§ 2. Устройство и работа вычислительной машины AN/FSQ-7

Общая блок-схема машины AN/FSQ-7 показана на рис. 4.3. Она состоит из следующих основных частей: центрального (универсального) вычислителя, буферного запоминающего устройства на магнитных барабанах для блока программ (в которых заложены основные принципы ПВО и управления машиной), буферного запоминающего устройства на магнитных барабанах для входных и выходных данных машины, буферного запоминающего устройства на магнитных барабанах для сопряжения с индикаторными устройствами, буферного запоминающего устройства на магнитных сердечниках для сопряжения с клавиатурными устройствами пультов управления, датчика истинного времени (часы, работающие в истинном масштабе времени) и четырех устройств записи на магнитную ленту, которые используются для воспроизведения входных данных в тренировочных режимах и анализа записанных выходных данных.

Центральный вычислитель представляет собой универсальную цифровую одноадресную машину параллельного действия с двоичной системой кодирования данных, оперирующую с 32-разрядными словами. Он состоит из оперативного запоминающего устройства, арифметического устройства, устройства управления с четырьмя регистрами модификации (видоизменения) адресов. Оперативным запоминающим устройством служат два больших матричных куба (рис. 4.4 и 4.5) на магнитных (ферритовых) сердечниках, каждый из которых может хранить 4096 слов. Общая емкость оперативной памяти 8192 32-разрядных слова. Время цикла обращения к памяти (скорость выборки данных) составляет 6 мксек. Эффективное быстродействие вычислителя 75000 команд в секунду, при этом каждая команда содержит одно 32-разрядное слово. Оперативное устройство состоит из 65000 регистров на ферритовых сердечниках.

Рис. 4.4. Оперативное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках вычислительной машины AN/FSQ-7

Важной особенностью центрального вычислителя является его способность оперировать числовыми величинами, как двумерными векторами. Каждая составляющая вектора может иметь 16 разрядов. Это свойство важно для обработки координатных данных. В этом случае обе составляющие вектора обрабатываются одновременно, что практически удваивает быстродействие машины при обработке подобных данных.

Рис. 4.5. Матричный куб оперативного запоминающего устройства вычислительной машины AN/FSQ-7

Вторая особенность центрального вычислителя заключается в применении в нем непрерывного цикла вычислений, при котором вычисления продолжаются и во время ввода и вывода данных; они прерываются только в течение одного цикла выборки информации из оперативного запоминающего устройства в оконечные устройства. Это свойство очень ценно, поскольку для отыскания нужных входных и выходных данных, ожидания и передачи этих данных затрачивается более 50% рабочего времени. Благодаря этой особенности центральный вычислитель максимально используется для обработки всей многочисленной информации и выработки решений по управлению обороной.

Буферная память машины. Центральный вычислитель сопрягается с входными и выходными цепями всего оборудования сектора и всех устройств оперативного центра посредством буферных запоминающих устройств. Буферные запоминающие устройства, предназначенные для хранения всех входных и выходных данных, а также программ управления машиной, состоят из 12 магнитных барабанов емкостью 12288 32-разрядных слов каждый (рис. 4.6). Следовательно, общая емкость памяти магнитных барабанов составляет около 150000 (точнее 147 456) 32-разрядных слов. Магнитный барабан имеет размеры: диаметр 254 мм, длину - 302 мм. Скорость вращения барабанов 3000 об/мин.

Рис. 4.6. Магнитный барабан буферной памяти вычислительной машины AN/FSQ-7

Для сопряжения с входными цепями клавиатурных устройств пультов управления используется быстродействующая буферная память на ферритовых сердечниках, рассчитанная на хранение 128 32-разрядных слов, т. е. информации в 4096 двоичных единиц.

Буферная память машины позволяет хранить одновременно свыше 1000000 двоичных единиц информации, характеризующей воздушную Обстановку и состояние боевых средств в своем секторе. Этот объем информации охватывает тысячи различных сообщений от разных источников. Кроме этого, буферная память машины хранит задаваемую с помощью перфокарт программу машины, содержащую 75000 (по другим данным - 100000) команд, при помощи которых автоматически ведется управление всеми операциями: обработкой входных данных, сопровождением самолетов, выработкой выходных данных для отображения на индикаторах, наведением активных средств и т. д.

Магнитные барабаны являются промежуточной памятью машины и как бы резервуаром для входной и выходной информации. При поступлении данных на входные устройства машины они автоматически переписываются на входной магнитный барабан. Барабан накапливает данные до того момента, пока машина не будет готова их использовать. В соответствующие моменты рабочего цикла вычислительная машина передает входные данные с барабана в оперативное запоминающее устройство.

По командам центрального вычислителя между буферной памятью на барабанах и оперативным запоминающим устройством на сердечниках может производиться взаимная передача информации в виде групп данных (блоков) различной длины (разрядности).

Выработанная машиной выходная информация из оперативного запоминающего устройства переписывается на выходной барабан. Пока машина занята другими операциями барабан постепенно выдает данные через выходные устройства в линии связи. К тому моменту, когда у машины появится новая информация для записи, выходной барабан уже бывает свободен. В течение одной секунды центральный вычислитель через выходной барабан выдает из оперативного запоминающего устройства в оконечные устройства в среднем от 20 до 50 групп данных (массивов информации), каждая из которых содержит от 50 до 5000 слов.

Оперативные возможности буферных устройств в полной мере используются в аппаратуре отображения, где темп обновления информации на индикаторах составляет 2,5 сек. Центральный вычислитель, взаимодействуя с кодовой таблицей (матрицей) на буферном барабане отображения, может в любое время изменить любую часть отображаемой информации, переписывая только отдельные слова на барабане.

Для буферных устройств и для центрального вычислителя применяются отдельные считывающе-записывающие головки, вследствие чего входные и выходные буферные устройства оперируют с входными и выходными данными (принимают или передают их) независимо от центрального вычислителя машины и освобождают таким образом машину для решения более сложных задач ПВО.

Входные устройства и ввод входной информации. Задача входного устройства (рис. 4.7) - прием декодированной преобразующим устройством информации от различных источников и перепись ее через буферное запоминающее устройство в оперативную память машины. Рассмотрим процесс передачи информации только для одного основного метода поступления входной информации в оперативный центр по телефонным линиям связи со звуковой шириной полосы пропускания.

Рис. 4.7. Входные устройства вычислительной машины AN/FSQ-7

Последовательные сообщения, передаваемые с темпом 1300 имп/сек, декодируются и накапливаются в сдвигающем регистре входного устройства соответствующей емкости. Когда будет получено сообщение полностью (принято все предложение), оно сдвигается с повышенной скоростью во второй сдвигающий регистр, емкость которого равна нескольким 32-разрядным словам. Таким образом, первый регистр освобождается для приема другого сообщения.

Переписывание принятого сообщения с регистра на входной буферный барабан происходит в течение 10 мксек. Вместе с сообщением на барабан записывается код текущего времени, поскольку центральный вычислитель в течение нескольких секунд может не использовать принятое сообщение, а время приема данных в оперативном центре часто является решающим критерием для использования информации. Центральный вычислитель может произвести выборку необходимых данных из записанной в произвольном порядке информации путем затребования групповой передачи данных только с заполненных дорожек буферного барабана.

Обработка информации и решение задач машиной. Вся входная информация, поступившая на входное буферное запоминающее устройство в виде табличных данных или в другом виде, а также программа вычислений группируется в сотни блоков (групп), каждый из которых состоит из большого числа машинных слов (от 25 до 4000). В оперативной памяти центрального вычислителя хранится сокращенная программа управления последовательностью операций. Эта программа для производства вычислений вызывает из буферного запоминающего устройства в оперативную память необходимую подпрограмму или группу данных, производит соответствующие операции и затем выдает результаты вычислений в виде табличных данных обратно на магнитный барабан.

Входная информация от каждого источника обрабатывается машиной с учетом важности той или иной информации для функционирования всей системы ПВО.

Поскольку в вычислителе применяется непрерывный цикл вычислений, операции по решению каждой задачи ПВО строго координируются с программой управления последовательностью операций с тем, чтобы поступление команд программы и данных производилось и в процессе обработки данных. Однако быстродействие машины при выполнении операций в значительной степени зависит от решаемой задачи. Работное время машины, представляющее собой отрезок времени между поступлением входных данных и выработкой выходных данных, будет различным для различных операций. Наименьшее работное время требуется для выполнения функций автоматического управления (например, для наведения боевых средств) и для связи между оператором и машиной (например, для отображения затребованной информации). Для многих из этих операций требуется всего несколько секунд от момента поступления команды до получения ответа. В других случаях для того чтобы поступление новой информации отразилось на выходных данных, требуется время, исчисляемое несколькими минутами. При этом путем соответствующего распределения времени центральный вычислитель каждую задачу ПВО решает не реже одного раза в минуту, а многие из этих задач решаются каждые несколько секунд.

Сущность обобщенной информации о состоянии ПВО можно лучше всего представить в виде различных таблиц данных, используемых и выработанных в соответствии с основной программой оперативного центра. Всю информацию, представляемую в виде таблиц, можно разбить на четыре основные категории: входная информация, выходная информация, информация, подлежащая отображению на индикаторах, и основная информация.

Таблицы входной информации содержат данные, ожидающие обработки по программе машины. Эти данные поступают от внешних источников информации и от операторов данного оперативного центра.

Таблицы выходных данных и таблицы данных для отображения содержат информацию, ожидающую освобождения соответствующих линий связи для передачи ее потребителям вне оперативного центра (например, авиационным базам) или для передачи на индикаторы пультов управления.

Информация четвертого вида - основная информация - является наиболее существенной частью всей программы управления ПВО. В самом широком смысле эта информация представляет собой математическую модель воздушной обстановки, на которой основывается деятельность оперативного центра.

Входная радиолокационная информация о воздушной обстановке в секторе обновляется каждые 15 сек, что соответствует периоду вращения антенны радиолокационной станции. В течение этого периода в вычислительную машину новых радиолокационных данных не поступает. За это время машина производит следующие операции: уточняет координаты всех сопровождаемых целей; опознает новые установленные курсы самолетов; принимает и декодирует информацию, поступающую от батарей ЗУРС, соседних центров, метеорологических станций и высотомеров; уточняет степень готовности активных средств ПВО; уточняет данные о ветре; выбирает боевые средства для поражения целей и передает распоряжения о их запуске; производит расчеты, необходимые для наведения; подготовляет и передает данные о воздушных целях и назначенных средствах для их перехвата соседним и вышестоящим оперативным центрам; выдает данные о воздушной обстановке и состоянии боевых средств в резервную вычислительную машину; подготовляет данные о воздушной обстановке для передачи и воспроизведения ее на более чем 100 индикаторах своего оперативного центра.

Информация, пришедшая за два последующих обзора, снова сравнивается с имеющимися в запоминающем устройстве машины данными. Это уже дает возможность определить, например, принадлежит ли новая отметка цели к траекториям уже сопровождаемых целей или это новая цель. Если отметка оказалась новой целью, ей присваивается номер и она переводится на сопровождение.

Важным достоинством машины считается не только то, что она может вырабатывать обобщенную картину воздушной и наземной обстановки в секторе, но и ее способность распределять информацию и представлять каждому оператору необходимую ему частную картину обстановки.

Характерной особенностью машины является также то, что частота решения задач и выполнения других операций по программе строго связана с истинным масштабом времени. В данном случае это дает определенные преимущества по сравнению с тем режимом, когда частота производства операций меняется в зависимости от загрузки машины.

Выходные устройства и выдача выходной информации. Прохождение в машине выходных данных по сравнению с порядком обработки входной информации происходит в обратной последовательности. В течение нескольких миллисекунд центральный вычислитель может выдавать на выходной буферный барабан ряд сообщений, для передачи которых необходимо будет держать несколько телефонных линий в занятом состоянии в течение 10 сек. Однако машина может учитывать важность тех или иных выходных данных благодаря тому, что она координирует и регулирует входные к выходные данные в истинном масштабе времени, и поэтому вырабатывает выходные данные с такой частотой и задержкой во времени, которые обеспечивают необходимый темп передачи команд наведения и других данных и позволяют оптимально использовать телефонные линии и телетайпы с их ограниченными пропускными способностями.

Аппаратура поста обслуживания вычислительного комплекса показана на рис. 4.8, 4.9.

Рис. 4.8. Контрольная аппаратура для обслуживания вычислительной машины AN/FSQ-7

Рис. 4.9. Пульт управления и контроля раооты вычислительной машины AN/FSQ-7