Институт электронных управляющих машин им. И.С. Брука (ИНЭУМ)

Г.А. Егоров, Н.Л. Прохоров

Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) был создан в 1958 году на базе самостоятельной Лаборатории управляющих машин и систем АН СССР (ЛУМС), которая двумя годами ранее выделилась из состава Энергетического института АН СССР им. Г.М. Кржижановского. Организатором и первым директором ИНЭУМ был один из пионеров отечественной вычислительной техники, член-корреспондент АН СССР Исаак Семенович Брук (1902—1974), имя которого в настоящее время носит Институт.

Если школа академика С.А. Лебедева складывалась в направлении создания ЭВМ максимальной производительности для каждого поколения элементной базы, то школа И.С. Брука изначально была направлена на класс малых и средних ЭВМ, для которых весьма существенным является низкий показатель соотношения – цена/производительность при сбалансированном компромиссе других характеристик.

Интересно отметить, что и С.А. Лебедев, и И.С. Брук пришли к созданию цифровых вычислительных машин, имея опыт решения задач в области электроэнергетики с помощью аналоговой вычислительной техники и остро ощущая её недостаточность.

Начало работы И.С. Брука над цифровыми вычислительными машинами относится к 1948 году, когда он совместно с Б.И. Рамеевым составил отчёт о принципах работы двоичной ЭВМ с хранимой программой.

Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ было получено И.С. Бруком и Б.И. Рамеевым с приоритетом, датированным 4 декабря 1948 г., чему приурочена дата дня Российской информатики. В 1950-1951 гг. под руководством И.С. Брука в Лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР была разработана автоматическая цифровая вычислительная машина М-1. Основные идеи построения М-1 были сформулированы И.С. Бруком и Н.Я. Матюхиным, тогда молодым инженером, окончившим Радиотехнический факультет МЭИ, впоследствии членом-корреспондентом АН СССР. В М‑1 были реализованы двухадресная система команд и ряд важнейших решений по выбору логики и схемотехники цифровых ЭВМ, сыгравших весьма значительную роль в дальнейшем развитии отечественной вычислительной техники.

Здесь важно отметить, что разработчики М‑1 и машины МЭСМ, созданной С.А. Лебедевым в Киеве, пришли к классическому построению своих цифровых вычислительных машин на основе архитектуры с хранимой программой (называемой сейчас архитектурой фон Неймана) независимо друг от друга и от работ американских ученых (известных в США с 1946 года, но впервые опубликованных в сокращенном виде в 1962 году).

В 1952 г. лабораторией И.С. Брука была разработана машина М-2. Ее разработку выполнила группа выпускников МЭИ, возглавляемая М.А. Карцевым. Работая примерно с такой же скоростью, как и ЭВМ «Стрела», М-2 содержала в 4 раза меньше электронных ламп, потребляла в 7-8 раз меньше электроэнергии, занимала в 10 раз меньшую площадь. Эти достижения были обусловлены применением обычных осциллографических электронно-лучевых трубок в качестве элементов оперативной памяти и полупроводниковых диодов в логических схемах. Вероятно, впервые в М-2 при её модернизации в 1953—1956 гг. М.А. Карцевым была реализована идея укороченных адресов в командах (с переключением областей памяти) и укороченных кодов операций как способа согласования форматов команд и форматов чисел. Эта идея была предшественницей способов формирования исполнительных адресов в машинах второго и третьего поколений.

Опираясь на опыт работы над М-1 и М-2, И.С. Брук сформулировал концепцию «малогабаритных» ЭВМ. Первым решением этой задачи была разработка М-3, проведённая в 1956 г. совместно ЛУМС АН СССР (И.С. Брук) и НИИЭП (академик А.Г. Иосифьян) (в настоящее время ВНИИЭМ). Основные идеи построения М-3 были сформулированы И.С. Бруком, Н.Я. Матюхиным, В.В. Белынским, Б.М. Каганом, В.М. Долкартом. М-3 послужила прототипом для двух промышленных серий отечественных ЭВМ, реализованных участниками разработки М-3 – «Минск» (Г.П. Лопато, впоследствии член-корр. АН СССР) и «Раздан» (Б.Б. Мелик-Шахназаров – в Институте математики АН Армянской ССР, из которого позже выделился Ереванский институт математических машин).

Созданию ИНЭУМ предшествовала постановка И.С. Бруком в 1957 году научной проблемы «Разработка теории, принципов построения и применения специализированных вычислительных и управляющих машин». Проблемная записка, составленная группой специалистов под руководством И.С. Брука, была опубликована АН СССР в 1958 г. в серии «Вопросы советской науки». В записке было показано значение управляющих машин для народного хозяйства, впервые были обоснованы и изложены главные направления фундаментальных и прикладных исследований в области автоматизации производства и управления объектами с помощью специализированных и управляющих машин. Разработка теории и принципов построения вычислительных специализированных и управляющих машин сводилась к исследованиям в области информационного аспекта управления, рассмотрению управляющей машины как элемента электрической цепи, созданию теории и методов осуществления самонастраивающихся систем, разработке новых элементов цифровых машин и логических схем. Были намечены пути применения управляющих машин в энергетике, машиностроении, металлургии, химическом производстве, а также в планировании и статистике народного хозяйства. Эта записка послужила толчком к организации в СССР целого ряда научно-исследовательских институтов и проектно-конструкторских бюро в области создания управляющих машин и систем, с которыми ИНЭУМ в дальнейшем плодотворно сотрудничал.

Понятие о специализированных управляющих и вычислительных машинах, сформулированное в проблемной записке применительно к ЭВМ первого поколения, со временем изменило свое первоначальное значение, благодаря огромному прогрессу в области электроники. В то же время сохранило своё значение и получило дальнейшее развитие введённое И.С. Бруком понятие «управляющие ЭВМ», которые отличаются от универсальных ЭВМ характером связи с объектом управления, более высокой надежностью, возможностью работы в реальном масштабе времени, эксплуатацией в неблагоприятных промышленных условиях внешней среды и др.

В 1958—1964 гг. в ИНЭУМ была разработана управляющая вычислительная машина М4 (М4‑М, М4-2М), предназначенная для управления в реальном времени комплексом радиолокационных станций, который создавал Радиотехнический институт АН СССР (академик А.Л. Минц) в составе радиоэлектронной системы наблюдения за искусственными спутниками Земли. М4 была одной из первых отечественных машин, построенных на элементной базе второго поколения. Хотя решение о запуске М4 (М4М) в серийное производство было принято в 1962 г. после успешных испытаний на действующем макете комплекса радиолокационных станций, Главный конструктор М4 М.А. Карцев настоял на существенной модернизации машины, имея в виду, что благодаря прогрессу в электронной технике за 1958-1962 гг. можно было резко улучшить характеристики и выпустить машину, на порядок более мощную, чем ЭВМ, выпускавшиеся тогда в СССР. Модернизированная машина М4-2М имела быстродействие 220 тыс. оп/сек на программах, записанных в постоянной памяти, объём оперативной памяти – до 16 Кслов (29-разрядных), памяти инструкций и констант – до 12 Кслов, (29-разрядных). В таком виде М4-2М выпускалась серийно с 1964 г. в течение 15 лет. Для нее были затем в 1968 г. разработаны периферийные машины (М4-3М) для ввода и первичной обработки данных, поступающих от объекта, хранения, документирования и выдачи информации внешним абонентам при одновременной асинхронной работе всех абонентских систем и устройств. Быстродействие комплекса из М4-2М и М4-3М составляло 400 тыс. оп/сек.

Руководителем этих разработок М.А. Карцевым был сделан значительный вклад в развитие отечественных цифровых вычислительных и управляющих машин. Свой опыт и представления об архитектуре ЭВМ М.А. Карцев обобщил в монографии «Архитектура цифровых вычислительных машин», изданной в 1978 г., рассмотрев эти вопросы применительно к машинам третьего поколения.

В 1967 г. М.А. Карцев предложил новый подход к построению архитектуры и структуры вычислительных систем, использующих параллелизм в вычислениях. Под руководством М.А. Карцева в ИНЭУМ был разработан эскизный проект вычислительной системы М-9 с производительностью 1 млрд. оп/сек. В М-9 на матрице 32×32 элементарных вычислителей с общим потоком команд должны были выполняться операции над новым классом операндов: не над числами, а над функциями одной или двух переменных, заданных в дискретных точках.

Проект М-9 был богат новыми в то время идеями, многие из которых не реализованы до сих пор. Разработка М-9 в полном объёме не была осуществлена из-за ограничений элементной базы и технологии, существовавших в то время.

В дальнейшем коллектив М.А. Карцева составил ядро Научно-исследовательского института вычислительных комплексов – НИИВК, в настоящее время носящим имя М.А. Карцева, создавшего высокопроизводительные вычислительные комплексы М-10 и М‑13, в которых были воплощен ряд решений, предложенных в проекте М-9.

В 1958-1961 гг. в ИНЭУМ под руководством И.С. Брука была разработана универсальная ЭВМ М-5, предназначенная для планово-экономических расчётов. М-5 отличалась развитыми возможностями мультипрограммной и многотерминальной работы и, будучи одной из первых отечественных ЭВМ, построенных на технической базе второго поколения, по своей архитектуре и структуре во многом являлась предшественницей ЭВМ третьего поколения. Надо отметить, что разработчики М-5 в ИНЭУМ не имели во время разработки каких-либо сведений о существовании ЭВМ с подобными возможностями. Сведения о зарубежных ЭВМ с мультипрограммным режимом работы, появившихся в 1960‑1961 гг. («Атлас», «Гамма-60» и др.), стали известны у нас значительно позже того, как разработка М-5 была завершена. К сожалению, М-5 не была освоена в серийном производстве, так как Минскому заводу им. С. Орджоникидзе, с которым работал ИНЭУМ по М-5, было поручено в это время организовать производство ЭВМ «Весна».

Важным направлением работ ИНЭУМ в 1960-х годах была автоматизация мощных энергоблоков «котел-турбина-генератор» на тепловых электростанциях. Разработанные в ИНЭУМ управляющие машины М-7 были введены в эксплуатацию в 1966 г. на блоке 200 МВт Щекинской ГРЭС и в 1969 г. на блоке 800 МВт Славянской ГРЭС. Системы управления энергоблоками на базе М7 выполняли функции поддержания нормальных режимов работы блока с оптимизацией их на минимум расхода топлива и выдачей соответствующих уставок на регуляторы, а также сложные логические программы операций пуска и останова энергоблока, анализ сочетаний параметров работы энергоблока с целью обнаружения предаварийных ситуаций, отображение необходимой информации на табло пульта оператора энергоблока.

Разработкой и внедрением М-7 руководили Н.Н. Ленов и Н.В. Паутин, бывший директором ИНЭУМ в 1964-1967 гг.

В начале 1960-х годов руководство страны приняло решение, направленное на «приближение науки к производству». Значительная часть институтов бывшего Отделения технических наук АН СССР была передана в промышленность, в том числе и ведущие институты в области вычислительной техники (ИТМ и ВТ, ИНЭУМ и другие). Постепенно изменилась тематика этих институтов в ущерб фундаментальным исследованиям и перспективным разработкам. Изменилась мотивация ученых, работавших в этих, теперь промышленных институтах. Это решение привело к значительному ослаблению АН СССР по направлениям науки, связанным с кибернетикой и информатикой. Оно коснулось прежде всего Российской Федерации, академическая наука которой отождествлялась с АН СССР. Работы в области кибернетики и информатики стали развиваться в это время в академиях наук союзных республик (Украина, Белоруссия, Эстония, Латвия, Литва, Армения, Грузия, Узбекистан), а также в Сибирском и Дальневосточном отделениях АН СССР, благодаря усилиям их организаторов – академиков М.А. Лаврентьева, С.Л. Соболева, А.А. Воронова.

С середины 1960-х годов ИНЭУМ сотрудничал с многими из академических институтов, представляя отраслевую науку, как головная организация Минприбора СССР в области вычислительной техники.

В 1965 г. ИНЭУМ возглавил работы Минприбора СССР по созданию Агрегатной системы средств вычислительной техники на микроэлектронной базе (АСВТ-М), предназначенной, в первую очередь, для автоматизации технологических процессов в промышленности и автоматизированных систем управления предприятиями и входящей в состав Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Хотя в эти годы производство отечественных интегральных схем еще находилось в стадии разработки и опытной эксплуатации, уже в 1970 году в ИНЭУМ были разработаны первые в стране управляющие вычислительные комплексы (УВК) третьего поколения. Эти комплексы в совокупности с другими агрегатными комплексами ГСП составили техническую базу автоматизированных систем, которые в большом количестве создавались в СССР в 1970-х годах для решения задач автоматизации диспетчерского управления в крупных энергосистемах, управления технологическими процессами, производством и предприятиями в машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности, а также для автоматизации научных исследований и экспериментов.

Главным конструктором АСВТ-М был назначен Б.Н. Наумов (1927—1988), ставший директором ИНЭУМ в 1967 г. (в 1984 году избранный действительным членом АН СССР).

Идеология, структура, принципы унификации моделей УВК, узлов и устройств АСВТ были разработаны во второй половине шестидесятых годов совместно ИНЭУМ (Е.Н. Филинов) и НИИУВМ (В.В. Резанов).

В 1974 г. решением Межправительственной комиссии по сотрудничеству социалистических стран в области вычислительной техники (МПК по ВТ) ИНЭУМ был определён головной организацией по созданию Системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ), а директор ИНЭУМ Б.Н. Наумов назначен Генеральным конструктором СМ ЭВМ. С 1984 г. директором ИНЭУМ и Генеральным конструктором СМ ЭВМ стал Н.Л. Прохоров. Комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по СМ ЭВМ выполнялся более чем 30 институтами и предприятиями СССР, Болгарии, Венгрии, ГДР, Республики Куба, Польши, Румынии и Чехословакии.

СМ ЭВМ включала в себя набор базовых моделей микро- и мини-ЭВМ: базовый ряд процессоров различной производительности и устройств оперативной памяти; широкую номенклатуру устройств ввода-вывода информации, внешней памяти, отображения информации, связи с объектом, внутримашинной и межмашинной связи. СМ ЭВМ была предназначена для построения управляющих вычислительных комплексов, используемых в системах управления промышленными технологическими процессами и агрегатами, измерительно-вычислительных комплексов, используемых в системах автоматизации проектирования, комплексов сбора и обработки данных в системах объектами промышленной сферы, а также для выполнения небольших по объему коммерческих и инженерных расчетов. С середины 1970-х годов две международные системы ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ – в совокупности, дополняя друг друга стали технической базой автоматизации управления и обработки информации во всех сферах народного хозяйства стран, участвовавших в Соглашении по сотрудничеству в области вычислительной техники.

Авторитет и роль ИНЭУМ как головной организации по СМ ЭВМ, в создании которой участвовали несколько десятков организаций и предприятий сотрудничавших стран, были поддержаны опытом и квалификацией инженерной школы малых ЭВМ И.С. Брука и школы построения систем машин и агрегатных комплексов, формировавшейся под руководством Б.Н. Наумова. Б.Н. Наумов, как Генеральный конструктор СМ ЭВМ, провёл последовательную линию на принятие международных стандартов на интерфейсы аппаратуры и системы программирования СМ ЭВМ, конструктивы, определяющие типоразмеры печатных плат, панелей и стоек, и другие нормативы, обеспечивающие сопряжение устройств разных изготовителей в составе комплекса.

ИВК, созданные на базе СМ ЭВМ, средств КАМАК или АСЭТ, были ориентированы на автоматизацию сложных экспериментов в реальном времени в различных областях науки и техники. Гибкость и модульность средств СМ ЭВМ, наличие развитых средств сопряжения между ЭВМ и экспериментом в стандарте КАМАК или АСЭТ, наличие проблемно-ориентированных системных и прикладных программных средств СМ ЭВМ обеспечили широкое использование ИВК в системах автоматизации научных исследований, в первую очередь в институтах АН СССР.

Появление СМ ЭВМ позволило принципиально повысить эффективность и массовость применений автоматизированных рабочих мест в САПР. Возможности универсального, базового графического и прикладного программного обеспечения, систем управления базами данных сделали реальностью диалоговый режим проектирования, получение результатов проектирования в удобной форме, возможность ввода, редактирования и вывода графических изображений, схем и чертежей. В состав АРМов входили графические периферийные устройства, разрабатываемые по поручениям ВПК предприятиями Минрадиопрома, Минавиапрома, Миноборонпрома, Минсредмаша и ряда других ведомств для применения в областях радиоэлектроники (АРМ-Р), машиностроения (АРМ-М), строительства (АРМ-С), экономики (АРМ-Э) и др. Реализованный принцип программно-аппаратной совместимости всех средств СМ ЭВМ обеспечил безболезненное для пользователей и последовательное наращивание производительности АРМ, включением в его состав разрабатываемых в институте процессоров СМ3, СМ4, СМ1420, СМ1700 и графических векторных и цветных растровых дисплеев ЭПГ-СМ и ЭПГ-3.

При разработке архитектуры СМ ЭВМ были развиты оригинальные принципы построения систем с разделением функций, благодаря которым удалось реализовать на доступной в то время элементной базе двухпроцессорные вычислительные комплексы, обеспечившие программную совместимость с выпускавшимися ранее ЭВМ серии «МИР» (для инженерных расчетов) и ЭВМ серии М 5000 (для решения коммерческих приложений).

Приведенные выше данные о семействе СМ ЭВМ свидетельствуют о том, что они не были копиями зарубежных прототипов, а обеспечивали программную совместимость с семейством мини-ЭВМ, наиболее распространённым на Западе в то время.

«Бытует мнение, –  говорил академик Б.Н. Наумов, – что ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ представляли собой копии зарубежных образцов. Это мнение является ошибочным. ЭВМ Единой Системы так же, как и СМ ЭВМ, существенно отличаются от аналогичных зарубежных ЭВМ хотя бы уже потому, что они созданы базе нашей отечественной технологии, а она неадекватна зарубежной. При разработке моделей Единой Системы и СМ ЭВМ была поставлена цель обеспечить в максимальной мере их совместимость с ЭВМ, разработанными в других странах. Такая цель вполне оправдана, поскольку в противном случае наша вычислительная техника была бы изолирована от мировых достижений в области компьютерной технологии и, в частности, принципиально не имела бы доступа к накопленному в мире программному обеспечению».

С 1974 по 1990 гг. по разработкам ИНЭУМ было выпущено более 60 тысяч вычислительных и управляющих комплексов СМ ЭВМ, а также измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) и автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе СМ ЭВМ.

Важно подчеркнуть, что индустрия СМ ЭВМ включала в себя развитую по всей стране инфраструктуру технического обслуживания и обучения. Средства СМ ЭВМ явились массовой школой для многих десятков тысяч специалистов, которые входили тогда в мир компьютерных технологий.

В 2006 году генеральным директором ОАО «ИНЭУМ» назначен А.К. Ким, до последнего времени возглавляющий коллектив ЗАО «МЦСТ», продолжающий развивать традиции научной школы академика С.А. Лебедева в развитии отечественной вычислительной техники.

Процесс интеграции и объединения ОАО «ИНЭУМ» и ЗАО «МЦСТ», известного в нашей стране как разработчик отечественных микропроцессоров и высокопроизводительных вычислительных комплексов «Эльбрус» на их основе, открывает новые перспективы в развитии Института.

Стратегия развития ОАО «ИНЭУМ» в этих условиях направлена на исследования, разработку и реализацию промышленных технологий двойного применения в области высокопроизводительных вычислительных комплексов и систем на основе нового поколения отечественных микропроцессоров с архитектурой «Эльбрус», включая многоядерные системы на кристалле. К этим технологиям прежде всего относятся: автоматизация проектирования; высокопроизводительная архитектура микропроцессоров и вычислительных комплексов; организация параллельных защищенных и отказоустойчивых вычислений; битовая компиляция; энергосберегающие технологии; технологии создания унифицированных электронных модулей различного назначения; интегрированная технология построения систем контроля и управления объектами различной сложности и назначения в реальном масштабе времени. 

Помещена в музей с разрешения авторов 20 июня 2016