К 25-Летию Института Проблем Информатики РАН

И.А. Соколов
В.Н. Захаров

Представлена история создания ИПИ РАН, дана общая характеристика института, отражены основные этапы его развития. Рассмотрена эволюция основных направлений исследований института, охарактеризованы важнейшие полученные за 25 лет фундаментальные и прикладные результаты.

1. История создания и краткая справка об институте. Основные научные направления

В середине 1983 г. руководством СССР было принято решение о расширении и усилении исследований в области информатики и вычислительной техники в рамках Академии наук СССР. В целях реализации данного решения в составе Академии наук СССР было образовано Отделение информатики, вычислительной техники и автоматизации. Главными инициаторами подготовки и принятия решений по организации нового Отделения были президент АН СССР Анатолий Петрович Александров и вице-президент АН СССР Евгений Павлович Велихов, который и возглавил новое Отделение. В состав Отделения вошли: Институт прикладной математики АН СССР; Вычислительный центр АН СССР; Институт проблем передачи информации АН СССР; а также несколько вновь образованных институтов. 29 июля 1983 г. было принято постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР об образовании Института проблем информатики АН СССР (ИПИ АН). Соответствующее Распоряжение Президиума АН СССР было датировано 2 августа 1983 г.

В начале 1980-х годов появляются и стремительно завоевывают новые области применения – массовые средства вычислительной техники – персональные компьютеры. Существенное развитие получают научные основы информатики. Однако «ведомственность» организаций, занимающихся проблемами информатизации, служила тормозом для развития информатики в СССР.

Именно в целях преодоления «ведомственных» барьеров для развития методов и средств информатизации и было образовано новое Отделение АН СССР, а член-корреспондент АН СССР Б.Н. Наумов[1], возглавлявший Институт электронных управляющих машин Минприбора СССР (ИНЭУМ), был назначен директором-организатором одного из новых институтов – ИПИ АН. Основная задача ИПИ АН была определена как «проведение фундаментальных и прикладных исследований в области технических и программных средств массовой вычислительной техники и систем на их основе», а интеллектуальной базой первых научных подразделений ИПИ АН стали коллективы ряда научных отделов ИНЭУМ, переведенные в ИПИ АН в начале 1984 г.

В 1984-1985 гг. под руководством директора ИПИ АН Б.Н. Наумова (который в 1984 г. был избран действительным членом АН СССР) и в значительной степени благодаря его инициативе и настойчивости коллектив специалистов, представлявших институты Академии наук СССР, Академий наук союзных республик СССР, Академий наук стран Восточной Европы, разработал Концепцию вычислительных систем новых поколений. Разработка Концепции послужила реакцией на стратегическую программу создания ЭВМ пятого поколения, объявленную в начале 1980-х годов в Японии и расценивавшуюся в мире как «Японский вызов». В Концепции были представлены главные направления исследований и разработок с целью получения принципиально нового качества информационных и вычислительных систем. Концепция предполагала, что повышение качества систем может быть достигнуто на основе сочетания новых методов представления и обработки информации (данных и знаний) и возможностей технических и программных средств вычислительной техники и передачи данных. Следует особо отметить, что Концепция была направлена, прежде всего, на создание систем новых поколений, а не на разработку ЭВМ пятого поколения. Сейчас, спустя более 20 лет после разработки Концепции, можно сказать, что именно системный подход, положенный в её основу, был полностью подтверждён мировой практикой. Концепция создания новых поколений вычислительных систем сопровождалась детальной проработкой необходимой тематики исследований и разработок.

Концепция вычислительных систем новых поколений была реализована в программе научно-технического сотрудничества стран - членов СЭВ. В состав программы, разработанной под руководством Б.Н. Наумова, были включены фундаментальные и прикладные исследования, осуществлявшиеся в рамках следующих комплексных научных проектов:

• системы обработки знаний;
• системы обработки изображений и машинной графики;
• системы автоматизации проектирования вычислительных систем и СБИС;
• сети ЭВМ;
• системы персональных компьютеров;
• отказоустойчивые вычислительные системы;
• новые принципы хранения информации (новые внешние запоминающие устройства);
• технологии программирования;
• новые алгоритмы и архитектуры обработки информации;
• учебная информатика.

Фундаментальные исследования в начальный период деятельности ИПИ АН велись в основном в рамках работ по этим направлениям.

Институт в первые годы своего существования быстро развивался – в его состав вошли филиалы в городах Бердянске, Казани, Орле. В 1990 г был образован совместный отдел с Радиотехническим институтом в г. Таганроге. Общая численность сотрудников института в 1988-1989 годы превышала 1000 человек.

Начиная с 1992 г. институт называется Институтом проблем информатики Российской академии наук (ИПИ РАН). Институт входит в состав Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН (до 2002 г. – Отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации, в 2002-2007 гг. – Отделения информационных технологий и вычислительных систем).

В настоящее время решением Президиума РАН утверждены следующие основные научные направления работ института:

• интегрированные информационно-телекоммуникационные системы и сети, информатизация общества;
• теоретические основы информатики и информационных технологий, включая математические модели и методы, стохастические технологии и системы;
• информационные технологии накопления, хранения, поиска, обработки, преобразования, отображения, защиты и передачи информации, когнитивные технологии;
• архитектура, системные решения и программное обеспечение вычислительных комплексов и сетей новых поколений.

В состав института входят филиалы в городах Орле и Калининграде.

В институте с 1985 г. работает диссертационный совет, которому дано право проведения защит диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук по четырём специальностям: 05.13.11, 05.13.13, 05.13.15 и 05.13.17. С 1984 г. институт имеет базовую кафедру в Московском институте радиотехники, электроники и автоматизации (техническом университете) – МИРЭА, на которой ведут преподавание сотрудники института; многие выпускники кафедры работают в ИПИ РАН.

Институтом в течение многих лет осуществляется выпуск ежегодных сборников трудов «Системы и средства информатики»; последний по времени выпуск ежегодника за 2007 г. имеет № 17 («номерные» сборники выходят с 1989 г.; до этого было выпущено ещё 3 сборника под другими названиями). Начиная с 2001 г. практически ежегодно дополнительно к основному сборнику издаются его специальные тематические выпуски. С 2007 г. по поручению Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН институт осуществляет издание ежеквартального научного журнала Отделения «Информатика и её применения». Сотрудниками института издано значительное число монографий, в том числе и в зарубежных издательствах.

2. Важнейшие практические результаты работ института

С первых дней существования института большинство научных исследований было связано с решением важнейших практических проблем, имеющих стратегический характер. В 1980-х годах такой задачей являлась организация работ по созданию и использованию нового класса вычислительной техники – персональных ЭВМ. В 1984 г. (буквально в первые месяцы существования института) по заданию Президиума АН СССР, Госкомитета по науке и технике и Госплана СССР были определены основные направления разработки и создания ПЭВМ в стране. В 1986-1987 гг. в рамках сотрудничества Академий наук социалистических стран и Межправительственной комиссии по вычислительной технике была разработана Концепция и программа развития ПЭВМ в СССР и странах СЭВ на период до 1995 г. В ней были определены основные стратегические цели и выбраны технические пути их достижения. Выполнение значительной части работ в рамках этой программы было возложено на ИПИ АН.

Во исполнение принятых решений были осуществлены работы по созданию отечественной 32-разрядной ПЭВМ (был выполнен логический проект микропроцессора, изготовлен, отлажен и испытан опытный образец машины). Комплект производственной документации был передан для внедрения на ряд заводов. К сожалению, большинство этих заводов находилось на территории Украины, и в результате произошедшего впоследствии распада СССР выпуск этих машин так и не начался.

В рамках программы работ по ПЭВМ, утвержденной Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 23 января 1986 г., институт выполнил значительную часть работ по созданию средств базового программного обеспечения. В частности, была разработана операционная система МИКРОС (функциональный аналог СР/М), поставлявшаяся в составе первых отечественных ПЭВМ ЕС-1840, НЕЙРОН И9. 66, ИСКРА-1030, Электроника-85, а также микроЭВМ СМ 1800. Для тех же типов отечественных ПЭВМ была разработана мобильная операционная система ИНМОС (русскоязычный «клон» ОС UNIX), за создание и внедрение которой пять сотрудников института были в 1988 г. удостоены премии Совета Министров СССР.

Разработанные в институте компиляторы с языков Бейсик, Паскаль, СИ, ФОРТРАН прошли испытания и были переданы в тиражирующие организации. Кроме того, были созданы базовые функциональные пакеты для основных операционных систем отечественных ПЭВМ: текстовый редактор ТЕКСТ-ОС, реляционная база данных РБД ОС, пакеты обработки текстовой информации, графической информации, табличной информации, интегрированный пакет прикладных программ анализа и обработки данных ИМАД, пакет статистической обработки.

Широкое практическое применение получили работы института по средствам цифровой обработки изображений и созданию аппаратно-программных персональных видеосистем «Микровидео», а также системы дактилоскопической идентификации личности, использовавшейся в органах внутренних дел.

Приход в институт в качестве директора в 1989 г. члена-корреспондента АН СССР Игоря Александровича Мизина[2], много лет до этого проработавшего в оборонной промышленности, совпал по времени с началом коренных изменений в жизни страны и Академии наук. По инициативе Игоря Александровича в институте стали активно развиваться работы в области построения интегрированных информационно-телекоммуникационных сетей и систем. Признанием научных достижений школы Мизина стало его избрание в 1997 г. действительным членом Российской академии наук. Важнейшим практическим результатом работ института в начале 1990-х годов стала разработка Концепции создания и развития телекоммуникационных систем, содержащей обоснование и выбор международных стандартов, методов и средств, на которые предложено ориентировать развитие инфраструктуры телекоммуникаций в регионах России. Был разработан функционально полный комплекс аппаратно-программных средств (на микропроцессорной базе) построения сетей передачи данных с коммутацией пакетов и с интегральной коммутацией, включающий в себя высокопроизводительный центр коммутации пакетов, пакетные адаптеры данных, средства управления и абонентского сопряжения с сетью передачи данных, средства электронной почты Х.400. Разработанный комплекс средств нашел применение при создании информационно-телекоммуникационной системы в Псковской области, ставшей прообразом ряда проектов по созданию подобных региональных систем.

С середины 1990-х годов институт активно участвует в работах по созданию систем информационного обеспечения процессов управления для органов государственной власти РФ. Разработаны типовые средства и комплексы информационной поддержки процессов принятия решений руководством страны в нормальных условиях и в случае чрезвычайных ситуаций. Институтом выполнены крупные системные разработки для Министерства по чрезвычайным ситуациям РФ – по развитию автоматизированной информационной управляющей системы единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций в части обработки данных и обеспечения информационно-телекоммуникационного обмена единой диспетчерской системы города.

С 1999 г. директором института является Игорь Анатольевич Соколов, работавший до этого в институте заведующим отделом и заместителем директора (в 2003 г. избран членом-корреспондентом РАН, в 2008 г. – академиком). Он продолжил разработку проектов, начатых при И.А. Мизине.

Начиная с этого времени институт стал более активно участвовать в работах по информатизации Президиума РАН и его учреждений (институт был назначен головным исполнителем по целевой программе). Вышли на новый уровень работы института в интересах Банка России (участие в разработке и создании информационно-телекоммуникационной системы обеспечения электронных расчетов, создание почтовых служб ряда территориальных управлений и др.). [3]

В настоящее время институтом ведутся крупные проекты по созданию информационно-телекоммуникационных систем с ГУСП, Федеральной службой безопасности и Министерством внутренних дел РФ.

3. Основные фундаментальные результаты прошлых лет

В первые годы существования института выделялись три основных направления проводимых исследований:

• разработка архитектурных решений и технических средств ЭВМ массового применения;
• разработка программного обеспечения ЭВМ массового применения;
• исследование и разработка вопросов системного применения ЭВМ.

В области разработки технических средств были выполнены работы по разработке архитектуры семейства универсальных 32-разрядных ЭВМ, которые завершились созданием прототипа, переданного в производство. Совместно со специалистами из Чехословакии были разработаны спецпроцессоры с RISC-архитектурой, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. Полученные результаты по моделированию цифровых устройств, системам тестирования и оценкам характеристик средств вычислительной техники (диагностический комбайн, программные модели 386 и 387 процессоров, наборы функциональных тестов) в настоящее время используются и развиваются в работах института.

В 1980-е годы институт проводил исследования в области архитектурных решений и управляющих программных средств для построения распределенных информационно-вычислительных систем на базе ЭВМ общего назначения и персональных ЭВМ. Результатом работ стало создание (совместно с НИИ ЭВМ г. Минска) одной из последних машин класса мэйнфрейм в СССР - ЕС-1130. За работы по созданию управляющих вычислительных комплексов (совместно с заводом ВУМ в г. Киеве) коллектив разработчиков, в состав которого входили Б.Н. Наумов и другие сотрудники ИПИ АН, был удостоен Государственной премии Украинской ССР. А работа, результатом которой стало производство таких комплексов в Воронеже, была удостоена Государственной премии СССР (в составе коллектива лауреатов был академик Б.Н. Наумов).

Исследования и разработки в области программного обеспечения традиционно представляют одно из основных направлений деятельности института. Коллектив ученых ИПИ АН разрабатывал базовые программные средства ПЭВМ. К достижениям того времени следует отнести создание унифицированной операционной системы УОС для микропроцессора К1810ВМ86, обладавшей уникальными для того времени возможностями – обеспечивался мультипрограммный режим, поддержка работы в локальных сетях, многооконный интерфейс, динамическая смена кодовых таблиц и совместимость с наиболее распространенными операционными системами для данного класса машин.

В институте велись работы по созданию научно обоснованной технологии программирования, охватывающей все этапы жизненного цикла программных средств для вычислительных систем новых поколений и создающей основу промышленного производства программ и программной документации. Были предложены новые подходы к автоматизации разработки прикладных программ с заданными характеристиками, разработан метод порождения целевых программных систем, определены состав и структура инструментально-технологических средств поддержки новой технологии (система ГЕНПАК), проведены исследования и практические разработки по обеспечению мобильности ПО, разработана и успешно применена методика переноса программных средств.

Были проведены исследования по моделированию технологических этапов проектирования программных средств с использованием сетей Петри и созданию инструментальных средств объектно-ориентированного программирования. Значительная часть работ по практической реализации технологии программирования, созданию базовых пакетов прикладного ПО и полиграфическому сопровождению работ института велась в Бердянском филиале ИПИ АН, численность сотрудников которого доходила до 200 человек. К сожалению, после распада СССР Бердянский филиал прекратил свое существование.

В 1980-е – начале 1990-х годов в институте активно проводились разработки САПР машиностроения и микроэлектроники. Наиболее значительным достижением в этой области было создание системы проектирования печатных плат МАГИСТР-2, в которой были реализованы принципиально новые, превосходящие тогдашние зарубежные аналоги, алгоритмы трассировки двусторонних и многослойных печатных плат. В рамках международного проекта КНП-3 в институте были разработаны принципы организации САПР СБИС методом кремниевого компилирования и элементы программного обеспечения такого компилятора. Работы в области САПР машиностроения активно велись в тесной связи с промышленными предприятиями в Казанском филиале института (в частности, была создана интерактивная графическая система для конструирования и оформления чертежей – САПР МАШ). В 1997 г. Казанский филиал ИПИ РАН был преобразован в Институт проблем информатики Академии наук Татарстана.

С 1999 по 2005 гг. в институте работала группа учёных, которой руководил академик Всеволод Сергеевич Бурцев[4]. Проводились исследования в области нетрадиционных архитектур и системного программного обеспечения высокопроизводительных информационно-вычислительных комплексов, основывающихся на ассоциативной памяти. Были разработаны программные модели новой архитектуры и подготовлена реализация её элементов «в железе».

В институте в течение ряда лет велись работы в области геоинформационных технологий. Была разработана система сбора, структуризации, семантического моделирования и кодирования, хранения, анализа, поиска, обработки, отображения и передачи многоаспектной и разной по форме пространственной информации о Земле, обеспечивающая синтез электронного образа Земли как многомерного представления планеты. Разработана технология ввода, обработки и выдачи пространственных данных в виде электронных карт и текстовой информации, а также формирование и ведение базы метаданных электронных карт. С активнейшим участием сотрудников ИПИ РАН впервые в мировой практике разработаны Государственные (национальные) стандарты ГОСТ Р 52055-2003 «Геоинформационное картографирование. Пространственные модели местности. Общие требования» и ГОСТ Р 52293-2004 «Геоинформационное картографирование. Система электронных карт. Карты электронные топографические. Общие требования». Разработана методология построения объектно-ориентированных геоинформационных систем. Созданы методы хранения и поиска информации в текстовографической базе данных, которые легли в основу комплекса программ ГИС Objectland, принятой в качестве базовой для ведения автоматизированного земельного кадастра в Российской Федерации и используемой во многих областях страны.

4. Фундаментальные исследования, проводящиеся в настоящее время

Кратко представлены некоторые направления современных исследований в ИПИ РАН[5].

В конце 1980-х годов в институте начались работы в области самосинхронной схемотехники, инициированные контактами с исследовательской группой из Ленинградского электротехнического института. Институт стал ведущим в стране центром исследований в этом направлении схемотехники. Были проведены исследования по теоретическому обоснованию методов строгой самосинхронизации (ССС), разработаны инструментальные средства и системы для проектирования ССС-схем, созданы библиотеки базовых элементов. Совместно с Технологическим центром МИЭТ удалось впервые в отечественной и зарубежной практике изготовить на базе полузаказных БИС тестовые кристаллы, реализующие вычислительное ядро 8-разрядного микроконтроллера. Проведенные испытания подтвердили теоретические выводы о значительном расширении диапазона работоспособности ССС-схем в области температур и напряжений по сравнению с синхронной реализацией, а также о возможности ускорения работы этих устройств. Работы в этой области продолжаются и представляются весьма перспективными; уже получен ряд патентов на изобретения.

В институте достаточно давно проводятся работы в области периферийных устройств ПЭВМ. Этим в основном занимается Орловский филиал института, в котором были разработаны мини-принтеры и принтеры-плоттеры, превосходившие на момент создания все имевшиеся отечественные изделия. Это направление включает в себя и теоретические исследования в области цветообразования и стереоскопического воспроизведения изображений; работы в данном направлении активно развиваются.

В институте в течение многих лет ведутся работы в области разработки методов интеграции неоднородных информационных ресурсов. Были разработаны теоретические основы, методология и архитектура интероперабельных сред неоднородных информационных ресурсов, методы и средства спецификации и повторного совместного использования ресурсов при проектировании информационных систем – язык СИНТЕЗ, метод композиционного проектирования информационных систем, основанный на композиционном исчислении спецификаций. Эти фундаментальные результаты являются базисом проводимых работ по созданию слоя предметных посредников в электронных библиотеках.

• комбинировании методов аналитического и имитационного моделирования, что позволяет корректировать естественные погрешности аналитических методов и учитывать специфику реальных систем;
• доведении работы до программной реализации, позволяющей проводить расчёты для реальных сетей большой размерности.

Важным этапом работ ИПИ РАН в этой области стало выполнение в 1999-2002 гг. проекта «Разработка модели коммутируемой телефонной сети ОАО «Ростелеком». Основной целью работы была разработка методов и средств моделирования коммутируемой сети ОАО «Ростелеком», предназначенных для обеспечения информационной поддержки пользователей АСУ цифровой сети в процессе принятия ими решений по оперативному управлению вторичной телефонной сетью ОАО «Ростелеком» при возникновении на ней нештатных ситуаций (в режиме, приближенном к реальному времени). В ходе работы выяснилось, что специфика данной сети не позволяла напрямую использовать ни одну из существующих в научной литературе моделей телефонных сетей. В связи с этим пришлось создавать достаточно сложную многоуровневую модель, включающую в себя имитационную модель собственно телефонной сети с учетом всей специфики её деятельности и алгоритмы динамического управления сетью, использующие как имитационную, так и упрощенную аналитическую модель сети.

С 2000 г. в ИПИ РАН активно развивается направление работ, связанное с исследованием систем и сетей массового обслуживания (СМО и СеМО), моделирующих современные и перспективные ИТС и их узлы. В рамках этого направления получены существенные теоретические результаты: разработаны новые математические методы, позволяющие вычислять на основе аналитических соотношений главные показатели функционирования СМО с различными дисциплинами обслуживания и сложными входящими потоками, получены новые результаты в части исследования СеМО, в том числе СеМО с отрицательными заявками (G-сети) и зависимыми длинами заявок на разных этапах обслуживания; разработана методика расчетов СМО и СеМО большой размерности. Результаты исследований были применены в ряде НИР и ОКР, связанных с разработкой средств моделирования реальных ИТС.

Наряду с работами по созданию математических и программных средств «непосредственного» моделирования ИТС, в ИПИ РАН осуществляются исследования по разработке теоретических вероятностно-статистических методов, ориентированных на перспективное применение в области моделирования ИТС. В частности, начиная с 1994 г. ведутся исследования в области разработки методов анализа случайных процессов сложной структуры. Основным направлением работ в данной области стало в последние годы моделирование информационных рисков и разработка методов вычисления надёжностных характеристик ИТС и их элементов в интересах проектирования и прогнозирования функционирования систем в существенно стохастической среде, обеспечения их катастрофоустойчивости и информационной безопасности.

С самого начала существования института большое внимание уделялось работам в области учебной информатики. Институт принимал активное участие в разработке аппаратно-программных комплексов и пакетов прикладных программ для учебной информатики. На него была возложена головная роль в выработке требований, отборе и обеспечении поставки в образовательные учреждения первых учебных вычислительных комплексов, а также в подготовке экспериментальных учебных пособий по курсу школьной информатики. В институте были разработаны пакеты прикладных программ для обучения машинописи, основам информатики и вычислительной техники, для создания прикладных программных средств обучения. Фундаментальные результаты в области дистанционного образования на практике были опробованы в ряде международных проектов. Институт тесно сотрудничает с организациями ЮНЕСКО.

ИПИ РАН встречает свое 25-летие как признанный центр исследований и разработок в области информатики, сочетающий фундаментальные научные исследования с практикой построения важнейших крупномасштабных информационно-телекоммуникационных систем.

Примечания

[1]. Далее в данном журнале опубликована статья, рассказывающая о научной деятельности акад. Б. Н. Наумова.

[2]. Далее в данном журнале опубликована статья, рассказывающая о научной деятельности академика И.А. Мизина.

[3]. Далее в данном журнале опубликована статья, более подробно рассказывающая о работах в данной области.

[4]. Далее в данном журнале опубликована статья, рассказывающая о научной деятельности акад. B. C. Бурцева.

[5]. Далее в данном журнале опубликован ряд статей, в которых отдельные направления фундаментальных исследований, осуществляемых в институте в настоящее время, характеризуются более подробно.

Об авторах: И.А. Соколов - академик, директор Института проблем информатики РАН, Москва
В. Н. Захаров - канд. техн. наук, учёный секретарь Института проблем информатики РАН, Москва

Статья опубликована в журнале «ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ.» № 7, 2008, с. 2—8.
Статья опубликована в музее с разрешения авторов 22.06.2010 г.