Страница:
В АЦВМ для каждой арифметической операции (кроме вычитания) и для интерполирования применяется отдельное устройство. Это значительно упрощает программирование, увеличивает скорость работы машины и сокращает необходимую емкость накопителя.
В машине применены два сумматора, один из которых может быть использован в качестве накапливающего для суммирования рядов.
Для "запоминания" числовых данных и промежуточных результатов вычислений числа посылаются в накопитель, составленный в виде таблицы. Выбор числа из накопителя производится записью на программной ленте двух ключей, соответствующих номерам дешифраторов строки и столбца, на пересечении которых находится данное число, поэтому занесение числа и получение из накопителя требуют двух тактов.
Как уже упоминалось выше, необходимая емкость накопителя зависит от характера решаемой задачи, плана решения и количества отдельных устройств, выполняющих арифметические операции. Не' предрешая сейчас вопрос о емкости накопителя, заметим, что в АЦВМ емкость накопителя может быть небольшой, благодаря применению отдельных устройств для выполнения арифметических действий и интерполятора. Как видим из таблицы No 1 (См. Прилож. 1. - Прим. авт.), емкость накопителя американских и английских машин, находящихся в разработке, колеблется от 1000 до 5000 чисел. Необходимо отметить, что даже сравнительная большая .емкость накопителя может оказаться недостаточной для решения некоторых задач, например, для решения системы алгебраических уравнений с несколькими сотнями неизвестных.
Для таких задач емкость накопителя должна достигать нескольких сот тысяч чисел. Если задаться целью вычислять с максимальной скоростью машины, то такая емкость едва ли осуществима из-за чрезвычайного усложнения и удорожания конструкции машины. Поэтому при решении задач, требующих большой емкости "памяти", следует работать на меньшей скорости и применять "ленточный" накопитель, емкость которого может быть весьма велика. Принцип действия "ленточного" накопителя заключается в следующем: промежуточные результаты вычислений записываются на ленту точно так же, как результаты вычислений в выходном устройстве, в том порядке, в каком они получаются, затем поступают в машину как во втором, описанном выше, способе введения числовых данных - в накопитель, который постоянно "заполняется" с этой ленты числами, снимаемыми в том порядке, в каком они участвуют в дальнейших вычислениях.
Весьма важным для цифровой вычислительной машины является возможность введения числовых данных в виде таблиц. Для этого должно быть устройство для чтения таблиц и, если нужно, интерполирования. В АЦВМ таблица может быть составлена двояко:
а) функция представляется в виде ряда
f(a + h) = C0 + C1h + C2h2 + С3h3 +...
б) в таблицу заносится аргумент и соответствующие значения коэффициентов.
C0, C1, C2, С3 ... Сn
в) в таблицу заносится аргумент и необходимое число табличных разностей. В задачах с монотонно изменяющимся аргументом таблица может автоматически, по мере необходимости, обновляться с помощью устройства для набора таблицы.
Чтение таблицы и интерполирование в АЦВМ производится отдельным Интерполятором, представляющим собой упрощенную цифровую вычислительную машину с фиксированным программированием, работающую так же, как основная машина.
Для данной интерполяционной формулы программа не меняется и наносится не на ленту, а на барабан, непрерывно вращающийся с большой скоростью.
В цепи пускового сигнала главного программного датчика интерполятора имеется клапанное устройство, управляемое главным программным датчиком машины. Если после передачи аргумента в таблицу открыть цепь пускового сигнала главного программного датчика интерполятора, то начнется цикл вычислений по интерполяционной формуле, нанесенной на барабане. После одного оборота барабана вычисления закончатся, результат получится во втором (накапливающем) сумматоре интерполятора, выход которого включен в цифровую магистраль машины. Для разных интерполяционных формул должны быть разные программные барабаны, которые могут заменяться перед пуском машины. Предусматривается возможность одновременного применения нескольких программных барабанов, выбор которых (интерполяционной формулы) производится главным программным датчиком. В интерполяторе могут быть несколько таблиц для различных функций, набираемых с помощью устройства для набора таблицы.
Кроме таблиц, набираемых извне, может быть таблица, которая набирается машиной по ходу вычислений. Чтение этой таблицы производится тем же самым интерполятором. Предусматривается интерполирование до 5-го порядка. Однако, при удвоении таблицы в ширину (присоединением такой же таблицы с нанесенными на ней следующими табличными разностями), порядок интерполирования может быть повышен. Длительность интерполирования зависит от применяемой интерполяционной формулы и может быть порядка нескольких десятков тактов машины. Так как интерполятор работает автономно, то он может проводить вычисления параллельно с другими операциями, выполняемыми машиной, и поэтому не замедляет процесс вычислений. Интерполятор может быть использован также для вычисления некоторых часто используемых функций, представленных в виде ряда.
Результаты вычислений записываются (в двоичной системе) на ленту в выходном устройстве.
Лента, на которой записывается результат вычислений, движется со скоростью программной ленты и поэтому запись результата не вызывает замедления работы машины.
Результат, записанный на ленту в двоичной системе, переводится в десятичную и отпечатывается на бумаге. Устройство, предназначенное для этого, не связано с машиной и работает с относительно небольшой скоростью; к выходному устройству относится все сказанное выше о входном устройстве.
Общая электрическая схема АЦВМ показана на рис. 3. (Схема опущена. - Прим. авт.). Для упрощения схемы в цепочках счетчиков и клапанных устройств показаны только крайние, а среднее заменены точками.
В интерполяторе показан только один программный барабан и "одна таблица. Подробное описание схемы отдельных узлов дается ниже.
Общая схема АЦВМ достаточно сложна, однако она составлена из нескольких типовых простых схем: бинарных счетчиков, работающих по принципу "включено-выключено", клапанных устройств, триггеров и т.д. Больше всего в схеме "клапанных устройств". Если клапанные устройства составлять из электронных ламп, то общее число электронных ламп в машине существенно увеличивается. "Клапанные" лампы составляют 70% об общего количества ламп.
Учитывая это обстоятельство, мы предусмотрели возможность замены электронных ламп в клапанных схемах более простыми элементами. Возможность такой замены следует из таблицы No 2, где показано соответствие между различными релейными элементами. Из этой таблицы видно, что клапанные схемы могут быть реализованы не только с помощью многоэлектродных ламп, но также с помощью магнитных и выпрямительных схем. Хотя постоянная времени магнитных схем значительно больше, чем у электронных, тем не менее, при использовании повышенной частоты и, если учесть, что скорость программирования не может быть очень большой, магнитные схемы могут быть применены в целом ряде мест. Не предрешая сейчас места применения тех или иных схем (магнитных или выпрямительных) в качестве клапанных устройств, мы предполагаем, что большая часть клапанных устройств может быть выполнена по таким схемам. Не останавливаясь на преимуществах и недостатках релейных элементов, приведенных в таблице No 2, заметим, что замена электронных ламп в клапанных устройствах значительно упрощает конструкцию, увеличивает надежность и долговечность, улучшает эксплуатационные качества машины.
Особенно перспективным для клапанных схем является применение кристаллических диодов (выпрямителей). К сожалению, производство этих элементов у нас пока не налажено. Однако можно не сомневаться, что это производство будет освоено, т.к. кристаллические диоды находят широкое применение для других целей в важнейших областях современной радиотехники и прежде всего в радиолокации.
Миниатюрные размеры кристаллических диодов, их пригодность для очень высоких частот, отсутствие накаленного катода, с которым связаны ограниченный срок службы и большой расход энергии, выделяющейся в виде тепла, позволит осуществить в высшей степени компактные и дешевые вычислительные блоки, годные не только для стационарных, но и для передвижных устройств. Последнее крайне важно для военных применений.
Общее количество электронных ламп в чисто электронном варианте машины 3500, а при замене клапанных устройств на магнитные реле и схемы из выпрямителей элементов, число электронных ламп 1000. (Оставшиеся разделы отчета не публикуются. - Прим. авт.)
Авторское свидетельство No10475
Еще через два месяца были составлены "Проектные соображения по организации лаборатории при Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР для разработки и строительства автоматической цифровой вычислительной машины" (см. Приложение 12). Оба документа по праву могут считаться первыми страницами истории развития цифровой электронной вычислительной техники в СССР.
Напомним, что была середина 1948 года, и А.С.Лебедев еще не приступил к разработке МЭСМ ("Быстродействующими электронными счетными машинами я начал заниматься в конце 1948 г.", - напишет он позднее).
На Западе разработки подобных машин велись в основном в США (десять машин), в Англии (одна), во Франции (одна). Поскольку машины
разрабатывались в основном для военных целей, публикации по ним были весьма немногословны. Большинство машин создавалось на электромеханических реле, а не на электронных лампах.
Даже беглое ознакомление с отчетами показывает обстоятельность проработки поставленной задачи. Можно только удивляться, как удалось выполнить такую, по тем временам непомерно трудную, научно-инженерную разработку и составить аван-проект электронной цифровой вычислительной машины с программным управлением, который иначе, как классическим, назва% нельзя.
При внимательном чтении проекта убеждаешься, что Брук и Рамеев вплотную подошли к реализации принципа хранимой в памяти программы. Они осуществили его технически (в аван-проекте), предусмотрев запись программы в памяти (на ленте), выдачу результатов вычислений на такую же ленту и ввод с нее полученных чисел снова в машину для последующих вычислений. Иначе говоря, была обеспечена возможность обработки команд в арифметическом устройстве машины (что и ставится в заслугу Джона фон Неймана и С.А. Лебедева).
Об этих нескольких памятных месяцах озарения я попросил рассказать самого Б.И. Рамеева.
Вот что он сообщил.
"Работа в ЦНИИ No 108 явилась хорошей школой для меня. Полученные знания в области электроники, а также почти двадцатилетний опыт радиолюбительства и склонность к изобретательству объясняют, почему, работая у Брука, удалось сделать так много. Мы с Исааком Семеновичем вместе обсуждали общие идеи машины, которую собирались создать. Я потом чертил конкретные схемы с пояснительными записками, давал ему на просмотр. Он делал замечания, если было необходимо (это видно на сохранившихся у меня рукописях некоторых заявок на изобретения и рукописи краткого описания АЦВМ, находящейся в Политехническом музее). Работал я в его кабинете в здании главного корпуса Энергетического института АН СССР.
Говорили мы с ним и о том, как этот проект осуществить. Возникла идея, что для этого необходимо СКВ. Я в течение двух недель работал в Ленинской библиотеке, изучал литературу по проектированию промышленных предприятий и заводов. В результате родился документ, копию которого я Вам передаю.
Не помню, где и как питался в то время, а вот жил в комнате, где хозяйка хранила картошку, и топил печку толстыми томами Свода законов царской России, которые там обнаружил. С 1944 г. снимал комнату (иногда угол) на 2-4 месяца в самых разных районах Москвы. Поменял десятки мест. Никто не хотел прописывать, а без прописки хозяева тогда боялись надолго пускать квартиранта. Вещей у меня было три бумажных мешка. Вог с ними я и переезжал из одной квартиры в другую. В 1952 году от СКБ-245 получил комнату в общей квартире".
За год совместной работы Брук и Рамеев подготовили и послали в Комитет по изобретениям более 50 заявок на изобретение различных узлов ЭВМ. Однако многие из них возвращались непризнанными или с массой вопросов. Среди тех, кто их оценивал, не было специалистов по вычислительной технике. (Эксперт, рассматривавший заявки, был специалистом по электродвигателям.) В конце-концов заявки стали принимать. В декабре 1948 г. они подготовили и послали заявку на изобретение "Автоматическая цифровая вычислительная машина" (с использованием общей шины) и получили авторское свидетельство No 10475 с приоритетом от 4. ХП.1948 г. - первое в области цифровой электронной вычислительной техники в стране!
В начале 1949 г. Брук выступил с идеей цифровой ЭВМ в Артиллерийской академии. Он был действительным членом этой Академии с 1947 г. Для убедительности был продемонстрирован макет диодно-матричного арифметического устройства, спроектированного и отлаженного Рамеевым. Это было первое в стране сообщение о разработке отечественной электронной цифровой вычислительной машины.
В начале 1949 года Рамеева как специалиста по радиолокации (сказалась его работа в 108-м институте) неожиданно призвали в армию и самолетом отправили на Дальний Восток. Спешка, однако, оказалась излишней, - полтора месяца он ждал назначения, а потом был зачислен преподавателем в школу подводников. Брук не переставал хлопотать о его возвращении, сумел подключить к этому главного ученого секретаря АН СССР академика Н.Г. Бруевича и министра машиностроения и приборостроения П.И. Паршина. В конце концов Башир Искандарович вернулся в Москву. Дома его ждало письмо с предложением перейти на работу в Министерство машиностроения и приборостроения СССР на должность заведующего лабораторией СКБ-245, которому поручалась разработка цифровых вычислительных машин.
Министр дал подписку в том, что лично отвечает за "сына врага народа" этого требовала секретность проводимых работ.
Рамеев начал разработку эскизного проекта цифровой электронной вычислительной машины, в котором был использован ряд идей из полученных совместно с Бруком авторских свидетельств (общая шина, кодово-позиционное АУ и др.). Технический совет СКБ-245, рассмотрев проект Рамеева, утвердил его. Это произошло в первый день появления на работе в СКБ-245 будущего главного конструктора машины Ю.Я. Базилевского, назначенного руководителем отдела цифровых машин СКБ-245.
Началась работа по техническому проектированию и созданию ЭВМ "Стрела".
Работа по созданию "Стрелы" велась с колоссальным энтузиазмом. Коллектив разработчиков, зная, что соперники в ИТМ и ВТ АН СССР, где шла разработка БЭСМ, не дремлют, старался сделать не только все возможное, но и то, что вначале казалось недостижимым. Директор завода счетно-аналитических машин, он же начальник СКБ-245 и директор НИИ Счетмаша, М.А. Лесечко отдал этой работе весь свой блестящий организаторский талант. За две-три ночи монтировалась громоздкая аппаратура для охлаждения громадных помещений, в которых устанавливались для отладки смонтированные устройства "Стрелы". Достойным помощником был его заместитель и главный конструктор "Стрелы" Базилевский, быстро сориентировавшийся в работе.
Мне удалось разыскать ветерана СКБ-245, участницу разработки ЭВМ "Стрела" Евгению Тихоновну Семенову. Ее рассказ во многом воссоздает атмосферу того времени, поэтому привожу его почти полностью.
Михаил Авксентьевич Лесечко
"Как сейчас помню: в марте пятидесятого года пришла в отдел кадров МЭИ за направлением в НИИ-10. На распределении я согласилась пойти на работу в этот тогда престижный "почтовый ящик". А меня послали и какое-то СКБ-245, о котором никто и не слышал. Но не стала возражать. Взяла направление и пошла. И как же мне тогда повезло! Во-первых, я попала в лабораторию Башира Искандаровича Рамеева. Проработала у него пять лет, и все, что он мне дал за эти годы, осталось на всю жизнь. Во-вторых, создателем и руководителем СКБ-245 был Михаил Авксентьевич Лесечко, безусловно, очень интересный человек и талантливый руководитель - таких я больше не встречала. И, наконец, самое главное - работа. Мы создавали одну из первых в стране цифровую электронную вычислительную машину. Первые месяцы читали американские журналы со статьями по вычислительной технике. Слава Богу, начальство поставляло их в достаточном количестве. Рамеев давал идеи, а затем мы разрабатывали все сами. Ну в каком НИИ-10 я бы это имела!
СКБ-245 и НИИ Счетмаш были созданы на базе завода САМ. Это произошло где-то в конце сорок девятого или в начале пятидесятого года. Находились мы все на одной территории.
В СКБ-245 было несколько отделов. В связи с полной нашей "закрытостью" названия отделов были заменены номерами. А мы их называли иногда именами руководителей отделов, иногда - по выполняемой тематике.
1-й отдел, как и на всех аналогичных предприятиях, обеспечивал секретность разработок, проверял нашу подноготную, выдавал тетради, прошитые, пронумерованные и опечатанные. Каждое утро мы получали там свои чемоданы с тетрадями и бумагами и в конце рабочего дня их сдавали.
Во 2-ом отделе проводились работы по аналоговым вычислительным средствам. Руководителем был Роман Васильевич Плотников. В этом отделе работали ребята из МЭИ - Женя Глазов и Миша Ионкин. С ними у нас была большая дружба, поэтому мы всегда были в курсе всех событий этого отдела. Там же работали Витенберг, Сулим, Гена Петров и др.
Разработчики ЭВМ "Стрела", лауреаты Государственной премии: (слева направо) сидят - Б.И. Рамеев, В.В. Александров, Ю.Я. Базилевский, Д.А. Жучков, А.П. Цыганкин; стоят - Ю.Ф. Щербаков, Н.Б. Трубников, Г.М. Прокудаев, Б.Ф. Мельников, Г.Я. Марков, И.Ф. Лыгин.
3-й отдел наш. Мы занимались разработкой вычислительной машины "Стрела". Руководителем отдела был Юрий Яковлевич Базилевский. К работе нашего отдела я еще вернусь.
4-й отдел математический. Руководителем был Ифраим Аврумович Глузберг. Позже его сменил Дмитрий Алексеевич Жучков. Для "Стрелы" отдел разрабатывал стандартные программы и проводил оценки выполнения операций. Взаимодействовали мы в основном с Леной Еремеевой.
5-й отдел занимался материальным обеспечением.
6-й отдел разрабатывал дифференциальный анализатор. Руководил отделом Александр Алексеевич Бедняков.
Позже были организованы другие отделы.
В нашем отделе было несколько лабораторий. Лаборатория Рамеева отвечала за арифметическое устройство и блок оперативной памяти. Я разрабатывала устройство умножения-деления. Борис Зайцев разрабатывал блок сложения-вычитания. А вообще-то в лаборатории, кроме Рамеева, нас было шесть человек: Борис Зайцев, Олег Лукьянов, Толя Лазарев, Лиза Коновалова, Нина Беленкова и я. Толя тогда учился в Институте связи и числился лаборантом. Много позже, уже после моего ухода, он стал главным инженером СКБ-245.
Еще была лаборатория Георгия Михайловича Прокудаева. У него работали Саша Ларионов. Лариса Дмитриева и Майя Котляревская. Все они тоже были из МЭИ, но пришли на год позже. Лаборатория Прокудаева разрабатывала внешние запоминающие устройства на электронных трубках. У них что-то не ладилось. Очень ненадежными оказались трубки, и Рамеев с Лазаревым начали разрабатывать внешнюю память на магнитном барабане. Первые экземпляры "Стрелы" так и пошли с памятью на барабанах.
Внешними устройствами для "Стрелы" занималась лаборатория Трубникова.
В СКВ-245 работало и много других интересных людей. Хочется упомянуть Юлия Анатольевича Шрейдера и Владимира Алексеевича Шилейко. Во время работы в СКБ-245 Юлий Анатольевич защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, а позже - доктора философских наук. Владимир Алексеевич стал заведующим кафедрой в МИИТе.
С начальством Рамеев ладил не всегда, но с подчиненными обычно говорил тихим и спокойным голосом. Тогда, насколько я помню, у Базилевского с Рамеевым существовали некоторые разногласия. Это естественно: много сложных вопросов по структуре, по общей организации работы машины, по элементной базе (делать машину на реле или на лампах). По настоянию Рамеева мы делали "Стрелу" на лампах. Как сейчас, стою перед стойкой с двумя с половиной тысяч ламп и держу в руках П6, не какую-нибудь пальчиковую крошечку-лампочку, а Пб - сантиметров десять высотой. Стойка с устройством умножения была длиной метров пять да высотой два с половиной, а то и больше.
Работали мы на совесть - и вечерами, и ночами приходилось. Особенно, когда собиралось появиться высокое начальство. А приезжали из ЦК, из министерства, из главка. Готовились мы загодя. В день приезда убирали даже паяльники, и Рамеев говорил: "Опять сидим ... с вымытой шеей!"
Задерживаться на работе можно было на сколько угодно, а вот за опоздание на три минуты вызывал и делал замечания заместитель директора по хозяйственной части Лоханкин. За двадцать минут опоздания дело передавали в суд. На входе стояли часы, и нужно было отбивать карточку. Во сколько вставил, столько и отобьется. Табельщица была суровая женщина, неприступная.
Как я сейчас понимаю, машину мы разработали в рекордно короткие сроки. Причем нужно учесть, что мы разрабатывали не только логику, но конструировали и рассчитывали все элементы. Начали разработку примерно в марте пятидесятого года, в конце 1951-го документация была передана на завод САМ, а в конце 1952 года первый экземпляр машины был готов к отладке.
В 1953 году работающий экземпляр машины "Стрела" был предъявлен комиссии по Сталинским премиям. Одновременно Лебедев выдвинул на премию машину БЭСМ. Премию дали СКБ-245, "Стрела" оказалась лучше подготовленной к промышленному выпуску и ее разработка потребовала меньше средств. В СКБ-245 острили, что "Стрела" дешевле из-за невыплаченных нам сверхурочных.
Характеристики "Стрелы" были для того времени обычными. Скорость - 2000 операций в секунду. Оперативная память - 2048 слов. Разрядность - 43. Машина трехадресная.
К моменту выдачи премии я уже ушла в аспирантуру МЭИ и навсегда рассталась со своим любимым предприятием под названием СКБ-245.
Но, читая в МЭИ лекции по импульсной технике, всегда пользовалась методами, разработанными при расчете схем машины "Стрела", и в первую очередь вспоминала Башира Искандаровича.
К этому времени М.А. Лесечко из СКВ тоже ушел. Директором стал В.В. Александров. Лесечко оказался в Совмине. Я уже не надеялась когда-нибудь увидеть его. Но однажды вхожу в метро на станции "Охотный ряд". Слышу, кто-то в будке телефона-автомата стучит по стеклу и что-то кричит. Оборачиваюсь. Михаил Авксентьевич! Стучит монеткой и кивает головой. Мне было очень приятно его увидеть.
И все-таки одна вещь в СКБ-245 давила меня все пять лет. На входе солдат. В рабочее время без бумаги, подписанной начальством, не войти, не выйти. Случись что дома с сыном, мамой, - солдат не выпустит. А ведь мы работали и вечерами, и в воскресенье! Не считались."
И еще первый отдел. Не дай Бог в конце рабочего дня не сдать чемодан со своими тетрадями, чертежами или какую-нибудь бумажку из чемодана. Строгий выговор, разбор на собрании лаборатории. Бред какой-то! Не раз бывало: задержалась в лаборатории до поздней ночи, дома сын и мама ждут, не спят. Еду в метро, и начинается: "Осциллограф! Выключила? Чемодан? О Господи, не помню! Да нет, я же его перед обедом сдавала-."
"Обращаясь памятью к тем годам, - вспоминает участник работ А.В. Щилейко, теперь д.т.н., профессор, - не решусь сказать, кто был автором или, если угодно, лидером разработки ЭВМ "Стрела". Слов нет, такие специалисты, как Рамеев и Прокудаев, во всем, что касалось решаемых или конкретных задач, обладали гораздо большими знаниями по сравнению с руководителями Лесечко и Базилевским. При всем при том, без Базилевского "Стрела" вряд ли получила бы конструктивное завершение, а без Лесечко могла бы не состояться вообще".
Как заместитель главного конструктора Б.И. Рамеев участвовал в разработке машины в целом. Под его руководством и непосредственном участии были спроектированы арифметическое устройство и устройство внешней памяти на магнитном барабане. Оперативная память на электронно-лучевых трубках была спроектирована Г.М. Прокудаевым и А.М. Литвиновым, устройство управления А.П. Цыганкиным. С огромным энтузиазмом вместе с ними трудились Ю.Ф. Щербаков, Н.В. Трубников, Б.Ф. Мельников, ГЛ. Марков, И.Ф. Лыгин и др.
В кратчайшие сроки (менее года) Московский завод счетно-аналитических машин обеспечил выпуск первых экземпляров ЭВМ "Стрела" (всего было выпущено семь). Они были установлены в ВЦ АН СССР, в Институте прикладной математики АН СССР и ВЦ министерств, решавших задачи, связанные с развитием аэрокосмических исследований и атомной энергетики.
Появление мощной (по тем временам) вычислительной техники во многом способствовало успешному запуску первого в мире спутника Земли, созданию первой атомной станции, решению задач, связанных с обороноспособностью страны.
Создатели ЭВМ "Стрела" во главе с Лесечко, Базилевским и Рамеевым в 1954 г. получили Государственные премии I, II и III степеней.
В машине применены два сумматора, один из которых может быть использован в качестве накапливающего для суммирования рядов.
Для "запоминания" числовых данных и промежуточных результатов вычислений числа посылаются в накопитель, составленный в виде таблицы. Выбор числа из накопителя производится записью на программной ленте двух ключей, соответствующих номерам дешифраторов строки и столбца, на пересечении которых находится данное число, поэтому занесение числа и получение из накопителя требуют двух тактов.
Как уже упоминалось выше, необходимая емкость накопителя зависит от характера решаемой задачи, плана решения и количества отдельных устройств, выполняющих арифметические операции. Не' предрешая сейчас вопрос о емкости накопителя, заметим, что в АЦВМ емкость накопителя может быть небольшой, благодаря применению отдельных устройств для выполнения арифметических действий и интерполятора. Как видим из таблицы No 1 (См. Прилож. 1. - Прим. авт.), емкость накопителя американских и английских машин, находящихся в разработке, колеблется от 1000 до 5000 чисел. Необходимо отметить, что даже сравнительная большая .емкость накопителя может оказаться недостаточной для решения некоторых задач, например, для решения системы алгебраических уравнений с несколькими сотнями неизвестных.
Для таких задач емкость накопителя должна достигать нескольких сот тысяч чисел. Если задаться целью вычислять с максимальной скоростью машины, то такая емкость едва ли осуществима из-за чрезвычайного усложнения и удорожания конструкции машины. Поэтому при решении задач, требующих большой емкости "памяти", следует работать на меньшей скорости и применять "ленточный" накопитель, емкость которого может быть весьма велика. Принцип действия "ленточного" накопителя заключается в следующем: промежуточные результаты вычислений записываются на ленту точно так же, как результаты вычислений в выходном устройстве, в том порядке, в каком они получаются, затем поступают в машину как во втором, описанном выше, способе введения числовых данных - в накопитель, который постоянно "заполняется" с этой ленты числами, снимаемыми в том порядке, в каком они участвуют в дальнейших вычислениях.
Весьма важным для цифровой вычислительной машины является возможность введения числовых данных в виде таблиц. Для этого должно быть устройство для чтения таблиц и, если нужно, интерполирования. В АЦВМ таблица может быть составлена двояко:
а) функция представляется в виде ряда
f(a + h) = C0 + C1h + C2h2 + С3h3 +...
б) в таблицу заносится аргумент и соответствующие значения коэффициентов.
C0, C1, C2, С3 ... Сn
в) в таблицу заносится аргумент и необходимое число табличных разностей. В задачах с монотонно изменяющимся аргументом таблица может автоматически, по мере необходимости, обновляться с помощью устройства для набора таблицы.
Чтение таблицы и интерполирование в АЦВМ производится отдельным Интерполятором, представляющим собой упрощенную цифровую вычислительную машину с фиксированным программированием, работающую так же, как основная машина.
Для данной интерполяционной формулы программа не меняется и наносится не на ленту, а на барабан, непрерывно вращающийся с большой скоростью.
В цепи пускового сигнала главного программного датчика интерполятора имеется клапанное устройство, управляемое главным программным датчиком машины. Если после передачи аргумента в таблицу открыть цепь пускового сигнала главного программного датчика интерполятора, то начнется цикл вычислений по интерполяционной формуле, нанесенной на барабане. После одного оборота барабана вычисления закончатся, результат получится во втором (накапливающем) сумматоре интерполятора, выход которого включен в цифровую магистраль машины. Для разных интерполяционных формул должны быть разные программные барабаны, которые могут заменяться перед пуском машины. Предусматривается возможность одновременного применения нескольких программных барабанов, выбор которых (интерполяционной формулы) производится главным программным датчиком. В интерполяторе могут быть несколько таблиц для различных функций, набираемых с помощью устройства для набора таблицы.
Кроме таблиц, набираемых извне, может быть таблица, которая набирается машиной по ходу вычислений. Чтение этой таблицы производится тем же самым интерполятором. Предусматривается интерполирование до 5-го порядка. Однако, при удвоении таблицы в ширину (присоединением такой же таблицы с нанесенными на ней следующими табличными разностями), порядок интерполирования может быть повышен. Длительность интерполирования зависит от применяемой интерполяционной формулы и может быть порядка нескольких десятков тактов машины. Так как интерполятор работает автономно, то он может проводить вычисления параллельно с другими операциями, выполняемыми машиной, и поэтому не замедляет процесс вычислений. Интерполятор может быть использован также для вычисления некоторых часто используемых функций, представленных в виде ряда.
Результаты вычислений записываются (в двоичной системе) на ленту в выходном устройстве.
Лента, на которой записывается результат вычислений, движется со скоростью программной ленты и поэтому запись результата не вызывает замедления работы машины.
Результат, записанный на ленту в двоичной системе, переводится в десятичную и отпечатывается на бумаге. Устройство, предназначенное для этого, не связано с машиной и работает с относительно небольшой скоростью; к выходному устройству относится все сказанное выше о входном устройстве.
Общая электрическая схема АЦВМ показана на рис. 3. (Схема опущена. - Прим. авт.). Для упрощения схемы в цепочках счетчиков и клапанных устройств показаны только крайние, а среднее заменены точками.
В интерполяторе показан только один программный барабан и "одна таблица. Подробное описание схемы отдельных узлов дается ниже.
Общая схема АЦВМ достаточно сложна, однако она составлена из нескольких типовых простых схем: бинарных счетчиков, работающих по принципу "включено-выключено", клапанных устройств, триггеров и т.д. Больше всего в схеме "клапанных устройств". Если клапанные устройства составлять из электронных ламп, то общее число электронных ламп в машине существенно увеличивается. "Клапанные" лампы составляют 70% об общего количества ламп.
Учитывая это обстоятельство, мы предусмотрели возможность замены электронных ламп в клапанных схемах более простыми элементами. Возможность такой замены следует из таблицы No 2, где показано соответствие между различными релейными элементами. Из этой таблицы видно, что клапанные схемы могут быть реализованы не только с помощью многоэлектродных ламп, но также с помощью магнитных и выпрямительных схем. Хотя постоянная времени магнитных схем значительно больше, чем у электронных, тем не менее, при использовании повышенной частоты и, если учесть, что скорость программирования не может быть очень большой, магнитные схемы могут быть применены в целом ряде мест. Не предрешая сейчас места применения тех или иных схем (магнитных или выпрямительных) в качестве клапанных устройств, мы предполагаем, что большая часть клапанных устройств может быть выполнена по таким схемам. Не останавливаясь на преимуществах и недостатках релейных элементов, приведенных в таблице No 2, заметим, что замена электронных ламп в клапанных устройствах значительно упрощает конструкцию, увеличивает надежность и долговечность, улучшает эксплуатационные качества машины.
Особенно перспективным для клапанных схем является применение кристаллических диодов (выпрямителей). К сожалению, производство этих элементов у нас пока не налажено. Однако можно не сомневаться, что это производство будет освоено, т.к. кристаллические диоды находят широкое применение для других целей в важнейших областях современной радиотехники и прежде всего в радиолокации.
Миниатюрные размеры кристаллических диодов, их пригодность для очень высоких частот, отсутствие накаленного катода, с которым связаны ограниченный срок службы и большой расход энергии, выделяющейся в виде тепла, позволит осуществить в высшей степени компактные и дешевые вычислительные блоки, годные не только для стационарных, но и для передвижных устройств. Последнее крайне важно для военных применений.
Общее количество электронных ламп в чисто электронном варианте машины 3500, а при замене клапанных устройств на магнитные реле и схемы из выпрямителей элементов, число электронных ламп 1000. (Оставшиеся разделы отчета не публикуются. - Прим. авт.)
Авторское свидетельство No10475
Еще через два месяца были составлены "Проектные соображения по организации лаборатории при Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР для разработки и строительства автоматической цифровой вычислительной машины" (см. Приложение 12). Оба документа по праву могут считаться первыми страницами истории развития цифровой электронной вычислительной техники в СССР.
Напомним, что была середина 1948 года, и А.С.Лебедев еще не приступил к разработке МЭСМ ("Быстродействующими электронными счетными машинами я начал заниматься в конце 1948 г.", - напишет он позднее).
На Западе разработки подобных машин велись в основном в США (десять машин), в Англии (одна), во Франции (одна). Поскольку машины
разрабатывались в основном для военных целей, публикации по ним были весьма немногословны. Большинство машин создавалось на электромеханических реле, а не на электронных лампах.
Даже беглое ознакомление с отчетами показывает обстоятельность проработки поставленной задачи. Можно только удивляться, как удалось выполнить такую, по тем временам непомерно трудную, научно-инженерную разработку и составить аван-проект электронной цифровой вычислительной машины с программным управлением, который иначе, как классическим, назва% нельзя.
При внимательном чтении проекта убеждаешься, что Брук и Рамеев вплотную подошли к реализации принципа хранимой в памяти программы. Они осуществили его технически (в аван-проекте), предусмотрев запись программы в памяти (на ленте), выдачу результатов вычислений на такую же ленту и ввод с нее полученных чисел снова в машину для последующих вычислений. Иначе говоря, была обеспечена возможность обработки команд в арифметическом устройстве машины (что и ставится в заслугу Джона фон Неймана и С.А. Лебедева).
Об этих нескольких памятных месяцах озарения я попросил рассказать самого Б.И. Рамеева.
Вот что он сообщил.
"Работа в ЦНИИ No 108 явилась хорошей школой для меня. Полученные знания в области электроники, а также почти двадцатилетний опыт радиолюбительства и склонность к изобретательству объясняют, почему, работая у Брука, удалось сделать так много. Мы с Исааком Семеновичем вместе обсуждали общие идеи машины, которую собирались создать. Я потом чертил конкретные схемы с пояснительными записками, давал ему на просмотр. Он делал замечания, если было необходимо (это видно на сохранившихся у меня рукописях некоторых заявок на изобретения и рукописи краткого описания АЦВМ, находящейся в Политехническом музее). Работал я в его кабинете в здании главного корпуса Энергетического института АН СССР.
Говорили мы с ним и о том, как этот проект осуществить. Возникла идея, что для этого необходимо СКВ. Я в течение двух недель работал в Ленинской библиотеке, изучал литературу по проектированию промышленных предприятий и заводов. В результате родился документ, копию которого я Вам передаю.
Не помню, где и как питался в то время, а вот жил в комнате, где хозяйка хранила картошку, и топил печку толстыми томами Свода законов царской России, которые там обнаружил. С 1944 г. снимал комнату (иногда угол) на 2-4 месяца в самых разных районах Москвы. Поменял десятки мест. Никто не хотел прописывать, а без прописки хозяева тогда боялись надолго пускать квартиранта. Вещей у меня было три бумажных мешка. Вог с ними я и переезжал из одной квартиры в другую. В 1952 году от СКБ-245 получил комнату в общей квартире".
За год совместной работы Брук и Рамеев подготовили и послали в Комитет по изобретениям более 50 заявок на изобретение различных узлов ЭВМ. Однако многие из них возвращались непризнанными или с массой вопросов. Среди тех, кто их оценивал, не было специалистов по вычислительной технике. (Эксперт, рассматривавший заявки, был специалистом по электродвигателям.) В конце-концов заявки стали принимать. В декабре 1948 г. они подготовили и послали заявку на изобретение "Автоматическая цифровая вычислительная машина" (с использованием общей шины) и получили авторское свидетельство No 10475 с приоритетом от 4. ХП.1948 г. - первое в области цифровой электронной вычислительной техники в стране!
В начале 1949 г. Брук выступил с идеей цифровой ЭВМ в Артиллерийской академии. Он был действительным членом этой Академии с 1947 г. Для убедительности был продемонстрирован макет диодно-матричного арифметического устройства, спроектированного и отлаженного Рамеевым. Это было первое в стране сообщение о разработке отечественной электронной цифровой вычислительной машины.
В начале 1949 года Рамеева как специалиста по радиолокации (сказалась его работа в 108-м институте) неожиданно призвали в армию и самолетом отправили на Дальний Восток. Спешка, однако, оказалась излишней, - полтора месяца он ждал назначения, а потом был зачислен преподавателем в школу подводников. Брук не переставал хлопотать о его возвращении, сумел подключить к этому главного ученого секретаря АН СССР академика Н.Г. Бруевича и министра машиностроения и приборостроения П.И. Паршина. В конце концов Башир Искандарович вернулся в Москву. Дома его ждало письмо с предложением перейти на работу в Министерство машиностроения и приборостроения СССР на должность заведующего лабораторией СКБ-245, которому поручалась разработка цифровых вычислительных машин.
Министр дал подписку в том, что лично отвечает за "сына врага народа" этого требовала секретность проводимых работ.
Рамеев начал разработку эскизного проекта цифровой электронной вычислительной машины, в котором был использован ряд идей из полученных совместно с Бруком авторских свидетельств (общая шина, кодово-позиционное АУ и др.). Технический совет СКБ-245, рассмотрев проект Рамеева, утвердил его. Это произошло в первый день появления на работе в СКБ-245 будущего главного конструктора машины Ю.Я. Базилевского, назначенного руководителем отдела цифровых машин СКБ-245.
Началась работа по техническому проектированию и созданию ЭВМ "Стрела".
Работа по созданию "Стрелы" велась с колоссальным энтузиазмом. Коллектив разработчиков, зная, что соперники в ИТМ и ВТ АН СССР, где шла разработка БЭСМ, не дремлют, старался сделать не только все возможное, но и то, что вначале казалось недостижимым. Директор завода счетно-аналитических машин, он же начальник СКБ-245 и директор НИИ Счетмаша, М.А. Лесечко отдал этой работе весь свой блестящий организаторский талант. За две-три ночи монтировалась громоздкая аппаратура для охлаждения громадных помещений, в которых устанавливались для отладки смонтированные устройства "Стрелы". Достойным помощником был его заместитель и главный конструктор "Стрелы" Базилевский, быстро сориентировавшийся в работе.
Мне удалось разыскать ветерана СКБ-245, участницу разработки ЭВМ "Стрела" Евгению Тихоновну Семенову. Ее рассказ во многом воссоздает атмосферу того времени, поэтому привожу его почти полностью.
Михаил Авксентьевич Лесечко
"Как сейчас помню: в марте пятидесятого года пришла в отдел кадров МЭИ за направлением в НИИ-10. На распределении я согласилась пойти на работу в этот тогда престижный "почтовый ящик". А меня послали и какое-то СКБ-245, о котором никто и не слышал. Но не стала возражать. Взяла направление и пошла. И как же мне тогда повезло! Во-первых, я попала в лабораторию Башира Искандаровича Рамеева. Проработала у него пять лет, и все, что он мне дал за эти годы, осталось на всю жизнь. Во-вторых, создателем и руководителем СКБ-245 был Михаил Авксентьевич Лесечко, безусловно, очень интересный человек и талантливый руководитель - таких я больше не встречала. И, наконец, самое главное - работа. Мы создавали одну из первых в стране цифровую электронную вычислительную машину. Первые месяцы читали американские журналы со статьями по вычислительной технике. Слава Богу, начальство поставляло их в достаточном количестве. Рамеев давал идеи, а затем мы разрабатывали все сами. Ну в каком НИИ-10 я бы это имела!
СКБ-245 и НИИ Счетмаш были созданы на базе завода САМ. Это произошло где-то в конце сорок девятого или в начале пятидесятого года. Находились мы все на одной территории.
В СКБ-245 было несколько отделов. В связи с полной нашей "закрытостью" названия отделов были заменены номерами. А мы их называли иногда именами руководителей отделов, иногда - по выполняемой тематике.
1-й отдел, как и на всех аналогичных предприятиях, обеспечивал секретность разработок, проверял нашу подноготную, выдавал тетради, прошитые, пронумерованные и опечатанные. Каждое утро мы получали там свои чемоданы с тетрадями и бумагами и в конце рабочего дня их сдавали.
Во 2-ом отделе проводились работы по аналоговым вычислительным средствам. Руководителем был Роман Васильевич Плотников. В этом отделе работали ребята из МЭИ - Женя Глазов и Миша Ионкин. С ними у нас была большая дружба, поэтому мы всегда были в курсе всех событий этого отдела. Там же работали Витенберг, Сулим, Гена Петров и др.
Разработчики ЭВМ "Стрела", лауреаты Государственной премии: (слева направо) сидят - Б.И. Рамеев, В.В. Александров, Ю.Я. Базилевский, Д.А. Жучков, А.П. Цыганкин; стоят - Ю.Ф. Щербаков, Н.Б. Трубников, Г.М. Прокудаев, Б.Ф. Мельников, Г.Я. Марков, И.Ф. Лыгин.
3-й отдел наш. Мы занимались разработкой вычислительной машины "Стрела". Руководителем отдела был Юрий Яковлевич Базилевский. К работе нашего отдела я еще вернусь.
4-й отдел математический. Руководителем был Ифраим Аврумович Глузберг. Позже его сменил Дмитрий Алексеевич Жучков. Для "Стрелы" отдел разрабатывал стандартные программы и проводил оценки выполнения операций. Взаимодействовали мы в основном с Леной Еремеевой.
5-й отдел занимался материальным обеспечением.
6-й отдел разрабатывал дифференциальный анализатор. Руководил отделом Александр Алексеевич Бедняков.
Позже были организованы другие отделы.
В нашем отделе было несколько лабораторий. Лаборатория Рамеева отвечала за арифметическое устройство и блок оперативной памяти. Я разрабатывала устройство умножения-деления. Борис Зайцев разрабатывал блок сложения-вычитания. А вообще-то в лаборатории, кроме Рамеева, нас было шесть человек: Борис Зайцев, Олег Лукьянов, Толя Лазарев, Лиза Коновалова, Нина Беленкова и я. Толя тогда учился в Институте связи и числился лаборантом. Много позже, уже после моего ухода, он стал главным инженером СКБ-245.
Еще была лаборатория Георгия Михайловича Прокудаева. У него работали Саша Ларионов. Лариса Дмитриева и Майя Котляревская. Все они тоже были из МЭИ, но пришли на год позже. Лаборатория Прокудаева разрабатывала внешние запоминающие устройства на электронных трубках. У них что-то не ладилось. Очень ненадежными оказались трубки, и Рамеев с Лазаревым начали разрабатывать внешнюю память на магнитном барабане. Первые экземпляры "Стрелы" так и пошли с памятью на барабанах.
Внешними устройствами для "Стрелы" занималась лаборатория Трубникова.
В СКВ-245 работало и много других интересных людей. Хочется упомянуть Юлия Анатольевича Шрейдера и Владимира Алексеевича Шилейко. Во время работы в СКБ-245 Юлий Анатольевич защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, а позже - доктора философских наук. Владимир Алексеевич стал заведующим кафедрой в МИИТе.
С начальством Рамеев ладил не всегда, но с подчиненными обычно говорил тихим и спокойным голосом. Тогда, насколько я помню, у Базилевского с Рамеевым существовали некоторые разногласия. Это естественно: много сложных вопросов по структуре, по общей организации работы машины, по элементной базе (делать машину на реле или на лампах). По настоянию Рамеева мы делали "Стрелу" на лампах. Как сейчас, стою перед стойкой с двумя с половиной тысяч ламп и держу в руках П6, не какую-нибудь пальчиковую крошечку-лампочку, а Пб - сантиметров десять высотой. Стойка с устройством умножения была длиной метров пять да высотой два с половиной, а то и больше.
Работали мы на совесть - и вечерами, и ночами приходилось. Особенно, когда собиралось появиться высокое начальство. А приезжали из ЦК, из министерства, из главка. Готовились мы загодя. В день приезда убирали даже паяльники, и Рамеев говорил: "Опять сидим ... с вымытой шеей!"
Задерживаться на работе можно было на сколько угодно, а вот за опоздание на три минуты вызывал и делал замечания заместитель директора по хозяйственной части Лоханкин. За двадцать минут опоздания дело передавали в суд. На входе стояли часы, и нужно было отбивать карточку. Во сколько вставил, столько и отобьется. Табельщица была суровая женщина, неприступная.
Как я сейчас понимаю, машину мы разработали в рекордно короткие сроки. Причем нужно учесть, что мы разрабатывали не только логику, но конструировали и рассчитывали все элементы. Начали разработку примерно в марте пятидесятого года, в конце 1951-го документация была передана на завод САМ, а в конце 1952 года первый экземпляр машины был готов к отладке.
В 1953 году работающий экземпляр машины "Стрела" был предъявлен комиссии по Сталинским премиям. Одновременно Лебедев выдвинул на премию машину БЭСМ. Премию дали СКБ-245, "Стрела" оказалась лучше подготовленной к промышленному выпуску и ее разработка потребовала меньше средств. В СКБ-245 острили, что "Стрела" дешевле из-за невыплаченных нам сверхурочных.
Характеристики "Стрелы" были для того времени обычными. Скорость - 2000 операций в секунду. Оперативная память - 2048 слов. Разрядность - 43. Машина трехадресная.
К моменту выдачи премии я уже ушла в аспирантуру МЭИ и навсегда рассталась со своим любимым предприятием под названием СКБ-245.
Но, читая в МЭИ лекции по импульсной технике, всегда пользовалась методами, разработанными при расчете схем машины "Стрела", и в первую очередь вспоминала Башира Искандаровича.
К этому времени М.А. Лесечко из СКВ тоже ушел. Директором стал В.В. Александров. Лесечко оказался в Совмине. Я уже не надеялась когда-нибудь увидеть его. Но однажды вхожу в метро на станции "Охотный ряд". Слышу, кто-то в будке телефона-автомата стучит по стеклу и что-то кричит. Оборачиваюсь. Михаил Авксентьевич! Стучит монеткой и кивает головой. Мне было очень приятно его увидеть.
И все-таки одна вещь в СКБ-245 давила меня все пять лет. На входе солдат. В рабочее время без бумаги, подписанной начальством, не войти, не выйти. Случись что дома с сыном, мамой, - солдат не выпустит. А ведь мы работали и вечерами, и в воскресенье! Не считались."
И еще первый отдел. Не дай Бог в конце рабочего дня не сдать чемодан со своими тетрадями, чертежами или какую-нибудь бумажку из чемодана. Строгий выговор, разбор на собрании лаборатории. Бред какой-то! Не раз бывало: задержалась в лаборатории до поздней ночи, дома сын и мама ждут, не спят. Еду в метро, и начинается: "Осциллограф! Выключила? Чемодан? О Господи, не помню! Да нет, я же его перед обедом сдавала-."
"Обращаясь памятью к тем годам, - вспоминает участник работ А.В. Щилейко, теперь д.т.н., профессор, - не решусь сказать, кто был автором или, если угодно, лидером разработки ЭВМ "Стрела". Слов нет, такие специалисты, как Рамеев и Прокудаев, во всем, что касалось решаемых или конкретных задач, обладали гораздо большими знаниями по сравнению с руководителями Лесечко и Базилевским. При всем при том, без Базилевского "Стрела" вряд ли получила бы конструктивное завершение, а без Лесечко могла бы не состояться вообще".
Как заместитель главного конструктора Б.И. Рамеев участвовал в разработке машины в целом. Под его руководством и непосредственном участии были спроектированы арифметическое устройство и устройство внешней памяти на магнитном барабане. Оперативная память на электронно-лучевых трубках была спроектирована Г.М. Прокудаевым и А.М. Литвиновым, устройство управления А.П. Цыганкиным. С огромным энтузиазмом вместе с ними трудились Ю.Ф. Щербаков, Н.В. Трубников, Б.Ф. Мельников, ГЛ. Марков, И.Ф. Лыгин и др.
В кратчайшие сроки (менее года) Московский завод счетно-аналитических машин обеспечил выпуск первых экземпляров ЭВМ "Стрела" (всего было выпущено семь). Они были установлены в ВЦ АН СССР, в Институте прикладной математики АН СССР и ВЦ министерств, решавших задачи, связанные с развитием аэрокосмических исследований и атомной энергетики.
Появление мощной (по тем временам) вычислительной техники во многом способствовало успешному запуску первого в мире спутника Земли, созданию первой атомной станции, решению задач, связанных с обороноспособностью страны.
Создатели ЭВМ "Стрела" во главе с Лесечко, Базилевским и Рамеевым в 1954 г. получили Государственные премии I, II и III степеней.