От уникальных образцов цифровых ЭВМ — к серийным

В военные (1943-1945) годы в большой спешке и под покровом секретности сотрудники школы Мура Пенсильванского университета (США) электронщик J.P. Eckert и физик J.W. Mauchly, ознакомленный с первым проектом автоматической электронной цифровой вычислительной машины Дж. Атанасова, с участием двухсот своих коллег создали первую в мире большую электронную цифровую вычислительную машину ENIAC. Она имела автоматическое управление последовательностью действий, задававшееся с помощью переключателей и штеккерного поля, выполняла сложение десятиразрядных десятичных чисел всего лишь за 200 мкс; внутренняя память — на триггерах — ёмкостью 20 чисел; ввод чисел — с перфокарт. 18900 электровакуумных ламп и 1500 электромеханических реле размещались в 40 конструктивах на площади 72 кв. м. Первой задачей, решенной на машине в 1946 г, была задача по ядерной физике, общее время ее решения — две недели, причем время счета не превышало двух часов, остальное время занимал ввод в машину информации. Основное назначение машины — решение задач внешней баллистики: расчет траектории снаряда снизился с 20 ч до 30 с. Эксплуатация машины была необычайно сложной: за первый год работы было заменено свыше 19000 ламп. Даже ограниченные сведения преимущественно рекламного характера побудили начать разработки ЭВМ в других университетах и организациях.

Первый проект отечественной автоматической цифровой вычислительной машины был разработан Б. И. Рамеевым в соавторстве с И. С. Бруком в мае-августе 1948 года. Предусматривалось выполнять вычисления в двоичной системе счисления автоматически (по программе) со скоростью 2000 операций в секунду; объём оборудования — до 3500 электронных ламп. Связь между основными структурными компонентами (устройствами ввода, накопителем, перфоленточным задатчиком программ, вычислителями и другими) было предложено осуществлять через общую шину. Рамеевым и Бруком получено авторское свидетельство № 10475 Государственного комитета СМ СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство по заявке № 365968 “Автоматическая цифровая вычислительная машина” с приоритетом от 4 декабря 1948 г . Это первое изобретение цифровой ЭВМ в нашей стране. Для реализации проекта авторы приступили к разработке организационных мероприятий, которые следовало бы первоначально выполнить в образованном 16 июня Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР (ИТМ и ВТ), где предполагалось создать отдел Брука. 17 декабря 1948 г И. В. Сталин подписал постановление Правительства об образовании в Москве СКБ-245. Оно вошло в научно-производственное объединение из трех предприятий — НИИСчетМаш, СКБ-245 и завод САМ. Назначение предприятия — создание ЦВМ.

Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение ЭВМ.

В конце того же 1948 г в Киеве академиком УССР Сергеем Алексеевичем Лебедевым началось рабочее проектирование 17-разрядной малой электронной счётной машины (МЭСМ), содержавшей 7200 электронных ламп; в качестве внутренней памяти ёмкостью 31 число и 63 команды использовались триггерные схемы (4000 электронных ламп). Номинальная скорость счета — 50 операций в секунду. Ввод данных — с помощью штеккерного коммутатора или перфокарт. Потребляемая мощность — 25 кВт.

Возможность существенного улучшения построения ЭВМ стала первоначально понятной упоминавшимся выше пенсильванским разработчикам. При проектировании следующей ЭВМ (EDVAC, 1944 — 1952 гг.) они предусмотрели не только уменьшение используемого оборудования, но и увеличили емкость внутренней памяти, в которой должны были теперь храниться и обрабатываемые данные и команды для обеспечения большей универсальности применения EDVAC.

В 1949 г английский профессор M.V. Wilkes, ознакомленный ранее с работами по ENIAC и EDVAC, завершил со своими коллегами разработку ЭВМ EDSAC со ставшей классической пятикомпонентной структурой, включавшей арифметическое, управляющее, запоминающее, вводное и выводное устройства. В запоминающем устройстве на термостатированных ртутных трубках (емкостью 1024 слова) этой последовательной 17-разрядной двоичной машины хранились числа (с фиксированной запятой) и команды, которые могли обрабатываться в арифметическом устройстве, ввод — с 5-дорожечной бумажной перфоленты, вывод результатов — на телепринтер, скорость счета — порядка тысячи операций в секунду. Объем оборудования — 3000 электронных ламп. При программировании задач стали использовать мнемонические обозначения и библиотеки подпрограмм. Серийного производства машины не было, но она стала прототипом более поздней серийной английской ЭВМ LEO.

Постановление Правительства по ОКР по разработке с участием ИТМ и ВТ АН СССР первой отечественной цифровой вычислительной машины было подписано И. В. Сталиным. С 1950 г в ИТМ и ВТ разработку машины (БЭСМ-1) возглавил С. А. Лебедев, он же первым в стране начал читать студентам МЭИ лекции по вычислительным машинам дискретного действия. С участием дипломников МЭИ успешно разрабатывался эскизный проект БЭСМ-1. В начале того же года научно-техническому совету СКБ-245 были предложены проекты машины на феррит-диодных элементах (руководитель Л. И. Гутенмахер) и на электронных лампах (руководитель вернувшийся из армии Б. И. Рамеев, начальник лаборатории), однако принят был лишь рамеевский проект машины (“Стрела”) на электронных лампах и Башир Искандарович с шестью сотрудниками своей лаборатории в качестве заместителя Главного конструктора (Ю. Я. Базилевского), используя некоторые идеи своего проекта 1948 г, стал разрабатывать арифметическое устройство (АУ) и нештатный вариант оперативной памяти (ОЗУ) на магнитном барабане. В наладке умножителя и отработке типовых элементов замены принимал участие инженер В. С. Антонов. В лаборатории Рамеева работали также Е. Т. Семенова, А. И. Лазарев и другие. Основной вариант ОЗУ чисел и команд на крайне дефицитных тогда потенциалоскопах разрабатывался под руководством Г. М. Прокудаева и А. М. Литвинова (ёмкость 2048 43-разрядных слов, время выборки 15 мкс). Память на магнитной ленте шириною 125 мм, с пластмассовой основой на 200000 слов создавалась в лаборатории Н. В. Трубникова, ввод-вывод — перфокарточный, распечатка результатов счета — вне машины. Классическая пятикомпонентная структура машины. Внушительный объём оборудования: 6200 электронных ламп и 18000 диодов на площади в 300 кв. м.. По словам моего однокурсника А. В. Шилейко, который в те годы не столько учился в МЭИ, сколько работал в СКБ-245, “Рамеев и Прокудаев во всем, что касалось решаемых ими конкретных задач, обладали большими знаниями по сравнению с руководителями Лесечко и Базилевским. При всем при том, без Базилевского «Стрела» вряд ли получила бы конструктивное завершение, а без Лесечко могла бы не состояться вообще”. Документация на машину была передана заводу в конце 1951 г.

Первые в мире серийные ЭВМ созданы в 1951 г. Все те же J.P. Eckert и J.W. Mauchly 14 июня завершили начатую в 1947 г разработку последовательной машины UNIVAC-1 с оперативной памятью на ртутных трубках; длина обрабатываемого слова была 11 символов, представленных каждый шестиразрядным двоичным кодом с дополнительным контрольным битом; время выполнения операции сложения — 282 мкс, производительность — почти в 20 раз больше, чем в ENIAC; для снижения затрат времени на ввод и вывод информации использовалась металлическая магнитная лента, загружавшаяся и распечатывавшаяся вне ЭВМ. Объем оборудования ЭВМ UNIVAC-1 — свыше 5000 электронных ламп, общее же количество изготовленных машин UNIVAC-1 — не более 49. Почти на полгода раньше (15 февраля 1951 г) начала работать английская 17-разрядная ЭВМ LEO (Т. Томпсон), предназначенная (как и UNIVAC-1) для обработки деловых данных. Объем ее оборудования — 6236 ламп, из них выходило из строя около 50 ламп еженедельно. В том же году в Киеве была передана в эксплуатацию МЭСМ, а в Москве начала работать со скоростью 20 сложений в секунду малая ЭВМ М-1 (И. С. Брук, Н. Я Матюхин).

В 1952 г на Московском заводе САМ была изготовлена ЭВМ “Стрела”, в ЛУМС — М-2 (И. С. Брук, М. А. Карцев), а в ИТМ и ВТ АН СССР начала функционировать БЭСМ-1 с ОЗУ на ртутных трубках. В США количество больших машин заводского изготовления достигло 5 шт.

В следующем году на американском рынке появилась быстрейшая серийная ЭВМ IBM-701, одноадресная, 36-разрядная, двоичная, с фиксированной запятой (разработчики Губерт Херд, Джин Амдал и др.). Она имела оперативную память (ёмкостью 2048 слов и временем обращения 12 мкс) на ЭЛТ, внешнюю память на нескольких магнитных барабанах с общей емкостью 8192 слова, ввод-вывод на перфокартах. Время сложения — 62 мкс; объём оборудования машины: — 4000 электронных ламп и 12800 диодов. Заказов было мало, около 10. Изготовили не менее 9 машин.

В том же 1953 году на Государственных испытаниях в Москве — трехадресные, с плавающей запятой, двоичная БЭСМ-1 и двоично-десятичная ЭВМ “Стрела”, причем на каждой их них была достигнута скорость вычислений 2000 операций в секунду. Только последняя была рекомендована в промышленное производство. М. А. Лесечко, Ю. Я. Базилевский, Б. И. Рамеев и другие ведущие разработчики получили Сталинскую премию. Московский завод САМ в 1953-1956 годах выпустил 7 таких машин нескольких моделей (“Стрела-1, 3, 4, 5”). Они были установлены в ОПМ МИАН, в ВЦ МГУ, в ВЦ министерств, решавших задачи, связанные с развитием аэрокосмических исследований и атомной энергетики. В числе первых задач, решенных на этой машине, была задача моделирования ядерного взрыва, поставленная сотрудниками ОПМ МИАН  А. Н. Тихоновым и др. Эксплуатация таких машин была сложной, 9-ламповые элементы замены оказались неудобными в обслуживании, сбои в счете и неустойчивая работа НМЛ затрудняли работу программистов. Первоначально полезное время машины “Стрела-1” в ОПМ МИАН было 42 процента, но к 1956 г усилиями А. Н. Мямлина и его коллег полезное время удалось увеличить до 73 процентов, а скорость счета — до 3000 оп/с. В ИТМ и ВТ разработчики БЭСМ-1 достигли 72 процентов полезного времени и скорости счета 8000 оп/с (с ОЗУ на ЭЛТ).

Отметим, что на машинах “Стрела” начались первые отечественные работы по автоматизации программирования, в частности, с 1954 г Л. В. Канторовичем и его коллегами в Ленинградском отделении математического института разрабатывалась программа “ПРОРАБ”. В том же году А. П. Ершовым, Л. Н. Королевым и А. И. Сраговичем началась разработка программирующей программы для БЭСМ в ИТМ и ВТ, а на фирме IBM программистом Джоном Бэкусом — языка высокого уровня ФОРТРАН для облегчения программирования научно-технических задач. Первая версия ФОРТРАНа появилась лишь в 1957 году, ее начали поставлять потребителям с новой машиной фирмы — IBM-704.

Из книги Г. С. Смирнова “Семейство ЭВМ «Урал». Страницы истории разработок.” Пенза, 2005 г.
Перепечатываются с разрешения автора.