Первый вычислительный центр

В феврале 1955 г. Совет Министров СССР принял постановление о создании первого Вычислительного центра АН СССР. Его директором был назначен академик А.А.Дородницын, которому были переданы две ЭВМ: БЭСМ, изготовленная в ИТМ и ВТ АН СССР, и "Стрела", находящаяся в Математическом институте им. В.А.Стеклова. И "Стрела", и БЭСМ работали круглосуточно, но не могли справиться с потоком задач, каждая из которых была важнее другой. План расчетов на ЭВМ составлялся на неделю и утверждался Председателем Совета Министров СССР Н.А.Булганиным. По рассказам Дородницына, нередко число командированных превышало количество сотрудников в штате Вычислительного центра (их было 69). Сюда приезжали не только решать задачи, но и учиться программированию. Поэтому вскоре кроме первых двух ЭВМ появились "Урал-1" и "Урал-2", используемые в основном для обучения.

По инициативе президиума АН СССР была создана комиссия для сравнения характеристик БЭСМ и "Стрелы". Ее выводы были однозначными: БЭСМ лучше и перспективнее. И только после этого ИТМ и ВТ АН СССР стал получать потенциалоскопы, но это был уже конец 1954 - начало 1955 г. Как только ЗУ было укомплектовано потенциалоскопами, БЭСМ заработала на полную мощность. Даже спустя два года БЭСМ оставалась на уровне лучших американских машин и была самой быстродействующей в Европе! Она выполняла в среднем 8 тыс. трехадресных операций в секунду. Максимально возможная ее производительность составляла 10 тыс. операций в секунду.

В 1956 г. доклад С.А.Лебедева о БЭСМ на конференции в немецком городе Дармштадте произвел сенсацию: малоизвестная за пределами СССР БЭСМ оказалась лучшей в Европе!

В 1958 г. БЭСМ была подготовлена к серийному производству. Память на потенциалоскопах была заменена ферритным ЗУ. Машина получила название БЭСМ-2, выпускалась одним из заводов Казани, ею оснащалось большинство крупных вычислительных центров страны. Судьба "Стрелы" была иной. Было выпущено всего семь ее экземпляров. Экземпляр, работавший в Вычислительном центре АН СССР, был отдан Московской кинофабрике для постановки фильмов. Никто другой взять не захотел.

"Хорошая будет машинка!"

Задержка серийного выпуска БЭСМ произошла не только вследствие жесткой политики Министерства машиностроения и приборостроения СССР, вознамерившегося всеми правдами и неправдами завоевать лидерство в новой области техники. "Виноватой" оказалась и новая ЭВМ М-20, задуманная С.А.Лебедевым вскоре после "поражения" в соревновании с министерством. Цифра в названии указывала на ожидаемую производительность (20 тыс. операций в секунду). Такой скорости вычислений не имела ни одна машина в мире. Ее, а не БЭСМ, предполагал Лебедев запустить в серийное производство. Были все основания рассчитывать на успех: заканчивалась разработка новых быстродействующих элементов, появились весьма совершенные ферритные ЗУ, коллектив разработчиков вырос и накопил большой опыт. К тому же (и это было главным) Сергей Алексеевич добился постановления правительства, обязывавшего СКБ-245 работать совместно с ИТМ и ВТ АН СССР. Последнему было предписано разработать идеологию машины, ее структуру, схемы, элементную базу, СКБ-245 - техническую документацию и изготовить опытный образец. Главным конструктором был назначен С.А.Лебедев, его заместителем - М.К.Сулим (СКБ-245).

Начали работать над машиной трое: С.А.Лебедев, М.Р.Шура-Бура и П.П.Головистиков. Лебедев разрабатывал идеологию машины, ее структуру, Шура-Бура составлял систему команд, занимался проработкой математических вопросов, Головистиков превращал их решения в конкретные схемы, основанные на разработанных им динамических элементах (на пальчиковых лампах), составлял схемы АУ и устройства управления. Быстро появились структура машины, система команд, схемы основных устройств. Было использовано много новых логических операций, что значительно облегчало программирование, введена модификация адресов. Для увеличения быстродействия в АУ разработана цепь грубого переноса, дополнявшая сквозной перенос. В результате время выполнения элементарной операции сложения значительно сократилось. Сдвиги можно было производить непосредственно на 1, 2, 4 разряда, что значительно ускоряло выравнивание порядков и нормализацию результатов при операции сложения (вычитания). Эти и многие другие новшества мало отражались на количестве ламп. Увеличивалось в основном количество диодов, но к тому времени они уже были не ламповые, а полупроводниковые (германиевые), небольших размеров и надежные в эксплуатации.

"Хорошая будет машинка!" - вырвалось как-то у Сергея Алексеевича. Эта фраза запомнилась Головистикову.

Одновременно велись работы по созданию ферритного ЗУ (В.В.Бардиж, А.С.Федоров, М.П.Сычева и др.), устройств внешней памяти и периферийных устройств (А.Р.Валашек, Н.П.Зубрилин, М.В.Тяпкин и др.).

В конце 1955 г. в институте началось изготовление макета машины. В 1956 г. проводилась его наладка, в которой участвовали сотрудники не только лаборатории №1, но и других организаций. Многие предприятия были заинтересованы в скорейшем окончании работ. Страна очень нуждалась в машинах подобного класса.

К началу 1957 г. изготовление опытного образца машины в СКБ-245 было закончено. Всем пришлось переключиться на наладку опытного образца ЭВМ М-20. Как и при наладке БЭСМ, самое активное участие в ней принимал Лебедев. Все организационное обеспечение наладки осуществлял Сулим. Однако не все шло так гладко, как в начале разработки. Многократно проверенные на малых макетах динамические элементы в большом комплексе почему-то стали работать ненадежно. Это было замечено еще при наладке макета ЭВМ М-20 в институте, но детально причины ненадежности выяснены не были, так как следовало начинать наладку опытного образца. В СКБ-245 были недоброжелатели машины М-20 (конечно, вне коллектива разработчиков и наладчиков), которые распространяли мнение о непригодности динамических элементов и неправильно выбранной элементной базе, предлагали идти обычным путем, т.е. использовать большое количество ламп. Некоторое разочарование испытывал и Сергей Алексеевич: все шло так хорошо, быстро и вдруг - затор. Возникли неприятности у Сулима с начальством СКБ-245, требовавшим скорейшего окончания работ.

Сложившаяся ситуация с ЭВМ М-20 привела Сергея Алексеевича к решению о запуске в серийное производство БЭСМ. Этому способствовали появившиеся благоприятные обстоятельства, во много раз уменьшавшие объем работ по организации серийного производства БЭСМ: имелись готовые конструктивы машины М-20, пригодные и для БЭСМ, были созданы надежные пальчиковые лампы с характеристиками ламп, применяемых в БЭСМ, и высоковольтные германиевые диоды, позволявшие без всяких изменений схем заменить ламповые диоды, использованные в БЭСМ; на выходе было ферритное ЗУ ЭВМ М-20, которое могло быть успешно использовано в БЭСМ вместо потенциалоскопов.

Подготовкой серийного производства машины занимались ведущие разработчики БЭСМ: К.С.Неслуховский, А.Н.Зимарев, В.А.Мельников, А.В.Аваев и др., не занятые работами на М-20 и специализированных машинах. Они проделали работу по запуску машины в серию за два-три квартала, чему способствовала существовавшая тогда простая система технической документации.

Итак, в первой половине 1958 г. появилась серийная машина БЭСМ-2, внешне очень похожая на М-20.

Однако тревожная обстановка на ЭВМ М-20 царила не долго. Элементы машины были усовершенствованы (П.П.Головистиковым, В.Н.Лаутом, А.А.Соколовым).

Так или иначе, к началу 1958 г. М-20 заработала надежно; в том же году она была успешно принята Государственной комиссией с оценкой "самая быстродействующая в мире" и запущена в серию. Получилось так, что М-20 и БЭСМ-2 появились почти одновременно. Потребность в быстродействующих вычислительных машинах была так велика, что М-20 обеспечивали только самые важные работы в стране. Производство БЭСМ-2 намного снижало вычислительный голод.

Работа коллективов ИТМ и ВТ АН СССР и СКБ-245, создавших М-20, была выдвинута на соискание Ленинской премии. Однако М-20 постигла судьба МЭСМ... Работу отклонили. Почему, не берусь судить. Знаю только, что член Государственной комиссии бывший директор ИТМ и ВТ АН СССР Н.Г.Бруевич высказал в дополнение к акту о приемке ЭВМ М-20 особое мнение. Сославшись на то, что в США уже несколько лет работает ЭВМ "Норк", выполняющая 20 тыс. операций в секунду (что было неверно!), и "забыв" о том, что в М-20 1600 ламп вместо 8000 в американской, он дал согласие на серийный выпуск М-20, но в то же время выразил сомнение в высоких качествах машины, что могло повлиять на решение комиссии по Ленинским премиям.

"Везло" Сергею Алексеевичу на "творческих" соперников!

При подготовке рукописи я побывал у одного из немногих еще живущих сейчас создателей М-20 П.П.Головистикова. Петр Петрович с большой теплотой рассказывал о Лебедеве, его умении увлечь сотрудников творческой работой, большом обаянии личности ученого, о годах создания БЭСМ и М-20, о том, как жил в те годы, а точнее - ютился в полуподвальном крохотном помещении, и как счастье творчества делало жизнь одухотворенной, позволяло не замечать жизненных неудобств. В конце разговора я не удержался, спросил, есть ли у него какие-либо критические замечания по отношению к своему учителю. "Одно есть! - сказал Головистиков. - После завершения работ по БЭСМ и М-20 меня назначили заведующим лабораторией новых элементов, и я был вынужден заниматься организационной работой в ущерб научным исследованиям. Думаю, что из-за этого я сделал для науки, пожалуй, меньше, чем мог!" Мы оба посмеялись: если бы только такими недостатками страдали большие руководители!

Как и Сергея Алексеевича, его интересовали не должности, не награды, а ДЕЛО - возможность творить, создавать новые, все более и более совершенные ЭВМ.

М-20 зарекомендовала себя с самой лучшей стороны. Не случайно позднее появились ее "близнецы" - полупроводниковые М-220 и М-222, повторившие ее архитектуру и структуру (главный конструктор М.К.Сулим, СКБ-245).

Послевоенный ренессанс

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 была 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 деления - 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.

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. Г.А.Михайлов запрограммировал и решил уравнение, составленное С.М.Осовцом (из команды теоретиков М.А.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 как 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, А.А.Ляпунов, М.Д.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 С.Л.Соболевым, Л.А.Арцимовичем, М.А.Леонтовичем, кого-то видеть на расстоянии, слушать их доклады, выступления (И.B.Курчатов, И.К.Кикоин, И.Е.Тамм, А.Ф.Иоффе, Н.В.Тимофеев-Ресовский, молодой А.Д.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 СКБ 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 СКБ 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 СКБ 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.