С а лебедев эвм реферат по информатике
Обновлено: 02.07.2024
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Сергей Алексеевич Лебедев - создатель первого в континентальной Европе компьютера
"Уметь дать направление - признак гениальности."
Академик Сергей Алексеевич Лебедев, под руководством которого в Украине была создана первый на континенте Европы компьютер - Малая электронная счетно-решающая машина (МЭСМ), словно бы прожил две жизни. Первая совпала с детством, учебой и двадцатью годами научной деятельности в области энергетики, вторая была целиком отдана компьютеростроению - созданию ЭВМ (электронных вычислительных машин) и организации их серийного выпуска. Между ними вклинился судьбоносный водораздел - пять лет, проведенных в Киеве. Именно здесь совершился переход от первой жизни ко второй. Он был достаточно резким, но и вполне объяснимым. Исследования в энергетике, чем вначале занимался С.А.Лебедев, требовали большого количества вычислений и поэтому его интересы стали перемещаться в сторону автоматизации вычислений. В Киев Лебедев был приглашен в 1946 г. на должность директора Института электротехники (вначале энергетики) АН Украины. В том же году его избирают действительным членом Академии.
За первые два года жизни в Киеве он как бы подвел итог своей деятельности в области энергетики, завершив ее работой (совместно с Л.В.Цукерником) по созданию устройств компаундирования генераторов электростанций, отмеченной Государственной премией СССР, а в последующие три сделал основополагающий вклад в отечественную цифровую вычислительную технику - независимо и параллельно с западными учеными разработал принципы построения ЭВМ с хранимой в памяти программой и реализовал их с коллективом своей лаборатории в Малой электронной счетной машине.
Среди ученых мира, современников Лебедева, нет человека, который подобно ему обладал бы столь мощным творческим потенциалом, чтобы охватить своей научной деятельностью период от создания первых ламповых ЭВМ, выполняющих лишь сотни и тысячи операций в секунду, до сверхбыстродействующих супер-ЭВМ на полупроводниковых, а затем на интегральных схемах с производительностью до миллионов операций в секунду. Научная школа Лебедева, ставшая ведущей в бывшем СССР, по своим результатам успешно соперничала с известной американской фирмой IBM. Под его руководством были созданы и переданы для серийного выпуска 15 типов высокопроизводительных, наиболее сложных ЭВМ, каждая - новое слово в вычислительной технике, более производительная, более надежная и удобная в эксплуатации.
С.А.Лебедев сочетал в себе два замечательных качества, отличавших его от всех - выдающиеся способности и исключительную скромность. Такое впечатление создавалось у всех, хорошо знавших его людей.
Одним из первых, увидевших заработавшую МЭСМ, был президент НАН Украины академик Борис Евгеньевич Патон, тогда кандидат технических наук, занимавшийся новыми технологиями сварки и устойчивостью сварочных процессов. Он сразу оценил значение первенца Лебедева - МЭСМ - в развитии научных исследований, повсеместно требующих сложных и объемных вычислений. Став президентом НАН Украины, он не терял связи с ученым, переехавшим в Москву. Когда С.А.Лебедева не стало, Б.Е.Патон многое сделал, чтобы увековечить память ученого - Институту точной механики и вычислительной техники АН СССР (ИТМ и ВТ АН СССР),
Человеческое общество по мере своего развития овладевало не только веществом и энергией, но и информацией. С появлением и массовым распространение компьютеров человек получил мощное средство для эффективного использования информационных ресурсов, для усиления своей интеллектуальной деятельности. С этого момента (середина XX века) начался переход от индустриального общества к обществу информационному, в котором главным ресурсом становится информация.
Возможность использования членами общества полной, своевременной и достоверной информации в значительной мере зависит от степени развития и освоения новых информационных технологий, основой которых являются компьютеры. Рассмотрим основные вехи в истории их развития.
Начало эпохи ЭВМ
Первая ЭВМ * ENIAC была создана в конце 1945 г. в США.
Основные идеи, по которым долгие годы развивалась вычислительная техника, были сформулированы в 1946 г. американским математиком Джоном фон Нейманом. Они получили название архитектуры фон Неймана.
В 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой фон Неймана – английская машина EDSAC. Годом позже появилась американская ЭВМ EDVAC.
В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ — малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев.
Серийное производство ЭВМ началось в 50-х годах XX века.
Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения, связанные со ____________________________
ЭВМ * (электронная вычислительная машина) Компьютер – это электронная вычислительная машина. Поэтому, можно сделать вывод, что компьютер – это ЭВМ.
сменой элементной базы. Кроме того, машины разных поколений различаются логической архитектурой и программным обеспечением, быстродействием, оперативной памятью, способом ввода и вывода информации и т.д.
Первое поколение
Первое поколение ЭВМ — ламповые машины 50-х годов. Скорость счета самых
быстрых машин первого поколения доходила до 20 тысяч операций в секунду. Для ввода программ и данных использовались перфоленты и перфокарты. Поскольку внутренняя память этих машин была невелика (могла вместить в себя несколько тысяч чисел и команд программы), то они, главным образом, использовались для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. Это были довольно громоздкие сооружения, содержавшие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт. Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд, поэтому программирование в те времена было доступно немногим.
Второе поколение
В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч операций в секунду. Объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.
Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные,
поисковые системы (это связано с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации). Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них были ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.
Третье поколение
Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе — интегральных схемах: на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см2 монтировались сложные электронные схемы. Их назвали интегральными схемами (ИС). Первые ИС содержали в себе десятки, затем — сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилась к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами — БИС; затем появились сверхбольшие интегральные схемы — СБИС. ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ). Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры ЭВМ. Появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств — магнитные диски. Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители. В этот период существенно расширились области применения ЭВМ. Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ). В 70-е годы получила мощное развитие линия малых (мини) ЭВМ.
Четвертое поколение
Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессор — это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера — процессора. Первоначально микропроцессоры стали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро ЭВМ. Микро ЭВМ относятся к машинам четвертого поколения. Существенным отличием микро ЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.
Другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения, это — суперкомпьютер. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Суперкомпьютер – это многопроцессорный вычислительный комплекс.
Заключение
Машины пятого поколения — это реализованный искусственный интеллект.
Академик Сергей Алексеевич Лебедев
С. А. Лебедев родился 2 ноября 1902 года в Нижнем Новгороде. В 1921 году Лебедев поступил учиться в МВТУ на электротехнический факультет, который закончил в 1928 году, став инженером-электриком. Результаты его дальнейших работ были использованы при эксплуатации отечественных электростанций и высоковольтных линий передач. В 1939 году Лебедев защитил докторскую диссертацию по теории искусственной устойчивости энергосистем.
В 1945 году Лебедев избирается действительным членом АН УССР и становится директором Института Электротехники АН УССР. В конце 1947 года в этом институте стал создаваться макет цифровой электронной счетной машины (МЭСМ), пробный пуск которого состоялся 6 ноября 1950 года. Во время демонстрации машина вычисляла факториалы натуральных чисел и решала уравнение параболы.
Electronic Numerical Integrator (ENIAC)
Первым реально работающим компьютером все же считается ENIAC. Его разрабатывала группа ученых-кибернетиков для военных нужд и использования при обсчете артиллерийских и авиационных баллистических таблиц. ENIAC был создан для решения важной и серьезной по тем временам задачи – увеличения мощности и производительности "вычислительного армейского ресурса", которого катастрофически не хватало, так как он состоял преимущественно из людей. Несколькими годами позже, разработанный учеными-кибернетиками, ENIAC, применялся при проектировании водородной бомбы и для исследований излучений из космоса.
Кто изобрел первый персональный компьютер?
Все вышеописанное является предысторией современного персонального компьютера, создание которого никто специально не планировал. Он появился в 1976 году в мастерский гараж, в которой трудились предприимчивые двадцатилетние американцы без специального образования. Их звали Стив Джобс и Стефан Возняк. Этими ребятами был создан первый маленький "Apple" ("Яблоко"), используемый для видеоигр, но уже обладающий возможностями программирования. Позже Джобс создал компанию "Apple computer", запустившей массовое производство персональных компьютеров и прославившей имя ее создателя.
Любому значительному научному открытию предшествуют годы неустанного поиска и труда. По окончании МВТУ им. Баумана в 1928 году, Сергей Алексеевич посвятил себя работе в области электротехники. Результаты его работ были использованы при вводе в эксплуатацию первых отечественных электростанций и высоковольтных линий передач. Уже в 1939 году С.А. Лебедев, минуя кандидатскую, защитил докторскую диссертацию по теории искусственной устойчивости энергосистем.
После нападения Германии на Советский Союз будущий академик записался добровольцем в ополчение, но из-за стратегической важности выполняемых работ, на фронт его не отпустили. Лебедев продолжил исследования и во время войны разработал самонаводящуюся на излучающие или отражающие излучение цели торпеду, а также систему автоматического самонаведения на цель авиационной торпеды и систему стабилизации танкового орудия при прицеливании.
Создание таких систем требовало проведения колоссального объема вычислений. Именно это обстоятельство привело ученого к пониманию необходимости автоматизации вычислительных процессов. В 1945 году С. А. Лебедев создает первую аналоговую вычислительную машину для решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Сергей Алексеевич обладал по-настоящему большой смелостью и верил в свои силы. В 45 лет, будучи уже известным ученым, он занялся совершенно новым направлением созданием вычислительной техники
Рис. Папка с материалами о первой отечественной ЭВМ
Рис. Структурная схема разработки БЭСМ
Параллельно с завершающим этапом работ над МЭСМ в 1950 году была начата разработка первой Большой (впоследствии переименованной в Быстродействующую) Электронно-счетной машины. Разработка БЭСМ велась уже в Москве, в лаборатории ИТМиВТ, которую возглавил С.А. Лебедев. И здесь проявился его научный талант как конструктора-практика.
В те годы не было собственной элементной базы, необходимых конструкций под вычислительные блоки, охладительных систем. Приходилось самим изготавливать шасси и стенды, сверлить и клепать, монтировать и отлаживать различные варианты триггеров, счетчиков сумматоров, проверять их на надежность в работе.
Сергей Алексеевич всегда был в центре этих работ, часто с паяльником в руках перепаивал схемы, внося в них необходимые изменения, исправлял найденные неполадки. Он безошибочно находил вышедшие из строя радиолампы и детали. После насыщенного, трудового дня С. А. Лебедев до 3-4 часов ночи просиживал за пультом или осциллографом, отлаживая машину.
У С. А. Лебедева талант ученого-исследователя совмещался с замечательными способностями организатора и вдохновителя работ. Он умел подобрать сильную команду, увлечь ее работой и сконцентрировать все усилия для решения общей задачи. В 50-е годы, когда у измученной войной страны не хватало научных кадров, Лебедев сделал ставку на молодежь - и не ошибся. Он собрал вокруг себя талантливых студентов – дипломников и выпускников МГТУ, МИФИ, МФТИ. Для учеников С.А. Лебедева разработка БЭСМ стала стартом научной деятельности, впоследствии многие из них стали известными учеными, академиками.
В музее ИТМиВТ сохранилась половинка тетрадного листа из рукописи Сергея Алексеевича - на ней подробно изложена структурная схема и календарный план разработки БЭСМ. Удивительно, что вся машина, в реальности занимавшая 100 кв. м, уместилась на небольшом листке бумаги. Но для этого потребовалось огромное напряжение интеллектуальных и физических сил - обоснование и теоретические выкладки по БЭСМ заняли у Лебедева десятки толстых тетрадей.
Знаменательный факт истории - представленный С. А. Лебедевым в октябре 1955 года в Дармштадте (ФРГ) на Международной конференции по электронным счетным машинам доклад о наших достижениях произвел сенсацию - БЭСМ была признана самой быстродействующей машиной в Европе. Ее быстродействие оказалось рекордным - 8 000 оп/с.
После триумфальной победы БЭСМ, под руководством Лебедева сразу начались работы над следующей версией ЭВМ, с улучшенными характеристиками: повышенным быстродействием, большей памятью, увеличенным временем устойчивой работы. Так появились следующие версии семейства БЭСМ - БЭСМ-2, БЭСМ-3М, БЭСМ-4. Эти машины уже выпускались серийно на Заводе Счетно-аналитических машин ЗСАММ, сначала по несколько десятков экземпляров – затем сотнями.
Разработка БЭСМ-6 - это яркий пример свойственного школе С.А. Лебедева творческого подхода к созданию ЭВМ, учитывающего все возможности технической базы, математического моделирования структурных решений, а также производства для достижения наилучших характеристик машины. Не стоит забывать, что производство вычислительных машин БЭСМ создало реальные условия для появления нескольких отечественных школ по разработке программного обеспечения для этих оригинальных по своей архитектуре ЭВМ.
Велика роль ученого и в области разработки математического обеспечения ЭВМ. Сергей Алексеевич Лебедев одним из первых понял значение системного программирования и важность сотрудничества программистов-математиков и инженеров по созданию вычислительных систем, включающих как неотъемлемую часть программное обеспечение. По его инициативе в ИТМиВТ была организована лаборатория математического обеспечения, выполнявшая разработку системного ПО для всех систем, создававшихся в институте.
Творческой энергии Сергея Алексеевича хватало на ведение как научных проектов, так и специализированных, предназначенных для оборонных целей. Для укрепления стратегического паритета государства в ИТМиВТ была разработана линейка ЭВМ М-20, М-40, 5Э92, на базе которых построили первую систему Противоракетной обороны ПРО Москвы.
В марте 1961 года прошли успешные государственные испытания первого противоракетного комплекса - неоднократно удавалось сбить реальную баллистическую боеголовку объемом 0,5 куб.м практически прямым попаданием. По словам очевидцев, во время первых испытаний произошла заминка, ставшая, наверное, одним из самых драматических моментов в жизни С.А. Лебедева и участвовавших в испытаниях сотрудников. Цель была запущена, ее вели все локаторы. Программист нажимает кнопку, отметка цели на экране. Следом пуск противоракеты, ее полет должен был продлиться 3 минуты, и тут происходит сбой в ЭВМ.
Ни один из типов машин С.А. Лебедева не являлся копией какой-либо иностранной ЭВМ, все создавалось на собственной научной базе, с применением оригинальных подходов к решению теоретических и прикладных задач. И в этом проявление высоких интеллектуальных способностей действительно выдающегося русского ученого и его научный подвиг.
Скромный человек и сильный руководитель
Соратники академика вспоминают еще один эпизод, который замечательно характеризует принципиальность С.А. Лебедева в отношении оценки достоинств и недостатков своей работы и научных изобретений. Государственная комиссия принимала машину БЭСМ-6 в комплексе с ее программным обеспечением, что явилось новым прецедентом приемки вычислительной техники. Операционная система Д-68 к моменту предъявления комиссии не полностью отвечала техническому заданию на ее разработку.
Отвечавший за комплекс в целом, главный конструктор С.А. Лебедев настоял на том, чтобы сами разработчики Д-68 перечислили все имеющиеся недоработки в операционной системе, хотя о многих из них вполне можно было бы умолчать. В результате честность и объективность ученого покорила Государственную комиссию, которая приняла комплекс в целом, предложив устранить отмеченные разработчиками недостатки, что и было сделано в назначенный срок.
Сергей Алексеевич Лебедев умел создавать в институте атмосферу большой и дружной семьи. Многие коллеги часто бывали у него дома на семейных праздниках, а на работу шли с таким настроением, как приходят в родной дом. Вместе со всеми сотрудниками Сергей Алексеевич участвовал в благоустройстве территории нового здания ИТМиВТ на Калужском шоссе (теперь Ленинский проспект), высаживал деревья и декоративные кусты, которые цветут по весне и сейчас.
Большое внимание Сергей Алексеевич уделял развитию самостоятельности у своих учеников и сотрудников. Если предложенное учеником решение было не хуже его наработок, то часто за основу принималось предложение сотрудника.
Несмотря на доброту и мягкость в отношении коллег, современники отмечали его решительность и даже категоричность, если дело касалось принципиальных вопросов. Как-то Лебедева вызвали в ЦК, где ему было предложено вместо разработки собственных машин начать копирование иностранных ЭВМ. Лебедев твердо отказался. К сожалению, его позиция не остановила министров тех лет.
Еще одной характерной чертой С.А. Лебедева было то, что он никогда не требовал к себе особых привилегий, полагающихся ему по академическому статусу, никогда не отделял себя от научного коллектива. Во время тяжелых испытаний на полигоне Сары-Шаган, в условиях проживания, далеких от комфорта, он жил там же, где и его сотрудники, питался в той же столовой.
Дело жизни академика С.А. Лебедева живет
Первая БЭСМ стала основой серии из 6 поколений машин, внесших огромный вклад в развитие отечественной науки и техники: в освоении космоса, в атомной промышленности, в создании противоракетной обороны. Вне всякого сомнения, без Лебедевской вычислительной техники в этих отраслях сложно было бы достичь таких результатов. Этот вклад был настолько существенен, что его высоко ценили сами конструктора, в чьих интересах создавались ЭВМ.
Сергею Алексеевичу Лебедеву удалось сформировать отечественную школу исследований и разработок, которая многие годы по ряду направлений удерживала лидирующие позиции в мире. Только с середины 70-х годов XX века началось постепенное отставание от западных разработчиков. Во многом это было связано с копированием серии IBM, а также с наметившимся разрывом в области элементной базы.
Дело жизни академика Лебедева продолжает жить в его родном Институте. После 40 лет успешной работы ИТМиВТ в тяжелые 90-е годы, как и многие другие государственные институты, пережил сложные времена. Возрождение началось в 2005 году со сменой руководства и перестройкой работы Института, будущее которого теперь видится в становлении ИТМиВТ как ведущего R&D-центра международного формата.
Сегодня научный коллектив успешно занимается разработкой встраиваемых систем для ответственных применений, интеллектуальных решений на базе сенсорных сетей, системного и встроенного программного обеспечения, перспективных вычислительных архитектур и т.д.
В Институте работает базовая кафедра ЭВМ, ведется подготовка специалистов по основным направлениям: основы конструирования ЭВМ, системы автоматизированного проектирования, компьютерные сети и системы, архитектура специализированных вычислительных систем и проч. Проводится работа со студентами старших курсов МГУ и МФТИ, которые учатся на реальных проектах и многие после защиты дипломов приходят работать в ИТМиВТ, пишут кандидатские работы, становятся учеными.
Замечательно, что на том историческом этапе научно-технического развития, когда ЭВМ с программным управлением неизбежно должны были появиться на свет, появился такой ученый, который всем своим опытом предыдущих работ, своим творческим энтузиазмом, искренней верой в правоту своих идей оказался готов возглавить становление компьютеростроения в нашей стране.
Именно сейчас, наблюдая бурное развитие индустрии электронной техники и ее проникновение буквально во все сферы науки и жизни общества, мы можем только удивляться небывалой прозорливости Сергея Алексеевича Лебедева, сумевшего оценить зарождение судьбоносного научно-технического направления, определить, предложить и реализовать основополагающие решения, увидеть перспективы их развития и успешно руководить их воплощением.
В Киеве, в Национальной академии наук Украины, где создавалась МЭСМ, сохранена конструкторская документация1 и папки с материалами о первой отечественной ЭВМ, многие из которых составлены С.А. Лебедевым. Чья-то заботливая рука сорок лет назад написала на них: "Хранить вечно".
. К концу 1949 г. были разработаны общая компоновка машины и принципиальные схемы её блоков. В первой половине 1950 г. изготовлены отдельные блоки и приступили к их отладке во взаимосвязи, к концу 1950 г. отладка созданного макета была закончена. Действующий макет успешно демонстрировался комиссии".
Через два месяца после демонстрации макета С.А.Лебедев выступил на закрытом учёном совете Института электротехники и теплоэнергетики АН Украины. Сохранился протокол2 учёного совета, который впервые был опубликован в журнале "Управляющие системы и машины" (1992, № 1/2).
Лаборатория С.А.Лебедева входившая в состав руководимого им института располагалась в двухэтажном здании в бывшем монастырском местечке Феофании под Киевом. В проектировании, монтаже, отладке и эксплуатации МЭСМ активно участвовали сотрудники лаборатории Лебедева: кандидаты наук Л.Н.Дашевский и Е.А.Шкабара, инженеры С.П.Погребинский, Р.Г.Офенгенден, А.Л.Гладыш, В.В.Крайницкий, И.П.Окулова, З.С.Зорина-Рапота, техники-монтажники С.Б.Розенцвайг, А.Г.Семеновский, М.Д. Шулейко, а также сотрудники и аспиранты лаборатории: Л.М.Абалышникова, М.А.Беляев, Е.Б.Ботвиновская, А.А.Дашевская, Е.Е.Дедешко, В.А.Заика, А.И.Кондалев, И.В.Лисовский, Ю.С.Мозыра, Н.А.Михайленко, З.Л.Рабинович, И.Т.Пархоменко, Т.И.Пецух, М.М.Пиневич, Н.П.Похило, Р.Я.Черняк.
4 января 1952 г. Президиум АН СССР заслушал доклад3 Лебедева о вводе малой электронно-цифровой счётной машины МЭСМ в эксплуатацию.
В 1952 г. МЭСМ была практически единственной в стране ЭВМ, на которой решались важнейшие научно-технические задачи из области термоядерных процессов (Я.Б.Зельдович), космических полётов и ракетной техники (М.В.Келдыш, А.А.Дородницын, А.А.Ляпунов), дальних линий электопередач (С.А. Лебедев), механики (Г.Н. Савин), статистического контроля качества (Б.Е. Гнеденко) и др.
Вот один из многих документов, свидетельствующих об этом:
Академия наук Союза Советских Социалистических республик Математический институт им.В.А.Стеклова
Секретно Экз. 26 ноября 1953 г. № 438с
Директору Института электротехники Академии наук УССР члену-корреспонденту АН УССР А.Д. Нестеренко. Дирекция Отделения прикладной математики Математического института им. В.А.Стеклова Академии наук СССР приносит глубокую благодарность Институту электротехники Академии наук УССР за участие в большой и важной вычислительной работе, выполненной с ноября 1952 г. по июль 1953 г. на малой электронной счетной машине конструкции академика С.А.Лебедева.
За этот период научная группа Математического института АН СССР под руководством академика А.А.Дородницына и доктора физико-математических наук А.А.Ляпунова совместно с коллективом лаборатории № 1 (руководитель академик С.А.Лебедев) Института электротехники АН УССР провела весьма трудоемкие расчеты по трем сложным программам, выполнив на электронной машине около 50 млн. рабочих операций. Особенно следует отметить добросовестный и напряженный труд заместителя заведующего лабораторией Л.Н.Дашевского, главного инженера Р.Я.Черняка, инженеров А.Л.Гладыш, Е.Е.Дедешко, И.П.Окуловой, Т.И.Пецух, С.Б.Погребинского и техников Ю.С.Мозыры, С.Б.Розенцвайга и А.Г.Семеновского. Эти сотрудники, не считаясь со временем, приложили много усилий для обеспечения бесперебойной и качественной работы машины.
Директор Отделения прикладной математики МИ АН СССР академик М.В. Келдыш
После МЭСМ началась разработка специализированной ЭВМ (СЭСМ) для решения систем алгебраических уравнений (главный конструктор З.Л.Рабинович). СЭСМ была спроектирована на ламповых элементах. Основные идеи построения СЭСМ выдвинул С.А.Лебедев. Это была его последняя работа в Киеве. Впоследствии специализированные ЭВМ (различного назначения) стали важным классом средств вычислительной техники. Это ещё раз говорит о прозорливости учёного, выдвинувшего идею специализации ЭВМ на заре их создания. Сергей Алексеевич переехал в Москву и стал директором института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) АН СССР.
Выступая на учёном совете Института кибернетики АН Украины, посвящённом 25-летию создания МЭСМ, В.М. Глушков так оценил значение МЭСМ для развития вычислительной техники на Украине и в стране:
"Независимо от зарубежных учёных С.А. Лебедев разработал принципы построения ЭВМ с хранимой в памяти программой. Под его руководством была создана первая в континентальной Европе ЭВМ, в короткие сроки были решены важные научно-технические задачи, чем было положено начало советской школе программирования. Описание МЭСМ стало первым в стране учебником по вычислительной техники. МЭСМ явилась прототипом Большой электронной счётной машины БЭСМ. Лаборатория С.А. Лебедева стала организационным зародышем Вычислительного центра АН Украины, а впоследствии Института кибернетики АН Украины.
На здании, где располагался Институт электротехники АН Украины, директором которого был С.А.Лебедев, установлена мемориальная доска. Выступая в день её открытия, президент АН Украины Б.Е.Патон сказал:
"Мы всегда будем гордиться тем, что именно в Академии наук Украины, в нашем родном Киеве расцвёл талант С.А. Лебедева как выдающегося учёного в области вычислительной техники и математики. Его эстафету подхватил В.М. Глушков. И теперь у нас плодотворно работает один из крупнейших в мире Институт кибернетики им В.М. Глушкова АН Украины.
. Он жил и трудился в период бурного развития электроники, вычислительной техники, ракетостроения, освоения космоса и атомной энергии. Будучи патриотом своей страны, Сергей Алексеевич принял участие в крупнейших проектах И.В. Курчатова, С.П. Королёва, В.М. Келдыша, обеспечивающих создание щита Родины. Во всех их работах роль электронно-вычислительных машин, созданных Сергеем Алексеевичем, без преувеличения, огромна.
Его выдающиеся труды навсегда войдут в сокровищницу мировой науки и техники, а его имя должно стоять рядом с именами этих великих учёных."
С первых шагов творческой деятельности он выдвинул и все последующие годы последовательно проводил в жизнь генеральный принцип построения таких машин - распараллеливание вычислительного процесса. В МЭСМ и БЭСМ с этой целью использовались арифметические устройства параллельного действия. В М-20 и М-40 добавилась возможность работы внешних устройств параллельно с процессором. В БЭСМ-6 появился конвейерный (или "водопроводный", как назвал его Лебедев) способ выполнения вычислений.
Супер-ЭВМ, в разработку которых Сергей Алексеевич вложил столько труда, были и остаются ведущим классом машин в вычислительной технике
Сергей Алексеевич Лебедев был советским академиком и основоположником вычислительной техники в СССР. Он создал первый в континентальной Европе компьютер с хранимой в памяти программой (МЭСМ) и был одним из разработчиков первых цифровых электронных вычислительных машин с динамически изменяемой программой вычислений. Под руководством и самоличном участии этого выдающегося ученого было создано 18 ЭВМ, причем 15 из них выпускались серийно.
Лебедев стоял у истоков развития и становления отечественной вычислительной техники. Опыт его работы уникален, так как охватывает период от создания первых ламповых компьютеров, выполнявших сотни и тысячи операций в секунду, до быстродействующих супер-ЭВМ на больших интегральных схемах.
Сергей Лебедев (1920 г.)
Начало пути
В 1921 г. Сергей сдал экзамены экстерном за среднюю школу и поступил в Московское высшее техническое училище (МВТУ) им. Н.Э.Баумана на электротехнический факультет. Его учителями и научными руководителями были выдающиеся русские ученые-электротехники, профессора Карл Адольфович Круг, Леонид Иванович Сиротинский и Александр Александрович Глазунов. Все они трудились над разработкой плана электрификации СССР (план ГОЭЛРО). Для успешного осуществления потребовались уникальные теоретические и экспериментальные исследования. Лебедев был еще студентом, но уже тогда основное внимание уделял проблеме устойчивости параллельной работы электростанций. Первые результаты по данной проблеме были отражены в его дипломном проекте, который выполнялся под руководством профессора К.А.Круга.
В 1928 г. Лебедев получил диплом инженера-электрика и остался преподавать в родной альма-матер, параллельно занимая должность младшего научного сотрудника Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ). Именно в этом ВУЗе он возглавил лабораторию электрических сетей, где продолжил работу над проблемой устойчивости. Тематика лаборатории постепенно расширялась, охватывая также и проблемы автоматического регулирования. И в результате в 1936 г. на ее базе сформировался отдел автоматики, руководить которым поручили Сергею Алексеевичу.
К этому времени Лебедев уже стал профессором и автором (совместно с Петром Сергеевичем Ждановым) широко известной среди специалистов-электротехников монографии “Устойчивость параллельной работы электрических систем”.
Лебедев в своем кабинете
У научной деятельности Лебедева замечалась характерная особенность, которая заключалась в органическом сочетании большой глубины теоретической проработки с конкретной практической направленностью. Продолжая теоретические исследования, он стал активным участником подготовки сооружения Куйбышевского гидроузла.
В начале Второй мировой войны Лебедев был вынужден покинуть ВЭИ и уехать в Свердловск. Все ресурсы отдела автоматики переключили на оборонную тематику.
В 1945 г. Лебедева избрали действительным членом Академии Наук УССР
После окончания войны ученый занялся реализацией давно запланированного проекта по созданию вычислительной машины с использованием двоичной системы счисления. В те годы не было достаточно полных публикаций о двоичной системе счисления и методике операций над двоичными числами. Базой для построения цифровой вычислительной машины стала методика выполнения арифметических операций в двоичной системе счисления и ранее разработанные самим Лебедевым методы решения математических задач.
В 1947 г. Лебедев стал директором Института электротехники АН Украины и по совместительству возглавил руководство лабораторией Института точной механики и вычислительной техники СССР.
В 1948 г. начался процесс создания малой электронной счетной машины (МЭСМ). Для научной работы Лебедеву выделили частично разрушенное здание бывшей монастырской гостиницы в Феофании (Киев). С финансовой помощью и поддержкой вице-президента АН УССР Михаила Алексеевича Лаврентьева, помещение было отремонтировано и оборудовано под лабораторию.
Здание в Феофании, где размещалась лаборатория Лебедева
Лебедев выдвинул, обосновал и реализовал в первой советской машине принципы построения ЭВМ с хранившейся в памяти программой. МЭСМ занимала целое крыло двухэтажного здания (60 м²) и состояла из 6 000 электронных ламп. Примечательно то, что проектирование, монтаж и отладка машины были выполнены в течении трех лет. При этом в разработке участвовали лишь 11 инженеров и 15 технических сотрудников. Тогда как на разработку первого в мире электронного компьютера ЭНИАК (США) ушло пять лет и было задействовано 13 разработчиков и более 200 техников.
Схема элементарной ячейки блока памяти арифметического устройства МЭСМ
МЭСМ была арифметическим устройством, производившим операции сложения, вычитания, умножения, деления, сдвига, сравнения с учётом знака, сравнения по абсолютной величине, передачи управления, передачи чисел с магнитного барабана, сложения команд, остановки. МЭСМ имела двоичное представление чисел с фиксированной запятой, 16 двоичных разрядов на число, плюс один разряд на знак.
6 ноября 1950 г. состоялся пробный пуск машины, в ходе которого решалась задача: Y'' + Y = 0; Y(0) = 0; Y(\pi) = 0.
Не смотря на то, что МЭСМ создавалась более как макет Большой электронной счетной машины, ей нашли практическое применение. Первой советской ЭВМ весьма заинтересовались математики, задачи которых требовали использования быстродействующего вычислителя. До 1953 г. МЭСМ была единственной вычислительной машиной в СССР.
Участники разработки МЭСМ — Лев Наумович Дашевский и Соломон Бениаминович Погребинский (Киев, 1951 г.)
Элементная база: 6 000 электронных ламп (около 3500 триодов и 2500 диодов)
Быстродействие: 3 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: около 25 кВт
Разрядность: 16
Тактовая частота: 5 кГц
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты или набором кода на штекерном коммутаторе; вывод с помощью электромеханического печатающего устройства либо фотоустройства для получения данных на фотоплёнке.
Также мог использоваться магнитный барабан, хранящий до 5000 кодов чисел или команд.
Следующей после МЭСМ была разработана большая электронно-счётная машина (БЭСМ). В структуре устройства уже тогда были реализованы основные решения, характерные для современных вычислительных машин.
У БЭСМ была двоичная система представления чисел с учётом порядков, то есть в форме чисел с плавающей запятой. Машина оперировала диапазон чисел примерно от 10 -9 до 10 9 . Система команд была трёхадресной, в нее входило 9 арифметических операций, 8 операций передач кодов, 6 логических операций, 9 операций управления.
Лабораторные испытания БЭСМ
БЭСМ имела 39 двоичных разрядов для представления чисел в виде мантиссы/порядка, из них 32 разряда отводилось для значащей части и 5 для порядка. Еще по одному разряду отводилось для знаков мантиссы и порядка. При написании программ для машины применялась техника самомодифицирующегося кода, когда напрямую модифицировались адресные части команд для доступа к массивам.
Один из разработчиков БЭСМ Всеволод Сергеевич Бурцев вспоминает о машине следующее:
Во многих блоках первой БЭСМ в анодной цепи были использованы не лампы сопротивления, а ферритовые трансформаторы. Так как эти трансформаторы были изготовлены кустарным способом, они часто выгорали, при этом выделяли едкий специфический запах. Сергей Алексеевич обладал замечательным обонянием и, обнюхивая стойку, с точностью до блока указывал на дефектный. Он практически никогда не ошибался.
Элементная база: 4 000 электронных ламп, 5 000 полупроводниковых диодов
Быстродействие: 8 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: около 35 кВт
Разрядность: 39
Тактовая частота: 9 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах (2 барабана по 5120 слов) и магнитных лентах (4 по 30 000 слов)
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты, цифро-печать и фото-печатное устройство.
Группа сотрудников ИТМ и ВТ АН СССР в день награждения за создание БЭСМ (1956 г.)
В 1956 г. БЭСМ получила награду и была принята Государственной комиссией в эксплуатацию.
БЭСМ-2, М-20 и БЭСМ-4
В 1958 г. БЭСМ была подготовлена к серийному производству. Коллектив ИТМиВТ под руководством Лебедева разработал и презентовал две ЭВМ: БЭСМ-2 и М-20. Их характерной особенностью было то, что они разрабатывались в тесном контакте с промышленностью (особенно М-20). Специалисты завода и академического института вместе участвовали в создании машины. Этот принцип был хорош тем, что улучшал качество документации, т. к. в ней учитывались технологические возможности завода.
Вычислительная машина БЭСМ-2 сохранила систему команд и все основные параметры предыдущего устройства, но конструкция стала более технологичной и удобной для серийного выпуска. В БЭСМ-2 было реализовано оперативное запоминающее устройство на ферритных сердечниках, широко применялись полупроводниковые диоды, а также была усовершенствована конструкция (мелкоблочная). На БЭСМ-2 проводились расчеты, связанные с запуском искусственных спутников, первых пилотируемых космических кораблей. Именно на одной из упомянутых ЭВМ был произведён расчёт траектории ракеты, доставившей вымпел СССР на Луну.
БЭСМ-2 имела около 4 000 электронных ламп, и была собрана на трех основных стойках
Элементная база: 4 000 электронных ламп, 5 000 полупроводниковых диодов
Быстродействие: 20 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 35 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 10 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство.
М-20 стала первой советской машиной, которая поставлялась в комплекте со специальным математическим обеспечением (по своей сути — ОС). В новое устройство Лебедев заложил рад конструктивных решений, расширяющих функциональность и почти не увеличивающих количество электронных ламп.
М-20 обладала производительностью 20 000 операций в секунду за счет совмещения работы отдельных устройств и более быстрого выполнения арифметических операций. В машине впервые были применены: автоматическая модификация адреса; совмещение работы арифметического устройства и выборки команд из памяти; использование буферной памяти для массивов, выдаваемых на печать.
Элементная база: электронные лампы, полупроводниковые схемы
Быстродействие: 20 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 50 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 0.6667 мГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство
После вручения наград в Кремле (1962 г.)
В 1965 г. появилась серийная ЭВМ на полупроводниковых элементах БЭСМ-4, которая унаследовала архитектуру М-20. Для БЭСМ-4 существовало не менее 3 разных компиляторов с языка Алгол-60, компилятор Fortran, не менее 2 разных ассемблеров, компилятор с оригинального языка Эпсилон.
Элементная база: электронные лампы, полупроводниковые схемы
Быстродействие: до 40 000 операций в секунду
Потребляемая мощность: 50 кВт
Разрядность: 45
Тактовая частота: 9 МГц
Внешняя память: на магнитных барабанах и магнитных лентах
Устройства ввода / вывода: ввод с перфоленты, которую печатает устройство
БЭСМ-6
Разработка БЭСМ-6 завершилась в конце 1965 г. Эта машина стала первой советской супер-ЭВМ на элементной базе второго поколения (полупроводниковых транзисторах). В электронных схемах БЭСМ-6 использовалось 60 000 транзисторов и 180 000 полупроводников-диодов. Элементная база была новой для того времени.
Лаборатория для проведения финишных испытаний знаменитой БЭСМ-6
С 1968 г. начался выпуск БЭСМ-6 на заводе Счётно-аналитических машин (САМ) в Москве.
Элементная база: транзисторный парафазный усилитель с диодной логикой на входе
Быстродействие: около 1 млн операций в секунду
Потребляемая мощность: 60 кВт
Разрядность: 48
Тактовая частота: 10 МГц
Внешняя память: на магнитных лентах и магнитных дисках
Устройства ввода / вывода: ввод с перфокарты, цифропечать и фотопечатное устройство
С 1967 г. практически все крупные вычислительные центры СССР стали оснащаться компьютерами БЭСМ-6. И даже спустя годы на заседании отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации Академии наук (1983 г.) академик Е. П. Велихов сказал, что создание БЭСМ-6 явилось одним из основных вкладов АН СССР в развитие советской индустрии.
В 1990 г. один из экземпляров БЭСМ-6 был перевезен в Лондон и установлен в Музее науки, как лучший в Европе суперкомпьютер своего времени.
Серия 5Э26
ЭВМ 5Э26 была последней прижизненной разработкой Лебедева, которую он успел запустить в серийное производство.
В 1968 г. Лебедев принял предложение Генерального конструктора зенитных ракетных комплексов для ПВО Бориса Васильевича Бункина. Он согласился разработать специализированный управляющий малогабаритный мобильный высокопроизводительный цифровой вычислительный комплекс (ЦВК) 5Э26. О реализации такой возможности Сергей Алексеевич мечтал еще при создании МЭСМ. Благодаря этой работе, была проведена крупнейшая реорганизация института. Объединение ресурсов множества различных лабораторий привело к фактическому созданию отделений:
— по ЭВМ общего назначения
— по ЭВМ специального назначения (включая архитектуру)
— по электронному конструированию
— по запоминающим устройствам
— по САПР и технологии.
Всеволодом Сергеевичем Бурцевым (заместитель Лебедева) была предложена многопроцессорная архитектура ЦВК 5Э26, обеспечивающая работу до трех модулей центральных процессоров и двух специальных процессоров ввода-вывода информации с общей памятью.
Конструктивно ЦВК серии 5Э26 представлял собой шкаф высотой 1885 мм, шириной 2870 мм, глубиной 655 мм, который ставился у стенки транспортного средства.
У 5Э26 имелась высокоэффективная система автоматического резервирования, базирующаяся на аппаратном контроле. Система давала возможность восстанавливать процесс управления при сбоях и отказах аппаратуры, работающей в широком диапазоне климатических и механических воздействий, с развитым математическим обеспечением автоматизации программирования.
ЦКВ 5Э26 легко адаптировался к различным требованиям по производительности и памяти в системах управления специального назначения. Устройство также работало в реальном времени, снабжалось развитым математическим обеспечением, эффективной системой автоматизации программирования и возможностью работы с языками высокого уровня. В 5Э26 была реализована энергонезависимая память команд на микробиаксах с возможностью электрической перезаписи информации внешней аппаратурой записи и введена эффективная система эксплуатации с двухуровневой локализацией неисправной ячейки, обеспечивающая эффективность восстановления аппаратуры среднетехническим персоналом.
В качестве интегральных схем использовались в основном полупроводниковые микросхемы одних из первых отечественных серий-133 и 130 (ТТЛ-типа).
Лебедев во время поездки в Англию (Кембридж, 1964 г.)
Элементная база: стандартная серия ТТЛ-микросхем
Быстродействие: 1,5 млн операций в секунду
Потребляемая мощность: 5,5 кВт
Разрядность: 32
Объем оперативной памяти: 32-34 Кб
Объем командной памяти: 64-256 Кб
Независимый процессор ввода-вывода информации по 12 каналам связи: максимальный темп обмена свыше 1 Мб/с.
Послесловие
Лебедев с семьей
По воспоминаниям сотрудников, работавших с Сергеем Алексеевичем в Киеве, он был идеальным руководителем. В работе доводил все до совершенства, большое внимание уделял мелочам. Он никогда не повышал голос и относился ко всем исключительно ровно, справедливо, без предвзятости. Всегда отмечал даже небольшие успехи своих сотрудников. В процессе отладки машины равных ему не было. Лебедев превосходил всех в понимании неполадок и сбоев в машине.
Сергей Алексеевич на протяжении всей своей жизни вел большую работу по подготовке научных кадров. Он был одним из инициаторов создания Московского физико-технического института, основателем и руководителем кафедры вычислительной техники в этом институте, руководил работой многих аспирантов и дипломников.
Лебедев с дочерьми Екатериной и Натальей
В начале 70-х Сергей Алексеевич уже не мог руководить Институтом точной механики и вычислительной техники, в 1973 г. тяжелая болезнь вынудила его оставить пост директора. Но он продолжал работать дома.
Сергей Алексеевич Лебедев скончался 3 июля 1974 г. в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище.
В Киеве на здании, где располагался Институт электротехники АН Украины, висит мемориальная доска, текст которой гласит: ” В этом здании в Институте электротехники АН УССР в 1946—1951 г.г. работал выдающийся ученый, создатель первой отечественной электронной вычислительной машины, Герой Социалистического Труда, академик Сергей Алексеевич Лебедев”.
Мозаика с изображением Лебедева в ИТМиВТ
Читайте также: