Дашевский Л. Н., Шкабара Е. А., «Как это начиналось»
25 декабря исполнилось 65 лет со дня сдачи в эксплуатацию Малой Электронно-Счетной Машины (МЭСМ) – первой ЭВМ в СССР и в континентальной Европе. Созданию этой машины и её конструктору Сергею Алексеевичу Лебедеву посвящён наш рассказ.
В начале 1948 г. нашему не слишком большому коллективу Сергей Алексеевич сообщил, как всегда очень спокойно и по деловому, что в самые короткие сроки мы должны создать и сдать в эксплуатацию электронную вычислительную машину — ЭВМ и что это будет главной работой нашей лаборатории на ближайшие 2—3 года.
В 1946 году на абердинском баллистическом полигоне в США ввели в действие первую в мире электронную вычислительную машину общего назначения – ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer – Электронный численный интегратор и вычислитель). В ходе работы над нею были сформулированы основные принципы архитектуры вычислительных машин – так называемая архитектура фон Неймана, – и появился замысел создания следующей ЭВМ – EDVAC.
В то время в Советском Союзе имелись лишь самые общие сведения о том, что универсальная электронно-счётная машина, как тогда назывались ЭВМ, уже построена в США. Однако принципы её действия и техническая реализация были засекречены и никакой архитектуры фон Неймана для нас тогда попросту не существовало.
Как позже напишет инициатор создания и главный конструктор будущей ЭВМ Сергей Алексеевич Лебедев: «В вопросе постройки счётных машин мы должны догонять заграницу и должны это сделать быстро. По данным заграничной литературы, проектирование и постройка машины ведётся 5–10 лет, мы хотим осуществить постройку машины за 2 года». Поэтому он стремился как можно скорее создать действующий макет ЭВМ, на котором можно было бы исследовать основные принципы построения таких машин, проверить методику решения отдельных задач и накопить эксплуатационный опыт.
Работу Лебедев начал с организации регулярного научного семинара. Помимо своих непосредственных помощников, Сергей Алексеевич привлёк к его работе многих видных учёных. В частности, семинар посещали академики М. А. Лаврентьев, Б. В. Гнеденко, А. Ю. Ишлинский и др. Начав с анализа существовавших в то время неэлектронных счётных машин, участники семинара рассмотрели всё, что было известно к тому моменту об электронно-счётных машинах и об отдельных узлах таких машин, в частности, об устройствах магнитной записи. Физики и математики информировали семинар о характере задач, которые должны были решаться на ЭВМ. Так вырабатывались структурная схема и технические параметры будущей машины. В результате этих обсуждений Лебедевым были сформулированы принципы построения ЭВМ с хранимой в памяти программой, независимо от Джона фон Неймана (октябрь-декабрь 1948 г.).
Дом для МЭСМ
Хотя будущая машина и считалась «макетом», она представляла собой сложнейшее техническое устройство – настоящий суперкомпьютер своего времени, – конструкция которого состояла из тысяч электронных ламп, десятков тысяч резисторов и диодов.
Лаборатории требовалось помещение. Найти его было нелегко в полуразрушенном Киеве 1948 года, когда даже Крещатик и большинство прилегающих к нему улиц лежали в развалинах.
Послевоенные руины Крещатика
Помещение нашлось на окраине города, в Феофании, в здании бывшего филиала Киевской психиатрической больницы. Гитлеровцы, вступив в Феофанию, расстреляли больных и устроили там свой госпиталь. Во время освобождения Киева здание получило большие повреждения и в таком виде было передано Институту электротехники. Много усилий было приложено институтом и Президиумом АН УССР, в частности М. А. Лаврентьевым, чтобы привести это помещение в пригодное для работы состояние. «Конечно, ни о каком водопроводе, канализации, паровом отоплении и прочих «излишествах» не могло быть и речи. Комнаты отапливались печами, и так как в штате лаборатории не было истопника, а первое время даже и уборщицы, то уборку производили мы сами, так же как поначалу топили дровами печи».
Здание, в котором размещалась лаборатория
С. А. Лебедева. Красным выделены окна машинного зала
Тем временем лаборатория пополнялась новыми сотрудниками. К концу 1948 года её штат увеличился до 20 человек, и появилась возможность разделить сотрудников на группы по 3—4 человека в каждой. Почти всё пополнение было совсем молодым (19—23 года), многие приходили прямо с институтской скамьи. Условия работы были непростыми. Работа за городом требовала много времени на дорогу, часто сотрудники задерживались по вечерам. И несмотря на это, ни один сотрудник за все годы создания МЭСМ не ушёл из лаборатории в Феофании.
«Однажды к Сергею Алексеевичу пришла женщина с девочкой лет 14—15 и попросила принять её дочь на работу в мастерскую. Посмотрев на девочку, Сергей Алексеевич сказал, что по возрасту он не может ее оформить на работу. Женщина, помолчав, тихо и сдержанно сказала: «Вiзьмiть, будь ласка, батько iї був головою Xотiвської сiльради... його нiмцi повiсили".
Сергей Алексеевич, слегка вздрогнув, посмотрел на девочку и произнёс: «Хорошо, пусть приходит». Так Нина Михайленко стала ученицей монтажника, а затем отличной монтажницей, ее руками смонтирован не один лок МЭСМ.
Первые шаги
Как вспоминали участники событий: «Вопросы упрощения схем занимали иногда более 70—80% от общего времени разработки. Разработать сложную схему было значительно более простым делом, чем её упростить». В целях увеличения надёжности можно было пойти на усложнение программы, если это позволит упростить схему. Лебедев даже ввёл специальный «коэффициент упрощения», который учитывался при начислении премии.
В те годы основными логическими элементами были ламповый вентиль и триггер, отказывавшие через каждые 100–1000 часов работы. Машина содержала тысячи таких элементов. Естественно, что всякое уменьшение количества элементов увеличивало надёжность машины.
«Ведь более чем шесть тысяч этих ламп должны были работать в нашей машине в строго заданных режимах. У ламп одного типа, работающих в симметричных триггерных схемах, должны были быть идентичные параметры и характеристики, это было необходимым условием правильной работы ЭВМ. В то же время даже в одной и той же лампе — основной лампе триггеров МЭСМ — двойном триоде 6Н8 две её половинки сплошь и рядом имели разные характеристики. Поэтому все лампы предварительно проверялись на идентичность характеристик. Нужно было проверить несколько тысяч ламп, чтобы подобрать годные».
Отладка первого образца ЭВМ велась на фоне непрерывных сбоев и отказов. «Наши старые знакомые — «строптивые» триггеры снова отравляли нам существование... Ведь в ячейке их было 21 штука, и стоило одному выкинуть какой-нибудь «фокус»: перевернуться не вовремя или, наоборот, не сработать по приказу посланного импульса, как вся ячейка начинала работать неправильно, что на языке наладчиков, называется «барахлить». Часто вдруг по совершенно неизвестным причинам в ячейке появлялись лишние единички, изменяя тем самым число, находящееся в ней. Особенно часто они «рождались» в тёплые летние ночи, когда машина работала в предельном температурном режиме. Днем летом вообще нельзя было работать.
И вот, наконец, наша МЭСМ начала делать первые робкие шаги. Подумать только, на вопрос, заданный ей с пульта: «Сколько будет 2 X 2?», она к бурной радости всех нас почти всегда отвечала: «4»».
После этого перешли к примерам посерьёзнее. Первая пробная задача была из области баллистики – бросание тела под углом к горизонту, без учёта сопротивления воздуха. Траекторию разделили на 32 отрезка, на каждом из которых рассчитывались координаты объекта. Математики выполнили контрольный расчёт в двоичной системе, что позволяло проверять результаты работы машины.
Вначале всё шло хорошо, но на восьмом отрезке обнаружилось совершенно незначительное расхождение. Многократные повторения расчёта ничего не изменили: машина давала один и тот же результат, отличавшийся от ручного счета на одну единицу младшего разряда.
«Все немедленно «повесили носы». Расхождений не могло быть. Один Сергей Алексеевич, который никогда не верил «в чудеса», сказал: «Я сам проверю ручной счёт до 9-й точки». И проверил (при расчёте в двоичной системе это была очень кропотливая и трудоёмкая работа, но он её никому не передоверил). Он оставил нас в сотый раз проверять расчёты машины, менять режимы, а сам удалился в другую комнату и аккуратнейшим образом в клетчатой ученической тетради выполнил необходимые вычисления. Расчёты продолжались целый день, а на другой он появился улыбающийся (что весьма редко бывало), очки были сдвинуты на лоб (что свидетельствовало об удаче) и сказал – «Не мучайте машину – она права. Не правы люди!»
Сергей Алексеевич Лебедев
Описанный эпизод имел большое воспитательное значение и впоследствии вспоминался на протяжении многих лет. Как только математики начинали обвинять машину во всех «смертных грехах», инженеры им говорили: «Вспомните баллистическую траекторию!»
О войне и больших проектах
Не секрет, что война нередко подстёгивает развитие техники. Так случилось и с ENIAC, который военное ведомство США предполагало использовать для баллистических расчётов. Не успев ко Второй мировой, он был затем использован во время «холодной войны», при разработке термоядерного оружия.
В СССР первая ЭВМ была создана под эгидой Академии наук. Однако и в её появлении война сыграла свою роль. В стране шло интенсивное восстановление разрушенного войной хозяйства, начиналось строительство каскада больших гидроэлектростанций на Волге. Возникла необходимость передачи больших мощностей на значительные расстояния. В этих условиях вопросы повышения устойчивости параллельной работы электрических систем приобретали важнейшее народнохозяйственное значение. Решение этих вопросов требовало выполнения громоздких расчётов.
Лебедев понимал это, пожалуй, как никто другой. Ещё во время учёбы в Московском высшем техническом училище (ныне – университете) им. Н. Э. Баумана он работал под руководством выдающихся русских ученых-электротехников, профессоров Круга, Сиротинского и Глазунова. Все они трудились над разработкой плана электрификации СССР (план ГОЭЛРО).
Впоследствии, для расчёта тысячекилометровой и на тот момент сверхмощной (9600 МВт) линии электропередачи Куйбышевский гидроузел — Москва коллектив под руководством Лебедева создал макет из мощных индуктивностей и ёмкостей, реализующий математическую модель линии. По существу было создано специализированное вычислительное устройство, позволившее провести все необходимые расчёты.
Во время войны, работая в Свердловске, Сергей Алексеевич спроектировал систему стабилизации танкового орудия при прицеливании. Система позволяла наводить и стрелять из орудия без остановки машины. Эта разработка сделала танк менее уязвимым и спасла жизнь многих танкистов. В ходе этой работы Лебедев создал первую в стране электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений.
В Киев Лебедев был приглашён в 1946 г. на должность директора Института энергетики АН Украины, который затем переименовали в Институт электротехники. Поэтому неудивительно, что среди первых практических задач, вставших перед МЭСМ, были расчёты устойчивости параллельной работы агрегатов Куйбышевской гидроэлектростанции.
«Узнав, что в Феофании есть работающая ЭВМ, потянулась к нам вереница паломников – киевские, московские математики со своими задачами, которые практически не могли быть решены без помощи ЭВМ, и МЭСМ начала круглосуточно решать очень важные в то время задачи». Всё это время машина совершенствовалась: была увеличена разрядность, добавлены устройства ввода и вывода информации, а также память на магнитном барабане.
Группа сотрудников лаборатории за пультом МЭСМ, 1951 год. Слева направо: Л. Н. Дашевский, З. С. Зорина-Рапота, Л. А. Абалышникова, Т. Н. Пецух, Е. Е. Дедешко
Проектирование, монтаж и отладка МЭСМ были выполнены в течение трёх лет. При этом в разработке участвовали 12 человек (включая самого Лебедева) и 15 технических сотрудников, тогда как на разработку ENIAC ушло пять лет и было задействовано 13 разработчиков и более 200 техников.
МЭСМ, БЭСМ и другие
МЭСМ ещё не была принята в эксплуатацию (что не мешало выполнять на ней расчёты), когда в середине 1951 года Лебедев был приглашён на работу в Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР в Москве, где под его руководством началась разработка быстродействующей электронно-счётной машины (БЭСМ). Впоследствии для участия в комплексной отладке БЭСМ в 1953 году Сергей Алексеевич направил в Москву на 2—3 месяца небольшую группу сотрудников из Феофании, поскольку в то время только коллектив, работавший над МЭСМ, имел соответствующий опыт.
С 1953—1955 гг. в Советском Союзе начали работать мощные универсальные вычислительные машины, такие, как созданная под руководством С. А. Лебедева БЭСМ, которая была в то время одной из лучших в мире. В 1956 году, открывая Первую Всесоюзную конференцию по вычислительной технике и характеризуя уровень развития вычислительной техники в СССР, Сергей Алексеевич даже не упомянул МЭСМ. Для него это была лишь модель ЭВМ, создавая которую, он накопил опыт для последующих работ.
Созданный в 1957 году на базе лаборатории № 1 Вычислительный центр АН Украины, был в 1961 году преобразован в Институт кибернетики, который сегодня носит имя его создателя – В. М. Глушкова, продолжившего дело, начатое С. А. Лебедевым.
Под руководством С. А. Лебедева были созданы и переданы для серийного выпуска 15 типов высокопроизводительных ЭВМ, каждая из которых являлась на тот момент новым словом в вычислительной технике.
Мемориальная доска С. А. Лебедева на здании бывшего Института электротехники в Киеве (современный адрес: ул. О. Гончара, 55-б)
Полезные ссылки
Дмитрий Храмов
