Киев. Первые советские ЭВМ

В мировых масштабах появление на свет ЭВМ прошло тихо и незаметно. «Не было сполохов ядерных взрывов, как при овладении человеком ядерной энергией. В отличие от первых запусков космических аппаратов, в газетах об ЭВМ долго ничего не писалось. Наступление новой эры проходило в тиши сильно засекреченных исследовательских лабораторий. И даже сами создатели первых ЭВМ не отдавали себе отчета в значении того, что они делали. Действительно, на грани 40-х и 50-х годов мало кто мог предположить, что именно электронный арифмометр, каким тогда представлялась ЭВМ, сделается в ближайшем будущем главной причиной перестройки технической основы нашей земной цивилизации», писал в 1988 г. академик Н.Н. Моисеев в книге «Социализм и информатика».

Ну а в СССР рождение цифровой вычислительной машины справедливо связывают с именем академика Сергея Алексеевича Лебедева. Инженер-электрик по образованию, он в 23 года стал профессором, а в 27 защитил диссертацию на звание доктора наук, не будучи кандидатом. Почти каждое исследование ученого в области энергетики требовало создания вычислительных средств для выполнения расчетов либо для включения их в состав разрабатываемых устройств. Для системы стабилизации танковой пушки и автоматического устройства самонаведения на цель авиационной торпеды потребовалось разработать аналоговые вычислительные элементы, выполняющие основные арифметические операции, а также действия дифференцирования и интегрирования. Развивая это направление, в 1945 г. Лебедев создал первую в стране электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, часто встречающихся в задачах, связанных с энергетикой. Тем не менее, двоичная арифметика, электронные триггеры и вообще логическая электроника всегда вызывали у него глубокий интерес. Если бы не война, то Сергей Алексеевич приступил бы к созданию цифровой вычислительной техники значительно раньше...

С. А. Лебедев

В 1945 г., когда Академия наук Украины получила возможность пригласить на 15 вакантных мест ученых из любых городов страны, академик А.А. Богомолец предложил С.А. Лебедеву баллотироваться в академики, а также занять должность директора Института энергетики АН Украины. Приглашение было принято, и в 1946 г. С.А. Лебедев переехал в Киев. Ученый не предполагал сразу развернуть работы по цифровой вычислительной технике, предпочитая им привычные исследования в области технических средств стабилизации и устройств автоматики. Возможно, к окончательному решению заняться разработкой цифровой ЭВМ его подтолкнул М.А. Лаврентьев. В течение 1946— 948 гг., выполняя правительственные поручения, А.А. Богомолец несколько раз побывал в Швейцарии. Будучи заядлым радиолюбителем, он собирал интересующие его научные публикации о цифровых вычислительных устройствах. Приехав в Киев летом 1948 г., он показал журналы М.А. Лаврентьеву, тот Сергею Алексеевичу. Может быть, это и помогло ему принять давно зревшее решение.

МЭСМ первая ЭВМ в континентальной Европе

Под Киевом, в бывшем монастырском местечке Феофании, в двухэтажном здании до войны размещался филиал городской больницы. При освобождении Киева здание было сильно повреждено, и в таком виде его передали в 1948 г. Институту электротехники АН Украины для размещения в нем лаборатории. В том же году Лебедев ориентировал своих сотрудников на создание МЭСМ (Малой Электронной Счетной Машины). Продумав основы ее построения, он пригласил в Киев академиков А.А. Дородницына и К.А. Семендяева для окончательного определения набора логических операций будущей машины. Однако наиболее трудной частью работы явилось практическое создание ЭВМ.

Феофания

Первый пробный пуск макета МЭСМ был проведен в ноябре 1950 г., а в декабре 1951 г. состоялась ее приемка Государственной комиссией. Так была создана первая в СССР и в континентальной Европе ЭВМ. Эта машина спроектирована, смонтирована и отлажена в кратчайшие по тем временам сроки за два года, и следует учесть, что в ее разработке и создании участвовали всего 12 человек (вместе с С.А. Лебедевым), которым помогали 15 техников и монтажников, тогда как над первой американской ЭВМ «ЭНИАК», помимо 13 основных исполнителей, трудились 200 техников и большое количество рабочих.

В 1950 г., когда был опробован макет МЭСМ, подобная машина работала лишь в Англии («ЭДСАК», автор М. Уилкс, 1949 г.). Причем в «ЭДСАК» использовалось арифметическое устройство последовательного действия, а в МЭСМ параллельного, что было более прогрессивно.

Узнав, что в Феофании есть работающая ЭВМ, туда потянулись киевские и московские математики со своими задачами, которые практически не могли быть решены без помощи ЭВМ, и МЭСМ начала работать круглосуточно. Так, на этой машине решались важнейшие научно-технические задачи из области термоядерных процессов (Я.Б. Зельдович), космических полетов и ракетной техники (М.В. Келдыш, А.А. Дородницын, А.А. Ляпунов), дальних линий передач (С.А. Лебедев), механики (Г.Н. Савин), статистического контроля качества (Б.В. Гнеденко). На этой машине работали первые в СССР программисты М.Р. Шура-Бура, В.С. Королюк, Е.Л. Ющенко и другие.

МЭСМ

Относительно истории первой в СССР ЭВМ можно привести такое высказывание Н. Н. Моисеева: «Существуют легенды они особенно распространены на Западе о том, что первые машины сделали математики, и творцом их называют фон Неймана. Это действительно легенда. На самом деле первые машины создали инженеры, даже не имевшие серьезного математического образования, интуитивно усвоившие элементы логики и необходимость использования двоичного кода (включено/выключено). Математики занимались машинами, но какого-то существенного влияния в тот героический период они не оказали. Когда я ознакомился с первым образцом нашей ЭВМ (а Н.Н. Моисеев был в Киеве, в Феофании, по приглашению вице-президента АН Украины М.А. Лаврентьева авт.), то удивился не только остроумию инженеров, но и полному отсутствию «науки» в обычном понимании этого слова. Она пришла позже. По-видимому, так же было и в США...».

БЭСМ

МЭСМ была задумана С.А. Лебедевым как модель Большой Электронной Счетной Машины (БЭСМ). Вначале МЭСМ так и расшифровывали: Модель Электронной Счетной Машины. В процессе ее создания стала очевидной целесообразность превращения ее в малую ЭВМ. Для этого были добавлены устройства ввода и вывода информации, память на магнитных барабанах, увеличена разрядность. И слово «модель» было заменено словом «малая». Тем не менее, С.А. Лебедев не прекращал работу и по созданию БЭСМ.

В конце 40-х начале 50-х годов Академию наук Украины возглавлял А. В. Палладин, по специальности биолог. И то ли по этой причине, то ли еще по какой-то другой, но руководство Академии не поняло до конца важности исследований С.А. Лебедева. Но значимость этих работ и сложность положения, в котором он оказался, осознавал вице-президент Академии и директор Института математики М.А. Лаврентьев. Он написал Сталину о необходимости ускорения исследований в области вычислительной техники, о перспективах использования ЭВМ, в том числе для оборонных целей. В конечном счете, М.А. Лаврентьева, математика, в середине марта 1950 г. назначают директором созданного в 1948 г. в Москве Института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) АН СССР, и правительство поручает ему разработку средств вычислительной техники.

Академик Лаврентьев сам попал в весьма сложное положение: специалистов в области вычислительной техники в институте явно не хватало, малочисленные научные отделы были разбросаны по Москве, Министерство машиностроения и приборостроения СССР из помощника превратилось в соперника (некоторые его организации и предприятия сами разрабатывали ЭВМ), и вот-вот должно было появиться постановление правительства, обязывающее институт разработать многотысячеламповую ЦЭВМ, значительно более сложную, чем МЭСМ. Приказом от 20 марта 1950 г. он назначает С. А. Лебедева, продолжавшего работы в Киеве, заведующим созданной в ИТМ и ВТ лабораторией No 1 (по совместительству). Со временем С. А. Лебедев переехал в Москву. Так БЭСМ, задуманная и смоделированная в Киеве, стала разрабатываться в Москве.

По словам самого С. А. Лебедева, новая машина не уступала новейшим американским образцам того времени и являла собой «подлинное торжество идей» ее создателей. В первом варианте этой машины, принятом в апреле 1953 г., оперативная память была на ртутных трубках, а изначально ОЗУ планировалось реализовать на потенциалоскопах. Если бы так и случилось, то БЭСМ оказалась бы вне конкуренции не только в стране, но и во всем мире ее производительность могла достигать 10 тыс. операций в секунду, скорости, с которой в то время не работала ни одна машина. Дело в том, что параллельно с БЭСМ в Москве разрабатывалась еще одна машина Стрела» (СКБ-245), производительность которой составляла всего 2 тыс. операций в секунду. Эта машина создавалась под эгидой Министерства машиностроения и приборостроения. Пользуясь своим монопольным положением, оно не посчиталось с интересами ИТМ и ВТ, науки и страны в целом и предоставило потенциалоскопы только разработчикам «Стрелы». Лишь позднее, в 1955 г., на БЭСМ было установлено ОЗУ на основе потенциалоскопов. В результате БЭСМ оказалась по производительности лучшей в Европе, выполняя 10 тыс. операций в секунду.

БЭСМ

Под руководством С. А. Лебедева был создан еще целый ряд замечательных машин, например, БЭСМ-2 (уже с ОЗУ на ферритовых сердечниках), М-20 (1958 г., оцененная Государственной комиссией как «самая быстродействующая в мире» 20 тыс. операций в секунду), БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4 (1962 г.), БЭСМ-6 (1967 г., 1 млн операций в секунду) и др.

В то время наше отставание от Запада (причем, в основном, от США) если и было, то незначительным. Это отмечает и Н. Н. Моисеев:

«До конца 50-х годов мы практически ничего не знали об американских электронных машинах, о том, что в этой области делается в странах Западной Европы.

Несмотря на такую разобщенность, работы и у нас, и на Западе шли практически параллельно. Не только идеи, но и техническая реализация, и место ЭВМ в инженерной деятельности были удивительно похожи. Я был в одной из первых групп советских специалистов, которым в конце 50-х годов представилась возможность посетить несколько вычислительных центров во Франции и ФРГ Мы все были поражены тем, что там увидели. Но не новшествами или уровнем вычислительной техники. Нас поразило, насколько то, что мы увидели, похоже на наш Вычислительный центр Академии наук СССР, где я тогда уже работал.

Электронные машины, которые мы увидели, были такими же нашими ламповыми мастодонтами, с трудом влезающими в хороший конференц-зал. Тропический климат, который создавали десятки тысяч электронных ламп, не могли изменить никакие кондиционеры. И все эти лампочки светились, мигали, приводя непосвященных в мистический трепет. А главной фигурой, так же как и у нас, был «маг» в белом халате дежурный инженер, который с группой своих помощников устранял бесчисленные неполадки и сбои.

Технические параметры машин, способы программирования задач, все выработавшиеся за 10 лет приемы работы были удивительно похожи на наши. Расхождения и, увы, наше отставание начались позднее, о чем я специально буду говорить. Причины здесь характерные, и их надо знать. А пока что все шло практически одинаково».

А как дальше развивались события в Киеве? Перед самым отъездом С.А. Лебедева в Москву после МЭСМ началась разработка специализированной ЭВМ (СЭСМ) для решения алгебраических уравнений. Основные идеи построения СЭСМ выдвинул сам С.А. Лебедев это была его последняя работа в Институте электротехники АН Украины. В январе 1955 г. этот первый в СССР матрично-векторный процессор был введен в эксплуатацию...

«Киев»

После отъезда С.А. Лебедева в Москву в лаборатории вычислительной техники Института математики АН Украины коллектив, разработавший МЭСМ, приступил к созданию универсальной ЭВМ «Киев». Осуществлял руководство разработкой академик Б.В. Гнеденко совместно с учениками Лебедева, старшими научными сотрудниками Л.Н. Дашевским и Е.Л. Ющенко. В 1958 г. бывшую «лебедевскую» лабораторию, преобразованную в декабре 1957 г. в Вычислительный центр АН УССР, возглавил В. М. Глушков, и на заключительных этапах разработкой ЭВМ уже руководил он. Машина «Киев» была введена в эксплуатацию в 1959 г. и в соответствии с исходной постановкой общей задачи в течение ряда лет выполняла основную работу по решению задач как для Вычислительного центра, так и для многочисленных коллективов академических и неакадемических пользователей, нуждавшихся в сложных расчетах.

В. М. Глушков

ЭВМ «Киев» это трехадресная машина, позволявшая выполнять до 15 тыс. сложений, 5 тыс. умножений и 3 тыс. делений в секунду. Если же учесть, что 80% всех операций это операции типа сложения, 15% умножения, а 5% деления, то средняя скорость работы составляла не менее 10 тыс. операций в секунду. Действительная скорость оценивалась еще выше, поскольку в машине предусматривались некоторые дополнительные меры для увеличения быстродействия. Машина хотя и уступала по характеристикам новой лебедевской ЭВМ М-20, в частности, выполнявшей 20 тыс. операций в секунду и имевшей ОЗУ на 4 096 слов, представленных числами с плавающей запятой, разрядностью 45 (в ЭВМ “Киев” ОЗУ вмещало 1 024 41-разрядных числа), но вполне отвечала требованиям того времени. Цикл обращения к ОЗУ составлял около 10 мкс, а к пассивному ЗУ (ПЗУ) всего 4 мкс. Это давало возможность повысить быстродействие, так как в ПЗУ хранились стандартные подпрограммы и универсальные константы, широко использовавшиеся в самых различных программах. Внешняя память «Киева» была выполнена на трех магнитных барабанах общей максимально допустимой емкостью свыше 9 тыс. кодов (точнее, 9 864 кода). Дальнейшее расширение внешней памяти предусматривалось за счет дополнительных блоков магнитной ленты. Ввод и вывод чисел осуществлялся в десятичной системе счисления (10 десятичных разрядов и знаков), а ввод и вывод команд в восьмеричной системе (14 восьмеричных разрядов). Скорость ввода около 75 кодов (чисел или команд) в секунду, скорость вывода на печать около 100 кодов в минуту, на перфорацию около 150 кодов в минуту. Основные устройства машины арифметическое (АУ), управления (УУ), ОЗУ, ПЗУ и управления магнитной записью (УМЗ) были выполнены в виде отдельных шкафов с отдельным блоком питания для каждого, имеющим минимальное количество связей с остальными шкафами. Магнитные барабаны размещались на трех отдельных стойках рядом со шкафом УМЗ, а вводное и выводное устройства в отдельных тумбах. ЭВМ была оснащена центральным пультом управления, выполнена на основе 2 300 электронных пальчиковых ламп и 10 000 германиевых диодов и потребляла мощность 25 кВт.

«Днепр»

Уже в начальный период развития кибернетики в Украине была разработана долгосрочная программа развития работ по созданию ЭВМ, тесно связанная с программами развития теории вычислительных машин (алгебра логики, теория автоматов, архитектура ЭВМ, теория программирования и организации вычислений) и искусственного интеллекта, с одной стороны, и программами управления в различных областях человеческой деятельности с другой. Началась систематическая и целенаправленная подготовка кадров. Реализация этих программ шла параллельно с завершением ранее начатых исследований и работ по созданию материальной базы Вычислительного центра. Была выбрана ориентация на развитие мини-ЭВМ для инженерных расчетов и управления производственными процессами. Кроме того, предусматривались создание новой элементной базы, повышение уровня машинного интеллекта и, как следствие, упрощение общения человека с машиной (прежде всего, за счет приближения внутреннего языка ЭВМ к входным языкам). Создание в АН Украины первых в мире машин, реализующих такие языки, явилось принципиальным шагом в развитии вычислительной техники. Связанный в качестве ближней цели с программой искусственного интеллекта, этот подход знаменовал собой начало создания «мозгоподобных» структур переработки данных, представляющих одну из важнейших задач на продолжительный период (до конца нынешнего столетия). По этому пути вскоре последовала американская фирма «Бэрроуз», а затем (в той или иной мере) и все остальные зарубежные фирмы, разрабатывающие ЭВМ.

«Днепр»

Еще одним этапом развития вычислительной техники в АН Украины явилось создание новой методики проектирования ЭВМ (основанной на соответствующем развитии теории) с постепенным переходом на автоматизированное проектирование. Необходимость такой методики обусловливалась, во-первых, сложностью задач проектирования нетрадиционных структур ЭВМ, для которых (в отличие от неймановских) недостаточно простой инженерной интуиции, во-вторых, необходимостью получения экономных схемных решений, без которых реализация высокого машинного интеллекта в рамках минимашин была бы практически неосуществимой. Создание новой методики проектирования ЭВМ и ее дальнейшее совершенствование по мере возникновения перед вычислительной техникой новых задач составили главную цель программы развития теории ЭВМ.

Все эти мечты, замыслы, концепции, программы и собственно внедрение их в производство получили новый импульс с приходом в АН Украины выдающегося ученого В.М. Глушкова.

Виктор Михайлович Глушков оказался в Киеве «с подачи» Б.В. Гнеденко, бывшего тогда директором Института математики и академиком-секретарем Отделения математики и механики АН Украины. Итак, он в 1956 г. стал заведующим лабораторией вычислительной техники (т. е. «лебедевской» лабораторией) Института математики АН Украины.

По словам самого Глушкова, он увидел, что машины тогда проектировались на основе инженерной интуиции (примерно то же самое говорил и Н.Н. Моисеев). И ему самому пришлось разбираться в принципах их построения, работы и как результат создавать теорию вычислительных машин. Он задался целью превратить проектирование машин из искусства в науку.

Одновременно e теоретическими исследованиями были развернуты работы по созданию и применению вычислительной техники в народном хозяйстве, в частности, для автоматизации управления технологическими процессами. В этой области тогда использовались простейшие аналоговые вычислительные устройства. Поэтому когда на всесоюзной конференции в Киеве В.М. Глушков выдвинул идею создания Управляющей Машины Широкого Назначения (УМШН), т. е. универсальной управляющей ЭВМ, то она многими специалистами, в частности, московскими во главе с академиком В.А. Трапезниковым, была встречена неодобрительно. Почему? Дело в том, что универсальная машина в то время представлялась ламповой, а это означало громадные залы, кондиционеры и многое другое, т. е. то, что с трудом увязывалось с производством и управлением технологическими процессами. Но уже тогда Б.Н. Малиновский (один из первых в СССР) занимался вопросами применения полупроводниковых приборов для ЭВМ. Так, в 1957-1958 гг. именно под его руководством был разработан проект управляющей ЭВМ фронтового бомбардировщика. Так или иначе, но В.М. Глушков предложил Б.Н. Малиновскому заняться разработкой УМШН, получившей впоследствии название «Днепр».

Основные идеи относительно машины были таковы, чтобы она прежде всего была полупроводниковой, транспортабельной,с высоконадежной защитой, малоразрядной, чего достаточно для управления технологией в большинстве процессов; одной из самых главных была идея универсального устройства связи с объектом УСО. В июле 1961 г. состоялись первый запуск «Днепра» и установка на ряде предприятий.

Эта машина, серийный выпуск которой наладил Киевский радиозавод, имела двухадресную структуру команд, двоичную систему счисления, и разрядность ее составляла 26 двоичных разрядов, со старшим знаковым разрядом. Быстродействие при управлении 50 тыс. операций в секунду, при умножении и делении 3-4 тыс., среднее быстродействие 10 ООО операций в секунду. В этой машине, построенной на полупроводниковых приборах с применением печатного монтажа, ОЗУ было выполнено на ферритах емкостью 4 096 26-разрядных слов, внешний накопитель на магнитной ленте имел емкость 100-120 тыс. слов, пассивное ЗУ на числовых линейках 3 072 26-разрядных слова. Занимаемая площадь составляла 35-40 кв. м, масса 900 кг, потребляемая мощность 4 кВт.

Ввод информации в машину можно было осуществлять с телеграфной перфоленты, клавиатуры телеграфного аппарата или линий связи. Результаты выводились на двухцветную пишущую машинку, пятидорожечную перфоленту или на рулонный бланк телеграфного аппарата с одновременной выдачей в линию связи. Наличие в машине датчиков импульсов времени позволяло производить их опрос и управлять технологическим процессом в режиме реального времени. В порядке эксперимента впервые в Европе по инициативе В. М. Глушкова на металлургическом заводе им. Дзержинского (Днепродзержинск) было осуществлено дистанционное управление процессами выплавки металла в бессемеровских конверторах в течение нескольких суток в режиме советчика мастера.

Когда во время совместного космического полета «Союз-Аполлон» надо было обеспечить отображение информации в демонстрационном зале Центра управления полетами, то после длительного выбора из существовавших тогда машин (подготовка началась в 1971-1972 гг.) предпочтение было отдано «Днепру».

Как вспоминал потом В.М. Глушков, выяснилось, что американцы несколько раньше нас начали работы над универсальной управляющей полупроводниковой машиной, аналогичной «Днепру», но запустили ее в июне 1961 г. одновременно с нами. Так что это был один из моментов, когда нам удалось сократить до нуля отставание по отношению к американской технике, пусть в одном, но очень важном направлении. Кроме того, эта первая серийная универсальная полупроводниковая машина побила и другой рекорд рекорд промышленного долголетия, поскольку выпускалась десять лет (1961—1971 гг.), тогда как такой срок обычно не превышает пять-шесть лет, после чего требуется серьезная модернизация.

Завершая разговор о первых управляющих машинах, можно во временном отношении пойти дальше. Конечно, разработки таких машин на «Днепре» не закончились. Так, в 1967 г. созданный по инициативе Вычислительного центра АН Украины киевский завод ВУМ(ныне-ПО «Электронмаш») приступил к выпуску полупроводниковой электронной управляющей системы «Днепр-2», предназначенной для комплексного управления производством, разработанной Институтом кибернетики АН Украины (В. М. Глушков, А. Г. Кухарчук и др.) совместно с КБ завода. В этой системе, представлявшей собой по сути многомашинный комплекс, построенный на основе вычислительных комплексов «Днепр-21» (для обработки массивов информации, полученных от низовых звеньев системы), управляющих комплексов «Днепр-22» (для контроля и регулирования параметров технологических объектов с помощью вычислительного комплекса системы) и управляющих машин первой ступени «Днепр» (для управления технологическими процессами), были реализованы сложная многоуровневая система прерываний, работа в режиме разделения времени, эффективная ОС реального времени и др. Но вскоре машина была снята с производства.

В конце 60-х и первой половине 70-х годов были созданы цифровые специализированные машины «Киев-67» и «Киев-70», предназначенные для управления соответственно электроннолучевой и ионнолучевой установками (В. П. Деркач и др.), используемыми для обработки материалов при получении микросхем.

В 1976 г. появился терминальный процессор «БАРС» (Базовая Аппаратура Разработчика Систем), представляющий собой многоуровневую систему для решения задач оперативного сбора, передачи, контроля и редактирования сообщений о ходе технологических и производственных процессов, происходящих в высоком темпе (В. И. Скурихин, А. А. Морозов и др.). С ее помощью в новом варианте системы «Львов» (это первая в СССР АСУП, разработанная Институтом кибернетики совместно с Львовским телевизионным заводом и внедренная там же) удалось реализовать многие разработанные ранее принципы построения оперативного управления и контроля (информационный конвейер, система управления качеством продукции и др.). На международной выставке в Дрездене эта система, предназначенная для построения автоматизированных систем управления, была отмечена золотой медалью.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365