«Открытые системы» , № 03, 1999 199 прочтений
Очерки истории советской вычислительной техники
Очерк третий: Школа И.С. Брука. Малые и управляющие ЭВМ
 |
Как и Лебедев, он начал свою научную деятельность в электроэнергетике. Работая в Энергетическом институте АН СССР (ЭНИН), Брук еще в 1939 году создал механический интегратор для решения дифференциальных уравнений, по сути, представлявший собой аналоговую цифровую вычислительную машину. А в 1948 году совместно с Б.И. Рамеевым разработал проект цифровой вычислительной машины с жестким программным управлением, в котором ученые очень близко подошли к идее хранимой в памяти программы.
Не случайно, что интерес и первые идеи по созданию вычислительной техники параллельно возникли у двух ученых-энергетиков. В те годы это была одна из самых развитых в техническом отношении отраслей советской экономики, и связанные с ней научные исследования требовали средств автоматизации проводимых сложнейших расчетов.
В 1950-51 годах в лаборатории ЭНИН (фактически в полулегальных условиях) Брук и несколько его талантливых учеников разработали и реализовали первую малогабаритную ламповую электронную вычислительную машину М-1. Такая машина сравнительно небольших размеров могла использоваться в научных лабораториях для решения различных задач. М-1 выполняла операции над 20-разрядными двоичными числами со скоростью 15-20 оп/с и имела память на магнитном барабане емкостью 256 чисел. Элементную базу составляли около 500 электронных ламп, а также несколько тысяч полупроводниковых устройств, впервые использованных при конструировании вычислительной машины. Это были трофейные немецкие выпрямители. Парадоксально, но факт, что поистине революционная идея малых ЭВМ для научных применений в некоторой степени обязана своим появлением малым масштабам (в материальном смысле) деятельности Брука: крошечной лаборатории на Ленинском проспекте, отсутствием какой-либо официальной поддержки работ по созданию машины и вследствие этого постоянной нехваткой средств и комплектующих. В лабораторию к Бруку попадали молодые талантливые выпускники МЭИ, которым по причине «пятен» в биографии был заказан путь в престижные закрытые организации.
Первая машина Брука была действительно первой во многих отношениях — в оригинальности идеи малой ЭВМ, в использовании нового типа элементов — полупроводников, наконец, в том, что это была первая действующая машина в Москве. БЭСМ и «Стрела» находились еще на стадии монтажа, когда на М-1 начали решаться реальные задачи. Хотя эта машина, подобно МЭСМ, фактически была создана в макетном исполнении, на ней делались серьезные расчеты, например, для ведомства академика Курчатова и для задач ракетостроения, решаемых в КБ под руководством Королева. В серийное же производство попала только последующая разработка команды Брука, малая ЭВМ М-3, генеральным конструктором которой был его ученик, Николай Яковлевич Матюхин, в будущем член-корреспондент АН СССР. М-3 работала со скоростью около 30 оп/с и имела память на магнитном барабане емкостью 1024 31-разрядных чисел. Матюхин и еще один ученик Брука, Михаил Александрович Карцев, впоследствии вели активную самостоятельную деятельность по созданию мощных специализированных ЭВМ.
В конце 50-х И.С. Брук выдвинул идею использования малых ЭВМ в качестве управляющих машин. Впервые предлагалось применять вычислительную технику не только для больших математических, физических или технических расчетов, но и в решении задач управления технологическими объектами и даже экономическими процессами. Идеи Брука послужили толчком к созданию в конце 50-х ряда научно-исследовательских организаций по управляющим машинам. В частности, на базе бруковской лаборатории в ЭНИН в 1958 году появился Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ АН СССР). Его первым директором стал сам Брук. В институте в 60-х годах разрабатывались новые модели машин серии М для управляющих применений в различных отраслях народного хозяйства. В 70-х ИНЭУМ стал головной организацией по созданию серии малых управляющих ЭВМ — СМ ЭВМ.
И.С. Брук был человеком выдающимся и весьма своеобразным. По стилю своей деятельности это был, скорее, ученый-одиночка, генератор идей, которые подхватывали и реализовывали его ученики и соратники. А он переключал свою творческую энергию и талант на что-то новое. Рекламу себе и своим научным достижениям делать не умел, поэтому направление по разработке малых ЭВМ звучало, быть может, не так громко, как достижения создателей суперпроизводительных машин первого и второго поколения.
В последний период своей жизни ученый заинтересовался проблемами экономики и возможностями применения ЭВМ для управления экономическими процессами. Этот интерес возник в начале 60-х, когда в стране появились признаки экономических перемен, намечалось проведение хозяйственной реформы. Однако активное вмешательство Брука в решение экономических проблем не приветствовалось, и в 1964 году его фактически «вышли» на пенсию. Но и после этого ученый продолжал заниматься исследовательской работой, оставался научным консультантом и руководителем научно-технического совета ИНЭУМ.
СМ ЭВМ
Период перехода к вычислительной технике третьего поколения на интегральных схемах — это время активного развития миниЭВМ. Миникомпьютеры начала 60-х создавались как программируемые автоматические устройства для управления промышленными и научными установками. Родоначальницей этого класса машин стала разработка корпорации Digital Equipment — PDP-8. Миникомпьютеры заменяли на производстве и в научных лабораториях аппаратно реализованные контроллеры для управления объектом, позволяя значительно снизить стоимость и время реализации управляющих систем. Если раньше какие-либо изменения управляемого объекта влекли за собой серьезные модификации аппаратуры или полную замену контроллера, то с использованием ЭВМ изменение или смена управляющего автомата свелись к изменению или смене программы.
 |
| ЭВМ М1. Общий вид |
На управляющие миникомпьютеры ложилась большая нагрузка по обработке символьной и логической информации, а также цифровых показаний приборов, как правило, не связанная с объемными вычислениями. Жесткие промышленные условия эксплуатации предъявляли особые требования к этим машинам, которые должны были обеспечивать высокую надежность, иметь средства сопряжения с внешними аналоговыми и цифровыми источниками различных типов, поддерживать работу в реальном масштабе времени.
Однако сравнительно низкая стоимость миникомпьютеров, их небольшие габариты, а также простота эксплуатации (поскольку они предназначались для применения на производстве и в лаборатории людьми, которые заведомо не имели высокой квалификации в области аппаратного и программного обеспечения) сделали этот класс техники привлекательным для широкого круга пользователей. Миникомпьютеры «пошли в массы»: в небольшие коллективы исследователей и разработчиков. Их стали использовать в качестве универсальных компьютеров для решения научных задач, не связанных с длительными и сложными вычислениями, автоматизации делопроизводств, обработки коммерческой информации, в учебном процессе.
В СССР работа по созданию малых управляющих машин, начатая в конце 50-х Бруком, продолжалась в ИНЭУМ под руководством академика Бориса Николаевича Наумова, который стал директором института в 1967 году. Фактически, параллельно с генеральной линией создания семейства общецелевых высокопроизводительных ЕС ЭВМ шла работа над другим классом машин, предназначенных для управления технологическими объектами и процессами в различных отраслях промышленности и в разного рода измерительных, испытательных, диспетчерских системах.
 |
| Первая задача, решенная на ЭВМ М-1 |
В 1970-74 годах в ИНЭУМ была создана система АСВТ-М (агрегатная система средств вычислительной техники на микроэлектронной базе), позволяющая реализовывать вычислительные комплексы для использования на различных уровнях иерархии управления. АСВТ-М включала три типа центральных ядер вычислительных систем (М-4000, М- 400 и М-40) с общим набором устройств ввода/вывода, отображения информации, устройств связи с объектами, устройств контроля и регулирования. М-4000 была первой в СССР машиной на интегральных схемах, по производительности оказавшаяся на уровне средних систем ряда ЕС. В качестве прототипа для машины среднего класса М-400 была избрана 16-разрядная PDP-11/40 производства DEC.
Руководителям ИНЭУМ в конце концов удалось доказать, что потребности страны в вычислительной технике невозможно покрыть машинами Единой Серии и что уже выпускаемые рядом заводов малые управляющие ЭВМ действительно необходимы. И в 1974 году на правительственном уровне было принято решение организовать производство еще одного семейства — СМ ЭВМ, в котором получили развитие принципы построения семейств управляющих машин, реализованные в серии АСВТ-М. СМ ЭВМ в 70-х — 80-х годах составили техническую базу управляющих систем для автоматизации научных исследований и экспериментов, автоматизации диспетчерского управления в крупных энергообъединениях и энергосистемах, управления технологическими процессами, производством, цехами и предприятиями в машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности. Так же как и в случае ЕС, разработкой и производством СМ вместе с СССР занимались страны — члены СЭВ, головной организацией стал ИНЭУМ, а его директор — генеральным конструктором СМ ЭВМ. С 1983 года институт возглавляет ученик академика Наумова д.т.н. Николай Леонидович Прохоров.
Существенное отличие серии СМ ЭВМ от ЕС состояло в том, что первая представляла собой не один ряд машин, различающихся по производительности, а по существу, несколько семейств управляющих малых и микроЭВМ разной архитектуры. Это связано именно со спецификой применения таких машин. Управляющие системы на производстве или, скажем, в энергетике имеют сложную многоуровневую структуру (грубо говоря, технологический объект — технологический процесс — цех, или энергоблок — ряд энергоблоков — энергетическое объединение), и необходимо было обеспечить каждый из уровней вычислительным комплексом с соответствующими возможностями.
Еще одно направление работы института — разработка вычислительных модулей реального времени для медицинских применений. В ИНЭУМ создан мобильный прибор для исследования сосудов головного мозга, предназначенный как для стационарного использования в медицинских учреждениях, так и для машин «Скорой помощи», а также для спасательных работ в чрезвычайных условиях. Кроме того, разработана система автоматизации больниц и ведется интересный проект по созданию системы определения общего состояния здоровья пациента по анализу его кардиограммы.
Последняя разработка института возрождает имя и идеи СМ ЭВМ — это управляющий вычислительный комплекс СМ 1820М, предназначенный в первую очередь для замены полностью выработавших свой ресурс машин серии СМ в атомной энергетике. СМ 1820М имеет индустриальное исполнение и соответствует последним веяниям в области аппаратных промышленных систем, где все более популярной становится архитектура IBM PC. Новая машина ИНЭУМ построена на базе процессора Pentium и использует промышленный вариант шины PCI — Compact PCI — для подсоединения дополнительных модулей связи с объектом. В качестве операционной системы могут использоваться Windows NT, Unix, популярная операционная система для встроенных применений QNX и собственная разработка — USIX. В институте считают, что в стране есть условия для промышленного производства таких машин (первые образцы изготовлены на заводах «Энергоприбор» и САМ), и надеются, что в скором времени будет налажен серийный выпуск новых СМ.
Так что нет никаких оснований завершать заупокой начатый за здравие рассказ об одном из флагманов советской вычислительной техники. Головной институт по созданию семейства малых управляющих машин сегодня, как это сейчас модно говорить, нашел свою нишу. И пусть масштабы его деятельности не так впечатляющи, как в недавнем прошлом. Главное, что руководству института удалось найти применение золотому фонду своих специалистов и предложить определенные перспективы новым кадрам.
Несколько слов в заключение
Хочется еще раз подчеркнуть — в этой серии очерков мы попытались изложить лишь самые общие факты из истории отечественных ЭВМ. И да простит нас придирчивый читатель, который знает об этом больше и лучше. Давайте рассматривать эти публикации как своеобразное приглашение тем, кто готов участвовать в формировании своего рода летописи создания вычислительных машин в СССР. Некоторое время назад один из читателей еженедельника Computerworld Россия в своем отклике на материал, посвященный пятидесятилетию транзисторов, заметил, что необходимо более личностное отношение к излагаемым фактам и описываемым персонажам. История советских ЭВМ как нельзя более располагает к выражению такого личностного отношения того, кто своими глазами видел ЭВМ размером в комнату, которая выдавала результат на довольно допотопную пишущую машинку. Того, кто начинал работать в университетских лабораториях на PDP — прародительнице СМ — и «Электронике». Того, чьи родители в начале 50-х заканчивали МЭИ, кузницу кадров зарождающегося компьютеростроения, и сидели в тех же аудиториях и ходили по тем же коридорам, что и создатели самых-самых первых ЭВМ. Именно поэтому невозможно допустить даже йоты пренебрежения и высокомерия в описании наших достижений и неудач в этой области, хотя сейчас принято ругать свою недавнюю историю. Общение же с ее реальными участниками вызывает большое уважение к ним и серьезный интерес к тем событиям.
На рубеже тысячелетий воспоминания становятся модными. Загляните в программу ТВ — «Старый телевизор», «Старая квартира» — передачи, ностальгически рассказывающие о делах минувших, но не таких уж и давних. А может быть, в одной из компьютерных СМИ появится рубрика «Старый компьютер», где очевидцы сами расскажут о том, как они работали на БЭСМ или программировали для одной из моделей ЕС ЭВМ?
В заключение хотелось бы выразить благодарность директору ИТМиВТ Г.Г. Рябову, д.т.н. В.В. Пржиялковскому и директору ИНЭУМ д.т.н. Н.Л. Прохорову за предоставленные материалы и помощь в подготовке обзора.
