Член-корреспондент АН СССР Исаак Семенович Брук
Исаак Семенович Брук родился 8 ноября 1902 г. в Минске в бедной семье служащего табачной фабрики. В 1920 г. он окончил реальное училище, а в 1925 г. — электротехнический факультет МВТУ им. Н. Э. Баумана.
И. С. Брук
Еще будучи студентом И. С. Брук занялся научными исследованиями. Его диплом был посвящен новым способам регулирования асинхронных двигателей. По окончании МВТУ И. С. Брук работал во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина, где участвовал в создании новой серии асинхронных двигателей и решении задач параллельной работы электрогенераторов.
В 1930-1935 гг. под руководством И. С. Брука на Харьковском электротехническом заводе было разработано и построено несколько электрических машин новой конструкции, в том числе взрывобезопасные асинхронные двигатели.
В 1935 г. И. С. Брук возвратился в Москву и по рекомендации академика К. И. Шенфера, крупнейшего специалиста в области электрических машин, был направлен в Энергетический институт АН СССР (ЭНИН). В ЭНИН И. С. Брук организовал лабораторию электросистем и начал исследования в области расчета режимов мощных энергетических систем. Для моделирования таких систем он создал расчетный стол переменного тока — аналоговую вычислительную машину. За эти работы в 1936 г. И. С. Бруку была присвоена ученая степень кандидата технических наук без защиты диссертации, а в октябре 1936 г. он защитил докторскую диссертацию на тему «Продольная компенсация линий электропередач».
В 1939 г. на одном из заседаний Президиума АН СССР И.С. Брук сделал доклад о созданном под его руководством механическом интеграторе для решения дифференциальных уравнений до 6-го порядка.
В 1939 г. И. С. Брук был избран членом-корреспондентом АН СССР.
В годы Великой Отечественной войны, продолжая исследования в области электроэнергетики, И. С. Брук успешно работал над системами управления зенитным огнем, изобрел синхронизатор авиационной пушки, которая стреляла через вращающийся пропеллер самолета.
В 1947 г. И. С. Брук был избран действительным членом Академии артиллерийских наук.
В первые послевоенные годы под руководством И. С. Брука проводились исследования статической устойчивости энергосистем, разрабатывалась аппаратура регулирования частоты и активной мощности для крупнейших электростанций страны. В лаборатории электросистем ЭНИН был создан электронный дифференциальный анализатор ЭДА (ведущий разработчик — Н.Н. Ленов), позволяющий интегрировать уравнения до 20-го порядка.
Решая задачи в области электроэнергетики с помощью аналоговой вычислительной техники, И. С. Брук пришел к выводу о необходимости создания электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ) для получения необходимой точности вычислений.
В 1948 г. И. С. Брук совместно с Б.И. Рамеевым составил отчет о принципах действия ЭЦВМ. Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ на имя И.С. Брука и Б.И. Рамеева датировано декабрем 1948 г.
В 1950-1951 гг. под руководством И. С. Брука была разработана малогабаритная электронная автоматическая цифровая машина М-1 (с хранимой программой).
Основные идеи построения М-1 были предложены И.С. Бруком и Н.Я. Матюхиным, тогда молодым инженером, окончившим радиотехнический факультет МЭИ, впоследствии членом-корреспондентом АН СССР.
М-1 была запущена в опытную эксплуатацию в начале 1952 г., примерно одновременно с МЭСМ, созданной С.А. Лебедевым в Киеве.
В 1952 г. лабораторией И. С. Брука была выпущена машина М-2. Ее разработку выполнила группа выпускников МЭИ, возглавляемая М.А. Карцевым. Производительность М-2 составляла в среднем 2 тыс.оп./с. В ней были применены обычные осциллографические ЭЛТ в качестве элементов ЗУ и полупроводниковые диоды в логических схемах, что значительно сократило число электронных ламп, потребляемую мощность и стоимость. Летом 1953 г. М-2 была введена в эксплуатацию. На ней проводились расчеты для Института атомной энергии (акад. И. В. Курчатов), предприятия акад. А.И. Берга, Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР (акад. А. И. Алиханов), Института проблем механики АН СССР (расчеты прочности плотин Куйбышевской и Волжской гидроэлектростанций) и многих других научных и промышленных организаций. В то время в СССР такие задачи можно было решать на трех машинах — БЭСМ, М-2 и «Стрела».
В 1954 г., а затем в 1957 г. М-2 была модернизирована с расширением емкости оперативной памяти до 4096 слов. Это потребовало введения специального регистра для запоминания области памяти, используемой в данный момент времени, и специальной операции изменения содержимого этого регистра (переключение областей памяти). Вероятно, впервые в М-2 М.А. Карцевым была реализована идея укороченных адресов в командах и укороченных кодов операций. Эта идея легла в основу способов формирования исполнительных адресов в машинах второго и третьего поколений, например в машинах системы IBM-360.
Потребности многих организаций могли быть удовлетворены машиной, не обладающей рекордным быстродействием. Опираясь на опыт работ по М-1 и М-2, И.С. Брук в 1955-1956 гг. сформулировал концепцию малых ЭВМ и их отличия от машин предельной производительности (нынешних суперЭВМ). Эта концепция отражалась им в термине «малогабаритная машина», который, конечно, не исчерпывал всех свойств малых ЭВМ.
Первым решением задачи создания малых ЭВМ, поставленной И. С. Бруком, была разработка М-3, проведенная Лабораторией управляющих машин и систем АН СССР и НИИЭП в 1956-1957 гг. М-3 оперировала 30-разрядными двоичными числами с фиксированной точкой, имела двухадресный формат команд, память емкостью 2048 чисел на магнитном барабане и производительность 30 операций в секунду. При работе с ферритовой памятью той же емкости производительность М-3 возрастала до 1,5 тыс.оп./с. Она имела всего 770 электронных ламп и 3 тыс. купроксных диодов и занимала площадь 3 м2. Основные идеи построения М-3 были сформулированы И. С. Бруком, Н. Я. Матюхиным и В. В. Белынским. М-3 предназначалась для проектных и исследовательских институтов и после ее приемки в 1957 г. Государственной комиссией под председательством академика Н.Г. Бруевича выпускалась серийно на заводе им. С. Орджоникидзе в Минске.
До начала серийного выпуска три организации в кооперации на паях изготавливали образцы М-3 для себя: КБ академика С. П. Королева, ВНИИЭМ (акад. А. Г. Иосифьян) и Институт математики АН Армянской СССР (акад. С.Н. Мергелян), из которого потом выделился Ереванский институт математических машин. Таким образом, М-3 послужила прототипом для двух промышленных серий ЭВМ — «Минск» (Г.П. Лопато, В. В. Пржиялковский) и «Раздан» (Б. Б. Мелик-Шахназаров).
В появившихся позже ЭВМ «Минск-2», «Минск-3» и других машинах, выпускавшихся в Белоруссии и Армении, были заметны гены М-1 и М-3. Школа управляющих машин ВНИИЭМ также имела своей прародительницей М-3, что неоднократно отмечали участники ее разработки Б.М. Каган, В.М. Долкарт.
В 1956 г. И.С. Брук выступил с докладом на сессии Академии наук СССР по автоматизации, в котором изложил главные направления промышленного применения вычислительных и управляющих машин, а в 1957 г. поставил научную проблему «Разработка теории, принципов построения и применения электронных управляющих машин». Для ее решения в 1958 г. был создан Институт электронных управляющих машин АН СССР (ИНЭУМ), директором которого стал И.С. Брук.
Постановка проблемы содержала систематизированное изложение основных направлений фундаментальных и прикладных исследований в области автоматизации производства и управления объектами с помощью электронных цифровых управляющих машин, создания систем управления, включающих в качестве звена человека-оператора, взаимодействующего с машиной. Заметим, что термин «кибернетика» еще не употреблялся в то время широко в связи с идеологическими гонениями этой «лженауки» в недавнем прошлом. Однако по содержанию проблема, поставленная И. С. Бруком в 1957 г., была направлена на развитие исследований и разработок в СССР именно в области кибернетики (как потом стали говорить — технической кибернетики).
Проблемная записка И. С. Брука, опубликованная АН СССР в 1958 г., явилась толчком к организации в стране в конце 50-х годов целого ряда НИИ и КБ в оборонных отраслях промышленности, которые занимались созданием и применением универсальных и специализированных цифровых электронных управляющих машин и систем для решения задач управления объектами.
В 1957 г. в ИНЭУМ коллектив, руководимый М. А. Карцевым, начал разработку электронной управляющей машины М-4, одной из первых транзисторных машин, предназначенных для управления в реальном масштабе времени экспериментальным комплексом радиолокационных станций, который создавал Радиотехнический институт АН СССР (академик А.Л. Минц). В 1958 г. были представлены эскизный и технический проект М-4, а в 1959 г. уже были изготовлены 2 комплекта М-4 на заводе. Испытания заводского образца М-4 на действующем макете технического комплекса РЛС были проведены в 1962 г. Это была машина, впервые выполненная по техническому заданию конкретного заказчика, что позволило принимать решения, соответствующие предполагаемым алгоритмам обработки информации.
М-4 работала с 23-разрядными числами с фиксированной точкой (отрицательные числа представлялись в дополнительном коде), имела оперативную память емкостью 1024 24-разрядных числа и постоянную память программ емкостью 1280 30-разрядных чисел (использовалось разделение памяти программ и данных), кроме того, она содержала узлы приема и выдачи информации с собственной буферной памятью и имела параллельный ввод/вывод информации по 14 каналам со скоростью более 6 тыс. чисел/с. Реальное быстродействие М-4 составляло 30 тыс. оп./с. (на операциях сложения).
Решение о запуске М-4 в серийное производство состоялось в 1962 г., но разработчики настояли на ее модернизации, доказав, что благодаря прогрессу в электронной технике, достигнутому за 1957-1962 гг., можно было резко улучшить ее характеристики и выпустить машину, на порядок более мощную, чем производимые тогда в СССР.
Модернизированная М4 (М-4М) включала также новые узлы первичной обработки информации (устройство перекодирования, устройство определения координат), буферную память.
В декабре 1964 г. завод выпустил 5 машин М-4М, отвечающих требованиям ЭУМ для РЛС. Они имели быстродействие 220 тыс. оп./с на программах, записанных в постоянной памяти, и 110 тыс. оп./с на программах, хранящихся в основной оперативной памяти. Емкость оперативной памяти составляла в различных вариантах комплектации от 4096 до 16 384 29-разрядных слов, емкость постоянной памяти — от 4096 слов инструкций плюс 4096 слов констант (также 29-разрядных) до 8192 слов инструкций и 8192 слов констант. Скорость ввода-вывода информации — 6256 14-разрядных чисел или 3125 29-разрядных чисел в секунду.
В таком виде эта машина выпускалась серийно 15 лет.
Для нее была затем (1968 г.) разработана система внешних устройств для ввода, хранения, документирования, частичной обработки и выдачи информации внешним абонентам при одновременной асинхронной работе всех абонентских систем и устройств.
Другой разработкой ИНЭУМ, выполненной под руководством И. С. Брука, была управляющая машина М-7. Эта машина предназначалась для систем управления мощными теплоэнергетическими блоками электростанций («котел-турбина-генератор»). Она выполняла функции поддержания нормальных режимов работы энергоблока путем минимизации расхода топлива и выдачи соответствующих установок на регуляторы, а также сложные логические программы операций пуска и останова энергоблока, анализа сочетаний параметров работы энергоблока с целью обнаружения предаварийных ситуаций и отображения необходимой информации для оператора энергоблока.
Ориентация архитектуры машины на ожидаемые алгоритмы задач позволила выбрать технические решения, наилучшим образом отвечающие требованиям по быстродействию и надежности. М-7 была классической цифровой управляющей машиной последовательного действия с памятью на магнитном барабане и развитыми устройствами связи с объектом, обеспечивающими ввод аналоговых параметров с преобразованием их в цифровую форму, а также дискретной информации от релейных датчиков. Она оперировала с 12-разрядными числами с фиксированной точкой.
Сходные принципы построения были реализованы в машинах фирмы Librascope (США). Разработку М-7 и ее внедрение в 1966-1969 гг. на энергоблоках 200 мВт Конаковской ГРЭС и 800 мВт Славянской ГРЭС проводили группы Н. Н. Ленова и Н. В. Паутина.
В 1958 г. И. С. Брук начал разработку универсальной цифровой вычислительной машины М-5 (в выборе архитектуры М-5 на начальной стадии принимал участие М.А. Карцев).
М-5 была задумана как мультипрограммная и многотерминальная ЭВМ, реализующая режимы как пакетной обработки, так и разделения времени. Ее структура базировалась на общей магистрали, связывающей центральный процессор, блоки оперативной памяти и устройства управления вводом-выводом и внешней памятью (игравшие роль каналов, характерных для машин третьего поколения). Была выделена адресная арифметика, обеспечивавшая выполнение операций над индексными регистрами и преобразование адресов в основных командах. Машина оперировала с 37-разрядными числами с фиксированной и плавающей точкой. 37-разрядный формат одноадресных инструкций содержал поля адреса, ключей, индексов и кода операций. Была обеспечена возможность страничной организации памяти.
Машина М-5, реализованная на транзисторных элементах и ферритовой памяти (т.е. на технической базе ЭВМ второго поколения), по своей архитектуре во многом была предшественницей ЭВМ третьего поколения. Она была изготовлена Минским заводом им. С. Орджоникидзе в одном экземпляре в 1961 г. и, к сожалению, не получила дальнейшего развития по причинам не технического, а организационного характера.
И. С. Брук еще во второй половине 50-х годов пришел к выводу, что наряду с применением ЭВМ для научных расчетов и управления объектами, необходимо развивать другую область применения ЭВМ — обработку экономической информации для задач учета, статистики, планирования, моделирования экономики. Познакомившись с методами линейного программирования Л. В. Канторовича, классическими динамическими моделями экономики и методами межотраслевых балансов В. Леонтьева, И. С. Брук развернул в ИНЭУМ работы по применению математических методов и вычислительной техники для решения экономических задач на государственном уровне. Он привлекал к этому специалистов по экономике, которые начинали использовать математические методы и ЭВМ (что в то время еще считалось отступлением от «чистопородного» марксизма-ленинизма), спасая их так же, как несколько ранее физики принимали в свои институты генетиков. С самого начала этих работ И. С. Брук ставил задачу о достоверности исходной базы для экономико-математических моделей, которую составляли соотношения цен. Он говорил о том, что в нормальной экономике не может быть планово-убыточных отраслей, что проводимая в начале 60-х годов в СССР экономическая реформа должна учитывать пересмотр цен.
Одновременно он имел в виду учет специфики экономико-математических задач при создании ЭВМ следующих поколений.
Эти и другие предложения И. С. Брука по применению ЭВМ в экономике встретили резкие возражения чиновников, стоявших у руководства Госпланом СССР, в ведение которого попал ИНЭУМ в начале 60-х годов. В результате непримиримых противоречий с руководством И. С. Брук в 1964 г. был вынужден уйти с поста директора ИНЭУМ.
Выйдя на пенсию, И.С. Брук продолжал работать в ИНЭУМ в качестве научного консультанта. Его рекомендации по выбору архитектурных, схемотехнических и конструктивных решений для моделей АСВТ-М (Агрегатной системы средств вычислительной техники на микроэлектронной базе), разрабатывавшихся ИНЭУМ в 1969-1971 гг., позволили создать ЭВМ М-4000/ М-4030, М-400, а затем СМ 3/СМ 4, по характеристикам близкие к ЭВМ, доминировавшим в то время на мировом рынке. Безусловно, И. С. Брука весьма интересовали пути развития отечественной вычислительной техники на рубеже 60-70-х годов. Исторический интерес представляют неопубликованные комментарии И. С. Брука по докладу Межведомственной комиссии о разработке систем «Ряд» (ЕС ЭВМ), сделанные им в 1971 г. И. С. Брук писал: «Если только не поставить перед собой цель выйти на внешний рынок и частично вытеснить западные фирмы, то при выборе структуры „Ряда“ следовало бы больше ориентироваться на существующие у нас условия с учетом их изменения вследствие роста применения вычислительной техники. Доклад ориентирует на повторение или ускорение прохождения пути развития вычислительной техники за рубежом, т. е. в США. И это представляется ошибочным. Главные рекомендуемые в докладе мероприятия — увеличить капиталовложения, значительно увеличить подготовку кадров, довести все составляющие примерно до уровня США, а „остальное приложится“. Конечно, вложения дадут результаты. Но это верно в целом лишь отчасти. Предпосылкой является, по мнению составителей доклада, то, что, если в США применение вычислительной техники и средств автоматической обработки информации дает значительный экономический эффект, то тем более это даст эффект в условиях социалистического планового хозяйства ввиду его бесспорных преимуществ. Нужно, однако, считаться с тем, что никакого „автоматизма“ здесь в действительности нет. Экономические выгоды не лежат на поверхности, и их извлечение требует больших усилий и умения. В этом суть дела. Многолетний опыт разработки, производства и различных применений вычислительной техники в СССР показывает, что несмотря на значительные вложения в эту область, наличие мощной производственной базы, продолжается выпуск оборудования, отстающего по своим характеристикам от зарубежного уровня примерно на 12 лет. Это отставание неравномерно по всему фронту. Например, разработанная ИТМ и ВТ БЭСМ-6 несомненно ближе других к современным ЭВМ по своей логике и производительности. Для всех разработок и выпускаемых устройств характерен низкий уровень технологии, заложенный в конструкциях. Сам по себе тот факт, что при незначительном годовом выпуске в несколько сот вычислительных машин они выпускаются более десяти различных типов, не имеющих ничего общего по конструкциям, логике, языку и т. п., свидетельствует об отсутствии сколько-нибудь разумного регулирования и планирования. Поэтому введение вместо многочисленных выпускаемых и намечаемых к выпуску „проталкиваемых“, премированных и т. п. машин (систем) — ограниченного числа программно совместимых моделей безусловно прогрессивно.
Практически невозможно скопировать вычислительную машину по общему описанию, списку команд и описанию конструкции, эксплуатационным документам. Нет нужды доказывать, что наилучшим и экономичным по затрате времени решением проблемы освоения того, что уже достигнуто за рубежом, было бы использование лицензий — готовой документации и технологии. В противном случае — трудно устранимое отставание. Главным средством сокращения длительности разработок и освоения их в производстве является уменьшение объема самих разработок за счет сокращения номенклатуры до разумного минимума. Надо ориентироваться на массовое производство моделей, имеющих наибольшее применение, — малых и средних моделей семейства. На начальном этапе следует ограничиться одной-двумя моделями с соотношением их производительности в 4-5 раз (а не в 3 раза как у семейства 360). Привлекательны двухпроцессорные системы с точки зрения повышения производительности за меньшую цену и надежности (живучести) с потерей производительности при отказах.
Наконец, в области применений необходимо в корне изменить подход к функциональному построению АСУ, не копировать когда-то принятую структуру сложившейся ручной технологии. Это лишено смысла».
За заслуги в области отечественной науки и техники И. С. Брук был награжден четырьмя орденами Трудового Красного Знамени и медалями СССР.
И. С. Брук опубликовал более 100 научных работ. Ученый широкой эрудиции, И. С. Брук имел талант изобретателя и экспериментатора. Он получил более 50 авторских свидетельств на изобретения, из них 16 за последние 5 лет жизни, будучи уже в преклонном возрасте.
Инженерную школу разработки вычислительных и управляющих машин, созданную И. С. Бруком, отличали:
- тщательный баланс характеристик производительности, надежности и стоимости, принципиально важный для машин малого и среднего класса;
- безошибочный выбор схемотехнических и конструктивных решений при создании ЭВМ, основанный на блестящем знании самим И. С. Бруком теоретических основ электротехники, импульсной техники (этого же И. С. Брук требовал и от своих учеников);
- смелость в принятии технических решений при проведении крупных разработок; И.С. Брук учил сотрудников обходиться без больших макетов, но зато считать и тщательно обосновывать свои проекты;
- ориентация архитектуры создаваемых ЭВМ на классы задач, для решения которых предназначены эти ЭВМ;
- тесное сотрудничество инженеров и программистов в создании ЭВМ, выборе и разработке архитектуры и программного обеспечения.
Ученики и коллеги И. С. Брука (Б. И. Рамеев, Н. Я. Матюхин, М. А. Карцев, Г. П. Лопато, Б. Н. Наумов), продолжая традиции его школы, создали свои коллективы и научные школы, сыгравшие значительную роль в становлении и развитии отечественной вычислительной техники:
Традиции школы И. С. Брука продолжает коллектив ИНЭУМ, которым с 1984 г. руководит Н. Л. Прохоров.
Наряду с широкой эрудицией, проницательностью и предвидением, свойственными крупному ученому, в характере И.С. Брука было что-то от любознательного мальчишки, который все хочет знать и все подвергает сомнению. Эти мальчишеские черты характера — любопытство и бесстрашие — вместе с талантом изобретателя и экспериментатора, определили жизненный путь И. С. Брука, его добрые отношения с учениками и коллегами сохранились до последних дней его жизни.
«Надо постараться понять, как устроено то, с чем вы имеете дело, как это можно было бы сделать лучше, и не мириться с замеченными недостатками», — такой совет И. С. Брук давал своим ученикам. Этим объяснялось критическое отношение И. С. Брука ко многим вопросам, с которыми ему приходилось сталкиваться, независимо от того, касались они области компьютеров, автоматизированных систем или области государственного планирования и управления. Это критическое отношение в сочетании с редким остроумием создавало И. С. Бруку облик резкого оппонента в научных кругах и у чиновников государственного аппарата, которые считали, что у И. С. Брука плохой характер и что с ним трудно иметь дело. В действительности И. С. Брук был человеком, который болезненно реагировал на фальшь, обман, невыполнение обещаний, терпеть не мог халтуру в работе.
Зато изобретательность, научную добросовестность И. С. Брук оценивал объективно и очень высоко независимо от того, рассматривал ли он работы собственной школы или работы других школ.
Вклад И. С. Брука в развитие отечественной вычислительной техники не был в достаточной степени оценен при его жизни.
Исаак Семенович Брук умер 6 октября 1974 г. Он похоронен в Москве на Введенском кладбище.
