Отечественные эвм созданные под руководством с а лебедева

Советская вычислительная школа Сергея Лебедева

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».

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Мы остановились на том, что к концу 1950-х в СССР не имелось ни одного компьютера, способного эффективно решить задачу наведения для противоракеты. Но, постойте, мы же были одними из пионеров компьютерной техники? Или нет? На самом деле история советских ЭВМ немного сложнее, чем кажется.

МЭСМ

Она началась в Союзе сразу же после войны (с незначительным отставанием от США и Великобритании, опережая все прочие страны) независимо в двух местах (Киеве и Москве), с двух людей – Сергея Александровича Лебедева и Исаака Семеновича Брука (машины МЭСМ и М-1 соответственно).

МЭСМ, как и британская SSEM, задумывалась как макет, поэтому изначально называлась Модельная Электронная Счетная Машина. Но, в отличие от SSEM, макет оказался вполне работоспособным. И написанные для него первые в отечественной истории программы почти с самого начала имели прикладное значение. К началу разработки первого советского компьютера Лебедев уже был молодым состоявшимся ученым. Он долго и успешно занимался электротехникой, в 1945 году был избран действительным членом АН УССР, в мае 1946 года назначен директором Института энергетики АН УССР в Киеве. В 1947 году после разделения института Лебедев становится директором Института электротехники АН УССР и тогда же организовывает в нем лабораторию моделирования и вычислительной техники.

Точно так же, как и его коллега Брук, первую информацию о разработке принципиально нового класса вычислительной техники – цифровых машин, он получает окольными путями из-за границы. Председателем АН УССР с 1930 года по 1946 (когда он скончался от туберкулеза) был известный советский биолог и патофизиолог Александр Александрович Богомолец, собравший вокруг себя команду выдающихся специалистов в разных областях наук, включая математика Михаила Алексеевича Лаврентьева, в будущем основателя легендарного Сибирского отделения АН СССР (кроме того, он еще сыграет значительную роль в развитии ранних ЭВМ).

Сын А. А. Богомольца, Олег, тоже биолог, был завзятым радиолюбителем и во время командировок в Швейцарию собирал различные журналы по электротехнике и радиоэлектронике. В них, среди прочего, встречались описания работ компьютерного пионера Конрада Цузе (Dr. Konrad Ernst Otto Zuse), разрабатывавшего серию машин Z для ETH Zurich (строившийся тогда Z4 стал на 1950 год единственным работающим компьютером в континентальной Европе и первым компьютером в мире, который был продан, опередив на пять месяцев Марк I и на десять –UNIVAC).

Вернувшись летом 1948 года в Киев, О. А. Богомолец поделился этими материалами с Лаврентьевым, тот – с Лебедевым. И уже в октябре 1948-го вдохновленный Лебедев начинает создание МЭСМ.

Несмотря на жуткие условия послевоенной Украины, коллективу Лебедева, начав с нуля, удалось через два года, 6 ноября 1950-го осуществить пробный запуск (так много времени на машину ушло в том числе потому, что МЭСМ требовала более 6000 ламп, и около трети из них доставлялись с завода бракованными). Еще через год, после успешного проведения испытаний комиссией АН СССР во главе с академиком М. В. Келдышем, была начата регулярная эксплуатация машины.

Что интересно, помещение бывшего монастырского общежития в Феофании было настолько не приспособлено для функционирования огромной ламповой ЭВМ, что в лаборатории пришлось снести часть потолка, чтобы отвести из комнаты тепло, вырабатываемое тысячами ламп. Условия создания МЭСМ были адскими и совсем не похожими на лаборатории, где строили ENIAC, Harvard Mk I и прочие компьютеры в США.

Киев после войны. В таких условиях работали первые создатели советских ЭВМ (itkvariat.com)

Для МЭСМ необходимо было помещение площадью около 150 кв. м. и примерно столько же – для генераторов, аккумуляторов и автоматики управления. Плюс мастерские, общежития для работников и многое другое. Найти такое здание в разрушенном войной Киеве было очень трудно. Здание в Феофании было в запущенном состоянии, сначала пришлось его ремонтировать. Каждый день из Киева в поселок разработчиков возил специально выделенный автобус, но в 17 часов он уезжал обратно. Люди оставались на работе по несколько суток, а то и недель.

Вспоминает Зиновий Львович Рабинович, ученик Лебедева:

…помимо самой машины, нужно было разрабатывать и делать самим различное технологическое оборудование, причём не только штатное, но и ранее не предусматриваемое – специальное устройство для подбора пар ламп для триггеров (согласованных по характеристикам в каждой паре), стабилизатор накала ламп (без которого лампы давали сбои и вообще ускоренно выходили из строя) и т. д. и т. п. Возникала иногда необходимость и в совершенно необычных действиях – как то, добывание на свалках военного оборудования различных радиодеталей – сопротивлений, конденсаторов и др. А главное то, что все делалось впервые – в том смысле, что ничего не заимствовалось.

Кроме этого, Лебедев столкнулся еще с одной проблемой. Его сотрудники включали в себя евреев! Снова слово Рабиновичу:

Сергей Алексеевич даже имел частично из-за этого немалую неприятность. На него был написан анонимный донос в ЦК, в котором одним из основных обвинений фигурировало продвижение З. Л. Рабиновича по работе, и, в частности, помощь в его диссертационных делах (время такое было!). Донос в результате проверки был признан клеветническим, но, как говорится, нервов он Сергею Алексеевичу немало попортил. Мне же он обошёлся оттяжкой защиты на полтора года – так как потребовалось дополнительное закрытое рецензирование работы… Также не могу не рассказать, что Сергею Алексеевичу ещё довелось меня отстаивать от требований моего увольнения каких-то высших проверочных инстанций, ввиду проводимой в то время кампании желательного сокращения научных сотрудников-евреев, работающих по закрытой тематике. Кроме меня, с таким же паспортом был ещё один научный сотрудник, заместитель заведующего лабораторией (С. А. Лебедева) Лев Наумович Дашевский, а наличие такого рода двух научных сотрудников в одной лаборатории являлось крайне нежелательным… Но Сергей Алексеевич занял принципиальную позицию, что в то время было совсем не легко, и решительно меня отстоял.

В итоге осенью 1952-го на МЭСМ были выполнены расчеты генераторов Куйбышевской ГЭС. Узнав, что в Феофании есть работающая ЭВМ, туда потянулись киевские и московские математики с задачами, требовавшими масштабных вычислений. МЭСМ работала, круглосуточно считая термоядерные реакции (Я. Б. Зельдович), баллистические ракеты (М. В. Келдыш, А. А. Дородницын, А. А. Ляпунов), дальние линии передач (сам С. А. Лебедев), статистический контроль качества (Б. В. Гнеденко) и другие. На этой машине работали первые в СССР программисты, включая известного математика М. Р. Шура-Бура (ему «повезло» работать потом с нашей первой серийной ЭВМ «Стрела», и он отзывался о ней с ужасом, но об этом мы еще расскажем).

Так выглядела работа с МЭСМ, обратите внимание, что машина занимает все доступные поверхности стен, будучи просто смонтирована на них

Несмотря на это, никаких официальных почестей Лебедев не получил (вспоминает Рабинович):

Скажу еще об одном неприятном обстоятельстве. Вызывает недоумение то, что работа по созданию МЭСМ, будучи представленной на Сталинскую премию в лице её главных авторов С. А. Лебедева, Л. Н. Дашевского и Е. А. Шкабары, премию не получила. В этом факте, пожалуй, отразилось недопонимание значения цифровой вычислительной техники со стороны правительственных инстанций и даже тогдашнего руководства Академии наук УССР, в котором, как и вообще в Киеве, уже не было Михаила Алексеевича Лаврентьева, столь много сделавшего для развёртывания работ по созданию МЭСМ и затем Большой электронной счётной машины (БЭСМ). Но, как говорится, пережили. Машина была, хорошо работала и находилась в ореоле славы и острых интересов к ней, и это доставляло её создателям огромную радость.

МЭСМ использовалась до 1957 года, пока окончательно не устарела, после чего была передана в КПИ для учебных целей. В 1959 году ее демонтировали, украинский историк вычислительной техники Борис Николаевич Малиновский вспоминал об этом так:

Машину разрезали на куски, организовали ряд стендов, а потом… выбросили.

Несколько оставшихся от МЭСМ электронных ламп и других компонентов хранятся в Фонде истории и развития компьютерной науки и техники при Киевском доме ученых НАН Украины. Впрочем, аналогичная судьба ждала и ENIAC и вообще практически все первые ЭВМ – ни в Союзе, ни на Западе никто особенно не заморачивался созданием музеев вычислительной техники. В СССР так поступали абсолютно со всеми компьютерами – разобрали на металлолом и «Сетунь», и все первые БЭСМ. Программист первых советских ЭВМ Александр Константинович Платонов, математик Института прикладной математики (интервью с ним от 2017 года было опубликовано на Хабре) с горечью вспоминает:

Мне потом этот пульт так жалко было. Когда ломали БЭСМ, я Мельникова спросил: «Почему не в музей, это же вся страна работала?» А он говорит: «А у них места нет!». Потом сотрудники Политехнического музея, на моих глазах, бегали, пытались хоть что-нибудь найти. Вот оно, отсутствие культуры.

СЭСМ

Мало кто знает, что уже после отъезда Лебедева в Москву его группа на основании его идей воплотила в жизнь (здесь уже генеральным конструктором был упомянутый З. Л. Рабинович) еще более удивительную задумку – так называемую СЭСМ, Специализированную Электронную Счетную Машину. Ее уникальность заключалась в том, что СЭСМ была специализированным вычислителем, причем матрично-векторным (!), одним из первых, если не первым, в мире.

СЭСМ предназначалась для решения корреляционных задач и систем алгебраических уравнений с 500 неизвестными. Машина оперировала дробями и имела текущий автоматический контроль порядка величин. Результаты расчетов выдавались в десятичной системе с точностью до седьмого разряда. Исходя из принятого для СЭСМ метода решения ЛАУ Гаусса-Зейделя, арифметическое устройство выполняло лишь сложение и умножение, зато компьютер вышел изящным – всего 700 ламп.

Специализированная электронная счетная машина «СЭСМ», за пультом С. Б. Розенцвайг (icfcst.kiev.ua)

Удивительно, но ее не засекретили. И она стала первой советской ЭВМ, удостоившейся хвалебной рецензии в только появившемся тогда американском компьютерном журнале Datamation.

Причем написанная по результатам разработки монография («Специализированная электронная счётная машина СЭСМ» З. Л. Рабинович, Ю. В. Благовещенская, Р. А. Черняк и др., на издании книги настоял Глушков, сами разработчики не особо искали славы, в итоге он оказался прав, закрепив наш приоритет в этой области) была переиздана в США на английском языке. И, по-видимому, явилась одной из первых книг по отечественной вычислительной технике, опубликованных за рубежом.

Сам Зиновий Львович много и плодотворно работал в области компьютерных наук вплоть до 1980-х годов вместе с такими титанами мировой электроники, как академик В. М. Глушков, в том числе – над системами ПВО (такое впечатление, что в те годы абсолютно все компьютерные специалисты СССР имели отношение к двум областям: ПРО или ПВО).

БЭСМ

Как мы говорили, МЭСМ была задумана Лебедевым как прототип большой машины (с незатейливым наименованием БЭСМ), но воплотить куда более сложную разработку в полуразрушенной войной Феофании на Украине было нереально. И конструктор решил податься в столицу. Снова дадим слово Платонову (ИТМиВТ и их отношение к БЭСМ мы еще обсудим подробнее ниже, там много интересного):

Лебедев делал макет электронной счетной машины, и кончились деньги. Тогда он написал письмо Сталину о том, что идет полезная работа… Прислали комиссию во главе с Келдышем. Келдыш увидел вычислительную технику и, надо отдать должное его прозорливости, понял перспективу. В результате вышло постановление правительства по этому поводу. Первый пункт: переименовать макет электронной счетной машины в малую электронную счетную машину… Второй пункт: сделать большую электронную машину – БЭСМ. Поручили это директору Института точной механики.

Итак, Лебедев направился в Москву.

А там в это время уже несколько лет над своим, абсолютно независимым компьютером работала вторая группа – под руководством Исаака Брука.

Продолжение следует…