История развития кибернетики в России в Советский период

*В настоящее время компьютерная техника стремительно модернизируется, и мы уже не можем представить себе мир без компьютеров. Меня заинтересовало: а с чего все начиналось в России, называвшейся тогда Союзом Советских Социалистических Республик? Ответ на этот вопрос я попытался найти в своей работе.

В 40-е годы весь мир, уже давно использующий электричество и радио, хотел иметь большего помощника в науке, чем собственный мозг и калькулятор. Поэтому в каждой стране были ученые, решившие исправить эту проблему. Но важную роль сыграла именно наша страна, называвшаяся тогда Союз Советских Социалистических Республик. Для определения направления этого поиска было использовано понятие «кибернетика». Этот термин ввел американский ученый Норберт Винер.

Значение кибернетики

Что такое кибернетика? Ответ на этот вопрос оказывается, однако, не столь простым. Если задать этот вопрос современному жителю России, далекому от точных наук, то он скорее ответит что-нибудь вроде: "Кибернетика - современная наука, объясняющая, как строить компьютеры, роботы и прочие машины". Наверное, он отнесет к кибернетике все, связанное с программированием. Человек же, получивший неплохое советское техническое или физико-математическое образование, скажет, что отцом кибернетики был знаменитый американский ученый Норберт Винер, который ввел этот термин в своей опубликованной в 1948-ом году книге «Кибернетика». Кибернетика определялась Винером, как наука об управлении и связи в системах самой разной природы, включая технические и биологические. То есть, налицо некоторый зазор между научным определением кибернетики и представлением о ней в массовом сознании.

Одним из весьма распространенных в сегодняшней России пропагандистских мифов является миф о сталинских гонениях на кибернетику. Состоит он примерно в следующем. На Западе умные люди придумали новую науку кибернетику, а у нас же объявили ее буржуазной лженаукой, подвергли гонениям, что имело катастрофические последствия и привело к гигантскому отставанию СССР в области вычислительной техники и информационных технологий. Часто еще всплывает фраза "кибернетика - продажная девка империализма", приписываемая то Сталину, то Жданову.

Эти работы? показывают, что никаких "антикибернетических" гонений не было, а была пара мало кем читаных статей, критикующих некоторые философские аспекты нового научного направления и не повлекших никаких оргвыводов или запретов. Разумеется, фраза про "продажную девку империализма" была придумана каким-то остроумцем, и, вероятно, никогда не произносилась ни Сталиным, ни Ждановым.

Начало компьютерной эпохи в СССР

Состояние за границей

В США в середине 40-х годов был представлен документ под названием «Архитектура Неймана», в котором великий физик Джон фон Нейман описал вычислительную систему, в которой процессорный модуль отделен от устройства хранения данных. То есть РАКРЫТЬ суть Вскоре был создан и усовершенствован первый американский компьютер ENIAC. Его установили в Университете штата Пенсильвания и начали использовать для обработки научных и военных задач. США могли гордиться своим устройством. Тогда же в Англии стали разрабатывать первые, управляемые программами, компьютеры. Многие страны закупали у Америки десятки ENIAC. Никто и не думал создавать собственные компьютеры. Сегодняшнему школьнику трудно себе представить компьютер без мышки или монитора. А ведь в комплектациях первых ЭВМ не было ни мониторов, ни клавиатур с мышками. Как же происходила работа с ЭВМ? Программист переводил требуемую задачу в машинный код, записывал его на перфокарту (специальную бумагу), вводил в память в машины и вручную всем этим управлял. Вся информация об ошибках выводилась не в виде симпатичного сообщения «Эрор», там просто загоралась лампочка. И даже это было большим успехом!

Представим себе Москву или Санкт-Петербург в 70-е годы прошлого века.

На ум приходят кадры из фильмов про Шурика, его студенческие годы и машина времени, которая махом перенесла героев во времена Ивана Грозного. И ведь мало кто догады- вается, что уже тогда в СССР существовали вычислительные машины, которые во многом превосходили все вместе взятые западные аналоги. Если бы ситуация в стране была немного другой, может быть и не знал бы мир о всяких там Intel и AMD. Сейчас бы радовались многоядерной Электронике и горя не знали. Эх, Шурик, Шурик, где твоя машина времени. Перенестись бы в те времена

А начиналось все ещё во времена Великой Отечественной Войны. Через три года после окончания войны в конце 1948 года на Украине в Феофании трудилась команда под руководством мэтра советского компьютеростроения Сергея Лебедева.

За два года Лебедев создал малую электронную счетную машину. Малая счетная машина занимала площадь порядка 60 кв. м! В теории система могла производить 3000 операций в секунду, но это был всего лишь макет. На его основе разработчики собирались исследовать принципы построения ЭВМ. МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) быстро начали использовать по назначению— математики со всего СССР выстраивались в очередь, чтобы получить доступ к быстрым машинным расчетам. Все бы шло замечательно, если бы не одно «но»: правительство считало, что компьютеры – это ни что иное, как буржуазные элементы и потому уделять им столько времени и финансов не нужно. Естественно, что в связи с этим, у ученых много времени отнимали организационные и финансовые вопросы, предстояло заниматься походами по министерствам.

Исаак Семенович Брук

Закончив с разработкой малых счетных машин, Сергей Лебедев решил взяться за машины большие. Из Феофании он переехал в Москву, где занял пост директора Института точной механики и вычислительной техники.

Другая школа разработчиков компьютеров под руководством Исаака Брука занималась изобретением ЭВМ М-1 – малогабаритной машиной, которая занимала в целых 5 раз меньше места, чем МЭСМ. Производительность М-1 была ниже, но именно она дала начало развитию компьютерных технологий.

Компьютеры от ИТМиВТ, СКБ-245 и Исаака Брука

Закончив с разработкой малых счетных машин, Сергей Лебедев решил взяться за машины большие. Из Феофании он переехал в Москву, где занял пост директора Института точной механики и вычислительной техники. Первая так называемая большая электронная счетная машина (БЭСМ-1) появилась в 1953 году.

Одновременно с БЭСМ-1 свою первую разработку представило Специальное Конструкторское Бюро-245. Система получила название «Стрела». Обе ЭВМ использовали электровакуумные лампы, но у конструкторского бюро было преимущество— щедрое финансирование. В основу «Стрелы» легла разработанная по новой технологии память, а в первом поколении БЭСМ-1 пришлось использовать память на базе ртутных трубок. Этот недостаток исправили в 1954 году. Тогда производительность компьютера достигла 8000 операций в секунду. Таким образом, БЭСМ-1 сравнялась с лучшими системами в мире.

Академику Лебедеву стоило больших трудов доказать, что развитие компьютерной индустрии в СССР необходимо. Оказалось, что в Европе БЭСМ-1 не было равных. Вскоре школа И. С. Брука представила усовершенствованную версию М-1— производительность системы увеличили с 20 до 3000 операций в секунду, которую гордо назвали М-2. Машину сразу взяли в оборот различные научные институты и конструкторские фирмы. Несколькими годами позже на ВДНХ проводилась промышленная выставка, и в качестве одного из экспонатов был выставлен пульт управления М-2, подключенный к удаленным вычислительным блокам при помощи телефонного кабеля.

В первую очередь компьютеры БЭСМ-1 и «Стрела» задействовали в военных целях— для изучения термоядерных реакций, расчета баллистических траекторий ракет и т. д. Дальнейшее развитие вычислительных систем на протяжении нескольких лет было эволюционным. В 1958 году на арену вышла система БЭСМ-2 с внешней памятью на основе ферритовых сердечников и увеличенным набором исходных команд. Впервые ЭВМ подготовили к серийному производству.

Огромный прорыв СССР

В 1959 году ИТМиВТ и СКБ-245 представили компьютер М-20. Несмотря на старую элементную базу с вакуумными лампами и полупроводниковыми диодами, система выдавала производительность на уровне 20 тыс. операций в секунду. Разработчики добавили в память несколько новых логических команд, стала возможной работа процессора во время вывода уже обработанных данных на печать. По странному стечению обстоятельств было построено ровно 20 экземпляров ЭВМ М-20.

Был нужен прикладной язык, который бы позволил избежать общения с блоками компьютера напрямую. Первые попытки реализовать системный язык программирования Лебедев предпринял еще при разработке М-20— машина понимала наглядные и интуитивные команды, мнемокоды. Это существенно расширило круг специалистов, способных взаимодействовать с компьютером.

Жизнь электровакуумных ламп в качестве основных элементов вычислительного блока подходила к концу— еще в конце 40-х американцы придумали полупроводниковый транзистор. Новый элемент позволил существенно уменьшить размеры компьютеров, снизить тепловыделение и энергопотребление, повысить производительность.

Так выглядела одна из первых программ, составленных в машинных кодах.

Производители ЭВМ продолжали совершенствовать уже существующие модели. Были созданы модификации М-20 и М-40 с производительностью до 40 тыс. операций в секунду для систем противоракетной обороны, М-50 с двумя интеграциями на скорости 50 тыс. и 500 тыс. операций в секунду. Наконец, во второй половине 60-х ИТМиВТ создал БЭСМ-3А и БЭСМ-4 на основе транзисторов. Один из основных брендов в области компьютеростроения того времени— разработка высокоуровневых языков программирования и операционных систем— нашли применение в БЭСМ-4. Специально для этой ЭВМ Факультет кибернетики и вычислительной математики МГУ разработал ОС с полноценной обработкой прерывания.

Но все это были еще цветочки. В 1968-м на Московском заводе счетно-аналитических машин (САМ) началось производство суперЭВМ БЭСМ-6. Полностью новый компьютер на основе транзисторов и интегральных схем. При его разработке была поставлена серьезная задача— достичь производительности порядка 1000000 операций в секунду. И ведь справились!

При ближайшем рассмотрении оказалось, что БЭСМ-6 сильно опередила свое время, став вторым поколением ЭВМ. Она вобрала в себя много оригинальных идей. Систем подобного класса в мире не было и в помине. Чем же так примечательна БЭСМ-6?

Отныне к разным блокам памяти можно было обращаться одновременно, появился прообраз кэш-памяти— сверхбыстрое устройство хранения часто используемых данных и команд. Все эти улучшения вкупе обеспечили качественный скачок производительности.

В период с 1968 по 1987 года было выпущено порядка 350 машин БЭСМ-6, которые использовали в самых разных отраслях. Так, например, системы БЭСМ-6 просчитывали «Союз-Аполлон»— экспериментальный полет советского космического корабля «Союз-19» и американского «Аполлона». При этом наш компьютер справился с обработкой данных по траектории полета всего за 1 минуту, тогда как американскому аналогу на это потребовалось 30.

Важной особенностью БЭСМ-6 принято считать программное обеспечение— впервые с момента появления отрасли компьютеры начали поставлять в паре с необходимыми программами прямо с завода. Для БЭСМ-6 была разработана полноценная операционная система, над ней трудились лучшие советские умы из Института прикладной математики Вычислительного центра Академии наук и Московского государственного университета.

Нагляднее всего успешность этих машин демонстрирует срок эксплуатации— последнюю БЭСМ-6 демонтировали в 1995 году, после 25-летней службы. Едва ли какой-нибудь суперкомпьютер в мире может похвастать таким долголетием.

Заимствование Американских технологий

К концу 60-х годов компьютерную промышленность СССР можно было описать фразой «блеск и нищета» — великолепные идеи и новаторские разработки академиков начали тонуть в море недопонимания.

Разрозненность архитектур усложняла создание программного обеспечения — системному программированию почти не уделялось внимания. В дальнейшем над созданием простейших операционных систем для различных серий ЭВМ трудились группы ученых в университетах — порядка 1500 программистов создавали софт для огромного парка разнородной вычислительной техники. К тому моменту в США над этой задачей билось более 50 000 человек!

Компьютеры использовали для решения научных и военных задач, так что отсутствие стандартизированных систем начало вызывать определенные проблемы. И тут пришло озарение, все осознали, что компьютерной отрасли нужен мощный рывок — необходимо создать линейку совместимых друг с другом ЭВМ и принять ее за индустриальный стандарт. Но тут вмешалось руководство страны.

В декабре 1967 года состоялось роковое совещание в Министерстве радиопромышленности. Партийная верхушка приняла решение прекратить все разработки собственных вычислительных систем и приступить к копированию архитектуры компьютера IBM System/360, выпущенного в 1964 году. Во всем огромном СССР не нашлось человека (естественно речь идёт о людях, знавших данные проблемы), который смог бы убедить партию в неправильности этого решения. Казалось бы, куда логичнее было взять за основу наиболее продвинутую из отечественных систем и объединить разрозненные группы ученых

С другой стороны, решение партии можно понять. С присущей в те годы уверенностью верхушка надеялась, что нашим ученым удастся безошибочно скопировать западные компьютеры, после чего можно будет «позаимствовать» уже готовое и проверенное программное обеспечение. До сих пор неизвестно, кто принял такое решение. Некоторые историки считают, что в этом могли быть замешаны лоббисты западных корпораций.

Ведущие специалисты-конструкторы выступили с резкой критикой новой правительственной стратегии. Тогдашний директор ИТМиВТ, С. А. Лебедев, заявил, что копирование IBM System/360 приведет к отставанию от мировой промышленности на несколько лет — к тому времени система уже считалась устаревшей на Западе. Нелепость ситуации понимали и другие ученые, но далеко не всем удалось выстоять. Лебедеву хватило воли и упорства, чтобы отвергнуть идею участия коллектива ИТМиВТ в копировании западной техники и заняться разработкой систем серии «Эльбрус».

В 1968 году к НИЦЭВТ присоединили Научно-исследовательский институт электронных математических машин (НИЭМ), предприятие с 20-летней историей. Полностью укомплектованная группа разработчиков ЭВМ «Урал», «Стрела», М-20 и М-220 приступила к работе над ЕС. В Минске и Астрахани были открыты филиалы НИЦЭВТ. Разработку периферии и отдельных моделей ЕС вели совместно со специалистами из других социалистических стран — ГДР, Венгрии, Болгарии, Чехословакии, Румынии, Польши, Кубы. Значимость личности в разработке ЭВМ отошла на второй план — колоссальный штат специалистов НИЦЭВТ сел за изучение дизассемблированного американского кода, инженерам приходилось копаться во внутренностях устаревших систем от IBM

Первую модель серии ЕС — «Ряд-1» — представили в Минске в 1971 году. Машина с кодовым названием ЕС-1020 и производительностью 20000 операций в секунду предназначалась для решения научно-технических, экономических и управленческих задач. В состав компьютера вошли скопированные с западных аналогов комплектующие — процессор, магнитная лента, оперативная память, устройства ввода/вывода. Через два года НИЦЭВТ продемонстрировал старшую модель — ЕС-1050. Предназначалась она для использования в вычислительных центрах. В рамках «Ряда-1» были выпущены более пяти моделей ЭВМ, а также множество модификаций на их основе. Компьютеры поставляли с ОС ЕС и трансляторами с языков Алгол, Кобол, Фортран, ПЛ-1, Ассемблер.

Линейка компьютеров «Ряд-2» (клоны мэйнфреймов IBM System/370, выпущенных в начале 70-х) включала системы ЕС-1015, ЕС-1025, ЕС-1035, ЕС-1045, ЕС-1055 и ЕС-1060. Эти ЭВМ сильно задержались: старшая модель — ЕС-1060 — появилась лишь в 1977 году. В ней применялась виртуальная память, имелся расширенный набор команд, система прерываний, диагностические возможности, а работала она скоростью 1,05 млн операций в секунду.

Несогласие ИТМиВТ с правительством, начало работ над «Эльбрусом» и провал копирования американской техники

В то же время коллектив Всеволода Сергеевича Бурцева из ИТМиВТ закончил работы над системой «Эльбрус» — последней ЭВМ, принципиальные положения которой были разработаны академиком Лебедевым. Первую версию машины сдали в эксплуатацию в 1980 году. К сожалению, Лебедев ее уже не увидел — 3 июля 1974 года он умер из-за болезни.

Институт остался верен суперЭВМ — «Эльбрус-1» использовал десять суперскалярных процессоров и общую память, производительность достигала 10 млн. операций в секунду в зависимости от задачи. Суперскаляр, реализация защищенного программирования с аппаратными типами данных, появилась в американских системах позже — ИТМиВТ в очередной раз опередил весь мир. Через пять лет коллектив института представил «Эльбрус-2» с производительностью до 100 млн операций в секунду. Система пользовалась большой популярностью у военных. Важной особенностью первого и второго «Эльбрусов» был особый язык высокого уровня — «Автокод Эльбрус Эль-76» разработки Владимира Пентковского. На нем было написано все программное обеспечение, а трансляцию в машинный язык производил аппаратный блок.

К тому времени уже пришло понимание, что «блестящая» идея с клонированием западных архитектур провалилась: заимствованный софт работал с ошибками, его приходилось дорабатывать. Сами компьютеры постоянно зависали, работали медленнее старых систем, созданных еще в ИТМиВТ и НИЭМ. Чтобы ускорить адаптацию компьютеров, правительство начало в приказном порядке заменять старые добрые БЭСМ-6, «Уралы» и «Эмки» более новыми, но менее совершенными моделями серии ЕС.

Достав образцы компьютеров IBM для копирования, правительство не обеспечило ученых инструкциями, как их производить. Скопировать расположение элементов на плате, узнать их характеристики было возможно. Другое дело — наладить массовое производство. Додумывать архитектуру становилось все труднее и труднее — рабочая модель всегда выглядит намного сложнее концепции, описанной на бумаге.

Совместные усилия производственных и исследовательских предприятий, заводов «Элма», «Элион», «Ангстрем», «Компонент», «Микрон» и других не давали результатов. Скопированные платы и микросхемы функционально повторяли американские аналоги, но технически отставали от них по всем параметрам. Здесь стоит сделать небольшое лирическое отступление.

В середине XX века, когда компьютерная отрасль начала набирать обороты, по заказу правительства США были проведены исследования с целью выявления возможного воздействия ЭВМ на индустриальное общество. Получив самый положительный отзыв, высшие чины дали зеленый свет и выделили бюджеты. С тех пор компьютерная отрасль в США начала развиваться быстрыми темпами.

Компьютеры начали использовать в бизнесе, в отрасль ринулось множество компаний — и сразу же выявились лидеры. Свободная конкуренция и поддержка со стороны правительства сильно повлияли на развитие компьютерной отрасли США. Огромное внимание уделялось развитию элементной базы, а рыночные реалии заставляли лидеров быстро адаптировать и внедрять перспективные технологии. В итоге отрасль постепенно стала полностью самостоятельной.

В СССР все было иначе — за действиями ученых наблюдала партия, свободной конкуренции не существовало, в рамках плановой экономики бюджеты были расписаны на много лет вперед. Более того, правительство изначально не видело смысла в развитии вычислительной техники и информатики. Первые ЭВМ разрабатывали, только чтобы они просчитывали траектории трансконтинентальных ракет, решали специализированные научные задачи. Недофинансирование микроэлектронной промышленности поставило в тупик всю индустрию, ведь с созданием новых архитектур у специалистов проблем не было никогда, чего не скажешь о программном обеспечении и элементной базе.

Но конструкторы не опускали руки. К середине 80-х годов НИЦЭВТ представил серию ЭВМ «Ряд-3», в которую вошли системы ЕС-1016, ЕС-1026, ЕС-1036, ЕС-1046 и ЕС-1066. Старшая модель появилась в 1987 году, она работала под управлением продвинутой операционной системы ОС 7 с поддержкой виртуальных машин, производительность достигала 5,5 млн операций в секунду. В рамках линейки ЕС также выпустили несколько моделей, которые не имели американской родословной. Они-то и продемонстрировали возможности отечественных ученых. Одной из таких систем стал ЕС-2704, включавший в себя процессор, который умел динамически управлять ресурсами в ходе выполнения задач и распараллеливать вычисления.

В свою очередь к концу 90-х ИТМиВТ представил вычислительную машину «Эльбрус-Б», микроэлектронную копию БЭСМ-6 с поддержкой оригинальной системы команд. Таким образом продвинутая архитектура и общее ПО получили вторую жизнь.

Конец компьютерных разработок в СССР

Но вернемся к ЕС. Развить идеи «Ряда-3» должен был «Ряд-4» (обе серии копировали мэйнфрейм IBM System/390). К новой серии ЭВМ специалисты НИЦЭВТ отнесли системы ЕС-1130, ЕС-1170 и ЕС-1181. К сожалению, в тот период СССР уже близился к своему закату.

А потом грянула «перестройка». В один момент прекратилось финансирование всей компьютерной отрасли. Развал СССР привел к тому, что многие заводы и фабрики по производству различных компонентов для ЭВМ оказались на территории теперь уже независимых стран. Производство ЭВМ «Ряд-4» было прекращено.

Распад СССР пришелся на время, когда во всем мире происходил переход от массивных мэйнфреймов к компактным персональным компьютерам, когда IBM наладил выпуск IBM PC, а другие производители начали выпускать его клоны. Отечественные разработчики попытались скопировать и их: первые ПЭВМ появились в 1986 году, но большого успеха они не снискали.

В условиях минимального финансирования продолжили работать оставшиеся группы разработчиков. Ослабевший НИЦЭВТ выпускал новые версии ПЭВМ вплоть до 1997 года, а ИТМиВТ продолжил развивать линейку супер-ЭВМ «Эльбрус». В начале 90-х годов коллектив под управлением Бориса Бабаяна представил новую архитектуру — «Эльбрус-3». Построен был всего один экземпляр этой машины, к тому моменту технологическая база сильно устарела. Когда в 1994 году с визитом в Россию прибыл президент Sun Microsystems и привез миниатюрный микропроцессор UltraSPARC с несколькими миллионами транзисторов на борту, нашим разработчикам стало ясно, что битва проиграна. Здоровенный шкаф «Эльбруса-3» пустили под пресс.

Параллельно с «Эльбрусом-3» велась разработка микропроцессора «Эль-90» под управлением Владимира Пентковского. Первые образцы были готовы к 1990 году. 32-разрядная суперскалярная архитектура с поддержкой многопроцессорности, режим защищенных вычислений, предсказывание ветвлений Но идеям Пентковского не нашлось применения. Чуть позже он снова появился на компьютерной арене, но уже в качестве ключевого разработчика Intel Pentium III. Есть даже слухи, что линейка процессоров Pentium была названа в его честь.

Дольше всего продержалась команда Бабаяна — она продолжала работать над микроархитектурой «Эльбрус-2000» в МЦСТ. Довольно долгая, запутанная и противоречивая история разработки нового процессора достойна отдельной статьи, скажем лишь, что в 2004 году всех разработчиков «Эльбрус-2000» переманила к себе компания Intel.