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

Функциональные задачи многих оборонных систем управления в реальном времени характеризуются интенсивными случайными потоками неоднородных данных, длительность обработки которых являются также случайными величинами. Эти длительности во многом зависят от содержания поступающих данных и случайных моментов их обработки. Моменты и способы включения программ на обработку данных в специализированных ЭВМ производятся в основном автоматически и зависят от информации, передаваемой по телекоммуникационным линиям от операторов или из внешней среды. При этом, зачастую, нет необходимости при функционировании систем накапливать и хранить большие объемы данных продолжительное время. Поэтому базы данных о состоянии внешней среды отличались сравнительно небольшим объемом и практически отсутствовали специальные системы управления базами данных. Только некоторые стационарные военные системы (штабные) имели довольно крупные базы данных, но регламент реального времени у них был более легкий и допустимы большие времена задержки отклика.

Многие системы со специализированными ЭВМ предполагались для производства и применения в небольшом количестве (единицы, десятки, или сотни экземпляров), что ориентировало разработчиков на применение оригинальных технических решений и вызывало пренебрежение унификацией и стандартизацией аппаратуры, программ и технологии их производства. Практически независимая разработка такого широкого спектра вычислительных машин, конечно, обходилась очень дорого, однако в результате появлялось множество очень эффективных технических решений при разработке и применении ЭВМ и комплексов программ. Ведомства заказчиков оборонных систем не координировали между собой технические требования к вычислительным средствам, каждое из которых адаптировалось разработчиками к задачам конкретного заказчика. В результате бурно рос «зоопарк» типов вычислительных машин и программных комплексов, зачастую решающих одни и те же задачи. Особенно это проявлялось в многообразии машин и программных комплексов с подобными задачами в авиационных и ракетных системах.

Ориентация на решение конкретных функциональных задач и конструкционные требования минимизации энергопотребления, веса и габаритов, определяли предельно ограниченные ресурсы памяти и производительности многих ЭВМ. Отсутствие избыточности ресурсов ЭВМ заставляло разработчиков и заказчиков систем искать компромисс между широтой реализуемых функций, сложностью алгоритмов решаемых задач и необходимым качеством результатов функционирования системы. Ограниченность ресурсов ЭВМ требовало от разработчиков экономного их использования и поиска архитектурных, технических и алгоритмических возможностей совершенствования качества решения задач в пределах имеющихся ресурсов.

Реальных ресурсов, специализированных ЭВМ по памяти и производительности, обычно было недостаточно для полного и качественного решения даже основных, функциональных задач таких систем, и размещение на них инструментария автоматизации программирования было принципиально невозможно. Поэтому возникла необходимость распределять процессы создания комплексов программ оборонного назначения по двум классам ЭВМ. На универсальных технологических ЭВМ с большими ресурсами памяти и производительности реализовывать и применять инструментарий для автоматизации разработки программ, производить трансляцию программ с различных языков программирования, их предварительную отладку и документирование. На специализированных, объектных ЭВМ с ограниченными ресурсами, достаточными только для решения основных, функциональных задач системы, завершать их отладку и обеспечивать их эксплуатацию в соответствии с этими задачами. Эти ЭВМ обычно принципиально отличались от универсальных по архитектуре, системам команд, ресурсам и наличию периферии, что вызвало проблемы интерпретации программ специализированных ЭВМ на универсальных машинах, и моделирования на них тестов для имитации внешней среды при отладке и испытаниях (см. главу 2).

Отсутствие в стране в 1950-е – 60-е годы развитой централизованной промышленности электронных компонентов для ЭВМ, явилось причиной их разработки зачастую теми же предприятиями, которые создавали архитектуру специализированных ЭВМ и системы управления в целом. Вследствие этого элементная база часто была полукустарной, малотиражной и разнотипной, не отличалась высоким качеством и технологическим уровнем. Необходимость для многих предприятий оборонных отраслей вести разработку систем по полному циклу, начиная с создания элементной базы ЭВМ и далее всей вычислительной техники и программных средств, не только приводило к множеству параллельных, не унифицированных разработок, но и значительно увеличивало длительность и стоимость проектов систем.

Только в начале 80-х годов в нашей стране начала проявляться тенденция частичной унификации архитектуры специализированных ЭВМ. Она была обусловлена необходимостью резкого ускорения и автоматизации разработки программ, для реализации инструментальных средств которой не было ресурсов памяти и производительности у объектных, специализированных машин. Их архитектуру стали ориентировать на наиболее распространенные в стране универсальные ЭВМ типа СМ или ЕС. Предполагалось, что это позволит полностью отрабатывать комплексы программ на универсальных ЭВМ, а затем переносить их без изменений на объектные ЭВМ.

Однако специфика ЭВМ военного назначения реального времени не полностью отражалась в универсальных ЭВМ, вследствие чего окончательную комплексную отладку и испытания приходилось проводить на реальных объектных ЭВМ. Этот процесс развивался очень медленно вследствие огромного объема «-унаследованных.» программ, уже используемых в реальных системах. Это позволяло сохранять испытанные и эксплуатируемые программы и вводить новые – без проведения полной разработки всего комплекса программ и системы управления с необходимыми испытаниями.

Интенсивное увеличение использования ресурсов ЭВМ потребовало автоматизировать регистрацию и упорядочивание запросов разных специалистов на решение их задач, и привело к созданию автоматизированных операционных систем распределения времени функционирования отдельных ЭВМ с учетом очередей пользователей и задач. Такие системы удовлетворяли индивидуальное использование ЭВМ независимыми специалистами в научных учреждениях и вузах при относительно небольшом спросе на их применение и небольших по размеру программах. Возрастание очередей на решение различных задач при ограниченном числе доступных ЭВМ в стране вызвало необходимость совершенствования механизмов управления последовательностью и эффективностью использования ресурсов отдельных автономных вычислительных машин.