в качестве элементной базы ЭВМ. Это изобретение позволило разработать машины значительно меньших габаритов и энергопотребления и гораздо более высокой производительности и надежности при меньшей стоимости. Для машин второго поколения тем более актуальной становилась задача автоматизации программирования, поскольку увеличивался разрыв между временем на разработку программ и непосредственно временем счета.

К содержанию

характеризуется созданием развитых языков программирования (ALGOL, Fortran, COBOL ) и освоением процесса автоматизации управления потоком задач с помощью самой ЭВМ, то есть разработкой операционных систем. Первые ОС автоматизировали работу пользователя по выполнению задания, а затем были созданы средства ввода нескольких заданий сразу (пакета заданий) и распределения между ними вычислительных ресурсов. Появился мультипрограммный режим обработки данных.

то это, прежде всего, появление возможности совмещения операций ввода/вывода с вычислениями в центральном процессоре, увеличение объема оперативной и внешней памяти, использование алфавитно-цифровых устройств для ввода и вывода данных. "Открытый" режим использования машин первого поколения сменился "закрытым", при котором программист уже не допускался в машинный зал, а сдавал свою программу на алгоритмическом языке оператору ЭВМ, который и занимался ее дальнейшим пропуском на машине.
Компьютеры этого времени становились более доступными, расширялась область их применения и наряду с задачами вычислительными появлялись задачи, связанные с обработкой текстовой информации. Их решение стало возможным благодаря появлению команд, оперирующих символами. Тогда же, кстати, появился восьмиразрядный байт, байтовая структура ОП, более удобная для работы с текстами. Машины первого поколения имели гораздо большую разрядность, например, в БЭСМ-1 было 39 разрядов.

выпуск транзисторов. Таким образом, появилась возможность создания ЭВМ на полупроводниковой элементной базе.
После завершения работ по ламповым БЭСМ-2 и ЭВМ М-20 началось проектирование полупроводниковой БЭСМ-6 - первой супер-ЭВМ второго поколения.
Был тщательно изучен и проанализирован мировой опыт проектирования ЭВМ сверхвысокой производительности. Все, что соответствовало целям, поставленным при разработке машины, было взято на вооружение. По инициативе и при активном участии Лебедева было проведено математическое моделирование будущей машины. Исходя из намечаемого для нее комплекса задач определены состав устройств, их внутренние связи, система команд, тщательно отработаны полупроводниковые элементы.
Результатом явилась оригинальная и удобная для программирования система команд, простая внутренняя структурная организация БЭСМ-6, надежная система элементов и конструкция, упрощающая техническое обслуживание.

главного конструктора: В. А. Мельников, Л. Н. Королев, В. С. Петров, Л. А. Теплицкий; основные разработчики: А. А. Соколов, В. Н. Лаут, М. В. Тяпкин, В. Л. Ли, Л. А. Зак, В. И. Смирнов, А. С. Федоров, О. К. Щербаков, А. В. Аваев, В. Я. Алексеев, О. А. Большаков, В. Ф. Жиров, В. А. Жуковский, Ю. И. Митропольский, Ю. Н. Знаменский, В. С. Чехлов и др.; ведущие разработчики ПО: В. П. Иванников, А. Н. Томилин, Д. Б. Подшивалов, М. Г. Чайковский, В. Ф. Тюрин, Э. З. Любимский, В. С. Штаркман, Н. Н. Говорун, В. П. Шириков, И. Н. Силин, В. М. Курочкин, Ю. М. Баяковский и др.
Организации-разработчики: Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) АН СССР и Московский завод счетно-аналитических машин (САМ).
Завод-изготовитель: Московский завод счетно-аналитических машин (САМ).
Год окончания разработки: 1967.
Год начала серийного выпуска: 1968.
Год прекращения производства: 1987.
Число выпущенных машин: 355.
Область применения: универсальная ЭВМ для решения широкого класс задач науки и техники.

К содержанию

СССР (1953) и АН УССР (12.02.1945), Герой Социалистического Труда. Лауреат Сталинской премии третьей степени, Ленинской премии и Государственной премии СССР. В 1996 году посмертно награждён медалью «Пионер компьютерной техники» за разработку МЭСМ (Малой Электронной Счётной Машины), первой ЭВМ в СССР и континентальной Европе, а также за основание советской компьютерной промышленности. Член ВКП(б) с 1946 года.

зарубежных ЭВМ (STRETCH фирмы IBM) был широко использован принцип совмещения выполнения команд (до 14 одноадресных машинных команд могли находиться на разных стадиях выполнения). Этот принцип, названный главным конструктором БЭСМ-6 академиком С. А. Лебедевым принципом "водопровода", стал впоследствии широко использоваться для повышения производительности универсальных ЭВМ, получив в современной терминологии название конвейера команд.
Работа модулей оперативной памяти, устройства управления и арифметико-логического устройства осуществлялась параллельно и асинхронно, благодаря наличию буферных устройств промежуточного хранения команд и данных. Для ускорения конвейерного выполнения команд в устройстве управления были предусмотрены отдельная регистровая память хранения индексов, отдельный модуль адресной арифметики, обеспечивающий быструю модификацию адресов с помощью индекс-регистров, включая режим стекового обращения.

сохранять в ней наиболее часто используемые операнды и тем самым сократить число обращений к оперативной памяти. "Расслоение" оперативной памяти обеспечивало возможность одновременного обращения к разным ее модулям из разных устройств машины.
Механизмы прерывания, защиты памяти, преобразования виртуальных адресов в физические и привилегированный режим работы для ОС позволили использовать БЭСМ-6 в мультипрограммном режиме и режиме разделения времени. В арифметико-логическом устройстве были реализованы ускоренные алгоритмы умножения и деления (умножение на четыре цифры множителя, вычисление четырех цифр частного за один такт синхронизации), а также сумматор без цепей сквозного переноса, представляющий результат операции в виде двухрядного кода (поразрядных сумм и переносов) и оперирующий с входным трехрядным кодом (новый операнд и двухрядный результат предыдущей операции).

50-разрядных слов, объем оперативной памяти увеличивался при последующих модификациях до 128 Кб.
Обмен данными с внешней памятью на магнитных барабанах (в дальнейшем и на магнитных дисках) и магнитных лентах осуществлялся параллельно по семи высокоскоростным каналам (прообраз будущих селекторных каналов). Работа с остальными периферийными устройствами (поэлементный ввод/вывод данных) осуществлялась программами-драйверами операционной системы при возникновении соответствующих прерываний от устройств.

с короткими связями между блоками и с использованием внутреннего монтажа в стойке с двусторонним расположением ячеек.
Операционная система (было создано несколько операционных систем — Д68, НД-70, ОС ИПМ, Диспак, ОС "Дубна", ОС "Феликс"), трансляторы с автокода и распространенных языков высокого уровня, а также ряда специализированных и экспериментальных языков. Широко использовалась многоязыковая мониторная система "Дубна". Были разработаны также разнообразные сервисные диалоговые программы, обеспечивающие выполнение прикладных программ в пакетном и диалоговом режимах.

К содержанию

двоичных разрядов и два контрольных разряда
Представление чисел — с плавающей запятой
Рабочая частота — 10 МГц
Занимаемая площадь — 150-200 кв. м
Потребляемая мощность от сети 220 В/50Гц — 30 КВт (без системы воздушного охлаждения)

развития ЭВМ общего назначения и обеспечившие длительный период производства и эксплуатации БЭСМ-6 в народном хозяйстве.
БЭСМ-6 имела оригинальную систему элементов с парафазной синхронизацией. Высокая тактовая частота элементов потребовала от разработчиков новых оригинальных конструктивных решений для сокращения длин соединений элементов и уменьшения паразитных емкостей.
Использование этих элементов в сочетании с оригинальными структурными решениями позволило обеспечить уровень производительности до 1 млн. операций в секунду при работе в 48-разрядном режиме с плавающей запятой, что является рекордным по отношению к сравнительно небольшому количеству полупроводниковых элементов и их быстродействию (около 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. диодов и частоте 10 МГц ).
Архитектура БЭСМ-6 характеризуется оптимальным набором арифметических и логических операций, быстрой модификацией адресов с помощью индекс-регистров ( включая режим стекового обращения ), механизмом расширения кода операций (экстракоды).

К содержанию

проектирования ЭВМ (САПР). Компактная запись схем машины формулами булевой алгебры явилась основой ее эксплуатационной и наладочной документации. Документация для монтажа выдавалась на завод в виде таблиц, полученных на инструментальной ЭВМ.
За разработку и организацию серийного производства БЭСМ-6 в 1969 г. была присуждена Государственная премия СССР: Лебедеву С. А., Мельникову В. А., Королёву Л. Н., Соколову А. А., Лауту В. Н., Тяпкину М. В., Заку Л. А., Смирнову В. И., Томилину А. Н., Семешкину В. И., Иванову В. А. Получены патент на ЭВМ БЭСМ-6, патенты на отдельные составляющие БЭСМ-6 и имееется большое количество публикаций. Несколько экземпляров БЭСМ-6 были установлены за рубежом.

БЭСМ-6 http://www.computer-museum.ru/histussr/28-1.htm
Полупроводниковый транзистор http://elementy.ru/lib/164570/164574
Язык программирования ALGOL (АЛГОЛ) http://www.progaprosto.ru/doc/yazyk_programmirovaniya_algol.php
Язык программирования FORTRAN (ФОРТРАН) http://www.progaprosto.ru/doc/yazyk_programmirovaniya_fortran.php
Язык программирования COBOL (КОБОЛ) http://www.progaprosto.ru/doc/yazyk_programmirovaniya_cobol.php
Мультипрограммирование http://allrefs.net/c12/460jh/p4/
Байтовая структура ОЗУ  http://webpractice.cm.ru/TopicContent/1%20уровень/lesson2-1.html
Байтовая организация памяти http://studopedia.ru/4_141141_baytovaya-organizatsiya-pamyati.html
Институт Точной механики и Вычислительной техники http://www.computer-museum.ru/histussr/itmivt_director_sorucom_2011.htm
Г.Г. Рябов https://www.cs.msu.su/persons/343
Буферизация http://www.studfiles.ru/preview/3718945/page:2/
Кэширование (кэш-память) http://5fan.ru/wievjob.php?id=24526
История развития ЭВМ http://infosoft.far.ru/histiry.html
Стековая память http://studopedia.ru/2_101436_sposobi-organizatsii-pamyati.html
Ассоциативная память http://www.studfiles.ru/preview/1672868/
Механизм прерываний http://life-prog.ru/1_15910_prerivaniya-mehanizm-obrabotki-prerivaniy.html
Режим разделения времени http://wiki.mvtom.ru/index.php/Режимы_обработки_данных
Сумматор цепей со сквозным переносом http://www.chipinfo.ru/literature/chipnews/200002/37.html
Оперативная память на ферритовых сердечниках http://www.155la3.ru/ferrite_memory.htm
Магнитный барабан https://ru.wikipedia.org/wiki/Магнитный_барабан
Мониторная система "Дубна" http://www.computer-museum.ru/histsoft/osbesm6.htm
Регистры и регистровые файлы http://gigabaza.ru/doc/64888-p10.html

К содержанию

из которых (коллектор) подаётся сильный ток, а на другой (база) подаётся слабый (управляющий ток). При определённой силе управляющего тока, как бы «открывается клапан» и ток с коллектора начинает течь на третий вывод (эмиттер). Таким образом, варьируя напряжение между базой и эмиттером, можно изменять значение коллекторного тока от максимального до почти нулевого, то есть «открывать» и «закрывать» транзистор. Это значит, что транзистор, как и вакуумный триод, может выполнять функцию «электронного вентиля».

Назад

был назван по названию "АЛГОритмический процесс". Он использует слова в качестве ограничителей блоков и был первым, кто использовал пару "begin" и "end". Существовали три основные версии официального Алгола: Алгол 58, Алгол 60 и Алгол 68. Из них, Алгол 60 (рис.) был предком Algol W, который был использован Никлаусом Виртом для разработки Паскаля. Каждая официальная версия Алгола названа в честь года, в котором она была опубликована.

Слайд 2

ученых. Этот язык имеет, по крайней мере, три различных синтаксиса: ссылочный синтаксис, синтаксис публикации, и синтаксис исполнения. Для разного синтаксиса разрешено использовать различные имена ключевых слов, разрешено использовать разные разделители целой и дробной части (запятую или точку) для различных стран как основу программирования.  Язык программирования Алгол 60 был выпущен в 1960 году Джоном Бэкусом и Питером Наурос. В официальном языке программирования Algol 60 не были оределены средства ввода / вывода; конкретные реализации языка обязательно должны были добавить какие-то свои, но они варьировались от одной реализации к другой. Алгол-68, возможно, преодолел этот недостаток отсутствия объектов ввода / вывода (или "transput").  Algol 60 разрешал два типа передачи параметров: вызов по значению, и инновационной вызов по имени, от которого было впоследствии отказались языки-преемники. Вызов по имени имел определенные ограничения в отличие от вызова по ссылке, что делает его нежелательной особенностью языкового дизайна. Например, в Алгол 60 невозможно создать процедуру, которая будет менять значения двух параметров, если в качестве фактических параметров, которые передаются будут выступать целочисленная переменная и массив, индексированный по этой же целочисленной переменной. 

Назад

используемый до сих пор. Название является сокращением от "FORmula TRANslator". Fortran в основном используется для научных расчетов и численного анализа. Хотя первоначально это был процедурный язык, но в последние версии Fortran включили некоторые функции для поддержки объектно-ориентированного программирования для начинающих. Первый компилятор FORTRAN был разработан для IBM 704 в 1954-57 в команде IBM под руководством Джона Бэкуса (John W. Backus). Это было оптимизирующий компилятор, потому что авторы рассудили, что никто не будет использовать язык, даже при изучении программирования для чайников, если его производительность не будет сравнима с ассемблером.

Слайд 2

для написания программ с интенсивными численными операциями, которые вынуждали создателей компиляторов Фортрана усердно переписывать код компиляторов, чтобы те генерировали более быстрый код. Сегодня существует сножество поставщиков высокопроизводительных компиляторов для Fortran. Многие достижения в области теории и конструирования компиляторов были мотивированы необходимостью генерировать хороший код для Fortran программ как полагается для основ программирования. Известно несколько версий языка, в том числе известные FORTRAN IV (также известный как FORTRAN 66), Fortran 77 и Fortran 90. Последний формальный стандарт для языка, опубликованный в 1997 году, известен как Fortran 95. Версии языка от IBM никогда не были так популярны, как, разработанные другими компаниями, и это особенно касается FORTRAN IV - WATFOR, версия FORTRAN IV, разработанная в Университете Ватерлоо в Канаде. Первоначально, язык опирался на точность форматирования исходного кода и интенсивное использования числовые состояния и оператор GOTO. Эти причуды были удалены из новых версий языка. Последующие версии также представили "современные" концепции программирования, такие как комментарии в исходном коде и вывод текста, операторы IF-THEN-ELSE (в FORTRAN 77), рекурсия (в Fortran 90), и параллельные вычисления.

Назад

языка (COmmon Business Oriented Language). КОБОЛ был первоначально создан в 1959 на Комитете "The Short Range Committee". COBOL был разработан в течение шести месяцев, и еще до сих пор используется более чем 40 лет спустя, даже для обучения основам программирования. COBOL, как это определено в первоначальной спецификации, обладал отличным самодокументируемыми возможности, эффективными методами работы с файлами, и исключительно хорошими наборами типов данных на тот момент, из-за его использования картинок для детальной спецификации поля.
Однако по современным меркам для программирования на языке определения, у него имеются серьезные недостатки, в частности, многословный синтаксис и отсутствие поддержки локальных переменных, рекурсии, динамического распределения памяти, и структурного программирования . Отсутствие поддержки объектно-ориентированного программи- рования и так понятно, учитывая к тому же, что такое понятие не было известно в то время.

Назад

системы предоставляются каждому процессу из группы процессов обработки данных, находящихся в ВС, на интервалы времени, длительность и очередность предоставления которых определяется управляющей программой этой системы с целью обеспечения одновременной работы в интерактивном режиме.
В мультипрограммном режиме работы в памяти ЭВМ находится несколько программ, которые выполняются частично или полностью между переходами процессора от одной задачи к другой в зависимости от ситуации, складывающейся в системе. В мультипрограммном режиме более эффективно используются машинное время и оперативная память, так как при возникновении каких-либо ситуаций в выполняемой задаче, требующих перехода процессора в режим ожидания, процессор переключается на другую задачу и выполняет ее до тех пор, пока в ней не возникает подобная ситуация, и т.д.
При реализации мультипрограммного режима требуется определять очередность переключения задач и выбирать моменты переключения, чтобы эффективность использования машинного времени и памяти была максимальной. Мультипрогра- ммный режим обеспечивается аппаратными средствами ЭВМ и средствами операционной системы.

Назад

безадресной. Стековая память может быть организована как аппаратно, так и на обычном массиве адресной памяти. В случае аппаратной реализации ячейки стековой памяти образуют одномерный массив, в котором соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепями передачи слов. При этом возможны два типа устройств (а, б), принципы функционирования которых различны. В случае адресной реализации памяти с произвольным обращением (программный стек) необходима еще одна ячейка памяти (регистр), в которой всегда хранится адрес вершины стека и которая называется указателем стека. Обычно в качестве указателя стека используют один из внутренних регистров процессора. Кроме этого, требуется соответствующее програм­мное обеспечение. В отличие от аппаратного стека данные, размещенные в программном стеке, при записи нового числа или считывании не перемещаются. Запись каждого нового слова осуществляется в ячейку памяти, следующую по порядку за той, адрес которой содержится в указателе стека. После записи нового слова содержимое указателя стека увеличивается на единицу. Таким образом, в программном стеке перемещаются не данные, а вершина стека. При считывании слова из стека происходит обратный процесс. Слово считывается из ячейки, адрес которой находится в указателе стека, после чего содержимое указателя стека уменьшается на единицу.

Слайд 2

информации производится по ее ассоциативному признаку. В ассоциативных запоминающих устройствах в регистр маски записывается слово, разрешающее запрос по всем или только по некоторым разрядам ассоциативного признака, применение маски позволяет сократить или расширить область поиска. Поиск информации производится параллельно по всем ячейкам путем сравнения запроса с ассоциативным признаком каждой ячейки. Результат поиска формирует специальная комбинационная схема, вырабатывающая сигналы, оповещающие об отсутствии слов, удовлетворяющих условиям поиска, о наличии только одного слова, о наличии нескольких слов, имеющих такой ассоциативный признак.  После формирования и обработки оповещающих сигналов схемой управления производится считывание необходимой информации. При записи отыскивается свободная ячейка по значению разряда занятости, в первую найденную свободную ячейку записывается информация. 
Ассоциативная память наиболее быстродействующая, но очень дорогая, так как требует введения дополнительно схемы сравнения, позволяющей осуществить поиск,  для каждой ячейки памяти. Поэтому такая память обычно не используется в чистом виде, а быстродействующие устройства памяти типа «кэш» обычно выполняются как частично ассоциативные.

Назад

функционирование отдельных устройств вычислитенльной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора. Прерывание – это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе, происходящая при возникновении определенного события.
Механизм обработки прерываний независимо от архитектуры вычислительной системы включает следующие элементы:
Установление факта прерывания и идентификация прерывания;
Запоминание состояния прерванного процесса;
Управление аппаратно передаётся подпрограмме обработки прерывания;
Сохранение информации о прерванной программе, которую не удалось спасти на шаге 2 с помощью действий аппаратуры;
Обработка прерывания;
Восстановление информации, относящейся к прерванному процессу;
Возврат в прерванную программу.
Шаги 1-3 реализуются аппаратно, а шаги 4-7 – программно.

Назад

— запоминающее устройство, хранящее информацию в виде направления намагниченности небольших ферритовых сердечников, обычно имеющих форму кольца. Ферритовые кольца расставлялись в прямоугольную матрицу и через каждое кольцо проходило (в зависимости от конструкции запоминающего устройства) от двух до четырёх проводов для считывания и записи информации. Память на магнитных сердечниках была основным типом компьютерной памяти с середины 1950-х и до середины 1970-х годов.

Назад

Конструктивно барабан представляет собой большой быстро вращающийся металлический цилиндр, наружная поверхность которого покрыта тонким ферромагнитным слоем. Его упрощённо можно сравнить с пластиной жёсткого диска, выполненной в виде цилиндра, а не плоского диска. Несколько считывающих головок расположены по одной или нескольким образующим цилиндра, каждая из головок считывает и записывает данные на своей отдельной магнитной дорожке.

Назад

покрытой тонким магнитным слоем. Информация на магнитной ленте фиксируется посредством магнитной записи. Устройства для записи звука и видео на магнитную ленту называются соответственно магнитофон и видеомагнитофон. Устройства для хранения компьютерных данных на магнитной ленте называется стример.

Назад

был разработан в 1969 г. Н. Н. Говоруном, В. П. Шириковым и другими в Дубне. Этот транслятор затем был включен в Мониторную систему "Дубна". Многоязыковая Мониторная система "Дубна" для БЭСМ-6 (1970 г.) обеспечивала управление заданиями, создание и использование многоуровневых библиотек программ.
В Мониторную систему "Дубна" входили следующие компоненты:
транслятор (ассемблер) с автокода Мадлен на язык загрузки;
транслятор с языка Фортран на язык загрузки;
статический и динамический загрузчики;
библиотекарь и общие библиотеки стандартных программ;
редактор текстовой информации;
системные программы ввода-вывода.
Мониторная система "Дубна" была создана коллективом сотрудников ОИЯИ с участием специалистов из Института атомной энергии им. И. В. Курчатова и стран-участниц ОИЯИ (ГДР, ВНР, КНДР). В дальнейшем развитии системы приняли участие также сотрудники ИК АН УССР, ИАПУ ДВНЦ АН СССР, ИФВЭ и других организаций. Определяющий вклад в разработку системы внесли ее руководитель Н. Н. Говорун и ведущие сотрудники И. Н. Силин, В. П. Шириков, А. И. Волков, Р. Н. Федорова.

Назад