Внешний вид ЦВМ 10-15

Замена дискретных компонентов большими интегральными схемами позволила повысить быстродействие машины более чем на два порядка при одновременном снижении на порядок и более энергопотребления и веса. Совершенствование микропроцессоров в 80-х и начале 90-х годов позволило поднять еще как минимум на порядок быстродействие БЦВМ, также улучшились внутренние и внешние интерфейсы вычислительных машин.

В первых БЦВМ использовались неунифицированные шины, обеспечивающие взаимодействие между блоками машины и преобразователи “код — аналог” и “аналог — код” для связи с абонентами. По мере развития структуры БЦВМ в качестве внутреннего интерфейса сначала использовался интерфейс “общая шина”, ГОСТ 26765.51-86, а затем и системная шина VME, которая уже является открытым интерфейсом. Аналоговый внешний интерфейс дополняется радиальными каналами для передачи последовательных кодов с пропускной способностью 48 кбит/с (ГОСТ 18977-79), затем в состав внешнего интерфейса вводятся мультиплексные каналы с пропускной способностью 1 Мбит/с (ГОСТ 26765.52-87). В дальнейшем, по мере совершенствования структуры, в составе внешнего интерфейса можно использовать каналы по ГОСТ50832-95 (20 Мбит/с), сетевые интерфейсы типа AS4074 (HSDB), а в перспективе и интерфейс типа SCI (в варианте для систем реального времени — 1394) с пропускной способностью 1 Гбит/с и 1 Гб/с.

Проанализировав этапы развития элементной базы, архитектуры, структуры БЦВМ, ее ПО, можно сформулировать основные признаки, характеризующие поколения бортовых цифровых вычислительных машин.

Хотя любая БЦВМ может быть лишь условно отнесена к какому-либо конкретному поколению, так как некоторые ее параметры могут соответствовать или предыдущему, или последующему поколениям.

Для БЦВМ первого поколения были характерны относительно низкий информационно-вычислительный потенциал и довольно примитивная (с современной точки зрения) структура, реализуемая с применением дискретных компонентов. Структуру этих БЦВМ составляли арифметическое устройство (АУ), оперативное и постоянное запоминающие устройства (ОЗУ и ПЗУ), устройство управления (УУ) и вторичный источник питания (ВИП). Память машин была одноуровневой. Закрытая архитектура этих машин строилась на основе функциональных блоков, которые разрабатывались специально для каждого конкретного случая. Любая модернизация требовала дополнительной разработки соответствующих функциональных блоков с нужными характеристиками. Программирование производилось в машинных кодах, а для отработки программ использовались интерпретирующие системы и пульты контроля и индикации.

К типовым представителям БЦВМ первого поколения относятся созданные в ЛНПОЭА ЦВМ-263 и ЦВМ-264, которые выпускались серийно с 1964 г. Машины имеют быстродействие 62 тыс. оп./с (для операций регистр — регистр) и 31 тыс. оп./с (для операций регистр — память), ОЗУ емкостью 256 16-разрядных слов и ПЗУ емкостью 8Кx16 бит. Наработка на отказ — 200 ч, масса — 330 кг, потребляемая мощность — 2000 Вт.

В структуре БЦВМ второго поколения начинают использоваться элементы конвейеризации, обеспечивающие совмещение в выполнении операций, процессоры, содержащие более совершенные сумматоры и специальные устройства для выполнения операций умножения, деления и вычисления элементарных функций. Структура машин реализуется на интегральных схемах, но остается детерминированной и трудно модернизируемой, т. е., по существу, закрытой. Для написания программ “начинают использоваться языки уровня ассемблера, а для их отработки — специальные отладочные комплексы, объединяющие БЦВМ с инструментальной вычислительной машиной.

Взаимодействие с абонентами БЦВМ первого и второго поколений производилось через устройство сопряжения (УС), которое содержало необходимый набор преобразователей “аналог — цифра” и “цифра — аналог”, так как бортовая аппаратура имела в основном аналоговый интерфейс.

Внешний вид базового комплекса ЦВМ “Орбита-20”

Это устройство конструктивно выполнялось или в виде автономного блока, взаимодействующего с машиной по цифровому каналу, или интегрировалось с БЦВМ, образуя устройство ввода-вывода. Уже для БЦВМ первого поколения была сделана попытка унификации введением нормали 847АТ, которая регламентировала параметры аналоговых каналов. Для обмена последовательными кодами и разовыми командами в бортовых машинах второго поколения вводятся каналы ARINC-429 (ГОСТ 18977-79).

Ко второму поколению условно можно отнести БЦВМ семейств “Орбита-10” и “Орбита-20”, созданные в ЛНПОЭА, а также БЦВМ “Аргон-15” разработки НИИ “Аргон” (НИЦЭВТ).

Серийный выпуск БЦВМ семейства “Орбита-10” начат в 1970 г. В составе семейства — более десяти модификаций, имеющих одинаковое быстродействие и различающихся составом УВВ и емкостью памяти.

БЦВМ семейства “Орбита-10” — 16-разрядные, их быстродействие в формате R-S и R-R равно 62,5 и 125 тыс. оп./с. В базовой модели используется ОЗУ емкостью 1024 слова, ПЗУ емкостью 16К слов и ЭЗУ емкостью 256 слов. Наработка на отказ, вес и энергопотребление зависят от конфигурации машины и находятся в пределах 250-500 ч, 90-60 кг и 1500-500 Вт соответственно.

Программирование БЦВМ семейства осуществлялось на уровне машинных кодов, делались попытки создания языка программирования уровня ассемблера. Для отладки ПО ГосНИИАС предложил комплекс отработки программ (КОП) в составе бортовой машины, инструментальной ЭВМ и аппаратуры, обеспечивающей их сопряжения.

Серийное производство БЦВМ семейства “Орбита-20” (ЛНПОЭА), объединяющего более 50 различных модификаций, начато в 1974 г. Поныне БЦВМ этого семейства остаюся самыми массовыми вычислительными машинами авиационного применения.

Все машины семейства имеют одинаковое быстродействие, равное 200 тыс. оп./с (операции сложения) и 100 тыс. оп./с (операции умножения). Базовая модель включает ОЗУ емкостью 512 слов и ПЗУ емкостью 16К слов.

Диапазон изменения основных характеристик машин семейства “Орбита 20”:

Емкость памяти, килослов ОЗУ0,5–4,5 ПЗУ16–64 ЭЗУ0–1 Входные аналоговые каналы6–64 Выходные аналоговые каналы1–36 Разовые входные команды16–96 Разовые выходные команды16–96 Входные каналы по ГОСТ 18977–790–14 Выходные каналы по ГОСТ 18977–790–2 Энергопотребление, Вт65–600 Наработка на отказ, ч4000–300 Масса, кг8,5–76 Время непрерывной работы, ч6–25

Бортовая цифровая вычислительная машина “Аргон-15”, разработана в начале 70-х годов. Она поставлялась пользователям как вычислительное устройство, состоящее из центрального процессора (ЦП) с быстродействием 200 тыс. оп./с (операции сложения), ОЗУ емкостью 2К слов, ПЗУ емкостью 32К слов (четыре блока по 8К слов) и энергонезависимого ЗУ (ДЗУС). Средства сопряжения машины с бортовой аппаратурой (УВВ) создавал разработчик соответствующей подсистемы.

К середине 80-х годов было разработано четыре модификации машины: “Аргон-15”, “Аргон-15А”, “Аргон-15К” и “Аргон-15-М”. БЦВМ “Аргон-15” (ОЗУ — 1К, ПЗУ — 24К слов) имеет массу 35 кг и наработку на отказ 500 ч.

Быстродействие машины “Аргон-15К” — 500 тысяч, а “Аргон-15-М” — 800 тысяч коротких операций в секунду. БЦВМ “Аргон-15-М” при общей емкости памяти 86К слов (ОЗУ — 5К, ПЗУ — 80К и ДЗУС — 1К слов) имеет наработку на отказ 5000 ч и весит 16,6 кг.