День рождения российской эвм. Электронная вычислительная машина "мифи" Под его руководством были разработаны стрела урал

Своим сокурсникам группы 8-ЭВМ-49 посвящаю.

4 декабря 1948 года Государственный комитет СССР по изобретениям (тогда он назывался «Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство») зарегистрировал за номером 10475 изобретение Б.И.Рамеевым и И.С.Бруком цифровой электронной вычислительной машины (ЦЭВМ). Этот день с полным правом можно считать Днём рождения советских ЭВМ.

Компьютеры пришли в нашу жизнь значительно позже, они внуки и правнуки тех громадных ЭВМ, которые потребляли киловатты электроэнергии, занимали огромные помещения и обогревали их, поскольку были построены на электронных радиолампах. Это было т.н. первое поколение ЭВМ .

Первое поколение

Самые первые ЭВМ появились в конце 40-х годов прошлого века, в них использовались вакуумные электронные лампы (диоды и триоды) и реле, а быстродействие было в среднем 2-10 тысяч арифметических (элементарных) операций в секунду. Эти ЭВМ имели невысокую надёжность. Ввод данных осуществлялся либо вручную с клавиатуры (штекерной или кнопочных выключателей), либо с помощью перфолент или перфокарт, а программирование велось в машинных кодах.

Второе поколение

Начало второму поколению положила ЭВМ RCA-501, созданная в США на полупроводниках в 1959 г. Полупроводники, заменившие электронные лампы, позволили резко повысить надёжность ЭВМ, уменьшить потребляемую мощность и значительно повысить быстродействие - до миллиона операций в секунду. Это способствовало распространению сферы применения ЭВМ для решения планово-экономических задач, управления производственными процессами (например, управление Щёкинской ГРЭС), в космической отрасли и других задач.

Более чётко проявилось разделение ЭВМ на большие (БЭСМ-4, БЭСМ-6), средние (Минск-2, Минск-22, Минск-32) и малые (Наири, Проминь, Мир).

В качестве оперативной памяти (ОЗУ) использовались, как правило, ферритовые сердечники, например, в ЭВМ «Минск-2» это был «магнитный куб» общим объёмом 4096 двоичных разрядов (бит). Для долговременной памяти использовались магнитные ленты, перфоленты, перфокарты.

Программирование претерпело значительные изменения: сначала появились автокоды и ассемблеры, затем появились алгоритмические языки программирования Фортран (1957 г.), Алгол-60, Кобол и другие.

В Советском Союзе это было время расцвета вычислительной техники. ЗВМ экспонировались на ВДНХ, где был для них построен специальный павильон. Средние и малые ЭВМ поступали в ВЦ (вычислительные центры) министерств, НИИ, крупных заводов, и в учебные институты.

Третье поколение

Интегральные микросхемы (ИС) породили третье поколение ЭВМ, значительно уменьшив габариты и потребляемую мощность.

Программное обеспечение стало значительно более мощным, появились новые языки и системы программирования. Появились пакеты прикладных программ (ППП) различного назначения, системы автоматизации проектных работ (САПРы) и системы управления базами данных (СУБД).

С этого времени Советский Союз, как это ни прискорбно, стал всё более и более отставать от западных стран в развитии вычислительной техники.

Четвёртое поколение

Вычислительная техника четвёртого поколения основана на больших (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральных схемах. Появление БИС дало возможность создать универсальный процессор на одном кристалле (микропроцессор).

Первый микропроцессор Intel-4004 был создан в 1971 г., а в 1974 г. - Intel-8080, первый универсальный микропроцессор, ставший стандартом микрокомпьютерной технологии и основой для создания первых персональных компьютеров (ПК).

В 1981 г. фирма IBM начала выпуск популярных серий персональных компьютеров IBM PC/XT/AT и PS/2, а впоследствии IBM/360 и IBM/370, в которых большое внимание уделялось унификации и развитому программному обеспечению.

По проекту автоматической цифровой вычислительной машины Б.И.Рамеева и И.С.Брука (свидетельство 10475, см. выше) Президиум АН СССР 22 апреля 1950 года вынес постановление о начале разработки машины М-1. Разработка, сборка и наладка проходили в лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР им. Кржижановского.

Уже летом 1951 года М-1 могла выполнять основные арифметические операции, а в январе 1952 года началась опытная эксплуатация.

Первые задачи на М-1 решал С.Л. Соболев, заместитель академика И.В. Курчатова по научной работе для исследований в области ядерной физики.

«М-1» была изготовлена в единственном экземпляре.

В ней использовалось 730 электровакуумных ламп, а также немецкие купроксные выпрямители, полученные по репарациям после войны, что позволило значительно уменьшить количество ламп.

Система счисления - двоичная, 25 разрядов в машинном слове, система команд - двухадресная.

Быстродействие порядка 15-20 арифметических операций в секунду над 25-разрядными словами.

Оперативная память рассчитана на 512 чисел из 25 разрядов: 256 на магнитном барабане («медленная» память) и 256 на электростатических трубках («быстрая» память)

Потребляемая мощность: 8 КВт. Занимаемая площадь: непосредственно «М-1» - 4 кв.м., а с учётом обслуживания - порядка 15 кв.м.

Конструктивно «М-1» выполнена в виде трёх стоек (без защитных шкафов), в которых располагались: устройство управления машиной, арифметический узел и запоминающие устройства. Устройства ввода и вывода информации (фототрасмиттер ввода с перфоленты и телетайп) располагались на отдельном столе.

МЭСМ

Практически параллельно с разработкой и сборкой «М-1», в Киеве рождалась МЭСМ (Малая электронная счётная машина). Слово «малая» в её названии появилось позже, взамен слова «модель».

Когда С.А. Лебедева избрали действительным членом Академии Наук УССР, он переехал в Киев и стал директором Института электротехники АН УССР, где стал также руководить лабораторией моделирования и вычислительной техники. Именно там, по задумке Лебедева в конце 1948 года началось создание МЭСМ, как модели будущей Большой электронной счётной машины (БЭСМ). Но, после получения положительных результатов, было решено доделать модель до полноценной машины, способной решать реальные задачи.

Разработка, сборка и наладка МЭСМ велись более быстрыми темпами, чем М-1, поэтому МЭСМ считается первой в СССР и континентальной Европе электронно-вычислительной машиной.

В Советском Союзе в то время единственными работающими ЭВМ были М-1 и МЭСМ .

МЭСМ эксплуатировалась до 1957 г., после чего была передана в КПИ для учебных целей. Как вспоминал академик Борис Малиновский: «Машину разрезали на куски, организовали ряд стендов, а потом… выбросили».

Кстати, подобное варварское отношение к собственной истории не единственное. В конце 60-х годов автор лично наблюдал, как в Московском Лесотехническом институте с горечью «гордились» блоками от ЭВМ, пылящимися на антресолях: «Эта машина запускала Гагарина».

Стрела

Эта ЭВМ была разработана в Московском СКБ-245 (c 1958 года это НИИ электронных математических машин - НИЭМ, с 1968 года - НИЦЭВТ). Главным конструктором был Ю.Я. Базилевский, а его помощником был Б.И. Рамеев.

Серия из семи машин была изготовлена с 1953 по 1956 гг. на Московском заводе счётно-аналитических машин (завод «САМ»). Первая ЭВМ «Стрела» была установлена в отделении прикладной математики МИАН (математического института Академии наук СССР), где на ней решались в т.ч. задачи баллистики при подготовке к запуску Первого Спутника Земли , другие были установлены в МГУ, в вычислительном центре АН СССР, в вычислительных центрах нескольких министерств, в т.ч. МО.

В «Стреле» использовалось 6200 электровакуумных радиоламп и 60 000 полупроводниковых диодов.

Оперативная память составляла 2048 чисел (слов) из 43 двоичных разрядов, построена на электронно-лучевых трубках.

Память: ПЗУ на полупроводниковых диодах, где хранились подпрограммы и константы и внешнее ЗУ из двух накопителей на магнитной ленте.

Быстродействие машины - 2000 оп/с.

Разработчики «Стрелы» в 1954 году были удостоены Сталинской премии, а главному конструктору машины Ю.Я. Базилевскому было присвоено звание Героя социалистического труда.

Урал-1

Считалась малой ЭВМ и предназначалась для решения инженерно-технических и экономических задач.

Была разработана в 1954-55 годах в СКБ-245 под руководством главного конструктора Б.И. Рамеева, и была следующим шагом после ЭВМ «Стрела».

Первый образец был создан в 1955 г. на Московском заводе САМ, а наладка осуществлялась в СКБ-245. Но, не завершив наладку первого образца, его отправили в Пензенский филиал (будущий Пензенский НИИ математических машин) для организации серийного производства. Там с 1957 по 1961 год было произведено 183 машины.

ЭВМ «Урал» применялась на производствах, в вычислительных центрах различных НИИ и конструкторских бюро. Одна из ЭВМ «Урал» использовалась на космодроме «Байконур» для расчёта траекторий полёта ракет. На фото: ЭВМ «Урал» в Политехническом музее.

БЭСМ-1

Когда С.А. Лебедев заканчивал основные работы по МЭСМ, он перешёл в Московский Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ), где создал специальную лабораторию для разработки БЭСМ.

«БЭСМ-1» вступила в строй в 1953 году, хотя реальное использование началось уже с 1952 года. Её быстродействие составляло 8-10 тыс. оп/с.

Конструктивно машина строилась на двух- и четырехламповых ячейках (триггеры, вентили, усилители и т. д.). Всего в «БЭСМ-1» было около 5 тыс. электронных ламп.

Ввод информации в машину осуществлялся на фототрансмиттере с перфоленты. Вывод результатов производился на электромеханическое печатающее устройство со скоростью до 20 чисел в секунду.

Внешняя память состояла из накопителей на магнитных барабанах (2 барабана по 5120 слов) и на магнитных лентах (4 по 30 000 слов).

«БЭСМ-1» потребляла мощность около 35 КВт и занимала площадь - до 100 кв.м.

В ходе работ машина постоянно совершенствовалась. В 1953 году для ОЗУ использовались электронно-акустические ртутных трубки (1024 слова), дававших небольшое быстродействие (в средним 1 тыс. оп/с.). В начале 1955 года ОЗУ на потенциалоскопах (электронно-лучевых трубках) позволило повысить быстродействие до 10 тыс. оп/с, а в 1957 году ОЗУ на ферритовых сердечниках увеличило память вдвое (2047 слов).

Для машины «БЭСМ-1» была разработана система контрольных задач (тестов), позволяющих быстро находить неисправности в машине, а также система профилактических тестов для обнаружения мест возможных неисправностей. В дальнейшем это стало обязательным для серийных ЭВМ.

Первой задачей, решённой на «БЭСМ-1», был расчёт оптимального уклона скоса гидроканала, имевшей в то время большое народнохозяйственное значение. При решении этой задачи задавались параметры сыпучести грунта, глубины канала и некоторые другие. затем на ней решались разнообразные задачи, в т.ч. подсчитаны орбиты движения 700 малых планет Солнечной системы, выполнены громоздкие геодезические расчёты и др.

«БЭСМ-1» была изготовлена в единственном экземпляре, её модифицированный вариант назывался уже «БЭСМ-2». Впоследствии, слово «большая» в наименовании машины вполне справедливо заменили словом «быстродействующая». «БЭСМ-1» была первой отечественной быстродействующей машиной (8-10 тыс. операций в секунду), самой быстродействующей в Европе, уступавшей только американской IBM 701.

Важный элемент ЭВМ - внешняя память. Чего только не пробовали изобретатели и конструкторы первых ЭВМ, но магнитные ленты, перфокарты и перфоленты стали основой внешней памяти на пару десятилетий.

История развития ЭВМ связана с именами выдающихся ученых, которые уверенно шли к своей цели - облегчить вычислительную с помощью машин.

История развития ЭВМ. Счетные машины

Блез Паскаль (1623-1662). В течение нескольких лет молодой ученый разработал более пятидесяти моделей счетных машин, стараясь помочь отцу считать налоги. В 1645 году создал «паскалину», которая выполняла сложение и вычитание.

Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) предложил которую назвал арифмометром. Она выполняла все арифметические действия.

Чарльз Беббидж (1792-1872) - первая программно-управляемая машина была почти закончена и состояла из двух частей: вычисляющей и печатающей. Выдвинул перспективные идеи о памяти машины и процессоре. Помощница ученого Огаста Ада Лавлейс разработала первую в мире программу для

История развития ЭВМ. Новые идеи, новые изобретения.

ЭВМ второго поколения (60-65 годы ХХ века). Элементная база - полупроводниковые транзисторы. Объем памяти (на магнитных сердечках) возрос в 32 раза, скорость увеличилась в 10 раз. Уменьшились размер и масса машин, повысилась их надежность. Были разработаны новые языки важные программирования: Algol, FORTRAN, COBOL, которые сделали возможным дальнейшеесовершенствование программ. В этот период создается процессор ввода-вывода, начинается использование операционных систем.

ЭВМ третьего поколения ((1965-1970 годы) поменяла транзисторы на интегральные микросхемы. Значительно снижены габариты ЭВМ, их стоимость. Появилась возможность использовать несколько программ на одной машине. Активно развивается программирование.

ЭВМ четвертого поколения (1970-1984 гг.) Смена элементной базы - размещение на одном кристалле десятки тысяч элементов. Значительное расширение пользовательской аудитории.

Дальнейшая история развития ЭВМ и ИКТ связана с совершенствованием микропроцессоров, разработкой микрокомпьютеров, которыми могут владеть отдельные люди. Стив Возняк разработал первый массовый домашний компьютер, а затем - первый персональный компьютер.

4 декабря 1948 года Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство зарегистрировал 30 номером 10475 изобретение И. С. Бруком и Б. И. Рамеевым цифровой электронной вычислительной машины.

В советской научно-технической литературе термин «информатика» появился в 1968 году, а в школах соответствующая учебная дисциплина появилась в 1985 году.

В начале 1947 года, слушая передачи «Би-Би-Си», Б.И. Рамеев узнал о том, что в США создана ЭВМ ЭНИАК, и принял решение заняться этой новой тогда областью науки и техники. По рекомендации А.И. Берга Б.И. Рамеев обратился к члену-корреспонденту АН СССР И.С. Бруку и в мае 1948 г. был принят инженером-конструктором в Лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР.

Уже в августе 1948 г. И.С. Брук и Б.И. Рамеев представили первый в СССР проект «Автоматическая цифровая электронная машина». В нем было дано описание принципиальной схемы машины, определены арифметические операции в двоичной системе счисления, управление работой машины от главного программного датчика, считывающего программу, записанную на перфоленту и обеспечивающего выдачу результатов на такую же ленту и ввод с нее полученных чисел снова в машину для последующих вычислений. Продолжить совместные работы с И.С. Бруком Б.И. Рамееву не удалось из-за того, что в начале 1949 г. его снова призвали в армию как специалиста по радиолокации, работавшего в ЦНИИ № 108 у А.И. Берга, и зачислили преподавателем в школу подводников на Дальнем Востоке.

В начале 1950 г. на базе Московского завода САМ было создано СКБ-245, которому поручалось создание цифровых вычислительных машин. На должность заведующего одной из лабораторий СКБ-245 был приглашен Б.И. Рамеев, возвращенный из армии по ходатайству министра машиностроения и приборостроения СССР П.И. Паршина. При этом министр дал подписку о своей личной ответственности за деятельность Б.И.Рамеева, чего требовали правила выполнения секретных исследований, которые в те годы распространялись на разработки ЭВМ.

Б.И. Рамеев предложил эскизный проект машины, использовав ряд идей, выдвинутых им ранее совместно с И.С. Бруком. Этот проект, утвержденный Техническим советом СКБ-245, был положен в основу машины «Стрела», первой ЭВМ, освоенной в промышленном производстве в СССР. Как заместитель главного конструктора «Стрелы» Б.И. Рамеев участвовал в создании машины в целом. Под его руководством и при непосредственном участии были разработаны арифметическое устройство машины и память на магнитном барабане. Решение по выбору элементной базы на электронных лампах (а не на реле) было предложено Б.И. Рамеевым.

На первоначальном этапе своего развития сфера разработки компьютеров в СССР шла в ногу с мировыми тенденциями. О история развития советских ЭВМ до 1980-го года и пойдёт речь в этой статье.

Предыстория ЭВМ

В современной разговорной – да и научной тоже – речи выражение «электронная вычислительная машина» повсеместно изменено на слово «компьютер». Это не совсем верно теоретически – компьютерные вычисления могут быть основаны не на использовании электронных приспособлений. Однако исторически сложилось, что ЭВМ стали основным инструментом для проведения операций с большими объёмами численных данных. А поскольку над их совершенствованием работали исключительно математики, все типы информации стали кодироваться численными «шифрами», и удобные для их обработки ЭВМ из научно-военной экзотики превратились в универсальную широко распространённую технику.

Инженерная база для создания электронных вычислительных машин была заложена в Германии в годы Второй мировой войны. Там прототипы современных компьютеров использовались для шифрования. В Британии в те же годы совместными усилиями шпионов и учёных была спроектирована аналогичная машина для расшифровки – Colossus. Формально ни немецкие, ни британские аппараты электронными вычислительными машинами считаться не могут, скорее электронно-механическими – операциям отвечали переключения реле и вращение роторов-шестерёнок.

После завершения войны разработки нацистов попали в руки Советского Союза и, в основном, США. Сложившееся в то время научное сообщество отличалось сильной зависимостью от «своих» государств, но что важнее – высоким уровнем проницательности и трудолюбия. Ведущие специалисты сразу нескольких областей заинтересовались возможностями электронно-вычислительной техники. А правительства согласились, что устройства для быстрых, точных и сложных вычислений – это перспективно, и выделили средства на соответствующие исследования. В США до и во время войны велись свои кибернетические разработки – непрограммируемый, но полностью электронный (без механической компоненты) компьютер Атанасова-Берри (ABC), а также электромеханический, но программируемый под разные задачи ЭНИАК. Их модернизация с учётом трудов европейских (немецких и британских) учёных привела к появлению первых «настоящих» ЭВМ. В это же время (в 1947-м году) в Киеве был организован Институт электротехники АН УССР, во главе которого встал Сергей Лебедев, инженер-электротехник и родоначальник советской информатики. В один год с появлением института Лебедев открывает под его крышей лабораторию моделирования и вычислительной техники, в которой в последующие несколько десятилетий разрабатываются лучшие ЭВМ Союза.

ЭНИАК

Принципы первого поколения ЭВМ

В 40-х годах известный математик Джон фон Нейман пришёл к выводу, что вычислительные машины, в которых программы задаются буквально вручную, переключением рычагов и проводов, чрезмерно сложны для практического использования. Он создаёт концепцию, по которой исполняемые коды хранятся в памяти так же, как и обрабатываемые данные. Отделение процессорной части от накопителя данных и принципиально одинаковый подход к хранению программ и информации стали краеугольными камнями архитектуры фон Неймана. Эта компьютерная архитектура до сих пор является самой распространённой. Именно от первых устройств, построенных на архитектуре фон Неймана, отсчитываются поколения ЭВМ.

Одновременно с формулировкой постулатов архитектуры фон Неймана в электротехнике начинается массовое применение вакуумных ламп. На тот момент только они позволяют в полной мере реализовать автоматизацию вычислений, предлагаемую новой архитектурой, поскольку время реакции электронных ламп чрезвычайно мало. Однако каждая лампа требовала для работы отдельного питающего провода, кроме того, физический процесс, на котором основано функционирование вакуумных ламп – термоэлектронная эмиссия – накладывал ограничения на их миниатюризацию. Как следствие, ЭВМ первого поколения потребляли сотни киловатт энергии и занимали десятки кубометров пространства.

В 1948-м году Сергей Лебедев, занимавшийся на своём директорском посту не только административной работой, но и научной, подал в АН СССР докладную записку. В ней говорилось о необходимости в кратчайшие сроки разработать свою электронную вычислительную машину, и ради практического использования, и ради научного прогресса. Разработки этой машины велись полностью с нуля – об экспериментах западных коллег Лебедев и его сотрудники информации не имели. За два года машина была спроектирована и смонтирована – для этих целей под Киевом, в Феофании, институту отвели здание, ранее принадлежавшее монастырю. В 1950-м ЭВМ, названная (МЭСМ), произвела первые вычисления – нахождение корней дифференциального уравнения. В 1951-м году инспекция академии наук, возглавляемая Келдышем, приняла МЭСМ в эксплуатацию. МЭСМ состояла из 6000 вакуумных ламп, выполняла 3000 операций в секунду, потребляла чуть меньше 25 кВт энергии и занимала 60 квадратных метров. Имела сложную трёхадресную систему команд и считывала данные не только с перфокарт, но и с магнитных лент.

Пока Лебедев строил свою машину в Киеве, в Москве образовалась своя группа электротехников. Электротехник Исаак Брук и изобретатель Башир Рамеев, оба – сотрудники Энергетического института им. Кржижановского, ещё в 1948-м подали в патентное бюро заявку на регистрацию проекта собственной ЭВМ. К 1950-му году Рамеева поставили во главе особой лаборатории, где буквально за год была собрана М-1– ЭВМ значительно менее мощная, чем МЭСМ (выполнялось всего 20 операций в секунду), но зато и меньшая по размерам (около 5 метров квадратных). 730 ламп потребляли 8 кВт энергии.

В отличие от МЭСМ, которая использовалась главным образом в военных и промышленных целях, вычислительное время серии «М» отводилось и учёным-ядерщикам, и организаторам экспериментального шахматного турнира между ЭВМ. В 1952-м году появилась М-2, производительность которой выросла в сто раз, а число ламп – всего лишь вдвое. Этого удалось достичь активным использованием управляющих полупроводниковых диодов. Энергопотребление увеличилось до 29 кВт, площадь – до 22 квадратных метров. Несмотря на явную успешность проекта, в массовое производство ЭВМ не запустили – этот приз ушёл ещё одному кибернетическому творению, созданному при поддержке Рамеева – «Стреле».

ЭВМ «Стрела» создавалась в Москве, под руководством Юрия Базилевского. Первый образец устройства завершили к 1953-му году. Как и М-1, «Стрела» использовала память на электронно-лучевых трубках (МЭСМ использовала триггерные ячейки). «Стрела» оказалась наиболее удачным из этих трёх проектов, поскольку её сумели запустить в серию – за сборку взялся Московский завод счётно-аналитических машин. За три года (1953-1956) было выпущено семь «Стрел», которые затем отправились в МГУ, в вычислительные центры АН СССР и нескольких министерств.

Во многих смыслах «Стрела» была хуже, чем М-2. Она выполняла те же 2000 операций в секунду, но при этом использовалось 6200 ламп и больше 60 тысяч диодов, что в сумме давало 300 квадратных метров занимаемой площади и порядка 150 кВт энергопотребления. М-2 подвели сроки: её предшественница хорошей производительностью не отличалась, а к моменту ввода в эксплуатацию доведенной до ума версии «Стрелы» уже были отданы в производство.

М-3 вновь была «урезанным» вариантом – ЭВМ выполняла 30 операций в секунду, состояла из 774-х ламп и потребляла 10 кВт энергии. Зато и занимала эта машина только 3 кв.м., благодаря чему пошла в серийное производство (было собрано 16 ЭВМ). В 1960-м году М-3 модифицировали, производительность довели до 1000 операций в секунду. На базе М-3 в Ереване и Минске разрабатывались новые ЭВМ «Арагац», «Раздан», «Минск». Эти «окраинные» проекты, шедшие параллельно с ведущими московскими и киевскими программами, добились серьёзных результатов уже позже, после перехода на транзисторные технологии.

В 1950-м году Лебедева перевели в Москву, в Институт точной механики и вычислительной техники. Там за два года была спроектирована ЭВМ, прообразом которой в своё время считалась МЭСМ. Новую машину назвали БЭСМ – Большая электронная счётная машина. Этот проект положил начало самой успешной серии советских компьютеров.

Доработанная ещё за три года БЭСМ отличалась великолепным по тем временам быстродействием – до 10 тысяч операций в минуту. При этом использовалось всего 5000 ламп, а потребляемая мощность составляла 35 кВт. БЭСМ являлась первой советской ЭВМ «широкого профиля» – её изначально предполагалось предоставлять учёным и инженерам для проведения их расчётов.

БЭСМ-2 разрабатывалась для серийного производства. Число операций в секунду довели до 20 тысяч, оперативная память, после испытаний ЭЛТ, ртутных трубок, была реализована на ферритовых сердечниках (на следующие 20 лет этот тип ОЗУ стал ведущим). Выпуск начался в 1958-м году, и за четыре года с конвейеров завода им. Володарского сошло 67 таких ЭВМ. С БЭСМ-2 началась разработка военных компьютеров, руководивших системами ПВО – М-40 и М-50. В рамках этих модификаций был собран первый советский компьютер второго поколения – 5Э92б, и дальнейшая судьба серии БЭСМ уже оказалась связана с транзисторами.

С 1955-го года Рамеев «передислоцировался» в Пензу для разработки ещё одной ЭВМ, более дешёвой и массовой «Урал-1». Состоящая из тысячи ламп и потребляющая до 10 кВт энергии, эта ЭВМ занимала порядка ста квадратных метров и стоила куда дешевле мощных БЭСМ. «Урал-1» выпускался до 1961-го года, всего было произведено 183 компьютера. Их устанавливали в вычислительных центрах и конструкторских бюро по всему миру, в частности, в центре управления полётами космодрома «Байконур». «Урал 2-4» также являлись ЭВМ на электронных лампах, но уже использовали ферритовую оперативную память, выполняли по несколько тысяч операций в секунду и занимали 200-400 квадратных метров.

В МГУ разрабатывали собственную ЭВМ – «Сетунь». Она также пошла в массовое производство – на Казанском заводе вычислительных машин было выпущено 46 таких ЭВМ. Их спроектировал математик Соболев совместно с конструктором Николаем Брусенцовым. «Сетунь» – ЭВМ на троичной логике; в 1959-м году, за несколько лет до массового перехода на транзисторные компьютеры, эта ЭВМ со своими двумя десятками вакуумных ламп выполняла 4500 операций в секунду и потребляла 2,5 кВт электричества. Для этого использовались ферритодиодные ячейки, которые советский инженер-электротехник Лев Гутенмахер опробовал ещё в 1954-м году при разработке своей безламповой электронной вычислительной машины ЛЭМ-1. «Сетуни» благополучно функционировали в различных учреждениях СССР, но будущее было за ЭВМ взаимно совместимыми, а значит – основанными на одной и той же, двоичной логике. Тем более что мир получил транзисторы, убравшие вакуумные лампы из электротехнических лабораторий.

ЭВМ первого поколения США

Серийное производство ЭВМ в США началось раньше, чем в СССР – в 1951-м году. Это был UNIVAC I, коммерческий компьютер, созданный скорее для обработки статистических данных. Его производительность была примерно такой же, что и у советских разработок: использовалось 5200 вакуумных ламп, выполнялось 1900 операций в секунду, потреблялось 125 кВт энергии.

Зато научные и военные компьютеры отличались куда большей мощностью (и размерами). Разработка ЭВМ Whirlwind началась ещё до Второй мировой, причём её назначением было ни много ни мало – подготовка пилотов на авиационных симуляторах. Естественно, в первой половине 20-го века это было нереальной задачей, поэтому война прошла, а Whirlwind так и не построили. Но затем началась холодная война, и разработчики из Массачусетского технологического института предложили вернуться к грандиозной идее.

В 1953-м году (тогда же, когда в свет вышли М-2 и «Стрелы») Whirlwind был завершён. Этот компьютер выполнял 75000 операций в секунду и состоял из 50 тысяч вакуумных ламп. Потребление энергии достигало нескольких мегаватт. В процессе создания ЭВМ были разработаны ферритовые накопители данных, оперативная память на электронно-лучевых трубках и нечто вроде примитивного графического интерфейса. На практике от Whirlwind так и не было проку – его модернизировали под перехват самолётов-бомбардировщиков, а на момент сдачи в эксплуатацию воздушное пространство уже перешло под власть межконтинентальных ракет.

Бесполезность Whirlwind для военных не поставила крест на подобных ЭВМ. Создатели компьютера передали основные наработки компании IBM. В 1954-м году на их основе был спроектирован IBM 701 – первый серийный компьютер этой корпорации, на тридцать лет обеспечивший ей лидерство на рынке вычислительной техники. Его характеристики были полностью аналогичны Whirlwind. Таким образом, быстродействие у американских компьютеров было выше, чем у советских, да и многие конструктивные решения были найдены раньше. Правда, это касалось скорее использования физических процессов и явлений – архитектурно ЭВМ Союза зачастую были совершеннее. Возможно, потому, что Лебедев и его последователи разрабатывали принципы построения ЭВМ практически с нуля, опираясь не на старые идеи, а на последние достижения математической науки. Однако обилие нескоординированных проектов не позволило СССР создать свою IBM 701 – удачные особенности архитектур были рассредоточены по разным моделям, и таким же распылением отличалось финансирование.

Принципы второго поколения ЭВМ

ЭВМ на вакуумных лампах отличались сложностью программирования, большими габаритами, высоким энергопотреблением. При этом ломались машины часто, ремонт их требовал участия профессиональных электротехников, а правильность исполнения команд серьёзно зависела от исправности аппаратной части. Узнать, вызвана ошибка неправильным подключением какого-то элемента или «опечаткой» программиста было крайне тяжёлой задачей.

В 1947-м году в лаборатории Белла, обеспечившей США в 20-м веке добрую половину передовых технологических решений, Бардин, Браттейн и Шокли изобрели биполярный полупроводниковый транзистор. 15 ноября 1948 года в журнале «Вестник информации» А.В. Красилов опубликовал статью «Кристаллический триод». Это была первая публикация в СССР о транзисторах. был создан независимо от работы американских учёных.

Кроме пониженного энергопотребления и большей скорости реакции, транзисторы выгодно отличались от вакуумных ламп своими долговечностью и на порядок меньшими габаритами. Это позволяло создавать вычислительные блоки промышленными методами (конвейерная сборка ЭВМ на вакуумных лампах представлялась маловероятной из-за их размеров и хрупкости). Заодно решалась проблема динамического конфигурирования компьютера – небольшие периферийные устройства легко было отключать и заменять другими, что в случае с массивными ламповыми компонентами не являлось возможным. Себестоимость транзистора была выше, чем себестоимость вакуумной лампы, однако при массовом производстве транзисторные компьютеры окупались значительно быстрее.

Переход на транзисторные вычисления в советской кибернетике прошёл плавно – не было создано никаких новых КБ или серий, просто старые БЭСМы и «Уралы» перевели на новую технологию.

Полностью полупроводниковая ЭВМ 5Э92б, спроектированная Лебедевым и Бурцевым, была создана под конкретные задачи противоракетной обороны. Она состояла из двух процессоров – вычислительного и контроллера периферийных устройств – имела систему самодиагностики и допускала «горячую» замену вычислительных транзисторных блоков. Производительность равнялась 500000 операций в секунду для основного процессора и 37000 – для контроллера. Столь высокая производительность дополнительного процессора была необходима, поскольку в связке с ЭВМ работали не только традиционные системы ввода-вывода, но и локаторы. ЭВМ занимала больше 100 квадратных метров. Её проектирование началось в 1961-м, а завершилось в 1964-м году.

Уже после 5Э92б разработчики занялись универсальной транзисторной ЭВМ – БЭСМами. БЭСМ-3 осталась макетом, БЭСМ-4 дошла до серийного производства и была выпущена в количестве 30 машин. Она выполняла до 40 операций в секунду и являлась «подопытным образцом» для создания новых языков программирования, пригодившихся с появлением БЭСМ-6.

За всю историю советской вычислительной техники БЭСМ-6 считается самой триумфальной. На момент своего создания в 1965-м году эта ЭВМ была передовой не столько по аппаратным характеристикам, сколько по управляемости. Она имела развитую систему самодиагностики, несколько режимов работы, обширные возможности по управлению удалёнными устройствами (по телефонным и телеграфным каналам), возможность конвейерной обработки 14 процессорных команд. Производительность системы достигала миллиона операций в секунду. Имелась поддержка виртуальной памяти, кеша команд, чтения и записи данных. В 1975-м году БЭСМ-6 обрабатывала траектории полёта космических аппаратов, участвовавших в проекте «Союз-Аполлон». Выпуск ЭВМ продолжался до 1987-го года, а эксплуатация – до 1995-го.

С 1964-го года на полупроводники перешли и «Уралы». Но к тому времени монополия этих ЭВМ уже прошла – почти в каждом регионе производили свои компьютеры. Среди них были украинские управляющие ЭВМ «Днепр», выполняющие до 20000 операций в секунду и потребляющие всего 4 кВт, ленинградские УМ-1, тоже управляющие, и требующие всего 0,2 кВт электричества при производительности 5000 операций в секунду, белорусские «Мински», «Весна» и «Снег», ереванские «Наири» и многие другие. Особого внимания заслуживают разработанные в киевском Институте кибернетики ЭВМ «МИР» и «МИР-2».

Эти инженерные ЭВМ стали выпускаться серийно в 1965-м году. В известном смысле глава Института кибернетики, академик Глушков, опередил Стива Джобса и Стива Возняка с их пользовательскими интерфейсами. «МИР» представлял собой ЭВМ с подключенной к ней электрической печатной машинкой; задавать команды процессору можно было на человекочитаемом языке программирования АЛМИР-65 (для «МИР-2» использовался язык высокого уровня АНАЛИТИК). Команды задавались как латинскими, так и кириллическими символами, поддерживались режимы редактирования и отладки. Вывод информации предусматривался в текстовом, табличном и графическом видах. Производительность «МИРа» составляла 2000 операций в секунду, для «МИР-2» этот показатель достигал 12000 операций в секунду, потребление энергии составляло несколько киловатт.

ЭВМ второго поколения США

В США электронные вычислительные машины продолжала разрабатывать IBM. Впрочем, у этой корпорации был и конкурент – небольшая компания Control Data Corporation и её разработчик Сеймур Крэй. Крэй одним из первых брал на вооружение новые технологии – сперва транзисторы, а затем и интегральные схемы. Он же собрал первые в мире суперкомпьютеры (в частности, самый быстрый на момент своего создания CDC 1604, который долго и безуспешно пытался приобрести СССР) и первым стал применять активное охлаждение процессоров.

Транзисторный CDC 1604 появился на рынке в 1960-м году. Он был основан на германиевых транзисторах, выполнял больше операций, чем БЭСМ-6, но имел худшую управляемость. Однако уже в 1964-м (за год до появления БЭСМ-6) Крэй разработал CDC 6600 – суперкомпьютер, отличавшийся революционной архитектурой. Центральный процессор на кремниевых транзисторах выполнял лишь простейшие команды, всё «преобразование» данных переходило в ведомство десяти дополнительных микропроцессоров. Для его охлаждения Крэй применял циркулирующий в трубках фреон. В итоге CDC 6600 стал рекордсменом по быстродействию, обогнав IBM Stretch в три раза. Справедливости ради, «соревнования» БЭСМ-6 и CDC 6600 никогда не проводилось, а сравнение по числу выполняемых операций на том уровне развития техники уже не имело смысла – слишком многое зависело от архитектуры и системы управления.

Принципы третьего поколения ЭВМ

Появление вакуумных ламп ускорило выполнение операций и позволило воплотить в жизнь идеи фон Неймана. Создание транзисторов решило «габаритную проблему» и позволило снизить энергопотребление. Однако оставалась проблема качества сборки – отдельные транзисторы буквально припаивались друг к другу, а это было плохо и с точки зрения механической надёжности, и с точки зрения электроизоляции. В начале 50-х годов инженерами высказывались идеи интеграции отдельных электронных компонентов, но только к 60-м появились первые опытные образцы интегральных микросхем.

Вычислительные кристаллы стали не собирать, а выращивать на специальных подложках. Электронные компоненты, выполняющие различные задачи, стали соединять при помощи металлизации алюминием, а роль изолятора была отведена p-n-переходу в самих транзисторах. Интегральные микросхемы стали плодом интеграции же трудов как минимум четырёх инженеров – Килби, Леговеца, Нойса и Эрни.

Поначалу микросхемы проектировались по тем же принципам, по которым осуществлялась «маршрутизация» сигналов внутри ламповых ЭВМ. Затем инженеры стали применять так называемую транзисторно-транзисторную логику (ТТЛ), более полно использовавшую физические преимущества новых решений.

Немаловажным было обеспечение совместимости, аппаратной и программной, различных ЭВМ. Особенно много внимания уделялось совместимости моделей одних и тех же серий – до межкорпоративного и тем более межгосударственного сотрудничества ещё было далеко.

Советская промышленность была в полной мере обеспечена ЭВМ, однако многообразие проектов и серий начинало создавать проблемы. По сути, универсальная программируемость компьютеров ограничивалась их аппаратной несовместимостью – у всех серий были разные разрядности процессоров, наборы команд и даже размеры байтов. Кроме того, серийность производства ЭВМ была весьма условной – компьютерами обеспечивались лишь крупнейшие вычислительные центры. В то же время, отрыв американских инженеров увеличивался – в 60-х годах в Калифорнии уже уверенно выделялась Кремниевая долина, где вовсю создавались прогрессивные интегральные микросхемы.

В 1968-м году была принята директива «Ряд», по которой дальнейшее развитие кибернетики СССР направлялось по пути клонирования компьютеров IBM S/360. Сергей Лебедев, остававшийся на тот момент ведущим инженером-электротехником страны, отзывался о «Ряде» скептически – путь копирования по определению являлся дорогой отстающих. Однако другого способа быстро «подтянуть» отрасль никто не видел. Был учреждён Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники в Москве, основной задачей которого было выполнение программы «Ряд» – разработки унифицированной серии ЭВМ, подобных S/360. Результатом работы центра стало появление ЕС ЭВМ в 1971-м году. Несмотря на сходство идеи с IBM S/360, прямого доступа к этим компьютерам советские разработчики не имели, поэтому проектирование ЭВМ начиналось с дизассемблирования программного обеспечения и логического построения архитектуры на основании алгоритмов её работы.

Разработка ЕС ЭВМ велась совместно со специалистами из дружественных стран, в частности, ГДР. Однако попытки догнать США в сфере разработки компьютеров завершились крахом в 1980-х годах. Причиной фиаско послужил как экономический и идеологический спад СССР, так и появление концепции персональных компьютеров. К переходу на индивидуальные ЭВМ кибернетика Союза была не готова ни технически, ни идейно.