60 лет ЭВМ
60 лет ЭВМ
Победная поступь науки перешла в безрассудный, стихийный бег.
(с) Брюс Стерлинг, "Схизматрица"
В конце прошлого либо начале нынешнего года человечество должно было бы отметить (но как-то упустило из виду) сразу две знаменательные даты. Первая — 170-летие создания концепции современной вычислительной машины. Вторая — 60-летие начала практических работ по созданию электронной вычислительной машины — ЭВМ.
Предтеча
В 1833 году английский ученый, профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж разработал проект "аналитической машины" — вычислительного устройства, по своей схеме и принципам работы очень близкого к современным компьютерам. Но, как это часто бывает с опередившими свое время идеями, проект Бэббиджа оказался в то время технически нереализуемым. Даже материалы об этой машине были опубликованы лишь в 1888 году, уже после смерти автора. Тем не менее, Чарльз Бэббидж вошел в историю как пророк современной киберцивилизации.
Прошло более ста лет, и грянувшая Вторая мировая война — война машин и новых технологий — сделала востребованными высокопроизводительные вычислительные устройства. Без них создание новых типов вооружений становилось просто невозможным, так как на выполнение многих математических расчетов требовалось время, превышающее продолжительность человеческой жизни. Новейшая история вычислительных машин началась в США.
Рождение американского компьютера
В 1940-х годах артиллерия все еще оставалась "богом войны", так что неудивительно, что именно артиллеристы были первыми, кто затребовал новые вычислительные технологии. Орудия полевые, зенитные, корабельные, авиационные, дальнобойные — каждый тип пушек требовал своих, специфических расчетов баллистики. Без ученых тут было никак не обойтись. Именно поэтому в 1941 году сотрудники Лаборатории баллистических исследований Абердинского артиллерийского полигона в США обратились в техническую школу при Пенсильванском университете с просьбой помочь им составить специальные таблицы для своих стрельб. Выполнить просьбу военных поручили сотруднику школы Джону Моусли (1907-1986). Однако, исследовав проблему, Моусли понял, что просто таблицами тут не отделаешься — уже не XVIII век на дворе. Он предложил создать не разрозненные таблицы, а сразу единое универсальное электронное счетное устройство.
Артиллеристы с готовностью поддержали эту инициативу. После чего Моусли занялся теоретическими разработками, а военные — выбиванием правительственного финансирования. К этому моменту Соединенные Штаты как раз вступили в Мировую войну, так что требуемые деньги нашлись без особого труда. Причем сразу 400 тыс. долларов — колоссальная по тем временам сумма. Для разработки машины в 1943 году была создана группа более чем из двухсот человек. Самым активным помощником, "правой рукой" Моусли стал инженер-электронщик Джон Эккерт (1919-1995). Азарт молодых исследователей подстегивался и действиями конкурентов — как раз в те годы в Америке другой группой исследователей строилась вычислительная машина MARK-I.
Работа в группе Моусли кипела вовсю. Многие теоретические выкладки приходилось пересматривать после первых же попыток их практической реализации. Деньги быстро закончились, пришлось экономить и просить дополнительное финансирование. Артиллеристы торопили. Тем временем в 1944 году MARK-I, наконец, заработал. Однако исследователи из Пенсильванского университета понимали, что у этого компьютера на самом деле нет будущего. Дело в том, что MARK-I был электрическим вычислителем — он работал на множестве электромагнитных реле. Его создание стало возможным благодаря накопленному опыту эксплуатации телефонной аппаратуры, счетно-аналитических и счетно-перфорационных машин. А Моусли со товарищи создавал свое детище на основе принципиально других компонентов — электронных ламп.
По ходу работы пришлось преодолевать множество технологических сложностей. Больше всего хлопот доставляли электронные лампы — всего их использовалось 20 тыс. штук, и при тогдашнем уровне качества обеспечить работу такого массива на протяжении более чем нескольких минут оказывалось невозможно: какая-нибудь лампа обязательно сгорала. Выход нашли, понизив напряжение накала. Так или иначе, но к концу 1945 года машина была построена и получила название ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Она осуществляла 5000 операций сложения и 300 операций умножения в секунду, имела 26 метров в длину, 6 метров в высоту и весила 35 тонн. Для сравнения: это как четыре троллейбуса, собранных вместе. Энергопотребление было соответствующим. Но по тем временам подобный "арифмометр" казался вершиной технического прогресса.
Война, правда, уже закончилась, так что артиллеристы к вычислительной игрушке заметно охладели. Зато появились новые заинтересованные лица — сначала атомщики, а потом военно-воздушные силы. Первым вычислительные мощности требовались для разработки вначале ядерной, а затем термоядерной бомбы. Вторые же занялись созданием реактивных самолетов, что также требовало колоссальных расчетов. Затем подключились ракетчики, радиолокаторщики, подводники… Словом, спустя 10 лет в США уже работало порядка 7 тыс. вычислительных машин типа ENIAC и его усовершенствованных потомков.
Рождение советского компьютера
Первый советский компьютер был создан под руководством Сергея Алексеевича Лебедева (1902-1974). Правда, в СССР необходимость создания ЭВМ высокие начальники осознали позже американцев, так что соответствующие работы начались только с осени 1948 года. Инициаторами проекта выступили ученые-ядерщики — в те годы буквально вся страна работала над атомным проектом, который курировал лично Лаврентий Берия. Первым делом советские разработчики приступили к разработке Малой электронной счетной машины (МЭСМ).
Советская история создания ЭВМ не менее драматична, чем американская. Для разработки отечественной ЭВМ Лебедеву и его сотрудникам отвели целое крыло двухэтажного здания тайной лаборатории, которая скрывалась в лесных дубравах в местечке Феофания под Киевом. По воспоминаниям участников тех событий, работали все члены коллектива без сна и отдыха. Прямо в лаборатории пили чай, а под утро, для снятия напряжения — спирт, выделявшийся для протирки контактов, — другого спиртного в тех условиях достать было попросту невозможно.
Только к концу 1949 определилась принципиальная схема блоков машины. Далее начались чисто технические сложности — те самые, с которыми за несколько лет до этого столкнулись американцы. Но к концу 1950 года вычислительная машина была все-таки построена. После отладки, в конце 1951-го, МЭСМ прошла испытания и была принята в эксплуатацию Комиссией АН СССР во главе с академиком Мстиславом Келдышем. С 1952 года на запущенных в масштабное производство МЭСМах решались важнейшие научно-технические задачи из области термоядерных процессов, космических полетов и ракетной техники, дальних линий электропередачи, механики, статистического контроля качества, сверхзвуковой авиации.
А коллектив разработчиков под руководством Сергея Лебедева тем временем продолжал работу — теперь уже над Большой электронной счетной машиной (БЭСМ). Первый ее экземпляр заработал в 1953 году. Эта разработка оказалась счастливой — именно на основе БЭСМ в последующие годы были созданы такие известные советские ЭВМ, как "Стрела", "Минск", "Урал", "Днепр", "Мир", М-20, М-220.
Впервые в отечественной практике именно в М-20 Лебедевым с целью повышения производительности были реализованы автоматическая модификация адреса, совмещение работы арифметического устройства и выборки команд из памяти, введение буферной памяти для массивов данных, выдаваемых на печать, совмещение ввода и вывода данных со счетом, использование полностью синхронной передачи сигналов в логических цепях. Но еще до этого, в 1956 году, доклад Сергея Лебедева о БЭСМ на международной конференции в Дармштадте произвел сенсацию — БЭСМ была на уровне лучших американских машин тех лет и самой быстродействующей ЭВМ в Европе.
В начале 50-х годов суровые реалии наступившей "холодной войны" потребовали создания специализированных ЭВМ для нужд оборонного комплекса. Неудивительно, что делались они на основе именно лебедевских разработок. Созданные под руководством Сергея Лебедева и его последователей вычислительные машины для системы противоракетной обороны стали основой достижения стратегического паритета СССР и США в период ядерного противостояния. В 1952-1955 годах учеником Лебедева Виктором Бурцевым были разработаны специализированные ЭВМ "Диана-1" и "Диана-2" (по имени древнегреческой богини охоты) для автоматического съема данных с радиолокатора и автоматического слежения за целями. Затем для первой системы противоракетной обороны, генеральным конструктором которой был Григорий Кисунько, в 1958 г. была предложена ламповая ЭВМ М-40, а немного позже — М-50 (с плавающей точкой).
В начале 60-х годов к строительству советских ЭВМ подключились спецслужбы. Сегодня уже не секрет, что советские и восточногерманские разведчики десятилетиями добывали на Западе множество новейших научно-технических разработок, в том числе и в области электронно-вычислительной техники. В результате в 1967 году появился компьютер БЭСМ-6, в котором было смонтировано и одновременно работало 60 тысяч транзисторов и 200 тысяч полупроводниковых диодов. Этот по тем временам монстр выполнял 1 миллион операций в секунду. На основе БЭСМ-6 были созданы вычислительные центры коллективного пользования для научных организаций, системы автоматизации научных исследований в ядерной физике и других областях науки, информационно-вычислительные системы обработки информации в реальном времени, востребованные в первую очередь космической индустрией. Она использовалась для моделирования сложнейших физических процессов и процессов управления, в системах проектирования программного обеспечения для новых ЭВМ. БЭСМ-6 выпускалась долгих 17 лет — абсолютный мировой рекорд для такого рода техники.
Сам Сергей Лебедев занимался компьютерными разработками до последних дней своей насыщенной жизни. Последним его детищем стал "Эльбрус" — знаменитый многопроцессорный комплекс, положивший начало целому новому классу вычислительных систем. Но это уже совсем другая история.
Денис Лавникевич
Победная поступь науки перешла в безрассудный, стихийный бег.
(с) Брюс Стерлинг, "Схизматрица"
В конце прошлого либо начале нынешнего года человечество должно было бы отметить (но как-то упустило из виду) сразу две знаменательные даты. Первая — 170-летие создания концепции современной вычислительной машины. Вторая — 60-летие начала практических работ по созданию электронной вычислительной машины — ЭВМ.
Предтеча
В 1833 году английский ученый, профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж разработал проект "аналитической машины" — вычислительного устройства, по своей схеме и принципам работы очень близкого к современным компьютерам. Но, как это часто бывает с опередившими свое время идеями, проект Бэббиджа оказался в то время технически нереализуемым. Даже материалы об этой машине были опубликованы лишь в 1888 году, уже после смерти автора. Тем не менее, Чарльз Бэббидж вошел в историю как пророк современной киберцивилизации.
Прошло более ста лет, и грянувшая Вторая мировая война — война машин и новых технологий — сделала востребованными высокопроизводительные вычислительные устройства. Без них создание новых типов вооружений становилось просто невозможным, так как на выполнение многих математических расчетов требовалось время, превышающее продолжительность человеческой жизни. Новейшая история вычислительных машин началась в США.
Рождение американского компьютера
В 1940-х годах артиллерия все еще оставалась "богом войны", так что неудивительно, что именно артиллеристы были первыми, кто затребовал новые вычислительные технологии. Орудия полевые, зенитные, корабельные, авиационные, дальнобойные — каждый тип пушек требовал своих, специфических расчетов баллистики. Без ученых тут было никак не обойтись. Именно поэтому в 1941 году сотрудники Лаборатории баллистических исследований Абердинского артиллерийского полигона в США обратились в техническую школу при Пенсильванском университете с просьбой помочь им составить специальные таблицы для своих стрельб. Выполнить просьбу военных поручили сотруднику школы Джону Моусли (1907-1986). Однако, исследовав проблему, Моусли понял, что просто таблицами тут не отделаешься — уже не XVIII век на дворе. Он предложил создать не разрозненные таблицы, а сразу единое универсальное электронное счетное устройство.
Артиллеристы с готовностью поддержали эту инициативу. После чего Моусли занялся теоретическими разработками, а военные — выбиванием правительственного финансирования. К этому моменту Соединенные Штаты как раз вступили в Мировую войну, так что требуемые деньги нашлись без особого труда. Причем сразу 400 тыс. долларов — колоссальная по тем временам сумма. Для разработки машины в 1943 году была создана группа более чем из двухсот человек. Самым активным помощником, "правой рукой" Моусли стал инженер-электронщик Джон Эккерт (1919-1995). Азарт молодых исследователей подстегивался и действиями конкурентов — как раз в те годы в Америке другой группой исследователей строилась вычислительная машина MARK-I.
Работа в группе Моусли кипела вовсю. Многие теоретические выкладки приходилось пересматривать после первых же попыток их практической реализации. Деньги быстро закончились, пришлось экономить и просить дополнительное финансирование. Артиллеристы торопили. Тем временем в 1944 году MARK-I, наконец, заработал. Однако исследователи из Пенсильванского университета понимали, что у этого компьютера на самом деле нет будущего. Дело в том, что MARK-I был электрическим вычислителем — он работал на множестве электромагнитных реле. Его создание стало возможным благодаря накопленному опыту эксплуатации телефонной аппаратуры, счетно-аналитических и счетно-перфорационных машин. А Моусли со товарищи создавал свое детище на основе принципиально других компонентов — электронных ламп.
По ходу работы пришлось преодолевать множество технологических сложностей. Больше всего хлопот доставляли электронные лампы — всего их использовалось 20 тыс. штук, и при тогдашнем уровне качества обеспечить работу такого массива на протяжении более чем нескольких минут оказывалось невозможно: какая-нибудь лампа обязательно сгорала. Выход нашли, понизив напряжение накала. Так или иначе, но к концу 1945 года машина была построена и получила название ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Она осуществляла 5000 операций сложения и 300 операций умножения в секунду, имела 26 метров в длину, 6 метров в высоту и весила 35 тонн. Для сравнения: это как четыре троллейбуса, собранных вместе. Энергопотребление было соответствующим. Но по тем временам подобный "арифмометр" казался вершиной технического прогресса.
Война, правда, уже закончилась, так что артиллеристы к вычислительной игрушке заметно охладели. Зато появились новые заинтересованные лица — сначала атомщики, а потом военно-воздушные силы. Первым вычислительные мощности требовались для разработки вначале ядерной, а затем термоядерной бомбы. Вторые же занялись созданием реактивных самолетов, что также требовало колоссальных расчетов. Затем подключились ракетчики, радиолокаторщики, подводники… Словом, спустя 10 лет в США уже работало порядка 7 тыс. вычислительных машин типа ENIAC и его усовершенствованных потомков.
Рождение советского компьютера
Первый советский компьютер был создан под руководством Сергея Алексеевича Лебедева (1902-1974). Правда, в СССР необходимость создания ЭВМ высокие начальники осознали позже американцев, так что соответствующие работы начались только с осени 1948 года. Инициаторами проекта выступили ученые-ядерщики — в те годы буквально вся страна работала над атомным проектом, который курировал лично Лаврентий Берия. Первым делом советские разработчики приступили к разработке Малой электронной счетной машины (МЭСМ).
Советская история создания ЭВМ не менее драматична, чем американская. Для разработки отечественной ЭВМ Лебедеву и его сотрудникам отвели целое крыло двухэтажного здания тайной лаборатории, которая скрывалась в лесных дубравах в местечке Феофания под Киевом. По воспоминаниям участников тех событий, работали все члены коллектива без сна и отдыха. Прямо в лаборатории пили чай, а под утро, для снятия напряжения — спирт, выделявшийся для протирки контактов, — другого спиртного в тех условиях достать было попросту невозможно.
Только к концу 1949 определилась принципиальная схема блоков машины. Далее начались чисто технические сложности — те самые, с которыми за несколько лет до этого столкнулись американцы. Но к концу 1950 года вычислительная машина была все-таки построена. После отладки, в конце 1951-го, МЭСМ прошла испытания и была принята в эксплуатацию Комиссией АН СССР во главе с академиком Мстиславом Келдышем. С 1952 года на запущенных в масштабное производство МЭСМах решались важнейшие научно-технические задачи из области термоядерных процессов, космических полетов и ракетной техники, дальних линий электропередачи, механики, статистического контроля качества, сверхзвуковой авиации.
А коллектив разработчиков под руководством Сергея Лебедева тем временем продолжал работу — теперь уже над Большой электронной счетной машиной (БЭСМ). Первый ее экземпляр заработал в 1953 году. Эта разработка оказалась счастливой — именно на основе БЭСМ в последующие годы были созданы такие известные советские ЭВМ, как "Стрела", "Минск", "Урал", "Днепр", "Мир", М-20, М-220.
Впервые в отечественной практике именно в М-20 Лебедевым с целью повышения производительности были реализованы автоматическая модификация адреса, совмещение работы арифметического устройства и выборки команд из памяти, введение буферной памяти для массивов данных, выдаваемых на печать, совмещение ввода и вывода данных со счетом, использование полностью синхронной передачи сигналов в логических цепях. Но еще до этого, в 1956 году, доклад Сергея Лебедева о БЭСМ на международной конференции в Дармштадте произвел сенсацию — БЭСМ была на уровне лучших американских машин тех лет и самой быстродействующей ЭВМ в Европе.
В начале 50-х годов суровые реалии наступившей "холодной войны" потребовали создания специализированных ЭВМ для нужд оборонного комплекса. Неудивительно, что делались они на основе именно лебедевских разработок. Созданные под руководством Сергея Лебедева и его последователей вычислительные машины для системы противоракетной обороны стали основой достижения стратегического паритета СССР и США в период ядерного противостояния. В 1952-1955 годах учеником Лебедева Виктором Бурцевым были разработаны специализированные ЭВМ "Диана-1" и "Диана-2" (по имени древнегреческой богини охоты) для автоматического съема данных с радиолокатора и автоматического слежения за целями. Затем для первой системы противоракетной обороны, генеральным конструктором которой был Григорий Кисунько, в 1958 г. была предложена ламповая ЭВМ М-40, а немного позже — М-50 (с плавающей точкой).
В начале 60-х годов к строительству советских ЭВМ подключились спецслужбы. Сегодня уже не секрет, что советские и восточногерманские разведчики десятилетиями добывали на Западе множество новейших научно-технических разработок, в том числе и в области электронно-вычислительной техники. В результате в 1967 году появился компьютер БЭСМ-6, в котором было смонтировано и одновременно работало 60 тысяч транзисторов и 200 тысяч полупроводниковых диодов. Этот по тем временам монстр выполнял 1 миллион операций в секунду. На основе БЭСМ-6 были созданы вычислительные центры коллективного пользования для научных организаций, системы автоматизации научных исследований в ядерной физике и других областях науки, информационно-вычислительные системы обработки информации в реальном времени, востребованные в первую очередь космической индустрией. Она использовалась для моделирования сложнейших физических процессов и процессов управления, в системах проектирования программного обеспечения для новых ЭВМ. БЭСМ-6 выпускалась долгих 17 лет — абсолютный мировой рекорд для такого рода техники.
Сам Сергей Лебедев занимался компьютерными разработками до последних дней своей насыщенной жизни. Последним его детищем стал "Эльбрус" — знаменитый многопроцессорный комплекс, положивший начало целому новому классу вычислительных систем. Но это уже совсем другая история.
Денис Лавникевич
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 03 за 2004 год в рубрике hard :: pc
