Сын эпохи

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

Сын эпохи

«Не веря ни злым и ни льстивым судьям,

Я верил всегда только в свой народ.

И, счастлив от мысли, что нужен людям,

Плевал на бураны и шел вперед».

Э. Асадов

Выдающийся талант

В 1954 г. во время командировки в Москву я побывал в СКБ-245 Министерства машиностроения и приборостроения — одной из самых известных тогда организаций, занимавшихся разработкой вычислительной техники. В ответ на просьбу ознакомить с новыми разработками меня отвели в обширное помещение, где монтировалась ЭВМ «Урал-1», и познакомили с главным конструктором машины. Им оказался Башир Искандарович Рамеев.

Эту фамилию я слышал, и раньше и знал, что он — один из разработчиков «Стрелы» — первой отечественной ЭВМ, выпущенной промышленностью.

Передо мной стоял среднего роста, ладно скроенный, немного худощавый молодой человек в очках. В разговоре был немногословен, говорил без каких-либо эмоций. Мы были примерно одного возраста, но я как-то сразу почувствовал, что жизненный и профессиональный опыт у него куда больше моего.

Так началось наше знакомство. В последующие годы, когда Рамеев работал в Пензе, я видел его только изредка, когда проходили представительные конференции по вычислительной технике и на них съезжались специалисты со всего Советского Союза.

Сколько мне помнится, в списке маститых докладчиков фамилия Рамеева отсутствовала. Это нисколько не мешало его авторитету и известности возглавляемой им пензенской научной школы, добившейся признания благодаря огромному творческому труду, вложенному в разработку и выпуск универсальных ЭВМ. В те годы пензенские машины работали в каждом втором вычислительном центре страны. Если С.А. Лебедев и руководимый им столичный коллектив обеспечили разработку супер-ЭВМ и организовали их серийный выпуск, разработка и серийный выпуск «рядовой», более широко используемой вычислительной техники были обеспечены провинциальной Пензой!

Наше сближение произошло в 70-х годах, когда Б.И. Рамеев стал работать в ГКНТ СМ СССР. Мне приходилось часто бывать там, поскольку научная тематика Института кибернетики АН Украины утверждалась комитетом, и, приезжая в Москву, я старался каждый раз заглянуть к старому знакомому.

В 1984 г. вышла в свет моя книга «Путь солдата» о годах, проведенных на войне. Я подарил ее Рамееву, и она ему понравилась.

Может быть поэтому, когда в 1991 г. он узнал, что собираюсь написать еще одну книгу, на этот раз об истории вычислительной техники, то не колеблясь согласился помочь и передал мне много интересных материалов, дополнив их рассказами о первых годах становления и развития ЭВМ.

При последующих встречах я очень хорошо узнал этого незаурядного, исключительно скромного и талантливого человека.

Б.И. Рамеев избегал газетчиков, журналистов, был чужд какой-либо рекламы своих работ. О нем и о том, что им сделано, упоминается лишь в немногих публикациях. Может быть поэтому только специалистам известно, что он (вместе с И.С. Бруком) разработал первый в Советском Союзе проект электронной цифровой вычислительной машины, получил первое свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ (с общей шиной), был заместителем главного конструктора первой серийной ЭВМ «Стрела», первым в стране сформулировал и реализовал в разработанном под его руководством семействе машин принцип программной и конструктивной совместимости. Как и Лебедев, этот человек считал работу по созданию ЭВМ главным делом своей жизни, отдал ей себя целиком и достиг выдающихся результатов, сопоставимых с лучшими достижениями за рубежом. Не получив высшего образования (как «сына врага народа» его в 1938 г. выгнали из института), он стал главным, а по существу — генеральным конструктором универсальных ЭВМ, названных им «Уралами», — в память о родных местах, где прошли детство и юность.

В одной из стенгазет, выпущенных в пензенском институте, где работал Рамеев, сотрудники посетовали на характер своего руководителя, приписав ему такие слова: «Мне проще сделать еще одну ЭВМ, чем выйти на трибуну и выступить с докладом».

Действительно, он почти не выступал на конференциях и высоких собраниях. Результаты его творчества. отражены, в основном, в технических отчетах, в рабочей документации на производство ЭВМ, в самих ЭВМ, в достижениях тех организаций, где в 60-е и 70-е гг. работали «Уралы».

Его стараниями Пенза стала колыбелью мощной научной школы в области универсальной цифровой электронной вычислительной техники. Сам Рамеев называет ее по имени города пензенской, хотя, по существу, это именно его детище, со своим направлением, традициями, подготовленными им высококвалифицированными кадрами.

Когда в конце 60-х годов встал вопрос о переходе к ЭВМ нового (третьего) поколения, Рамеев с полным правом мог рассчитывать на ведущую роль пензенской школы в этой работе и развернул активную подготовительную деятельность.

Как и Лебедев, Рамеев был приверженцем отечественной линии развития вычислительной техники. При этом он и его сторонники рассчитывали на тесное сотрудничество с европейскими фирмами, которые, в отличие от американских, искали сближения с Советским Союзом, стремясь избавиться от монополии США на рынке сбыта ЭВМ.

Научно обоснованные предложения Лебедева, Рамеева, Глушкова — наиболее авторитетных ученых того времени — не были учтены руководящей элитой, принявшей волевое решение о повторении устаревшего американского семейства ЭВМ IBM-360. He согласившегося с таким решением Рамеева, находящегося в расцвете сил и таланта (ему было всего 44 года), успевшего к этому времени совместно с подготовленным им замечательным коллективом разработчиков создать и запустить в производство почти полтора десятка универсальных и специализированных ЭВМ различных типов и более ста различных периферийных устройств, отодвинули в сторону как лишнюю пешку, мешавшую столичным игрокам.

Итог административного решения был плачевен, а еще лучше сказать — трагичен. Созданная единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ), воплотившая устаревшие идеи, заложенные в IBM-360, не выполнила своего назначения, не оправдала затрат и возлагавшихся на нее надежд. Большинство из более чем 13 тысяч выпущенных и еще не исчерпавших технический ресурс ЭВМ уже не используются, а эффект от использования оставшихся в эксплуатации меньше требуемых при этом расходов. Таков финал волевого решения, против которого выступал Рамеев.

Готовя материал книги, я побывал у М.М. Ботвинника, давнего друга ученого. Мне хотелось услышать его мнение о Рамееве как человеке и товарище.

Ботвинник, приятно удививший меня своей моложавостью (ему за 80), рассказал о своей первой встрече с Б.И. Рамеевым (во время поездки в Пензу), о возникшей уже тогда глубокой симпатии к новому знакомому. Мягкий и добрый, скромный и честный до предела — таким ему видится Рамеев. И в то же время — совершенно выдающийся талант, уникальное сочетание технического склада ума с мастерством практического воплощения. Трудное начало жизни (арест отца в 1933 г.) не помешало ему сохранить достоинство, любовь к людям, желание принести максимальную пользу стране, в которой он родился и живет.

Поколения ЭВМ быстро сменяют друг друга. Машины, которые разрабатывал Б.И. Рамеев, относились к первому, второму и третьему поколениям. Когда-то они составляли основную часть парка универсальных ЭВМ Советского Союза. Сейчас они если и сохранились, то только в музеях или у очень заботливых хозяеа Безжалостное время уничтожит и те, что остались. Не Рамеева вина в том, что дальнейшему развитию «Уралов» был поставлен административный заслон. Слишком неравными были возможности противоборствующих сторон. Ход событий показал, что это была пиррова победа, не принесшая славы победителям. Имя же главного конструктора «Уралов» навсегда войдет в историю вычислительной техники так же, как имя С.А. Лебедева и других замечательных ученых, сумевших в годы становления электронной вычислительной техники вывести Советский Союз в число лидеров компьютеростроения.

Родительские корни

Дардмэнд (Закир Рамеев)

Башир Искандарович Рамеев родился 1 мая 1918 года. В его паспорте указана другая дата — 15 мая. Отец, регистрируя через много лет рождение сына (когда началась паспортизация), ошибся на пятнадцать дней.

Жизнь и деятельность этого человека, как в зеркале, отражает многие стороны эпохи, начавшейся в октябре 1917 года.

Его дед — Закир Садыкович Рамеев (1859–1921) был поэтом, классиком татарской литературы. Свои стихи подписывал псевдонимом Дардмэнд, что в переводе с персидского означает опечаленный, сострадающий. Этот добрый и просвещенный человек состоял членом или председателем многих благотворительных обществ, издавал газету и журнал, много сделал для становления татарской культуры. При жизни писателя была опубликована лишь одна книга его стихов, переведенных на русский язык. Она была издана тиражом в две тысячи экземпляров. Поэт остался практически неизвестным широкой читательской аудитории.

Между тем его стихотворения, даже в переводе, прекрасны и звучат очень современно: конец XX века стал таким же бурным, как его начало. Внук писателя — Башир Искандарович Рамеев, о котором я начинаю рассказ, передал мне некоторые, и я не могу удержаться, чтобы не привести здесь одно из них.

Мы

Прошли года, прошли века и времена.

Ушли цари, ушли пророки, племена.

Прошли века — за караваном караван,

Пришло и вновь ушло из мира столько стран!

О, прах и тлен дворцовых стен и крепостей!

А под землей покрыта мглой гора костей!

Пески взметет бураном бед, исчезнет след, —

Так мы умрем, так мы уйдем на склоне лет.

Скиталец тот, кто в мир пришел на краткий час.

Взревело время, чтобы он пустился в пляс.

Оно зажгло гнилых надежд ненужный сор,

И привела его дорога… на костер…

К великому сожалению, основная часть поэтического наследия поэта после его смерти была утеряна. Шел голодный и холодный 1921 год. Многим было не до поэзии.

Но все это открывается лишь сейчас, в годы, когда восстанавливается справедливость и отдается приоритет общечеловеческим принципам, а не классовым интересам.

Дело в том, что Закир Рамеев был богатым золотопромышленником, членом Государственной Думы, убежденным либералом. То, что он основную часть своих доходов тратил на благотворительность и содержание сирот, на обучение за границей талантливых молодых людей с целью подготовки татарской интеллигенции, стало после революции не заслугой, а большой виной. Расплачиваться за нее пришлось сыну Искандару и внуку — Баширу.

Искандар был послан отцом учиться в Германию, в Горную академию в г. Фраейберге. Вернулся в Россию за день до начала Первой мировой войны. Работал у отца на одном из приисков, а после революции — главным инженером на медеплавильном заводе в местечке Баймак. В 1929 г. его арестовали в первый раз, но через год выпустили, не предъявив никаких обвинений. Баширу тогда было 11 лет. Он еще не представлял всех последствий нагрянувшей беды, но интуитивно готовился к ней — устроился работать сначала фотографом в геологической экспедиции, потом — переплетчиком. Закончил школу в Уфе, куда в 1935 году переехала вся семья. Отец устроился заведующим лабораторией в тресте «Башзолото». Талантливый инженер, он разработал и применил на одном из приисков автоматическую бегунную фабрику, которую обслуживал один человек. Резко увеличился выход золота.

Но… наступили годы предвоенных репрессий. В апреле 1938 г. его вновь арестовали. Чертежи фабрики исчезли в недрах архивов НКВД. После двух лет следствия он был осужден на пять лет и выслан в лагерь в Кемеровской области. В 1943 году, не дождавшись десяти дней до освобождения, умер…

Лишь через двадцать лет Искандар Закирович Рамеев был реабилитирован посмертно.

А тогда, с апреля 1938 года, Башир Рамеев стал «сыном врага народа».

К этому времени, сдав экстерном экзамены за 10-й класс средней школы, Башир успел стать студентом 2-го курса Московского Энергетического института. К технике его тянуло с детства. Он увлекался радиолюбительством. Сделал и представил на конкурс в Москву радиоуправляемую модель бронепоезда. Двигаясь по рельсам, бронепоезд стрелял из пушки, ставил дымовую завесу. О необычной модели писалось в «Огоньке», «Известиях», «Комсомольской правде». (В 1935 г., когда ему было 17 лет, он стал членом Всесоюзного общества изобретателей.)

Из-за ареста отца пришлось оставить институт. Башир вернулся в Уфу. Долго не мог устроиться на работу, — никто не желал иметь дела с «сыном врага народа». Выручил старый знакомый из комитета Башрадио — принял заведующим радиокабинетом. Когда в 1939 г. призывался в армию, обнаружилась болезнь легких. Решил поехать в Крым, подальше от Уфы, туда, где о нем ничего не знали, с намерением устроиться на работу в санаторий, дом отдыха или пионерский лагерь и к тому же подлечиться. Прошел пешком все побережье Крыма — денег не было, но работу найти так и не смог, — и здесь он был никому не нужен. Вернулся в Москву, где, наконец, устроился техником в Центральный научно-исследовательский институт связи. Шел предвоенный 1940 год.

Баширу повезло: ему разрешили делать то, что он хотел, и не без пользы. В первые недели войны он предложил способ обнаружения с самолета затемненных объектов — по инфракрасному излучению, проходящему через зашторенные окна. Изобрел релейное устройство для включения в случае воздушной тревоги громкоговорителей. В армию его снова не взяли, и тогда он пошел добровольцем в батальон связи Министерства связи СССР.

Батальон обслуживал Ставку Верховного командования и Генеральный штаб. Вначале Башир попал в группу разработчиков шифровальной аппаратуры. Как это получилось — он и сейчас не знает. Видимо, начальству было не до анкет. Разработанный группой аппарат был принят на вооружение и некоторое время использовался. Вместе с батальоном Рамеев выезжал в Арзамас, Горький, куда намечалось переместить Генеральный штаб, участвовал в установке необходимой аппаратуры.

В период подготовки к освобождению Киева для обеспечения УКВ связью войск при форсировании Днепра была сформирована специальная группа в 20 человек, оснащенная передвижными радиостанциями. В составе этой группы в сентябре 1943 г. он был направлен на 1-й Украинский фронт. После выполнения задачи по обеспечению связью войск при форсировании Днепра и освобождении Киева группа была расформирована, и он вернулся в Москву.

В 1944 году его освободили от службы в соответствии с приказом о специалистах, направляемых для восстановления народного хозяйства. Он поступил на работу в ЦНИИ № 108. В анкете написал, что отец умер, не указав — где. Перед этим еще пытался чего-то добиться: отослал письмо Сталину, где, описав свои мытарства, попросил помощи, поскольку слова вождя о том, что сын за отца не отвечает, не учитывались на местах. Вместо ответа получил вызов на телефонный разговор (бумажку с вызовом хранит до сих пор). Грубо предупредили: «Живи тихо и больше никуда не пиши».

Уже тогда он понял, что надо сделать что-то необычное, выдающееся, очень важное для людей, для страны, чтобы его жизнь состоялась.

Работая в ЦНИИ № 108, руководителем которого был замечательный ученый академик Аксель Иванович Берг, один из тех, кто в дальнейшем внес существенный вклад в становление кибернетики, Б.И. Рамеев познакомился с расчетами и применением в радиолокационных приборах и устройствах основных элементов электронных схем, таких как триггеры, мультивибраторы, линии задержки, регистры, счетчики, дешифраторы и т. п., что очень помогло ему в последующей работе. В эти же годы он увлекся атомной физикой и изобрел устройство для ускорения заряженных частиц, на которое получил авторское свидетельство. Член-корр. АН СССР Лейпунский, познакомившись с его изобретением, заинтересовался молодым талантом и пригласил на работу в Обнинск, где в то время развертывались работы по атомной энергетике. Но кадровики с ученым не посчитались, — через полгода после подачи заявления Рамееву сообщили, что мест нет.

Озарение

Башир Искандарович Рамеев (50-е гг.)

В начале 1947 года, слушая Би-Би-Си, он узнал, что в США создана необычная электронная вычислительная машина, насчитывающая 18 тысяч электронных ламп, для соединения которых понадобились десятки километров кабеля. Речь шла о первой американской электронной ЭВМ ЭНИАК. Интуитивно понял, что это и есть та область науки и техники, о которой давно мечтал. Решил посоветоваться со своим директором, — академик А.И. Берг был очень доступным человеком. Ученый порекомендовал обратиться к Исааку Семеновичу Бруку, работавшему в Энергетическом институте АН СССР над созданием средств вычислительной техники. В его лаборатории уже действовал механический интегратор-анализатор — аналоговая вычислительная машина, очень громоздкая и неудобная в эксплуатации. Идея создания цифровых электронных машин в то время носилась в воздухе, Брук интересовался ею и был рад заполучить помощника-энтузиаста. В мае 1948 г. Башира зачислили инженером конструктором в его лабораторию. Он получил рабочее место в одном из двух кабинетов ученого (Брук не хотел «раскрывать карты» раньше времени).

Трудно поверить, но уже в августе 1948 г., т. е. всего через три месяца, появился первый результат — проект «Автоматическая цифровая электронная машина», подписанный чл. — корр. АН СССР И.С. Бруком и инженером Б.И. Рамеевым.

Копию этого уникального исторического документа, переданную мне Рамеевым, я привожу ниже (в сокращенном виде, оригинал хранится в Политехническим музее в Москве).

Автоматическая цифровая вычислительная машина

(Краткое описание)

Член-корр. АН СССР И.С.Брук

Инженер Б.И.Рамеев

Москва, август 1948 года

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. Введение

II. Общее описание АЦВМ

III. Описание отдельных элементов АЦВМ

1. Устройство для приготовления программной ленты и перевода входных данных из десятичной в двоичную систему

2. Главный программный датчик

3. Определитель знака, равенства и неравенства двух чисел

4. Сумматор

5. Умножитель

6. Делитель

7. Накопитель

8. Интерполятор

9. Устройство для перевода результатов вычисления из двоичной системы в десятичную и печатания их на бумаге

IV. Описание некоторых релейных элементов АЦВМ

1. Магнитное реле с двумя стабильными состояниями

2. Магнитный триггер

3. Магнитное реле, срабатывающее только при одновременном поступлении нескольких управляющих сигналов

4. Магнитное реле, срабатывающее при поступлении одного управляющего сигнала на любой из нескольких входов

5. Дешифратор

V. Приложение Таблица основных параметров быстродействующих цифровых вычислительных машин, разработанных и находящихся в разработке в Америке

I. Введение

В последнее время в иностранной печати стали появляться сведения о построенных и находящихся в постройке быстродействующих цифровых вычислительных машинах.

Первая машина, пущенная в Америке во время войны, — работающая на счетно-импульсном принципе посредством электромеханических счетчиков, представляет собой машину общего назначения для решения различных математических задач методом исчисления конечных разностей («Марк-1».-Прим. авт.).

Машина — сравнительно медленного действия с весьма ограниченной емкостью «памяти» (всего 60 чисел).

По имеющимся сведениям, эта машина широко использовалась наряду с дифференциальными анализаторами для решения ряда задач, связанных с разработкой пресловутого «Манхеттенского» проекта. Вслед за первой появилась вторая уже чисто электронная машина «ЭНИАК», предназначенная в первую очередь для решения задач внешней баллистики. Машина была построена по заказу артиллерийского ведомства для Эбердинского артиллерийского испытательного полигона.

Мы не останавливаемся на описании устройства этой машины, известном лишь в общих чертах по нескольким беглым обзорам, имеющимся в литературе, и на принципиальных недостатках ее и ее предшественника — Гарвардской машины. Существенно то, что в последнее время построением новых усовершенствованных машин занято несколько организаций в Америке. Строятся новые машины в Гарварде, две машины для «Бюро стандартов» и ряда университетов, институтов и специальных исследовательских центров армии и флота. Приступили к сооружению подобной машины в Англии, проектируется машина и во Франции.

В литературе немало сказано о различных задачах, для решения которых предназначаются эти машины. Составление таблиц функций, астрономические вычисления, обработка статистических данных и даже составление библиографических справочников. Однако не подлежит сомнению, что главным назначением этих машин, на сооружение которых затрачиваются очень большие средства, является решение ряда научно-технических задач, связанных с выполнением программы вооружений и возникающих при разработке объектов современной военной техники.

Так, например, «Бюро стандартов» — организация с функциями, аналогичными Палате мер и весов, организовало у себя большой отдел, в котором разрабатываются проблемы управляемых снарядов. Этим же вопросом занимаются, насколько можно судить только по отдельным отрывочным данным из журналов, несколько фирменных исследовательских лабораторий и специальные исследовательские центры армии и флота.

Одна из машин предназначена главным образом для выполнения вычислений, связанных с прогнозом погоды — задачи, имеющей немаловажное значение во время войны.

Наконец, имеется еще одна область, о которой, разумеется, уже ничего не пишут, но где подобного рода вычислительные устройства или отдельные узлы этих устройств могут играть очень большую роль. Это вопросы криптографии, имеющей исключительное значение в области разведки.

Подробное перечисление областей применения подобной машины не представляется возможным. Поэтому ограничимся общим указанием современных тенденций в методах научно-исследовательской и конструкторской работы, связанной с созданием новых объектов военной техники. Объекты эти очень дороги. Особенно велики затраты на сооружение первых образцов.

Путь от первоначального замысла до первого образца очень долог. Поэтому крайне важно заменить дорогостоящий эксперимент — расчетом. Всем известно, как труден и практически невыполним этот расчет даже в том случае, когда задача может быть более или менее удовлетворительно сформулирована математически.

Точность результата должна быть высокой, т. к. абсолютная погрешность при тех значениях величин, с которыми приходится иметь дело (например, большие скорости и дальности в управляемых снарядах), должна быть в узких границах.

Такие задачи немыслимо решить в сколь-либо приемлемый срок, пользуясь услугами вычислительного бюро. Непригодны для этой цели и всякого рода вычислители и модели в силу их «врожденной» неточности. Применение для решения задач быстродействующих цифровых вычислительных машин означает прежде всего огромную экономию времени, материальных средств и труда квалифицированных людей и позволяет обходиться сравнительно небольшим штатом высококвалифицированных специалистов, задачей которых является лишь формулировка задачи и оценка результатов.

Отмеченные выше обстоятельства настоятельно диктуют необходимость скорейшего сооружения и ввода в действие одной или нескольких быстродействующих цифровых вычислительных машин, предназначенных для нужд важнейших научных центров.

Кроме машин общего назначения представляется крайне целесообразным сооружение специализированных машин, например, для решения баллистических задач, прогноза погоды и др. Наконец, для некоторых совершенно специальных задач необходимо сооружение машин, использующих многие из элементов (счетных, программных), применяемых в цифровых машинах. Это позволило бы методы решения этих специальных задач существенно усовершенствовать и получать положительные результаты чаще и быстрей, чем удается теперь.

Автоматическая цифровая вычислительная машина, краткое описание которой приведено ниже, основана на оригинальной схеме.

Схемы вычислительных элементов — сумматора, умножителя, делителя и интерполятора, устройства для перевода числа из десятичной системы в двоичную и обратно, 1 также ряд релейных схем нигде никем не описаны и предлагаются, насколько нам известно, впервые. Объективное сопоставление с построенными или сооружаемыми за границей машинами (по имеющимся сведениям) показывает, что предлагаемая нами машина обладает принципиально существенными преимуществами (о них сказано ниже в описании). В настоящем проекте дается описание принципиальной схемы машины и составляющих ее элементов и поэтому требуется разработка детального проекта и большой объем экспериментальной работы по, важнейшим (типовым) узлам прежде, чем можно будет приступить к изготовлению и сборке машины.

II. Общее описание АЦВМ

АЦВМ является машиной общего назначения.

1). Вычисления производятся автоматически. Участие оператора заканчивается на подготовке машины для решения определенной задачи.

2). Вычисления осуществляются в электрических релейно-кодовых цепях. Механически движущиеся части имеются лишь в небольшом числе элементов машины — программном датчике, итогопечатающем устройстве и некоторых других.

3). Процесс вычисления протекает с очень большой скоростью. Машина способна выполнять до 2000 арифметических операций в секунду.

4). Машина является «цифровой». Вычисления сводятся к арифметическим действиям. Исходные данные и результаты представляются десятизначными числами (в десятичной системе). Сам вычислительный процесс проводится с числами в двоичном представлении.

В основу проекта АЦВМ были положены следующие требования, которым должна удовлетворять быстродействующая цифровая вычислительная машина:

1). Машина должна иметь устройства, выполняющие основные арифметические операции: сложение, вычитание, умножение и деление. В зависимости от общей схемы построения машины может быть на каждую операцию свое устройство или одно устройство для всех операций, так как устройство, выполняющее сложение, может производить вычитание с помощью дополнения числа, а умножение — последовательным сложением, деление — последовательным вычитанием. Применение отдельного устройства для каждой операции значительно увеличивает скорость работы машины и уменьшает необходимую емкость «памяти».

2). Для обеспечения автоматичности и большой скорости работы машина должна иметь устройство для накопления («запоминания») как промежуточых, так и окончательных результатов вычисления. Накопитель должен принимать и передавать числа со скоростью не меньшей, чем скорость выполнения арифметических операций, продолжительность которых в электронных вычислительных машинах может быть порядка десятка микросекунд.

Накопитель должен также иметь достаточную емкость, так как от нее зависит диапазон решаемых задач. Рациональным составлением плана решения задач, а также применением отдельных устройств для выполнения арифметических операций можно сократить необходимую емкость накопителя, но и в этом случае для решения некоторых задач емкость должна быть значительной (например, на несколько сот тысяч чисел для решения алгебраических уравнений с несколькими сотнями неизвестных).

3). Должно быть устройство для введения в машину чисел в виде таблицы.

Чтение таблицы и, если нужно, интерполирование может производиться основными узлами машины или с помощью отдельного интерполятора. Применение отдельного интерполятора увеличивает скорость работы машины, упрощает программирование и уменьшает необходимую емкость памяти.

4). Быстродействующая цифровая вычислительная машина должна иметь орган для управления выбором устройств, участвующих в операции, и последовательностью вычислительных операций, в соответствии с планом решения данной задачи. Скорость управления должна быть одного порядка со скоростью выполнения арифметических операций.

Орган управления должен выбирать по ходу вычисления (применяя соответствующий критерий) между двумя или более различными последовательностями действия и проводить операцию в соответствии с результатом выбора.

Для этого должно быть устройство, определяющее знак числа, а также равенство и неравенство двух чисел.

6). Машина должна иметь входное и выходное устройство для ввода числовых данных и для выпуска результатов вычислений.

Входное и выходное устройство должны работать со скоростью органа управления.

7). Наконец, цифровая вычислительная машина должна иметь средство для «переноса» чисел между различными частями машины и для передачи программных сигналов.

АЦВМ состоит из следующих основных элементов:

1). Входного блока, содержащего клавиатуру для записи входных числовых данных и устройство для приготовления программной ленты и автоматического перевода входных данных из десятичной системы в двоичную систему счисления.

2). Главного программного датчика, управляющего работой всей машины. Главный программный датчик, в соответствии с планом решения данной задачи записанном по определенному (двоичному) коду, на программную ленту, выбирает отдельные узлы машины, участвующие в данной операции, управляет последовательностью и видами вычислительных операций.

3). Определителя знака, равенства и неравенства двух чисел, дающего возможность главному программному датчику выбирать по ходу вычисления между двумя или более различными последовательностями операций и проводить их в зависимости от результата, доставляемого определителем.

4). Двух сумматоров.

5). Умножителя.

6). Делителя.

7). Накопителя «для хранения» числовых данных, промежуточных результатов вычислений и т. д.

8). Интерполятора для автоматического вычисления промежуточных значений функции, заданной таблицей для небольшого числа дискретных значений аргумента.

Интерполятор содержит устройство для автоматического набора таблицы.

9). Выходного устройства для записи результатов вычислений на ленту (в двоичном представлении).

10). Устройства для перевода результатов вычислений из двоичной системы в десятичную и печатания их на бумаге.

11). Цифровых и программных магистралей для связей между элементами машины и передачи программных сигналов.

Рис. № 1.

Блок-схема АЦВМ показана на рис. № 1.

План (программа) решения задачи в виде определенной последовательности действий над числами с помощью входного устройства записывается на программную ленту по логической схеме: «откуда» — «куда» — «что делать». Это соответствует вычислительной схеме при численном (разностном) методе решения задачи.

Для того чтобы машина могла работать по такой схеме, все ее элементы имеют, общую структуру входных и выходных цепей, показанную на рис. 2. (Рисунок опущен. — Прим. авт.).

Все цифры числа (и знак числа) от одного элемента машины к другому переходят одновременно. Через всю машину проходит одна цифровая магистраль (33 линии для цифр и одна для знака), к которой через «клапанные» устройства подключены цифровые входы и выходы всех элементов машины.

Клапанные устройства управляются главным программным датчиком; выбор их производится с помощью дешифраторов программного сигнала, подключенных к программной магистрали, проходящей также через всю машину. Каждому дешифратору присвоено число, двоичное представление которого является ключом для данного дешифратора. Таким образом, если на программной ленте в полосе «откуда» записан номер (ключ) дешифратора выхода умножителя, а в полосе «куда» — номер дешифратора входа сумматора № 1, то число из умножителя перейдет в сумматор. В полосе программной ленты «что делать» указывается действие, которое должно быть произведено в данном элементе машины (например, принять, передать, «стереть», умножить и т. д.). На программной ленте, кроме номеров дешифраторов и командных сигналов, наносится в каждой строке (для каждого такта) пусковой сигнал, запускающий элементы машины, участвующие в вычислении в данном такте и в тех тактах программы, где это необходимо, в полосе «цифры» записываются входные данные, заранее переведенные в двоичную систему.

Входное устройство, служащее для приготовления программной ленты, является переходным устройством между человеком-оператором и машиной и принципиально может работать только на небольших скоростях. Поэтому оно отделено от быстродействующей машины. Программная лента для решения данной задачи приготовляется заранее. Для устранения разрыва между производительностью машины и входного устройства можно предусмотреть несколько входных (приготовительных) устройств для одновременной подготовки к решению нескольких задач. Программная лента при использовании в машине практически не изнашивается и поэтому может быть сохранена для повторного использования при решении аналогичной задачи. В этом случае входные данные должны быть переписаны. При многократном повторении одной и той же последовательности вычислений программная лента может быть склеена в кольцо.

В машине возможен и другой способ введения числовых данных. Числа записываются не на программной ленте, а на специальной «числовой» ленте.

При этом способе числовые данные читаются с небольшого (по емкости) накопителя, который постоянно пополняется с «числовой» ленты при получении сигнала от главного программного датчика. Этот способ применяется и в устройстве для набора таблицы.

Программная лента, приготовленная по указанной выше логической схеме, закладывается в главный программный датчик, который «читает» программную ленту и, в соответствии с записью на ней, выбирает отдельные элементы машины, участвующие в данной операции, управляет последовательностью и видами отдельных операций.

Необходимо отметить, что хотя управление машиной полностью централизовано, главный программный датчик выбирает отдельный элемент машины и дает команду для начала операций. Сама операция проводится автоматически и независимо от главного программного датчика с помощью автономного программного датчика данного элемента. Например, главный программный датчик выбирает умножитель и дает сигнал «умножить». С этого момента местный программный датчик умножителя управляет последовательным сложением частичных произведений столько раз, сколько цифр в множителе, сдвигая частичное произведение каждый раз на один разряд влево. Самостоятельный цикл вычислений отдельных элементов заканчивается к началу следующего такта программы (за исключением интерполятора). Одновременно (в один и тот же такт) может работать только один элемент машины (за исключением интерполятора). АЦВМ работает вынужденными тактами, длительность которых целиком определяется скоростью движения программной ленты. Таким образом, скорость машины легко регулируется от очень малых значений до предельной, определяемой скоростью выполнения арифметических операций и достигающей 2000 тактов в секунду.

В тех случаях, когда необходимо в зависимости от знака или величины модуля промежуточного результата вычисления изменить ход решения задачи, на программной ленте наносятся оба или более ходов решения и в полосе «что делать» отмечается, в каком случае данный ход решения не должен быть использован («если*», «если*», «если+»). В определитель знака равенства и неравенства двух чисел посылается число, с которым сравнивается промежуточный результат, и сам промежуточный результат.

В зависимости от результата, полученного на выходе определителя, будет выбран необходимый ход решения.

В АЦВМ для каждой арифметической операции (кроме вычитания) и для интерполирования применяется отдельное устройство. Это значительно упрощает программирование, увеличивает скорость работы машины и сокращает необходимую емкость накопителя.

В машине применены два сумматора, один из которых может быть использован в качестве накапливающего для суммирования рядов.

Для «запоминания» числовых данных и промежуточных результатов вычислений числа посылаются в накопитель, составленный в виде таблицы. Выбор числа из накопителя производится записью на программной ленте двух ключей, соответствующих номерам дешифраторов строки и столбца, на пересечении которых находится данное число, поэтому занесение числа и получение из накопителя требуют двух тактов.

Как уже упоминалось выше, необходимая емкость накопителя зависит от характера решаемой задачи, плана решения и количества отдельных устройств, выполняющих арифметические операции. Не предрешая сейчас вопрос о емкости накопителя, заметим, что в АЦВМ емкость накопителя может быть небольшой, благодаря применению отдельных устройств для выполнения арифметических действий и интерполятора. Как видим из таблицы № 1 (См. Прилож. 1. — Прим. авт.), емкость накопителя американских и английских машин, находящихся в разработке, колеблется от 1000 до 5000 чисел. Необходимо отметить, что даже сравнительная большая емкость накопителя может оказаться недостаточной для решения некоторых задач, например, для решения системы алгебраических уравнений с несколькими сотнями неизвестных.

Для таких задач емкость накопителя должна достигать нескольких сот тысяч чисел. Если задаться целью вычислять с максимальной скоростью машины, то такая емкость едва ли осуществима из-за чрезвычайного усложнения и удорожания конструкции машины. Поэтому при решении задач, требующих большой емкости «памяти», следует работать на меньшей скорости и применять «ленточный» накопитель, емкость которого может быть весьма велика. Принцип действия «ленточного» накопителя заключается в следующем: промежуточные результаты вычислений записываются на ленту точно так же, как результаты вычислений в выходном устройстве, в том порядке, в каком они получаются, затем поступают в машину как во втором, описанном выше, способе введения числовых данных — в накопитель, который постоянно «заполняется» с этой ленты числами, снимаемыми в том порядке, в каком они участвуют в дальнейших вычислениях.

Весьма важным для цифровой вычислительной машины является возможность введения числовых данных в виде таблиц. Для этого должно быть устройство для чтения таблиц и, если нужно, интерполирования. В АЦВМ таблица может быть составлена двояко:

а) функция представляется в виде ряда

f(a + h) = C0 + C1h + C2h2 + С3h3 +…

б) в таблицу заносится аргумент и соответствующие значения коэффициентов. C0, C1, C2, С3… Сn

в) в таблицу заносится аргумент и необходимое число табличных разностей. В задачах с монотонно изменяющимся аргументом таблица может автоматически, по мере необходимости, обновляться с помощью устройства для набора таблицы.

Чтение таблицы и интерполирование в АЦВМ производится отдельным Интерполятором, представляющим собой упрощенную цифровую вычислительную машину с фиксированным программированием, работающую так же, как основная машина.

Для данной интерполяционной формулы программа не меняется и наносится не на ленту, а на барабан, непрерывно вращающийся с большой скоростью.

В цепи пускового сигнала главного программного датчика интерполятора имеется клапанное устройство, управляемое главным программным датчиком машины. Если после передачи аргумента в таблицу открыть цепь пускового сигнала главного программного датчика интерполятора, то начнется цикл вычислений по интерполяционной формуле, нанесенной на барабане. После одного оборота барабана вычисления закончатся, результат получится во втором (накапливающем) сумматоре интерполятора, выход которого включен в цифровую магистраль машины. Для разных интерполяционных формул должны быть разные программные барабаны, которые могут заменяться перед пуском машины. Предусматривается возможность одновременного применения нескольких программных барабанов, выбор которых (интерполяционной формулы) производится главным программным датчиком. В интерполяторе могут быть несколько таблиц для различных функций, набираемых с помощью устройства для набора таблицы.

Кроме таблиц, набираемых извне, может быть таблица, которая набирается машиной по ходу вычислений. Чтение этой таблицы производится тем же самым интерполятором. Предусматривается интерполирование до 5-го порядка. Однако, при удвоении таблицы в ширину (присоединением такой же таблицы с нанесенными на ней следующими табличными разностями), порядок интерполирования может быть повышен. Длительность интерполирования зависит от применяемой интерполяционной формулы и может быть порядка нескольких десятков тактов машины. Так как интерполятор работает автономно, то он может проводить вычисления параллельно с другими операциями, выполняемыми машиной, и поэтому не замедляет процесс вычислений. Интерполятор может быть использован также для вычисления некоторых часто используемых функций, представленных в виде ряда.

Результаты вычислений записываются (в двоичной системе) на ленту в выходном устройстве.

Лента, на которой записывается результат вычислений, движется со скоростью программной ленты и поэтому запись результата не вызывает замедления работы машины.

Результат, записанный на ленту в двоичной системе, переводится в десятичную и отпечатывается на бумаге. Устройство, предназначенное для этого, не связано с машиной и работает с относительно небольшой скоростью; к выходному устройству относится все сказанное выше о входном устройстве.

Общая электрическая схема АЦВМ показана на рис. 3. (Схема опущена. — Прим. авт.). Для упрощения схемы в цепочках счетчиков и клапанных устройств показаны только крайние, а среднее заменены точками.

В интерполяторе показан только один программный барабан и одна таблица. Подробное описание схемы отдельных узлов дается ниже.

Общая схема АЦВМ достаточно сложна, однако она составлена из нескольких типовых простых схем: бинарных счетчиков, работающих по принципу «включено-выключено», клапанных устройств, триггеров и т. д. Больше всего в схеме «клапанных устройств». Если клапанные устройства составлять из электронных ламп, то общее число электронных ламп в машине существенно увеличивается. «Клапанные» лампы составляют 70 % об общего количества ламп.

Учитывая это обстоятельство, мы предусмотрели возможность замены электронных ламп в клапанных схемах более простыми элементами. Возможность такой замены следует из таблицы № 2, где показано соответствие между различными релейными элементами. Из этой таблицы видно, что клапанные схемы могут быть реализованы не только с помощью многоэлектродных ламп, но также с помощью магнитных и выпрямительных схем. Хотя постоянная времени магнитных схем значительно больше, чем у электронных, тем не менее, при использовании повышенной частоты и, если учесть, что скорость программирования не может быть очень большой, магнитные схемы могут быть применены в целом ряде мест. Не предрешая сейчас места применения тех или иных схем (магнитных или выпрямительных) в качестве клапанных устройств, мы предполагаем, что большая часть клапанных устройств может быть выполнена по таким схемам. Не останавливаясь на преимуществах и недостатках релейных элементов, приведенных в таблице № 2, заметим, что замена электронных ламп в клапанных устройствах значительно упрощает конструкцию, увеличивает надежность и долговечность, улучшает эксплуатационные качества машины.

Особенно перспективным для клапанных схем является применение кристаллических диодов (выпрямителей). К сожалению, производство этих элементов у нас пока не налажено. Однако можно не сомневаться, что это производство будет освоено, т. к. кристаллические диоды находят широкое применение для других целей в важнейших областях современной радиотехники и прежде всего в радиолокации.

Миниатюрные размеры кристаллических диодов, их пригодность для очень высоких частот, отсутствие накаленного катода, с которым связаны ограниченный срок службы и большой расход энергии, выделяющейся в виде тепла, позволит осуществить в высшей степени компактные и дешевые вычислительные блоки, годные не только для стационарных, но и для передвижных устройств. Последнее крайне важно для военных применений.

Общее количество электронных ламп в чисто электронном варианте машины 3500, а при замене клапанных устройств на магнитные реле и схемы из выпрямителей элементов, число электронных ламп 1000. (Оставшиеся разделы отчета не публикуются. — Прим. авт.)

Авторское свидетельство № 10475

Еще через два месяца были составлены «Проектные соображения по организации лаборатории при Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР для разработки и строительства автоматической цифровой вычислительной машины» (см. Приложение 12). Оба документа по праву могут считаться первыми страницами истории развития цифровой электронной вычислительной техники в СССР.

Напомним, что была середина 1948 года, и А.С.Лебедев еще не приступил к разработке МЭСМ («Быстродействующими электронными счетными машинами я начал заниматься в конце 1948 г.», — напишет он позднее).

На Западе разработки подобных машин велись в основном в США (десять машин), в Англии (одна), во Франции (одна). Поскольку машины

разрабатывались в основном для военных целей, публикации по ним были весьма немногословны. Большинство машин создавалось на электромеханических реле, а не на электронных лампах.

Даже беглое ознакомление с отчетами показывает обстоятельность проработки поставленной задачи. Можно только удивляться, как удалось выполнить такую, по тем временам непомерно трудную, научно-инженерную разработку и составить аван-проект электронной цифровой вычислительной машины с программным управлением, который иначе, как классическим, назва% нельзя.

При внимательном чтении проекта убеждаешься, что Брук и Рамеев вплотную подошли к реализации принципа хранимой в памяти программы. Они осуществили его технически (в аван-проекте), предусмотрев запись программы в памяти (на ленте), выдачу результатов вычислений на такую же ленту и ввод с нее полученных чисел снова в машину для последующих вычислений. Иначе говоря, была обеспечена возможность обработки команд в арифметическом устройстве машины (что и ставится в заслугу Джона фон Неймана и С.А. Лебедева).

Об этих нескольких памятных месяцах озарения я попросил рассказать самого Б.И. Рамеева.

Вот что он сообщил.