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

Вследствие низкой производительности труда разработчиков программ в 60-е годы в мире провозгласили «кризис программирования» и острый недостаток специалистов для разработки программ. В результате приходилось интенсивно обучать новые кадры программистов и увеличивать их численность. Главным конструкторам систем и руководителям проектов таких программных комплексов стало ясно, что необходимо резко повышать производительность труда программистов и создавать новые автоматизированные технологии для разработки и обеспечения жизненного цикла комплексов программ управления и обработки информации военного назначения. Для этого были нужны новые принципиальные решения по методам, технологиям и инструментальным средствам для создания сложных программных продуктов.

Системы оборонного назначения с самого начала применения вычислительной техники отличались широким спектром принципиально новых и очень разнообразных, преимущественно логических, задач. По мере их апробации, количество и разнообразие задач возрастало катастрофически. Для их решения разрабатывались соответствующие новые алгоритмы, которые должны были ориентироваться на реальные условия применения и доступные ресурсы при реализации в соответствующих специализированных ЭВМ. Алгоритмы частных задач комплексировались в более сложные целостные системы алгоритмов, для координированного решения основных целевых задач соответствующих систем. Для этого необходимо было создание новых методов и алгоритмов объединения и комплексного взаимодействия разнообразных алгоритмов на единой или распределенной вычислительной среде в реальном времени.

Одна из важнейших особенностей систем оборонного назначения состояла в том, что в них большинство процессов протекает очень быстро и для принятия и реализации решений допустимое время реакции исчисляется секундами или даже долями секунды. Поэтому вычислительные средства должны были обеспечивать обработку информации и подготовку управляющих воздействий с высоким темпом, соответствующим динамическим процессам во внешней среде системы. Это определяло требования к ЭВМ и комплексам программ обеспечивать реализацию всех вычислительных процессов в регламенте жесткого реального времени и малого допустимого времени запаздывания реакции на поступающую внешнюю информацию. Эти требования должны были реализовываться с необходимым качеством при любых реальных потоках внешней информации, несмотря на ограниченные вычислительные ресурсы.

В программах специализированных ЭВМ оборонного назначения быстро проявилась принципиальная особенность, состоявшая в наличии двух классов переменных — непрерывных результатов измерения характеристик или пространственных координат и параметров движения внешних объектов, а также логических признаков свойств объектов и особенностей их функционирования. При этом в программах преобладали в большом количестве логические операции и относительно не высокую долю составляли вычислительные процедуры. Анализ состава операций в программах уже первых систем военного назначения выявил, что через 5 – 10 команд следует условный переход и их относительное число составляет до 15–20 %, арифметических операций не более 10 %, а операции с индексными регистрами и пересылки между регистрами достигают 30–40 % от всех одноадресных команд. Подобные распределения доли различных типов операций ЭВМ впоследствии подтвердились в большинстве проектов комплексов программ оборонного назначения.

Значительная часть исходных данных в рассматриваемых системах являлась результатом квантованных измерений непрерывных физических величин – координат объектов и их скорости, показаний датчиков напряжения, давления и т. д. Относительно невысокая точность этих данных определяла рациональную разрядность квантования их значений для обработки и хранения на ЭВМ. Поэтому структура разрядной сетки и операции с частью слова выбирались в соответствии с числом разрядов наиболее часто используемых величин, что позволяло экономить объем аппаратуры. Эти же обстоятельства определили практическое отсутствие в специализированных ЭВМ операций с плавающей точкой. Операции с фиксированной точкой были более экономными по использованию оборудования, и вполне удовлетворяли разработчиков программ. В результате были созданы машины с различной базовой разрядностью памяти и основных операций – 12, 16, 18, 20, 24, и т. п. разрядов.