Наталія Дубова
Паралельно з С.І. Лебедєвим у Москві свої оригінальні ідеї в області обчислювальної техніки почав реалізовувати член-кореспондент Академії наук СРСР Ісак Семенович Брук, чудовий вчений, дуже цікавий і своєрідна людина.
Як і Лебедєв, він почав свою наукову діяльність в електроенергетиці. Працюючи в Енергетичному інституті АН СРСР (ЕНІН), Брук ще в 1939 році створив механічний інтегратор для вирішення диференціальних рівнянь, по суті, представляв собою аналогову цифрову обчислювальну машину. А в 1948 році спільно з Б.І. Рамєєвим розробив проект цифрової обчислювальної машини з жорстким програмним управлінням, в якому вчені дуже близько підійшли до ідеї збереженої в пам'яті програми.
Не випадково, що інтерес і перші ідеї щодо створення обчислювальної техніки паралельно виникли у двох вчених-енергетиків. У ті роки це була одна з найбільш розвинених у технічному відношенні галузей радянської економіки, і пов'язані з нею наукові дослідження вимагали засобів автоматизації проводяться складних розрахунків.
У 1950-51 роках в лабораторії ЕНІН (фактично в напівлегальних умовах) Брук і кілька його талановитих учнів розробили і реалізували першу малогабаритну лампову електронну обчислювальну машину М-1. Така машина порівняно невеликих розмірів могла використовуватися в наукових лабораторіях для вирішення різних завдань. М-1 виконувала операції над 20-розрядними двійковими числами із швидкістю 15-20 оп / с і мала пам'ять на магнітному барабані ємністю 256 чисел. Елементну базу становили близько 500 електронних ламп, а також кілька тисяч напівпровідникових пристроїв, вперше використаних при конструюванні обчислювальної машини. Це були трофейні німецькі випрямлячі. Парадоксально, але факт, що справді революційна ідея малих ЕОМ для наукових застосувань в деякій мірі зобов'язана своєю появою малим масштабах (у матеріальному сенсі) діяльності Брука: крихітної лабораторії на Ленінському проспекті, відсутністю будь-якої офіційної підтримки робіт по створенню машини і внаслідок цього постійної браком коштів і комплектуючих. У лабораторію до Бруку попадали молоді талановиті випускники МЕІ, яким через «плям» в біографії був замовлений шлях в престижні закриті організації.
Перша машина Брука була справді першої в багатьох відносинах - в оригінальності ідеї малої ЕОМ, у використанні нового типу елементів - напівпровідників, нарешті, в тому, що це була перша діюча машина в Москві. БЕСМ і «Стріла» знаходилися ще на стадії монтажу, коли на М-1 почали вирішуватися реальні завдання. Хоча ця машина, подібно МЕСМ, фактично була створена в макетному виконанні, на ній робилися серйозні розрахунки, наприклад, для відомства академіка Курчатова і для завдань ракетобудування, вирішуються в КБ під керівництвом Корольова. У серійне ж виробництво потрапила тільки подальша розробка команди Брука, мала ЕОМ М-3, генеральним конструктором якої був його учень, Микола Якович Матюхін, в майбутньому член-кореспондент АН СРСР. М-3 працювала зі швидкістю близько 30 оп / с і мала пам'ять на магнітному барабані ємністю 1024 31-розрядних чисел. Матюхін і ще один учень Брука, Михайло Олександрович Карцев, згодом вели активну самостійну діяльність по створенню потужних спеціалізованих ЕОМ.
В кінці 50-х І.С. Брук висунув ідею використання малих ЕОМ в якості керуючих машин. Вперше пропонувалося застосовувати обчислювальну техніку не тільки для великих математичних, фізичних або технічних розрахунків, а й у вирішенні завдань управління технологічними об'єктами і навіть економічними процесами. Ідеї Брука послужили поштовхом до створення в кінці 50-х ряду науково-дослідних організацій по керуючим машинам. Зокрема, на базі Бруковська лабораторії в ЕНІН в 1958 році з'явився Інститут електронних керуючих машин (ІНЕУМ АН СРСР). Його першим директором став сам Брук. В інституті в 60-х роках розроблялися нові моделі машин серії М для керуючих застосувань в різних галузях народного господарства. У 70-х ІНЕУМ став головною організацією зі створення серії малих керуючих ЕОМ - СМ ЕОМ.
І.С. Брук був людиною визначним і дуже своєрідним. За стилем своєї діяльності це був, швидше, вчений-одинак, генератор ідей, які підхоплювали і реалізовували його учні і соратники. А він перемикав свою творчу енергію і талант на щось нове. Рекламу собі і своїм науковим досягненням робити не вмів, тому напрямок по розробці малих ЕОМ звучало, можливо, не так голосно, як досягнення творців суперпродуктивних машин першого і другого покоління.
В останній період свого життя вчений зацікавився проблемами економіки і можливостями застосування ЕОМ для управління економічними процесами. Цей інтерес виник на початку 60-х, коли в країні з'явилися ознаки економічних змін, намічалося проведення господарської реформи. Однак активне втручання Брука у вирішення економічних проблем не віталося, і в 1964 році його фактично «вийшли» на пенсію. Але і після цього вчений продовжував займатися дослідницькою роботою, залишався науковим консультантом і керівником науково-технічної ради ІНЕУМ.
СМ ЕОМ
Період переходу до обчислювальної техніки третього покоління на інтегральних схемах - це час активного розвитку мініЕВМ. Мінікомп'ютери початку 60-х створювалися як програмовані автоматичні пристрої для управління промисловими і науковими установками. Родоначальницею цього класу машин стала розробка корпорації Digital Equipment - PDP-8. Мінікомп'ютери замінювали на виробництві і в наукових лабораторіях апаратно реалізовані контролери для управління об'єктом, дозволяючи значно знизити вартість і час реалізації керуючих систем. Якщо раніше будь-які зміни керованого об'єкта тягли за собою серйозні модифікації апаратури або повну заміну контролера, то з використанням ЕОМ зміна або зміна керуючого автомата звелися до зміни або зміну програми.
| ЕОМ М1. Загальний вигляд |
На керуючі мінікомп'ютери лягала велике навантаження по обробці символьної і логічної інформації, а також цифрових показників приладів, як правило, не пов'язана з об'ємними обчисленнями. Жорсткі промислові умови експлуатації пред'являли особливі вимоги до цих машин, які повинні були забезпечувати високу надійність, мати засоби сполучення із зовнішнім аналоговим і цифровими джерелами різних типів, підтримувати роботу в реальному масштабі часу.
Проте порівняно низька вартість мінікомп'ютерів, їх невеликі габарити, а також простота експлуатації (оскільки вони призначалися для застосування на виробництві і в лабораторії людьми, які свідомо не мали високої кваліфікації в галузі апаратного та програмного забезпечення) зробили цей клас техніки привабливим для широкого кола користувачів. Мінікомп'ютери «пішли в маси»: у невеликі колективи дослідників і розробників. Їх стали використовувати в якості універсальних комп'ютерів для вирішення наукових завдань, не пов'язаних з тривалими і складними обчисленнями, автоматизації діловодства, обробки комерційної інформації, в навчальному процесі.
У СРСР робота зі створення малих керуючих машин, розпочата наприкінці 50-х Бруком, тривала в ІНЕУМ під керівництвом академіка Бориса Миколайовича Наумова, який став директором інституту в 1967 році. Фактично, паралельно з генеральною лінією створення сімейства общецелевое високопродуктивних ЄС ЕОМ йшла робота над іншим класом машин, призначених для управління технологічними об'єктами і процесами в різних галузях промисловості і в різного роду вимірювальних, випробувальних, диспетчерських системах.
У 1970-74 роках у ІНЕУМ була створена система АСВТ-М (агрегатна система засобів обчислювальної техніки на мікроелектронної базі), що дозволяє реалізовувати обчислювальні комплекси для використання на різних рівнях ієрархії управління. АСВТ-М включала три типи центральних ядер обчислювальних систем (М-4000, М-400 і М-40) із загальним набором пристроїв введення / виводу, відображення інформації, пристроїв зв'язку з об'єктами, пристроїв контролю і регулювання. М-4000 була першою в СРСР машиною на інтегральних схемах, по продуктивності опинилася на рівні середніх систем ряду ЄС. В якості прототипу для машини середнього класу М-400 була обрана 16-розрядна PDP-11/40 виробництва DEC.
Керівникам ІНЕУМ врешті-решт вдалося довести, що потреби країни в обчислювальній техніці неможливо покрити машинами Єдиної Серії і що вже випускаються рядом заводів малі керуючі ЕОМ дійсно необхідні. І в 1974 році на урядовому рівні було прийнято рішення організувати виробництво ще одного сімейства - СМ ЕОМ, в якому отримали розвиток принципи побудови сімейств керуючих машин, реалізовані в серії АСВТ-М. СМ ЕОМ у 70-х - 80-х роках становили технічну базу керуючих систем для автоматизації наукових досліджень і експериментів, автоматизації диспетчерського управління у великих енергооб'єднаннях і енергосистемах, управління технологічними процесами, виробництвом, цехами і підприємствами в машинобудуванні, металургії та інших галузях промисловості. Так само як і у випадку ЄС, розробкою і виробництвом СМ разом з СРСР займалися країни - члени РЕВ, головною організацією став ІНЕУМ, а його директор - генеральним конструктором СМ ЕОМ. З 1983 року інститут очолює учень академіка Наумова д.т.н. Микола Леонідович Прохоров.
Істотна відмінність серії СМ ЕОМ від ЄС полягала в тому, що перша представляла собою не один ряд машин, що розрізняються за продуктивністю, а по суті, кілька сімейств керуючих малих і мікроЕОМ різної архітектури. Це пов'язано саме із специфікою застосування таких машин. Керуючі системи на виробництві або, скажімо, в енергетиці мають складну багаторівневу структуру (грубо кажучи, технологічний об'єкт - технологічний процес - цех, або енергоблок - ряд енергоблоків - енергетичне об'єднання), і необхідно було забезпечити кожний з рівнів обчислювальним комплексом з відповідними можливостями.
За 15 років промислового випуску машин СМ з'явилося кілька черг цих систем, при цьому йшов розвиток архітектури мінімашина на базі загальної шини (16-розрядні СМ-3 - СМ-4 - СМ-1420 - СМ-1600 - CМ-1425-мікроЕОМ СМ- 1300, 32-розрядні СМ-1700 і 1702) і створювалися мікрокомп'ютери іншої архітектури на основі процесорів Intel (8-розрядна СМ-1800, 16-розрядна СМ-1810). У розробці зберігалася орієнтація на архітектурні рішення DEC та, що цікаво, в перші роки починалося навіть співпраця ІНЕУМ з цією компанією, яке, щоправда, з початком війни в Афганістані було припинено. Спроби відновити взаємодію були зроблені в 1990 році, коли DЕС знову проявила інтерес до лінії СМ. Нові політичні умови, здавалося, сприяли, але тепер перешкодили умови економічні, оскільки з розпадом СРСР і початком економічної реформи виробництво СМ ЕОМ припинилося.
Архітектура машин серії СМ базувалася на системному інтерфейсі загальної шини, яка з'єднує процесор, пам'ять і зовнішні пристрої і забезпечує єдині правила обміну інформації між всіма модулями обчислювальної системи. З використанням загальної шини відпадала необхідність у спеціальних командах вводу / виводу центрального процесора, підвищувалася гнучкість роботи з зовнішніми пристроями, а їх число обмежувалося лише фізичними характеристиками машини. Для керуючих ЕОМ це особливо важливо, тому що в силу специфіки їх використання вони повинні мати можливість підтримувати введення і виведення даних на безліч різнотипних модулів. Засоби СМ ЕОМ нижнього рівня розраховані на локальну обробку інформації безпосередньо в місцях її виникнення. Номенклатура зовнішніх пристроїв СМ ЕОМ включала близько 100 назв, дозволяючи реалізувати системи управління в усіх тих галузях, де застосовувалися СМ. Накопичувачі на магнітній стрічці, магнітних і гнучких дисках, пристрої введення / виводу графіків, графічні інтелектуальні термінали, АЦПУ, пристрої зв'язку з об'єктами - ось лише неповний перелік основних класів зовнішніх пристроїв.
Значну частку зовнішнього обладнання СМ становили керуючі пристрої самого нижнього рівня - мікропроцесорні пристрої для збору даних з датчиків керованого об'єкта і видачі сигналів на виконавчі механізми керуючого комплексу СМ. Розробка і виробництво цього класу пристроїв до цих пір підтримувався на достатньо високому рівні силами інституту, який в лабораторних умовах мав найкраще в Росії виробництво друкованих плат.
У сімействі 16-розрядних СМ ЕОМ на базі загальної шини молодші моделі - СМ-3, СМ-1300 і старші - СМ-4, СМ-1420, СМ-1600, СМ-1425 - володіли програмною сумісністю і розрізнялися по продуктивності внаслідок збільшення швидкодії процесора і внесення додаткових архітектурних можливостей (наприклад, реалізації спецпроцесора обробки чисел з плаваючою комою в СМ-1420 і 1600). Продуктивність цих машин варіювалася від 200 тис. оп / с в СМ-3 до 1 млн. оп / с в СМ-1420, обсяг оперативної пам'яті - від 64 Кбайт у СМ-3 до 2 Мбайт в старших моделях. Завдяки реалізації механізму віртуальної пам'яті підтримувався мультипрограмний режим роботи системи, що дозволяє поєднати на одній машині виконання кількох керуючих завдань, а також розробку програм.
З початком промислового виробництва мікропроцесорів з'явилися нові моделі СМ - 8-розрядна мікроЕОМ СМ 1800 і кілька її різновидів на базі інтерфейсної шини типу Multibus, призначені для використання на нижніх рівнях ієрархії системи управління. Одними з останніх розробок у серії СМ були 32-розрядні супермініЕВМ СМ 1700/1702 на мікропроцесорній базі за істотно вищими швидкодією (3 млн.оп / с) і ємністю оперативної пам'яті (до 5 Мбайт). Володіючи принципово інший архітектурою, цей високопродуктивний комп'ютер зберігав сумісність зі своїми 16-розрядними попередниками завдяки використанню спільної шини в якості системного інтерфейсу і режиму сумісності центрального процесора.
За словами Прохорова, не було галузі народного господарства, де б не застосовувалися СМ ЕОМ. Ці машини працювали навіть на підприємствах ВПК, якому за існуючою в ті роки системі галузевого підпорядкування ІНЕУМ до 1989 року не належав. . (Особливо масштабним було використання СМ в енергетиці; автоматизація єдиної енергосистеми СРСР повністю грунтувалася на СМ ЕОМ. Між іншим, на вітчизняних електростанціях до цих пір можна зустріти працюють екземпляри цих машин.) Інститут взагалі кілька разів міняв відомство і на момент початку розвитку лінії СМ ставився вже не до Академії наук, а до Міністерства приладобудування та систем управління. Дане міністерство не входило в число працювали на військові потреби, і тому обсяг коштів, що виділяються на розробку СМ ЕОМ, на порядок відрізнявся від витрат на ту ж ЄС.
Загальна тенденція використання мінікомп'ютерів не тільки в цілях управління технологічними процесами, але і в наукових дослідженнях, процес навчання, для обробки інформації в непромислових сферах не могла не торкнутися і РМ, яка стала в країні основною машиною для автоматизації наукових досліджень та експериментів. Робилися спеціальні комплекси по замовленнях Академії наук. Молодші моделі СМ ЕОМ могли застосовуватися в якості пристроїв, які ми тепер би назвали офісним комп'ютером, в якості лабораторних обчислювачів та інтелектуальних терміналів. У залежності від масштабу розв'язуваних завдань обчислювальний комплекс міг поєднувати в собі машини різних ліній - СМ і ЄС. Необхідність поєднання з певними моделями ЄС виникала, наприклад, в області САПР, а якщо процес проектування задіяв розрахунки особливо високого рівня складності, можливо було спільне використання СМ з суперЕОМ БЕСМ-6 або «Ельбрус». Саме ця область додатків стимулювала появу мікропроцесорної високопродуктивної супермініЕВМ СМ 1700/1702.
Використання СМ для вирішення широкого кола проблем (управління технологічними процесами в реальному часі, САПР, АСУ, автоматизація документообігу) на великих підприємствах ставило проблему створення єдиних керуючих комплексів на базі СМ, реалізації систем ГАП (гнучка автоматизація виробництва), які вирішувалися з тією чи іншою ступенем успіху завдяки наявності в обладнанні СМ мережевих засобів і конфігураційним багатомашинних територіально розподілених комплексів. В кінці 80-х було розпочато промислове виробництво засобів для створення локальних мереж СМ ЕОМ.
На сімейство СМ ЕОМ працювала ціла інфраструктура, що включає не тільки заводи-виробники і різні НДІ і КБ, але й проектні організації, які займалися розробкою та впровадженням автоматизованих систем та прикладного ПЗ, фонди алгоритмів і програм, зовнішньоторговельні організації. Машини серії успішно продавалися в соцкраїни, і попит на них часто навіть перевищував виділені квоти на продажі.
Не менш 70 заводів з випуску самих машин, комплектуючих були розкидані по просторах нашої тоді ще неосяжної батьківщини. У Москві функціонував тільки досвідчений завод, а основні виробники обчислювальних комплексів СМ розташовувалися в Києві і Вільнюсі. Між головними заводами існувала навіть певна конкуренція, що сприятливо позначалося на якості машин, що випускаються. Процесори Intel-подібної архітектури випускалися в Києві, а по прототипам DEC - на Воронезькому об'єднанні «Електроніка», різні напівпровідникові елементи машин - в кількох містах від Новосибірська до Мінська. До «чистоті» елементної бази підходили тоді гранично строго, вимагаючи, щоб вона була виключно вітчизняного виробництва, хоча при розробці широко використовувалися західні зразки. При здачі черговий машини на завод цілий відділ ІНЕУМ займався збором довідок для кожного використовуваного компонента, документально підтверджують, що його виробили в СРСР.
Але якраз тут полягала слабке місце СМ ЕОМ, оскільки радянська електронна промисловість була не в змозі забезпечити достатній технологічний рівень виробництва електронних комплектуючих. Звідси постійне відставання від західних машин за швидкодією мікропроцесорів, за вагою, габаритами та енергоспоживання, але, як вважає Прохоров, не за функціональним можливостям. Для того щоб хоч якось компенсувати це відставання, в ІНЕУМ розроблялися спецпроцесори, що дозволяють будувати високопродуктивні системи для приватних завдань. Оснащена спецпроцесорів СМ-4, наприклад, використовувалася для картографування Венери. Створювалися мовні процесори, було розпочато випуск спецпроцесорів для моделювання БІС. Цей напрямок, однак, не набуло належного розвитку.
Виробництво СМ ЕОМ тривало до початку 90-х, до цього часу загальний парк машин становив близько 80 тисяч (сьогодні залишилося 10 тисяч). В останні роки ставилося питання про розширення співпраці з іншими європейськими країнами, і не тільки з соціалістичними, причому передбачалося не обмежувати таке співробітництво продажами машин, а проводити спільну розробку, щоб підвищити технічний рівень комплектуючих для СМ. Нові економічні віяння початку перебудови пробудили було надії на краще майбутнє - надходження частини валютних коштів від експорту СМ ЕОМ безпосередньо в руки її творців дозволив би їм розвиватися. Але з розвалом СРСР підприємства, які виробляли ЕОМ, практично розорилися, причому основні виробники опинилися за кордоном, і роботи зі створення вітчизняних малих керуючих ЕОМ швидко зійшли нанівець.
ІНЕУМ сьогодні
Не можна сказати, що наукова діяльність у ІНЕУМ померла. Крім розробки керуючих індустріальних модулів самого нижнього рівня, в інституті підтримується виробництво невеликих керуючих систем за спецзамовленням, а також розробка спецпроцесорів. Тривають роботи в галузі програмного забезпечення. У роки активного розвитку СМ ЕОМ фахівці інституту розробляли операційні системи, у тому числі ОС реального часу за подобою DEC RSX, а також пілотні прикладні системи для ряду комплексів автоматизації управління. В даний час в інституті створена оригінальна Unix-подібна операційна система з елементами реального часу USIX (натяк на шосту версію Unix).
Ще один напрямок роботи інституту - розробка обчислювальних модулів реального часу для медичних застосувань. У ІНЕУМ створений мобільний прилад для дослідження судин головного мозку, призначений як для стаціонарного використання в медичних установах, так і для машин «Швидкої допомоги», а також для рятувальних робіт у надзвичайних умовах. Крім того, розроблено систему автоматизації лікарень і ведеться цікавий проект зі створення системи визначення загального стану здоров'я пацієнта з аналізу його кардіограми.
Остання розробка інституту відроджує ім'я та ідеї СМ ЕОМ - це керуючий обчислювальний комплекс СМ 1820М, призначений в першу чергу для заміни повністю виробили свій ресурс машин серії СМ в атомній енергетиці. СМ 1820М має індустріальне виконання та відповідає останнім віянням в області апаратних промислових систем, де все більш популярною стає архітектура IBM PC. Нова машина ІНЕУМ побудована на базі процесора Pentium і використовує промисловий варіант шини PCI - Compact PCI - для під'єднання додаткових модулів зв'язку з об'єктом. В якості операційної системи можуть використовуватися Windows NT, Unix, популярна операційна система для вбудованих застосувань QNX і власна розробка - USIX. В інституті вважають, що в країні є умови для промислового виробництва таких машин (перші зразки виготовлені на заводах «Енергопрібор» і САМ), і сподіваються, що незабаром буде налагоджений серійний випуск нових СМ.
Так що немає ніяких підстав завершувати заупокой розпочатий за здоров'я розповідь про одного з флагманів радянської обчислювальної техніки. Головний інститут по створенню сімейства малих керуючих машин сьогодні, як це зараз модно говорити, знайшов свою нішу. І нехай масштаби його діяльності не так вражаючі, як в недавньому минулому. Головне, що керівництву інституту вдалося знайти застосування золотого фонду своїх фахівців та запропонувати певні перспективи новим кадрам.
Кілька слів на закінчення
Хочеться ще раз підкреслити - у цій серії нарисів ми спробували викласти лише найзагальніші факти з історії вітчизняних ЕОМ. І нехай простить нас прискіпливий читач, який знає про це більше і краще. Давайте розглядати ці публікації як своєрідне запрошення тим, хто готовий брати участь у формуванні свого роду літопису створення обчислювальних машин у СРСР. Якийсь час тому один з читачів тижневика Computerworld Росія в своєму відгуку на матеріал, присвячений п'ятдесятиріччю транзисторів, зауважив, що необхідно більш особистісне ставлення до викладати факти і описуваних персонажам. Історія радянських ЕОМ як не можна більш своєму розпорядженні для вираження такого особистісного ставлення того, хто своїми очима бачив ЕОМ розміром у кімнату, яка видавала результат на досить допотопну друкарську машинку. Того, хто починав працювати в університетських лабораторіях на PDP - праматері СМ - і «Електроніку». Того, чиї батьки на початку 50-х закінчували МЕІ, кузню кадрів зароджується комп'ютеробудування, і сиділи в тих же аудиторіях і ходили по тим же коридорах, що і творці самих-самих перших ЕОМ. Саме тому неможливо допустити навіть йоти зневаги і зарозумілості у описі наших досягнень і невдач в цій області, хоча зараз прийнято лаяти свою недавню історію. Спілкування ж з її реальними учасниками викликає велику повагу до них і серйозний інтерес до тих подій.
На рубежі тисячоліть спогади стають модними. Загляньте в програму ТБ - «Старий телевізор», «Стара квартира» - передачі, ностальгічно розповідають про справи минулих, але не таких вже і давніх. А може бути, в одній з комп'ютерних ЗМІ з'явиться рубрика «Старий комп'ютер», де очевидці самі розкажуть про те, як вони працювали на БЕСМ або програмували для однієї з моделей ЄС ЕОМ?
На закінчення хотілося б висловити подяку директору ІТМіВТ Г.Г. Рябову, д.т.н. В.В. Пржиялковского і директору ІНЕУМ д.т.н. Н.Л. Прохорову за надані матеріали і допомогу в підготовці огляду.