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.
«Работа в ЦНИИ № 108 явилась хорошей школой для меня. Полученные знания в области электроники, а также почти двадцатилетний опыт радиолюбительства и склонность к изобретательству объясняют, почему, работая у Брука, удалось сделать так много. Мы с Исааком Семеновичем вместе обсуждали общие идеи машины, которую собирались создать. Я потом чертил конкретные схемы с пояснительными записками, давал ему на просмотр. Он делал замечания, если было необходимо (это видно на сохранившихся у меня рукописях некоторых заявок на изобретения и рукописи краткого описания АЦВМ, находящейся в Политехническом музее). Работал я в его кабинете в здании главного корпуса Энергетического института АН СССР.
Говорили мы с ним и о том, как этот проект осуществить. Возникла идея, что для этого необходимо СКВ. Я в течение двух недель работал в Ленинской библиотеке, изучал литературу по проектированию промышленных предприятий и заводов. В результате родился документ, копию которого я Вам передаю.
Не помню, где и как питался в то время, а вот жил в комнате, где хозяйка хранила картошку, и топил печку толстыми томами Свода законов царской России, которые там обнаружил. С 1944 г. снимал комнату (иногда угол) на 2–4 месяца в самых разных районах Москвы. Поменял десятки мест. Никто не хотел прописывать, а без прописки хозяева тогда боялись надолго пускать квартиранта. Вещей у меня было три бумажных мешка. Вог с ними я и переезжал из одной квартиры в другую. В 1952 году от СКБ-245 получил комнату в общей квартире».
За год совместной работы Брук и Рамеев подготовили и послали в Комитет по изобретениям более 50 заявок на изобретение различных узлов ЭВМ. Однако многие из них возвращались непризнанными или с массой вопросов. Среди тех, кто их оценивал, не было специалистов по вычислительной технике. (Эксперт, рассматривавший заявки, был специалистом по электродвигателям.) В конце-концов заявки стали принимать. В декабре 1948 г. они подготовили и послали заявку на изобретение «Автоматическая цифровая вычислительная машина» (с использованием общей шины) и получили авторское свидетельство № 10475 с приоритетом от 4. ХП.1948 г. — первое в области цифровой электронной вычислительной техники в стране!
В начале 1949 г. Брук выступил с идеей цифровой ЭВМ в Артиллерийской академии. Он был действительным членом этой Академии с 1947 г. Для убедительности был продемонстрирован макет диодно-матричного арифметического устройства, спроектированного и отлаженного Рамеевым. Это было первое в стране сообщение о разработке отечественной электронной цифровой вычислительной машины.
В начале 1949 года Рамеева как специалиста по радиолокации (сказалась его работа в 108-м институте) неожиданно призвали в армию и самолетом отправили на Дальний Восток. Спешка, однако, оказалась излишней, — полтора месяца он ждал назначения, а потом был зачислен преподавателем в школу подводников. Брук не переставал хлопотать о его возвращении, сумел подключить к этому главного ученого секретаря АН СССР академика Н.Г. Бруевича и министра машиностроения и приборостроения П.И. Паршина. В конце концов Башир Искандарович вернулся в Москву. Дома его ждало письмо с предложением перейти на работу в Министерство машиностроения и приборостроения СССР на должность заведующего лабораторией СКБ-245, которому поручалась разработка цифровых вычислительных машин.
Министр дал подписку в том, что лично отвечает за «сына врага народа» — этого требовала секретность проводимых работ.
Рамеев начал разработку эскизного проекта цифровой электронной вычислительной машины, в котором был использован ряд идей из полученных совместно с Бруком авторских свидетельств (общая шина, кодово-позиционное АУ и др.). Технический совет СКБ-245, рассмотрев проект Рамеева, утвердил его. Это произошло в первый день появления на работе в СКБ-245 будущего главного конструктора машины Ю.Я. Базилевского, назначенного руководителем отдела цифровых машин СКБ-245.
Началась работа по техническому проектированию и созданию ЭВМ «Стрела».
Работа по созданию «Стрелы» велась с колоссальным энтузиазмом. Коллектив разработчиков, зная, что соперники в ИТМ и ВТ АН СССР, где шла разработка БЭСМ, не дремлют, старался сделать не только все возможное, но и то, что вначале казалось недостижимым. Директор завода счетно-аналитических машин, он же начальник СКБ-245 и директор НИИ Счетмаша, М.А. Лесечко отдал этой работе весь свой блестящий организаторский талант. За две-три ночи монтировалась громоздкая аппаратура для охлаждения громадных помещений, в которых устанавливались для отладки смонтированные устройства «Стрелы». Достойным помощником был его заместитель и главный конструктор «Стрелы» Базилевский, быстро сориентировавшийся в работе.
Мне удалось разыскать ветерана СКБ-245, участницу разработки ЭВМ «Стрела» Евгению Тихоновну Семенову. Ее рассказ во многом воссоздает атмосферу того времени, поэтому привожу его почти полностью.
Михаил Авксентьевич Лесечко
«Как сейчас помню: в марте пятидесятого года пришла в отдел кадров МЭИ за направлением в НИИ-10. На распределении я согласилась пойти на работу в этот тогда престижный „почтовый ящик“. А меня послали и какое-то СКБ-245, о котором никто и не слышал. Но не стала возражать. Взяла направление и пошла. И как же мне тогда повезло! Во-первых, я попала в лабораторию Башира Искандаровича Рамеева. Проработала у него пять лет, и все, что он мне дал за эти годы, осталось на всю жизнь. Во-вторых, создателем и руководителем СКБ-245 был Михаил Авксентьевич Лесечко, безусловно, очень интересный человек и талантливый руководитель — таких я больше не встречала. И, наконец, самое главное — работа. Мы создавали одну из первых в стране цифровую электронную вычислительную машину. Первые месяцы читали американские журналы со статьями по вычислительной технике. Слава Богу, начальство поставляло их в достаточном количестве. Рамеев давал идеи, а затем мы разрабатывали все сами. Ну в каком НИИ-10 я бы это имела!
СКБ-245 и НИИ Счетмаш были созданы на базе завода САМ. Это произошло где-то в конце сорок девятого или в начале пятидесятого года. Находились мы все на одной территории.
В СКБ-245 было несколько отделов. В связи с полной нашей „закрытостью“ названия отделов были заменены номерами. А мы их называли иногда именами руководителей отделов, иногда — по выполняемой тематике.
1-й отдел, как и на всех аналогичных предприятиях, обеспечивал секретность разработок, проверял нашу подноготную, выдавал тетради, прошитые, пронумерованные и опечатанные. Каждое утро мы получали там свои чемоданы с тетрадями и бумагами и в конце рабочего дня их сдавали.
Во 2-ом отделе проводились работы по аналоговым вычислительным средствам. Руководителем был Роман Васильевич Плотников. В этом отделе работали ребята из МЭИ — Женя Глазов и Миша Ионкин. С ними у нас была большая дружба, поэтому мы всегда были в курсе всех событий этого отдела. Там же работали Витенберг, Сулим, Гена Петров и др.
Разработчики ЭВМ „Стрела“, лауреаты Государственной премии: (слева направо) сидят — Б.И. Рамеев, В.В. Александров, Ю.Я. Базилевский, Д.А. Жучков, А.П. Цыганкин; стоят — Ю.Ф. Щербаков, Н.Б. Трубников, Г.М. Прокудаев, Б.Ф. Мельников, Г.Я. Марков, И.Ф. Лыгин.
3-й отдел наш. Мы занимались разработкой вычислительной машины „Стрела“. Руководителем отдела был Юрий Яковлевич Базилевский. К работе нашего отдела я еще вернусь.
4-й отдел математический. Руководителем был Ифраим Аврумович Глузберг. Позже его сменил Дмитрий Алексеевич Жучков. Для „Стрелы“ отдел разрабатывал стандартные программы и проводил оценки выполнения операций. Взаимодействовали мы в основном с Леной Еремеевой.
5-й отдел занимался материальным обеспечением.
6-й отдел разрабатывал дифференциальный анализатор. Руководил отделом Александр Алексеевич Бедняков.