Текст книги "Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники"

Вспоминают ветераны

Составленный по официальным материалам творческий портрет И. С. Брука не дает, однако, полного представления об этом сложном и противоречивом человеке.

Ветераны его лаборатории Т. М. Александриди, А. Б. Залкинд, Н. Н. Ленов, Ю. В. Рогачев, В. В. Белынский, Ю. А. Лавренюк и др. дополнили портрет ученого.

«Исаак Семенович казался мне тогда именитым и ужасно грозным, – вспоминает Т. М. Александриди. – По теперешним представлениям он был еще достаточно молодым, – ему не было пятидесяти лет. Но тогда в моем представлении это был человек преклонного возраста, с высокими научными степенями, суровый и т. д.

Ему хотелось все сделать быстрее. В лабораторию он буквально вбегал, быстро обходил сотрудников, внимательно расспрашивал, как идут дела, давал советы, внимательно выслушивал просьбы, делал замечания за недоработки и упущения.

Одарённый от рождения, всесторонне образованный, требовательный к себе, он вызывал у своих сотрудников чувство восхищения, желание подражать. Относился к ним как строгий и заботливый отец, – увидев, например, что у Матюхина нет пальто, принес ему свое кожаное, старался помочь и другим.

…Своим энтузиазмом, одержимостью в работе Брук вдохновлял нас, приучал не пасовать ни перед чем. Мы были молодыми и не всегда понимали, рядом с каким человеком работаем. Теперь, пройдя значительный путь в своей деятельности, я поняла, что человека такого калибра, как Брук, больше не встречала, хотя приходилось работать и с академиками.

Тамара Миновна Александриди, 1960-е годы

Необычайная одаренность, энергия, умение увлечь людей своей работой, энциклопедические знания (нам тогда казалось, что он знает все), необыкновенная математическая образованность, выдаваемый фейерверк всяких идей показывали, что И. С. Брук – необыкновенный человек».

«Он не терпел верхоглядства, никогда не лицемерил и поэтому представлялся внешнему миру – на ученых советах, заседаниях, конференциях – желчным, задиристым оппонентом, въедливым критиком, словом, „возмутителем спокойствия“. Мог, например, сказать о машине „Стрела“, первой пошедшей в серию: „Это каменный век!“»

(Н. Н. Ленов, Н. В. Паутин).

«И. С. Брук был очень скрытным человеком и жестко требовал, чтобы сведения о делах лаборатории не выходили за ее стены. Избегал участвовать в работах по постановлениям правительства с привлечением других коллективов. Работы по созданию ЭВМ М-1, М-2, М-3 выполнялись как внутриакадемические, по постановлениям Президиума АН СССР. Работали мы в тяжелых условиях. Чувствовалось, что машины мы делаем как-бы незаконно, их нет в государственном плане, их не обеспечивали современным оборудованием. Приходилось использовать оборудование и комплектующие элементы со склада трофейного немецкого имущества» (Т. М. Александриди).

«Такие черты характера не могли не помешать продвижению его работ, его карьере. Только третья разработанная в его лаборатории ЭВМ М-3 была выпущена малой серией, а затем получила свое второе рождение в промышленности. Только в 1958 году он сумел организовать давно задуманный институт» (Н. В. Паутин).

«И. С. Брука настолько переполняли новые идеи, настолько его увлекало стремление заниматься новым и новым, что он, по существу, иногда оставлял на полпути не только дела, но и людей» (Т. М. Александриди).

«„Ученого сделать нельзя“, – говорил он и утверждал, что путь в науку через аспирантуру не эффективен. – „Занимайтесь делом, и все получится!“. Даже своих лучших учеников – Матюхина и Карцева – он не торопил, скорее задерживал с защитой диссертаций, считая, что они вначале должны получить богатую инженерную практику. Может, поэтому он не сохранил их в составе своего института. Оба в дальнейшем ушли из него, стали крупными учеными, основателями научных школ» (Н. Н. Ленов).

Автор познакомился с И. С. Бруком в 1956 году. В марте 1956 года в Москве прошла конференция «Пути развития советского математического машиностроения и приборостроения». Она впервые собрала специалистов вычислительной техники со всех концов Советского Союза. Огромный актовый зал Московского университета, где проходило пленарное заседание, был переполнен. Конференцию открыл академик Лебедев, инициатор ее проведения. Первый доклад «История и развитие электронных вычислительных машин» сделал профессор Д. Ю. Панов. Он, в частности, сказал: «В настоящее время всем известна универсальная электронная вычислительная машина БЭСМ Академии наук СССР, разработанная и построенная в 1952 году под руководством академика Лебедева. Эта машина по своим данным превосходит все европейские и большинство американских машин.

И. С. Брук и академик А. Л. Минц, начало 1970-х годов

На Международной конференции в Дармштадте осенью 1955 года академик Лебедев сделал доклад об этой машине, и присутствующие на конференции иностранные ученые и инженеры дали ей высокую оценку.

На настоящей конференции вы услышите доклады многих советских ученых и конструкторов, в том числе доклад академика Лебедева „Быстродействующие универсальные вычислительные машины“; доклад о советской цифровой электронной машине М-2, разработанной под руководством члена-корреспондента АН СССР Брука; о машине „Стрела“, разработанной под руководством Ю. Я. Базилевского и др. Вы услышите также доклады, посвященные нашим работам в области моделирующих устройств, проводимым В. Б. Ушаковым, Л. И. Гутенмахером, Н. В. Корольковым и др.».

Надо ли говорить о том, с каким вниманием я слушал докладчиков, вглядывался в лица участников конференции во время перерывов, пытаясь отыскать выступавших, чтобы ближе познакомиться с теми, кого не знал ранее.

Мой доклад «Устройства, основанные на сочетании магнитных и кристаллических элементов» был заслушан на секции универсальных цифровых машин. На этой же секции выступила Тамара Миновна Александриди. Ее доклад «Электростатическое запоминающее устройство ЭВМ М-2» и она сама – молодая, стройная, энергичная, привлекли мое внимание, и я подошел к ней с какими-то вопросами, а потом сумел побывать в лаборатории электросистем, где она работала.

Исаак Семенович Брук в то время был в расцвете творческих сил (ему было 54 года).

После конференции я несколько раз видел Брука, ближе познакомился с Матюхиным и Карцевым, тем не менее, мои сведения о них в то время и позднее не выходили за рамки знаний о машинах, которые были разработаны под их руководством, и тех книг и статей, которые были ими написаны.

Когда задумывалась эта книга, их уже не было…

ПРИЛОЖЕНИЯ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского

Лаборатория Электросистем

Отчет по работе:

автоматическая цифровая вычислительная машина [М-1][36]36
  Приводится в сокращении. – Прим. сост.


[Закрыть]

Директор Энергетического ин-та АН СССР

академик Г. М. Кржижановский

Руководитель лаборатории Электросистем

член. корр. АН СССР И.С. Брук

Исполнители работы

Младшие научные сотр.

(Т. М. Александриди)

(А.Б. Залкинд)

(М.А. Карцев)

(Н.Я. Матюхин)

Техники:

(Л.М. Журкин)

(Ю.В. Рогачев)

(Р.П. Шидловский)

Аннотация

В отчете дается краткое описание построенной машины и принцип действия отдельных ее устройств

Москва

1951 г.

№ 1539

15/XII-51 г.

3 экз.

ВВЕДЕНИЕ

Автоматической цифровой вычислительной машиной мы называем устройство, способное автоматически выполнять любую наперед заданную последовательность арифметических и логических операций над числами, представляемыми цифровым кодом, составленным по принятой системе счисления (например, десятичной или двоичной и т. д.).

Обычно АЦВМ может выполнять четыре арифметических действия: сложение, вычитание, умножение, деление.

Количество логических операций в разных АЦВМ различное. В качестве примера логической операции можно привести операцию сравнения, позволяющую сравнивать по величине либо числа, либо их модули, и в зависимости от результата сравнения выбирать тот или иной путь дальнейших вычислений. Пользуясь многочисленными методами теории приближенных вычислений, можно свести решение большого числа задач, встречающихся при решении научных и технических проблем (например, системы алгебраических уравнений, системы линейных и нелинейных дифференциальных уравнений и т. д.), к такой последовательности простых операций, которая может выполняться АЦВМ.

Особенностями АЦВМ являются:

1) Универсальность применения (в отличие от других автоматических вычислителей, напр., дифференциальных анализаторов, предназначаемых для решения строго определенного класса задач).

В дальнейшем употребляется сокращение «АЦВМ».

2) Получение высокой степени точности вычислений, что основывается на применении цифрового способа представления чисел (в этом отношении АЦВМ сходна с различными счетно-аналитическими машинами, такими как арифмометры, табуляторы и т. д.).

В современных АЦВМ как правило используется двоичная система счисления, цифры которой весьма удобно представляются схемами с двумя различными стабильными состояниями (триггеры, реле и т. п.).

Одно из состояний принимается как изображение цифры «0», второе – цифры «1».

В разработанной АЦВМ принята двоичная система счисления.

Блок-схема АЦВМ

Разработанная АЦВМ состоит из четырех основных узлов:

1) Арифметический узел (АУ), в котором выполняются основные арифметические действия над числами. АУ состоит из так называемых регистров, хранящих числа, над которыми в данный момент производятся действия, и из местного программного датчика (МПД). МПД подает в регистры серии импульсов, необходимых для совершения того или другого арифметического действия.

2) Запоминающее устройство (ЗУ), которое в дальнейшем будем кратко называть памятью. ЗУ предназначено для хранения исходных данных, промежуточных результатов, используемых в дальнейших вычислениях, а также и окончательных результатов. В ЗУ хранятся также в зашифрованном виде указания о порядке совершения действий, необходимые для решения конкретной задачи. Эти указания запоминаются в виде так называемых инструкций, имеющих форму обычных двоичных чисел.

ЗУ состоит из медленно действующей магнитной памяти (МП), запоминание в которой основано на сохранении ферромагнитным слоем остаточного магнетизма, и из быстродействующей электростатической памяти, запоминание в которой основано на сохранении на диэлектрической пластинке ранее нанесенного распределения электрических зарядов.

3) Главный программный датчик (ГПД), осуществляющий выбор чисел и операций, которые производятся над ними в соответствии с получаемыми из ЗУ инструкциями.

Набор инструкций, необходимых для решения задачи, называется программой.

По выполнении программы или части ее ГПД осуществляет вывод нужных результатов.

4) Устройство ввода и вывода данных (УВВ) предназначено для заполнения ЗУ исходными данными и программой и для печатания результатов вычислений. УВВ состоит из стандартной телеграфной буквопечатающей аппаратуры.

Технические данные АЦВМ

Основными техническими данными, определяющими быстродействие и универсальность АЦВМ, является скорость выполнения арифметических действий, объем чисел, который может хранить ЗУ, и максимальное число разрядов числа, над которым производятся действия.

АЦВМ выполняет сложение за время в 50 млсек, умножение в 2000 млсек.

АЦВМ совершает действия над 25-разрядными двоичными числами, что в десятичной системе соответствует точности вычислений до седьмого знака.

ЗУ может хранить 512 25-разрядных двоичных чисел.

(В настоящее время в макете используется магнитный барабан, на котором запоминается 128 чисел.)

Описание основных узлов

III. Арифметический узел.

1. Представление чисел.

Арифметический узел предназначен для выполнения четырех арифметических действий: сложения, вычитания, умножения, деления.

Числа, над которыми производятся действия, представляются в двоичной системе. Каждая цифра двоичного числа выражается одним из состояний соответствующей триггерной схемы.

Объем числа составляет 24 двоичных разряда, то есть число представлено в виде цепочки из 24-х триггеров, которую в дальнейшем мы будем называть регистром. Принята система представления чисел в виде модуля и знака. То есть в регистре хранится модуль числа, и, кроме того, в него введен 25-й триггер, одно из положений которого соответствует знаку (+), другое – знаку (—).

Для удобства вычислений принято, что наивысший разряд числа соответствует 2^–1, то есть вычисления производятся над дробными числами. Такое допущение не сужает диапазон решаемых задач, так как при использовании чисел, превышающих по модулю единицу, они могут быть приведены к дроби нужной величины путем соответствующего изменения масштабов исходных данных и результатов.

Иногда может возникнуть необходимость изменения масштаба в процессе решения задачи. Такая возможность также имеется, так как при получении в процессе вычислений чисел, превышающих по модулю единицу, АЦВМ автоматически останавливается на том этапе, где получено это число.

Выбор дробной системы удобен тем, что при умножении двух чисел произведение может только уменьшиться. Поэтому при умножении не может получаться число, превышающее по модулю единицу. Число, модуль которого больше единицы, может теперь получаться в некоторых случаях деления, но деление встречается в вычислениях гораздо реже, чем умножение. Кроме деления такое число может, очевидно, получаться при сложении и вычитании.

III-2. Выполнение действий.

При использовании цифровых методов вычислений оказывается, что для выполнения всех четырех арифметических действий необходимо и достаточно, чтобы в АУ могла осуществляться только одна основная операция – сложение и некоторые вспомогательные действия.

В двоичной системе эти действия, так же как и сложение, выполняются наиболее просто и представляют:

1. сдвиг модуля числа в сторону высших или низших разрядов («влево» или «вправо»);

2. взятие дополнения от модуля числа, состоящее в замене всех цифр числа на обратные им («0» на «1» или «1» на «0»).

Легко видно, что сдвиг числа влево или вправо соответствует умножению или делению его на 2.

Дополнение Р числа А есть число, связанное с исходным числом А соотношением

Р = 1–2^–24 – A.

Вычитание производится как сложение уменьшаемого с дополнением вычитаемого.

Умножение, очевидно, выполняется в виде последовательных сложений и сдвигов, то есть точно так же, как при обычном умножении «столбиком».

Применение двоичной системы упрощает таблицу умножения, которая имеет вид:

0×0 = 0

0×1 = 0

1×1 = 1

Деление производится последовательным вычитанием и сдвигом.

III-3. Блок-схема АУ[37]37
  Далее даются лишь названия разделов. – Прим. авт.


[Закрыть].

4. Местный программный датчик (МПД).

IV. Магнитное запоминающее устройство.

1. Назначение магнитной памяти (МП).

IV-2. Описание работы блок-схемы МП.

V. Электростатическое запоминающее устройство (память).

VI. Главный программный датчик (ГПД).

VI-1. Введение.

VI-2. Назначение ГПД.

VI-3. Блок-схема ГПД и цикл работы АЦВМ.

VI-4. Блоки, входящие в ГПД.

а) Генератор тактирующих импульсов (лист «ГПД – ГТИ»).

б) Блок пуска и синхронизации (лист «ГПД – ПС»).

в) Распределитель импульсов (лист «ГПД – РИ»).

г) Блок формирования импульсов (лист «ГПД – ФИ»).

д) Регистр адреса (лист «ГПД – РА»).

е) Пусковой регистр (лист «ГПД – ПР»).

ж) Селекционный регистр (лист «ГПД – РС»).

з) Регистр сравнения (лист «ГПД – РС»).

и) Блок операций и шифра (лист «ГПД – ОШ»).

к) Клапанный блок (лист «ГПД – РС»).

л) Блок выбора памяти (лист «ГПД – ВП»).

м) Блок операции сравнения (лист «ГПД – ОС»).

VII. Устройство ввода и вывода (УВВ).

VII-1. Назначение.

VII-2. Описание блок-схемы.

а) Операция «ввода».

б) Операция «вывод

Конструкция и источники питания АЦВМ

Конструктивно АЦВМ выполнена в виде трех стоек, расположенных по бокам прямоугольной вентиляционной колонны. На стойках расположены соответственно главный программный датчик, арифметический узел и запоминающее устройство. Временно для удобства работы блок электронной памяти перенесен на четвертую стойку.

Вентиляционная колонна имеет отверстия для обдува блоков. Обдув необходим ввиду большой мощности, потребляемой стойками. Телетайп и трансмиттер расположены на отдельном столе и при помощи разъемных кабелей соединяются со стойками.

Монтаж всех схем осуществлялся на стандартных панелях двух типов (двадцати двух и десятиламповые панели).

Полное число ламп (баллонов) в АЦВМ – 730. По узлам они распределяются следующим образом:

1. Арифметический узел – 330 ламп;

2. Магнитная память – 120 ламп;

3. Электронная память – 80 ламп;

4. Главный программный датчик и устройство для ввода и вывода – 200 ламп.

Питание АЦВМ осуществляется от 4-машинного агрегата постоянного тока, дающего основные уровни напряжений (считая от потенциала земли): –170, +140, +240 и +300 В.

Остальные уровни снимаются с мощных потенциометров. Исключение составляют только блоки электронной памяти и некоторые узлы магнитной памяти, питающиеся от электронных стабилизаторов напряжения. Накал ламп производится переменным током.

ЭВМ М-2

Универсальная цифровая вычислительная машина М-2 создана коллективом Лаборатории управляющих машин и систем Академии наук СССР (ЛУМС) под руководством членакорреспондента АН СССР И. С. Брука.

М-2 – малогабаритная быстродействующая машина. Средняя скорость ее работы – 2000 операций в секунду, количество радиоламп в машине – 1676. Разработка и монтаж машины были проведены в весьма короткий срок – с апреля по декабрь 1952 года. Зимой 1954–1955 гг. машина была существенно модернизирована. В 1956 году было разработано, изготовлено и введено в состав машины М-2 ферритовое запоминающее устройство, работающее по принципу совпадения токов (по схеме ЗД), объемом 4096 34-разрядных слов.

В группу, работавшую над М-2, входило на различных этапах работы от 7 до 10 инженеров. Арифметический узел разрабатывался М. А. Карцевым, В. В. Белынским, А. Б. Залкиндом, электростатическое запоминающее устройство – Т. М. Александриди и Ю. А. Лавренюком, устройство управления – Л. С. Легезо, В. Д. Князевым и Г. И. Танетовым, магнитные запоминающие устройства – А. И. Шуровым и Л. С. Легезо, входные и выходные устройства – А. Б. Залкиндом, система питания – В. В. Белынским, Ю. А. Лавренюком и В. Д. Князевым, пульт управления – В. В. Белынским и А. И. Шуровым.

Руководитель работ – М. А. Карцев.

Большая работа проведена конструкторами, техниками, механиками и монтажниками лаборатории: И. З. Гельфгатом, А. Д. Гречушкиным, Н. А. Немцевым, Ф. Фржеутским, И. К. Швильпе, Д. У. Ермоченковым, Л. И. Федоровым, Г. В. Коростылевым и др.

Основные характеристики М-2

Система счисления – двоичная.

Представление чисел – с плавающей запятой и с фиксированной запятой.

Количество двоичных разрядов – 34.

Точность вычислений: с плавающей запятой – около восьми десятичных знаков, с фиксированной запятой – около десяти десятичных знаков (возможны вычисления с удвоенной точностью).

Диапазон чисел с плавающей запятой – от 2³¹ до 2^–32 примерно от 2 ⋅ 10⁹ до 2,5 ⋅ 10^–10.

Система кодирования инструкций – трехадресная.

Выполняемые операции – сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение по модулю, сравнение алгебраическое, логическое умножение, перемена знака, перенос числа и др.

Скорость работы – в среднем 2000 операций в секунду.

Внутренние ЗУ: электростатическое (на трубках 13ЛОЭ7) – 512 чисел, время обращения 25 мкс; ферритовое – 4096 чисел; магнитный барабан – 512 чисел; скорость вращения – 2860 оборотов в минуту.

Внешнее ЗУ – магнитная лента на 50 тыс. чисел.

Ввод данных – с бумажной перфоленты со скоростью 30 чисел в секунду.

Вывод данных – в виде таблиц; скорость печати – 24 числа в минуту

Питание – от 3-фазной сети переменного тока, потребляемая мощность – 29 кВт.

Площадь, занимаемая машиной – 22 кв. метра.

Машина М-2 находилась в эксплуатации 15 лет, работая круглосуточно и без выходных дней. На ней решался широкий круг научных и прикладных задач многими организациями и институтами. Для эффективного использования машинного времени была создана группа программистов, которая разработала математическое обеспечение М-2, состоявшее из библиотеки обслуживающих программ (программы ввода-вывода, служебные программы, программы элементарных функций и др.), и постоянно, при необходимости, консультировала сторонних пользователей в процессе работы на машине. При машине М-2 постоянно действовал семинар ведущих математиков-программистов, работы которых явились основой создания ряда систем программирования и алгоритмических языков.

В интересах собственных работ Лаборатории управляющих машин и систем, а позднее и Института электронных управляющих машин проводились расчеты для линий дальних электропередач и расчеты задач экономического планирования СССР.

Из сторонних организаций решение своих задач на М-2 проводили: Институт экспериментальной и теоретической физики (ИТЭФ), Акустический институт, Институт прогнозов погоды. Московский авиационный институт (МАИ), Военно-воздушная академия, Институт проблем передачи информации (ИППИ), Энергетический институт (ЭНИН), Институт экономики АН СССР, Институт атомной энергии им. Курчатова, Стальпроект и многие другие.

ЭВМ М-3

Малогабаритная универсальная цифровая электронная вычислительная машина М-3 является третьей из серии машин, разработанных в Лаборатории управляющих машин и систем под руководством И. С. Брука.

Машина оперирует 30-разрядными двоичными числами с запятой, фиксированной перед старшим разрядом числа, что соответствует точности вычислений в девять десятичных знаков. 31-й разряд отводится под знак числа.

Оперативное запоминающее устройство на магнитном барабане имеет объем памяти 2048 чисел. Предусмотрена возможность подключения дополнительного ферритового запоминающего устройства емкостью до 2048 чисел. Скорость работы машины составляет 30 операций в секунду (при использовании магнитного барабана). При работе с ферритовым запоминающим устройством производительность повышается до 1500 операций в секунду.

Арифметический узел машины М-3 параллельного типа, построен подобно арифметическому узлу машины М-2.

Ввод и вывод данных производится в десятичной и восьмеричной системах счисления при помощи стандартной телеграфной аппаратуры (трансмиттер и телетайп) со скоростью 7 десятичных цифр в секунду.

Потребляемая машиной мощность составляет 10 кВт. Шкафы машины размещаются на площади около 3 кв. м. Машина содержит 700 радиоламп и около 3000 купроксных диодов КВМП-2-7.

Машина М-3 создана в результате содружества Лаборатории управляющих машин и систем АН СССР и Научно-исследовательского института электротехнической промышленности. Проект машины был выполнен группой инженеров и техников ЛУМС АН СССР в составе В. В. Белынского, Ю. Б. Пржиемского, Н. А. Дороховой, А. Б. Залкинда, Г. И. Танетова, А. Н. Патрикеева, А. П. Морозова и др.

Главный конструктор машины – Н. Я. Матюхин.

Ряд существенных усовершенствований машины в процессе наладки был предложен Н. Я. Матюхиным, В. В. Белынским (ЛУМС), В. М. Долкартом и Г. П. Лопато (НИИ ЭП). В наладке и вводе в эксплуатацию головного образца машины участвовали также Б. Б. Мелик-Шахназаров, А. П. Толмасов, А. В. Пипинов, В. Н. Овчаренко, А. Я. Яковлев, И. А. Скрипкин. Руководство работами по внедрению машины и ее математической эксплуатации осуществлялось А. Г. Иосифьяном и Б. М. Каганом.