Первые шаги советской информатики

Сергей Петрович Прохоров

Вторая мировая война убедительно показала, что в будущем возможном противостоянии победят развитые технологии. Новые технологии требовали проведения большого количества расчетов с высокой степенью точности. В СССР еще в 1934 году в Математическом институте АН СССР был создан отдел приближенных вычислений, разрабатывающий новые методы численных расчетов для прикладных задач. В составе отдела была предусмотрена отдельная структурная единица – вычислительная группа, численность которой постоянно росла, а с появлением трофейных счетных машин при отделе была организована и машинно-счетная станция. В мае 1948 года МИАН был включен в программу «Плутоний», выполняемой в рамках «Атомного проекта». В Москве работы отдела возглавил член-корр АН СССР Л.А. Люстерник, а в ленинградском филиале института – будущий нобелевский лауреат Л.В. Канторович. Расчеты велись вручную на «Мерседесах» и «Рейнметаллах», поставленных по репарации из Германии. Количество задач, требующих точных расчетов, непрерывно росло, и одновременно росла вероятность ошибок, поэтому все расчеты дублировались и выполнялись в разных организациях.

В 1948 году стало очевидно, что уровень развития вычислительной техники прямо влияет на национальную безопасность страны. К этому моменту было уже известно, что в США ведутся работы по созданию вычислительных машин MARK I, ENIAC. Для поддержки работ по созданию новых технологий Совет Министров СССР принял в 1948 году постановление за №2369 об организации нового института в составе Академии наук СССР – Института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ). Однако Сталин, не терпевший конкуренции в партийной среде, понимал важность конкуренции для ускорения научно-технического прогресса, поэтому всегда создавал дублирующий центр, конкурирующий с основным. В результате Совет Министров выпустил еще одно постановление №4663-1829 о создании новой структуры в Министерстве машиностроения и приборостроения, названной Специальным конструкторским бюро № 245 (СКБ-245) при московском заводе Счетно-аналитических машин. Оба центра получили приличное штатное расписание и значительное финансирование работ.

В литературе, посвящённой отечественным электронным вычислительным машинам, первые шаги истории создания отечественных ЭВМ излагаются в романтически-героическом стиле. Так один из пионеров отечественной вычислительной техники услышал о зарубежных разработках, слушая тайком от всех передачи BBC. Другому радиолюбитель показал журнал с информацией о цифровых вычислительных устройствах. Эта скудная информация произвела на них столь сильное впечатление, что они полностью переключились на идею создания ЭВМ и на основании этой скудной информации разработали конструкцию электронной вычислительной машины, а затем воплотили её в жизнь. На самом деле всё обстояло совсем не так. Идея программно-управляемой автоматической цифровой вычислительной машины пришла в СССР из Соединенных Штатов. Но не только идея. Ещё в 1947 году в журнале «Успехи математических наук» появилась небольшая заметка М.Л. Быховского «Новые американские счетно-аналитические машины», где содержалось краткое описание MARK I и ENIAC. Годом позже в том же журнале появились ещё две статьи. Первая – перевод с английского статьи Айкена и Хоппера «Автоматически управляемая вычислительная машина». А в следующем номере – перевод статьи Хартрея «“Эниак” – электронная счетная машина». В них содержалась уже более подробное описание MARK I и ENIAC. Наконец, в 1949 году в журнале «Успехи математических наук» вышла большая статья М.Л. Быховского «Основы электронных математических машин дискретного счета». Этот обзор содержал, главным образом, описание инженерных принципов реализации отдельных узлов ЭВМ. Все детали были, конечно, не известны, но в принципе «что делается на Западе» нашим конструкторам должно было быть известно. Четыре статьи за неполные три года в одном из ведущих математических журналов Академии наук! Так что информации для размышления было предостаточно.

Но почему статьи появились в математическом журнале? Да к тому же в академическом. Почему не в журнале «Радиолюбитель», например. раз уж согласно легенде первая информация об ЭВМ попала в СССР через зарубежные радиолюбительские журналы.

Ответ простой. Эта машина нужна была в первую очередь математикам, чтобы освободить их от выполнения рутинных вычислений, чтобы заняться более творческой работой. Эта машина нужна была, чтобы ускорить вычисления. Эта задача появилась в академическом журнале, потому что вычислительные отделы и основные машинно-счетные станции были при институтах Академии наук.

Идея о возможности создания высокопроизводительной электронной вычислительной машины несомненно витала тогда в воздухе и активно обсуждалась специалистами, среди которых был член-корр. АН Исаак Семенович Брук, до войны занимавшийся проблемой создания вычислительных машин, в частности, сконструировал механический интегратор, который мог решать дифференциальные уравнения до шестого порядка. Несомненно, он обсуждал возможность создания ЭВМ с академиком А.И. Бергом, директором Всесоюзного научно-исследовательского института радиолокации. Берг рекомендовал Бруку своего сотрудника, который также интересовался перспективами создания ЭВМ. Так у Брука появился молодой инженер Б.И.Рамеев, с которым они в августе 1948 года подготовили проект «Автоматическая цифровая вычислительная машина», где была описаны основные принципы работы вычислительной машины. В октябре 1948 года Брук и Рамеев представили «Проектные соображения по организации лаборатории при Институте точной механики и вычислительной техники для разработки и строительства автоматической цифровой вычислительной машины». Брук ожидал, что именно он возглавит в ИТМ и ВТ новую лабораторию, но у директора нового института – академика Н.Г. Бруевича был свой человек на эту должность – М.Л.Быховский, опубликовавший в 1947–1948 году в журнале «Успехи математических наук» переводы статей из американских журналов о работах, ведущихся в этом направлении в США. Он работал в Институте машиноведения, в отделе точной механики, котором руководил Бруевич.

Брук решил продолжить работы по созданию ЭВМ в своем Энергетическом институте АН, где он работал директором лаборатории электротехники. В конце 1948 года он вместе с Рамеевым представил в Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство заявку на изобретение «Автоматическая цифровая вычислительная машина». Авторское свидетельство №10475 стало первым документом, свидетельствующим о начале работ над отечественными ЭВМ, а день его выдачи – 4 декабря теперь принято отмечать как День российской информатики.

В том же 1948 году академик М.А. Лаврентьев, вице-президент Академии наук УССР, увлек идеей создания электронной вычислительной машины директора Института электротехники Сергея Алексеевича Лебедева, специализировавшегося в области техники высоких напряжений и большое внимание уделявшего математическому моделированию линий электропередач. В институте была организована новая лаборатория, которая приступила к изучению проблемы создания ЭВМ.

Год 1949 каждая команда встречала по-разному. Для Брука он начался крайне неприятно – призвали в армию Рамеева, а все другие сотрудники лаборатории были заняты плановыми работами. Рамеев отлично разбирался в радиолокации, а таких специалистов в армии тогда было мало, что на фоне «холодной войны» было чревато для страны неприятностями.

Не менее драматично развивались события и в ИТМиВТ, который должен был стать лидером гонки. В постановлении Совета министров, кроме перечисления важнейших направлений деятельности института, предписывалось Министерству машиностроения и приборостроения выделить средства для строительства здания нового института. Отдельным пунктом постановления было поручение Министерству высшего образования разработать и представить согласованные с Академией наук (с ИТМ и ВТ) предложения по подготовке специалистов для новой техники. Однако, направление создания электронных вычислительных машин было признано руководством института бесперспективным из-за ненадежности электронных ламп, выпускаемых тогда отечественной промышленностью. Большие сомнения вызывала надежность комплекса из нескольких тысяч электронных ламп (средний срок службы ламп 500 часов и не гарантировалась индивидуальная надежность каждой) – любой сбой в тысячеламповой ЭВМ приведет к неправильному результату. Таким образом, многие специалисты, в частности, Бруевич, склонялись к мнению, что время для создания ЭВМ еще не пришло и следует подождать, когда промышленность выпустит более надежные электронные лампы с большим сроком службы. Однако не все в стране так считали. В середине года была создана комиссия Президиума АН СССР по проверке деятельности ИТМ и ВТ, которая обратила внимание на то, что ИТМ и ВТ не ведет и даже не планирует в ближайшее время вести работы в области проектирования и создания электронных цифровых вычислительных машин. Замечания комиссии были приняты к исполнению. Бруевич проводит через Бюро Отделения технических наук АН СССР решение об организации в институте отдела быстродействующих вычислительных машин и активизирует контакты с Министерством машиностроения и приборостроения. Был подготовлен даже проект постановления правительства о совместной разработке цифровой электронной вычислительной машины, однако в конце концов каждая из сторон решила делать машину самостоятельно.

Для СКБ-245 год 1949 прошел спокойно – были выделено финансирование на проведение работ, получены новые ставки, а руководство СКБ ориентировалось прежде всего на разработку новых видов аналитических и механических счетных машин.

Для Института электротехники Академии наук Украины 1949 был годом напряженной работы. Хотя в институте не было квалифицированных кадров, имеющих представление, как должна работать ЭВМ, но был С.А. Лебедев – гениальный ученый и конструктор. Он был убежден в реальности решения задачи, организовал семинар, вел работы по макетированию отдельных элементом машины. Но, так как не все инженерные решения были очевидны, было решено для начала реализовать макет электронной вычислительной машины. На этом макете должны были быть отлажены основные инженерные решения и разработан проект будущей электронной вычислительной машины. К концу года был разработана блок-схема макета, разработана общая компоновка макета, изготовлен каркас.

Год 1950 год для всех участников был очень богат на события. Бруку удалось извлечь Рамеева из армии, однако Министерство машиностроения и приборостроения сделало ему предложение, от которого было трудно отказаться – должность заведующего лабораторией СКБ-245, жилплощадь в Москве и заверения, что разработанный им проект ЭВМ будет быстро и без проблем реализован силами предприятий самого министерства. Рамеев начал разработку эскизного проекта ЭВМ «Стрела», который утвердил Технический совет СКБ-245. Руководителем работ был назначен Юрий Яковлевич Базилевский, имеющий большой производственный опыт, чего явно не хватало Рамееву, но что было абсолютно необходимо для успешной конкуренции с другими коллективами.

Кадровые изменения произошли и в ИТМ и ВТ – исполняющий обязанности директора института академик Бруевич не был утвержден в должности. Похоже, Бруевич полагал, что принятые им меры по организации отдела быстродействующих вычислительных машин, создание отдельной группы для проведения предварительных работ по быстродействующим цифровым математическим машинам достаточны для ответа на замечания, сделанные комиссией. Возможно так оно и было бы, если бы дело решалось на уровне АН, однако в середине марта директором был назначен М.А. Лаврентьев, причем решение было принято в отделе науки ЦК КПСС. М.А. Лавреньев согласился занять должность директора при условии перевода С.А.Лебедева из Киева в Москву и его назначения ответственным за создание ЭВМ. Лаврентьев в основном занимался решением кадровых вопросов и через два года, ещё до завершения работ по созданию БЭСМ (большая (быстродействующая) электронная счетная машина), он ушёл из ИТМ и ВТ и вся ответственность за разработку новой вычислительной техники легла на Лебедева, который был назначен директором института.

В Киеве в ИЭ, где С.А. Лебедев продолжал быть директором, полным ходом шла работа по созданию действующего макета ЭВМ. В первой половине года шла работа по разработке и отладке отдельных блоков макета, летом начался их монтаж на каркасе и установление межблочных соединений. В это же время в институте была создана группа, которая проводила тестирование отдельных блоков, проверяла инженерные решения, которые можно было использовать при создании БЭСМ. В ноябре состоялся первый пробный запуск макета, были реализованы операции сложения и вычитания, а в декабре – умножения и сравнения.

И.С. Брук, оставшись без ключевого сотрудника, оказался уже не в затруднительном, а в катастрофическом положении – практически его проект не имел будущего. Не имея возможности привлечь к работе других сотрудников института, он принимает решение построить машину руками студентов и обращается в Московский энергетический институт с просьбой прислать ему на работу студентов и выпускников радиотехнического факультета. В марте 1950 года отдел кадров МЭИ направил к нему в лабораторию «сына врага народа» Николая Яковлевича Матюхина, получившего диплом с отличием и участвовавшего в научных исследованиях еще на студенческой скамье, но не прошедшего кадровую комиссию при поступлении в аспирантуру. Идея ЭВМ захватила его и, быстро разобравшись в структуре и архитектуре ЭВМ, Матюхин занялся детальной разработкой арифметико-логического устройства, а также узлом управления памятью на магнитном барабане. Через полтора месяца после приема Матюхина Брук, уверовав в талант нового сотрудника, оформляет постановление Президиума АН СССР о разработке цифровой электронной вычислительной машины, получившей впоследствии название М-1. В сентябре МЭИ направил к Бруку на дипломное проектирование студентку Тамару Миновну Александриди, которая занялась созданием памяти на электронно-лучевых трубках. Осенью в лаборатории появился еще один студент – Михаил Александрович Карцев, которого Брук привлек к разработке устройства управления ЭВМ М-1. Кроме этого к работе над проектом были привлечены Лев Михайлович Журкин (разработка запоминающего устройства на магнитном барабане), Юрий Васильевич Рогачев (электромонтаж, наладка), Рене Павлович Шидловский (электромонтаж, наладка).

Год 1951 – финишная лента уже видна, но не для всех. ИТМиВТ и СКБ-245 сильно отстали из-за организационных проблем, поэтому поставили себе цель сразу же разработать ЭВМ, которую можно запустить в серию.

«Запустить в серию» означало, что они должны были использовать существующую элементную базу или предложить свои решения с использованием новых элементов, производство которых можно было наладить в реально существующих на производстве технологических условиях. Машины БЭСМ и Стрела будут готовы пройти тестовые испытания только в начале 1953 года.

В ИЭ работа по созданию макета сильно ускорилась – создание действующего макета имело очень важное значение для отработки технических решений, которые предполагалось использовать при создании БЭСМ. В январе комиссии был представлен действующий макет с системой команд в минимальном объеме, без операция деления. Было принято решение переделать макет в вычислительную машину. Это позволило бы более полно проверить на МЭСМ (ЭВМ было дано название – малая электронная счетная машина), как ведет себя электроника в режиме реальной эксплуатации. То есть, МЭСМ должна была стать моделью БЭСМ. Увеличивается объем памяти, подключаются устройства ввода/вывода. В октябре реализуется операция деления. В ноябре начинается комплексная отладка машины, а в декабре начинается тестирование и комиссия принимает МЭСМ в эксплуатацию. Емкость запоминающего устройства – 31 ячейка для чисел и 63 для команд при отсутствии магнитного барабана, на котором можно было хранить команды и промежуточные результаты счета. Это ограничивает круг задач, которые можно решать на МЭСМ. Второй недостаток – малая разрядность чисел, не более 4 значащих десятичных цифр. В январе-марте 1952 года машина работает в тестовом режиме, а в апреле подключается магнитный барабан. В мае выполняется первый практический расчет устойчивости систем сверхмощных электропередач Куйбышев–Москва. В сентябре разрядность чисел увеличивается с 16 до 20 для повышения точности расчетов. С октября 1952 года МЭСМ работает в режиме эксплуатации.

Не имея значительных средств на финансирование работ, которые были у конкурентов, Брук провел инспекцию складов, на которых находились трофейное имущество – даже на шестой год по окончании войны на них было множество невостребованных деталей, часто непонятного назначения. В частности, был обнаружен миниатюрный выпрямитель и М-1 стала первой в мире ЭВМ, в которой все логические схемы были сделаны на полупроводниках. Это позволило сильно уменьшить площадь, требуемую для размещения машины, а также потребляемую мощность. В апреле 1952 года комиссия, в которую входил Лаврентьев, инспектировала ход работ по созданию М-1 и одобрила результаты. В конце августа началась комплексная отладка машины – выполнение арифметических и логически операций в автоматическом режиме. Были подключены внешние устройства – телетайп и магнитный барабан. Параллельно отрабатывалась система команд и технология программирования. К этой работе был привлечен молодой математик, выпускник мехмата МГУ Юлий Анатольевич Шрейдер, который обратил внимание на то, что во многих случаях результат выполнения операции является одним из операндов для следующей операции. Это позволило вместо трехадресной системы команд, которая в то время казалась естественной, использовать двухадресную, что представило возможность существенно расширить адресацию памяти в командах, эффективно программировать расчеты на матрицах. В октябре М-1 работала уже в режиме опытной эксплуатации по задачам Мосэнерго.

Технические характеристики первых ЭВМ

МЭСМ: система команд трехадресная, количество разрядов в слове – 17, емкость оперативного запоминающего устройства – 31 ячейка для чисел и 63 для команд, емкость долговременного запоминающего устройства – 31 ячейка для чисел и 63 для команд (позднее был подключен магнитный барабан), быстродействие – 50 операций в секунду над 17 разрядными словами. Ввод исходных данных осуществлялся с перфокарт или путем набора кодов на штекерном коммутаторе. Вывод результатов – путем фотографирования или посредством электромеханического печатающего устройства. Площадь помещения – 60 кв.м, потребляемая мощность – 25 кВт.

М1: система команд двухадресная, количество разрядов в слове – 25, память – 256 слов на электростатических трубках («быстрая» память) и 256 слов на магнитном барабане («медленная» память), быстродействие при работе с «медленной памятью» 20 операций в секунду над 25-разрядными словами, при работе с «быстрой памятью» – 20 тыс. операций в секунду для сложения и 500 операций в секунду для умножения. Ввод информации и программ с перфоленты. Вывод результатов – на широкоформатном телетайпе. Занимаемая площадь – 4 кв.м., потребляемая мощность – 8 Квт.

Список литературы

1. Ю.В. Рогачёв. Начало информатики и создание первых ЭВМ в СССР. В сб. История отечественной электронной вычислительной техники. Стр. 12-21. ЗАО «Издательский дом «Столичная энциклопедия», 2014, Москва.
2. Малиновский Б.Н. История вычислительной техники в лицах. 383 стр. Фирма «КИТ», ПТОО «А.С.К.», 1995, Киев.

Об авторе: Институт истории естествознания и техники РАН
Москва, Россия
sergei.prokhorov@gmail.com
Материалы международной конференции Sorucom 2014 (13-17 октября 2014)
Помещена в музей с разрешения авторов 15 августа 2015