Страница:
Разработка проекта машины "Украина" явилась важной вехой в развитии научной школы В.М. Глушкова в области вычислительной техники. Идеи, заложенные в проекте, предвосхитили многие идеи, использованные в американских универсальных ЭВМ 70-х годов.
По материалам разработки была подготовлена монография "Вычислительная машина с развитыми системами интерпретации", изданная в 1970 году, т.е. примерно всего через два года после окончания работ по "Украине", авторами которой являются В.М. Глушков, А.А. Барабанов, С.Д. Калиниченко, С.Д. Михновский, З.Л. Рабинович. В книге по истории мировой вычислительной техники (подготовленной Институтом истории техники АН СССР) она была упомянута как теоретическое обоснование развития ЭВМ в направлении реализации языков высокого уровня. В 1987 году, когда уже не стало Виктора Михайловича, в Министерстве радиопромышленности состоялось представительное совещание по вопросу дальнейшего развития вычислительной техники. От нашего института на нем присутствовал З.Л.Рабинович. В конце, когда совещание практически завершалось, совершенно неожиданно выступил академик B.C. Семенихин и сказал, что тот путь, на который сейчас все становятся, был предложен Украинской академией наук еще 15 лет назад. Раздались возгласы: "Институт кибернетики! Глушков!" Затем один за другим выступили известные ученые тех лет - Б.А. Бабаян, Н.Я. Матюхин, М.К. Сулим. Звучала искренняя признательность В.М. Глушкову и Институту кибернетики АН Украины за большой вклад в развитие отечественной вычислительной техники.
Кроме усложнения машинного языка мы стремились перейти от последовательного принципа исполнения команд, предложенного Нейманом, к мультикомандному. Пришлось много потрудиться, пока не пришла в голову идея макроконвейера, и удалось, если не для каждого арифметического устройства, то для всей системы в целом сделать мультикомандную машину со многими потоками команд и данных.
Суть предложенного мной принципа макроконвейерной обработки данных заключается в том, что каждому отдельному процессору на очередном шаге вычислений дается такое задание, которое позволяет ему длительное время работать автономно без взаимодействия с другими процессорами.
Еще в 1959 году на Всесоюзной конференции по вычислительной технике в Киеве В.М. Глушков высказал идею мозгоподобных структур, которые станут реальностью, когда конструктор сможет объединить в единую систему не тысячи, а миллиарды элементов практически без каких-либо ограничений на число соединений между этими элементами. В таких структурах может быть осуществлено слияние памяти с обработкой данных, т.е. такое функционирование системы, при котором данные обрабатываются по всей памяти с максимально возможной степенью распараллеливания всех операций.
В 1974 году на конгрессе IFIP Глушков выступил с докладом о рекурсивной ЭВМ, основанной на новых принципах организации вычислительных систем (соавторы В.А. Мясников, И.Б. Игнатьев, В.А. Торгашев). Он высказал мнение о том, что только разработка принципиально новой ненеймановской архитектуры вычислительных систем, базирующейся на современном уровне развития технологии, позволит решить проблему построения супер-ЭВМ с неограниченным ростом производительности при наращивании аппаратных средств. Дальнейшие исследования показали, что полная и бескомпромиссная реализация принципов построения рекурсивных ЭВМ и мозгоподобных структур при имеющемся уровне электронной технологии пока преждевременна. "Необходимо было найти компромиссные решения, определяющие переходные этапы к мозгоподобным структурам будущего путем разумного отступления от принципов фон Неймана" (из доклада В.М. Глушкова на конференции в Новосибирске в 1979 году). Такие решения были найдены Глушковым и положены в основу оригинальной структуры высокопроизводительной ЭВМ, названной им макроконвейером.
Идея макроконвейера так увлекла ученого, что он работал над ней даже находясь в Президиуме АН Украины, где выполнял обязанности вице-президента. Как-то раз, придя к нему в кабинет, я застал его в сильном возбуждении. Он сразу начал рассказывать про только что появившийся у него вариант структуры макроконвейерной ЭВМ. Этим я хочу подчеркнуть, что основополагающие принципы макроконвейерной ЭВМ исходили именно от него.
Глушков привлек к новой работе, кроме своего, отделы Молчанова, Летичев-ского, Михалевича и др., крупные силы СКВ математических машин и систем. Сам постоянно проводил научные семинары с обсуждением основных вопросов архитектуры и программного обеспечения, добился выпуска постановлений, обязывавших осуществить снабжение института необходимыми техническими средствами, финансированием и обеспечить промышленный выпуск новой ЭВМ, что было далеко не так просто. Главным конструктором макропроцессорной ЭВМ был назначен С.Б. Погребинский.
В 1981 году Институт кибернетики АН Украины посетил известный физик-атомщик академик Ю.Б. Харитон, которого заинтересовала необычная макро-конвейерная машина, позволяющая увеличить во много раз скорость вычислений, а следовательно, сократить сроки важнейших в то время работ. В.М.Глушков понимал важность такого визита для дальнейшей судьбы макроконвейерной ЭВМ и института в целом. Он был уже очень болен, с трудом говорил, речь прерывалась кашлем. И тем не менее он сам принял академика, заразив его своим энтузиазмом, верой в то, что мощная отечественная супер-ЭВМ обязательно появится и поможет физикам.
Глушков не смог увидеть созданные по его идеям макроконвейерные ЭВМ ЕС-2701 и ЕС-1766, не имеющие аналогов в мировой практике (по оценке Государственной комиссии, принимавшей работы). В тот период (начало 80-х годов) это были самые мощные в бывшем Советском Союзе вычислительные системы. Производительность ЕС-1766 при использовании полного комплекта процессоров (256 устройств) оценивалась в полмиллиарда операций в секунду! ЕС-2701 и ЕС-1766 были переданы на завод ВЭМ (г. Пенза) в серийное производство в 1984-м и 1987 годах, соответственно. К сожалению, машины, , столь мощные, соперничающие с лучшими американскими и столь нужные науке и технике, были выпущены на заводе лишь малой серией.
Талант и труд выдающегося ученого, многих сотен работавших с ним людей, большие затраты материальных и финансовых средств остались неиспользованными...
Большую роль в быстрой реализации идей Глушкова в области вычислительной техники сыграли кадры специалистов, подготовленных Лебедевым, и в первую очередь Погребинский, участник разработки МЭСМ, отладки БЭСМ, создания ЭВМ "Киев". Путь его в науку был обычным для того времени: война, ранения, демобилизация, а затем учеба в Киевском политехническом институте. В 1948 году начал работать в лаборатории Лебедева. Ему была поручена разработка элементов, макетирование и отладка главной части МЭСМ - арифметического устройства, с чем он отлично справился. Таким неординарным было второе "боевое крещение" молодого специалиста, на этот раз не на поле боя, а в науке. Став научным руководителем работ на завершающем этапе конструирования ЭВМ "Киев", Глушков сразу обратил внимание на молодого, активного, весьма организованного и знающего себе цену инженера.
Когда работы по ЭВМ "Киев" закончились, он назначил Погребинского главным конструктором ЭВМ "Промшь" (а затем и МИРов). Вряд ли Глушков ожидал, что его идея личной машины для инженера (сейчас ее назвали бы персональной) будет реализована в ЭВМ "Промшь" всего за восемь месяцев!
Будучи главным конструктором макроконвейерной ЭВМ, Погребинский отлично справился и с этой, вероятно, самой сложной в его жизни работой.
Быстродействие и надежность - главные параметры ЭВМ - в значительной степени определяются элементной базой: десятками и сотнями тысяч элементарных электронных схем, из которых строится ЭВМ. В разработку элементной базы первых ЭВМ ("Днепр", МИР и др.) основной вклад внес С.С. Забара. Он появился в бывшей лаборатории Лебедева в 1956 году еще до прихода Глушкова и попал в группу, эксплуатировавшую СЭСМ. Машина работала очень ненадежно.
Намучавшись с ней, он решился на отчаянный поступок. "Когда все ушли в отпуск и среди двух оставшихся я оказался старшим, - вспоминает он, - я срезал весь старый монтаж, разработал новые элементы, но смонтировать, конечно, не успел. То-то были гром и молнии, когда вернулся мой руководитель Рабинович! Но пути были отрезаны, нужно было идти напролом. И затея удалась! Это была первая, маленькая, но очень приятная победа!".
Постепенно С.С.Забара стал, как тогда говорили, "элементщиком", т.е. разработчиком элементной базы машин. Был главным конструктором элементной базы ЭВМ "Днепр", "Днепр-2", ЭВМ семейства МИР, "Искра" и др. Руководил работой по созданию системы потенциальных элементов (МИР-10), сменивших потенциально-импульсные. На элементах МИР-10 создавались все машины второго поколения, выпускаемые Министерством приборостроения СССР. (В этой работе активно участвовал А.Г. Кухарчук, разработавший базовые методы проектирования цифровых устройств на потенциальных элементах) .
Кроме "Днепров" и семейства МИР в Институте кибернетики АН Украины и СКВ института в 60-х и 70-х годах был разработан и передан промышленности целый ряд мини-ЭВМ, специализированных ЭВМ и программируемых клавишных ЭВМ: СОУ-1, "Нева", "Искра-125", "Мр1я", "Чайка", "Москва", "Скорпион", "Ромб", "Орион", "Экспресс", "Пирс", ЭВМ для спектрального анализа и др. (А.В. Палагин, А.Г. Кухарчук, Г.И. Корниенко).
Совместно с Киевским ПО им. С.П. Королева был создан и выпускался комплекс микропроцессорных средств "Нейрон" и системы отладки СО-01 - СО-04 (Б.Н. Малиновский, А.В. Палагин, В.И. Сигалов). Сотрудники института приняли участие в проектировании первой отечественной микро-ЭВМ "Электроника-С5", созданной в Ленинградском НПО "Светлана" (А.В. Палагин, В.А. Иванов).
Современные ЭВМ невозможно проектировать без систем автоматизации проектно-конструкторских работ. На основе теоретических работ Глушкова в институте был развернут широкий фронт работ и создан ряд уникальных систем "ПРОЕКТ" ("ПРОЕКТ-1", "ПРОЕКТ-ЕС", "ПРОЕКТ-МИМ", "ПРОЕКТ-МВК") для автоматизированного проектирования ЭВМ вместе с математическим обеспечением. Первоначально они реализовывались на ЭВМ "Киев", затем М-20, М-220 и БЭСМ-6 (с общим объемом в 2 млн. машинных команд), а со временем переведены на ЕС ЭВМ. Система "ПРОЕКТ-1", реализованная в М-220 и БЭСМ-6, представляла собой распределенный специализированный программно-технический комплекс со своей операционной системой и специализированной системой программирования. В ней впервые в мире был автоматизирован (причем с оптимизацией) этап алгоритмического проектирования (В.М. Глушков, А.А. Летичевский, Ю.В. Капитонова). В рамках этих систем была разработана новая технология проектирования сложных программ - метод формализованных технических заданий (А.А. Летичевский, Ю.В. Капитонова). Системы "ПРОЕКТ" разрабатывались как экспериментальные, на них отрабатывались реальные методы и методики проектирования схемных и программных компонентов ЭВМ. Эти методы и методики впоследствии были приняты в десятках организаций, разрабатывающих вычислительную технику. Заказчиком выступало Министерство радиопромышленности (ЦКБ "Алмаз" и НИЦЭВТ). Разработанные системы стали прообразом реальных технологических линий выпуска документации для производства микросхем ЭВМ во многих организациях бывшего Советского Союза.
В.М. Глушков и С.Б. Погребинский
С системой "ПРОЕКТ-1" тесно связана система автоматизации проектирования и изготовления БИС с помощью элионной технологии. В отделе, руководимом В.П. Деркачем (одним из первых аспирантов В.М. Глушкова), были созданы установки "Киев-67" и "Киев-70", управляющие электронным лучом при обработке с его помощью различного типа подложек. Необходимо заметить, что показатели этих установок давали рекордные параметры в микроэлеронике на то время.
Системы автоматизации проектирования "ПРОЕКТ" имели коммуникационный интерфейс с "Киев-67" и "Киев-70", что позволяло выполнять сложные программы управления электронным лучом как при напылении, так и при графической обработке подложек.
Работы Глушкова, Деркача и Капитоновой по автоматизации проектирования ЭВМ были удостоены в 1977 году Государственной премии СССР.
Проблема автоматизации программирования также входила в круг основных интересов В.М.Глушкова. В работах этого направления он исходил из дальней цели полной автоматизации процесса разработки программ и ведения вычислений. Эта цель была сформулирована уже в 1957 году в статье Глушкова "Об одном методе автоматизации программирования (Проблемы кибернетики. - 1959, No 2), где предлагались первые реальные шаги для ее достижения. Работа заканчивалась словами: "В случае реализации метода во всей его полноте машине будет достаточно "показать" бумагу с напечатанным на ней заданием (на привычном математическом языке. - Прим. автора), чтобы машина без дальнейшего вмешательства человека начала решать задачу и выдала через некоторое время ответ". Метод специализированных программирующих программ, предложенный и развитый там же, в настоящее время реализуется в методологии построения интеллектуальных прикладных пакетов программ. В этой работе проявилась важная методологическая идея о правильном (сбалансированном) сочетании универсальных и специализированных средств при создании кибернетических систем, которая широко использовалась в дальнейшем и в других областях (архитектура ЭВМ, искусственный интеллект, системы управления).
Пути совершенствования технологии разработки программ В.М. Глушков видел в развитии алгебры алгоритмических языков, т.е. техники эквивалентных преобразований выражений в этих языках. В эту проблему он вкладывал общематематический и даже философский смысл, рассматривая создание алгебры языка конкретной области знаний как необходимый этап ее математизации. Сопоставляя численные и аналитические методы решения задач прикладной математики, Глушков утверждал, что развитие общих алгоритмических языков и алгебры таких языков приведет к тому, что выражения в этих языках
В.М. Глушков и М.А. Лаврентьев
(сегодняшние программы для ЭВМ) станут столь же привычными, понятными и удобными, какими сегодня являются аналитические вьгражения. При- этом фактически исчезнет разница между аналитическими и общими алгоритмическими методами и мир компьютерных моделей станет основным источником развития новой современной математики, как это и происходит сейчас. Поэтому, обсуждая созданную им алгебру алгоритмов, он говорил об этапах развития формульного аппарата математики от алгебраической символики Виета и символики дифференциально-интегрального исчисления Лейбница и Ньютона до современных алгоритмических языков, для которых необходимо создавать соответствующие исчисления и алгебру.
Опираясь на отечественные работы по теории и практике программирования в Москве, Новосибирске, Дубне, Ленинграде и других городах, Глушков в начале 70-х годов сформировал в стране программу работ по технологии программирования и средствам ее автоматизации. Ее реализация была задумана и организована им широким фронтом: от фундаментальных исследований и организационных мероприятий (конференций, ежегодных школ-семинаров, рабочих групп, постановлений директивных органов и пр.) до изготовления и внедрения в народное хозяйство конкретных автоматизированных систем производства программ и технологических комплексов программиста. В это время им был выполнен большой цикл работ по созданию в стране первой отечественной технологии программирования с развитыми средствами автоматизации на всех этапах изготовления программных систем. Средства автоматизации работ по этой технологии - технологические комплексы РТК - были изготовлены для всех основных машин - ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, БЭСМ-6, микро-ЭВМ типа "Электроника" и получили широкое внедрение. Большую роль в успешном выполнении этого цикла работ сыграл И.В. Вельбицкий.
На пути к роботам
Искусственные зрение и слух - важная часть работ в области создания искусственного интеллекта. Здесь главным, конечно, является зрение, поскольку наибольшее количество информации человек пол
учает благодаря ему. Для этого я пригласил В.А. Ковалевского из Харькова, который и организовал работу по распознаванию образов. Первым результатом его работы стал автомат для чтения машинописных букв и цифр. Он был выпущен малой серией (пять или восемь штук) из-за дороговизны, с перфокартами ему было конкурировать трудно. Затем Т.К. Винцюк занялся распознаванием речи, которым мы прикрыли направление по созданию сенсорной части роботов.
С самого начала я сформулировал задачу и по автоматизации двигательной (моторной) функции роботов. Мной была поставлена задача создать автоматическую руку на тележке, которая передвигалась вдоль щита управления любым объектом и переключала бы тумблеры, рубильники, поворачивала ручки и т.д., одновременно к ней добавлялось примитивное зрение, способное воспринимать только положение стрелки приборов или деления шкалы. Но, к сожалению, я не смог подыскать человека, который любил бы работать с механикой, руками. А эту задачу я поставил еще в 1959 году, когда о роботах никто не заикался. Если бы у. нас были хорошие мастерские, то мы могли бы в 1963 году первыми в мире иметь механическую руку. К сожалению, не все удается сделать.
Синтез всех этих направлений - в роботах-манипуляторах с рукой, зрением и искусственной речью.
Одновременно мы начали работы по распознаванию смысла фраз на русском языке, т.е. в области семантических сетей, как теперь это называется. Этим занимался А.А. Стогний и частично А.А. Летичевский, они добились хороших результатов. Впрочем, алгоритмы делал я, а Стогний подготовил хорошие программы. По потоку предложений на входе этот алгоритм строил семантическую сеть, т.е. определял, какие слова с какими корреспондируются. Например, предложение "Стул стоит на потолке" хоть и правильно грамматически, но семантически неверно, и т.д. Были сделаны зачатки картины мира, причем придумано экономное кодирование; затем Стогний переключился на распознавание дискретных образов, тематику Ю.И. Журавлева, да и я оставил это дело и у нас оно захирело. Надо было его с машинным переводом связать, но опять не хватило людей, а я не мог заниматься лишь семантической алгоритмикой. И все-таки, когда я сделал в 1961 году в Мюнхене на конгрессе IFIP доклад на эту тему, это стало сенсацией, - у американцев ничего подобного в то время не было. Тогда же меня избрали в программный комитет Международной федерации по обработке информации.
"ЭВМ "Киев" стала первой в Европе системой цифровой обработки изображений и моделирования интеллектуальных процессов, - дополняет Глушкова Г.Л. Гиммельфарб, один из ветеранов института. - К ней были подключены два оригинальных периферийных устройства, которые позволили моделировать на ЭВМ простейшие алгоритмы обучения распознаванию образов и обучения целенаправленному поведению: устройство для ввода изображений с бумажного носителя или фотопленки и устройство вывода изображений из ЭВМ. (Оба устройства разработал В.И. Рыбак.) В те годы первые устройства вывода изображений из ЭВМ (прообразы сегодняшних дисплеев) имелись только в США. Устройств, аналогичных киевскому, по всей видимости, за рубежом тогда еще не было. На ЭВМ "Киев" под руководством Глушкова в конце 50-х - начале 60-х годов была выполнена серия работ по искусственному интеллекту, в частности обучению распознаванию простых геометрических фигур (В.М. Глушков, В.А. Ковалевский, В.И. Рыбак), моделированию читающих автоматов для рукописных и машинописных знаков (В.А. Ковалевский, А.Г. Семеновский, В.К. Елисеев), отслеживанию движения объектов по серии изображений, или кинограмме (В.И. Рыбак), моделированию поведения коллектива автоматов в процессе эволюции (А.А. Дородницина, А.А. Летичевский), автоматическому синтезу функциональных схем ЭВМ (Ю.В. Капитонова) и др. Таким образом, В.М. Глушков обратился к теории и практике моделирования интеллектуальной деятельности в первые годы становления вычислительной техники, когда многие воспринимали ЭВМ просто как "большой арифмометр". Большой интерес Глушков проявил к автоматическому распознаванию зрительных образов: работы по автоматическому чтению рукописных и печатных знаков были начаты под его руководством уже в 1959-1961 годы, а на протяжении первой половины 60-х годов была развита корреляционная теория распознавания машинописных знаков и строк текста (В.А. Ковалевский, М.И. Шлезингер), теория оптимального конструирования эталонов распознаваемых символов (М.И. Шлезингер), были созданы последовательно несколько макетов оптических читающих автоматов, основанные на принципах оптической корреляции ("ОКА" и "ЭОК-10", В.К. Елисеев) и электронной корреляции ("ЧАРС", В.А. Ковалевский, А.Г. Семеновский).
В дальнейшем устройства ввода-вывода изображений, использованные для ЭВМ "Киев", были модернизированы и перенесены на новую ЭВМ БЭСМ-6. С их помощью были выполнены многочисленные работы по цифровому анализу снимков реальных объектов, в частности по обнаружению и отслеживанию следов физических частиц в пузырьковых камерах (М.И. Шлезингер), обнаружению, распознаванию и отслеживанию движения различных транспортных средств (В.И. Рыбак), распознаванию машинописных знаков (В.А. Ковалевский) и др.
Опыт, полученный при создании и использовании устройств ввода-вывода изображений, позволил разработать первый в СССР стенд моделирования интеллектуальных роботов типа глаз-рука (В.И. Рыбак, Г.Л. Гиммельфарб, В.Б. Марченко и др.). В состав стенда вошли ЭВМ БЭСМ-6, связанная с ней телевизионная система ввода изображений в ЭВМ и электромеханический манипулятор с шестью степенями подвижности, подсоединенный к ЭВМ БЭСМ-6 через управляющую мини-ЭВМ М-6000. В.М. Глущков проявил большой интерес к этим работам, поскольку считал робототехнику одним из важнейших направлений практического использования методов и средств искусственного интеллекта. На стенде были впервые в СССР выполнены работы по автоматическому описанию пространственных сцен, составленных из простых по форме объектов, и управлению манипулятором на основе полученного описания (70-е годы)".
Добавим, что в отделе Н.М. Амосова в эти же годы был проведен широкий комплекс исследований в области искусственного интеллекта: был разработан ряд транспортных роботов (ТАИР и др.), осуществлено моделирование ряда мыслительных и общественных процессов (A.M. Касаткин, Л.М. Касаткина, Д.Г. Галенко и др.).
В.М. Глушков не случайно упоминает Т.К. Винцюка и его работы по распознаванию речи. Еще при жизни ученого Винцюком был разработан ряд весьма совершенных устройств распознавания и синтеза речи. Поддержка этих работ со стороны В.М. Глушкова привела к быстрому развитию в институте одного из важных направлений искусственного интеллекта.
Будущее экспериментальной науки
"Вряд ли можно сомневаться, что в будущем все более и более значительная часть закономерностей окружающего нас мира будет познаваться и использоваться автоматическими помощниками человека. Но столь же несомненно и то, что все наиболее важное в процессах мышления и познания всегда будет уделом человека. Справедливость этого вывода обусловлена исторически.
"Рука" робота, управляемая ЭВМ
По материалам разработки была подготовлена монография "Вычислительная машина с развитыми системами интерпретации", изданная в 1970 году, т.е. примерно всего через два года после окончания работ по "Украине", авторами которой являются В.М. Глушков, А.А. Барабанов, С.Д. Калиниченко, С.Д. Михновский, З.Л. Рабинович. В книге по истории мировой вычислительной техники (подготовленной Институтом истории техники АН СССР) она была упомянута как теоретическое обоснование развития ЭВМ в направлении реализации языков высокого уровня. В 1987 году, когда уже не стало Виктора Михайловича, в Министерстве радиопромышленности состоялось представительное совещание по вопросу дальнейшего развития вычислительной техники. От нашего института на нем присутствовал З.Л.Рабинович. В конце, когда совещание практически завершалось, совершенно неожиданно выступил академик B.C. Семенихин и сказал, что тот путь, на который сейчас все становятся, был предложен Украинской академией наук еще 15 лет назад. Раздались возгласы: "Институт кибернетики! Глушков!" Затем один за другим выступили известные ученые тех лет - Б.А. Бабаян, Н.Я. Матюхин, М.К. Сулим. Звучала искренняя признательность В.М. Глушкову и Институту кибернетики АН Украины за большой вклад в развитие отечественной вычислительной техники.
Кроме усложнения машинного языка мы стремились перейти от последовательного принципа исполнения команд, предложенного Нейманом, к мультикомандному. Пришлось много потрудиться, пока не пришла в голову идея макроконвейера, и удалось, если не для каждого арифметического устройства, то для всей системы в целом сделать мультикомандную машину со многими потоками команд и данных.
Суть предложенного мной принципа макроконвейерной обработки данных заключается в том, что каждому отдельному процессору на очередном шаге вычислений дается такое задание, которое позволяет ему длительное время работать автономно без взаимодействия с другими процессорами.
Еще в 1959 году на Всесоюзной конференции по вычислительной технике в Киеве В.М. Глушков высказал идею мозгоподобных структур, которые станут реальностью, когда конструктор сможет объединить в единую систему не тысячи, а миллиарды элементов практически без каких-либо ограничений на число соединений между этими элементами. В таких структурах может быть осуществлено слияние памяти с обработкой данных, т.е. такое функционирование системы, при котором данные обрабатываются по всей памяти с максимально возможной степенью распараллеливания всех операций.
В 1974 году на конгрессе IFIP Глушков выступил с докладом о рекурсивной ЭВМ, основанной на новых принципах организации вычислительных систем (соавторы В.А. Мясников, И.Б. Игнатьев, В.А. Торгашев). Он высказал мнение о том, что только разработка принципиально новой ненеймановской архитектуры вычислительных систем, базирующейся на современном уровне развития технологии, позволит решить проблему построения супер-ЭВМ с неограниченным ростом производительности при наращивании аппаратных средств. Дальнейшие исследования показали, что полная и бескомпромиссная реализация принципов построения рекурсивных ЭВМ и мозгоподобных структур при имеющемся уровне электронной технологии пока преждевременна. "Необходимо было найти компромиссные решения, определяющие переходные этапы к мозгоподобным структурам будущего путем разумного отступления от принципов фон Неймана" (из доклада В.М. Глушкова на конференции в Новосибирске в 1979 году). Такие решения были найдены Глушковым и положены в основу оригинальной структуры высокопроизводительной ЭВМ, названной им макроконвейером.
Идея макроконвейера так увлекла ученого, что он работал над ней даже находясь в Президиуме АН Украины, где выполнял обязанности вице-президента. Как-то раз, придя к нему в кабинет, я застал его в сильном возбуждении. Он сразу начал рассказывать про только что появившийся у него вариант структуры макроконвейерной ЭВМ. Этим я хочу подчеркнуть, что основополагающие принципы макроконвейерной ЭВМ исходили именно от него.
Глушков привлек к новой работе, кроме своего, отделы Молчанова, Летичев-ского, Михалевича и др., крупные силы СКВ математических машин и систем. Сам постоянно проводил научные семинары с обсуждением основных вопросов архитектуры и программного обеспечения, добился выпуска постановлений, обязывавших осуществить снабжение института необходимыми техническими средствами, финансированием и обеспечить промышленный выпуск новой ЭВМ, что было далеко не так просто. Главным конструктором макропроцессорной ЭВМ был назначен С.Б. Погребинский.
В 1981 году Институт кибернетики АН Украины посетил известный физик-атомщик академик Ю.Б. Харитон, которого заинтересовала необычная макро-конвейерная машина, позволяющая увеличить во много раз скорость вычислений, а следовательно, сократить сроки важнейших в то время работ. В.М.Глушков понимал важность такого визита для дальнейшей судьбы макроконвейерной ЭВМ и института в целом. Он был уже очень болен, с трудом говорил, речь прерывалась кашлем. И тем не менее он сам принял академика, заразив его своим энтузиазмом, верой в то, что мощная отечественная супер-ЭВМ обязательно появится и поможет физикам.
Глушков не смог увидеть созданные по его идеям макроконвейерные ЭВМ ЕС-2701 и ЕС-1766, не имеющие аналогов в мировой практике (по оценке Государственной комиссии, принимавшей работы). В тот период (начало 80-х годов) это были самые мощные в бывшем Советском Союзе вычислительные системы. Производительность ЕС-1766 при использовании полного комплекта процессоров (256 устройств) оценивалась в полмиллиарда операций в секунду! ЕС-2701 и ЕС-1766 были переданы на завод ВЭМ (г. Пенза) в серийное производство в 1984-м и 1987 годах, соответственно. К сожалению, машины, , столь мощные, соперничающие с лучшими американскими и столь нужные науке и технике, были выпущены на заводе лишь малой серией.
Талант и труд выдающегося ученого, многих сотен работавших с ним людей, большие затраты материальных и финансовых средств остались неиспользованными...
Большую роль в быстрой реализации идей Глушкова в области вычислительной техники сыграли кадры специалистов, подготовленных Лебедевым, и в первую очередь Погребинский, участник разработки МЭСМ, отладки БЭСМ, создания ЭВМ "Киев". Путь его в науку был обычным для того времени: война, ранения, демобилизация, а затем учеба в Киевском политехническом институте. В 1948 году начал работать в лаборатории Лебедева. Ему была поручена разработка элементов, макетирование и отладка главной части МЭСМ - арифметического устройства, с чем он отлично справился. Таким неординарным было второе "боевое крещение" молодого специалиста, на этот раз не на поле боя, а в науке. Став научным руководителем работ на завершающем этапе конструирования ЭВМ "Киев", Глушков сразу обратил внимание на молодого, активного, весьма организованного и знающего себе цену инженера.
Когда работы по ЭВМ "Киев" закончились, он назначил Погребинского главным конструктором ЭВМ "Промшь" (а затем и МИРов). Вряд ли Глушков ожидал, что его идея личной машины для инженера (сейчас ее назвали бы персональной) будет реализована в ЭВМ "Промшь" всего за восемь месяцев!
Будучи главным конструктором макроконвейерной ЭВМ, Погребинский отлично справился и с этой, вероятно, самой сложной в его жизни работой.
Быстродействие и надежность - главные параметры ЭВМ - в значительной степени определяются элементной базой: десятками и сотнями тысяч элементарных электронных схем, из которых строится ЭВМ. В разработку элементной базы первых ЭВМ ("Днепр", МИР и др.) основной вклад внес С.С. Забара. Он появился в бывшей лаборатории Лебедева в 1956 году еще до прихода Глушкова и попал в группу, эксплуатировавшую СЭСМ. Машина работала очень ненадежно.
Намучавшись с ней, он решился на отчаянный поступок. "Когда все ушли в отпуск и среди двух оставшихся я оказался старшим, - вспоминает он, - я срезал весь старый монтаж, разработал новые элементы, но смонтировать, конечно, не успел. То-то были гром и молнии, когда вернулся мой руководитель Рабинович! Но пути были отрезаны, нужно было идти напролом. И затея удалась! Это была первая, маленькая, но очень приятная победа!".
Постепенно С.С.Забара стал, как тогда говорили, "элементщиком", т.е. разработчиком элементной базы машин. Был главным конструктором элементной базы ЭВМ "Днепр", "Днепр-2", ЭВМ семейства МИР, "Искра" и др. Руководил работой по созданию системы потенциальных элементов (МИР-10), сменивших потенциально-импульсные. На элементах МИР-10 создавались все машины второго поколения, выпускаемые Министерством приборостроения СССР. (В этой работе активно участвовал А.Г. Кухарчук, разработавший базовые методы проектирования цифровых устройств на потенциальных элементах) .
Кроме "Днепров" и семейства МИР в Институте кибернетики АН Украины и СКВ института в 60-х и 70-х годах был разработан и передан промышленности целый ряд мини-ЭВМ, специализированных ЭВМ и программируемых клавишных ЭВМ: СОУ-1, "Нева", "Искра-125", "Мр1я", "Чайка", "Москва", "Скорпион", "Ромб", "Орион", "Экспресс", "Пирс", ЭВМ для спектрального анализа и др. (А.В. Палагин, А.Г. Кухарчук, Г.И. Корниенко).
Совместно с Киевским ПО им. С.П. Королева был создан и выпускался комплекс микропроцессорных средств "Нейрон" и системы отладки СО-01 - СО-04 (Б.Н. Малиновский, А.В. Палагин, В.И. Сигалов). Сотрудники института приняли участие в проектировании первой отечественной микро-ЭВМ "Электроника-С5", созданной в Ленинградском НПО "Светлана" (А.В. Палагин, В.А. Иванов).
Современные ЭВМ невозможно проектировать без систем автоматизации проектно-конструкторских работ. На основе теоретических работ Глушкова в институте был развернут широкий фронт работ и создан ряд уникальных систем "ПРОЕКТ" ("ПРОЕКТ-1", "ПРОЕКТ-ЕС", "ПРОЕКТ-МИМ", "ПРОЕКТ-МВК") для автоматизированного проектирования ЭВМ вместе с математическим обеспечением. Первоначально они реализовывались на ЭВМ "Киев", затем М-20, М-220 и БЭСМ-6 (с общим объемом в 2 млн. машинных команд), а со временем переведены на ЕС ЭВМ. Система "ПРОЕКТ-1", реализованная в М-220 и БЭСМ-6, представляла собой распределенный специализированный программно-технический комплекс со своей операционной системой и специализированной системой программирования. В ней впервые в мире был автоматизирован (причем с оптимизацией) этап алгоритмического проектирования (В.М. Глушков, А.А. Летичевский, Ю.В. Капитонова). В рамках этих систем была разработана новая технология проектирования сложных программ - метод формализованных технических заданий (А.А. Летичевский, Ю.В. Капитонова). Системы "ПРОЕКТ" разрабатывались как экспериментальные, на них отрабатывались реальные методы и методики проектирования схемных и программных компонентов ЭВМ. Эти методы и методики впоследствии были приняты в десятках организаций, разрабатывающих вычислительную технику. Заказчиком выступало Министерство радиопромышленности (ЦКБ "Алмаз" и НИЦЭВТ). Разработанные системы стали прообразом реальных технологических линий выпуска документации для производства микросхем ЭВМ во многих организациях бывшего Советского Союза.
В.М. Глушков и С.Б. Погребинский
С системой "ПРОЕКТ-1" тесно связана система автоматизации проектирования и изготовления БИС с помощью элионной технологии. В отделе, руководимом В.П. Деркачем (одним из первых аспирантов В.М. Глушкова), были созданы установки "Киев-67" и "Киев-70", управляющие электронным лучом при обработке с его помощью различного типа подложек. Необходимо заметить, что показатели этих установок давали рекордные параметры в микроэлеронике на то время.
Системы автоматизации проектирования "ПРОЕКТ" имели коммуникационный интерфейс с "Киев-67" и "Киев-70", что позволяло выполнять сложные программы управления электронным лучом как при напылении, так и при графической обработке подложек.
Работы Глушкова, Деркача и Капитоновой по автоматизации проектирования ЭВМ были удостоены в 1977 году Государственной премии СССР.
Проблема автоматизации программирования также входила в круг основных интересов В.М.Глушкова. В работах этого направления он исходил из дальней цели полной автоматизации процесса разработки программ и ведения вычислений. Эта цель была сформулирована уже в 1957 году в статье Глушкова "Об одном методе автоматизации программирования (Проблемы кибернетики. - 1959, No 2), где предлагались первые реальные шаги для ее достижения. Работа заканчивалась словами: "В случае реализации метода во всей его полноте машине будет достаточно "показать" бумагу с напечатанным на ней заданием (на привычном математическом языке. - Прим. автора), чтобы машина без дальнейшего вмешательства человека начала решать задачу и выдала через некоторое время ответ". Метод специализированных программирующих программ, предложенный и развитый там же, в настоящее время реализуется в методологии построения интеллектуальных прикладных пакетов программ. В этой работе проявилась важная методологическая идея о правильном (сбалансированном) сочетании универсальных и специализированных средств при создании кибернетических систем, которая широко использовалась в дальнейшем и в других областях (архитектура ЭВМ, искусственный интеллект, системы управления).
Пути совершенствования технологии разработки программ В.М. Глушков видел в развитии алгебры алгоритмических языков, т.е. техники эквивалентных преобразований выражений в этих языках. В эту проблему он вкладывал общематематический и даже философский смысл, рассматривая создание алгебры языка конкретной области знаний как необходимый этап ее математизации. Сопоставляя численные и аналитические методы решения задач прикладной математики, Глушков утверждал, что развитие общих алгоритмических языков и алгебры таких языков приведет к тому, что выражения в этих языках
В.М. Глушков и М.А. Лаврентьев
(сегодняшние программы для ЭВМ) станут столь же привычными, понятными и удобными, какими сегодня являются аналитические вьгражения. При- этом фактически исчезнет разница между аналитическими и общими алгоритмическими методами и мир компьютерных моделей станет основным источником развития новой современной математики, как это и происходит сейчас. Поэтому, обсуждая созданную им алгебру алгоритмов, он говорил об этапах развития формульного аппарата математики от алгебраической символики Виета и символики дифференциально-интегрального исчисления Лейбница и Ньютона до современных алгоритмических языков, для которых необходимо создавать соответствующие исчисления и алгебру.
Опираясь на отечественные работы по теории и практике программирования в Москве, Новосибирске, Дубне, Ленинграде и других городах, Глушков в начале 70-х годов сформировал в стране программу работ по технологии программирования и средствам ее автоматизации. Ее реализация была задумана и организована им широким фронтом: от фундаментальных исследований и организационных мероприятий (конференций, ежегодных школ-семинаров, рабочих групп, постановлений директивных органов и пр.) до изготовления и внедрения в народное хозяйство конкретных автоматизированных систем производства программ и технологических комплексов программиста. В это время им был выполнен большой цикл работ по созданию в стране первой отечественной технологии программирования с развитыми средствами автоматизации на всех этапах изготовления программных систем. Средства автоматизации работ по этой технологии - технологические комплексы РТК - были изготовлены для всех основных машин - ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, БЭСМ-6, микро-ЭВМ типа "Электроника" и получили широкое внедрение. Большую роль в успешном выполнении этого цикла работ сыграл И.В. Вельбицкий.
На пути к роботам
Искусственные зрение и слух - важная часть работ в области создания искусственного интеллекта. Здесь главным, конечно, является зрение, поскольку наибольшее количество информации человек пол
учает благодаря ему. Для этого я пригласил В.А. Ковалевского из Харькова, который и организовал работу по распознаванию образов. Первым результатом его работы стал автомат для чтения машинописных букв и цифр. Он был выпущен малой серией (пять или восемь штук) из-за дороговизны, с перфокартами ему было конкурировать трудно. Затем Т.К. Винцюк занялся распознаванием речи, которым мы прикрыли направление по созданию сенсорной части роботов.
С самого начала я сформулировал задачу и по автоматизации двигательной (моторной) функции роботов. Мной была поставлена задача создать автоматическую руку на тележке, которая передвигалась вдоль щита управления любым объектом и переключала бы тумблеры, рубильники, поворачивала ручки и т.д., одновременно к ней добавлялось примитивное зрение, способное воспринимать только положение стрелки приборов или деления шкалы. Но, к сожалению, я не смог подыскать человека, который любил бы работать с механикой, руками. А эту задачу я поставил еще в 1959 году, когда о роботах никто не заикался. Если бы у. нас были хорошие мастерские, то мы могли бы в 1963 году первыми в мире иметь механическую руку. К сожалению, не все удается сделать.
Синтез всех этих направлений - в роботах-манипуляторах с рукой, зрением и искусственной речью.
Одновременно мы начали работы по распознаванию смысла фраз на русском языке, т.е. в области семантических сетей, как теперь это называется. Этим занимался А.А. Стогний и частично А.А. Летичевский, они добились хороших результатов. Впрочем, алгоритмы делал я, а Стогний подготовил хорошие программы. По потоку предложений на входе этот алгоритм строил семантическую сеть, т.е. определял, какие слова с какими корреспондируются. Например, предложение "Стул стоит на потолке" хоть и правильно грамматически, но семантически неверно, и т.д. Были сделаны зачатки картины мира, причем придумано экономное кодирование; затем Стогний переключился на распознавание дискретных образов, тематику Ю.И. Журавлева, да и я оставил это дело и у нас оно захирело. Надо было его с машинным переводом связать, но опять не хватило людей, а я не мог заниматься лишь семантической алгоритмикой. И все-таки, когда я сделал в 1961 году в Мюнхене на конгрессе IFIP доклад на эту тему, это стало сенсацией, - у американцев ничего подобного в то время не было. Тогда же меня избрали в программный комитет Международной федерации по обработке информации.
"ЭВМ "Киев" стала первой в Европе системой цифровой обработки изображений и моделирования интеллектуальных процессов, - дополняет Глушкова Г.Л. Гиммельфарб, один из ветеранов института. - К ней были подключены два оригинальных периферийных устройства, которые позволили моделировать на ЭВМ простейшие алгоритмы обучения распознаванию образов и обучения целенаправленному поведению: устройство для ввода изображений с бумажного носителя или фотопленки и устройство вывода изображений из ЭВМ. (Оба устройства разработал В.И. Рыбак.) В те годы первые устройства вывода изображений из ЭВМ (прообразы сегодняшних дисплеев) имелись только в США. Устройств, аналогичных киевскому, по всей видимости, за рубежом тогда еще не было. На ЭВМ "Киев" под руководством Глушкова в конце 50-х - начале 60-х годов была выполнена серия работ по искусственному интеллекту, в частности обучению распознаванию простых геометрических фигур (В.М. Глушков, В.А. Ковалевский, В.И. Рыбак), моделированию читающих автоматов для рукописных и машинописных знаков (В.А. Ковалевский, А.Г. Семеновский, В.К. Елисеев), отслеживанию движения объектов по серии изображений, или кинограмме (В.И. Рыбак), моделированию поведения коллектива автоматов в процессе эволюции (А.А. Дородницина, А.А. Летичевский), автоматическому синтезу функциональных схем ЭВМ (Ю.В. Капитонова) и др. Таким образом, В.М. Глушков обратился к теории и практике моделирования интеллектуальной деятельности в первые годы становления вычислительной техники, когда многие воспринимали ЭВМ просто как "большой арифмометр". Большой интерес Глушков проявил к автоматическому распознаванию зрительных образов: работы по автоматическому чтению рукописных и печатных знаков были начаты под его руководством уже в 1959-1961 годы, а на протяжении первой половины 60-х годов была развита корреляционная теория распознавания машинописных знаков и строк текста (В.А. Ковалевский, М.И. Шлезингер), теория оптимального конструирования эталонов распознаваемых символов (М.И. Шлезингер), были созданы последовательно несколько макетов оптических читающих автоматов, основанные на принципах оптической корреляции ("ОКА" и "ЭОК-10", В.К. Елисеев) и электронной корреляции ("ЧАРС", В.А. Ковалевский, А.Г. Семеновский).
В дальнейшем устройства ввода-вывода изображений, использованные для ЭВМ "Киев", были модернизированы и перенесены на новую ЭВМ БЭСМ-6. С их помощью были выполнены многочисленные работы по цифровому анализу снимков реальных объектов, в частности по обнаружению и отслеживанию следов физических частиц в пузырьковых камерах (М.И. Шлезингер), обнаружению, распознаванию и отслеживанию движения различных транспортных средств (В.И. Рыбак), распознаванию машинописных знаков (В.А. Ковалевский) и др.
Опыт, полученный при создании и использовании устройств ввода-вывода изображений, позволил разработать первый в СССР стенд моделирования интеллектуальных роботов типа глаз-рука (В.И. Рыбак, Г.Л. Гиммельфарб, В.Б. Марченко и др.). В состав стенда вошли ЭВМ БЭСМ-6, связанная с ней телевизионная система ввода изображений в ЭВМ и электромеханический манипулятор с шестью степенями подвижности, подсоединенный к ЭВМ БЭСМ-6 через управляющую мини-ЭВМ М-6000. В.М. Глущков проявил большой интерес к этим работам, поскольку считал робототехнику одним из важнейших направлений практического использования методов и средств искусственного интеллекта. На стенде были впервые в СССР выполнены работы по автоматическому описанию пространственных сцен, составленных из простых по форме объектов, и управлению манипулятором на основе полученного описания (70-е годы)".
Добавим, что в отделе Н.М. Амосова в эти же годы был проведен широкий комплекс исследований в области искусственного интеллекта: был разработан ряд транспортных роботов (ТАИР и др.), осуществлено моделирование ряда мыслительных и общественных процессов (A.M. Касаткин, Л.М. Касаткина, Д.Г. Галенко и др.).
В.М. Глушков не случайно упоминает Т.К. Винцюка и его работы по распознаванию речи. Еще при жизни ученого Винцюком был разработан ряд весьма совершенных устройств распознавания и синтеза речи. Поддержка этих работ со стороны В.М. Глушкова привела к быстрому развитию в институте одного из важных направлений искусственного интеллекта.
Будущее экспериментальной науки
"Вряд ли можно сомневаться, что в будущем все более и более значительная часть закономерностей окружающего нас мира будет познаваться и использоваться автоматическими помощниками человека. Но столь же несомненно и то, что все наиболее важное в процессах мышления и познания всегда будет уделом человека. Справедливость этого вывода обусловлена исторически.
"Рука" робота, управляемая ЭВМ