Советская вычислительная школа Сергея Лебедева
Время на прочтение
12 мин
Количество просмотров 30K
Сергей Алексеевич Лебедев был советским академиком и основоположником вычислительной техники в СССР. Он создал первый в континентальной Европе компьютер с хранимой в памяти программой (МЭСМ) и был одним из разработчиков первых цифровых электронных вычислительных машин с динамически изменяемой программой вычислений. Под руководством и самоличном участии этого выдающегося ученого было создано 18 ЭВМ, причем 15 из них выпускались серийно.
Лебедев стоял у истоков развития и становления отечественной вычислительной техники. Опыт его работы уникален, так как охватывает период от создания первых ламповых компьютеров, выполнявших сотни и тысячи операций в секунду, до быстродействующих супер-ЭВМ на больших интегральных схемах.
Сергей Лебедев родился 2 ноября 1902 г. в городе Нижний Новгород. Отец Алексей Иванович был известным автором «Азбуки» и «Словаря непонятных слов», а мать Анастасия Петровна (в девичестве Маврина, из дворян) преподавала общие предметы в младших классах народного училища. В послереволюционные годы главу семейства пригласили на работу наркомом просвещения и Лебедевы переехали в Москву.
Сергей Лебедев (1920 г.)
Начало пути
В 1921 г. Сергей сдал экзамены экстерном за среднюю школу и поступил в Московское высшее техническое училище (МВТУ) им. Н.Э.Баумана на электротехнический факультет. Его учителями и научными руководителями были выдающиеся русские ученые-электротехники, профессора Карл Адольфович Круг, Леонид Иванович Сиротинский и Александр Александрович Глазунов. Все они трудились над разработкой плана электрификации СССР (план ГОЭЛРО). Для успешного осуществления потребовались уникальные теоретические и экспериментальные исследования. Лебедев был еще студентом, но уже тогда основное внимание уделял проблеме устойчивости параллельной работы электростанций. Первые результаты по данной проблеме были отражены в его дипломном проекте, который выполнялся под руководством профессора К.А.Круга.
В 1928 г. Лебедев получил диплом инженера-электрика и остался преподавать в родной альма-матер, параллельно занимая должность младшего научного сотрудника Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ). Именно в этом ВУЗе он возглавил лабораторию электрических сетей, где продолжил работу над проблемой устойчивости. Тематика лаборатории постепенно расширялась, охватывая также и проблемы автоматического регулирования. И в результате в 1936 г. на ее базе сформировался отдел автоматики, руководить которым поручили Сергею Алексеевичу.
К этому времени Лебедев уже стал профессором и автором (совместно с Петром Сергеевичем Ждановым) широко известной среди специалистов-электротехников монографии “Устойчивость параллельной работы электрических систем”.
Лебедев в своем кабинете
У научной деятельности Лебедева замечалась характерная особенность, которая заключалась в органическом сочетании большой глубины теоретической проработки с конкретной практической направленностью. Продолжая теоретические исследования, он стал активным участником подготовки сооружения Куйбышевского гидроузла.
В начале Второй мировой войны Лебедев был вынужден покинуть ВЭИ и уехать в Свердловск. Все ресурсы отдела автоматики переключили на оборонную тематику.
За поразительно короткие сроки работы в Свердловске, Алексей Сергеевич спроектировал систему стабилизации танкового орудия при прицеливании. Эта разработка усовершенствовала танк, делая его менее уязвимым и спасая тем самым многих танкистов. Система позволяла наводить и стрелять из орудия без остановки машины. За свое изобретение ученый был награжден орденом Трудового Красного Знамени и медалью «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.».
В 1945 г. Лебедева избрали действительным членом Академии Наук УССР
После окончания войны ученый занялся реализацией давно запланированного проекта по созданию вычислительной машины с использованием двоичной системы счисления. В те годы не было достаточно полных публикаций о двоичной системе счисления и методике операций над двоичными числами. Базой для построения цифровой вычислительной машины стала методика выполнения арифметических операций в двоичной системе счисления и ранее разработанные самим Лебедевым методы решения математических задач.
В 1947 г. Лебедев стал директором Института электротехники АН Украины и по совместительству возглавил руководство лабораторией Института точной механики и вычислительной техники СССР.
МЭСМ
В 1948 г. начался процесс создания малой электронной счетной машины (МЭСМ). Для научной работы Лебедеву выделили частично разрушенное здание бывшей монастырской гостиницы в Феофании (Киев). С финансовой помощью и поддержкой вице-президента АН УССР Михаила Алексеевича Лаврентьева, помещение было отремонтировано и оборудовано под лабораторию.
Здание в Феофании, где размещалась лаборатория Лебедева
Лебедев выдвинул, обосновал и реализовал в первой советской машине принципы построения ЭВМ с хранившейся в памяти программой. МЭСМ занимала целое крыло двухэтажного здания (60 м²) и состояла из 6 000 электронных ламп. Примечательно то, что проектирование, монтаж и отладка машины были выполнены в течении трех лет. При этом в разработке участвовали лишь 11 инженеров и 15 технических сотрудников. Тогда как на разработку первого в мире электронного компьютера ЭНИАК (США) ушло пять лет и было задействовано 13 разработчиков и более 200 техников.
Схема элементарной ячейки блока памяти арифметического устройства МЭСМ
МЭСМ была арифметическим устройством, производившим операции сложения, вычитания, умножения, деления, сдвига, сравнения с учётом знака, сравнения по абсолютной величине, передачи управления, передачи чисел с магнитного барабана, сложения команд, остановки. МЭСМ имела двоичное представление чисел с фиксированной запятой, 16 двоичных разрядов на число, плюс один разряд на знак.
6 ноября 1950 г. состоялся пробный пуск машины, в ходе которого решалась задача: Y» + Y = 0; Y(0) = 0; Y(pi) = 0.
Не смотря на то, что МЭСМ создавалась более как макет Большой электронной счетной машины, ей нашли практическое применение. Первой советской ЭВМ весьма заинтересовались математики, задачи которых требовали использования быстродействующего вычислителя. До 1953 г. МЭСМ была единственной вычислительной машиной в СССР.
Участники разработки МЭСМ — Лев Наумович Дашевский и Соломон Бениаминович Погребинский (Киев, 1951 г.)
Характеристики МЭСМ
Элементная база: 6 000 электронных ламп (около 3500 триодов и 2500 диодов)
Быстродействие: 3 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: около 25 кВт
Разрядность: 16
Тактовая частота: 5 кГц
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты или набором кода на штекерном коммутаторе; вывод с помощью электромеханического печатающего устройства либо фотоустройства для получения данных на фотоплёнке.
Также мог использоваться магнитный барабан, хранящий до 5000 кодов чисел или команд.
БЭСМ
Следующей после МЭСМ была разработана большая электронно-счётная машина (БЭСМ). В структуре устройства уже тогда были реализованы основные решения, характерные для современных вычислительных машин.
У БЭСМ была двоичная система представления чисел с учётом порядков, то есть в форме чисел с плавающей запятой. Машина оперировала диапазон чисел примерно от 10-9 до 109. Система команд была трёхадресной, в нее входило 9 арифметических операций, 8 операций передач кодов, 6 логических операций, 9 операций управления.
Лабораторные испытания БЭСМ
БЭСМ имела 39 двоичных разрядов для представления чисел в виде мантиссы/порядка, из них 32 разряда отводилось для значащей части и 5 для порядка. Еще по одному разряду отводилось для знаков мантиссы и порядка. При написании программ для машины применялась техника самомодифицирующегося кода, когда напрямую модифицировались адресные части команд для доступа к массивам.
Один из разработчиков БЭСМ Всеволод Сергеевич Бурцев вспоминает о машине следующее:
Во многих блоках первой БЭСМ в анодной цепи были использованы не лампы сопротивления, а ферритовые трансформаторы. Так как эти трансформаторы были изготовлены кустарным способом, они часто выгорали, при этом выделяли едкий специфический запах. Сергей Алексеевич обладал замечательным обонянием и, обнюхивая стойку, с точностью до блока указывал на дефектный. Он практически никогда не ошибался.
Характеристики БЭСМ
Элементная база: 4 000 электронных ламп, 5 000 полупроводниковых диодов
Быстродействие: 8 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: около 35 кВт
Разрядность: 39
Тактовая частота: 9 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах (2 барабана по 5120 слов) и магнитных лентах (4 по 30 000 слов)
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты, цифро-печать и фото-печатное устройство.
Группа сотрудников ИТМ и ВТ АН СССР в день награждения за создание БЭСМ (1956 г.)
В 1956 г. БЭСМ получила награду и была принята Государственной комиссией в эксплуатацию.
БЭСМ-2, М-20 и БЭСМ-4
В 1958 г. БЭСМ была подготовлена к серийному производству. Коллектив ИТМиВТ под руководством Лебедева разработал и презентовал две ЭВМ: БЭСМ-2 и М-20. Их характерной особенностью было то, что они разрабатывались в тесном контакте с промышленностью (особенно М-20). Специалисты завода и академического института вместе участвовали в создании машины. Этот принцип был хорош тем, что улучшал качество документации, т. к. в ней учитывались технологические возможности завода.
Вычислительная машина БЭСМ-2 сохранила систему команд и все основные параметры предыдущего устройства, но конструкция стала более технологичной и удобной для серийного выпуска. В БЭСМ-2 было реализовано оперативное запоминающее устройство на ферритных сердечниках, широко применялись полупроводниковые диоды, а также была усовершенствована конструкция (мелкоблочная). На БЭСМ-2 проводились расчеты, связанные с запуском искусственных спутников, первых пилотируемых космических кораблей. Именно на одной из упомянутых ЭВМ был произведён расчёт траектории ракеты, доставившей вымпел СССР на Луну.
БЭСМ-2 имела около 4 000 электронных ламп, и была собрана на трех основных стойках
Характеристики БЭСМ-2
Элементная база: 4 000 электронных ламп, 5 000 полупроводниковых диодов
Быстродействие: 20 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 35 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 10 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство.
М-20 стала первой советской машиной, которая поставлялась в комплекте со специальным математическим обеспечением (по своей сути — ОС). В новое устройство Лебедев заложил рад конструктивных решений, расширяющих функциональность и почти не увеличивающих количество электронных ламп.
М-20 обладала производительностью 20 000 операций в секунду за счет совмещения работы отдельных устройств и более быстрого выполнения арифметических операций. В машине впервые были применены: автоматическая модификация адреса; совмещение работы арифметического устройства и выборки команд из памяти; использование буферной памяти для массивов, выдаваемых на печать.
М-20
Характеристики М-20
Элементная база: электронные лампы, полупроводниковые схемы
Быстродействие: 20 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 50 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 0.6667 мГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство
После вручения наград в Кремле (1962 г.)
В 1965 г. появилась серийная ЭВМ на полупроводниковых элементах БЭСМ-4, которая унаследовала архитектуру М-20. Для БЭСМ-4 существовало не менее 3 разных компиляторов с языка Алгол-60, компилятор Fortran, не менее 2 разных ассемблеров, компилятор с оригинального языка Эпсилон.
Характеристики БЭСМ-4
Элементная база: электронные лампы, полупроводниковые схемы
Быстродействие: до 40 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 50 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 9 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство
БЭСМ-6
Разработка БЭСМ-6 завершилась в конце 1965 г. Эта машина стала первой советской супер-ЭВМ на элементной базе второго поколения (полупроводниковых транзисторах). В электронных схемах БЭСМ-6 использовалось 60 000 транзисторов и 180 000 полупроводников-диодов. Элементная база была новой для того времени.
У БЭСМ-6 имелся магистральный или водопроводный принцип организации управления. С его помощью потоки команд и операндов обрабатывались параллельно. В разработке использовалась ассоциативная память на сверхбыстрых регистрах, что сократило количество обращений к ферритной памяти и позволило осуществить локальную оптимизацию вычислений в динамике счета. Оперативная память имела расслоение (8-слойная) на автономные модули, что дало возможность одновременно обращаться к блокам памяти по нескольким направлениям. Многопрограммный режим работы БЭСМ-6 позволил решать несколько задач с заданными приоритетами. Аппаратный механизм преобразования математического адреса в физический дал возможность динамически распределять оперативную память в процессе вычислений средствами ОС.
У БЭСМ-6 был конвейерный центральный процессор с отдельными конвейерами для устройства управления и арифметического устройства. Он позволял совмещать обработку нескольких команд, находящихся на разных стадиях выполнения. Имелся кеш на 16 48-битных слов (4 чтения данных, 4 чтения команд, 8 — буфер записи). Система команд включала в себя 50 24-битных команд.
Лаборатория для проведения финишных испытаний знаменитой БЭСМ-6
С 1968 г. начался выпуск БЭСМ-6 на заводе Счётно-аналитических машин (САМ) в Москве.
Характеристики БЭСМ-6
Элементная база: транзисторный парафазный усилитель с диодной логикой на входе
Быстродействие: около 1 млн операций в секунду
Потребляемая мощность: 60 кВт
Разрядность: 48
Тактовая частота: 10 МГц
Внешняя память: на магнитных лентах и магнитных дисках
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты, цифропечать и фотопечатное устройство
На Дне открытых дверей факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ Владимир Пономарев демонстрирует игру «Калах» на экране терминала БЭСМ-6
С 1967 г. практически все крупные вычислительные центры СССР стали оснащаться компьютерами БЭСМ-6. И даже спустя годы на заседании отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации Академии наук (1983 г.) академик Е. П. Велихов сказал, что создание БЭСМ-6 явилось одним из основных вкладов АН СССР в развитие советской индустрии.
В 1990 г. один из экземпляров БЭСМ-6 был перевезен в Лондон и установлен в Музее науки, как лучший в Европе суперкомпьютер своего времени.
Серия 5Э26
ЭВМ 5Э26 была последней прижизненной разработкой Лебедева, которую он успел запустить в серийное производство.
В 1968 г. Лебедев принял предложение Генерального конструктора зенитных ракетных комплексов для ПВО Бориса Васильевича Бункина. Он согласился разработать специализированный управляющий малогабаритный мобильный высокопроизводительный цифровой вычислительный комплекс (ЦВК) 5Э26. О реализации такой возможности Сергей Алексеевич мечтал еще при создании МЭСМ. Благодаря этой работе, была проведена крупнейшая реорганизация института. Объединение ресурсов множества различных лабораторий привело к фактическому созданию отделений:
— по ЭВМ общего назначения
— по ЭВМ специального назначения (включая архитектуру)
— по электронному конструированию
— по запоминающим устройствам
— по САПР и технологии.
Всеволодом Сергеевичем Бурцевым (заместитель Лебедева) была предложена многопроцессорная архитектура ЦВК 5Э26, обеспечивающая работу до трех модулей центральных процессоров и двух специальных процессоров ввода-вывода информации с общей памятью.
Конструктивно ЦВК серии 5Э26 представлял собой шкаф высотой 1885 мм, шириной 2870 мм, глубиной 655 мм, который ставился у стенки транспортного средства.
У 5Э26 имелась высокоэффективная система автоматического резервирования, базирующаяся на аппаратном контроле. Система давала возможность восстанавливать процесс управления при сбоях и отказах аппаратуры, работающей в широком диапазоне климатических и механических воздействий, с развитым математическим обеспечением автоматизации программирования.
ЦКВ 5Э261
ЦКВ 5Э26 легко адаптировался к различным требованиям по производительности и памяти в системах управления специального назначения. Устройство также работало в реальном времени, снабжалось развитым математическим обеспечением, эффективной системой автоматизации программирования и возможностью работы с языками высокого уровня. В 5Э26 была реализована энергонезависимая память команд на микробиаксах с возможностью электрической перезаписи информации внешней аппаратурой записи и введена эффективная система эксплуатации с двухуровневой локализацией неисправной ячейки, обеспечивающая эффективность восстановления аппаратуры среднетехническим персоналом.
В качестве интегральных схем использовались в основном полупроводниковые микросхемы одних из первых отечественных серий-133 и 130 (ТТЛ-типа).
Лебедев во время поездки в Англию (Кембридж, 1964 г.)
Характеристики 5Э261
Элементная база: стандартная серия ТТЛ-микросхем
Быстродействие: 1,5 млн операций в секунду
Потребляемая мощность: 5,5 кВт
Разрядность: 32
Объем оперативной памяти: 32-34 Кб
Объем командной памяти: 64-256 Кб
Независимый процессор ввода-вывода информации по 12 каналам связи: максимальный темп обмена свыше 1 Мб/с.
Опыт создания ЭВМ 5Э26 стал базой для конструирования семейства супер-ЭВМ «Эльбрус». Название было предложено Лебедевым. Появление «Эльбруса» завершило создание ПРО СССР, однако сам он уже не успел принять участие в их разработке.
Послесловие
Лебедев с семьей
По воспоминаниям сотрудников, работавших с Сергеем Алексеевичем в Киеве, он был идеальным руководителем. В работе доводил все до совершенства, большое внимание уделял мелочам. Он никогда не повышал голос и относился ко всем исключительно ровно, справедливо, без предвзятости. Всегда отмечал даже небольшие успехи своих сотрудников. В процессе отладки машины равных ему не было. Лебедев превосходил всех в понимании неполадок и сбоев в машине.
Сергей Алексеевич на протяжении всей своей жизни вел большую работу по подготовке научных кадров. Он был одним из инициаторов создания Московского физико-технического института, основателем и руководителем кафедры вычислительной техники в этом институте, руководил работой многих аспирантов и дипломников.
Лебедев с дочерьми Екатериной и Натальей
В начале 70-х Сергей Алексеевич уже не мог руководить Институтом точной механики и вычислительной техники, в 1973 г. тяжелая болезнь вынудила его оставить пост директора. Но он продолжал работать дома.
Сергей Алексеевич Лебедев скончался 3 июля 1974 г. в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище.
В Киеве на здании, где располагался Институт электротехники АН Украины, висит мемориальная доска, текст которой гласит: ” В этом здании в Институте электротехники АН УССР в 1946—1951 г.г. работал выдающийся ученый, создатель первой отечественной электронной вычислительной машины, Герой Социалистического Труда, академик Сергей Алексеевич Лебедев”.
Мозаика с изображением Лебедева в ИТМиВТ
В год 95-летия со дня рождения Сергея Алексеевича Лебедева заслуги ученого признали и за рубежом. Как новатор вычислительной техники, он был отмечен именной медалью Международного компьютерного общества с надписью: «Сергей Алексеевич Лебедев 1902–1974 г.г… Разработчик и конструктор первого компьютера в Советском Союзе. Основоположник советского компьютеростроения».
#статьи
- 13 апр 2022
-
0
Как СССР побеждал в компьютерной гонке, а потом её провалил
Советские компьютеры 1950‑х годов не уступали западным, но с конца 1960‑х они стали резко отставать от капиталистических ЭВМ.
Иллюстрация: Victor R. Ruiz / Hans Bln / Wikipedia / filistimlyanin / Freepik / Дима Руденок для Skillbox Media
Программист, консультант, специалист по документированию. Легко и доступно рассказывает о сложных вещах в программировании и дизайне.
Компьютерная эра во всём мире началась почти одновременно — сразу после Второй мировой войны. В 1948 году у США уже были первые ЭВМ Mark и ENIAC, поэтому советское правительство решило не отставать и организовало структуры, которые должны были заниматься разработкой аналогичной техники.
Одну из них, Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ), долгое время возглавлял академик Сергей Алексеевич Лебедев. Сегодня его называют отцом советских ЭВМ.
Фото: «История информационных технологий в СССР и России»
Первую ЭВМ в СССР и континентальной Европе создали в Киевском институте электротехники под руководством академика Лебедева.
Вообще, Лебедев хотел создать цифровую ЭВМ ещё в начале войны — тогда он руководил лабораторией в Московском электротехническом институте. Однако в 1941 году институт эвакуировали на Урал и учёному пришлось плотно заниматься военными разработками: самонаводящимися торпедами, системой стабилизации танковых орудий и тому подобным.
Когда война закончилась, Лебедев вернулся в Москву. Но реализовать проект счётной супермашины оказалось непросто. Он обратился в ЦК ВКП(б) и рассказал куратору по науке, что его ЭВМ будет выполнять до 10 000 операций в секунду, но над ним только посмеялись: «А что будет, когда мы все задачи на вашей машине прорешаем — выбросим её на свалку?»
К счастью, в 1947 году Лебедева пригласили в Киев, и он продолжил работу над вычислительной машиной. К осени 1948 года Сергей Алексеевич уже разработал модель вычислительной машины. Она работала по принципу арифмометра и предназначалась для ускорения и автоматизации счёта. Лебедев назвал свою машину МЭСМ (малая электронная счётная машина). А в марте 1949 года Лебедев создал и испытал работающий макет арифметико-логического устройства на радиолампах.
В 1951 году началась сложная работа по переводу макета в действующую ЭВМ. Это были послевоенные годы, людей не хватало, поэтому над машиной работали всего 12 инженеров, 15 техников и монтажниц. Трудиться приходилось сутки напролёт: Лебедев и сам всё время что-то паял, монтировал, клепал. И к декабрю 1951 года машина была готова!
МЭСМ использовала 6000 радиоламп и занимала 60 квадратных метров. Правда, с помещением под компьютер просчитались — машину собрали в комнате на нижнем этаже двухэтажного здания, и когда все 6000 ламп загорелись, температура резко подскочила. Работать стало невозможно, поэтому пришлось разобрать потолок и часть кровли.
Характеристики МЭСМ:
- Машина производила до 50 операций в секунду — неплохая скорость по сравнению с ручными вычислениями.
- Ёмкость ОЗУ — 31 число и 63 команды.
- Представление чисел — с фиксированной точкой, 16 двоичных разрядов.
- Команды трёхадресные, длиной в 20 двоичных разрядов (4 разряда — код операций).
- Дополнительно можно было подключать ЗУ на магнитном барабане ёмкостью 5000 слов.
- Данные вводились с помощью перфоленты или штекеров на коммутаторах, а выводились на электромеханическое печатающее устройство или фотографировались.
Во время испытаний МЭСМ производила сложные вычисления — рассчитывала сумму факториалов нечётных чисел, возводила дроби в степень. Все увидели, что скорость компьютера намного превышает человеческие возможности.
В 1952 году ЭВМ продемонстрировали на публике — и с тех пор она считается первой работающей электронно-вычислительной машиной в СССР и континентальной Европе.
Лебедев разработал МЭСМ в качестве макета для отработки принципов построения БЭСМ (большой электронной счётной машины), которую создавали параллельно. Но и саму МЭСМ активно использовали — на ней решали разные научно-технические и экономические задачи:
- рассчитывали энергосистемы и строительные конструкции;
- обрабатывали геодезические наблюдения;
- составляли статистические таблицы;
- решали задачи баллистики, синтеза аммиака и многое другое.
МЭСМ использовали в реальных задачах до 1957 года, а потом ещё два года на ней обучали студентов.
Благодаря первой машине Лебедева в СССР начало развиваться программирование и производство вычислительной техники.
В том же 1952 году команда Лебедева построила БЭСМ-1.
- В машине было 5000 электронных ламп.
- Она могла выполнять 8000–10 000 операций в секунду.
- Внешняя память — на магнитных барабанах (два барабана по 5120 слов) и магнитных лентах (четыре барабана по 30 000 слов). Машина имела общую память для команд и данных — всё по архитектуре фон Неймана.
- Система представления чисел — двоичные с плавающей точкой.
- Система команд — трёхадресная. В каждой команде содержатся код операции, два адреса исходных операндов и адрес результата операции.
В 1953 году на международной конференции в Дармштадте БЭСМ-1 признали самым быстродействующим компьютером в Европе. По скорости работы и объёму памяти она уступала только американской IBM 701.
Фото: «Виртуальный компьютерный музей»
В столице оценили работу Лебедева и назначили его директором московского Института точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ). БЭСМ перевезли в Москву и установили на первом этаже института. На ней решали научные и прикладные задачи, казавшиеся в то время неразрешимыми из-за большого объёма вычислений.
БЭСМ могла рассчитать траекторию полёта снаряда быстрее, чем снаряд долетал до цели. В то время это было огромным достижением. А ещё именно на БЭСМ-1 была рассчитана траектория полёта ракеты, доставившей на Луну вымпел СССР в 1959 году.
В 1960 году БЭСМ-1 разобрали, и по этому поводу сотрудники ИТМиВТ даже написали эпитафию.
Фото: «История информационных технологий в СССР и России»
В 1957 году Ульяновский завод им. Володарского начал выпускать компьютеры БЭСМ-2. Ими оснастили все крупные вычислительные центры страны. На новых БЭСМ рассчитывали запуски искусственных спутников Земли и первых космических кораблей.
А в середине 1960-х разработали и запустили в производство БЭСМ-6 — супер-ЭВМ второго поколения на полупроводниковых транзисторах. Она могла выполнять уже около 1 млн операций в секунду.
Фото: Wikimedia Commons
В то время советская вычислительная техника шла вровень с западными разработками. Даже Норберт Винер говорил, что советские учёные опережают американских в области теории информации, а в части аппаратуры отстают совсем немного.
Лебедев, используя свои наработки при создании МЭСМ, разработал ещё 15 электронно-вычислительных машин. Но отечественным кибернетикам не дано было стать лидерами в компьютерной гонке. В 1966 году в СССР свернули разработку собственных вычислительных машин и начали копировать серию IBM 360 в качестве единого стандарта ЭВМ.
Академик Лебедев протестовал против этого решения — он рьяно доказывал, что клонирование устаревающих систем отбросит компьютерную индустрию на годы назад. Но учёного не послушали — у его оппонентов была власть.
В 1972 году решение о копировании американской IBM приняли окончательно. Эту весть Сергей Александрович принял очень тяжело. Здоровье немолодого уже академика постоянно ухудшалось, и через два года, после долгой болезни, Лебедев скончался.
Фото: «История информационных технологий в СССР и России»
Много ли выиграла советская компьютерная индустрия от этого решения? По мнению академика Малиновского, нанесённый ущерб был выше, чем полученные результаты. Клонирование IBM шло с трудом, документацию было сложно достать, не было подходящего оборудования и комплектующих. Сроки изготовления постоянно срывались.
В 1970-х годах советская вычислительная техника уже серьёзно отставала от западной, особенно в гражданских областях. ЭВМ использовали в основном в военных разработках. Но руководство страны не рассматривало производство электронно-вычислительных машин как ключевую отрасль. Бытовало мнение, что нехватку компьютеров можно восполнить большим количеством людей с арифмометрами.
В итоге компьютерная революция 1980-х застала страну врасплох. А в 1990-х годах СССР перестал существовать и отставание отечественной компьютерной техники от западной уже мало кого интересовало.
Машина Лебедева
Сергей Алексеевич Лебедев — один из отцов отечественного компьютеростроения. Под его руководством были созданы 15 различных типов электронно-вычислительных машин — причем не только ламповых, но и аппаратов на интегральных схемах. Ну и конечно же главное достижение легендарного ученого — создание Малой электронной счетной машины (МЭСМ). Во многих источниках ее называют первой советской ЭВМ. Да что там, даже сам Лебедев так ее охарактеризовал в статье «У истоков первой ЭВМ». Хотя как раз тут первенство Лебедева может быть оспорено — но об этом позже.
Работу над созданием МЭСМ Лебедев начал в Киеве в 1947 году, куда попал по приглашению Михаила Лаврентьева, на тот момент директора Института математики Академии Наук Украины и по совместительству — заместителя президента этой самой Академии. К переезду на Украину Сергей Алексеевич склонялся долго и тяжело. К тому времени ученый уже 10 лет руководил одним из отделов во Всесоюзном электротехническом институте, и даже должность директора целого института в столице УССР его не прельщала.
Как позже рассказывал сын ученого, Сергей Лебедев-младший, выбор был сделан при помощи жребия. «Мать предложила бросить жребий. Две бумажки с надписями ‘Киев’ и ‘Москва’ были положены в шапку и тщательно перемешаны. К счастью, выпал Киев! С тех пор эта шапка прочно вошла в семейные фольклорные анналы и стала в кругу друзей не менее знаменитой, чем шапка Мономаха».
В Киеве Сергей Алексеевич стал руководителем Института энергетики. Там Лебедев инициировал создание лаборатории моделирования и вычислительной техники в составе Института электротехники. Немалую роль в этом сыграл Лаврентьев, который написал Сталину письмо с просьбой поддержать работы в области вычислительной техники, учитывая их важность для обороноспособности СССР. Собрав команду талантливых ученых, Лебедев приступил к сборке машины в бывшем здании психиатрической больницы в предместье Феофания.
К концу 1949 года была полностью разработана архитектура МЭСМ, а к осени 1950 года «компьютер» полностью собрали.
1951 год. Молодые кибернетики за пультом МЭСМ. Фото: Информационные технологии в Украине
Пробный пуск машины случился 6 ноября 1950 года, а уже 4 января 1951 года работающая МЭСМ была продемонстрирована приемной комиссии. К концу того же 1951 года работу аппарата оценила комиссия более высокого уровня, из Москвы, во главе с академиком М.В. Келдышем, и 25 декабря рекомендовала ввести машину в эксплуатацию.
Открытие Исаака
1951 год можно было бы считать годом рождения отечественной информатики. Но в марте 2018 года на пленарном заседании Института истории естествознания и техники РАН этой датой назначили 4 декабря 1948 года. А все благодаря Исааку Бруку, создателю ЭВМ М-1.
Сразу после окончания Великой отечественной войны при Президиуме Академии Наук СССР был создан научный семинар для обсуждения вопросов автоматизации вычислений. Исаак Брук был одним из его активных участников и продвигал идею создания института для изучения проблем вычислительной техники. В 1948 году благодаря поддержке президента Академии С.И. Вавилова было создано учреждение — Институт точной механики и вычислительной техники. Но Брук, получивший 4 декабря того же года авторское свидетельство на автоматическую цифровую вычислительную машину, в том самом институте не работал ни дня.
Исаак Брук. Фото: Политехнический музей
Почему так случилось — неизвестно. По одной из версий, директор института Николай Бруевич был редкостным ретроградом: не приветствовал развитие цифровых ЭВМ и делал ставку на развитие механических вычислительных аппаратов. По другой версии, у новосозданного учреждения не было ничего кроме вывески, и поэтому Брук решил остаться сотрудником Энергетического института.
В отличие от работников профильных учреждений Брук не имел большой государственной поддержки и вместе со своей командой работал скорее на голом энтузиазме. Да, Исаак Семенович имел довольно серьезного покровителя, в лице директора института Глеба Кржижановского, старого большевика и одного из близких друзей Ленина. Тем не менее, как позже вспоминал один из участников сборки М-1 Александр Залкинд, «работа над ЭВМ [… ] велась полулегально, сегодня сказали бы, что это хобби руководителя работ и только».
Вместе со своим коллегой Баширом Рамеевым и несколькими учениками Брук собрал электронно-вычислительную машину менее чем за год: процесс начали в октябре 1950 года, а уже летом 1951 М-1 могла выполнять основные арифметические операции. Эксплуатация машины стартовала в январе 1952 года — всего лишь через месяц после того, как правительственная комиссия рекомендовала к использованию МЭСМ.
Несмотря на то, что у ЭВМ Лебедева было в названии прилагательное «малая», М-1 по сравнению с киевским аппаратом была просто крохой. Площадь, которую занимала М-1, составляла лишь 4 квадратных метра, тогда как МЭСМ «раскинулась» аж на 60 — а количество выделяемого последней тепла было так велико, что со здания пришлось снимать крышу. Количество ламп — 700 у М-1 против 6000 у МЭСМ, потребляемая мощность — 8 и 25 кВт соответственно. Детище Брука заметно проигрывало и в производительности: собранная в Москве ЭВМ выдавала около 20 операций в секунду против 50 у МЭСМ.
Фотография первой программы, выполненной на М-1. Фото: Великая страна СССР
«Компактность» и качество
Казалось бы, ЭВМ Лебедева круче по всем параметрам. Но М-1, собранная в гораздо более стесненных условиях и с меньшим количеством ресурсов, имела ряд концептуальных преимуществ.
- М-1 была первым аппаратом, логические схемы которого были построены полностью на полупроводниковых диодах. Этому способствовал недостаток материалов и изобретательность самого Брука. Руководитель проекта распорядился «прошерстить» склады института, где хранилось огромное количество радиотехники, переданной по репарациям из Германии — и набрал там медно-закисных выпрямителей (диодов) для своей машины.
- В М-1 впервые была использована двухадресная система команд, в отличии от трехадресной на МЭСМ: такую особенность предложил молодой математик Юлий Шрейдер, осваивавший основы программирования на ЭВМ. У такой системы есть ряд преимуществ по сравнению с трех- и четырехадресной: упрощается устройство управления, рациональнее используется память и отсутствует необходимость записывать малоинформативные адреса.
- У М-1 была интегрированная оперативная память на электронно-лучевых трубках, которая позволяла записывать до 256 слов. Аналогичный объем данных умещался и на магнитном барабане, который выполнял роль медленной памяти. У первой версии МЭСМ, для сравнения, в оперативной и долговременной памяти умещалось лишь по 31 числу.
Из-за последней особенности некоторые исследователи настаивают на том, что, дескать, МЭСМ на момент ввода в эксплуатацию была не более чем огромным калькулятором, и для серьезных расчетов (например, для решения уравнений в частных производных) она не годилась.
М-1 благодаря наличию объемной памяти с момента ввода в эксплуатацию в январе 1952 года выполняла вычисления, на которые МЭСМ «сподобилась» лишь спустя несколько месяцев, после подключения магнитного барабана.
Так выглядела ЭВМ М-1. Слева направо: ссторона АУ и сторона магнитного барабана. Фото: Виртуальный компьютерный музей
Первые среди отстающих
Сложно ответить на вопрос, почему именно Лебедев, а не Брук был выбран на роль «отца советской ЭВМ». Может быть, все дело в протекции руководившего в то время Украиной Никиты Хрущева, поскольку именно в тот период началась разработка МЭСМ. А может быть, дело в печальном факте антисемитизма и национальности Брука. Факт остается фактом, Лебедев еще до окончания разработки МЭСМ был приглашен в Москву возглавлять профильный Институт точной механики и вычислительной техники, а впоследствии стал академиком АН СССР. Брук же «дослужился» только до члена-корреспондента, и долгие годы был лишь завлабораторией.
Но несомненно, как МЭСМ, так и М-1 стали важными вехами в истории советской кибернетики и компьютерной науки. На основе московской ЭВМ в той же лаборатории позже были построены машины М-2 и М-3: последняя стала основой для серий ЭВМ «Арагац», «Раздан» и «Минск». А Лебедев, используя свои наработки при создании МЭСМ, позже разработал еще 15 советских электронно-вычислительных машин.
К сожалению, успехи Брука, Лебедева и других советских кибернетиков не позволили Советскому Союзу захватить лидерство в «компьютерной гонке». Еще в 1964 году «отец кибернетики» Норберт Винер в интервью журналу «U.S. News & World Report» сказал, что советские ученые опережают американских в области теории информации, а в части аппаратуры если и отстают, то ненамного. Но в 1966 году было принято роковое для компьютерной отрасли решение о прекращении разработки собственных вычислительных систем и копировании серии IBM/360 — в качестве единого индустриального стандарта ЭВМ.
Роковое решение 1966 года отбросило советскую компьютерную индустрию на годы назад. Фото: IT History
Сергей Лебедев был против такого решения. Ученый утверждал, что копирование устаревающей иностранной системы приведет к отставанию СССР от лидеров в области компьютерной индустрии. Но к создателю МЭСМ не прислушались. Последствия перехода на заграничный стандарт можно сравнить с «фиатизацией» советского автопрома — копированием итальянских машин для создания «классического» семейства автомобилей ВАЗ.
При этом Институт точной механики и вычислительной техники, которым Лебедев руководил в последние годы жизни, спорное решение не затронуло, так как ИТМВТ занимался разработкой суперкомпьютеров для военных нужд. Именно в этой области применения компьютеров советские инженеры и ученые добились наибольшего успеха. Чего стоит только серия ЭВМ «Эльбрус», которые используются в системе ПРО второго поколения и Центре управления полетами. Увы, в создании персональных компьютеров наша промышленность подобных достижений не имела…
Как развивалась история коммерческих персональных компьютеров? Смотри историю 1953 по 1985 год в нашей галерее!
Это тоже интересно:
Статья посвящена 105-летию со дня рождения академика
С.А. Лебедева — выдающегося ученого и инженера, основоположника отечественной
электронной вычислительной техники, создателя 15 типов ЭВМ, в том числе
легендарной серии БЭСМ.
Компьютеры и цифровая техника настолько прочно вошли в нашу жизнь,
что сейчас воспринимаются как данность. И мало кто задает себе вопросы, кем и
каким трудом был проложен путь к современным информационным технологиям. К
сожалению, за годы искусственно созданной информационной закрытости государства
в сознании многих людей сложился стереотип национального компьютерного
нигилизма. Между тем, зная факты развития науки и техники не понаслышке, можно
смело говорить о наличии глубоких корней и традиций отечественного
компьютеростроения, имевшихся у нас достижений мирового уровня в этой области.
Осознанию истинных масштабов участия наших соотечественников в мировой
компьютерной истории призван способствовать рассказ о вкладе академика Сергея
Алексеевича Лебедева в становление электроники и вычислительной техники как в
нашей стране, так и в мире.
По словам президента Российской академии наук академика Ю.С. Осипова,
уникальные разработки С.А. Лебедева «определили столбовую дорогу мирового
компьютеростроения на несколько десятилетий вперед». Именно академик Лебедев
создал в тяжелые послевоенные годы первую отечественную ЭВМ и последующие все
более и более производительные вычислительные машины. Появление
электронно-вычислительных машин стало научно-технической революцией, кардинально
изменившей развитие общества.
Научный подвиг С.А. Лебедева
Любому значительному научному открытию предшествуют годы неустанного поиска и
труда. По окончании МВТУ им. Баумана в 1928 году, Сергей Алексеевич посвятил
себя работе в области электротехники. Результаты его работ были использованы при
вводе в эксплуатацию первых отечественных электростанций и высоковольтных линий
передач. Уже в 1939 году С.А. Лебедев, минуя кандидатскую, защитил докторскую
диссертацию по теории искусственной устойчивости энергосистем.
После нападения Германии на Советский Союз будущий академик записался
добровольцем в ополчение, но из-за стратегической важности выполняемых работ, на
фронт его не отпустили. Лебедев продолжил исследования и во время войны
разработал самонаводящуюся на излучающие или отражающие излучение цели торпеду,
а также систему автоматического самонаведения на цель авиационной торпеды и
систему стабилизации танкового орудия при прицеливании.
Создание таких систем требовало проведения колоссального объема вычислений.
Именно это обстоятельство привело ученого к пониманию необходимости
автоматизации вычислительных процессов. В 1945 году С. А. Лебедев создает первую
аналоговую вычислительную машину для решения системы обыкновенных
дифференциальных уравнений. Сергей Алексеевич обладал по-настоящему большой
смелостью и верил в свои силы. В 45 лет, будучи уже известным ученым, он занялся
совершенно новым направлением созданием вычислительной техники
Увлеченность Сергея Алексеевича новым делом была такой всепоглощающей, что
когда в 1948 году его пригласили выступить на Парижской международной
конференции по большим электроэнергетическим системам, он, подготовив доклад
«Искусственная устойчивость синхронных машин», доверил прочитать этот труд
другому человеку. А сам на конференцию не поехал — настолько погрузился в
разработку принципов действия электронной счетной машины.
Как известно, за рубежом принципы компьютеростроения и электронного счета
разработал фон Нейман, классическая архитектура компьютера так и называется «фон
Неймановская». Научный подвиг Лебедева заключается в том, что в условиях
информационной замкнутости тех лет Сергей Алексеевич пришел к тем же выводам,
что и фон Нейман, но на полгода раньше.
Разработанные теоретические выкладки позволили Сергею Алексеевичу перейти к
практической работе. Первым значимым результатом стала Малая электронная счетная
машина (МЭСМ), которая в 1951 году была принята комиссией в эксплуатацию, а в
1952 году на ней уже решались важные научно-технические задачи из области
термоядерных процессов, космических полетов, ракетной техники, дальних линий
передач и проч. В Киеве, в Национальной академии наук Украины, где создавалась
МЭСМ, сохранилась конструкторская документация и папки с материалами о первой
отечественной ЭВМ, большая часть из которых составлена С.А.Лебедевым. Чьей-то
рукой более 50 лет назад на них было написано: «Хранить вечно».
Папка с материалами о первой отечественной
ЭВМ
Структурная схема разработки БЭСМ
Сергей Алексеевич Лебедев
БЭСМ-6
Медаль «Computer Pioneer Award» за выдающиеся новаторские
работы в области создания вычислительной техники
Параллельно с завершающим этапом работ над МЭСМ в 1950 году была начата
разработка первой Большой (впоследствии переименованной в Быстродействующую)
Электронно-счетной машины. Разработка БЭСМ велась уже в Москве, в лаборатории
ИТМиВТ, которую возглавил С.А. Лебедев. И здесь проявился его научный талант как
конструктора-практика.
В те годы не было собственной элементной базы, необходимых конструкций под
вычислительные блоки, охладительных систем. Приходилось самим изготавливать
шасси и стенды, сверлить и клепать, монтировать и отлаживать различные варианты
триггеров, счетчиков сумматоров, проверять их на надежность в работе.
Сергей Алексеевич всегда был в центре этих работ, часто с паяльником в руках
перепаивал схемы, внося в них необходимые изменения, исправлял найденные
неполадки. Он безошибочно находил вышедшие из строя радиолампы и детали. После
насыщенного, трудового дня С. А. Лебедев до 3-4 часов ночи просиживал за пультом
или осциллографом, отлаживая машину.
Напряженная интеллектуальная работа и перегруженный график, тем не менее, не
мешали ученому в любой ситуации сохранять спокойствие и рассудительность. Когда
в институте случился локальный пожар на первом этаже, где располагалась уже
собранная и подготовленная к госиспытаниям БЭСМ, Сергей Алексеевич, не теряя ни
секунды, решительно произнес: «Выключайте все электричество». Машина не
пострадала. Возможно, решительность ее создателя и спасла тот первый экземпляр
легендарной ЭВМ.
У С. А. Лебедева талант ученого-исследователя совмещался с замечательными
способностями организатора и вдохновителя работ. Он умел подобрать сильную
команду, увлечь ее работой и сконцентрировать все усилия для решения общей
задачи. В 50-е годы, когда у измученной войной страны не хватало научных кадров,
Лебедев сделал ставку на молодежь — и не ошибся. Он собрал вокруг себя
талантливых студентов – дипломников и выпускников МГТУ, МИФИ, МФТИ. Для учеников
С.А. Лебедева разработка БЭСМ стала стартом научной деятельности, впоследствии
многие из них стали известными учеными, академиками.
В музее ИТМиВТ сохранилась половинка тетрадного листа из рукописи Сергея
Алексеевича — на ней подробно изложена структурная схема и календарный план
разработки БЭСМ. Удивительно, что вся машина, в реальности занимавшая 100 кв. м,
уместилась на небольшом листке бумаги. Но для этого потребовалось огромное
напряжение интеллектуальных и физических сил — обоснование и теоретические
выкладки по БЭСМ заняли у Лебедева десятки толстых тетрадей.
В итоге колоссальный труд был вознагражден победой — задуманная ЭВМ была
создана. Первый запуск БЭСМ состоялся осенью 1952 года, а госиспытания она
прошла в 1953 году. В том же году Лебедев стал директором Института точной
механики и вычислительной техники и действительным членом АН СССР по Отделению
физико-математических наук. Он стал первым академиком по специальности «счетные
устройства».
Знаменательный факт истории — представленный С. А. Лебедевым в октябре 1955
года в Дармштадте (ФРГ) на Международной конференции по электронным счетным
машинам доклад о наших достижениях произвел сенсацию — БЭСМ была признана самой
быстродействующей машиной в Европе. Ее быстродействие оказалось рекордным — 8
000 оп/с.
Ученик Сергея Алексеевича академик В.А. Мельников в своих воспоминаниях
подчеркивает: «Гениальность С.А. Лебедева состояла именно в том, что он ставил
цель с учетом перспективы развития структуры будущей машины, умел правильно
выбрать средства для ее реализации применительно к возможностям отечественной
промышленности».
После триумфальной победы БЭСМ, под руководством Лебедева сразу начались
работы над следующей версией ЭВМ, с улучшенными характеристиками: повышенным
быстродействием, большей памятью, увеличенным временем устойчивой работы. Так
появились следующие версии семейства БЭСМ — БЭСМ-2, БЭСМ-3М, БЭСМ-4. Эти машины
уже выпускались серийно на Заводе Счетно-аналитических машин ЗСАММ, сначала по
несколько десятков экземпляров – затем сотнями.
Лучшей в серии БЭСМ по праву стала знаменитая БЭСМ-6 — первый в мире серийный
«миллионник» (1 млн. оп/с). Главный конструктор реализовал в ней множество
революционных для того времени решений, благодаря чему машина пережила три
поколения вычислительной техники и выпускалась 17 лет. За это время было
произведено около 450 машин, что является абсолютным рекордом для ЭВМ класса
«суперкомпьютер». До настоящего времени сохранился последний экземпляр БЭСМ-6,
работающий под Санкт-Петербургом в Учебном центре Военно-морского флота.
Разработка БЭСМ-6 — это яркий пример свойственного школе С.А. Лебедева
творческого подхода к созданию ЭВМ, учитывающего все возможности технической
базы, математического моделирования структурных решений, а также производства
для достижения наилучших характеристик машины. Не стоит забывать, что
производство вычислительных машин БЭСМ создало реальные условия для появления
нескольких отечественных школ по разработке программного обеспечения для этих
оригинальных по своей архитектуре ЭВМ.
Велика роль ученого и в области разработки математического обеспечения ЭВМ.
Сергей Алексеевич Лебедев одним из первых понял значение системного
программирования и важность сотрудничества программистов-математиков и инженеров
по созданию вычислительных систем, включающих как неотъемлемую часть программное
обеспечение. По его инициативе в ИТМиВТ была организована лаборатория
математического обеспечения, выполнявшая разработку системного ПО для всех
систем, создававшихся в институте.
Творческой энергии Сергея Алексеевича хватало на ведение как научных
проектов, так и специализированных, предназначенных для оборонных целей. Для
укрепления стратегического паритета государства в ИТМиВТ была разработана
линейка ЭВМ М-20, М-40, 5Э92, на базе которых построили первую систему
Противоракетной обороны ПРО Москвы.
В марте 1961 года прошли успешные государственные испытания первого
противоракетного комплекса — неоднократно удавалось сбить реальную
баллистическую боеголовку объемом 0,5 куб.м практически прямым попаданием. По
словам очевидцев, во время первых испытаний произошла заминка, ставшая,
наверное, одним из самых драматических моментов в жизни С.А. Лебедева и
участвовавших в испытаниях сотрудников. Цель была запущена, ее вели все
локаторы. Программист нажимает кнопку, отметка цели на экране. Следом пуск
противоракеты, ее полет должен был продлиться 3 минуты, и тут происходит сбой в
ЭВМ.
Однако за две минуты неисправность устраняется силами сотрудника ИТМиВТ
Андрея Михайловича Степанова, и противоракета, наведенная с помощью
вычислительной сети, сбивает баллистическую ракету. На экране ЭВМ высвечивается
надпись: «Подрыв цели». На следующий день данные кинофоторегистрации
подтвердили: головная часть баллистической ракеты развалилась на куски.
Еще один интересный факт: первую компьютерную сеть создал Лебедев на полигоне
Сары-Шаган в 1956 году, как раз при испытаниях комплекса ПРО. Американцы как-то
узнали об этом и начали работу над созданием сети, ставшей впоследствии
«всемирной паутиной» — интернетом.
На базе БЭСМ-6 был создан многомашинный вычислительный комплекс АС-6, который
в течение 15 лет использовался в центрах управления полетами космических
аппаратов для обработки информации в реальном времени. Так в 1975 году при
совместном полете космических кораблей «Союз» и «Аполлон» наш АС-6, обрабатывая
информацию, обсчитывал данные по траектории полета за 1 минуту, в то время как у
американской стороны такой расчет занимал полчаса.
Ни один из типов машин С.А. Лебедева не являлся копией какой-либо иностранной
ЭВМ, все создавалось на собственной научной базе, с применением оригинальных
подходов к решению теоретических и прикладных задач. И в этом проявление высоких
интеллектуальных способностей действительно выдающегося русского ученого и его
научный подвиг.
Скромный человек и сильный
руководитель
Сергей Алексеевич был человеком скромным и даже немного застенчивым. Он
всегда умел находить общий язык со своими молодыми коллегами, а они относились к
нему с большим и искренним уважением. В нем сочетались душевная доброта и
доверие к людям, высокая принципиальность и требовательность. Он редко повышал
на кого-нибудь голос. Если же его поручение вовремя не выполнялось, забирал его
и делал задание сам. Такое «наказание» запоминалось лучше любых строгих
выговоров.
Личный пример у С.А. Лебедева был главным принципом воспитания. В ИТМиВТ
долго вспоминали такой случай. Для завершения проекта БЭСМ оставалось очень мало
времени, но были еще недоделки. Кто-то сказал: «Не успеем, мало дней осталось».
Сергей Алексеевич ответил: «Успеем, есть еще ночи, ночью хорошо работать — никто
не мешает». Он работал, бывало, по трое суток, не покидая рабочего места,
забывая об усталости, и своим примером увлекал других.
Соратники академика вспоминают еще один эпизод, который замечательно
характеризует принципиальность С.А. Лебедева в отношении оценки достоинств и
недостатков своей работы и научных изобретений. Государственная комиссия
принимала машину БЭСМ-6 в комплексе с ее программным обеспечением, что явилось
новым прецедентом приемки вычислительной техники. Операционная система Д-68 к
моменту предъявления комиссии не полностью отвечала техническому заданию на ее
разработку.
Отвечавший за комплекс в целом, главный конструктор С.А. Лебедев настоял на
том, чтобы сами разработчики Д-68 перечислили все имеющиеся недоработки в
операционной системе, хотя о многих из них вполне можно было бы умолчать. В
результате честность и объективность ученого покорила Государственную комиссию,
которая приняла комплекс в целом, предложив устранить отмеченные разработчиками
недостатки, что и было сделано в назначенный срок.
Сергей Алексеевич Лебедев умел создавать в институте атмосферу большой и
дружной семьи. Многие коллеги часто бывали у него дома на семейных праздниках, а
на работу шли с таким настроением, как приходят в родной дом. Вместе со всеми
сотрудниками Сергей Алексеевич участвовал в благоустройстве территории нового
здания ИТМиВТ на Калужском шоссе (теперь Ленинский проспект), высаживал деревья
и декоративные кусты, которые цветут по весне и сейчас.
Большое внимание Сергей Алексеевич уделял развитию самостоятельности у своих
учеников и сотрудников. Если предложенное учеником решение было не хуже его
наработок, то часто за основу принималось предложение сотрудника.
Несмотря на доброту и мягкость в отношении коллег, современники отмечали его
решительность и даже категоричность, если дело касалось принципиальных вопросов.
Как-то Лебедева вызвали в ЦК, где ему было предложено вместо разработки
собственных машин начать копирование иностранных ЭВМ. Лебедев твердо отказался.
К сожалению, его позиция не остановила министров тех лет.
Еще одной характерной чертой С.А. Лебедева было то, что он никогда не
требовал к себе особых привилегий, полагающихся ему по академическому статусу,
никогда не отделял себя от научного коллектива. Во время тяжелых испытаний на
полигоне Сары-Шаган, в условиях проживания, далеких от комфорта, он жил там же,
где и его сотрудники, питался в той же столовой.
Сергей Алексеевич не был «кабинетным ученым». В его напряженной
интеллектуальной жизни находилось место и отдыху. Когда появлялась возможность
использовать отпуск, он всегда выбирал активный отдых — горный альпинизм или
поход на байдарках. Сын Лебедева Сергей, рассказывая о манере отца отдыхать,
подчеркивал, насколько С.А.Лебедев умело расходовал свои силы, выбирал
равномерный ритм и спокойно шел к цели. Такой подход «поспешать медленно» Сергей
Алексеевич всегда применял и в работе, кропотливо создавая очередную ЭВМ.
Дело жизни академика С.А. Лебедева
живет
Для нашей страны создание собственных вычислительных технологий было большим
прорывом. Сергей Алексеевич еще в далекие 60-е годы понимал, что электронная
вычислительная техника явится одним из самых мощных средств научно-технического
прогресса, окажет огромное воздействие на развитие науки, экономики и обороны
страны. Впоследствии в одной из своих статей он напишет: «Внедрение таких машин,
реорганизацию умственного труда человека по их результатам можно сравнить только
с таким этапом истории человечества, как введение машинного труда взамен
ручного».
Первая БЭСМ стала основой серии из 6 поколений машин, внесших огромный вклад
в развитие отечественной науки и техники: в освоении космоса, в атомной
промышленности, в создании противоракетной обороны. Вне всякого сомнения, без
Лебедевской вычислительной техники в этих отраслях сложно было бы достичь таких
результатов. Этот вклад был настолько существенен, что его высоко ценили сами
конструктора, в чьих интересах создавались ЭВМ.
Академик Королев говорил, что без своевременно сделанных Лебедевым машин было
бы сложно начать осваивать космос. Даже в знаменитую формулу 3К — так журналисты
называли засекреченных ученых И. В. Курчатова, С. П. Королева и М. В. Келдыша —
сведущие люди и сами конструктора добавляли букву Л (С.А. Лебедев, его имя также
держалось в секрете). Правомерность формулы «3К + Л» не вызывает сомнений, все
понимали, что без ЭВМ не могло бы быть таких достижений.
Сергею Алексеевичу Лебедеву удалось сформировать отечественную школу
исследований и разработок, которая многие годы по ряду направлений удерживала
лидирующие позиции в мире. Только с середины 70-х годов XX века началось
постепенное отставание от западных разработчиков. Во многом это было связано с
копированием серии IBM, а также с наметившимся разрывом в области элементной
базы.
Международное признание пришло к Лебедеву много лет спустя после кончины.
Международное компьютерное общество IEEE Computer Society удостоило С. А.
Лебедева своей высшей наградой — медалью «Computer Pioneer Award» за выдающиеся
новаторские работы в области создания вычислительной техники. На медали
написано: «Сергей Алексеевич Лебедев. Разработчик и конструктор первого
компьютера в Советском Союзе. Награжден в 1996».
Дело жизни академика Лебедева продолжает жить в его родном Институте. После
40 лет успешной работы ИТМиВТ в тяжелые 90-е годы, как и многие другие
государственные институты, пережил сложные времена. Возрождение началось в 2005
году со сменой руководства и перестройкой работы Института, будущее которого
теперь видится в становлении ИТМиВТ как ведущего R&D-центра международного
формата.
Сегодня научный коллектив успешно занимается разработкой встраиваемых систем
для ответственных применений, интеллектуальных решений на базе сенсорных сетей,
системного и встроенного программного обеспечения, перспективных вычислительных
архитектур и т.д.
В Институте работает базовая кафедра ЭВМ, ведется подготовка специалистов по
основным направлениям: основы конструирования ЭВМ, системы автоматизированного
проектирования, компьютерные сети и системы, архитектура специализированных
вычислительных систем и проч. Проводится работа со студентами старших курсов МГУ
и МФТИ, которые учатся на реальных проектах и многие после защиты дипломов
приходят работать в ИТМиВТ, пишут кандидатские работы, становятся учеными.
Замечательно, что на том историческом этапе научно-технического развития,
когда ЭВМ с программным управлением неизбежно должны были появиться на свет,
появился такой ученый, который всем своим опытом предыдущих работ, своим
творческим энтузиазмом, искренней верой в правоту своих идей оказался готов
возглавить становление компьютеростроения в нашей стране.
Именно сейчас, наблюдая бурное развитие индустрии электронной техники и ее
проникновение буквально во все сферы науки и жизни общества, мы можем только
удивляться небывалой прозорливости Сергея Алексеевича Лебедева, сумевшего
оценить зарождение судьбоносного научно-технического направления, определить,
предложить и реализовать основополагающие решения, увидеть перспективы их
развития и успешно руководить их воплощением.
Экспертная группа / R&D.CNews
Оригинал статьи читайте на сайте Исследования
и разработки — RnD.CNews .
На первый взгляд может показаться, что вычислительная техника разрабатывалась только в США. Но это не так. Действительно, новая научная область требовала больших финансовых вложений, что было не под силу послевоенной Европе, ставшей основным плацдармом Второй мировой войны. Одной из немногих стран, которая, несмотря ни на что, стала участником гонки в компьютеростроении, являлся СССР.
В 1948 г. академик Сергей Алексеевич Лебедев (1902-1974), пионер отечественного производства компьютеров, начал строительство первой советской (и европейской) ЭВМ – малой электронной счетной машины (МЭСМ). Работы по ее созданию носили исследовательский, экспериментальный характер. В 1950 г. в Институте электромеханики Академии наук Украины МЭСМ ввели в эксплуатацию. В 1952-1953 гг. она оставалась практически единственной регулярно эксплуатируемой ЭВМ в Европе.
Основные параметры машины: быстродействие – 50 операций в секунду; в памяти можно было хранить 31 16-разрядное число и 63 команды длиной 20 бит; площадь помещения, занимаемого машиной, — 60 м^2; потребляемая мощность – 25 кВт. Только в ОЗУ использовалось 2,5 тыс. триодов и 1,5 тыс. диодов. Для расширения маленькой памяти можно было дополнительно использовать магнитный барабан емкостью 5 тыс. слов (по 16 бит). Машина имела сменное так называемое долговременное запоминающее устройство (позже названное ПЗУ) для хранения числовых констант и часто выполняемых команд.
Конечно, машина, по современным меркам, работала медленно, но основные принципы ее построения (Лебедев предложил их независимо от проводимых в США разработок) использовались при проектировании других ЭВМ. МЭСМ фактически явилась моделью БЭСМ – большой электронной счетной машины. Обе машины (МЭСМ и БЭСМ) были изготовлены в единичном экземпляре.
Практически весь коллектив сотрудников, создавших МЭСМ, стал ядром Вычислительного центра АН УССР, организованного на базу лаборатории С. А. Лебедева.
Работа над БЭСМ в Вычислительном центре закончилась в 1952 г., и через год в АН СССР она уже вошла в строй. БЭСМ по праву признана лучшей европейской ЭВМ 50-х гг. XX в. Машина обрабатывала 39-разрядные слова со средней скоростью 10 тыс. операций в секунду. В качестве внешних запоминающих устройств БЭСМ использовала два магнитных барабана по 5120 символов в каждом. Скорость считывания с барабана составляла 800 слов в минуту. К машине также подключались магнитные ленты общей емкостью 120 тыс. слов.
БЭСМ положила начало целой серии цифровых вычислительных машин. Ртутные линии задержки, используемые в качестве элементов оперативной памяти, в 1954 г. были заменены на запоминающие электронно-лучевые трубки. А через два года их сменили ферритовые сердечники объемом 1024 39-разрядных слова. В таком виде машина известна как БЭСМ-1. На ней решались разнообразные задачи, например, подсчитывались орбиты движения 700 малых планет Солнечной системы.
Для промышленного изготовления конструкцию машины переделали, и в 1958 г. начался серийный выпуск ламповой машины БЭСМ-2. Ее потребляемая мощность составляла 75 кВт.
В 1964 и 1966 гг. появились новые машины этого ряда – БЭСМ-3М и БЭСМ-4. В отличие от своих предшественниц, они собирались из полупроводниковых элементов. Машина БЭСМ-4 имела память 2*4096 45-разрядных слов, четыре магнитных барабана объемом 16,384 тыс. слов и потребляла всего 8 кВт мощности.
В 1967 г. для задач, требующих множества сложных вычислений, была создана полупроводниковая машина БЭСМ-6 со средним быстродействием 1 млн операций в секунду. По сравнению с БЭСМ-4 память возросла в 8 раз (разрядов было 48, а не 45), а магнитных барабанов стало 16 по 32 тыс. слов в каждом.
В БЭСМ-6 отразились все передовые тенденции развития вычислительной техники того времени: мультипрограммный режим, аппаратная система прерывания, схема «защиты памяти» и автоматического присвоения адресов (т.е. фактически диспетчер задач). Любая часть памяти могла использоваться в качестве стека. Центральный процессор использовал одноадресную систему команд и 16 быстродействующих регистров.
Для программирования применялись языки FORTRAN и Algol. Машина оказалась настолько удачна и надежна, что эксплуатировалась до 90-х гг. Редкий современный компьютер похвастает подобным долголетием!
Под руководством С. А. Лебедева в 1958 г. в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР создали ЭВМ М20. Она стала родоначальницей семейства машин М220 и М222. Среднее быстродействие М20 было 20 тыс. операций в секунду. Память объемом 4096 45-разрядных слов выполнена на ферритовых сердечниках. Три магнитных барабана запоминали более 12 тыс. слов. Ввод происходил с перфокарт, вывод – на печатающее устройство. Машина была построена по блочному принципу, что упрощало ремонт. В ней использовалось 4,5 тыс. электронных ламп и 3,5 тыс. полупроводниковых диодов.
В 1957 г. в Пензе была создана одноадресная ламповая ЭВМ «Урал-1». Хотя машина отличалась большими размерами, по производительности ее отнесли к малым. Можно считать, что с «Урал-1» началась история малых ЭВМ. При малом быстродействии (100 операций в секунду) машина не нуждалась в быстром запоминающем устройстве, поэтому в качестве основной памяти использовался магнитный барабан объемом 1024 36-битных слова, который впоследствии заменили на ферритовое запоминающее устройство. В 1964-1971 гг. выпустили ряд программно и аппаратно совместимых между собой моделей: «Урал-11», «Урал-14», «Урал-16».
Машины серии «Минск» в 70-х гг. и 80-х гг. XX в. Применялись в основном для инженерных и научных расчетов. Одна из них, «Минск-22» (ее показатели: 5 тыс. операций в секунду, память – 8 тыс. 37-разрядных слов), долгое время являлась основным компьютером вычислительного центра ГУМа (главного универмага страны). В ней (магнитная лента вмещала 1,6 млн слов) хранилась информация о всех складах магазина, машина производила расчет заработной платы. Однако, испытывая некоторое недоверие к вычислительной технике, руководство параллельно держало обширный штат бухгалтеров, проверявших вычисления машины. Ассемблер ЭВМ имел кириллическую мнемонику и назывался ЯСК (язык символического кодирования).
Другой компьютер этого ряда «Минск-32» обладал быстродействием 25 тыс. операций в секунду и комплектовался памятью до 65 тыс. 37-разрядных слов. Машина была программно совместима с «Минском-22». Медленные и быстрые каналы позволяли подключать к ней магнитные барабаны, что существенно ускоряло производительность. ЭВМ «Минск-32» уже имела компиляторы с языков программирования высокого уровня – Алгамс (разновидность Algol) и Кобол.
К отечественным супер ЭВМ (машины, предназначенные для высокоскоростных вычислений) относят многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) «Эльбрус», разработанные в 1970-1980-х гг. «Эльбрус-1» достигал производительности 10 млн операций в секунду. В конфигурацию машины входило до десяти центральных процессоров, обращающихся к общей памяти. Обман с внешними устройствами производили процессоров ввода-вывода, которые фактически представляли собой специализированные. Максимально машина могла управлять четырьмя такими процессорами. Другие спец ЭВМ – процессоры передачи данных – обеспечивали связь с пользователями.
В МВК использовано много неординарных решений, например, каждая величина, хранящаяся в памяти, снабжена дополнительным признаком – тегом (управляющим разрядом). В нем содержится информация о типе хранимой величины, а также признак защиты от чтения или записи. Архитектура центрального процессора имела много общего с аналогичными комплексами американской фирмы Burroughs.
В конце 70-х гг. в Советском Союзе началось производство универсальных многопроцессорных комплексов четвертого поколения «Эльбрус-2». Производительность каждого процессора превышала 10млн операций в секунду. Суммарная производительность могла достигать 100 млн операций в секунду.
Отечественное компьютеростроение испытывало трудности, связанные с необходимостью высококачественного промышленного изготовления электронных компонентов. Вероятно, поэтому был повторен не совсем удачный опыт фирмы IBM System/360 в виде серии ЕС ЭВМ (единой серии). Многие успешные (и не очень) решения копировались с западных аналогов. Прообразом киевской мини-машины СМ-4 и зеленоградской «Электроники-79» стали машины серии PDP-11 фирмы DEC (США). Однако отечественные образцы уступали по основному критерию потребителя – надежности. А с появлением персональных компьютеров бороться с всепроникающим IBM PC не смогли ни западные конкуренты, ни российские разработчики.
Загрузка…