История создания МЭСМ — первой советской ЭВМ
Малая электронная счётная машина (МЭСМ), запущенная в СССР в 1950 году, была первым компьютером в континентальной Европе (ранее ЭВМ были только в США и Великобритании). О её создании и пойдёт речь в этой заметке.
Первая советская ЭВМ разрабатывалась лабораторией С. А. Лебедева(1902-1974) на базе киевского Института электротехники АН УССР. Академик Сергей Алексеевич Лебедев до начала работы над ЭВМ занимался проблемами энергетики, и с 1936 года был профессором Московского энергетического института. В мае 1946 Лебедев был назначен директором Института энергетики АН Украинской ССР в Киеве. В 1947 году институт был разделён, и Лебедев стал директором Института электротехники АН УССР.
В 1947 г. в этом институте была организована лаборатория моделирования и вычислительной техники.
В короткой записке, направленной в Совет по координации Академии наук СССР С. А. Лебедев написал:
Лаборатория С. А. Лебедева входившая в состав руководимого им института располагалась в двухэтажном здании в бывшем монастырском местечке Феофании под Киевом. В проектировании, монтаже, отладке и эксплуатации МЭСМ активно участвовали сотрудники лаборатории Лебедева: кандидаты наук Л. Н. Дашевский и Е. А. Шкабара, инженеры С. П. Погребинский, Р. Г. Офенгенден, А. Л. Гладыш, В. В. Крайницкий, И. П. Окулова, З. С. Зорина-Рапота, техники-монтажники С. Б. Розенцвайг, А. Г. Семеновский, М. Д. Шулейко, а также сотрудники и аспиранты лаборатории: Л. М. Абалышникова, М. А. Беляев, Е. Б. Ботвиновская, А. А. Дашевская, Е. Е. Дедешко, В. А. Заика, А. И. Кондалев, И. В. Лисовский, Ю. С. Мозыра, Н. А. Михайленко, З. Л. Рабинович, И. Т. Пархоменко, Т. И. Пецух, М. М. Пиневич, Н. П. Похило, Р. Я. Черняк.
Первоначально МЭСМ задумывалась как макет, который предполагалось в дальнейшем доработать в малую электронную счетную машину. Для того чтобы макет стал полноценной ЭВМ, понадобилось организовать автоматический ввод исходных данных и автоматический вывод результатов. Данные поступали в МЭСМ двумя путями — с перфокарт или посредством набора кодов на штекерном коммутаторе. Снимались данные электромеханическим печатающим устройством или фотографированием.
Во время комплексной отладки МЭСМ для неё была установлена установлена круглосуточная работа, для разработчиков — трехсменная. Так как их было недостаточно, приходилось работать по две смены. К этому времени в Феофании были организованы питание и ночлег. Сам Лебедев ежедневно работал заполночь, часто забывая о еде.
Необходимо отметить, что в то время о принципах работы аналогичных американских ЭВМ ничего не было известно, т.к. в печати соответствующие статьи не выходили. Поэтому весь принцип построения отечественной МЭСМ был оригинальным и делался с нуля.
Возможно отсутствие этой информированности положительно отразилось на выбранном пути создания первых советских ЭВМ. Сергей Алексеевич Лебедев самобытно и так глубоко и всесторонне проработал основные принципы, структуру и технические решения, что в дальнейшем не потребовалось вносить сколько-нибудь значительные коррективы и дополнения.
Надо отметить, что в аналогичной ЭВМ EDSAC, разработанной в Англии в 1949 г., было использовано арифметическое устройство последовательного действия, а в МЭСМ — параллельного, последнее более прогрессивно. Плодотворность идей, заложенных в МЭСМ, была со всей очевидностью подтверждена последующими работами коллективов, возглавляемых С. А. Лебедевым.
В августе 1950 г. выдающийся советский математик и один из основоположников кибернетики А. А. Ляпунов составил первую программу для вычисления факториала числа. М ЭСМ безукоризненно ее выполняла. Позже А. А. Ляпунов говорил, что за три месяца работы на МЭСМ он получил колоссальный опыт программирования, машинных методов реализации алгоритмов и цифрового моделирования.
Первый показ работы МЭСМ широкому кругу специалистов был сделан 6 ноября 1950 г.
Приёмной комиссии ЭВМ была сдана 5 января 1951 г. До сентября 1951 г. реализовывались рекомендации приемной комиссии и проводились ранее запланированные С. А. Лебедевым работы по усовершенствованию МЭСМ.
В сентябре 1951 г. М ЭСМ стала решать более сложные задачи с множеством алгебраических и дифференциальных уравнений в частных производных с сотнями неизвестных. В декабре 1951 г. М ЭСМ была сдана в эксплуатацию.
До 1953 года МЭСМ оставалась единственной в стране работающей ЭВМ. Она была предельно загружена решением важных и особо важных задач. В то время график распределения машинного времени утверждал президент Академии наук СССР. На МЭСМ решались важнейшие научно-технические задачи из области термоядерных процессов, космических полётов и ракетной техники, дальних линий электопередач, механики, статистического контроля качества и др.
— арифметическое устройство: универсальное, параллельного действия, на триггерных ячейках
— представление чисел: двоичное, с фиксированной запятой, 16 двоичных разрядов на число, плюс один разряд на знак
— система команд: трёхадресная, 20 двоичных разрядов на команду. Первые 4 разряда — код операции, следующие 5 — адрес первого операнда, ещё 5 — адрес второго операнда, и последние 6 — адрес для результата операции. В некоторых случаях третий адрес использовался в качестве адреса следующей команды. Операции: сложение, вычитание, умножение, деление, сдвиг, сравнение с учётом знака, сравнение по абсолютной величине, передача управления, передача чисел с магнитного барабана, сложение команд, остановка.
— оперативная память: на триггерных ячейках, для данных — на 31 число, для команд — на 63 команды
— постоянная память: штекерная, для данных — на 31 число, для команд — на 63 команды
— тактовая частота: 5 кГц
— быстродействие: 3000 операций в минуту (полное время одного цикла составляет 17,6 мс; операция деления занимает от 17,6 до 20,8 мс)
— количество электровакуумных ламп: 6000 (около 3500 триодов и 2500 диодов)
— занимаемая площадь: 60 м2
— потребляемая мощность: около 25 кВт
Как советские ЭВМ делали первые шаги
В декабре 1951 г. в Советском Союзе были изготовлены и введены в эксплуатацию две первые электронные цифровые машины: АЦВМ М-1 в Москве и малая электронная счетная машина МЭСМ в Киеве. Они положили начало созданию цифровых вычислительных машин в СССР. Через два года была запущена еще одна машина – «Стрела» в Москве.
Независимо от этих двух проектов в 1953 г. под руководством главного конструктора Ю. Я. Базилевского и его заместителя Б. И. Рамеева была завершена разработка и начато серийное изготовление быстродействующей ЭВМ «Стрела». Скорость работы ЭВМ «Стрела» составляла 2000 оп/с. Было изготовлено семь экземпляров машин.
Описание ЭВМ «Стрела». ЭВМ «Стрела» имела быстродействие 2000 трехадресных команд/с.
— Основной такт — 500 мкс.
— Операции с плавающей точкой над 43-разрядными числами (35 — мантисса и 6 — порядок; 1 знак). Адреса команд — 12-разрядные.
— Оперативная память на электронно-лучевых трубках с циклом обращения 20 мкс.
Технико-эксплуатационные характеристики:
— Потребляемая мощность 150 кВт (процессор — 75 кВт); кроме того, 25 кВт идет на вентиляцию и еще 50 кВт расходует холодильная установка.
— Среднее время полезной работы машины составляет 15 – 18 ч в сутки.
— Занимаемая площадь 300 кв. м (из них процессор — 150 кв. м).
ЭВМ имела ПЗУ на полупроводниковых диодах емкостью 15 стандартных подпрограмм по 16 команд и 256 операндов. В качестве внешнего ЗУ использовались два накопителя на магнитной ленте. Суммарный объем данных на одной ленте не превышал 100 000 43-битовых чисел. Каждая лента разбивается на зоны (на одной ленте может быть до 511 зон). В каждой зоне может быть записано
от 1 до 2048 чисел. Зоны первой магнитной ленты имеют восьмеричные номера от 4001 до 4777, зоны второй ленты — от 5001 до 5777. Чтение и запись информации производится с помощью специальных команд. Данные вводились в «Стрелу» с перфокарт, выводились на перфокарты или на печатающее устройство. На одной перфокарте размещалось 12 43-разрядных чисел.
ЭВМ «Стрела» обрабатывает числа с плавающей запятой в двоичной и десятичной системах счисления. Двоичное число с плавающей запятой при записи в машинном формате состоит из знака мантиссы (разряд 0), абсолютной величины мантиссы (разряды 1–35), знака порядка (разряд 36) и абсолютной величины порядка (разряды 37–42). Десятичное число с плавающей запятой также состоит из знака мантиссы (разряд 0), абсолютной величины мантиссы (разряды 1–36), знака порядка (разряд 37) и абсолютной величины порядка (разряды 38–42). Каждая десятичная цифра мантиссы записывается в двоично-десятичном коде, по 4 бита на одну цифру. Порядок, однако, хранится в двоичном виде и не должен по абсолютной величине превышать 19. Мантисса всегда имеет величину меньше 1. В памяти хранится только ее дробная часть, а целая считается равной нулю. Э ВМ
«Стрела» имеет постоянную память, ячейки которой имеют адреса от 74008 до 77778. В ней хранятся часто используемые константы, поэтому сама память часто называется устройством выдачи констант (УВК).
«Стрела» отличалась гибкостью системы команд. Наличие нескольких типов групповых арифметических и логических операций, условных переходов и сменяемых стандартных программ, а также системы контрольных тестов и организующих программ позволяло создавать библиотеки прикладных программ различного тематического направления объемом до 100 млн команд. В этой ЭВМ были использованы оригинальные решения в элементной базе, а также впервые выполнено матричное исполнение блока умножения на диодах.
«Стрела-1» в вычислительном центре АН СССР в Москве, 1950 г.
Впервые разработано и использовано оперативное ЗУ на 43 специализированных запоминающих электроннолучевых трубках. Кроме того, в последней (3-й) модификации был введен накопитель на магнитном барабане емкостью 4096 слов, имеющий частоту вращения6000 об/мин. Впервые разработаны и производились устройства ввода и вывода информации с перфокарт, накопитель на
магнитной ленте и широкоформатное печатающее устройство.
«Стрела» является трехадресной вычислительной машиной, то есть в каждом коде команды указываются три адреса операндов. Структура кода команды такова: разряды 0 – 11 — первый адрес; разряды 12 – 23 — второй адрес; разряды 24 – 35 — третий адрес; разряд 36 — контрольный знак; разряды 37 – 42 — код операции. Контрольный знак, равный 0, игнорируется. Если же он равен 1, то при включении соответствующего тумблера на пульте управления машина останавливается после каждого выполнения команды, содержащей контрольный знак «1».
На «Стрелах» отрабатывались первые отечественные приемы и методы программирования, в том числе и в операторной форме. В 1954 г. разработка была отмечена Государственной премией. В течение нескольких лет «Стрела» была самой производительной ЭВМ в стране.
Советская вычислительная школа Сергея Лебедева
Сергей Алексеевич Лебедев был советским академиком и основоположником вычислительной техники в СССР. Он создал первый в континентальной Европе компьютер с хранимой в памяти программой (МЭСМ) и был одним из разработчиков первых цифровых электронных вычислительных машин с динамически изменяемой программой вычислений. Под руководством и самоличном участии этого выдающегося ученого было создано 18 ЭВМ, причем 15 из них выпускались серийно.
Лебедев стоял у истоков развития и становления отечественной вычислительной техники. Опыт его работы уникален, так как охватывает период от создания первых ламповых компьютеров, выполнявших сотни и тысячи операций в секунду, до быстродействующих супер-ЭВМ на больших интегральных схемах.
Сергей Лебедев родился 2 ноября 1902 г. в городе Нижний Новгород. Отец Алексей Иванович был известным автором «Азбуки» и «Словаря непонятных слов», а мать Анастасия Петровна (в девичестве Маврина, из дворян) преподавала общие предметы в младших классах народного училища. В послереволюционные годы главу семейства пригласили на работу наркомом просвещения и Лебедевы переехали в Москву.
Начало пути
В 1921 г. Сергей сдал экзамены экстерном за среднюю школу и поступил в Московское высшее техническое училище (МВТУ) им. Н.Э. Баумана на электротехнический факультет. Его учителями и научными руководителями были выдающиеся русские ученые-электротехники, профессора Карл Адольфович Круг, Леонид Иванович Сиротинский и Александр Александрович Глазунов. Все они трудились над разработкой плана электрификации СССР (план ГОЭЛРО). Для успешного осуществления потребовались уникальные теоретические и экспериментальные исследования. Лебедев был еще студентом, но уже тогда основное внимание уделял проблеме устойчивости параллельной работы электростанций. Первые результаты по данной проблеме были отражены в его дипломном проекте, который выполнялся под руководством профессора К. А. Круга.
В 1928 г. Лебедев получил диплом инженера-электрика и остался преподавать в родной альма-матер, параллельно занимая должность младшего научного сотрудника Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ). Именно в этом ВУЗе он возглавил лабораторию электрических сетей, где продолжил работу над проблемой устойчивости. Тематика лаборатории постепенно расширялась, охватывая также и проблемы автоматического регулирования. И в результате в 1936 г. на ее базе сформировался отдел автоматики, руководить которым поручили Сергею Алексеевичу.
К этому времени Лебедев уже стал профессором и автором (совместно с Петром Сергеевичем Ждановым) широко известной среди специалистов-электротехников монографии “Устойчивость параллельной работы электрических систем”.
Лебедев в своем кабинете
У научной деятельности Лебедева замечалась характерная особенность, которая заключалась в органическом сочетании большой глубины теоретической проработки с конкретной практической направленностью. Продолжая теоретические исследования, он стал активным участником подготовки сооружения Куйбышевского гидроузла.
В начале Второй мировой войны Лебедев был вынужден покинуть ВЭИ и уехать в Свердловск. Все ресурсы отдела автоматики переключили на оборонную тематику.
За поразительно короткие сроки работы в Свердловске, Алексей Сергеевич спроектировал систему стабилизации танкового орудия при прицеливании. Эта разработка усовершенствовала танк, делая его менее уязвимым и спасая тем самым многих танкистов. Система позволяла наводить и стрелять из орудия без остановки машины. За свое изобретение ученый был награжден орденом Трудового Красного Знамени и медалью «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.».
В 1945 г. Лебедева избрали действительным членом Академии Наук УССР
После окончания войны ученый занялся реализацией давно запланированного проекта по созданию вычислительной машины с использованием двоичной системы счисления. В те годы не было достаточно полных публикаций о двоичной системе счисления и методике операций над двоичными числами. Базой для построения цифровой вычислительной машины стала методика выполнения арифметических операций в двоичной системе счисления и ранее разработанные самим Лебедевым методы решения математических задач.
В 1947 г. Лебедев стал директором Института электротехники АН Украины и по совместительству возглавил руководство лабораторией Института точной механики и вычислительной техники СССР.
В 1948 г. начался процесс создания малой электронной счетной машины (МЭСМ). Для научной работы Лебедеву выделили частично разрушенное здание бывшей монастырской гостиницы в Феофании (Киев). С финансовой помощью и поддержкой вице-президента АН УССР Михаила Алексеевича Лаврентьева, помещение было отремонтировано и оборудовано под лабораторию.
Здание в Феофании, где размещалась лаборатория Лебедева
Лебедев выдвинул, обосновал и реализовал в первой советской машине принципы построения ЭВМ с хранившейся в памяти программой. М ЭСМ занимала целое крыло двухэтажного здания (60 м²) и состояла из 6 000 электронных ламп. Примечательно то, что проектирование, монтаж и отладка машины были выполнены в течении трех лет. При этом в разработке участвовали лишь 11 инженеров и 15 технических сотрудников. Тогда как на разработку первого в мире электронного компьютера ЭНИАК (США) ушло пять лет и было задействовано 13 разработчиков и более 200 техников.
Схема элементарной ячейки блока памяти арифметического устройства МЭСМ
МЭСМ была арифметическим устройством, производившим операции сложения, вычитания, умножения, деления, сдвига, сравнения с учётом знака, сравнения по абсолютной величине, передачи управления, передачи чисел с магнитного барабана, сложения команд, остановки. М ЭСМ имела двоичное представление чисел с фиксированной запятой, 16 двоичных разрядов на число, плюс один разряд на знак.
6 ноября 1950 г. состоялся пробный пуск машины, в ходе которого решалась задача: Y» + Y = 0; Y(0) = 0; Y(pi) = 0.
Не смотря на то, что МЭСМ создавалась более как макет Большой электронной счетной машины, ей нашли практическое применение. Первой советской ЭВМ весьма заинтересовались математики, задачи которых требовали использования быстродействующего вычислителя. До 1953 г. М ЭСМ была единственной вычислительной машиной в СССР.
Участники разработки МЭСМ — Лев Наумович Дашевский и Соломон Бениаминович Погребинский (Киев, 1951 г.)
Элементная база: 6 000 электронных ламп (около 3500 триодов и 2500 диодов)
Быстродействие: 3 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: около 25 кВт
Разрядность: 16
Тактовая частота: 5 кГц
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты или набором кода на штекерном коммутаторе; вывод с помощью электромеханического печатающего устройства либо фотоустройства для получения данных на фотоплёнке. Также мог использоваться магнитный барабан, хранящий до 5000 кодов чисел или команд.
БЭСМ
Следующей после МЭСМ была разработана большая электронно-счётная машина (БЭСМ). В структуре устройства уже тогда были реализованы основные решения, характерные для современных вычислительных машин.
У БЭСМ была двоичная система представления чисел с учётом порядков, то есть в форме чисел с плавающей запятой. Машина оперировала диапазон чисел примерно от 10-9 до 109. Система команд была трёхадресной, в нее входило 9 арифметических операций, 8 операций передач кодов, 6 логических операций, 9 операций управления.
Лабораторные испытания БЭСМ
БЭСМ имела 39 двоичных разрядов для представления чисел в виде мантиссы/порядка, из них 32 разряда отводилось для значащей части и 5 для порядка. Еще по одному разряду отводилось для знаков мантиссы и порядка. При написании программ для машины применялась техника самомодифицирующегося кода, когда напрямую модифицировались адресные части команд для доступа к массивам.
Во многих блоках первой БЭСМ в анодной цепи были использованы не лампы сопротивления, а ферритовые трансформаторы. Так как эти трансформаторы были изготовлены кустарным способом, они часто выгорали, при этом выделяли едкий специфический запах. Сергей Алексеевич обладал замечательным обонянием и, обнюхивая стойку, с точностью до блока указывал на дефектный. Он практически никогда не ошибался.
Элементная база: 4 000 электронных ламп, 5 000 полупроводниковых диодов
Быстродействие: 8 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: около 35 кВт
Разрядность: 39
Тактовая частота: 9 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах (2 барабана по 5120 слов) и магнитных лентах (4 по 30 000 слов)
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты, цифро-печать и фото-печатное устройство.
Группа сотрудников ИТМ и ВТ АН СССР в день награждения за создание БЭСМ (1956 г.)
В 1956 г. Б ЭСМ получила награду и была принята Государственной комиссией в эксплуатацию.
БЭСМ-2, М-20 и БЭСМ-4
В 1958 г. Б ЭСМ была подготовлена к серийному производству. Коллектив ИТМиВТ под руководством Лебедева разработал и презентовал две ЭВМ: БЭСМ-2 и М-20. Их характерной особенностью было то, что они разрабатывались в тесном контакте с промышленностью (особенно М-20). Специалисты завода и академического института вместе участвовали в создании машины. Этот принцип был хорош тем, что улучшал качество документации, т. к. в ней учитывались технологические возможности завода.
Вычислительная машина БЭСМ-2 сохранила систему команд и все основные параметры предыдущего устройства, но конструкция стала более технологичной и удобной для серийного выпуска. В БЭСМ-2 было реализовано оперативное запоминающее устройство на ферритных сердечниках, широко применялись полупроводниковые диоды, а также была усовершенствована конструкция (мелкоблочная). На БЭСМ-2 проводились расчеты, связанные с запуском искусственных спутников, первых пилотируемых космических кораблей. Именно на одной из упомянутых ЭВМ был произведён расчёт траектории ракеты, доставившей вымпел СССР на Луну.
БЭСМ-2 имела около 4 000 электронных ламп, и была собрана на трех основных стойках
Элементная база: 4 000 электронных ламп, 5 000 полупроводниковых диодов
Быстродействие: 20 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 35 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 10 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство.
М-20 стала первой советской машиной, которая поставлялась в комплекте со специальным математическим обеспечением (по своей сути — ОС). В новое устройство Лебедев заложил рад конструктивных решений, расширяющих функциональность и почти не увеличивающих количество электронных ламп.
М-20 обладала производительностью 20 000 операций в секунду за счет совмещения работы отдельных устройств и более быстрого выполнения арифметических операций. В машине впервые были применены: автоматическая модификация адреса; совмещение работы арифметического устройства и выборки команд из памяти; использование буферной памяти для массивов, выдаваемых на печать.
Элементная база: электронные лампы, полупроводниковые схемы
Быстродействие: 20 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 50 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 0.6667 мГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство
После вручения наград в Кремле (1962 г.)
В 1965 г. появилась серийная ЭВМ на полупроводниковых элементах БЭСМ-4, которая унаследовала архитектуру М-20. Для БЭСМ-4 существовало не менее 3 разных компиляторов с языка Алгол-60, компилятор Fortran, не менее 2 разных ассемблеров, компилятор с оригинального языка Эпсилон.
Элементная база: электронные лампы, полупроводниковые схемы
Быстродействие: до 40 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 50 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 9 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство
БЭСМ-6
Разработка БЭСМ-6 завершилась в конце 1965 г. Эта машина стала первой советской супер-ЭВМ на элементной базе второго поколения (полупроводниковых транзисторах). В электронных схемах БЭСМ-6 использовалось 60 000 транзисторов и 180 000 полупроводников-диодов. Элементная база была новой для того времени.
У БЭСМ-6 имелся магистральный или водопроводный принцип организации управления. С его помощью потоки команд и операндов обрабатывались параллельно. В разработке использовалась ассоциативная память на сверхбыстрых регистрах, что сократило количество обращений к ферритной памяти и позволило осуществить локальную оптимизацию вычислений в динамике счета. Оперативная память имела расслоение (8-слойная) на автономные модули, что дало возможность одновременно обращаться к блокам памяти по нескольким направлениям. Многопрограммный режим работы БЭСМ-6 позволил решать несколько задач с заданными приоритетами. Аппаратный механизм преобразования математического адреса в физический дал возможность динамически распределять оперативную память в процессе вычислений средствами ОС.
У БЭСМ-6 был конвейерный центральный процессор с отдельными конвейерами для устройства управления и арифметического устройства. Он позволял совмещать обработку нескольких команд, находящихся на разных стадиях выполнения. Имелся кеш на 16 48-битных слов (4 чтения данных, 4 чтения команд, 8 — буфер записи). Система команд включала в себя 50 24-битных команд.
Лаборатория для проведения финишных испытаний знаменитой БЭСМ-6
С 1968 г. начался выпуск БЭСМ-6 на заводе Счётно-аналитических машин (САМ) в Москве.
Элементная база: транзисторный парафазный усилитель с диодной логикой на входе
Быстродействие: около 1 млн операций в секунду
Потребляемая мощность: 60 кВт
Разрядность: 48
Тактовая частота: 10 МГц
Внешняя память: на магнитных лентах и магнитных дисках
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты, цифропечать и фотопечатное устройство
На Дне открытых дверей факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ Владимир Пономарев демонстрирует игру «Калах» на экране терминала БЭСМ-6
С 1967 г. практически все крупные вычислительные центры СССР стали оснащаться компьютерами БЭСМ-6. И даже спустя годы на заседании отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации Академии наук (1983 г.) академик Е. П. Велихов сказал, что создание БЭСМ-6 явилось одним из основных вкладов АН СССР в развитие советской индустрии.
В 1990 г. один из экземпляров БЭСМ-6 был перевезен в Лондон и установлен в Музее науки, как лучший в Европе суперкомпьютер своего времени.
Серия 5Э26
ЭВМ 5Э26 была последней прижизненной разработкой Лебедева, которую он успел запустить в серийное производство.
В 1968 г. Лебедев принял предложение Генерального конструктора зенитных ракетных комплексов для ПВО Бориса Васильевича Бункина. Он согласился разработать специализированный управляющий малогабаритный мобильный высокопроизводительный цифровой вычислительный комплекс (ЦВК) 5Э26. О реализации такой возможности Сергей Алексеевич мечтал еще при создании МЭСМ. Благодаря этой работе, была проведена крупнейшая реорганизация института. Объединение ресурсов множества различных лабораторий привело к фактическому созданию отделений:
— по ЭВМ общего назначения
— по ЭВМ специального назначения (включая архитектуру)
— по электронному конструированию
— по запоминающим устройствам
— по САПР и технологии.
Всеволодом Сергеевичем Бурцевым (заместитель Лебедева) была предложена многопроцессорная архитектура ЦВК 5Э26, обеспечивающая работу до трех модулей центральных процессоров и двух специальных процессоров ввода-вывода информации с общей памятью.
Конструктивно ЦВК серии 5Э26 представлял собой шкаф высотой 1885 мм, шириной 2870 мм, глубиной 655 мм, который ставился у стенки транспортного средства.
У 5Э26 имелась высокоэффективная система автоматического резервирования, базирующаяся на аппаратном контроле. Система давала возможность восстанавливать процесс управления при сбоях и отказах аппаратуры, работающей в широком диапазоне климатических и механических воздействий, с развитым математическим обеспечением автоматизации программирования.
ЦКВ 5Э26 легко адаптировался к различным требованиям по производительности и памяти в системах управления специального назначения. Устройство также работало в реальном времени, снабжалось развитым математическим обеспечением, эффективной системой автоматизации программирования и возможностью работы с языками высокого уровня. В 5Э26 была реализована энергонезависимая память команд на микробиаксах с возможностью электрической перезаписи информации внешней аппаратурой записи и введена эффективная система эксплуатации с двухуровневой локализацией неисправной ячейки, обеспечивающая эффективность восстановления аппаратуры среднетехническим персоналом.
В качестве интегральных схем использовались в основном полупроводниковые микросхемы одних из первых отечественных серий-133 и 130 (ТТЛ-типа).
Лебедев во время поездки в Англию (Кембридж, 1964 г.)
Элементная база: стандартная серия ТТЛ-микросхем
Быстродействие: 1,5 млн операций в секунду
Потребляемая мощность: 5,5 кВт
Разрядность: 32
Объем оперативной памяти: 32-34 Кб
Объем командной памяти: 64-256 Кб
Независимый процессор ввода-вывода информации по 12 каналам связи: максимальный темп обмена свыше 1 Мб/с.
Опыт создания ЭВМ 5Э26 стал базой для конструирования семейства супер-ЭВМ «Эльбрус». Название было предложено Лебедевым. Появление «Эльбруса» завершило создание ПРО СССР, однако сам он уже не успел принять участие в их разработке.
Послесловие
Лебедев с семьей
По воспоминаниям сотрудников, работавших с Сергеем Алексеевичем в Киеве, он был идеальным руководителем. В работе доводил все до совершенства, большое внимание уделял мелочам. Он никогда не повышал голос и относился ко всем исключительно ровно, справедливо, без предвзятости. Всегда отмечал даже небольшие успехи своих сотрудников. В процессе отладки машины равных ему не было. Лебедев превосходил всех в понимании неполадок и сбоев в машине.
Сергей Алексеевич на протяжении всей своей жизни вел большую работу по подготовке научных кадров. Он был одним из инициаторов создания Московского физико-технического института, основателем и руководителем кафедры вычислительной техники в этом институте, руководил работой многих аспирантов и дипломников.
В Киеве на здании, где располагался Институт электротехники АН Украины, висит мемориальная доска, текст которой гласит: ” В этом здании в Институте электротехники АН УССР в 1946—1951 г.г. работал выдающийся ученый, создатель первой отечественной электронной вычислительной машины, Герой Социалистического Труда, академик Сергей Алексеевич Лебедев”.
История создания и эксплуатации
К концу 1949 года разработана архитектура машины, а также принципиальные схемы отдельных блоков.
6 ноября 1950 года — выполнен второй пробный пуск машины, в ходе которого решалась задача:
4 января 1951 года — решены первые задачи: вычисление суммы ряда факториалов нечётных чисел и возведение в степень чисел с дробью.
25 декабря 1951 года — принята в эксплуатацию государственной комиссией АН СССР во главе с академиком М. В. Келдышем.
12 января 1952 года лабораторией методов вычислений и расчётов (при Институте математики АН УCCР), руководимой Е. Л. Ющенко, начата регулярная эксплуатация МЭСМ.
Задачи, решаемые на МЭСМ:
Данные и программы считывались с перфокарт, перфолент или набирались с помощью штекерного коммутатора. Также использовался магнитный барабан, хранящий до 5000 кодов чисел или команд. Для вывода использовались: фотокамеры для получения данных на фотоплёнке или фотобумаге; перфорирующие устройства (с 1953 г.) и электромеханическое печатающее устройство (с конца 1953 г.).
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 12 октября 2022 года; проверки требуют 3 правки.
Система представления чисел в машине — двоичная с учётом порядков, то есть в форме чисел с плавающей запятой. Количество разрядов для кода числа — 39. Цифровая часть числа — 32 разряда; знак числа — 1; порядок числа — 5 разрядов; знак порядка — 1 разряд. Диапазон чисел, с которыми оперирует машина, примерно от 10−9 до 10+9. Точность вычислений — примерно 9 десятичных знаков.
Система команд — трёхадресная. Количество разрядов для кода команды — 39. Код операции — 6 разрядов; коды адресов — 3 указателя по 11 разрядов каждый, что позволяло адресовать 2048 ячеек памяти для операндов и результата. Регистры общего назначения отсутствуют.
Машина имела параллельное 39-разрядное АЛУ с плавающей запятой. В систему команд машины входят 9 арифметических операций, 8 операций передач кодов, 6 логических операций, 9 операций управления.
Машина имеет общее поле памяти для команд и данных (Архитектура фон Неймана) — 2047 39-разрядных ячеек (ячейка с номером 0 всегда возвращает машинный нуль). Специальный бит в поле кода команд позволял отключить нормализацию с плавающей точкой и выполнять адресную арифметику. При написании программ для БЭСМ-1 широко применялась техника самомодифицирующегося кода, когда напрямую модифицировалась адресные части команд для доступа к массивам.
Внешняя память — на магнитных барабанах (2 барабана по 5120 слов) и магнитных лентах (4 по 30 000 слов). Скорость обмена с барабаном — 800 чисел в секунду. Скорость записи-считывания с ленты после позиционирования — 400 чисел в секунду. Первоначальный ввод программы и исходных данных осуществляется с перфоленты со скоростью 20 кодов в секунду. Печать результата осуществляется на бумагу со скоростью до 20 чисел в секунду.
Потребляемая мощность — около 35 кВт.
Была создана только одна машина этого типа. Главный конструктор — Сергей Алексеевич Лебедев.
В 1953 году на БЭСМ была опробована оперативная память на ртутных трубках (1024 слова), в начале 1955 года — на потенциалоскопах (1024 слова), в 1957 году — на ферритовых сердечниках (2047 слов).
На 1953 год (октябрь — международная конференция в Дармштадте) — оказалась самой быстродействующей в Европе, но уступала по быстродействию и объёму памяти коммерческой американской IBM 701, поставки которой начались в декабре 1952.
Усовершенствованный вариант БЭСМ-1, подготовленный для производства. Выпускалась с 1958 по 1962 год. Одна из первых серийно выпускавшихся ЭВМ (в 1953-56 годы серией было выпущено 7 экземпляров ЭВМ «Стрела», с 1957 года начался серийный выпуск машины «Урал-1», которых до 1961 года выпустили 183 экземпляра). Было изготовлено 67 машин. Машина разработана и внедрена коллективами ИТМ и ВТ АН СССР и завода им. Володарского (г. Ульяновск).
ЭВМ военного назначения
Комплекс для управления РЛС дальнего обнаружения и сопровождения цели и точного наведения противоракеты на баллистическую ракету противника. В марте 1961 г. на этом комплексе впервые в мире была ликвидирована боевая часть баллистической ракеты осколочным зарядом противоракеты. За эти работы коллектив ведущих разработчиков комплекса был удостоен Ленинской премии, в том числе академик С. А. Лебедев и В. С. Бурцев. Впервые были предложены принципы распараллеливания вычислительного процесса за счёт аппаратных средств.
М-40 начала выполнять боевые задачи в 1957 году. Коренная модификация БЭСМ-2 для войск ПВО. 40 тыс. оп./с. с фиксированной запятой, ОЗУ 4096 40-разрядных слов, цикл 6 мкс, представление чисел с фиксированной запятой, разрядность 36, система элементов ламповая и ферритранзисторная, внешняя память — магнитный барабан ёмкостью 6 тыс. слов. Машина работала в комплексе с аппаратурой процессора обмена с абонентами системы и аппаратурой счёта и хранения времени.
М-50 введена в 1959 г. и явилась модификацией ЭВМ М-40. Обеспечивала выполнение операций с плавающей запятой и была рассчитана на применение в качестве универсальной ЭВМ. На базе М-40 и М-50 был создан двухмашинный контрольно-регистрирующий комплекс, на котором обрабатывались данные натурных испытаний системы ПРО. 50 тыс. оп./с. Элементная база: лампы, ферриты, полупроводниковые транзисторы и диоды.
Двухпроцессорный комплекс с общим полем оперативной памяти. Одна из первых полностью полупроводниковых ЭВМ. Развитая система прерываний с аппаратным и программным приоритетом. Главный конструктор — С. А. Лебедев. Заместитель главного конструктора — B. C. Бурцев. Эскизный проект — 1961 год, межведомственные испытания 1964 г., испытания комплекса из восьми машин 1967 г.
Технические данные: быстродействие — 500 тыс. оп./с.(большая машина), 37 тыс. оп./с. (малая машина); фиксированная запятая; ОЗУ 32 тыс. 48-разрядных слов, построена по модульному принципу, цикл 2 мкс; работа по 28 телефонным и 24 телеграфным дуплексным линиям связи; элементная база — дискретные полупроводники, полный аппаратный контроль, промежуточная память — 4 магнитных барабана по 16 тыс. слов каждый.
Модификация 5Э92б. Особенности: представление чисел с плавающей запятой, защита оперативной памяти и каналов обмена, работа нескольких операторов в мультипрограммном режиме. Серийно выпускались с 1965 года для военных, в частности, была установлена в ЦККП.
Создавалась с 1969 года специально для комплекса ПВО ЗРК С-300. 3 процессора, 1 млн оп./с, АЛУ с фиксированной запятой, 36-разрядное (4 бита — контрольные) слово, ОЗУ 32 кбит, память команд 64 Кбит на биаксах. Использовались ИС 133 серии (ТТЛ малой интеграции). Объём корпуса менее 2,5 м³, потребляемая мощность около 5 кВт. Серийно выпускалась с 1975 года, уже после смерти С. А. Лебедева.
БЭСМ-4 представляла собой трёхадресную машину на полупроводниках, унаследовала архитектуру М-20. Быстродействие — 20 тыс. плавающих оп./с., быстрых операций — до 40 тыс. Оперативное ЗУ на ферритных сердечниках (8192 слова, слова 45-разрядные, организованные в два куба по 4к слов). Стандартный комплект — 4 НМЛ, 4 магнитных барабана по 16к слов, устройства ввода-вывода перфокарт, 128-колоночное АЦПУ (алфавитно-цифровое печатающее устройство), «быстропечатающее устройство» (только цифры, 16 столбцов).
Арифметика с ПЗ включала 4 команды с модификациями и аппаратно реализованное извлечение квадратного корня.
Арифметика с фиксированной запятой — рудиментарная, для целей адресной арифметики.
Возможность работы с удалёнными объектами по телефонным и телеграфным каналам связи. Каналы связи в стандартной конфигурации отсутствовали. Главный конструктор — О. П. Васильев. Б ЭСМ-4 производилась с 1965 года, всего было выпущено 30 машин.
Для БЭСМ-4 существовало не менее 3 разных компиляторов с языка Алгол-60, компилятор Fortran, не менее 2 разных ассемблеров (дубнинский и Баяковского), компилятор с оригинального языка Эпсилон.
Первая супер-ЭВМ второго поколения — на полупроводниковых транзисторах.
Разработка завершена в конце 1966 года. Главный конструктор — Сергей Алексеевич Лебедев, заместители главного конструктора — Владимир Андреевич Мельников и Лев Николаевич Королёв. В 1968 году начат выпуск на заводе счётно-аналитических машин (САМ) в Москве. До 1987 года, когда был прекращён выпуск БЭСМ-6, было произведено 355 машин.
Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист
Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым).
Основные теоретические принципы построения счетной машины были сформулированы. Однако наиболее трудной частью работы явилось практическое создание МЭСМ. Только разносторонний опыт предыдущих исследований позволил Сергею Алексеевичу с блеском справиться с труднейшей задачей технического воплощения принципов построения ЭВМ.
Основные характеристики МЭСМ
Система счета — двоичная с фиксированной запятой.
Количество разрядов — 16 и один на знак.
Вид запоминающего устройства — на триггерных ячейках с возможностью использования магнитного барабана.
Емкость запоминающего устройства для чисел — 31, для команд — 63.
Емкость функционального устройства для чисел — 31, для команд — 63.
Производимые операции — сложение, вычитание, умножение, деление, сдвиг,сравнение с учетом знака, сравнение по абсолютной величине и др.
Система команд — трехадресная.
Арифметическое устройство — одно, универсальное, параллельного действия.
Система ввода чисел — последовательная.
Скорость работы — около 3000 операций/мин (50 оп/с).
Ввод исходных данных — с перфорационных карт или посредством набора кодов на штекерном коммутаторе.
Съем результатов — фотографирование или посредством электромеханического печатающего устройства.
Контроль — системой программирования.
Определение неисправностей — специальные тесты и перевод на ручную или полуавтоматическую работу.
Площадь помещения — 60 кв. м.
Количество электронных ламп: триодов — около 3500; диодов — 2500.
Потребляемая мощность — 25 кВт.
Так, в декабре 1951 г. практически одновременно и независимо в Советском Союзе были изготовлены и введены в эксплуатацию
две первые электронные цифровые машины: автоматическая цифровая вычислительная машина АЦВМ М-1 в Москве и малая электронная счетная машина МЭСМ в Киеве.
ИТ-директор «Торговая сеть Технониколь» в интервью CNews: Бессмысленно ждать возвращения SAP и Microsoft, когда есть уникальная возможность «слезть с иглы»
АЦВМ М-1 и МЭСМ положили начало создания цифровых вычислительных машин в СССР: под руководством И. С. Брука весной 1952 г. начались разработка и изготовление быстродействующей универсальной ЭВМ М-2. Опыт создания М-1, ее элементная база, многие технические решения и порядок организации работ обеспечили завершение разработки машины в январе 1953 г. и ввод ее в эксплуатацию в июне 1953 г. Был изготовлен один экземпляр машины. В Энергетическом институте АН СССР ЭВМ М-2 находилась в режиме круглосуточной эксплуатации свыше 15 лет. Скорость работы М-2 составляла 2000 оп/с.
С. А. Лебедев приступил к разработке своей следующей машины — быстродействующей машины БЭСМ-1 в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) в Москве еще до завершения работ по машине МЭСМ в Киеве. В 1953 г. разработка БЭСМ была завершена, начато ее изготовление. Был изготовлен один экземпляр машины. Скорость работы БЭСМ-1 достигала 8000 оп/с.
