Г.А.Михайлов
То, как трудились С.А. Лебедев и коллективы, которыми он руководил, было скорее правилом, чем исключением. Не мне и не авторам тех замечательных работ приписывать им прилагательное «героический», но задуматься на их примере о том, каков КПД дел современных, от чего и кого он зависит и чем определяется, вполне уместно и небесполезно. Об одной из таких давних историй, практически не замеченной современниками и впоследствии забытой, хочется рассказать, чтобы еще раз пояснить обстановку того времени и добавить несколько слов о том, как воспринимали С.А. Лебедева современники.
Мало кто знает, что в ноябре 1953 г., т. е. через полугодие после завершения отладки БЭСМ, в Институте атомной энергии была введена в действие и в течение семи лет успешно эксплуатировалась первая в стране ЭВМ последовательного действия ЦЭМ-1. Решение о ее разработке сформировалось почти случайно. Академику Сергею Львовичу Соболеву, крупнейшему математику (в ту пору заместителю Курчатова), попал в руки американский журнал с описанием ЭВМ ЭНИАК. Шел 1950 г. Вероятно, ему было кое-что известно о разработках отечественных ЭВМ «Стрела» и БЭСМ, начавшихся в то время. Ученый передал журнал руководителю измерительной лаборатории института Н.А. Явлинскому. После чего журнал оказался в руках молодого специалиста, три года назад окончившего Ивановский энергетический институт, Геннадия Александровича Михайлова. Среди скудных зарубежных публикаций он разыскал еще две или три статьи в английских журналах о машине ЭДСАК, построенной в Кембриджском университете. Однако в них приводились лишь блок-схема и паспортные данные машины.
Двоичная система счисления в те времена тоже б, ыла откровением, не говоря уже о программировании. Не было и литературы по численным методам решения задач. Была еще одна трудность: бригада, проектировавшая, монтировавшая и потом налаживавшая машину, включая Михайлова, состояла из четырех человек — двух инженеров и двух техников.
Так же как все схемы первых ЭВМ (МЭСМ и БЭСМ) были разработаны самим Лебедевым, так и схемы ЦЭМ-1 были составлены Михайловым. Иной вариант в тех условиях «не проходил».
В ЦЭМ-1 сразу же была задействована оперативная память на 128 двоичных 31-разрядных чисел на ртутных линиях задержки по 16 чисел в каждой, с последовательной выборкой на частоте 512 кбит/с. Емкость памяти позднее была доведена до 496 чисел и добавлено внешнее ЗУ — 4096 чисел на магнитном барабане. Ввод и вывод данных были организованы на основе телеграфного аппарата СТ-35, цифропечать на телеграфной ленте дублировалась 5-дорожечной перфолентой; ввод данных — с такой же перфоленты через фотосчитывающее устройство на приличной скорости. За режимами в основных блоках машины можно было наблюдать на осциллографе-мониторе — прообразе современных дисплеев. Средняя скорость выполнения операций сложения и вычитания 495 операций в секунду, умножения и деле. ния — 232. В машине было задействовано около 1900 радиоламп, потреблявших около 14 кВт. Размещалась она в шести металлических стойках-шкафах размерами порядка 80x180x40 см каждый. Вопреки опасениям ЦЭМ-1 работала вполне надежно. Основное беспокойство доставляли ртутные трубки — при длине 1000 мм и диаметре кварцевого акустического излучателя 18 мм нужно было постоянно следить и за острой направленностью ультразвукового луча, и за уровнем отражений от приемного кварца. А таких трубок было 32. Еженедельная профилактика обеспечивала достаточно надежную эксплуатацию.
Можно с полным правом утверждать, что, несмотря на ряд публикаций в зарубежных журналах, разработка ЭВМ в те годы оставалась самостоятельной, оригинальной, основанной на догадках и изобретательности. ЦЭМ-1 во многом отличалась от ЭДСАК: по-иному было реализовано умножение (с округлением), введена операция деления (без восстановления остатка), одноадресная система команд заменена двухадресной. Это, кстати, было сделано по предложению С.А, Лебедева уже в период наладки машины — пришлось переделать часть монтажа. Совершенно оригинальной оказалась система модификации команд посредством «признаков» — она очень способствовала сжатию программ, что при ограниченной оперативной памяти имело огромное значение.
Одну из первых программ составил С.Л. Соболев — интегрирование дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта — для обретения навыков программирования. Г.А. Михайловым были разработаны набор программ ввода-вывода, диагностики, а также «потребительские» программы для вычисления интегралов, решения систем уравнений, обращения матриц и др.
В день избрания академиком
Далеко не сразу ЦЭМ-1 получила признание даже в родных стенах. Руководитель одного из отделений института — академик Лев Андреевич Арцимович, талантливейший физик, экспериментатор и теоретик, прекрасно владея аналитическим математическим аппаратом, вполне мог позволить себе скептическое отношение к таким новациям. Но пришло время, когда и он убедился в полезности и силе ЭВМ: в конце 1954 г. ГА. Михайлов запрограммировал и решил уравнение, составленное СМ. Осовцом (из команды теоретиков МЛ. Леонтовича), которое описывает процесс сжатия плазменного шнура в экспериментах по управляемому термоядерному синтезу. Арцимович поначалу забраковал результат — ускоряющееся сжатие с наложенными на него колебаниями, однако после трех-четырех дней теоретического анализа пришел к такому же результату, а еще неделю-другую спустя из архивов были извлечены осциллограммы, отвергнутые ранее жак брак эксперимента, подтверждающие этот неожиданный эффект.
Позднее на ЦЭМ-1 было выполнено немалое количество расчетов по режимам атомных реакторов, расчету дозиметров и пр. С машиной ознакомились С.А. Лебедев, АЛ. Ляпунов, МД. Миллионщиков и др.
Рассказ Г.А. Михайлова добавляет новые штрихи к портрету Сергея Алексеевича.
«В 50-е годы, работая рядовым инженером в Институте атомной энергии им. Курчатова, довелось мне оказаться знакомым со многими нашими выдающимися учеными, с кем-то близко, лично — с СЛ. Соболевым, ЛЛ. Арцимовичем, МЛ. Леонтовичем, кого-то видеть на расстоянии, слушать их доклады, выступления (VLB. Курчатов, HJC Кикоин, НЕ. Тамм, А.Ф. Иоффе, RB. Тимофеев-Ресовский, молодой АД. Сахаров.).
Приятно вспомнить, что моими экзаменаторами перед защитой кандидатской диссертации были академики Арцимович и Лебедев — по вычислительной технике. Одним словом, в памяти сохранились многие яркие личности из нашей науки 50-60-х годов. И вот боюсь, что среди них Сергей Алексеевич Лебедев по сугубо внешним признакам оказался бы совершенно неприметен — ни статью, ни волевым лицом… В том-то и дело, что, как мне кажется, эта незаметность — при очень мощном таланте — и была главной внешней отличительностью Сергея Алексеевича.
О нем как исключительно талантливом ученом впервые я услышал от своих коллег по лаборатории. Все мы во главе с Н.А. Явлинским переселились в Институт атомной энергии из ВЭИ, где работал Лебедев. Явлинский и Лебедев дружили и сами, и семьями, пока Явлинский, его жена и сын не погибли в 1962 г. в авиакатастрофе. Благодаря этой дружбе посчастливилось видеть Сергея Алексеевича и на семейных празднествах. И здесь он оставался неприметным. О славословии, лести, даже тщательно замаскированной, не могло быть и речи».
В 1959 г. Г.А. Михайлов переехал в Киев, стал руководителем отдела в Вычислительном центре АН Украины (ныне Институт кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины). Он продолжает: «Летом 1961 г. Сергей Алексеевич, по-видимому, в последний раз приезжал в Киев, с которым многое его связывало. Был он в нашем Вычислительном центре, уже переселившемся из Феофании на Лысогорскую. Организовали — ему поездку в Феофанию, почти в одиночку, на озеро, в лес. К тому времени почти все главное им было уже сделано: он стал академиком, лауреатом Ленинской премии, Героем соцтруда… Казалось бы, в самый раз рассчитывать только на почести, да еще не в столице. Но ничего подобного и в помине не было: торжественных сборов, встреч, банкетов и пр. — ничего этого он бы не потерпел. Из его визита и для нас не делалось секрета, но, наверное, совсем немногие о нем знали.
И уж совсем смущенным выглядел он на своем юбилее в конференц-зале ИТМ и ВТ АН СССР в подаренных узбекском халате и тюбетейке.
Ни от кого не довелось слышать о нем плохого слова. И вместе с тем нельзя было назвать его безграничным добряком. На том самом экзамене, о котором упомянуто выше, Сергей Алексеевич преспокойно „влепил“ своему же аспиранту заслуженную двойку. Помнится, в беседе о защите диссертаций он заметил не без иронии про свой институт: „А у нас — разделение труда: одни делают машины, другие защищаются“.
Посетив нашу лабораторию и дотошно оглядев ЦЭМ-1, Сергей Алексеевич удивил нас вопросом: „А кувалдочкой вы по ней не стучите?“. Оказалось, что на БЭСМ кувалда — это штатный инструмент, а удары ею по железному каркасу машины — один из элементов профилактики! Столь же удивительным теперь показался бы приказ не допускать решения задачи дольше 15 минут без повторного пересчета с тем, чтобы не расходовать машинное время впустую».
Все описанное выше относится к ЭВМ на электронных лампах, или ЭВМ первого поколения. Второе поколение создавалось на безламповых элементах. Первыми полупроводниковыми ЭВМ семейства БЭСМ стали БЭСМ-ЗМ и БЭСМ-4.
Интересно отметить, что их появление также явилось результатом энтузиазма молодых. Дело в том, что работы по их созданию проводились в СКВ ИТМ и ВТ АН СССР инициативно, сверх плана молодыми инженерами и техниками.
По воспоминаниям одного из участников разработки А.А. Грызлова, в 1964 г. относительно небольшая группа молодых сотрудников, среди которых были инженеры, техники и самоучки, получила задание освоить первые полупроводниковые элементы. Это был этап в подготовке сотрудников СКВ к предстоящей работе по БЭСМ-6. Вначале им было поручено для накопления опыта разработать макеты основных узлов ЭВМ. В дальнейшем группа решила проверить созданные ими узлы в комплексе, изготовив небольшой макет машины. Он был собран и получил название БЭСМ-ЗМ. Окрыленные успехом новички осмелели. Возникла дерзкая идея: создать на базе имеющегося макета «свою» машину, повторяющую структурно-логическую схему ЭВМ М-20, но с использованием новых элементов. Инициативу молодежи поддержал руководитель тогдашнего СКВ О.П. Васильев. Лебедев не противился замыслу «неоперившейся» молодежи. Так появилась БЭСМ-4. Ее создание — еще один пример творческой и доброжелательной атмосферы, характерной для лебедевского института.
Государственная комиссия под председательством А.А, Дородницына отметила высокие эксплуатационные и конструктивные качества первой отечественной полупроводниковой универсальной ЭВМ. Она отличалась надежностью, малыми размерами, низкой стоимостью и имела большой успех у пользователей.
Когда через год после ее установки в Вычислительном центре АН СССР поинтересовались, как она работает, ответ был такой: «Ваша машина разлагает молодых инженеров. Они не выполняют профилактических работ, так как машина не имеет сбоев — она слишком надежна». Комментарии излишни.
После завершения работ по ламповым БЭСМ-2 и ЭВМ М-20 началось проектирование полупроводниковой БЭСМ-6 — шедевра творчества коллектива ИТМ и ВТ АН СССР, первой супер-ЭВМ второго поколения. С.А. Лебедеву — главному конструктору БЭСМ-6 — активно помогали его ученики, ставшие заместителями и выросшие к этому времени в известных молодых ученых, — В.А. Мельников и Л.Н. Королев.
Был тщательно изучен и проанализирован мировой опыт проектирования ЭВМ сверхвысокой производительности. Все, что соответствовало целям, поставленным при разработке машины, было взято на вооружение. По инициативе и при активном участии Лебедева было проведено математическое моделирование будущей машины. Исходя из намечаемого для нее комплекса задач определены состав устройств, их внутренние связи, система команд, тщательно отработаны полупроводниковые элементы.
БЭСМ-6
Результатом явилась оригинальная и удобная для программирования система команд, простая внутренняя структурная организация БЭСМ-6, надежная система элементов и конструкция, упрощающая техническое обслуживание. Такой подход к решению сложных технических задач не потерял своего значения и сейчас. Его можно сформулировать как принцип обоснованности принятых решений, которому СА. Лебедев следовал всю жизнь.
БЭСМ-6 стала первой отечественной вычислительной машиной, которая была принята Государственной комиссией с полным математическим обеспечением. В его создании принимали участие многие ведущие специалисты страны. Лебедев одним из первых понял огромное значение совместной работы математиков и инженеров в создании вычислительных систем. Значение этого становится очевидным, когда разработка эффективной вычислительной техники перерастает из проблемы инженерно-технологической в проблему математическую, которую можно решить только совместными усилиями инженеров и математиков.
Наконец — и это тоже важно, — все схемы БЭСМ-6 по инициативе СА. Лебедева были записаны формулами булевой алгебры. Это открыло широкие возможности для автоматизации проектирования и подготовки монтажной и производственной документации. Она выдавалась на завод в виде таблиц, полученных на БЭСМ-2, где проводилось и моделирование структурных схем. В дальнейшем система проектирования была существенно усовершенствована, благодаря работам ГТ. Рябова (система «Пульс»).
Лауреаты Государственной премии за разработку БЭСМ-6 С.А. Лебедев и В.А. Мельников
Основные принципиальные особенности БЭСМ-6: магистральный, или, как в 1964 г. назвал его СА. Лебедев, водопроводный принцип организации управления; с его помощью потоки команд и операндов обрабатываются параллельно (до восьми машинных команд на различных стадиях); использование ассоциативной памяти на сверхбыстрых регистрах, что сократило количество обращений к ферритной памяти, позволило осуществить локальную оптимизацию вычислений в динамике счета; расслоение оперативной памяти на автономные модули, что дало возможность одновременно обращаться к блокам памяти по нескольким направлениям; многопрограммный режим работы для одновременного решения нескольких задач с заданными приоритетами; аппаратный механизм преобразования математического адреса в физический, что дало возможность динамически распределять оперативную память в процессе вычислений средствами операционной системы; принцип полистовой организации памяти и разработанные на его основе механизмы защиты по числам и командам; развитая система прерывания, необходимая для автоматического перехода с решения одной задачи на другую, обращения к внешним устройствам, контроля их работы.
В электронных схемах БЭСМ-6 использовано 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. полупроводников-диодов. Элементная база БЭСМ-6 по тем временам была совершенно новой, в ней были заложены основы схемотехники ЭВМ третьего и четвертого поколений. Принцип разделения сложной машинной логики, построенной на диодных блоках, от однотипной усилительной части на транзисторах обеспечили простоту изготовления и надежность работы. Среднее быстродействие машины достигло 1 млн. операций в секунду.
Макет БЭСМ-6 был запущен в опытную эксплуатацию в 1965 г., а уже в середине 1967 г. первый образец машины был предъявлен на испытания. Тогда же были изготовлены три серийных образца. Благодаря совместной работе с заводом-изготовителем фактически не потребовалось времени на доводку машины и подготовку ее к серийному производству.
А.А. Соколов
Л.Н. Королев
Государственная комиссия под председательством М.В. Келдыша, в то время президента Академии наук СССР, принимавшая БЭСМ-6, дала машине высокую оценку.
На основе БЭСМ-6 были созданы центры коллективного пользования, системы управления в реальном масштабе времени, координационно-вычислительные системы телеобработки и т. д. Она использовалась для моделирования сложнейших физических процессов и процессов управления, а также в системах проектирования для разработки математического обеспечения новых ЭВМ. Принятые при ее создании принципиальные технические решения обеспечили ей завидное долголетие: БЭСМ-6 выпускалась промышленностью 17 лет! Машины снискали заслуженную любовь пользователей и в 70-х годах составляли основу парка высокопроизводительных ЭВМ.
При советско-американском космическом полете «Союз-Аполлон» управление осуществлялось новым вычислительным комплексом, в состав которого входили БЭСМ-6 и другие мощные вычислительные машины отечественного производства, разработанные учениками С.А. Лебедева. Если раньше сеанс обработки телеметрической информации длился около получаса, то на новом комплексе это делалось за одну минуту, вся информация обрабатывалась почти на полчаса раньше, чем у коллег в США.
Это был настоящий триумф С.А. Лебедева, его учеников, его школы, создавших первоклассную ЭВМ, способную соперничать с лучшими компьютерами мира! Основные участники разработки БЭСМ-6 (С.А. Лебедев, В.А. Мельников, Л.Н. Королев, Л.А. Зак, В.Н. Лаут, А.А. Соколов, В.И. Смирнов, А.Н. Томилин, М.В. Тяпкин) получили Государственную премию.
М.В. Тяпкин
Л.А. Зак
А.Н. Томилин
В.И. Смирнов
Когда готовилась эта книга, мне в руки попались сочинения немецкого философа Ницше. Одно из его высказываний привлекло особенное внимание: «Уметь дать направление — признак гениальности». Мне сразу вспомнился С.А. Лебедев, предугадавший основные направления и перспективы развития ЭВМ. Ученики Сергея Алексеевича Л.Н. Королев и В.А. Мельников в статье «Об ЭВМ БЭСМ-6» говорят о том же, только более определенно: «Гениальность С.А. Лебедева состояла именно в том, что он ставил цель с учетом перспективы развития структуры будущей машины, умел правильно выбрать средства для ее реализации применительно к возможностям отечественной промышленности» (Управляющие системы и машины. 1976, № 6).
Вычислительная техника с первых дней возникновения стала использоваться в военных целях. С.А. Лебедев был главным конструктором вычислительных средств системы противоракетной обороны страны (ПРО).
Важное значение работ в области ПРО, намного опережавших в то время уровень зарубежной военной техники, привело к тому, что имя Лебедева как главного конструктора вычислительных средств ПРО было засекречено. Лишь в 1990 г. — через 16 лет после смерти — о его участии в создании первых в стране систем ПРО было сказано в газете «Советская Россия» от 5 августа (статья Г.В. Кисунько «Деньги на оборону»).
Можно с уверенностью сказать, что если БЭСМ-2, М-20, БЭСМ-6, установленные во многих вычислительных центрах, обеспечили в послевоенные годы быстрое развитие научных исследований и решение наиболее сложных задач научно-технического прогресса, то специализированные ЭВМ, разработанные под руководством С.А. Лебедева, стали основой мощных вычислительных комплексов в системах противоракетной обороны. Полученные в те годы результаты были достигнуты за рубежом лишь много лет спустя. Взяться за военную тематику заставила «холодная» война, развернувшаяся в послевоенный период. Сергей Алексеевич не мог остаться в стороне от запросов времени. К тому же выполнение оборонной тематики позволяло улучшить материальное и финансовое положение института и за счет этого ускорить и расширить исследования по созданию мощных универсальных ЭВМ для оснащения вычислительных центров страны, что всегда было главной задачей ИТМ и ВТ АН СССР.
Еще 15 января 1951 г., находясь в Киеве, С.А. Лебедев направил письмо в президиум АН Украины, в котором говорилось: «Институтом электротехники Академии наук Украины в 1950 г. разрабатывается макет быстродействующей электронной счетной машины. Быстродействующие электронные счетные машины позволяют с колоссальной скоростью и большой точностью решать самые разнообразные задачи, например, в области внутриатомных процессов, реактивной техники, радиолокации, авиастроения, строительной механики и других отраслях.