Творческое соперничество
Творческое соперничество
Первые «кирпичи» в научный фундамент цифровой вычислительной техники закладывались в Москве. Однако после войны положение изменилось. В конце 40-х годов благодаря работам С.А. Лебедева центр новой науки переместился в Киев.
Когда академик Н.Г. Бруевич отдал приказ, в котором сообщил о своем назначении (16 июля 1948 г.) исполняющим обязанности директора ИТМ и ВТ, организованного в Академии наук СССР, он не знал, что в Киеве полным ходом идет работа по созданию МЭСМ. Первые сведения об ЭВМ в институт пришли в 1949 г. из-за рубежа. В иностранных журналах сообщалось, что в США в 1946 г. была создана первая в мире ЭВМ ЭНИАК, содержащая 18 тыс. радиоламп и выполняющая около 1 тыс. одноадресных операций в секунду. Позднее появились рекламные публикации о разработке Э М с меньшим количеством радиоламп, но большим быстродействием. Поскольку сообщения были очень краткими, то представить по ним принципы построения машин было практически невозможно.
Через год после образования института его работу проверяла комиссия Президиума АН СССР под председательством В.М. Келдыша. Весьма возможно, что причиной этого явилось письмо Лаврентьева Сталину. Комиссия пришла к неутешительному выводу: цифровой электронной вычислительной технике, быстро развивающейся на Западе, уделяется очень мало внимания.
«Подстегнутый» выводами комиссии, Н.Г. Бруевич провел через Бюро Отделения технических наук АН СССР решение об организации в институте отдела быстродействующих вычислительных машин. В сентябре 1949 г. он выделил из своего отдела группу из шести человек, которой поручалась разработка элементов, необходимых для построения цифровых электронных машин.
«… Когда стали макетировать основные узлы ЭВМ — триггеры, счетчик, сумматор с последовательным переносом, вентили, дешифратор, — вспоминает участник этой работы П.П. Головистиков, — появилось много гостей. Я не понимал тогда, почему Бруевич их приглашает. Мне казалось, что результаты еще так малы, что показывать нечего. Среди посетителей в разное время были министр машиностроения и приборостроения СССР Паршин, член коллегии министерства Лоскутов, академик Благонравов и др. Это волновало меня и заставляло работать каждый день с- раннего утра до позднего вечера. Наконец, я стал привыкать к этим визитам. Но одно посещение (последнее) очень запомнилось. Оно состоялось в январе 1950 г. Бруевич привел двух человек. Один, высокий, статный, вел себя, как и все, — внимательно слушал объяснения, а другой, небольшого роста, в очках, меня поразил. Он стал прямо обращаться ко мне и задавать множество вопросов. Просил показать сигналы во многих точках, продемонстрировать время задержки сигналов в разных цепях. Заставил менять частоту генератора, чтобы определить диапазон работы схем. Многое раскритиковал и посоветовал сделать иначе. В довершение всего попросил меня смаке-тировать длинную цепочку управляемых вентилей. И необходимо было сделать так, чтобы каждый вентиль имел дополнительную нагрузку, соответствующую таким ж$ вентилям, чтобы сигнал в. этой цепочке не затухал и цепочка имела минимальную задержку. Так состоялось мое знакомство с Лаврентьевым И Лебедевым. К этому времени я знал, что разработки в области ЭВМ начались в Энергетическом институте АН СССР у И.С. Брука и в недавно созданном СКБ-245 Министерства машиностроения и приборостроения СССР, но для меня было полной неожиданностью, что у Сергея Алексеевича в Киеве в полном разгаре идет разработка первой в СССР ЭВМ».
Узнав, что в Киеве работы по созданию ЭВМ подходят к концу, и желая наверстать упущенное, Н.Г. Бруевич договорился с Министерством машиностроения и приборостроения СССР о сотрудничестве в организации работ по созданию средств вычислительной техники. Был подготовлен проект постановления правительства о совместной разработке цифровой электронной вычислительной машины. От министерства в Москве подключались только что созданные весной 1949 г. три организации, составившие единый и довольно мощный научно-производственный коллектив: Научно-исследовательский институт счетного машиностроения (НИИ Счетмаш), СКБ-245 и завод счетно-аналитических машин (САМ). Директором завода, НИИ Счетмаш и СКБ-245 был назначен М.А. Лесечко.
Несмотря на то, что при создании этих трех организаций им была поставлена задача построения релейной вычислительной машины (по образцу первых американских), Лесечко, обладавший высочайшей инженерной интуицией, согласился с предложением Бруевича совместно спроектировать и организовать серийный выпуск вычислительной машины на электронных лампах. Однако при рассмотрении подготовленного проекта постановления правительства случилось непредвиденное. Присутствующий Л.И. Гутенмахер, руководитель одной из лабораторий ИТМ и ВТ АН СССР, выступил с предложением выполнить машину не на электронных лампах, а на разработанных в его лаборатории безламповых элементах — электромагнитных бесконтактных реле (на основе магнитных усилителей трансформаторного типа). Его предложение вызвало живой интерес у министра П.И. Паршина. Он тут же высказал мысль о том, что если повысить величину тока в питающей обмотке реле, то число витков в трансформаторе сократится до одного и предложенные схемы станут весьма технологичными и очень надежными, поскольку в них нет электронных ламп. Гутенмахер с энтузиазмом поддержал министра. Результатом совещания стал проект постановления правительства о создании двух вычислительных машин — электронной в Академии наук СССР и на элементах Гутенмахера — в министерстве.
Когда в середине марта 1950 г. произошла смена руководства ИТМ и ВТ АН СССР и директором стал М.А. Лаврентьев, он попал в весьма сложное положение: специалистов в области цифровой вычислительной техники в институте единицы, немногочисленные научные отделы разбросаны по Москве, Министерство машиностроения и приборостроения из помощника превратилось в соперника, и вот-вот появится постановление правительства, обязывающее институт разработать цифровую электронную вычислительную машину, — гигантское сооружение
М.А. Лаврентьев (в центре), справа — Г.И. Марчук, слева — В. Новоцны (ПАН)
из многих тысяч ламп, значительно более сложное, чем то, что он видел в Киеве у Лебедева. Не случайно приказом от 20 марта 1950 г. он назначил Лебедева, продолжавшего работать в Киеве, заведующим лабораторией № 1 (по совместительству).
Когда проект постановления правительства о разработке двух ЭВМ представили на утверждение Сталину, он потребовал указать ответственных лиц по каждой из машин. Ими были назначены: от Академии наук СССР М.А. Лаврентьев и главный конструктор электронной вычислительной машины С.А. Лебедев; от Министерства машиностроения и приборостроения М.А. Лесечко и главный конструктор релейной вычислительной машины Ю.Я. Базилевский.
Ситуация, сложившаяся в ИТМ и ВТ АН СССР, вероятно, любому показалась бы безнадежной, но не Лебедеву! Из Киева он привез собственноручно выполненный проект БЭСМ, что подтверждает П.П. Головистиков: «Существует легенда, что вся схема БЭСМ у Сергея Алексеевича была записана на папиросных коробках „Казбек“ или отдельных листках. Это неверно. Она заключалась в толстых тетрадях (и не одной). В них самым скрупулезным образом были изображены все структурные схемы машины, приведены временные диаграммы работы блоков, подробно расписаны все варианты выполнения отдельных операций. Приехав из Киева, он этот огромный объем информации начал передавать нам.
— Мне совершенно по-другому представился смысл той работы, которой я занимался, — продолжает Петр Петрович. — Он поручил мне разработку арифметического устройства, но хотел, чтобы я знал работу и других блоков, К.С. Неслуховскому — устройство управления, для чего надо было знать работу машины в целом. Поскольку Неслуховский занимался устройством управления и машиной в целом, он стал фактически заместителем Сергея Алексеевича по техническим и другим вопросам (позднее заместителем Лебедева по лаборатории стал В.В. Бардиж, переведенный из лаборатории Гутенмахера).
При обеспечении института кадрами Лаврентьев и Лебедев сделали ставку на студентов-практикантов из вузов. Они были зачислены в штат института и сразу получили конкретные инженерные задания: смакетировать блок управления командами (В.С. Бурцев), блок центрального управления операциями (В.А. Мельников), блок местного управления операциями (А.Г. Лаут), датчик основных сигналов машины (С.А. Кузнецов), арифметическое устройство (АУ) чисел (А.Н. Зимарев), АУ порядков (В.П. Смирягин), запоминающее устройство (ЗУ) на потенциалоскопах (ВЛЛаут), усилители считывания и записи к потенциалоскопу (И.Д. Визун), устройства внешней памяти (А.С. Федоров и позднее Л.А. Орлов). Таким образом, все основные устройства машины для предварительного макетирования были обеспечены исполнителями. Поскольку в это время подготавливались тома эскизного проекта, в которых студенты принимали участие (каждый по своему разделу), то их материал с незначительными изменениями в соответствии с требованиями вуза становился дипломной работой.
На конец 1950 г. пришелся разгар работ по изготовлению макетов отдельных устройств БЭСМ. Всего в составе лаборатории № 1 к весне 1951 г. насчитывалось около 50 человек. Источником высококвалифицированных кадров был главным образом Московский энергетический институт: в 1951 г. начали работать А.В. Аваев, с апреля 1952 г. — И.Д. Алексеев, М.В. Тяпкин, В.Ф. Петров, З.А. Московская, позднее — В.К. Зейденберг, с июля 1952 г. — В.С. Митрофанов, А.А. Соколов, Ю.И. Синельников, В.С. Чукаев, Ю.П. Никитин и др. Из Московского университета пришли Г.Т. Артамонов, В.В. Кобелев. Все они сразу включились в работы, связанные с БЭСМ. По воскресеньям всем коллективом благоустраивали территорию института».
Канд. техн. наук O.K. Гущин (тогда техник-монтажник) тепло вспоминает, как под руководством Лебедева формировался молодой коллектив ИТМ и ВТ АН СССР: «Мне кажется, все гордились участием в большом и важном деле — создании первенца отечественной вычислительной техники, по тем временам гигантского устройства, эдакого „электронного чуда“ с сотнями тысяч деталей. Не надо забывать, что самой сложной бытовой радиоэлектронной аппаратурой в то время был КВН-49 — только что появившийся первый отечественный телевизор.
Работа кипела днем и ночью, никто не считался с личным временем. Мы макетировали элементы и узлы БЭСМ. Сами изготавливали шасси и стенды, сверлили и клепали; монтировали и отлаживали различные варианты триггеров, счетчиков, сумматоров и проверяли их на надежность в работе.
На всех этапах работы Сергей Алексеевич показывал личный пример самоотверженности. После насыщенного трудового дня он до 3–4 часов ночи просиживал за пультом или осциллографом, активно участвуя в отладке машины. Работая в смене дежурным техником, я не раз наблюдал, как Сергей Алексеевич брал в руки паяльник и перепаивал схемы, внося в них необходимые изменения. На все предложения помочь он неизменно отвечал: „Сам сделаю“. После его ухода я „по своим прямым обязанностям“ проверял его работу, и, надо сказать, она всегда была выполнена на совесть. Меня поражали простота, внимательность и чуткость Сергея Алексеевича».
Благоустройство территории института. Слева — С.А. Лебедев (50-е гг.)
Но и Гутенмахер, ободренный поддержкой министра, упорно работал. В начале 1950 г. он представил в СКБ-245 эскизный проект вычислительной машины на феррит-диодных элементах, разработанных в соответствии с рекомендацией министра. К этому времени ситуация в министерстве, на его беду, резко изменилась. В СКБ-245 появился Б.И. Рамеев, разработавший еще в 1948 г. (до начала работ по МЭСМ) в соавторстве с И.С. Бруком проект цифровой ЭВМ с программным управлением (это был первый в нашей стране проект электронной ЭВМ!).
Рамеев сразу подключился к работам. И очень быстро подготовил аванпроект ЭВМ на электронных лампах. Далее события развивались весьма своеобразно. Технический совет СКБ-245 в отсутствии Рамеева рассмотрел проект Гутенмахера. Затем заслушали Рамеева (при отсутствии Гутенмахера). Итогом стало решение — создавать ЭВМ на электронных лампах, а не на элементах Гутенмахера. У БЭСМ появилась серьезная соперница — ЭВМ «Стрела». Б.И. Рамеева назначили заместителем Ю.Я. Базилевского, главного конструктора этой машины. Баширу Искандаровичу было тогда 32 года. За его плечами был трудный путь сына «врага народа», выдворение со второго курса института, служба в армии и неуемное желание работать (см. главу о Б.И. Рамееве).
Так у Лебедева появился конкурент-триумвират: Лесечко, Базилев-ский, Рамеев, а у ИТМ и ВТ АН СССР мощный соперник — СКБ-245 вместе с заводом САМ и НИИ Счетмаш. Центр тяжести работ по цифровой вычислительной технике переместился из Киева в Москву.
Остается добавить, чем завершилась работа по феррит-диодной ЭВМ. Л.И. Гутенмахер, лишившись поддержки СКБ-245, продолжал работу собственными силами. В его лаборатории в ИТМ и ВТ АН СССР была спроектирована и создавалась параллельно БЭСМ вычислительная машина на феррит-диодных элементах. Позднее, где-то году в 1954-м, мне удалось ознакомиться с ней, когда она уже работала. Ее производительность была невысокой. Вследствие низкого качества элементов надежность работы также оставляла желать лучшего. Импульсный источник питания был громоздок и неэкономичен. Под предлогом секретности вход в лабораторию был практически запрещен. В начале 60-х годов она была закрыта. Строгая секретность, которую вносил Гутенмахер в свои исследования, привела к тому, что о его машине мало кто знает. Тем не менее — это определенная веха в истории вычислительной техники.
21 апреля 1951 г. была назначена Государственная комиссия для приемки эскизных проектов БЭСМ (ИТМ и ВТ АН СССР) и «Стрелы» (СКБ-245), в состав которой входили академик М.В. Келдыш (председатель), министр машиностроения и приборостроения П.И. Паршин, академик А.А. Благонравов и др. Предварительно члены комиссии побывали в Киеве, где Сергей Алексеевич продемонстрировал уже работающую МЭСМ. Детальный анализ проектов был проведен в Москве. Члену комиссии А.А. Дородницыну запомнился забавный спор, возникший на одном из заседаний. Главный конструктор «Стрелы» Базилевский заявил, что она, обладая производительностью 2 тыс. операций в секунду, за четыре месяца решит все задачи, имеющиеся в стране. Поэтому БЭСМ с ее высокой производительностью (8-10 тыс. операций в секунду) не нужна! Сергей Алексеевич едко парировал, что из-за низкой производительности «Стрела» не успеет просчитать задачу за время между двумя сбоями и будет выдавать неверные решения, а БЭСМ успеет!
Обе стороны успешно защитили эскизные проекты. В ИТМ и ВТ АН СССР было принято решение о создании экспериментального образца машины. Сергей Алексеевич, учитывая опыт создания и эксплуатации МЭСМ, предложил для БЭСМ мелкоблочный принцип конструкции, что являлось смелым решением, поскольку многие машины в то время делались не на сменных блоках. Количество разных типов блоков получилось небольшим.
Началось конструирование и изготовление стоек, плат, блоков машины. Если бы они завершились успешно, а для этого необходимо было лишь одно — поставка промышленностью потенциалоскопов (39 штук) для ЗУ, — то БЭСМ оказалась бы вне конкуренции не только в стране, но и в мире. Ее производительность 10 тыс. операций в секунду оказалась бы в пять раз выше, чем у «Стрелы». Такой скорости вычислений еще не достигала ни одна машина. Однако этого не случилось. Сказалось монопольное положение Министерства машиностроения и приборостроения СССР. Оно не посчиталось с интересами коллектива ИТМ и ВТ АН СССР, науки и страны в целом и обеспечило потенциалоскопами лишь разработчиков «Стрелы». Создатели БЭСМ были поставлены в затруднительное и к тому же унизительное положение. Можно представить себе состояние Сергея Алексеевича — подойти совсем близко к цели и получить такой удар! Он всегда поступал иначе, стремился помочь, в том числе СКБ-245. Когда представители последнего, и среди них главный конструктор «Стрелы» Базилевский, были в Киеве, Сергей Алексеевич подробно ознакомил их с МЭСМ, помог связаться с Институтом физики АН Украины и договориться о разработке накопителей на магнитных лентах. Не скрывались и работы, связанные с БЭСМ. Соперники же вели себя иначе. Бывший сотрудник СКБ-245 Ф.Н. Зыков вспоминает, что когда Лебедев приехал в СКБ-245 ознакомиться со «Стрелой», ему показали… подготовленную к отправке, упакованную в ящики машину.
Лебедев решил использовать запасной вариант — ЗУ на акустических (ртутных) трубках (РЗУ). Это снизило производительность БЭСМ до уровня «Стрелы» и добавило немало забот. Масса ртути для РЗУ полного объема должна была составлять несколько сотен килограммов. РЗУ включало 70 ртутных трубок длиной около метра: 64 хранящих, одна трубка следила за тактовой частотой, 5 были запасными (ртутные трубки были разработаны в 1949 г. по его заказу в Институте автоматики ВСНИТО). Все трубки размещались в огромном термостате, смонтированном в специальном помещении с вытяжными шкафами, где выполнялись работы с ртутью. Электронная часть каждого тракта собиралась в стандартном крупном блоке. Значительные размеры имели панели управления, блоки питания. Внушительных размеров стойка РЗУ занимала целую комнату, расположенную в конце коридора первого этажа, довольно далекого от АУ, связь с которым осуществлялась по кабелям, тщательно распаянным на фольге. Большой пульт РЗУ включал растровый индикатор, позволяющий просматривать содержимое каждого из 64 трактов, очень украшавший пульт и упрощавший жизнь сменного инженера. Отладка РЗУ осложнялась еще тем, что в нем аналоговые и электронные схемы работали в одной, замкнутой в кольцо цепи. Большую помощь в доводке РЗУ, по воспоминаниям Е.П. Ландера, оказал Лебедев, «переселившийся» в комнату, где размещалось РЭУ, почти на два месяца. Сергей Алексеевич принимал конструктивные решения, не останавливаясь на полумерах, шел на большие дополнительные механические и монтажные работы.
БЭСМ
Группа сотрудников ИТМ и ВТ АН СССР в день награждения за создание БЭСМ в Кремле, 1956 г. Слева направо: сидят — Ю.А. Крицкий, В.В. Бардиж, Ю.Д. Панов, А.Ф. Горкин, С.А. Лебедев, К.М. Озолин, М.А. Лаврентьев, С.И. Судариков, В.В. Похлебкин, В.Д. Горчев; стоят — Г.А. Хавкин, П.А. Зольников, В.И. Ерофеев, В.К. Зайденберг, А.Н. Зимарев, З.А. Московская, О.П. Васильев, Е.П. Ландер, П.П. Головистиков, М.П. Сычева, А.М.Чепурнов, А.С. Федоров, Ю.В. Никитин, B.C. Заборовский, И.И. Осипов, А.К. Соцков.
Летом 1952 г. изготовление машины в основном было завершено. Началась наладка. В ней участвовали все разработчики машины. Работа велась круглосуточно. Главным источником неисправностей была электронная лампа: многие лампы выходили из строя в первые часы работы. Но если лампа проработала в машине несколько сотен часов, ее выход из строя становился маловероятным.
В I квартале 1953 г. БЭСМ была налажена, а в апреле была принята Государственной комиссией в эксплуатацию.
«Стрела» была закончена в эти же сроки и рекомендована для серийного изготовления. Ее создатели получили три Государственных премии I, II и III степени, а главный конструктор машины Ю.Я. Базилевский — звание Героя Социалистического труда.
Опытная эксплуатация БЭСМ началась в I квартале 1953 г. Инженеров-наладчиков заменили математики. Хотя первое время машина работала с пониженной производительностью, на ней было решено много важных народнохозяйственных задач.
По рекомендации академика Лаврентьева, ставшего вице-президентом АН СССР, Сергея Алексеевича в 1953 г. назначили директором ИТМ и ВТ АН СССР и избрали действительным членом АН СССР. Сын Отто Юльевича Шмидта, Сигурд Оттович, подымая тост на банкете по поводу избрания новых членов Академии, сказал: «Сегодня мы выбрали в академики двух замечательных ученых — С.А. Лебедева и А.Д. Сахарова!».
В 1956 г., когда БЭСМ была принята Государственной комиссией вторично (с памятью на потенциалоскопах), С.А. Лебедеву присвоили звание Героя Социалистического труда, основные разработчики были награждены орденами.
Первый вычислительный центр
В феврале 1955 г. Совет Министров СССР принял постановление о создании первого Вычислительного центра АН СССР. Его директором был назначен академик А.А. Дородницын, которому были переданы две ЭВМ: БЭСМ, изготовленная в ИТМ и ВТ АН СССР, и «Стрела», находящаяся в Математическом институте им. В.А. Стеклова. И «Стрела», и БЭСМ работали круглосуточно, но не могли справиться с потоком задач, каждая из которых была важнее другой. План расчетов на ЭВМ составлялся на неделю и утверждался Председателем Совета Министров СССР Н.А. Булганиным. По рассказам Дородницына, нередко число командированных превышало количество сотрудников в штате Вычислительного центра (их было 69). Сюда приезжали не только решать задачи, но и учиться программированию. Поэтому вскоре кроме первых двух ЭВМ появились «Урал-1» и «Урал-2», используемые в основном для обучения.
По инициативе президиума АН СССР была создана комиссия для сравнения характеристик БЭСМ и «Стрелы». Ее выводы были однозначными: БЭСМ лучше и перспективнее. И только после этого ИТМ и ВТ АН СССР стал получать потенциалоскопы, но это был уже конец 1954-го — начало 1955 г. Как только ЗУ было укомплектовано потенциалоско-пами, БЭСМ заработала на полную мощность. Даже спустя два года БЭСМ оставалась на уровне лучших американских машин и была самой быстродействующей в Европе! Она выполняла в среднем 8 тыс. трехадресных операций в секунду. Максимально возможная ее производительность составляла 10 тыс. операций в секунду.
В 1956 г. доклад С.А. Лебедева о БЭСМ на конференции в немецком городе Дармштадте произвел сенсацию: малоизвестная за пределами СССР БЭСМ оказалась лучшей в Европе!
В 1958 г. БЭСМ была подготовлена к серийному производству. Память на потенциалоскопах была заменена ферритным ЗУ. Машина получила название БЭСМ-2, выпускалась одним из заводов Казани, ею оснащалось большинство крупных вычислительных центров страны. Судьба «Стрелы» была иной. Было выпущено всего семь ее экземпляров. Экземпляр, работавший в Вычислительном центре АН СССР, был отдан Московской кинофабрике для постановки фильмов. Никто другой взять не захотел.
«Хорошая будет машинка!»
Задержка серийного выпуска БЭСМ произошла не только вследствие жесткой политики Министерства машиностроения и приборостроения СССР, вознамерившегося всеми правдами и неправдами завоевать лидерство в новой области техники. «Виноватой» оказалась и новая ЭВМ М-20, задуманная С.А. Лебедевым вскоре после «поражения» в соревновании с министерством. Цифра в названии указывала на ожидаемую производительность (20 тыс. операций в секунду). Такой скорости вычислений не имела ни одна машина в мире. Ее, а не БЭСМ, предполагал Лебедев запустить в серийное производство. Были все основания рассчитывать на успех: заканчивалась разработка новых быстродействующих элементов, появились весьма совершенные феррит-ные ЗУ, коллектив разработчиков вырос и накопил большой опыт. К тому же (и это было главным) Сергей Алексеевич добился постановления правительства, обязывавшего СКБ-245 работать совместно с ИТМ и ВТ АН СССР. Последнему было предписано разработать идеологию машины, ее структуру, схемы, элементную базу, СКБ-245 — техническую документацию и изготовить опытный образец. Главным конструктором был назначен С.А. Лебедев, его заместителем — М.К. Сулим (СКБ-245).
Начали работать над машиной трое: С.А. Лебедев, М.Р. Шура-Бура и П.П. Головистиков. Лебедев разрабатывал идеологию машины, ее структуру, Шура-Бура составлял систему команд, занимался проработкой математических вопросов, Головистиков превращал их решения в конкретные схемы, основанные на разработанных им динамических элементах (на пальчиковых лампах), составлял схемы АУ и устройства управления. Быстро появились структура машины, система команд, схемы основных устройств. Было использовано много новых логических операций, что значительно облегчало программирование, введена модификация адресов. Для увеличения быстродействия в АУ разрабо-
тана цепь грубого переноса, дополнявшая сквозной перенос. В результате время выполнения элементарной операции сложения значительно сократилось. Сдвиги можно было производить непосредственно на 1, 2, 4 разряда, что значительно ускоряло выравнивание порядков и нормализацию результатов при операции сложения (вычитания). Эти и многие другие новшества мало отражались на количестве ламп. Увеличивалось в основном количество диодов, но к тому времени они уже были не ламповые, а полупроводниковые (германиевые), небольших размеров и надежные в эксплуатации.
«Хорошая будет машинка!» — вырвалось как-то у Сергея Алексеевича. Эта фраза запомнилась Головистикову.
П.П. Головистиков (50-е гг.)
Одновременно велись работы по созданию ферритного ЗУ (В.В. Бардиж, А.С. Федоров, М.П. Сычева и др.), устройств внешней памяти и периферийных устройств (А.Р. Валашек, Н.П. Зубрилин, М.В. Тяпкин и др.).
В конце 1955 г. в институте началось изготовление макета машины. В 1956 г. проводилась его наладка, в которой участвовали сотрудники не только лаборатории № 1, но и других организаций. Многие предприятия были заинтересованы в скорейшем окончании работ. Страна очень нуждалась в машинах подобного класса.
К началу 1957 г. изготовление опытного образца машины в СКБ-245 было закончено. Всем пришлось переключиться на наладку опытного образца ЭВМ М-20. Как и при наладке БЭСМ, самое активное участие в ней принимал Лебедев. Все организационное обеспечение наладки осуществлял Сулим. Однако не все шло так гладко, как в начале разработки. Многократно проверенные на малых макетах динамические элементы в большом комплексе почему-то стали работать ненадежно. Это было замечено еще при наладке макета ЭВМ М-20 в институте, но детально причины ненадежности выяснены не были, так как следовало начинать наладку опытного образца. В СКБ-245 были недоброжелатели машины М-20 (конечно, вне коллектива разработчиков и наладчиков), которые распространяли мнение о непригодности динамических элементов и неправильно выбранной элементной базе, предлагали идти обычным путем, т. е. использовать большое количество ламп. Некоторое разочарование испытывал и Сергей Алексеевич: все шло так хорошо, быстро и вдруг — затор. Возникли неприятности у Сулима с начальством СКБ-245, требовавшим скорейшего окончания работ.
Сложившаяся ситуация с ЭВМ М-20 привела Сергея Алексеевича к решению о запуске в серийное производство БЭСМ. Этому способствовали появившиеся благоприятные обстоятельства, во много раз уменьшавшие объем работ по организации серийного производства БЭСМ: имелись готовые конструктивы машины М-20, пригодные и для БЭСМ, были созданы надежные пальчиковые лампы с характеристиками ламп, применяемых в БЭСМ, и высоковольтные германиевые диоды, позволявшие без всяких изменений схем заменить ламповые диоды, использованные в БЭСМ; на выходе было ферритное ЗУ ЭВМ М-20, которое могло быть успешно использовано в БЭСМ вместо потенциа-лоскопов.
Подготовкой серийного производства машины занимались ведущие разработчики БЭСМ: К.С. Неслуховский, А.Н. Зимарев, В.А. Мельников, А.В. Аваев и др., не занятые работами на М-20 и специализированных машинах. Они проделали работу по запуску машины в серию за два-три квартала, чему способствовала существовавшая тогда простая система технической документации.
Итак, в первой половине 1958 г. появилась серийная машина БЭСМ-2, внешне очень похожая на М-20.
Однако тревожная обстановка на ЭВМ М-20 царила не долго. Элементы машины были усовершенствованы (П.П. Головистиковым, В.Н. Лаутом, А.А. Соколовым).
Так или иначе, к началу 1958 г. М-20 заработала надежно; в том же году она была успешно принята Государственной комиссией с оценкой «самая быстродействующая в мире» и запущена в серию. Получилось так, что М-20 и БЭСМ-2 появились почти одновременно. Потребность в быстродействующих вычислительных машинах была так велика, что М-20 обеспечивали только самые важные работы в стране. Производство БЭСМ-2 намного снижало вычислительный голод.
Работа коллективов ИТМ и ВТ АН СССР и СКБ-245, создавших М-20, была выдвинута на соискание Ленинской премии. Однако М-20 постигла судьба МЭСМ… Работу отклонили. Почему, не берусь судить. Знаю только, что член Государственной комиссии бывший директор ИТМ и ВТ АН СССР Н.Г. Бруевич высказал в дополнение к акту о приемке ЭВМ М-20 особое мнение. Сославшись на то, что в США уже несколько лет работает ЭВМ «Норк», выполняющая 20 тыс. операций в секунду (что было неверно!), и «забыв» о том, что в М-20 1600 ламп вместо 8000 в американской, он дал согласие на серийный выпуск М-20, но в то же время выразил сомнение в высоких качествах машины, что могло повлиять на решение комиссии по Ленинским премиям.
«Везло» Сергею Алексеевичу на «творческих» соперников!
При подготовке рукописи я побывал у одного из немногих еще живущих сейчас создателей М-20 П.П. Головистикова. Петр Петрович с большой теплотой рассказывал о Лебедеве, его умении увлечь сотрудников творческой работой, большом обаянии личности ученого, о годах создания БЭСМ и М-20, о том, как жил в те годы, а точнее — ютился в полуподвальном крохотном помещении, и как счастье творчества делало жизнь одухотворенной, позволяло не замечать жизненных неудобств. В конце разговора я не удержался, спросил, есть ли у него какие-либо критические замечания по отношению к своему учителю. «Одно есть! — сказал Головистиков. — После завершения работ по БЭСМ и М-20 меня назначили заведующим лабораторией новых элементов, и я был вынужден заниматься организационной работой в ущерб научным исследованиям. Думаю, что из-за этого я сделал для науки, пожалуй, меньше, чем мог!». Мы оба посмеялись: если бы только такими недостатками страдали большие руководители!
Как и Сергея Алексеевича, его интересовали не должности, не награды, а ДЕЛО — возможность творить, создавать новые, все более и более совершенные ЭВМ.
М-20 зарекомендовала себя с самой лучшей стороны. Не случайно позднее появились ее «близнецы» — полупроводниковые М-220 и М-222, повторившие ее архитектуру и структуру (главный конструктор М.К. Сулим, СКБ-245).
Г.А.Михайлов
Послевоенный ренессанс
То, как трудились С.А. Лебедев и коллективы, которыми он руководил, было скорее правилом, чем исключением. Не мне и не авторам тех замечательных работ приписывать им прилагательное «героический», но задуматься на их примере о том, каков КПД дел современных, от чего и кого он зависит и чем определяется, вполне уместно и небесполезно. Об одной из таких давних историй, практически не замеченной современниками и впоследствии забытой, хочется рассказать, чтобы еще раз пояснить обстановку того времени и добавить несколько слов о том, как воспринимали С.А. Лебедева современники.
Мало кто знает, что в ноябре 1953 г., т. е. через полугодие после завершения отладки БЭСМ, в Институте атомной энергии была введена в действие и в течение семи лет успешно эксплуатировалась первая в стране ЭВМ последовательного действия ЦЭМ-1. Решение о ее разработке сформировалось почти случайно. Академику Сергею Львовичу Соболеву, крупнейшему математику (в ту пору заместителю Курчатова), попал в руки американский журнал с описанием ЭВМ ЭНИАК. Шел 1950 г. Вероятно, ему было кое-что известно о разработках отечественных ЭВМ «Стрела» и БЭСМ, начавшихся в то время. Ученый передал журнал руководителю измерительной лаборатории института Н.А. Явлинскому. После чего журнал оказался в руках молодого специалиста, три года назад окончившего Ивановский энергетический институт, Геннадия Александровича Михайлова. Среди скудных зарубежных публикаций он разыскал еще две или три статьи в английских журналах о машине ЭДСАК, построенной в Кембриджском университете. Однако в них приводились лишь блок-схема и паспортные данные машины.
Двоичная система счисления в те времена тоже б, ыла откровением, не говоря уже о программировании. Не было и литературы по численным методам решения задач. Была еще одна трудность: бригада, проектировавшая, монтировавшая и потом налаживавшая машину, включая Михайлова, состояла из четырех человек — двух инженеров и двух техников.
Так же как все схемы первых ЭВМ (МЭСМ и БЭСМ) были разработаны самим Лебедевым, так и схемы ЦЭМ-1 были составлены Михайловым. Иной вариант в тех условиях «не проходил».
В ЦЭМ-1 сразу же была задействована оперативная память на 128 двоичных 31-разрядных чисел на ртутных линиях задержки по 16 чисел в каждой, с последовательной выборкой на частоте 512 кбит/с. Емкость памяти позднее была доведена до 496 чисел и добавлено внешнее ЗУ — 4096 чисел на магнитном барабане. Ввод и вывод данных были организованы на основе телеграфного аппарата СТ-35, цифропечать на телеграфной ленте дублировалась 5-дорожечной перфолентой; ввод данных — с такой же перфоленты через фотосчитывающее устройство на приличной скорости. За режимами в основных блоках машины можно было наблюдать на осциллографе-мониторе — прообразе современных дисплеев. Средняя скорость выполнения операций сложения и вычитания 495 операций в секунду, умножения и деле. ния — 232. В машине было задействовано около 1900 радиоламп, потреблявших около 14 кВт. Размещалась она в шести металлических стойках-шкафах размерами порядка 80x180x40 см каждый. Вопреки опасениям ЦЭМ-1 работала вполне надежно. Основное беспокойство доставляли ртутные трубки — при длине 1000 мм и диаметре кварцевого акустического излучателя 18 мм нужно было постоянно следить и за острой направленностью ультразвукового луча, и за уровнем отражений от приемного кварца. А таких трубок было 32. Еженедельная профилактика обеспечивала достаточно надежную эксплуатацию.
Можно с полным правом утверждать, что, несмотря на ряд публикаций в зарубежных журналах, разработка ЭВМ в те годы оставалась самостоятельной, оригинальной, основанной на догадках и изобретательности. ЦЭМ-1 во многом отличалась от ЭДСАК: по-иному было реализовано умножение (с округлением), введена операция деления (без восстановления остатка), одноадресная система команд заменена двухадресной. Это, кстати, было сделано по предложению С.А, Лебедева уже в период наладки машины — пришлось переделать часть монтажа. Совершенно оригинальной оказалась система модификации команд посредством «признаков» — она очень способствовала сжатию программ, что при ограниченной оперативной памяти имело огромное значение.
Одну из первых программ составил С.Л. Соболев — интегрирование дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта — для обретения навыков программирования. Г.А. Михайловым были разработаны набор программ ввода-вывода, диагностики, а также «потребительские» программы для вычисления интегралов, решения систем уравнений, обращения матриц и др.
В день избрания академиком
Далеко не сразу ЦЭМ-1 получила признание даже в родных стенах. Руководитель одного из отделений института — академик Лев Андреевич Арцимович, талантливейший физик, экспериментатор и теоретик, прекрасно владея аналитическим математическим аппаратом, вполне мог позволить себе скептическое отношение к таким новациям. Но пришло время, когда и он убедился в полезности и силе ЭВМ: в конце 1954 г. ГА. Михайлов запрограммировал и решил уравнение, составленное СМ. Осовцом (из команды теоретиков МЛ. Леонтовича), которое описывает процесс сжатия плазменного шнура в экспериментах по управляемому термоядерному синтезу. Арцимович поначалу забраковал результат — ускоряющееся сжатие с наложенными на него колебаниями, однако после трех-четырех дней теоретического анализа пришел к такому же результату, а еще неделю-другую спустя из архивов были извлечены осциллограммы, отвергнутые ранее жак брак эксперимента, подтверждающие этот неожиданный эффект.
Позднее на ЦЭМ-1 было выполнено немалое количество расчетов по режимам атомных реакторов, расчету дозиметров и пр. С машиной ознакомились С.А. Лебедев, АЛ. Ляпунов, МД. Миллионщиков и др.
Рассказ Г.А. Михайлова добавляет новые штрихи к портрету Сергея Алексеевича.
«В 50-е годы, работая рядовым инженером в Институте атомной энергии им. Курчатова, довелось мне оказаться знакомым со многими нашими выдающимися учеными, с кем-то близко, лично — с СЛ. Соболевым, ЛЛ. Арцимовичем, МЛ. Леонтовичем, кого-то видеть на расстоянии, слушать их доклады, выступления (VLB. Курчатов, HJC Кикоин, НЕ. Тамм, А.Ф. Иоффе, RB. Тимофеев-Ресовский, молодой АД. Сахаров.).
Приятно вспомнить, что моими экзаменаторами перед защитой кандидатской диссертации были академики Арцимович и Лебедев — по вычислительной технике. Одним словом, в памяти сохранились многие яркие личности из нашей науки 50-60-х годов. И вот боюсь, что среди них Сергей Алексеевич Лебедев по сугубо внешним признакам оказался бы совершенно неприметен — ни статью, ни волевым лицом… В том-то и дело, что, как мне кажется, эта незаметность — при очень мощном таланте — и была главной внешней отличительностью Сергея Алексеевича.
О нем как исключительно талантливом ученом впервые я услышал от своих коллег по лаборатории. Все мы во главе с Н.А. Явлинским переселились в Институт атомной энергии из ВЭИ, где работал Лебедев. Явлинский и Лебедев дружили и сами, и семьями, пока Явлинский, его жена и сын не погибли в 1962 г. в авиакатастрофе. Благодаря этой дружбе посчастливилось видеть Сергея Алексеевича и на семейных празднествах. И здесь он оставался неприметным. О славословии, лести, даже тщательно замаскированной, не могло быть и речи».
В 1959 г. Г.А. Михайлов переехал в Киев, стал руководителем отдела в Вычислительном центре АН Украины (ныне Институт кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины). Он продолжает: «Летом 1961 г. Сергей Алексеевич, по-видимому, в последний раз приезжал в Киев, с которым многое его связывало. Был он в нашем Вычислительном центре, уже переселившемся из Феофании на Лысогорскую. Организовали — ему поездку в Феофанию, почти в одиночку, на озеро, в лес. К тому времени почти все главное им было уже сделано: он стал академиком, лауреатом Ленинской премии, Героем соцтруда… Казалось бы, в самый раз рассчитывать только на почести, да еще не в столице. Но ничего подобного и в помине не было: торжественных сборов, встреч, банкетов и пр. — ничего этого он бы не потерпел. Из его визита и для нас не делалось секрета, но, наверное, совсем немногие о нем знали.
И уж совсем смущенным выглядел он на своем юбилее в конференц-зале ИТМ и ВТ АН СССР в подаренных узбекском халате и тюбетейке.
Ни от кого не довелось слышать о нем плохого слова. И вместе с тем нельзя было назвать его безграничным добряком. На том самом экзамене, о котором упомянуто выше, Сергей Алексеевич преспокойно „влепил“ своему же аспиранту заслуженную двойку. Помнится, в беседе о защите диссертаций он заметил не без иронии про свой институт: „А у нас — разделение труда: одни делают машины, другие защищаются“.
Посетив нашу лабораторию и дотошно оглядев ЦЭМ-1, Сергей Алексеевич удивил нас вопросом: „А кувалдочкой вы по ней не стучите?“. Оказалось, что на БЭСМ кувалда — это штатный инструмент, а удары ею по железному каркасу машины — один из элементов профилактики! Столь же удивительным теперь показался бы приказ не допускать решения задачи дольше 15 минут без повторного пересчета с тем, чтобы не расходовать машинное время впустую».
Все описанное выше относится к ЭВМ на электронных лампах, или ЭВМ первого поколения. Второе поколение создавалось на безламповых элементах. Первыми полупроводниковыми ЭВМ семейства БЭСМ стали БЭСМ-ЗМ и БЭСМ-4.
Интересно отметить, что их появление также явилось результатом энтузиазма молодых. Дело в том, что работы по их созданию проводились в СКВ ИТМ и ВТ АН СССР инициативно, сверх плана молодыми инженерами и техниками.
По воспоминаниям одного из участников разработки А.А. Грызлова, в 1964 г. относительно небольшая группа молодых сотрудников, среди которых были инженеры, техники и самоучки, получила задание освоить первые полупроводниковые элементы. Это был этап в подготовке сотрудников СКВ к предстоящей работе по БЭСМ-6. Вначале им было поручено для накопления опыта разработать макеты основных узлов ЭВМ. В дальнейшем группа решила проверить созданные ими узлы в комплексе, изготовив небольшой макет машины. Он был собран и получил название БЭСМ-ЗМ. Окрыленные успехом новички осмелели. Возникла дерзкая идея: создать на базе имеющегося макета «свою» машину, повторяющую структурно-логическую схему ЭВМ М-20, но с использованием новых элементов. Инициативу молодежи поддержал руководитель тогдашнего СКВ О.П. Васильев. Лебедев не противился замыслу «неоперившейся» молодежи. Так появилась БЭСМ-4. Ее создание — еще один пример творческой и доброжелательной атмосферы, характерной для лебедевского института.
Государственная комиссия под председательством А.А, Дородницына отметила высокие эксплуатационные и конструктивные качества первой отечественной полупроводниковой универсальной ЭВМ. Она отличалась надежностью, малыми размерами, низкой стоимостью и имела большой успех у пользователей.
Когда через год после ее установки в Вычислительном центре АН СССР поинтересовались, как она работает, ответ был такой: «Ваша машина разлагает молодых инженеров. Они не выполняют профилактических работ, так как машина не имеет сбоев — она слишком надежна». Комментарии излишни.
Триумф ученого
После завершения работ по ламповым БЭСМ-2 и ЭВМ М-20 началось проектирование полупроводниковой БЭСМ-6 — шедевра творчества коллектива ИТМ и ВТ АН СССР, первой супер-ЭВМ второго поколения. С.А. Лебедеву — главному конструктору БЭСМ-6 — активно помогали его ученики, ставшие заместителями и выросшие к этому времени в известных молодых ученых, — В.А. Мельников и Л.Н. Королев.
Был тщательно изучен и проанализирован мировой опыт проектирования ЭВМ сверхвысокой производительности. Все, что соответствовало целям, поставленным при разработке машины, было взято на вооружение. По инициативе и при активном участии Лебедева было проведено математическое моделирование будущей машины. Исходя из намечаемого для нее комплекса задач определены состав устройств, их внутренние связи, система команд, тщательно отработаны полупроводниковые элементы.
БЭСМ-6
Результатом явилась оригинальная и удобная для программирования система команд, простая внутренняя структурная организация БЭСМ-6, надежная система элементов и конструкция, упрощающая техническое обслуживание. Такой подход к решению сложных технических задач не потерял своего значения и сейчас. Его можно сформулировать как принцип обоснованности принятых решений, которому СА. Лебедев следовал всю жизнь.
БЭСМ-6 стала первой отечественной вычислительной машиной, которая была принята Государственной комиссией с полным математическим обеспечением. В его создании принимали участие многие ведущие специалисты страны. Лебедев одним из первых понял огромное значение совместной работы математиков и инженеров в создании вычислительных систем. Значение этого становится очевидным, когда разработка эффективной вычислительной техники перерастает из проблемы инженерно-технологической в проблему математическую, которую можно решить только совместными усилиями инженеров и математиков.
Наконец — и это тоже важно, — все схемы БЭСМ-6 по инициативе СА. Лебедева были записаны формулами булевой алгебры. Это открыло широкие возможности для автоматизации проектирования и подготовки монтажной и производственной документации. Она выдавалась на завод в виде таблиц, полученных на БЭСМ-2, где проводилось и моделирование структурных схем. В дальнейшем система проектирования была существенно усовершенствована, благодаря работам ГТ. Рябова (система «Пульс»).
Лауреаты Государственной премии за разработку БЭСМ-6 С.А. Лебедев и В.А. Мельников
Основные принципиальные особенности БЭСМ-6: магистральный, или, как в 1964 г. назвал его СА. Лебедев, водопроводный принцип организации управления; с его помощью потоки команд и операндов обрабатываются параллельно (до восьми машинных команд на различных стадиях); использование ассоциативной памяти на сверхбыстрых регистрах, что сократило количество обращений к ферритной памяти, позволило осуществить локальную оптимизацию вычислений в динамике счета; расслоение оперативной памяти на автономные модули, что дало возможность одновременно обращаться к блокам памяти по нескольким направлениям; многопрограммный режим работы для одновременного решения нескольких задач с заданными приоритетами; аппаратный механизм преобразования математического адреса в физический, что дало возможность динамически распределять оперативную память в процессе вычислений средствами операционной системы; принцип полистовой организации памяти и разработанные на его основе механизмы защиты по числам и командам; развитая система прерывания, необходимая для автоматического перехода с решения одной задачи на другую, обращения к внешним устройствам, контроля их работы.
В электронных схемах БЭСМ-6 использовано 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. полупроводников-диодов. Элементная база БЭСМ-6 по тем временам была совершенно новой, в ней были заложены основы схемотехники ЭВМ третьего и четвертого поколений. Принцип разделения сложной машинной логики, построенной на диодных блоках, от однотипной усилительной части на транзисторах обеспечили простоту изготовления и надежность работы. Среднее быстродействие машины достигло 1 млн. операций в секунду.