Развитие и эксплуатация средств вычислительной техники в ННГУ им. Н.И. Лобачевского: страницы истории

Гергель Виктор Павлович, Панкрашкина Наталья Георгиевна

Введение

В число основных направлений научных исследований и подготовки кадров в Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского (ННГУ, ранее ГГУ) традиционно входит вычислительная математика, а в настоящее время – информационные технологии, актуальные для повышения эффективности процессов использования информационных ресурсов.

В 1954 г. приказом МВО СССР № 322 на университет была возложена организация вычислительного центра и поставлен вопрос об официальном начале разработки «своей» электронной вычислительной машины (ЭВМ) в Горьковском исследовательском физико-техническом институте (ГИФТИ ГГУ). Первая в регионе цифровая последовательная ламповая ЭВМ была названа «Машиной ГИФТИ», она оказала идейное влияние на становление компьютерного дела в нашем университете.

Приказ МВ и ССО СССР об организации в ГГУ вычислительного центра (ВЦ) вышел 21 октября 1957 г. (первым в системе высшего образования СССР был ВЦ МГУ, созданный в 1955 г.). Вскоре после сдачи в эксплуатацию «Машины ГИФТИ» были выписаны серийные аналоговые машины МН-8 и МН-20. Таким образом, была реализована техническая база ВЦ, во многом отражавшая процесс эволюции компьютерной техники в мире и в России.

В 1959 г. в стране начался выпуск серийной ламповой ЭЦВМ первого поколения М-20 (20 тысяч оп/сек), созданной в 1958 г. в ИТМиВТ АН СССР. ВЦ ГГУ стал одним из претендентов на ее получение. В 1960 г. наряд был выделен, и бригада первопроходцев отправилась в Казань на завод математических машин для стажировки и получения ЭВМ. Одновременно начались подготовительные работы: в учебном корпусе на ул. Свердлова-37 (ныне ул. Большая Пкровская, д. 37): из двух аудиторий на первом этаже был образован машинный зал, а в подвале – генераторный и кондиционерный залы. Во дворе для системы охлаждения ЭЦВМ была пробурена артезианская скважина глубиной 150 метров. Официальная сдача машины в эксплуатацию произошла 8 марта 1961 г. в торжественной обстановке и, наконец, приступили к решению задач по специальному проекту. В машине было около 4500 радиоламп, каждые 3-4 часа возникала неисправность ячеек. Эксплуатационный персонал состоял из инженеров-электронщиков, техников по ремонту ячеек и операторов. Счёт больших задач обычно осуществлялся в машинном зале ночью. Несколько позже была установлена транзисторная машина М-220, обе они занимали примерно 150 квадратных метров на первом этаже учебного корпуса.

Далее в ННГУ появились серийные аналоговые компьютерные системы: на установке ИПТ-5 – интегратор постоянного тока – решались линейные дифференциальные уравнения до 9-го порядка с постоянными и переменными коэффициентами; универсальные машины непрерывного действия ЭМУ-8 и ЭМУ-10 – электронно-моделирующие установки – использовались для систем автоматического регулирования, в том числе для космонавтики. Для машин нового поколения и двух терминал-классов с современным для того времени оборудованием было построено трех этажное здание во дворе Свердлова-37.

Вычислительным центром проводилась большая работа по программированию и решению задач для Горьковских вузов, отраслевых НИИ и промышленных предприятий, в частности, для Горьковского автозавода и опытного конструкторского бюро машиностроения имени И.И. Африкантова.

Личность учёного в зарождении региональной кибернетики и подготовка вычислителей-программистов

По заказу Правительства учёные ГГУ для военно-оборонного комплекса проводили расчеты, требовавшие специальных вычислительных команд. И хотя это позволило решить ряд актуальных неприступных нелинейных задач автоматического регулирования и довести решения до возможности непосредственного практического использования, объем необходимых вычислений стал решающим препятствием.

Инициатором факультета ВМК был профессор Ю.И. Неймарк (1920-2011) – всемирно известный учёный в области технической кибернетики, ученик академика А.А. Андронова, основателя Горьковской школы теории нелинейных колебаний. Юрий Исаакович в то время был молодым, подающим надежды преподавателем университета. Он читал студентам уникальные лекции по теоретической механике, математической физике и теории вероятностей. Он начал вести новую специализацию по вычислительной математике. В 1957 г. состоялся первый выпуск специалистов нового профиля – Ю.Л. Кетков, Ю.А. Первин, В.А. Бибиков, Т.Е. Бочкарева, В.М. Корнилова, И.А. Виткина. Для обучения программированию и работе на ЭВМ их командировали в Московский институт математики и ВЦ МГУ.

1958 г. оказался решающим в дальнейшей судьбе новой специализации – пришел приказ Министерства образования о ежегодном выпуске 25 специалистов по вычислительной математике. Специализация проводилась по кафедре «Вычислительная математика и динамика машин», возглавляемой Ю.И. Неймарком. В её составе было 19 человек, образована лаборатория ЭВМ. Как показало будущее, замечательный состав этой кафедры сумел обеспечить полноценное преподавание новой специализации, разработав и освоив новые общие и специальные курсы (методы вычислений, теория управления, теория динамических систем, качественная теория дифференциальных уравнений, математическая логика, программирование и другие), основав также подготовку новых кадров через аспирантуру и соискательство. Осенью этого года на данную специализацию был объявлен дополнительный набор. Число поданных заявлений составило порядка 1600 человек на место – небывалый конкурс, и Министерство образования позволило увеличить прием с 25 студентов до 50. Занятия начались с первого декабря 1958 г. Именно этот день, 1 декабря, стал традиционным праздником «Днем вычислителя». Прием, естественно, был очень хороший. Этих студентов первого выпуска назвали «декабристами». 18 его выпускников защитили диссертации, около десяти человек были оставлены на создаваемом факультете ВМК, год организации которого совпал с годом выпуска этого уникального приема.

Приказ МВО СССР № 280 о развитии в ГГУ работ по динамике машин и организации кафедры вычислительной математики и динамики машин (ВМиДМ) пришел также в 1958 г. Заведовать кафедрой назначили Ю.И. Неймарка. Это оказалось предпосылкой создания первого в стране факультета вычислительной математики и кибернетики (ВМК) в 1963 г.

Факультет был призван готовить специалистов нового типа: прикладных математиков, умеющих пользоваться ЭВМ для исследования самых разнообразных явлений и процессов, математические модели которых слишком сложны.

ЭВМ в Нижегородском (Горьковском) университете

Поиск неисправностей в ламповых ЭВМ и ошибок в программах был скорее искусством, чем наукой, что придавало своеобразную романтичность этому историческому этапу в развитии компьютерной техники. М-20 проработала в ВЦ до 1971 г. Второе поколение ЭВМ представляли БЭСМ-4, М-222. Транзисторные машины обладали существенно большей надежностью и практически безотказно работали круглосуточно. На базе М-222 был реализован «самодельный», учебный терминал-класс, где в роли терминалов использовались электрические машинки «Консул».

В 1964-1965 гг. из института ГИФТИ выделился НИИ прикладной математики и кибернетики (НИИ ПМК), где последовательно приобретались машины: БЭСМ-3М, М-222, ЕС-1020, ЕС-1022, ЕС-1045 и ЕС-1051. То есть кроме вычислительного центра, обучающего всех студентов университета, для будущих вычислителей-программистов факультета ВМК была создана специальная практическая площадка с профилем «прикладная математика и кибернетика», позже ставшая учебно-научным центром (УНЦ).

Изучение информатики в ГГУ имело свои проблемы. В 1970-е гг. сложилась достаточно сложная ситуация с изучением компьютерного цикла дисциплин. Общие курсы лекций по программированию отсутствовали, практические занятия проводились в обычных аудиториях преподавателями различных кафедр факультета. Вычислительный практикум по численным методам, например, проводился на настольных электромеханических машинах типа «Рейн-Металл», издававших при работе звуки, напоминающие стрельбу из автоматического оружия (особенно долго и гулко при делении на ноль). Одной из причин такого положения являлась достаточно трудоемкая технология разработки компьютерных программ. Программы в семидесятых годах разрабатывались в основном в машинных кодах (либо на автокоде) и выполнялись без непосредственного участия программиста. На исправление элементарных ошибок перфорации или на внесение исправлений в программу уходили дни. Другая причина – сосредоточение вычислительной техники на относительно удаленных от учебного корпуса площадках: университетский городок расположен на пр. Гагарина, НИИ ПМК находился в центре города на ул. Ульянова, ВЦ – на ул. Свердлова.

В начале деятельности кафедры математического обеспечения ЭВМ (МО ЭВМ была открыта в 1973 г.) на факультете ВМК был восстановлен общий курс программирования на основе алгоритмических языков FORTRAN и BASIC. Этому способствовала разработка первой в стране BASIC-системы пакетной обработки программ для ЭВМ типа М-20, выполненная под руководством Ю.Л. Кеткова в НИИ ПМК в 1972 году. Он же являлся и первым лектором, познакомившим сотрудников и студентов факультета с языком BASIC. На одном из первых своих учебников по программированию, подаренных кафедре, Юлий Лазаревич написал: «To the basic department, from «BASIC» book author». История кафедры математического обеспечения ЭВМ полностью подтвердила справедливость оценки кафедры как «Basic department» для учебного процесса факультета и университета.

Обладателем БЭСМ-6 – ЭВМ новой архитектуры и высокой производительности, самой быстродействующей в Европе – наш университет стал в 1974 г., первым среди вузов России. За счет устройств этой ЭВМ в ГГУ были удвоены оперативная память и число магнитных барабанов, а вскоре получены и подключены диски, число которых было увеличено до двенадцати. Для терминал-класса на 12 мест были приобретены ЭВМ ЕС-1050 и ЕС–1045, а в 1982 г. реализован удалённый доступ к БЭСМ-6 по телефонному каналу из здания НИИ механики.

Помимо типового комплекта вычислительных машин и приборов ВЦ и НИИ ПМК имели хорошо оборудованные мастерские и лаборатории, в которых проводились исследовательские работы по усовершенствованию ЭВМ и их применению для автоматического регулирования и управления производственными процессами. Это уже был вычислительный комплекс. В 1982 г. был осуществлен дистанционный доступ с удаленных телетайпов к БЭСМ-6 из здания НИИ механики по прямому проводу с применением аппаратуры уплотнения.

Третье поколение ЭВМ явилось в ГГУ в образах ЕС-1050, ВК2П-45, СМ-3 и СМ-4 в вычислительном центре и ЕС-1035, М-4030, ЕС-1020, М-7000, а также вычислительные машины серии СМ в НИИ ПМК, где студенты получили возможность участвовать в научно-исследовательских и научно-конструкторских разработках. Перечислим научные направления фундаментальных исследований: 1. модели принятия решений, 2. методы оптимизации, 3. функциональный анализ, 4. качественная теория дифференциальных уравнений, 5. теория кодирования, 6. медицинская и биологическая кибернетика, 7. методы оптимизации лингвистических исследований и, разрабатываемые на этой основе, широкие и эффективные приложения по исследованию и оптимизации различного рода конкретных систем.

Учебный терминал-класс обрел второе рождение на базе СМ-4 с дисплеями ВТА-2000 в 1983 г., 1984-м переданный факультету ВМК, а в ВЦ был открыт аналогичный. Была создана научная основа подготовки специалистов, при этом широко использовались дисплейные классы, диалоговые системы редактирования, системы разделения времени. Результаты научных исследований в области прикладной математики и кибернетики докладывались на проведенных в ГГУ всесоюзных научных конференциях, совещаниях и семинарах.

Массовая информатизация отечественного образования началась в 1985 г. после государственной реформы образования 1984 г. и введения в её рамках нового учебного предмета «Основы информатики и вычислительной техники». Для экспериментальной сети в 1986 г. удалось арендовать четырех проводную линию, которая ныне используется в действующем канале передачи данных ВЦ – Центр Интернет в Университетской Компьютерной Сети.

Освоение четвертого поколения компьютерной техники пришлось на 1990-е гг. и было связано в первую очередь с созданием учебных компьютерных классов на базе РС ХТ, 286, 386, 486. Финансовые трудности переходного периода вызвали к жизни такие экономичные проекты как компьютерные классы, создаваемые на базе одного РС и до 10 дисплеев ВТА. В нашем университете было два таких терминал-класса (термин предложили преподаватели А.В. Сергиевский и С.Г. Кузин) с экранами «Видеотон» одного из первых настольных польских ПК «Мазовия». В режиме диалога вели обучение программированию и через него прошли многие выпускники ННГУ 1990-х годов.

Научные школы

Учёными факультета ВМК развивались разделы прикладной математики, были сформированы научные коллективы и школы, получившие международное признание: математическое моделирование, теория колебаний и оптимизация (проф. Ю.И. Неймарк); теория и методы глобальной оптимизации, системы поддержки принятия решений (проф. Р.Г. Стронгин); принятие оптимальных решений в САПР и АСУ, генетические алгоритмы (проф. Д.И. Батищев); устойчивость и автоколебания механических систем (проф. Ю.И. Городецкий); управление случайными процессами, теория систем массового обслуживания (проф. М.А. Федоткин), дискретная математика, целочисленная оптимизация (проф. В.Н. Шевченко); нелинейные динамические системы (проф. Л.П. Шильников); теория и методы описания, хранения и обработки сложной графической и видеоинформации (проф. Ю.Г. Васин). На факультете было открыто 9 кафедр, проблемных лабораторий, не считая кафедральных.

Как уже было сказано, в 1990-е гг. в ННГУ приобретались персональные компьютеры фирмы IBM. К своему 50-летию в ВЦ ННГУ уже имелся класс открытого доступа к сети INTERNET, новейший лингафонный компьютерный класс для обучения иностранным языкам, специальная аудитория для чтения электронных лекций.

Информационные технологии в ННГУ

За полвека существования на факультете ВМК подготовлены сотни специалистов по применению средств вычислительной техники в разных областях науки и индустрии.

В декабре 2013 г. в Нижегородском университете был установлен суперкомпьютер «Лобачевский» с производительностью выше 500 триллионов операций в секунду (пиковая производительность 573 TFlops). Этот новый вычислительный комплекс характеризуется инновационной архитектурой, его развитие обусловлено необходимостью выполнения фундаментальных научных исследований и поддержки решения сложных задач, требующих большого времени и не поддающихся обработке вычислительными средствами других классов. К таким задачам относится повышение эффективности управления сложными техническими, экономическими и социальными объектами, используются экспертные информационные системы интеллектуальной поддержки процессов принятия эффективных решений.

В 2015 г. факультет ВМК был объединен с механико-математическим факультетом и НИИ ПМК и преобразован в институт информационных технологий, математики и механики (ИИТММ). Исследованиями по проблематике параллельного программирования руководит директор ИИТММ профессор В.П. Гергель. Ведется активная научная деятельность в рамках межгосударственных, федеральных и отраслевых научно-технических программ по следующим направлениям: 1. Суперкомпьютерные вычисления в задачах принятия решений на основе глобальной оптимизации. 2. Суперкомпьютерные технологии, высокопроизводительные вычисления. 3. Высокопроизводительная компьютерная графика. 4. Новые информационные технологии в образовании. Последнее из направлений предназначено для подготовки разработчиков сложного промышленного программного обеспечения, ориентированных на работу в высокотехнологичных компаниях IT-индустрии. Ежегодный выпуск специалистов по этому направлению составляет порядка 50 человек, многие из них уходят работать в крупнейшие IT фирмы, создавшие на базе факультета свои авторизованные центры и лаборатории. Среди них лаборатории информационных технологий корпорации Intel, автоматизации проектирования НИИ измерительных систем Ю.Е. Седакова, мобильных средств связи компании Telma Soft, а также центры компетенции и образовательной академии компании Microsoft, сетевой академии компании Cisco Systems, центр компетенции Linux корпорации IBM. Кроме того, при выполнении инновационной образовательной программы в рамках Национального проекта «Образование в 2007 и 2010 гг. в ННГУ были приобретены два высокопроизводительных кластера и, таким образом, студенты имеют возможность работать на самом современном компьютерном оборудовании. Полученные результаты в области высокопроизводительных вычислений уже отмечены среди первого десятка лучших результатов университетов мира.

Исследовательская деятельность проводится при тесном сотрудничестве с ведущими научными центрами страны. Результаты научных исследований имеют признание в стране и за рубежом. По результатам сотрудничества компания Microsoft объявила ННГУ одним из 10 вузов-партнеров в мире в области высокопроизводительных вычислений. В Нижегородском университете созданы центры компетенции по технологиям Intel, Microsoft и NVIDIA, работает Академия Cisco. Проводится учебная подготовка по основным направлениям компьютерной индустрии (программная инженерия, параллельные вычисления, компьютерная графика и др.), а студентам обеспечивается возможность работы на самом современном компьютерном оборудовании. На старших курсах они проходят практическую подготовку в ведущих научно-исследовательских и производственных организациях города и области (ИПФ РАН, Intel, Мера, Teleca, РФЯЦ ВНИИЭФ и др.), участвуют в программах международного студенческого обмена.

В число основных направлений и специализаций подготовки специалистов традиционно входит вычислительная математика, а сейчас – информационные технологии. Развиваются актуальные научные направления – прикладная математика и информатика, математическое моделирование, программная инженерия, параллельные вычисления, компьютерная графика. Создан музей института информационных технологий, задачей которого является демонстрация НТР и вовлечение молодого поколения в науку.

Заключение

Использование в качестве рабочего инструмента персонального компьютера привело к появлению целого спектра новых направлений и специальностей подготовки в ВУЗе – прикладной математики и информатики, математического моделирования, информационных технологий, программной инженерии, параллельных вычислений, компьютерной графики и т.д. В ННГУ появились новые широкие связи с внешним миром.

Таким образом, на примере Нижегородского университета мы видим, что за достаточно короткий промежуток времени электронно-вычислительная техника сделала большой скачок вперед, и не случайно на рубеже третьего тысячелетия общество вступило в эру информатизации.

Что касается вопроса «чему и как учить», то тут весьма популярна идея, что надо учить тому, что конкретно нужно сегодня, на что есть спрос. Для кадров средней квалификации это в основном верно, а как для высшей школы? Юрий Исаакович Неймарк говорил, что надо не только учить чему-то конкретному, что находится в непостижимо огромной шкатулке научных знаний, а еще дать ключик, открывающий доступ к этой шкатулке, позволяющий по мере необходимости это делать и уметь использовать, иметь идеи, понимать, как подступиться к новой проблеме.

Литература

1. Гергель В.П., Савельев В.П., Баландин Д.В. Факультету ВМК – 50 лет. Газета «Нижегородский университет» № 09 (2123) октябрь 2013 г. С. 12-14..

2. Любимцев Я.К. Как мы начинали. Газета «Нижегородский университет» № 10 (2124) ноябрь 2013 г. С. 11-12.

3. Д.В. Баландин. Наши математические исследования на мировом уровне. Газета «Нижегородский университет» № 10 (2124) ноябрь 2013 г. С. 12-13.

4. Математика, информационные технологии в Нижегородском государственном университете. Лидирующие позиции в России и в мире. К 100-летию ННГУ. Буклет музея ННГУ. Н. Новгород, 2016. – С. 9-19.

5. Неймарк Ю.И. 45-летний юбилей факультета ВМК ННГУ им. Н.И. Лобачевского // Вспоминая минувшие дни. К 45-летию факультета ВМК ННГУ. Н. Новгород, 2008. – С. 9-19.

6. Неймарк Ю.И., Панкрашкина Н.Г. О первых факультетах радиофизики и вычислительной математики и кибернетики. // Юрий Исаакович Неймарк. Библиографический указатель. К 45-летию факультета вычислительной математики и кибернетики. Н. Новгород, 2008. – С. 88-94.

7. Назвали именем «Лобачевский». Газета «Нижегородский университет» № 01 (2126) январь 2014 г. С. 7.

Об авторе: д.т.н.
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Екатеринбург, Россия
Материалы международной конференции Sorucom 2017
Помещена в музей с разрешения авторов 17 февраля 2018