История создания компьютеров БЭСМ началась в послевоенный период, когда СССР стремился не отставать от США в области вычислительной техники. В 1948 году, получив сведения о американских компьютерах MARK и ENIAC, советское правительство приняло решение о разработке собственной ЭВМ.

Ключевой фигурой в этом процессе стал академик Сергей Алексеевич Лебедев, которого справедливо называют основоположником советской отрасли вычислительной техники. Первоначально С.А. Лебедев работал в области электроэнергетики, исследуя проблемы устойчивости параллельной работы электрических систем, что впоследствии сыграло важную роль в понимании принципов параллельной обработки информации.

4 декабря 1948 года Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство выдал авторское свидетельство № 10475 на изобретение «Автоматическая цифровая вычислительная машина» члену-корреспонденту АН СССР Исааку Бруку.

Малая электронно-счётная машина (МЭСМ) как предшественник

Работы над БЭСМ предварила разработка МЭСМ (Малая электронно-счётная машина) в Киевском институте электротехники АН УССР. МЭСМ была завершена в 1950 году и стала первой ЭВМ в СССР и континентальной Европе. Эта машина продемонстрировала возможности советской научной школы и заложила основы для создания более мощных вычислительных систем.

БЭСМ-1, разработка которой была завершена в 1952 году, представляла собой универсальную цифровую ЭВМ, построенную на электронных лампах.

Основные технические параметры машины включали:

• Элементная база: Около 5000 электронных ламп и 5000 полупроводниковых диодов

• Быстродействие: 8000-10000 операций в секунду

• Система представления чисел: Двоичная с плавающей запятой, 39-разрядные слова

• Оперативная память: 1024 числа на ферритовых сердечниках

• Внешняя память: 4 магнитных ленты по 30000 чисел каждая и 2 магнитных барабана по 5120 чисел

• Потребляемая мощность: Около 30 кВт

• Занимаемая площадь: До 100 м²

Архитектурные особенности

БЭСМ-1 обладала трёхадресной системой команд и использовала архитектуру фон Неймана с общим полем памяти для команд и данных. Машина имела параллельное 39-разрядное арифметико-логическое устройство с плавающей запятой, способное выполнять 32 операции различных типов.

К 1953 году БЭСМ-1 стала самой быстродействующей ЭВМ в Европе, уступая лишь некоторым американским машинам, таким как IBM 701. Это достижение продемонстрировало высокий уровень советской школы вычислительной техники и способность конкурировать с ведущими мировыми разработками.

БЭСМ-2: переход к серийному производству

БЭСМ-2, выпуск которой начался в 1958 году, представляла собой серийный аналог БЭСМ-1 с улучшенной системой команд. Было изготовлено несколько десятков машин, которые широко применялись в научно-исследовательских организациях СССР и Китая1.

Международное сотрудничество

Особого внимания заслуживает факт передачи технологии БЭСМ-2 в КНР. Большая группа китайских инженеров проходила стажировку в ИТМиВТ, а пять сотрудников института работали в Китае, оказывая практическую помощь в освоении технологии17. Это свидетельствует о высоком международном признании советских разработок.

БЭСМ-3М и БЭСМ-4: эпоха транзисторов

Модели БЭСМ-3М и БЭСМ-4, разработанные в начале 1960-х годов, ознаменовали переход к транзисторной элементной базе. Эти машины обладали следующими характеристиками:

• Архитектура: Унаследовали архитектуру серии М-20

• Быстродействие: 20000-40000 операций в секунду

• Разрядность: 45-битные слова

• Оперативная память: До 8192 слов на ферритовых сердечниках

БЭСМ-4 производилась с 1965 года в количестве 30 экземпляров и оснащалась развитой системой периферийных устройств, включая магнитные ленты, барабаны и различные устройства ввода-вывода.

БЭСМ-6: вершина советского компьютеростроения

Революционная архитектура

БЭСМ-6, представленная в 1967 году, стала настоящим прорывом в области вычислительной техники. Главный конструктор С.А. Лебедев заложил в основу машины революционные архитектурные принципы:

Принцип конвейера команд («водопровод»)

Впервые в отечественной практике и независимо от зарубежных разработок был реализован принцип совмещения выполнения команд. До 14 одноадресных команд могли одновременно находиться на разных стадиях выполнения, что С.А. Лебедев называл принципом «водопровода». В современной терминологии это называется конвейером команд (pipeline).

Технические характеристики БЭСМ-6

• Элементная база: 60000 транзисторов и 180000 диодов

• Тактовая частота: 9-10 МГц

• Быстродействие: До 1 млн операций в секунду

• Разрядность: 48-битные слова плюс 2 контрольных разряда

• Оперативная память: 32000-131000 слов, организованная в 8 параллельных блоков

• Система команд: 50 команд, организованных в 6 групп

• Потребляемая мощность: 30-50 кВт

• Занимаемая площадь: 150-200 м²

Архитектурные инновации

БЭСМ-6 включала множество передовых решений:

1. Многоблочная память: 8-блочная организация оперативной памяти с возможностью параллельного доступа

2. Буферная память: Кеш на 16 слов (4 для чтения данных, 4 для чтения команд, 8 для буфера записи)2

3. Виртуальная адресация: Система страничной организации памяти

4. Асинхронная работа устройств: Параллельная работа памяти, устройства управления и АЛУ

Компьютеры БЭСМ сыграли ключевую роль в развитии советской космической программы. На БЭСМ-1 был проведён расчёт траектории лунной ракеты, доставившей вымпел Советского Союза на Луну. БЭСМ-6 широко использовались для расчётов в области космонавтики и ракетостроения.

Серия БЭСМ стала основой для разработки специализированных военных компьютеров. С середины 1950-х годов С.А. Лебедев сотрудничал с главным конструктором системы ПРО Г.В. Кисунько. Была создана линия специализированных машин М-40, М-50, 5Э92, которые использовались в системах противоракетной и противосамолётной обороны

В первой половине 1950-х годов советские ЭВМ серии БЭСМ были лучшими в Европе и конкурировали с лучшими американскими образцами. БЭСМ-1 в 1953 году была признана самой быстродействующей ЭВМ в Европе.

Принцип конвейера команд, впервые реализованный в БЭСМ-6, независимо от аналогичных западных разработок, стал фундаментальным принципом современных процессоров. Этот принцип, названный С.А. Лебедевым «водопроводом», получил широкое распространение в мировой практике проектирования ЭВМ.

Но.. Видимо что-то пошло не так

Создание компании и первые процессоры

Компания NexGen была основана выходцем из Compaq Тампи Томасом в 1986 году. Индус по происхождению, он привлек в NexGen немало соотечественников, составивших костяк команды — их доля составляла до 30% от численности инженерного состава. Впрочем, отбросим шутки про индусский код — в NexGen собрались действительно высококлассные инженеры. И задались они амбициозной целью — создать с нуля аналог 386 процессора.

Успех пришел не сразу — первая версия не поместилась в один чип, занимая целых восемь. Разработка продолжилась, но в 1989 году появился i486 и стало понятно, что 386 вскоре будет не актуален и нужно работать на опережение.

Результат оказался несколько неожиданным. В 1994 публике был представлен полностью совместимый с i386 по командам процессор NexGen Nx586, работающий на частоте от 70 до 84 МГц (для маркировки использовался P-рейтинг, были выпущены модели P75, P80 и P90). При этом, в целочисленных вычислениях процессоры могли на равных тягаться с новейшими 90 и 100 МГц моделями Intel Pentium, вот только вычисления с плавающей запятой выполнялись лишь в режиме эмуляции, так как сопроцессор FPU в первых моделях предусмотрен не был.

Зато было предусмотрено многое другое — высокоэффективный раздельный кэш первого уровня (по 16 Кбайт для данных и инструкций, вдвое больше, чем у Pentium), контроллер полноскоростного (!) внешнего кэша второго уровня (у Pentium он находился в чипсете), полноценная 64-битная внешняя шина как у Pentium (вот только обращения к кэшу ее нагружали), правда с меньшей частотой — она зависела от модели и составляла ровно половину частоты ядра и даже два исполнительных устройства (второй суперскалярный процессор после Pentium).

Но главное было внутри — за внешней «оберткой» х86-совместимого процессора скрывалось RISC-ядро. Это был первый, за полтора года до Pentium Pro, процессор с технологией трансляции длинных CISC команд x86 в короткие микрооперации, поддерживаемые RISC ядром. Сегодня так работают все массовые х86 процессоры — и Intel и AMD. Но именно NexGen Nx586 стал первым.

Все эти фичи сильно сказались на транзисторном бюджете — 3.4 миллиона транзисторов для процессора, выпускающегося по 0.5 мкм техпроцессу уже было не мало. Вероятно, поэтому и не получилось сразу интегрировать FPU в ядро, хотя злые языки утверждали, что FPU был просто не готов к моменту анонса.

Лишь позднее были выпущены сопроцессоры Nx587, а год спустя появилось одночиповое решение — Nx586-PF100 и PF110 с интегрированным сопроцессором, выпускавшееся по новому 0.44 мкм техпроцессу. Впрочем, в середине девяностых FPU был еще не так актуален для повседневных задач — его использовали в основном инженерные программные пакеты, даже игры в основном писались под системы без FPU, ведь одними из самых распространенных систем оставались недорогие 486SX, также не имевшие сопроцессора на борту.

Декларируемая совместимость с 386 сыграла злую шутку — часть требовательного софта проверяла производительность процессора по поддержке специфичных для 486 инструкций и отказывалась выполняться на «устаревшем» процессоре. Другой проблемой стал не совместимый ни с 486 ни с Pentium сокет — тогда еще производители процессоров старались идти в кильватере Intel, справедливо полагая, что независимые производители материнских плат будут не в восторге от идеи разрабатывать отдельные модели для менее популярных процессоров.

И все же, для выпускаемого в конструктиве Socket 463 (ничего не напоминает, поклонники AMD?) решились выпустить свои платы целых семь производителей, и даже несколько компаний, правда третьего эшелона, представили на его основе готовые системы.

Казалось бы, дело пошло на лад — процессоры начали находить свое место на рынке, но тут компанию ожидал удар с другой стороны. IBM, выступавшая партнером по производству, не смогла выделить новые ресурсы на выпуск больших объемов процессоров и NexGen перестала справляться с растущим спросом.

А ведь тем временем, были готовы уже процессоры с рейтингом 133 МГц и FPU и почти вдвое более низкой ценой, чем Intel установила на Pentium 133…

Но даже проблемы с производством не могли сломить мятежный дух NexGen. В октябре 1995 года (напомним, почти за месяц до выхода Pentium Pro), на Microprocessor Forum компания представляет новейший Nx686, процессор шестого поколения (будем честны, все же он оставался где-то посередине между пятым и шестым поколениями).

Сохраняя совместимость с прежними процессорным гнездом, он получил частоту ядра уже 180 МГц (шина 60 МГц, как у 120 МГц версии Nx586), возможность работать с 2 Мбайт внешнего L2 кэша, кэш L1 вырос до 48 Кбайт. В некоторых источниках даже говорится о поддержке инструкций MMX, которые станут доступны у Intel только в 1997 году — на наш взгляд, это больше похоже на ошибку или было добавлено в более поздних версиях процессора.

При этом тепловыделение составляло всего 4 Вт. Предсерийные образцы были изготовлены с использованием 0.44 мкм техпроцесса. но планировались к серийному выпуску уже по 0.35 мкм нормам.

Пусть мама услышит, пусть мама придёт

Конечно, хотелось бы, чтобы рассказ о чипсетах и материнских платах был длинным и интересным. Но чипсетов для NexGen было выпущено всего два, оба производства самой NexGen. И несмотря на то, что на призыв компании отозвалось семь производителей материнских плат, найти удалось информацию лишь об одном. Это Alaris, в начале 90-х довольно известный производитель из США.

Первым чипсетом, представленным одновременно с процессором, был NexGen NxVL. VL, ожидаемо, означает Vesa Local Bus (или Very Long Bus, кому как ближе). В 1994 году VLB считалась еще достаточно перспективной, для нее было доступно больше плат расширения и по меньшей цене, чем для еще достаточно редкой PCI. Шина работала уже не локально на шине процессора, а через мост в составе чипсета.

Чипсет поддерживал шину до 50 МГц, до 192 Мбайт памяти SIMM FPM в 3 банках (может работать с EDO модулями в режиме FPM) и шины ISA и VLB (до двух слотов). Последняя нужна была в основном для видеокарт и производительных контроллеров накопителей (кэширующий IDE контроллер или SCSI), остальным устройствам тогда хватало пропускной способности ISA почти во всех случаях. Особенно, если учесть, что система предназначалась не для серверного рынка.

Сам чипсет представлял собой единственный чип, в крайне необычном для этого вида устройств корпуса — CPGA, почти таком же, как у процессоров, но с довольно забавным расположением ножек. Он устанавливался в сокет без защелки, пожалуй единственный известный случай. Как индусский код, бессмысленный и беспощадный.

Помимо основного чипа требовался чип-компаньон, например Opti 82C206Q (или совместимый — их было множество) для работы с ISA шиной и базовыми встроенными устройствами — часами, микросхемой BIOS итд. Также на плату установлено 256 Кбайт SRAM кэш-памяти второго уровня, кэшируемый объем памяти ограничен максимальным объемом установленной памяти.

Как и в его ровесниках от Intel, чипсетах 430LX/NX, в NxVL не было поддержки интерфейсов IDE и Floppy, контроллеров последовательных и параллельных портов. Но если в большинстве случаев (но не всегда!) на платы для Pentium эти интерфейсы интегрировались, пусть и в виде отдельных контроллеров, то тут потребуется еще и MultiIO-карта, «мультяха», как во многих VLB/ISA 486 системах.

При этом для питания часов и CMOS используется стандартная батарея CR2032, а не модный в то время модуль Dallas. Замена если вам надо есть на Авито - тыц

Другой интересный момент — плата не имеет разъема для сопроцессора Nx587. Информацию о платах с разъемом для сопроцессора найти вовсе не удалось. По некоторым данным FPU не поддерживался этим чипсетом в принципе и получается, что Nx587, вероятно, остался «сувенирным релизом»…

NxPCI, представленный вместе с процессорами с интегрированным FPU, уже был ориентирован на PCI, VLB не поддерживалась, хотя некоторые разработчики чипсетов для Pentium и 486 предусматривали и такой вариант. Впрочем, это к лучшему — как правило на таких гибридах PCI была реализована через мост от шины VLB, в результате дополнительных задержек страдала производительность, а с PnP творился настоящий ужас.

Новый чипсет поддерживал шину уже до 60 МГц, мог работать с Nx586-PF120 и перспективными Nx686. Чипсет состоял уже из двух чипов — контроллера памяти NexGen VL82C500 и контроллера PCI VL82C501, в качестве южного моста (контроллера ISA и низкоскоростной периферии) использовался Intel PIIX (82378ZB).

На плате интегрированы контроллеры IDE, Floppy и COM/LPT портов — почти в ногу со временем (в том же 1995 году новейший Intel 430FX «Triton» получил интегрированные в южный мост контроллеры всех этих интерфейсов). Чипы выполнены в обычном для того времени корпусе PQFP, вместо батареи CMOS используется интегрированное решение от Dallas.

В чипсете появилась поддержка памяти типа EDO, максимальный объем возрос до 768 Мбайт, без ограничений по кэшируемому объему. Установлено все так же 256 Кбайт SRAM кэша. Шина PCI поддерживается сразу версии 2.0. За исключением поддерживаемых процессоров — никакой экзотики уже нет.

Чудесное слияние двух компаний против Intel

К концу 1995 года, финансовое состояние компании и без того шаткое все эти годы, стало угрожающим. CEO NexGen Атик Раза (Atiq Raza) прекрасно это понимал. Понимал он и то, что небольшая компания не сможет выйти победителем из технологической гонки с Intel. Нужен был сильный партнер.

Про такие союзы говорят, что они рождаются на небесах. Иначе и не могло быть! Компания AMD до недавнего времени успешно конкурирующая с Intel испытывала серьезнейшие трудности с доведением до ума процессора К5 — производительность его в сравнении с Pentium уже не выдерживала критики, запас по росту частот иссяк. Времени на разработку нового ядра с нуля уже не оставалось. Зато с финансовой стороны все было отлично — незадолго до этого, Intel проиграла суд с AMD и выплатила последней $1.000.000.000.

В свою очередь у NexGen было отличное ядро, и пробивной CEO, знакомый с руководителями AMD, среди них тоже были его соотечественники. Переговоры были недолгими — в начале 1996 года NexGen была приобретена за $850.000.000. В штат AMD перешло и большинство инженеров и руководителей компании. Атик Раза на тот момент возглавил команду инженеров, адаптировавших Nx686 к новым требованиям, в том числе к использованию шины Pentium.

Последний разъём, на котором работали процессоры разных производителей

Socket 7 — процессорный разъём, заменивший более ранний Socket 5. Socket 7 совместим с многими центральными процессорами, работающими при напряжениях 2,0—3,5 В.

По сравнению с Socket 5 Socket 7 имеет один дополнительный контакт. Socket 7, в отличие от Socket 5, позволяет подавать на процессор два напряжения питания, первое для блоков ввода/вывода процессора и второе для ядра процессора. (Однако не все изготовители обеспечивали двойное питание на первых моделях своих материнских плат с разъемом Socket 7).

Любой процессор, совместимый с Socket 5, может работать в материнской плате с Socket 7.

Среди совместимых с Socket 7 процессоров: Intel Pentium с частотами 75—200 МГц, Pentium MMX с частотами 166—233 МГц, AMD K5, AMD K6, AMD K6-2, AMD K6-III, AMD K6-2+, AMD K6-III+, Cyrix 6x86 P120—P233, Cyrix 6x86MX, IDT WinChip, Rise Technology mP6. Это был последний сокет, открытый для других производителей. После этого Intel, AMD стали использовать собственные сокеты, IBM ушёл в серверный сегмент. Остальные ещё немного подёргались и перестали выпускать процессоры. Про Ryse mP6 в телевизионных приставках я уже писал - ссылка

Что в итоге?

Уже в апреле 1997 года вышел AMD K6, с частотой 166 и 200 МГц, поддерживающий MMX и работающий на обычных платах для Pentium (Socket 7), внутри его трудилось ядро, созданное NexGen.

Процессор показал великолепную производительность в целочисленных операциях, несмотря на отказ от использования внутреннего контроллера кэша (это было невозможно с socket 7), FPU же был слабее, чем у Intel, что еще долго влияло на успех этого семейства, но все же K6 был значительно быстрее и успешнее процессоров остальных конкурентов Intel.

Контроллеру кэша в будущем также нашли применение, K6-III и мобильные версии K6-2+/K6-III+ получили кэш на основном кристалле объемом 128 или 256 Кбайт, работающий на частоте ядра. А внешний кэш стал использоваться как L3.

Благодаря приобретению NexGen, AMD смогла выжить и в дальнейшем на равных конкурировать с Intel. А труды NexGen пережили компанию и сохранили память о ней. В следующий раз на выручку AMD снова придет испытывающая трудности компания, но история К7 — тема отдельной статьи.

Информация взята из открытых источников:

https://3dnews.ru/167103

https://habr.com/ru/companies/selectel/articles/567232/

P.S. Жалко, но в моей коллекции нет ни одного Nex Gen, на Авито проскакивают редко. Кто хочет купить, на Ebay есть несколько экземляров, из-за редкости их стоимость 300-600 баксов:

на ебей