Начало ноября текущего года отмечено двумя событиями, случившимися сто лет назад. 2 ноября 1902 г. в Нижнем Новгороде родился Сергей Алексеевич Лебедев, а 8 ноября в Минске - Исаак Семенович Брук. Оба были выпускниками электротехнического факультета МВТУ им. Н. Э. Баумана и первое время работали в области электроэнергетики. С. А. Лебедев во Всесоюзном энергетическом институте им. В. И. Ленина специализировался на вопросах повышения устойчивости энергетических сетей при параллельной работе электрических станций, а И. С. Брук в том же институте участвовал в создании новых асинхронных двигателей и исследовании проблем параллельной работы электрогенераторов. Еще до Великой отечественной войны им обоим пришлось столкнуться с использованием аналоговых вычислительных машин при решении систем обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих работу различного рода электроэнергетических объектов. Позже каждый из них внес достойный вклад в создание систем автоматического вооружения. Сергей Алексеевич разработал системы, позволяющие прицельно стрелять из орудия движущегося танка и эффективно поражать надводные суда противника с самолетов торпедоносцев, а Исаак Семенович создал синхронизатор авиационной пушки, благодаря которому можно было вести огонь через плоскость вращения пропеллера; кроме того, он принял участие в работах над системами управления зенитным огнем.

Думается, то обстоятельство, что С. А. Лебедев и И. С. Брук вели успешные исследования в области электроэнергетических машин, сыграло положительную роль, когда они занялись созданием вычислительных машин. Оба глубоко понимали сложные системные вопросы, а именно: что такое надежная работа, каковы роли распараллеливания процессов для повышения их устойчивости и производительности. Кроме того, неудобство вычислений на аналоговых машинах при исследованиях по автоматизации отдельных устройств мирного и военного назначения дало толчок к переходу на цифровые технологии, к решению задач управления в новых цифровых системах. Так, Сергей Алексеевич связал понятие "искусственная устойчивость" параллельно работающих устройств с использованием обратной связи в управлении ими и предложил ряд методов для повышения надежности. Практически сразу же после войны Лебедев и Брук приступают к разработке концепций цифровой вычислительной машины.

Путь С. А. Лебедева

Избрание Сергея Алексеевича членом Академии наук УССР и переход в Институт электротехники в Киеве позволили ему уделить больше внимания разработке функциональной схемы "счетной машины", которая к 1948 г. была завершена. Основные принципы ее построения были описаны Лебедевым к осени того же года, а затем его сотрудники приступили к проработке элементов машины.

В концепции Сергея Алексеевича можно усмотреть сходство с принципами Дж. Неймана (разработки 1946 г. существовали только в виде секретных отчетов, а реализованы были в 1949-1950 гг.). Кроме того, в ряде вопросов С. А. Лебедев продвинулся дальше. В его концепции уже просматриваются начала децентрализации управления и асинхронной организации вычислительного процесса, реализации встроенных процедур, в том числе операций над массивами, и др.

Осенью 1948 г. был окончательно выбран состав логических операций и разработаны основные принципы построения и структуры Малой электронной счетной машины (МЭСМ), а в 1949 г. приступили к ее созданию. Жесткие ограничения отечественной элементной базы того времени оказали существенное влияние на решения разработчиков. Так, оперативная память МЭСМ была построена на 4 тыс. электронных ламп при общем их количестве 6 тыс., пришлось отказаться от параллельной выборки кодов из памяти и ограничиться небольшим быстродействием машины. В конце 1950 г. были проведены ее испытания, главным образом на математических задачах, вычислениях значений различных функций. В июле 1951 г. правительственным постановлением МЭСМ была введена в эксплуатацию. Она представляла собой трехадресную синхронную ЭВМ с быстродействием 50 арифметических или логических операций в секунду, с циклом вычислений 17 мс (деление же выполнялось за 20,8 мс). Длина слова в машине - 21 двоичный разряд, ОЗУ с частотой выборки 5 кГц позволяло разместить 31 слово и 63 команды, при этом его можно было связывать со штекерным ДЗУ такой же емкости. ОЗУ на ламповых триггерных схемах состояло из 2,5 тыс. триодов, 1,5 тыс. диодов и позволяло подавать коды чисел только последовательно. Программно были реализованы команды условных переходов, масштабирование чисел и контроль работоспособности устройств. При ошибке в вычислениях или переполнении разрядной сетки машина останавливалась. Потребляемая мощность составляла в 25 кВт. МЭСМ была универсальной ЭВМ, поскольку в набор исполняемых команд включались пересылки, переадресация и условный переход по точному совпадению слов. Кроме того, в набор входили четыре арифметических действия, операции сравнения, сложения кодов команд, передачи управления с центрального на местное и с ДЗУ на ОЗУ, вывода на печать, останова и др. Усовершенствования машины в процессе опытной эксплуатации позволили решать системы алгебраических и дифференциальных уравнений в частных производных. Этого достигли за счет повышения производительности машины, которая обеспечивалась запоминающим устройством (на магнитом барабане) емкостью в 5 тыс. слов и устройством ввода и хранения программ на магнитной ленте (на трехдорожечном магнитофоне). Интересно, что МЭСМ была спроектирована, смонтирована и отлажена всего за три года при участии 11 инженеров, 15 техников и монтажников, тогда как на ЭВМ ЭНИАК ушло пять лет, при том, что, кроме 13 основных исполнителей, над ней трудилось 200 техников и множество рабочих.

Затем Сергей Алексеевич продолжил в Москве, здесь в течение 20 лет им и его учениками было создано более полутора десятков ЭВМ. Среди них известные машины БЭСМ от 1-й до 10-й модели, очень широко использовавшиеся М-20, 220 и базовый компьютер национальной системы ПРО М-40. Таким образом, среди ЭВМ, разработанных при участии С. А. Лебедева (в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР), можно найти первые ЭЦВМ и универсальные ЭВМ разных поколений. Основное назначение своих машин он видел в их использовании для выполнения сложных расчетов, поэтому большинство вычислительных центров АН СССР были оснащены БЭСМами, на которых решались не только различные научные задачи, но и практические вопросы, например наземной поддержки орбитальной стыковки кораблей "Союз" и Apollo. В целях обороны страны были разработаны ЭВМ для управления ракетой и перехвата межконтинентальной ракеты противника, а также управления знаменитым мобильным зенитным комплексом С-300.

БЭСМ-6 установила абсолютный рекорд среди ЭВМ, она находилась в эксплуатации 20 лет и сегодня является очень ценным экспонатом в компьютерных музеях Европы.

Заслуги С. А. Лебедева были отмечены многими наградами и званиями, в том числе от правительства нашей страны, от Академии наук СССР, а посмертно ему и А. А. Ляпунову была присуждена медаль The Computer Pioneer Award, учрежденная IEEE Computer Society за выдающиеся заслуги в развитии вычислительной техники.

Путь И. С. Брука

К работе над вычислительными машинами Исаак Семенович Брук пришел схожим путем и почти в то же время, что и Сергей Алексеевич Лебедев. Работая в Энергетическом институте АН СССР, И. С. Брук вместе со своим сотрудником Б. И. Рамеевым (впоследствии главным конструктором ВМ "Урал") в 1948 г. составил отчет о принципах действия ЭЦВМ и получил первое в Советском Союзе авторское свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ. В 1950-1951 гг. под руководством Брука была построена малогабаритная электронная автоматическая цифровая машина М-1, в которой хранилась программа. Опытная эксплуатация М-1 началась в 1952 г.

В этой машине были реализованы многие принципиальные решения для ВМ первого поколения, предвосхитивших появление ряда отечественных компьютеров. К ним в первую очередь следует отнести двухадресную систему команд, использование полупроводниковых диодов при построении логических схем арифметики и управления ВМ, электронно-лучевых трубок от обычных осциллографов в качестве элементов памяти, а также телетайпа в качестве устройства ввода-вывода. Затем в 1952 г. в лаборатории И. С. Брука группой во главе с М. А. Карцевым была разработана машина М-2, характеристики которой были выше, чем у первой машины, например, ее быстродействие составило 2 тыс. операций в секунду. Модернизация этой ВМ, проведенная в 1954 и 1957 гг., сделала ее более удобной в эксплуатации. Теперь она имела ОП на ферритовых сердечниках, емкость которой была 4096 слов, что потребовало введения специального регистра для запоминания содержимого области памяти, используемой в данный момент, и дополнительной операции переключения областей памяти. Интересно, что в М-2 были использованы укороченные адреса в командах и кодах операций. Эти идеи были востребованы в ВМ следующих поколений.

В середине 50-х годов И. С. Брук, проанализировав опыт создания машин М-1 и М-2, предложил концепцию малых ЭВМ в отличие от машин "предельной производительности". Так появилось понятие "малогабаритных машин", потребность в которых остро ощущалась в научных и проектных организациях для выполнения соответствующих расчетов, не требующих высокой производительности. Интересно, что такая поляризация ВМ, как теперь принято говорить, на рынке была уяснена уже в то время.

В развитие этой идеи И. С. Брука, была разработана М-3 Лабораторией управляющих машин и систем АН СССР совместно с НИИЭМ и принята в эксплуатацию в 1957 г. Эта ВМ оперировала двоичными 30-разрядными числами с фиксированной точкой, имела двухадресный формат команд, память на магнитном барабане емкостью 2048 чисел и обладала производительностью 30 операций в секунду. Если память устанавливалась на ферритовых сердечниках, то производительность повышалась до 15 тыс. операций в секунду. Машина имела в своем составе 770 электронных ламп, 3 тыс. купроксных диодов и занимала площадь в 3 м?. М-3 выпускалась серийно в Минске. Ее можно считать своеобразной прародительницей двух промышленных серий ЭВМ - "Минск" и "Раздан", что не трудно усмотреть прежде всего в их архитектуре.

Выступление И. С. Брука на сессии Академии наук СССР по автоматизации с докладом о промышленном применении вычислительных и управляющих машин привело к постановке проблемы разработки теории, принципов построения и применения специализированных вычислительных и управляющих машин, созданию Института электронных и управляющих машин (ИНЭУМ АН СССР). Особый интерес и по настоящее время представляет заложенное Бруком понимание управляющей машины, которую отличает характер связи с управляемым объектом, высокая надежность и возможность работы в реальном времени, а также реализация с ее помощью самонастройки АСУ. Такой взгляд на использование ВМ послужил серьезным основанием для расширения в стране работ по АСУ, в частности на отраслевом уровне.

Развитие элементной базы дало толчок к разработке электронной управляющей машины М-4 на транзисторах. В 1959-1962 гг. для заказчика - Радиотехнического института АН СССР были изготовлены первые машины, которые предназначались для управления комплексом радиолокационных станций. М-4 работали с 23-разрядными числами с фиксированной точкой, отрицательные числа представлялись в дополнительном коде, емкость ОП составляла 1024 24-разрядных числа, а постоянной памяти программ - 1280 30-разрядных слов. Память данных и программ была раздельной. Кроме того, эта ВМ имела узлы приема и передачи информации с собственной буферной памятью, поддерживался параллельный ввод-вывод по 14 каналам со скоростью обмена 6 тыс. чисел в минуту. Реальное быстродействие М-4 составило 30 тыс. операций в секунду. При переходе на серийный выпуск М-4 была модернизирована (М-4М). С улучшенными характеристиками машина серийно выпускалась около 15 лет, "обрастая" по мере необходимости периферией для повышения удобства и качества эксплуатации ВМ.

Дальнейшие модели машины серии М носили специализированный и универсальный характер. Так, М-7 предназначалась для системы управления мощным теплоэнергетическим блоком электростанции, позволяющей, контролируя режим работы, оптимизировать расход топлива и снабжать операторов необходимой информацией. Естественно, что сужение класса решаемых задач давало возможность выбирать архитектурные и конструктивные решения наиболее подходящим образом, обеспечивая необходимые быстродействие и надежность ВМ, в частности, организовывать взаимодействие аналоговых и цифровых процессов.

Машина М-5 создавалась как универсальная, и область ее применения - решение народно-хозяйственных задач планирования и статистики - определили системные характеристики: это была мультипрограммная и многотерминальная ЭВМ, поддерживающая режимы разделения времени и пакетной обработки, структура ее базировалась на общей магистрали, связывающей ЦП, блоки ОП и УУ вводом-выводом и внешней памятью. Адресная арифметика была выделена и выполняла операции над индексными регистрами и адресами основных команд. ВМ оперировала с 37-разрядными числами с фиксированной и плавающей точкой. Формат одноадресных инструкций содержал поля адреса, ключей, индексов и кода операций, что обеспечивало страничную организацию памяти. Реализована М-5 была на транзисторных элементах и ферритовой памяти, но, к сожалению, эта ВМ не нашла широкого распространения, поскольку встретила серьезное организационное сопротивление в Госплане СССР, ориентировавшемся на более мощные машины. Из-за этого наметившегося конфликта И. С. Брук был отстранен от активной работы, т. к. его освободили от должности директора ИНЭУМ'а.

Тем не менее его творческий путь отмечен многими правительственными наградами, кроме того, он был избран членом-корреспондентом АН СССР.

***

Два замечательных пионера развития вычислительной техники не только в России, но теперь можно смело утверждать и в мире родились, работали и ушли из жизни на удивление синхронно. Соблюдая естественный порядок по старшинству, Сергей Алексеевич скончался в июле, а Исаак Семенович - в октябре 1972 г.

В данной статье использованы материалы конференции, посвященной столетию С. А. Лебедева, и статьи Е. Н. Филинова об И. С. Бруке, опубликованной в "Информационных технологиях и вычислительных системах" №2/02, с. 3.