English    Українська

Знаете ли Вы ?

Весь раздел целиком, 300 кб
 
Золотые вехи в развитии информационных технологий в Украине

Создание первого в континентальной Европе компьютера с хранимой в памяти программой

В декабре 1976 г. состоялось заседание ученого совета Института кибернетики АН УССР, посвященное 25-летию ввода в регулярную эксплуатацию первого в континентальной части Европы компьютера - Малой электронной счетной машины (МЭСМ), созданной в Институте электротехники НАН Украины под руководством Сергея Алексеевича Лебедева (1902-1974).

Выступивший на заседании директор института академик В.М. Глушков так оценил творческий вклад создателя МЭСМ:

"Независимо от зарубежных ученых С.А. Лебедев разработал принципы построения ЭВМ с хранимой в памяти программой. Под его руководством создана первая в континентальной части Европы ЭВМ, в короткие сроки решены важные научно-технические задачи, чем было положено начало советской школе программирования. Описание МЭСМ стало первым учебником в стране по вычислительной технике. МЭСМ явилась прототипом Большой электронной счетной машины БЭСМ. Лаборатория С.А. Лебедева стала организационным зародышем Вычислительного центра - впоследствии Института кибернетики АН УССР".

Утверждение В.М. Глушкова о том, что С.А. Лебедев - независимо от ученых Запада - разработал принципы построения компьютеров с хранимой в памяти программой - принципиально важный момент. Именно хранение программы в оперативной памяти стало завершающим шагом в развитии первых компьютеров. На Западе этот шаг связан с именем Джона фон Неймана. Поскольку высказывание В.М. Глушкова подтверждается рядом архивных документов и воспоминаниями людей, работавших с С.А. Лебедевым, можно утверждать, что наряду с Джоном фон Нейманом С.А. Лебедев разработал принципы хранения программы в оперативной памяти компьютера.

На заседании закрытого ученого совета институтов электротехники и теплоэнергетики АН УССР от 8 января 1951 г. (протокол №1) С.А. Лебедев, отвечая на вопросы после доклада о МЭСМ, сказал:

"Я имею данные по 18 машинам, разработанным американцами, эти данные носят характер рекламы, без каких-либо сведений, как машины устроены", и далее: "Использовать заграничный опыт трудно, так как опубликованные сведения весьма скупы".

В короткой записке, направленной в АН СССР в начале 1957 г., С.А. Лебедев констатирует: "В 1948-1949 гг. мной были разработаны основные принципы построения подобных машин. Учитывая их исключительное значение для народного хозяйства, а также отсутствие в Союзе какого-либо опыта их постройки и эксплуатации, я принял решение как можно быстрее создать малую электронную счетную машину, на которой можно было бы исследовать основные принципы построения, проверить методику решения отдельных задач и накопить эксплуатационный опыт".

Не случайно МЭСМ вначале расшифровывалась как "Модель электронной счетной машины", и лишь позже слово "Модель" было заменено словом "Малая".

В указанном выше протоколе С.А. Лебедев отметил: "По данным заграничной литературы проектирование и постройка машины ведется 5-10 лет, мы хотим осуществить постройку машины за 2 года".

Невероятно, но ученому удалось реализовать этот проект в такой кратчайший срок. Работа была начата в 1948 г., а уже в конце 1950 г. заработал макет МЭСМ. В 1951 г. МЭСМ была принята в регулярную эксплуатацию. На ней, единственной в то время, весь 1952 г. решались важнейшие задачи: фрагменты расчетов из области термоядерных процессов, космических полетов и ракетной техники, дальних линий электропередач и др.

Опыт создания и эксплуатации МЭСМ, как и предполагал С.А. Лебедев, позволил ему в кратчайшие сроки (за последующие два года!) создать Большую электронную счетную машину - БЭСМ.

В статье "У колыбели первой ЭВМ" С.А. Лебедев назвал МЭСМ "первенцем советской вычислительной техники". БЭСМ Сергей Алексеевич характеризовал так: "Когда машина была готова, она ничуть не уступала новейшим американским образцам и являла подлинное торжество идей ее создателей."

Основные принципы построения МЭСМ следуют из описания машины, имеющегося в книге (ранее секретной) "Малая электронная счетная машина" (авторы С.А. Лебедев, Л.Н. Дашевский, Е.А. Шкабара, 1952 г.). 1. В машине используется двоичная система счисления. 2. В состав машины входят пять устройств - арифметическое, памяти, управления, ввода и вывода. 3. Программа вычислений кодируется и хранится в памяти подобно числам. 4. Вычисления осуществляются автоматически на основе хранимой в памяти программы. 5. Помимо арифметических, входят логические операции - сравнения, условного и безусловного переходов. 6. Память строится по иерархическому принципу. 7. Для вычислений используются числовые методы решения задач.

В 1956 г. на конференции в Дармштадте доклад С.А. Лебедева о БЭСМ произвел сенсацию: малоизвестная за пределами СССР машина была признана самой быстродействующей в Европе.

Судя по воспоминаниям современников, замысел создать цифровую вычислительную машину возник у ученого еще до переезда из Москвы в Киев.

Профессор А.В. Нетушил, окончивший Московский энергетический институт за несколько лет до войны, вспоминает: "Результатом моих исследований явилась кандидатская диссертация на тему: "Анализ триггерных элементов быстродействующих счетчиков импульсов". Как известно, электронные триггеры стали позднее основными элементами цифровой вычислительной техники. С самого начала этой работы в 1939 г. и до ее защиты С.А. Лебедев с вниманием и одобрением относился к моим исследованиям. Он согласился быть оппонентом по диссертации, защита которой состоялась в конце 1945 г. В то время еще никто не подозревал, что С.А. Лебедев начинает вынашивать идеи создания цифровых вычислительных машин".

Жена ученого А.Г. Лебедева запомнила, как осенью 1941 г., когда Москва погружалась в темноту из-за налетов фашистской авиации, муж надолго запирался в ванной комнате, где можно было без опасения включать освещение, и часами писал в толстой тетради непонятные ей кружочки и палочки (нули и единицы, используемые для записи чисел в двоичной системе счисления).

Заместитель С.А. Лебедева по лаборатории, где создавалась БЭСМ, д.т.н. В.В. Бардиж свидетельствует, что был разговор с Сергеем Алексеевичем, в котором тот сказал, что, если бы не война, то работу по созданию цифровой ЭВМ он начал бы значительно раньше.

Отметим, что в 1939-1947 гг. каких-либо публикаций по двоичной системе счисления, о методике арифметических операций над двоичными числами, о структуре ЭВМ не было. В известных к тому времени релейной вычислительной машине Марк 1 (США, 1944 г.), электронной вычислительной машине ЭНИАК (США, 1946 г.) использовались десятичные системы счисления. Именно в предвоенные и первые послевоенные годы С.А. Лебедев разработал методику операций применительно к двоичной системе счисления, структуру и архитектуру МЭСМ . Создание ее было весьма не простой задачей, с которой ученый блестяще справился.

Интерес С.А. Лебедева к цифровой вычислительной технике не был случайным. Он возник в связи с тем, что первые двадцать лет своей творческой деятельности (до 1946 г.), работая в области энергетики, он постоянно сталкивался с необходимостью сложных расчетов и пытался автоматизировать их на базе средств аналоговой вычислительной техники, в чем немало преуспел, но убедился в ограниченных возможностях этого направления техники.

Современники С.А. Лебедева - пионеры компьютерной техники за рубежом

Появление в конце 40-х годов ХХ века ЭВМ с хранимой в памяти программой было завершающим и очень важным шагом в развитии цифровой вычислительной техники. К этому достижению причастны в мире лишь несколько ученых: в США Джон фон Нейман, венгр по происхождению (1903-1957), Джон Мочли (1907-1980) и Преспер Эккерт (род. 1919 г.), в Англии - Алан Тьюринг (1912-1954), Том Килбурн (род. 1921 г.) и Морис Уилкс (род. 1913 г.), в бывшем СССР - Сергей Лебедев (1902-1974).

Каждый из этих ученых внес свою лепту в создание первых ЭВМ и становление информационных технологий. Алан Тьюринг еще в 1934 г. в статье "Об исчислимых числах" доказал возможность вычисления чисто механическим путем любого, имеющего решение алгоритма. Предложенная им для этой цели гипотетическая универсальная машина, получившая название "машина Тьюринга", имела память для запоминания последовательности действий при выполнении алгоритма.

Джон Мочли и Преспер Эккерт в 1946 г. создали ЭВМ ЭНИАК, управляемую программой, команды которой устанавливались механическими переключателями, что занимало очень много времени и ограничивало автоматизацию вычислений. Поняв это, они при проектировании следующей ЭВМ - ЭДВАК предусмотрели хранение программы в оперативной памяти. На этапе завершения работ по ЭНИАК и проектирования ЭДВАК с ними стал сотрудничать известный ученый Джон фон Нейман, участвовавший в то время в проекте создания атомной бомбы и заинтересованный в разработке эффективной вычислительной техники для выполнения своих расчетов.

Блестяще образованный ученый, выдающийся математик сумел обобщить опыт, полученный при разработке машин, в виде основных принципов построения ЭВМ. Они были изложены в отчете, составленном в 1946 г. совместно с Г. Голдстайном и А. Берксом и положены в основу ЭВМ ИАК, руководителем разработки которой стал фон Нейман. Материалы отчета не публиковались в открытой печати до конца 50-х годов ХХ века, но были переданы ряду фирм США и Англии. Известность фон Неймана как крупного ученого сыграла свою роль - изложенные им принципы и структура ЭВМ стали называться неймановскими, хотя их соавторами являлись также Мочли и Эккерт, а С.А. Лебедев независимо от этих ученых осуществил их в МЭСМ. В то время МЭСМ была засекречена, и творческое достижение С.А. Лебедева не было известно западным ученым. Следует отметить, что ЭВМ ИАК, создаваемую под руководством фон Неймана, закончили годом позже МЭСМ. Ученые университета в Манчестере Фредерик Вильямс и Том Килбурн в 1948 г. создали примитивную ЭВМ, названную "Бэбби" (ребенок). Для записи данных и программы решения задачи они использовали электронно-лучевую трубку и первыми доказали возможность хранения чисел и программы в общей памяти. Через год Морис Уилкс, работавший в университете в Кембридже и прослушавший в 1946 г. лекции Мочли и Эккерта, сумел опередить своих учителей: в 1949 г. он создал первую в мире ЭВМ ЭДСАК с хранимой в памяти программой, способную, в отличие от "Бэбби", решать не только тестовые задачи.

О том, что было сделано С.А. Лебедевым в те годы, было сказано выше.

Если проследить дальнейшую творческую деятельность замечательной шестерки, то она складывалась по-разному. Алан Тьюринг в годы Второй мировой войны участвовал в создании ЭВМ "Колосс", предназначенной для расшифровки радиограмм германского вермахта. "Не Тьюринг, конечно, выиграл войну, но без него мы могли бы ее проиграть", - сказал один из его соратников по созданию машины. Ранняя смерть этого гениального ученого не позволила ему в полной мере реализовать свои намерения.

Судьбу Тьюринга разделил фон Нейман: он умер на 54-м году жизни, так и не увидев вторую, спроектированную под его руководством, ЭВМ, названную в его честь "Джониак".

Джон Мочли и Проспер Эккерт продолжали разработки ЭВМ. В 1951 г. им удалось создать первую в США серийную ЭВМ УНИВАК, а в 1952 г. завершили работы по ЭДВАК. В дальнейшем они стали руководителями созданных ими компьютерных фирм.

Том Килбурн и Морис Уилкс достигли весьма больших успехов в своей научной деятельности. В 1953 г. заработал макет первой в мире ЭВМ на точечных транзисторах, разработанной Килбурном. Работа была завершена в 1955 г. В машине использовалось 200 транзисторов и 1300 германиевых диодов. В 60-х годах под его руководством была создана весьма совершенная ЭВМ АТЛАС - на транзисторах. Использованные в ней виртуальная память и мультипрограммная работа имели большой резонанс у разработчиков ЭВМ.

Морис Уилкс стал крупным ученым. Под его руководством была создана еще одна ламповая ЭВМ - ЭДСАК-2 с микропрограммным управлением, впервые предложенным ученым в 1951 г. В дальнейшем он занимался вопросами программирования, автоматизации проектирования компьютеров, создал основы мультипрограммной работы ЭВМ, консультировал многие проекты и получил мировое признание как выдающийся ученый современности. В настоящее время 90-летний Морис Уилкс - почетный профессор университета в Кембридже и консультант одной из крупнейших американских фирм (ИТТ). Президиум НАН Украины присвоил ему звание почетного доктора наук НАН Украины (1998).

Становление отечественного компьютеростроения

Даже на фоне этих выдающихся достижений западных ученых результаты деятельности С.А. Лебедева в области компьютеростроения за последующие двадцать лет (после создания МЭСМ и БЭСМ) поражают своей масштабностью. Под его руководством и при непосредственном участии было создано еще 18 (!) ЭВМ, причем 15 из них выпускались крупными сериями! И это при существовавшей технологической отсталости СССР (тогда еще небольшой). Не случайно ученик Сергея Алексеевича академик В.А. Мельников подчеркнул: "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" (журнал УСиМ, 1976, №6). Под руководством С.А. Лебедева были разработаны супер-ЭВМ для вычислительных центров, ЭВМ для противоракетных систем и для противосамолетного ракетного оружия.

Деятельность С.А. Лебедева началась с ламповых ЭВМ, выполняющих десятки тысяч операций. На то время это были супер-ЭВМ. Созданные в 1958 и 1959 г. ЭВМ М40 и М50 оказались самыми быстродействующими в мире. С появлением полупроводниковых и магнитных элементов Сергей Алексеевич перешел к разработке супер-ЭВМ второго поколения. Созданная в 1967 г. БЭСМ 6 с производительностью в 1 млн. операций в секунду выпускалась 17 лет. Ею были оснащены лучшие ВЦ СССР. БЭСМ 6 заняла достойное место в мировом компьютеростроении: недаром Лондонский музей науки в 1972 г. приобрел машину, чтобы сохранить ее для истории. Завершением яркой научной деятельности С.А. Лебедева стало создание супер-ЭВМ на интегральных схемах, производительностью миллионы операций в секунду. Две из них после модернизации до сих пор используются в системах противоракетной и противосамолетной обороны. Каждая ЭВМ была новым словом в вычислительной технике - более производительная, более надежная и удобная в эксплуатации. Генеральным принципом построения всех машин стало распараллеливание вычислительного процесса. В МЭСМ и БЭСМ с этой целью были использованы арифметические устройства параллельного действия. В М20, М40, М50 добавилась возможность работы внешних устройств параллельно с процессором. В БЭСМ 6 появился конвейерный (или "водопроводный", как назвал его Лебедев) способ выполнения вычислений. В последующих ЭВМ использовалась многопроцессорность и другие усовершенствования. Все машины, разработанные под руководством С.А. Лебедева, были переданы в промышленность и выпускались крупными сериями.

Новаторская творческая деятельность С.А. Лебедева способствовала созданию мощной компьютерной промышленности а руководимый им Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР стал ведущим в стране. В 50-70-е годы ХХ века по уровню своих разработок он не уступал известной американской фирме IBM.

Характеризуя научные достижения С.А. Лебедева, президент НАН Украины академик Б.Е. Патон подчеркнул:

"Мы всегда будем гордиться тем, что именно в Академии наук Украины, в нашем родном Киеве, расцвел талант С.А. Лебедева как выдающегося ученого в области вычислительной техники и математики, а также крупнейших автоматизированных систем. Он положил начало созданию в Киеве замечательной школы в области информатики. Его эстафету подхватил В.М. Глушков. И теперь у нас плодотворно работает один из крупнейших в мире - Институт кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины.

Замечательной чертой Сергея Алексеевича была его забота о молодежи, доверие к ней - молодым он поручал решение самых сложных задач. Этому способствовал незаурядный педагогический талант ученого. Многие ученики Сергея Алексеевича стали крупными учеными и развивают свои научные школы.

Вся жизнь выдающегося ученого - это героический пример служения науке, своему народу. С.А. Лебедев всегда стремился объединить высочайшую науку с практикой, с инженерными задачами.

Он жил и трудился в период бурного развития электроники, вычислительной техники, ракетостроения, освоения космоса и атомной энергии. Будучи патриотом своей страны, Сергей Алексеевич принял участие в крупнейших проектах И.В. Курчатова, С.П. Королева, М.В. Келдыша, обеспечивших создание надежного щита Родины. Во всех их работах огромна роль электронных вычислительных машин, созданных С.А. Лебедевым.

Его выдающиеся труды навсегда войдут в сокровищницу мировой науки и техники, а его имя должно стоять рядом с именами этих великих ученых".

Исключительная скромность С.А. Лебедева, секретность значительной части его работ привели к тому, что в западных странах о гениальном ученом до конца 90-х годов ХХ в. столетия содержательных публикаций практически не было. В книге американского историка Джона Ли "Компьютерные пионеры" (1995), где приведено более 200 биографий ученых, имя С.А. Лебедева даже не упоминается.

Лишь в год 95-летия со дня рождения С.А. Лебедева заслуги ученого признали и за рубежом. Как пионер вычислительной техники он был отмечен медалью Международного компьютерного общества: "Сергей Алексеевич Лебедев 1902 - 1974. Разработчик и конструктор первого компьютера в Советском Союзе. Основоположник советского компьютеростроения".

Иллюстрации   ›››