Страница:
Интерес к автоматизации вычислений возник у И.С. Брука не случайно. Занимаясь вопросами электроэнергетики, он, как и С.А. Лебедев, остро чувствовал необходимость создания вычислительных средств для обеспечения своих исследований, требующих сложных рассчетов.
Схожесть биографий этих двух замечательных ученых поразительна. Оба родились в один год, учились в одном институте, "становились на ноги" как ученые в одной научной организации, оба занимались вопросами энергетики, от нее шли к вычислительной технике, оба стали руководителями ведущих научных школ в области цифровых вычислительных машин.
К именам обоих приложимо определение - первые.
Наиболее характерной чертой творчества И.С. Брука в области вычислительной техники является пионерский характер его работ. Он первым в СССР (совместно с Б.И. Рамеевым) разработал проект цифровой электронной вычислительной машины с жестким программным управлением (август 1948 г.). В это время машина подобного типа имелась лишь в США ("Эниак", 1946 г.). Они же с Рамеевым получили первое в СССР свидетельство об изобретении цифровой ЭВМ (с общей шиной), датируемое декабрем 1948 г. К сожалению, и проект и изобретение не были своевременно реализованы на практике.
И.С. Брук первым выдвинул и осуществил идею создания малых вычислительных машин для использования в научных лабораториях.
Под его руководством в 1950-1951 гг. была создана первая в Российской федерации малая цифровая электронная вычислительная машина с хранимой в памяти программой M-I, содержащая 730 электронных ламп (вместо 6000 в МЭСМ). Запущенная в опытную эксплуатацию в начале 1952 г, она оказалась единственной в Российской федерации действующей ЭВМ.
В M-I впервые вместо электронных ламп (диодов) были использованы полупроводниковые (купроксные) выпрямители, рулонный телетайп, рассчитанный на печать длинной строки (вместо ленточного на одно число в строке), впервые была применена двухадресная система команд.
Вместе с тем неудержимое стремление быть впереди всех, постоянно иметь новые и новые результаты часто мешало ученому доводить начатое дело до конца. Не случайно только третья разработанная под его руководством ЭВМ стала выпускаться промышленностью. Разработка ЭВМ была вызвана скорее желанием проявить свои творческие способности еще в одной новой и актуальной области науки и техники, нежели являлась основополагающим направлением деятельности ученого. "Работа над ЭВМ M-I в ЭНИН АН СССР в лаборатории электросистем велась "полулегально", сегодня сказали бы, что это было хобби руководителя работ и только". (Из воспоминаний бывшего участника работ А.Б. Залкинда.) В эти же годы Брук активно продолжал исследования в области энергетики, выдвинул проблему управляющих машин и много сделал для их применения на электрических станциях, увлекался проблемой управления в экономике и пр. В итоге в дальнейшем он передал эстафету развития вычислительных средств своим замечательным ученикам - Николаю Яковлевичу Матюхину и Михаилу Александровичу Карцеву. Однако, если учесть весь комплекс работ, проведенных Бруком и его учениками, то, как будет видно из дальнейшего, вклад его научной школы и научных школ его учеников в компьютеростроение был очень значителен. Развернувшееся с самого начала негласное творческое соревнование двух ведущих научных школ С.А. Лебедева и И.С. Брука стимулировало научные коллективы, не давало возможности успокоиться на достигнутом. Сравнить полученные результаты и определить "победителей" вряд ли возможно. Ясно одно: выиграла наука, научно-технический прогресс.
И.С. Брук родился 8 ноября 1902 года в Минске в бедной еврейской семье служащего табачной фабрики. В 1920 году окончил реальное училище, а в 1925 году - электротехнический факультет МВТУ им. Н.Э. Баумана в Москве. Еще будучи студентом включился в научную деятельность, - его дипломная работа была посвящена новым способам регулирования асинхронных двигателей. После окончания МВТУ его направили во Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина, где он получил большой практический опыт: участвовал в разработке новой серии асинхронных двигателей, выезжал в Донбасс для налаживания параллельной работы электростанций.
"Способности и интерес к технике он унаследовал от отца, - вспоминает сестра Исаака Семеновича Мирра Семеновна Брук (кандидат искусствоведения, живет в Москве. - Прим. авт.). Учась в Минском реальном училище он особенно увлекался точными науками - математикой, физикой, техникой. В учебных лабораториях ему иногда отдавали отработанные старые приборы. На заводе "Энергия" , куда стал приходить Исаак, мастера, видя исключительную любознательность мальчика к технике, объясняли ему устройство машин и станков, отдавали некоторые старые детали.
Брат много читал, любил произведения Жюля Верна, Джека Лондона, Фенимора Купера. Увлекался астрономией' и мне дал читать "Стеллу" Фламариона. Он хорошо рисовал, собирал репродукции картин. Из моего репертуара (я училась в музыкальной школе) любил слушать сочинения Бетховена, Чайковского, Грига".
В 1930 г. Брук переехал в Харьков, где на одном из заводов под его руководством были разработаны и построены несколько электрических машин новой конструкции, в том числе взрывобезопасные асинхронные двигатели. В 1935 г. он возвратился в Москву и поступил на работу в Энергетический институт АН СССР (ныне ЭНИН им. Кржижановского). В его личном деле сохранилось рекомендательное письмо директору ЭНИНа академику Г.М. Кржижановскому от академика К.И. Шенфера - крупнейшего специалиста в области электрических машин. Зная Брука по работе в ВЭИ, Шенфер рекомендовал его как "блестящего экспериментатора и талантливого научного работника и инженера". В заявлении при поступлении на работу в ЭНИН И.С. Брук написал, что хотел бы заниматься вопросами компенсации реактивной мощности дальних линий электропередач. В организованной им лаборатории электросистем он развертывает исследования по расчету режимов мощных энергосистем. Для моделирования сложных электросетей в лаборатории создается расчетный стол переменного тока - своеобразное специализированное вычислительное устройства За эти работы в мае 1936 г. Бруку была присвоена ученая степень кандидата технических наук без защиты диссертации, а в октябре того же года он защитил докторскую диссертацию на тему "Продольная компенсация линий электропередач".
В предвоенные годы он увлекся созданием механического интегратора. Успешное завершение этой работы способствовало избранию его в члены-корреспонденты АН СССР, о чем упоминалось выше. В годы Великой Отечественной войны, продолжая исследования в области энергетики, И.С. Брук успешно работал над системами управления зенитным огнем, изоорел синхронизатор авиационной пушки, позволяющий стрелять через вращающийся пропеллер самолета. В 1947 г. его избрали действительным членом Академии артиллерийских наук. В первые послевоенные годы под его руководством велись исследования по статической устойчивости энергосистем. Разрабатывалась аппаратура регулирования частоты и активной мощности для крупнейших элек
тростанций страны. Продолжали развиваться работы по аналоговым вычислительным устройствам. Был создан электронный дифференциальный анализатор "ЭДА" (главный конструктор Н.Н. Ленов), предназначенный для интегрирования уравнений до 20-го порядка.
Заинтересовавшись появившимися в конце 40-х годов зарубежными публикациями о цифровых вычислительных машинах, Брук становится активным участником научного семинара, обсуждавшего вопросы автоматизации вычислений (создан при Президиуме АН СССР в конце войны по инициативе ученого секретаря Академии академика Н.Г. Бру-евича). В 1947 г. на семинаре был поднят вопрос о создании специального института вычислительной техники. Благодаря активной поддержке президента Академии СИ. Вавилова в июле 1948 года в Академии наук СССР был создан Институт точной механики и вычислительной техники. Исполняющим обязанности директора был назначен Бруевич. Казалось бы, Брук со своей лабораторией как пионер вычислительной техники должен был войти в состав нового института. К этому времени в его распоряжении уже был проект цифровой ЭВМ, составленный им и Рамеевым, ими же были разработаны "Проектные соображения по организации лаборатории при Институте точной механики и вычислительной техники для разработки и строительства электронной цифровой вычислительной машины". Но_
Сегодня трудно установить, почему этого не случилось. Причин могло быть несколько. Во-первых, вначале, кроме названия, у института практически ничего не было - ни здания, ни оборудования. Во-вторых, руководитель нового института академик Н.Г.Бруевич не был сторонником развития электронных цифровых машин, поскольку сам был механиком и делал ставку на развитие механических вычислительных устройств.
Не исключено, в третьих, что повлияла и недооценка Бруком сложности создания ЭВМ. Считая, что проект, составленный им и Рамеевым, это уже значительный или даже главный шаг в достижении цели, он, вероятно, надеялся создать ЭВМ силами своей лаборатории. И жестоко просчитался.
В 1949 г. Рамеева призвали в армию. Брук остался без единственного исполнителя. Составленный проект цифровой электронной ЭВМ так и остался на уровне проекта, став достоянием истории- Тем не менее Брук не оставил своих честолюбивых замыслов. Его эмоциональная натура безусловно подогревалась сведениями о начале работ по созданию ЭВМ в ИТМ и ВТ АН СССР, которые развернулись с приходом в институт М.А. Лаврентьева, а затем С.А. Лебедева, и в СКБ-245, где появился Рамееа
В январе 1950 г. И.С. Брук обратился в отдел кадров Московского энергетического института с просьбой направить к нему способных молодых специалистов, кончающих радиофакультет. В те годы они были нарасхват и направлялись в основном в закрытые организации, выполнявшие ответственные правительственные постановления. Не имея (и не желая иметь) таковых, чтобы не связывать руки и иметь возможность вести интересующие его исследования, И.С. Брук мог рассчитывать лишь на тех, кого не посылали в закрытые организации по причинам "пятен" в биографии (но отнюдь не из-за нехватки таланта).
Так оно и получилось. В марте 1950 г. отдел кадров МЭИ направил к нему в лабораторию "сына врага народа" Николая Яковлевича Матюхина, получившего диплом с отличием за блестящую учебу и участие в научных исследованиях еще на студенческой скамье, но не прошедшего кадровую комиссию при поступлении в аспирантуру.
О том, сколь удачным для лаборатории было такое пополнение в единственном лице, говорит тот факт, что уже в апреле, т.е. всего через два месяца И.С. Брук, уверовавший в талант новообретенного помощника, оформляет постановление президиума АН СССР о разработке цифровой электронной вычислительной машины, получившей впоследствии название М-1.
Вначале молодой специалист в области радиотехники не представлял, что такое ЭВМ. Ему не сразу стало понятным первое задание руководителя спроектировать важный узел ЭВМ, дешифратор, да еще безламповый. Исаак Семенович сам подобрал для него необходимую литературу, многократно беседовал с приглянувшимся ему новичком, подробно рассказал о принципах работы ЭВМ, двоичной системе счисления, численных методах вычислений. Он же подбросил ему очень важную идею - использовать для построения логических элементов вместо электронных ламп поступившие по репарациям немецкие купроксные выпрямители. Сейчас, когда нет ни Брука, ни его любимого ученика, вряд ли кто-нибудь может сказать, каким образом проводилась ими последующая разработка структуры и архитектуры ЭВМ М-1. Можно лишь утверждать, со слов остальных участников создания машины, что Н.Я. Матюхин фактически был главным конструктором М-1, формально не являясь таковым, а И.С. Брук в полной мере выполнил роль научного руководителя разработки.
ЭВМ М-1, М-2, М-3 и их создатели
Быстро разобравшись в структуре и архитектуре ЭВМ, Н.Я. Матюхин занялся детальной разработкой арифметико-логического устройства, а также узлом управления памятью на магнитном барабане. Вскоре у него появились первые помощники.
В сентябре 1950 г. в лабораторию направили на дипломное проектирование Тамару Миновну Александриди. Ее "подбросил" отдел кадров МЭИ, зная, что И.С. Брук берет на работу молодых специалистов не по анкете, а учитывая их способности. .У Александриди, кстати, не было в биографии ничего порочащего, скорее наоборот. Но фамилия... Она настораживала, и чиновники решили не рисковать. Хотя кому как не им было хорошо известно, какой тяжелый путь по дорогам войны прошла эта девушка. Но об этом - позже.
Брук сразу же подключил ее к разработке ЭВМ и предложил заняться устройством памяти - электронным или магнитным. Тамара выбрала электронное. Тогда Исаак Семенович предложил ей исследовать возможности создания памяти на электронно-лучевых трубках, используемых в осциллографах. Первое время ее как дипломницу опекал сотрудник лаборатории Вячеслав Васильевич Карибский. Вряд ли Брук ожидал, что дипломный проект студентки станет частью отчета по ЭВМ М-1 (к женщинам он питал недоверие).
Поздней осенью 1950 г. в лаборатории появился студент последнего курса радиотехнического факультета МЭИ, принятый на работу по совместительству, Михаил Александрович Карцев. И.С. Брук-привлек его к разработке устройства управления ЭВМ М-1 (главного программного датчика) - самой сложной части машины. Одновременно Карцев готовил дипломный проект, посвященный вопросам использования кода Хемминга. Этот код, повышающий надежность передачи информации, был использован им при разработке устройства управления М-1.
Молодым специалистам помогали техники Лев Михайлович Журкин (разработка ЗУ на магнитном барабане), Юрий Васильевич Рогачев (электромонтаж, наладка), Рене Павлович Шидловский (электромонтаж, наладка).
В 1951 г. появилось подкрепление - окончивший МЭИ в феврале 1950 г. Александр Борисович Залкинд (участвовал в отладке арифметического устройства, разработал устройства ввода-вывода) и Игорь Александрович Коколевский (инженер-конструктор, спроектировавший каркас ЭВМ М-1).
Для небольшой группы молодых еще "не оперившихся" специалистов создание ЭВМ явилось безусловно сверхтрудной задачей, хотя они, возможно, к счастью, не понимали этого. Подобные работы лишь развертывались в стране и в мире. К тому же, вследствие характера руководителя им приходилось работать в полном отрыве от других организаций.
Помещение, где ютилась лаборатория, не было приспособлено для таких масштабных работ как создание ЭВМ с использованием многих сотен электронных ламп. Мешала и постоянная нехватка комплектующих изделий. Выручали энергия и находчивость И.С. Брука. Он предложил использовать полученную по репарациям немецкую электронику - купроксные выпрямители и надежные пентоды (аналоги советских электронных ламп 6Ж4); в качестве средств запоминания - доступные и дешевые осциллографические трубки, а для ввода-вывода данных - немецкий рулонный армейский телетайп. Не зря говорят - нет худа без добра. Так получилось и здесь, - ЭВМ М-1 стала первой отечественной малогабаритной машиной с использованием полупроводниковых элементов и памятью на обычных осциллографических трубках!
Молодежный коллектив лаборатории был полон энтузиазма. Работали с утра до позднего вечера, вдохновенно, воодушевленные мыслью первыми сделать электронную цифровую ЭВМ, открывающую новую эру в научно-техническом прогрессе.
Н.Я. Матюхин жил на окраине Москвы вместе с матерью в маленькой комнатке, площадью 5 кв.м, едва вмещавшей стол и две кровати. Увлеченный работой, он заканчивал ее в полночь, когда уже не было смысла да и сил ехать домой. Оставался ночевать в лаборатории. И так продолжалось месяцами. Не лучшее положение было у М.А. Карцева. К тому же, учась в институте, он подхватил туберкулез. Наверное, работа не была бы такой плодотворной, если бы не всеобщее увлечение спортом. Этому отдавались целиком в воскресные дни устраивали походы на Истринское водохранилище. Рядом с лабораторией соорудили площадку для волейбола и азартно играли в редкие перерывы.
Меньше чем через полтора года М-1 заработала! А ведь ее созданием занимались всего девять сотрудников лаборатории, не имевших ученых степеней (за исключением И.С. Брука). Если вспомнить условия, в которых они трудились, то это можно оценить как замечательный творческий порыв молодого коллектива. У разработчиков М-1 сохранился отчет "Автоматическая вычислительная машина М-1", утвержденный директором Энергетического института АН СССР академиком Г.М. Кржижановским 15 декабря 1951 г. Этот документ, вошедший в историю вычислительной техники, составили руководитель лаборатории электросистем член-корр. АН СССР И.С. Брук и исполнители работы младшие научные сотрудники Т.М. Александриди, А.Б. Залкинд, М.А. Карцев, Н.Я. Матюхин, техники Л.М. Журкин, Ю.В. Рогачев, Р.П. Шидловский (см. Приложение 4).
М.А. Карцев, вспоминая о времени создания ЭВМ М-1, говорил:
"В 1950 году в лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР им. Г.М. Кржижа'новского, которую возглавлял в то время член-корр. АН СССР Исаак Семенович Брук, начали собираться первые молодые люди для того, чтобы поднимать советскую вычислительную технику. Первым дипломированным специалистом среди нас был Николай Яковлевич Матюхин - ныне член-корреспондент Академии наук СССР, а тогда молодой специалист, окончивший Московский энергетический институт весной 1950 года. Ему помогали несколько дипломников из МЭИ. А я, инженер-недоучка, студент пятого курса МЭИ, поступил по совместительству. После демобилизации пришел к нам монтажник Юрий Васильевич Рогачев, ныне лауреат Государственной премии СССР, кандидат технических наук, главный инженер института. Был распределен к нам в качестве молодого специалиста окончивший техникум Рене Павлович Шидловский, ныне заместитель главного конструктора, начальник одного из ведущих отделов института, лауреат Государственной премии СССР. Всего нас было человек десять. Никто из нас до прихода в лабораторию электросистем ЭНИНа не только не был специалистом по вычислительной технике, но даже не знал, что может существовать электронная вычислительная машина и что такое вообще возможно. Такими-то силами мы начали делать одну из первых советских вычислительных машин - М-1. Может быть это было нахальством с нашей стороны, но уж халтурой точно не было.
В начале 1950 года среди имущества, привезенного с трофейного склада, была обнаружена странная деталь (не могу сказать точно, кем была сделана эта находка, может быть Бруком, может быть, Матюхиным, может быть, Рамеевым, который ранее работал у нас). Ее назначения и происхождения долго никто не мог понять, пока не сообразили, что это - миниатюрный купроксный выпрямитель. Эта деталь была по достоинству оценена, и М-1 стала первой в мире ЭВМ, в которой все логические схемы были сделаны на полупроводниках.
Летом 1951 года, примерно одновременно с машиной МЭСМ, заработала и машина М-1 (Карцев имеет в виду, что ЭВМ М-1 стала выполнять в полуавтоматическом режиме основные арифметические операции. Комплексная отладка машины завершилась к концу года. Со слов разработчиков, эксплуатация М-1 началась в январе 1952 г. В книге "Быстродействующая вычислительная машина М-2" под редакцией И.С. Брука, изданной в 1957 г., указана другая дата: весна 1952 г. Официальный документ о вводе в эксплуатацию ЭВМ М-1 отсутствует. - Прим. авт.). Первые задачи, которые решались на ЭВМ М-1, ставились академиком Сергеем Львовичем Соболевым, который в то время был заместителем по научной работе у академика Курчатова. На это чудо техники, которое давало 15-20 не тысяч, не миллионов, а 15-20 операций в секунду над 23-разрядными числами и имело память емкостью в 256 слов, приезжали смотреть и президент Академии наук СССР А.Н. Несмеянов и многие видные советские ученые и государственные деятели" (из выступления на торжественном заседании коллектива основанного М.А. Карцевым Научно-исследовательского института вычислительных комплексов Минрадиопрома СССР, посвященного 15-летию его образования).
Такой интерес к новорожденному детищу И.С. Брука вполне объясним. В столице СССР других действующих ЭВМ не было В ИТМ и ВТ АН СССР еще шел монтаж БЭСМ; ЭВМ "Стрела" в СКВ. 245 находилась примерно в таком же состоянии.
Бывший техник-монтажник лаборатории электросистем Ю.В. Рогачев (впоследствии, после смерти М.А. Карцева, в 1984 г. он сменил его на посту директора Института вычислительных комплексов. - Прим. авт.) сохранил в памяти многие другие факты из эпопеи создания М-1. "В мае 1950 года я демобилизовался из армии, где был радистом, - вспоминает он, - и передо мной встала проблема трудоустройства. Поскольку никакого специального образования у меня не было, мне, . как правило, предлагали поступить сначала учеником и только после этого обещали определить на работу. Но это меня не устраивало. Однажды, оказавшись на Ленинском проспекте (тогда это была Большая Калужская улица) на стене дома No 18 я заметил скромную вывеску "Лаборатория электросистем". Решил зайти. Меня провели в кабинет руководителя лаборатории, где находилось несколько человек. Во время нашего разговора в комнату быстрой походкой вошел невысокий коренастый мужчина. Остановившись около меня, он спросил: "К нам на работу?" и стал расспрашивать о моей службе в армии. В заключение сказал, что мне придется делать приборы и устройства для нового направления в технике. Причем говорилось все это так, будто я уже был сотрудником лаборатории. Такое отношение меня приятно удивило, и я уже искать работу в других местах не пытался. Так произошло мое первое знакомство с И.С. Бруком, и в июне 1950 года я приступил к работе в должности техника-электромеханика. В первый же день во время беседы он конкретно назвал это новое направление - создание автоматической цифровой вычислительной машины и сказал, что для этого в лаборатории создается новый коллектив во главе с Н.Я. Матюхиным - молодым инженером, окончившим радиотехнический факультет МЭИ, и мне придется работать под его руководством. При этом он указал на молодого высокого худощавого человека, находившегося здесь же, в кабинете. Так я познакомился с Матюхиным. Николай Яковлевич коротко рассказал мне о лаборатории, показал комнату, которая готовилась для проведения работ. Затем он отвел меня в монтажную мастерскую к А.Д. Гречушкину и сказал, что для начала придется поработать некоторое время здесь.
Ю.В.Рогачев
Лаборатория электросистем размещалась на двух территориях: часть помещений находилась в основном здании ЭНИНа (дом No 19 по Ленинскому проспекту) и часть здесь, на первом этаже и в подвале правого крыла дома No 18. Инженеры и ученые энергетики в большинстве своем располагались в основном здании ЭНИНа. Там находился механический интегратор, на котором они решали свои задачи. В доме No 18 был установлен расчетный стол переменного тока, предназначенный для моделирования сложных электрических цепей, размещались основные производственные участки и службы лаборатории электросистем: участок механической обработки металлов, слесарный участок и хорошо оснащенная монтажная мастерская. Имелся небольшой склад комплектующих изделий, электро-, радиоизмерительных приборов и другой аппаратуры.
Первые общие представления о цифровых вычислительных машинах, о том, как с помощью электронных схем выполняются арифметические операции, и что наиболее удобной для этого является двоичная система счисления, которая содержит всего две цифры - ноль и единицу, и как эти цифры можно представить в электронной схеме триггера, обладающей двумя устойчивыми состояниями, я узнал от Н.Я. Матю-хина.
Он подробно рассказал, как работает арифметический узел. Объяснения были четкими и понятными. Чувствовалось, что он детально проработал все схемы арифметического узла.
По чертежу Матюхина я смонтировал схему электронного триггера. Практически с этого времени и началась экспериментальная отработка элементной базы М-1.
К сентябрю 1950 года была составлена полная схема одного разряда арифметического узла с сумматором и логическими схемами, обеспечивающими все арифметические и логические операции. Изготовленный макет показал, что схема работает надежно и что использованные в устройстве купроксные выпрямители устойчиво выполняют функцию ламповых диодоа
Несмотря на то, что Николай Яковлевич только что закончил институт, он вполне успешно справился с ролью главного конструктора ЭВМ. Более того, наряду с Бруком его следует считать автором концепции "малых" ЭВМ. Эта концепция, вначале неосознанная, в значительной мере вытекала из скудных материальных возможностей лаборатории. Ведь работа финансировалась только АН СССР.
Осенью 1950 года (в октябре) был начат монтаж схем машины. Для монтажа всех схем использовалось два типа панелей: на 10 радиоламп с однорядным их расположением и на 22 радиолампы с двурядным расположением. Первыми начали изготавливаться однорядные панели со схемами цифровой части арифметического узла. На такой панели размещался полностью один разряд со всеми триггерами, дешифраторами, сумматором и клапаном. Чуть позднее стали поступать для монтажа и схемы местного программного датчика арифметического узла, а затем и схемы главного программного датчика машины, разработанные Карцевым.
Схожесть биографий этих двух замечательных ученых поразительна. Оба родились в один год, учились в одном институте, "становились на ноги" как ученые в одной научной организации, оба занимались вопросами энергетики, от нее шли к вычислительной технике, оба стали руководителями ведущих научных школ в области цифровых вычислительных машин.
К именам обоих приложимо определение - первые.
Наиболее характерной чертой творчества И.С. Брука в области вычислительной техники является пионерский характер его работ. Он первым в СССР (совместно с Б.И. Рамеевым) разработал проект цифровой электронной вычислительной машины с жестким программным управлением (август 1948 г.). В это время машина подобного типа имелась лишь в США ("Эниак", 1946 г.). Они же с Рамеевым получили первое в СССР свидетельство об изобретении цифровой ЭВМ (с общей шиной), датируемое декабрем 1948 г. К сожалению, и проект и изобретение не были своевременно реализованы на практике.
И.С. Брук первым выдвинул и осуществил идею создания малых вычислительных машин для использования в научных лабораториях.
Под его руководством в 1950-1951 гг. была создана первая в Российской федерации малая цифровая электронная вычислительная машина с хранимой в памяти программой M-I, содержащая 730 электронных ламп (вместо 6000 в МЭСМ). Запущенная в опытную эксплуатацию в начале 1952 г, она оказалась единственной в Российской федерации действующей ЭВМ.
В M-I впервые вместо электронных ламп (диодов) были использованы полупроводниковые (купроксные) выпрямители, рулонный телетайп, рассчитанный на печать длинной строки (вместо ленточного на одно число в строке), впервые была применена двухадресная система команд.
Вместе с тем неудержимое стремление быть впереди всех, постоянно иметь новые и новые результаты часто мешало ученому доводить начатое дело до конца. Не случайно только третья разработанная под его руководством ЭВМ стала выпускаться промышленностью. Разработка ЭВМ была вызвана скорее желанием проявить свои творческие способности еще в одной новой и актуальной области науки и техники, нежели являлась основополагающим направлением деятельности ученого. "Работа над ЭВМ M-I в ЭНИН АН СССР в лаборатории электросистем велась "полулегально", сегодня сказали бы, что это было хобби руководителя работ и только". (Из воспоминаний бывшего участника работ А.Б. Залкинда.) В эти же годы Брук активно продолжал исследования в области энергетики, выдвинул проблему управляющих машин и много сделал для их применения на электрических станциях, увлекался проблемой управления в экономике и пр. В итоге в дальнейшем он передал эстафету развития вычислительных средств своим замечательным ученикам - Николаю Яковлевичу Матюхину и Михаилу Александровичу Карцеву. Однако, если учесть весь комплекс работ, проведенных Бруком и его учениками, то, как будет видно из дальнейшего, вклад его научной школы и научных школ его учеников в компьютеростроение был очень значителен. Развернувшееся с самого начала негласное творческое соревнование двух ведущих научных школ С.А. Лебедева и И.С. Брука стимулировало научные коллективы, не давало возможности успокоиться на достигнутом. Сравнить полученные результаты и определить "победителей" вряд ли возможно. Ясно одно: выиграла наука, научно-технический прогресс.
И.С. Брук родился 8 ноября 1902 года в Минске в бедной еврейской семье служащего табачной фабрики. В 1920 году окончил реальное училище, а в 1925 году - электротехнический факультет МВТУ им. Н.Э. Баумана в Москве. Еще будучи студентом включился в научную деятельность, - его дипломная работа была посвящена новым способам регулирования асинхронных двигателей. После окончания МВТУ его направили во Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина, где он получил большой практический опыт: участвовал в разработке новой серии асинхронных двигателей, выезжал в Донбасс для налаживания параллельной работы электростанций.
"Способности и интерес к технике он унаследовал от отца, - вспоминает сестра Исаака Семеновича Мирра Семеновна Брук (кандидат искусствоведения, живет в Москве. - Прим. авт.). Учась в Минском реальном училище он особенно увлекался точными науками - математикой, физикой, техникой. В учебных лабораториях ему иногда отдавали отработанные старые приборы. На заводе "Энергия" , куда стал приходить Исаак, мастера, видя исключительную любознательность мальчика к технике, объясняли ему устройство машин и станков, отдавали некоторые старые детали.
Брат много читал, любил произведения Жюля Верна, Джека Лондона, Фенимора Купера. Увлекался астрономией' и мне дал читать "Стеллу" Фламариона. Он хорошо рисовал, собирал репродукции картин. Из моего репертуара (я училась в музыкальной школе) любил слушать сочинения Бетховена, Чайковского, Грига".
В 1930 г. Брук переехал в Харьков, где на одном из заводов под его руководством были разработаны и построены несколько электрических машин новой конструкции, в том числе взрывобезопасные асинхронные двигатели. В 1935 г. он возвратился в Москву и поступил на работу в Энергетический институт АН СССР (ныне ЭНИН им. Кржижановского). В его личном деле сохранилось рекомендательное письмо директору ЭНИНа академику Г.М. Кржижановскому от академика К.И. Шенфера - крупнейшего специалиста в области электрических машин. Зная Брука по работе в ВЭИ, Шенфер рекомендовал его как "блестящего экспериментатора и талантливого научного работника и инженера". В заявлении при поступлении на работу в ЭНИН И.С. Брук написал, что хотел бы заниматься вопросами компенсации реактивной мощности дальних линий электропередач. В организованной им лаборатории электросистем он развертывает исследования по расчету режимов мощных энергосистем. Для моделирования сложных электросетей в лаборатории создается расчетный стол переменного тока - своеобразное специализированное вычислительное устройства За эти работы в мае 1936 г. Бруку была присвоена ученая степень кандидата технических наук без защиты диссертации, а в октябре того же года он защитил докторскую диссертацию на тему "Продольная компенсация линий электропередач".
В предвоенные годы он увлекся созданием механического интегратора. Успешное завершение этой работы способствовало избранию его в члены-корреспонденты АН СССР, о чем упоминалось выше. В годы Великой Отечественной войны, продолжая исследования в области энергетики, И.С. Брук успешно работал над системами управления зенитным огнем, изоорел синхронизатор авиационной пушки, позволяющий стрелять через вращающийся пропеллер самолета. В 1947 г. его избрали действительным членом Академии артиллерийских наук. В первые послевоенные годы под его руководством велись исследования по статической устойчивости энергосистем. Разрабатывалась аппаратура регулирования частоты и активной мощности для крупнейших элек
тростанций страны. Продолжали развиваться работы по аналоговым вычислительным устройствам. Был создан электронный дифференциальный анализатор "ЭДА" (главный конструктор Н.Н. Ленов), предназначенный для интегрирования уравнений до 20-го порядка.
Заинтересовавшись появившимися в конце 40-х годов зарубежными публикациями о цифровых вычислительных машинах, Брук становится активным участником научного семинара, обсуждавшего вопросы автоматизации вычислений (создан при Президиуме АН СССР в конце войны по инициативе ученого секретаря Академии академика Н.Г. Бру-евича). В 1947 г. на семинаре был поднят вопрос о создании специального института вычислительной техники. Благодаря активной поддержке президента Академии СИ. Вавилова в июле 1948 года в Академии наук СССР был создан Институт точной механики и вычислительной техники. Исполняющим обязанности директора был назначен Бруевич. Казалось бы, Брук со своей лабораторией как пионер вычислительной техники должен был войти в состав нового института. К этому времени в его распоряжении уже был проект цифровой ЭВМ, составленный им и Рамеевым, ими же были разработаны "Проектные соображения по организации лаборатории при Институте точной механики и вычислительной техники для разработки и строительства электронной цифровой вычислительной машины". Но_
Сегодня трудно установить, почему этого не случилось. Причин могло быть несколько. Во-первых, вначале, кроме названия, у института практически ничего не было - ни здания, ни оборудования. Во-вторых, руководитель нового института академик Н.Г.Бруевич не был сторонником развития электронных цифровых машин, поскольку сам был механиком и делал ставку на развитие механических вычислительных устройств.
Не исключено, в третьих, что повлияла и недооценка Бруком сложности создания ЭВМ. Считая, что проект, составленный им и Рамеевым, это уже значительный или даже главный шаг в достижении цели, он, вероятно, надеялся создать ЭВМ силами своей лаборатории. И жестоко просчитался.
В 1949 г. Рамеева призвали в армию. Брук остался без единственного исполнителя. Составленный проект цифровой электронной ЭВМ так и остался на уровне проекта, став достоянием истории- Тем не менее Брук не оставил своих честолюбивых замыслов. Его эмоциональная натура безусловно подогревалась сведениями о начале работ по созданию ЭВМ в ИТМ и ВТ АН СССР, которые развернулись с приходом в институт М.А. Лаврентьева, а затем С.А. Лебедева, и в СКБ-245, где появился Рамееа
В январе 1950 г. И.С. Брук обратился в отдел кадров Московского энергетического института с просьбой направить к нему способных молодых специалистов, кончающих радиофакультет. В те годы они были нарасхват и направлялись в основном в закрытые организации, выполнявшие ответственные правительственные постановления. Не имея (и не желая иметь) таковых, чтобы не связывать руки и иметь возможность вести интересующие его исследования, И.С. Брук мог рассчитывать лишь на тех, кого не посылали в закрытые организации по причинам "пятен" в биографии (но отнюдь не из-за нехватки таланта).
Так оно и получилось. В марте 1950 г. отдел кадров МЭИ направил к нему в лабораторию "сына врага народа" Николая Яковлевича Матюхина, получившего диплом с отличием за блестящую учебу и участие в научных исследованиях еще на студенческой скамье, но не прошедшего кадровую комиссию при поступлении в аспирантуру.
О том, сколь удачным для лаборатории было такое пополнение в единственном лице, говорит тот факт, что уже в апреле, т.е. всего через два месяца И.С. Брук, уверовавший в талант новообретенного помощника, оформляет постановление президиума АН СССР о разработке цифровой электронной вычислительной машины, получившей впоследствии название М-1.
Вначале молодой специалист в области радиотехники не представлял, что такое ЭВМ. Ему не сразу стало понятным первое задание руководителя спроектировать важный узел ЭВМ, дешифратор, да еще безламповый. Исаак Семенович сам подобрал для него необходимую литературу, многократно беседовал с приглянувшимся ему новичком, подробно рассказал о принципах работы ЭВМ, двоичной системе счисления, численных методах вычислений. Он же подбросил ему очень важную идею - использовать для построения логических элементов вместо электронных ламп поступившие по репарациям немецкие купроксные выпрямители. Сейчас, когда нет ни Брука, ни его любимого ученика, вряд ли кто-нибудь может сказать, каким образом проводилась ими последующая разработка структуры и архитектуры ЭВМ М-1. Можно лишь утверждать, со слов остальных участников создания машины, что Н.Я. Матюхин фактически был главным конструктором М-1, формально не являясь таковым, а И.С. Брук в полной мере выполнил роль научного руководителя разработки.
ЭВМ М-1, М-2, М-3 и их создатели
Быстро разобравшись в структуре и архитектуре ЭВМ, Н.Я. Матюхин занялся детальной разработкой арифметико-логического устройства, а также узлом управления памятью на магнитном барабане. Вскоре у него появились первые помощники.
В сентябре 1950 г. в лабораторию направили на дипломное проектирование Тамару Миновну Александриди. Ее "подбросил" отдел кадров МЭИ, зная, что И.С. Брук берет на работу молодых специалистов не по анкете, а учитывая их способности. .У Александриди, кстати, не было в биографии ничего порочащего, скорее наоборот. Но фамилия... Она настораживала, и чиновники решили не рисковать. Хотя кому как не им было хорошо известно, какой тяжелый путь по дорогам войны прошла эта девушка. Но об этом - позже.
Брук сразу же подключил ее к разработке ЭВМ и предложил заняться устройством памяти - электронным или магнитным. Тамара выбрала электронное. Тогда Исаак Семенович предложил ей исследовать возможности создания памяти на электронно-лучевых трубках, используемых в осциллографах. Первое время ее как дипломницу опекал сотрудник лаборатории Вячеслав Васильевич Карибский. Вряд ли Брук ожидал, что дипломный проект студентки станет частью отчета по ЭВМ М-1 (к женщинам он питал недоверие).
Поздней осенью 1950 г. в лаборатории появился студент последнего курса радиотехнического факультета МЭИ, принятый на работу по совместительству, Михаил Александрович Карцев. И.С. Брук-привлек его к разработке устройства управления ЭВМ М-1 (главного программного датчика) - самой сложной части машины. Одновременно Карцев готовил дипломный проект, посвященный вопросам использования кода Хемминга. Этот код, повышающий надежность передачи информации, был использован им при разработке устройства управления М-1.
Молодым специалистам помогали техники Лев Михайлович Журкин (разработка ЗУ на магнитном барабане), Юрий Васильевич Рогачев (электромонтаж, наладка), Рене Павлович Шидловский (электромонтаж, наладка).
В 1951 г. появилось подкрепление - окончивший МЭИ в феврале 1950 г. Александр Борисович Залкинд (участвовал в отладке арифметического устройства, разработал устройства ввода-вывода) и Игорь Александрович Коколевский (инженер-конструктор, спроектировавший каркас ЭВМ М-1).
Для небольшой группы молодых еще "не оперившихся" специалистов создание ЭВМ явилось безусловно сверхтрудной задачей, хотя они, возможно, к счастью, не понимали этого. Подобные работы лишь развертывались в стране и в мире. К тому же, вследствие характера руководителя им приходилось работать в полном отрыве от других организаций.
Помещение, где ютилась лаборатория, не было приспособлено для таких масштабных работ как создание ЭВМ с использованием многих сотен электронных ламп. Мешала и постоянная нехватка комплектующих изделий. Выручали энергия и находчивость И.С. Брука. Он предложил использовать полученную по репарациям немецкую электронику - купроксные выпрямители и надежные пентоды (аналоги советских электронных ламп 6Ж4); в качестве средств запоминания - доступные и дешевые осциллографические трубки, а для ввода-вывода данных - немецкий рулонный армейский телетайп. Не зря говорят - нет худа без добра. Так получилось и здесь, - ЭВМ М-1 стала первой отечественной малогабаритной машиной с использованием полупроводниковых элементов и памятью на обычных осциллографических трубках!
Молодежный коллектив лаборатории был полон энтузиазма. Работали с утра до позднего вечера, вдохновенно, воодушевленные мыслью первыми сделать электронную цифровую ЭВМ, открывающую новую эру в научно-техническом прогрессе.
Н.Я. Матюхин жил на окраине Москвы вместе с матерью в маленькой комнатке, площадью 5 кв.м, едва вмещавшей стол и две кровати. Увлеченный работой, он заканчивал ее в полночь, когда уже не было смысла да и сил ехать домой. Оставался ночевать в лаборатории. И так продолжалось месяцами. Не лучшее положение было у М.А. Карцева. К тому же, учась в институте, он подхватил туберкулез. Наверное, работа не была бы такой плодотворной, если бы не всеобщее увлечение спортом. Этому отдавались целиком в воскресные дни устраивали походы на Истринское водохранилище. Рядом с лабораторией соорудили площадку для волейбола и азартно играли в редкие перерывы.
Меньше чем через полтора года М-1 заработала! А ведь ее созданием занимались всего девять сотрудников лаборатории, не имевших ученых степеней (за исключением И.С. Брука). Если вспомнить условия, в которых они трудились, то это можно оценить как замечательный творческий порыв молодого коллектива. У разработчиков М-1 сохранился отчет "Автоматическая вычислительная машина М-1", утвержденный директором Энергетического института АН СССР академиком Г.М. Кржижановским 15 декабря 1951 г. Этот документ, вошедший в историю вычислительной техники, составили руководитель лаборатории электросистем член-корр. АН СССР И.С. Брук и исполнители работы младшие научные сотрудники Т.М. Александриди, А.Б. Залкинд, М.А. Карцев, Н.Я. Матюхин, техники Л.М. Журкин, Ю.В. Рогачев, Р.П. Шидловский (см. Приложение 4).
М.А. Карцев, вспоминая о времени создания ЭВМ М-1, говорил:
"В 1950 году в лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР им. Г.М. Кржижа'новского, которую возглавлял в то время член-корр. АН СССР Исаак Семенович Брук, начали собираться первые молодые люди для того, чтобы поднимать советскую вычислительную технику. Первым дипломированным специалистом среди нас был Николай Яковлевич Матюхин - ныне член-корреспондент Академии наук СССР, а тогда молодой специалист, окончивший Московский энергетический институт весной 1950 года. Ему помогали несколько дипломников из МЭИ. А я, инженер-недоучка, студент пятого курса МЭИ, поступил по совместительству. После демобилизации пришел к нам монтажник Юрий Васильевич Рогачев, ныне лауреат Государственной премии СССР, кандидат технических наук, главный инженер института. Был распределен к нам в качестве молодого специалиста окончивший техникум Рене Павлович Шидловский, ныне заместитель главного конструктора, начальник одного из ведущих отделов института, лауреат Государственной премии СССР. Всего нас было человек десять. Никто из нас до прихода в лабораторию электросистем ЭНИНа не только не был специалистом по вычислительной технике, но даже не знал, что может существовать электронная вычислительная машина и что такое вообще возможно. Такими-то силами мы начали делать одну из первых советских вычислительных машин - М-1. Может быть это было нахальством с нашей стороны, но уж халтурой точно не было.
В начале 1950 года среди имущества, привезенного с трофейного склада, была обнаружена странная деталь (не могу сказать точно, кем была сделана эта находка, может быть Бруком, может быть, Матюхиным, может быть, Рамеевым, который ранее работал у нас). Ее назначения и происхождения долго никто не мог понять, пока не сообразили, что это - миниатюрный купроксный выпрямитель. Эта деталь была по достоинству оценена, и М-1 стала первой в мире ЭВМ, в которой все логические схемы были сделаны на полупроводниках.
Летом 1951 года, примерно одновременно с машиной МЭСМ, заработала и машина М-1 (Карцев имеет в виду, что ЭВМ М-1 стала выполнять в полуавтоматическом режиме основные арифметические операции. Комплексная отладка машины завершилась к концу года. Со слов разработчиков, эксплуатация М-1 началась в январе 1952 г. В книге "Быстродействующая вычислительная машина М-2" под редакцией И.С. Брука, изданной в 1957 г., указана другая дата: весна 1952 г. Официальный документ о вводе в эксплуатацию ЭВМ М-1 отсутствует. - Прим. авт.). Первые задачи, которые решались на ЭВМ М-1, ставились академиком Сергеем Львовичем Соболевым, который в то время был заместителем по научной работе у академика Курчатова. На это чудо техники, которое давало 15-20 не тысяч, не миллионов, а 15-20 операций в секунду над 23-разрядными числами и имело память емкостью в 256 слов, приезжали смотреть и президент Академии наук СССР А.Н. Несмеянов и многие видные советские ученые и государственные деятели" (из выступления на торжественном заседании коллектива основанного М.А. Карцевым Научно-исследовательского института вычислительных комплексов Минрадиопрома СССР, посвященного 15-летию его образования).
Такой интерес к новорожденному детищу И.С. Брука вполне объясним. В столице СССР других действующих ЭВМ не было В ИТМ и ВТ АН СССР еще шел монтаж БЭСМ; ЭВМ "Стрела" в СКВ. 245 находилась примерно в таком же состоянии.
Бывший техник-монтажник лаборатории электросистем Ю.В. Рогачев (впоследствии, после смерти М.А. Карцева, в 1984 г. он сменил его на посту директора Института вычислительных комплексов. - Прим. авт.) сохранил в памяти многие другие факты из эпопеи создания М-1. "В мае 1950 года я демобилизовался из армии, где был радистом, - вспоминает он, - и передо мной встала проблема трудоустройства. Поскольку никакого специального образования у меня не было, мне, . как правило, предлагали поступить сначала учеником и только после этого обещали определить на работу. Но это меня не устраивало. Однажды, оказавшись на Ленинском проспекте (тогда это была Большая Калужская улица) на стене дома No 18 я заметил скромную вывеску "Лаборатория электросистем". Решил зайти. Меня провели в кабинет руководителя лаборатории, где находилось несколько человек. Во время нашего разговора в комнату быстрой походкой вошел невысокий коренастый мужчина. Остановившись около меня, он спросил: "К нам на работу?" и стал расспрашивать о моей службе в армии. В заключение сказал, что мне придется делать приборы и устройства для нового направления в технике. Причем говорилось все это так, будто я уже был сотрудником лаборатории. Такое отношение меня приятно удивило, и я уже искать работу в других местах не пытался. Так произошло мое первое знакомство с И.С. Бруком, и в июне 1950 года я приступил к работе в должности техника-электромеханика. В первый же день во время беседы он конкретно назвал это новое направление - создание автоматической цифровой вычислительной машины и сказал, что для этого в лаборатории создается новый коллектив во главе с Н.Я. Матюхиным - молодым инженером, окончившим радиотехнический факультет МЭИ, и мне придется работать под его руководством. При этом он указал на молодого высокого худощавого человека, находившегося здесь же, в кабинете. Так я познакомился с Матюхиным. Николай Яковлевич коротко рассказал мне о лаборатории, показал комнату, которая готовилась для проведения работ. Затем он отвел меня в монтажную мастерскую к А.Д. Гречушкину и сказал, что для начала придется поработать некоторое время здесь.
Ю.В.Рогачев
Лаборатория электросистем размещалась на двух территориях: часть помещений находилась в основном здании ЭНИНа (дом No 19 по Ленинскому проспекту) и часть здесь, на первом этаже и в подвале правого крыла дома No 18. Инженеры и ученые энергетики в большинстве своем располагались в основном здании ЭНИНа. Там находился механический интегратор, на котором они решали свои задачи. В доме No 18 был установлен расчетный стол переменного тока, предназначенный для моделирования сложных электрических цепей, размещались основные производственные участки и службы лаборатории электросистем: участок механической обработки металлов, слесарный участок и хорошо оснащенная монтажная мастерская. Имелся небольшой склад комплектующих изделий, электро-, радиоизмерительных приборов и другой аппаратуры.
Первые общие представления о цифровых вычислительных машинах, о том, как с помощью электронных схем выполняются арифметические операции, и что наиболее удобной для этого является двоичная система счисления, которая содержит всего две цифры - ноль и единицу, и как эти цифры можно представить в электронной схеме триггера, обладающей двумя устойчивыми состояниями, я узнал от Н.Я. Матю-хина.
Он подробно рассказал, как работает арифметический узел. Объяснения были четкими и понятными. Чувствовалось, что он детально проработал все схемы арифметического узла.
По чертежу Матюхина я смонтировал схему электронного триггера. Практически с этого времени и началась экспериментальная отработка элементной базы М-1.
К сентябрю 1950 года была составлена полная схема одного разряда арифметического узла с сумматором и логическими схемами, обеспечивающими все арифметические и логические операции. Изготовленный макет показал, что схема работает надежно и что использованные в устройстве купроксные выпрямители устойчиво выполняют функцию ламповых диодоа
Несмотря на то, что Николай Яковлевич только что закончил институт, он вполне успешно справился с ролью главного конструктора ЭВМ. Более того, наряду с Бруком его следует считать автором концепции "малых" ЭВМ. Эта концепция, вначале неосознанная, в значительной мере вытекала из скудных материальных возможностей лаборатории. Ведь работа финансировалась только АН СССР.
Осенью 1950 года (в октябре) был начат монтаж схем машины. Для монтажа всех схем использовалось два типа панелей: на 10 радиоламп с однорядным их расположением и на 22 радиолампы с двурядным расположением. Первыми начали изготавливаться однорядные панели со схемами цифровой части арифметического узла. На такой панели размещался полностью один разряд со всеми триггерами, дешифраторами, сумматором и клапаном. Чуть позднее стали поступать для монтажа и схемы местного программного датчика арифметического узла, а затем и схемы главного программного датчика машины, разработанные Карцевым.