Малая электронная счетная машина МЭСМ
МЭСМ
МЭСМ принята в эксплуатацию! Киев, 1951 год.
Руководитель разработки — академик Академии наук УССР С.А. Лебедев.
Участники создания МЭСМ: Л.Н. Дашевский, Е.А. Шкабара, С.Б. Погребин-ский, Р.Г. Офенгенген, А.Л. Гладыш, В.В. Крайницкий, И.П. Окулова, З.С. Рапота, Л.А. Абалышникова, М.А. Беляев, ЕБ. Ботвиновская, А.А. Дашевская, Е.Е. Дедешко, В.А. Заика, А.И. Кондалев, И.М. Лисовский, Н.А. Михайленко, Ю.С. Мозыра, И.Т. Пархоменко, Т.И. Пецух, М.М. Пиневич, З.Л. Рабинович, А.Г. Семеновский, Н.И. Фурман, Р.Я. Черняк.
Разработка МЭСМ выполнялась в Киеве в лаборатории моделирования и вычислительной техники Института электротехники АН УССР.
К ноябрю 1950 г. монтаж действующего макета был завершен и началась его проверка путем решения тестовых и простейших народно-хозяйственных задач.
МЭСМ была трехадресной синхронной ЭВМ с быстродействием 50 арифметических и логических операций в секунду. Время выполнения операций — 17,6 мс (за исключением операции деления — 20,8 мс). По предложению С.А. Лебедева в сумматоре была реализована цепочка сквозных переносов. Команды и числа с фиксированной запятой представлялись словами длиной 17 двоичных разрядов. Универсальное арифметическое устройство (АУ) реализовывало 4 арифметические операции, логические операции сравнения, сложения кодов и включало накапливающий сумматор и два регистра на триггерах. Связанное с АУ оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) с частотой выборки 5 кГц было рассчитано на размещение 31 числа и 63 команд. Было также штеккерное долговременное запоминающее устройство (ДЗУ), на котором осуществлялся ввод и хранение 31 числа и 63 команд.
Выбор ОЗУ на ламповых триггерных схемах, содержащего 2500 триодов и 1500 диодов, предопределил последовательную систему подачи кодов чисел.
Имелись команды переключения с ДЗУ на ОЗУ, вывода на печать, останова и др. Команды условных переходов, изменение масштабов чисел, контроль исправности устройств реализовывались программно. Машина останавливалась при переполнении разрядной сетки чмсла. Преобразование двоичных кодов в десятичные было реализовано схемно.
Потребляемая мощность составляла 25 кВт.
В процессе опытной эксплуатации макета, включавшей решение важных научно-технических задач и доказавшей жизнеспособность и актуальность машины в условиях начинавшейся научно-технической революции, выяснилась необходимость введения ряда усовершенствований. Разрядность слова была увеличена до 21 двоичного разряда, аппаратура схем, реализующих алгоритм деления, была существенно упрощена. Для повышения производительности машины и обеспечения решения задач, требующих запоминания значительного количества чисел и команд (системы алгебраических и дифференциальных уравнений в частных производных с сотнями неизвестных), было предусмотрено ЗУ на магнитном барабане емкостью 5 тыс. слов, а также устройство ввода и хранения подпрограмм на магнитной ленте (трехдорожечный магнитофон).
С 25 декабря 1951 г. МЭСМ в более совершенной компоновке продолжила решение более сложных научно-технических и народно-хозяйственных задач, которые ставили известные ученью М.В. Келдыш, А.А. Дородницын, М.А. Лаврентьев, А.А. Ляпунов, М.Р. Шура-Бура, Б.В. Гнеденко и др.
Разработка и эксплуатация МЭСМ представляли важный этап развития отечественной вычислительной техники, это была школа, обусловившая формирование опытного коллектива разработчиков, эксплуатационщиков, операторов, программистов. Появление МЭСМ послужило мощным толчком для разработки широкого круга вопросов вычислительной математики. На машине было решено большое количество научно-технических и народно-хозяйственных задач (задачи ядерной физики, расчет линии электропередачи Куйбышев-Москва, задачи ракетной баллистики и др.), решение которых вручную надолго задержало бы развитие важных направлений отечественной науки и техники.
Для дальнейшей деятельности С.А. Лебедева в этой области разработка МЭСМ носила экспериментальный характер и явилась необходимым предварительным этапом — первой очередью создания быстродействующей электронной счетной машины (БЭСМ), в которой впервые в мире реализовалась параллельная обработка операндов в арифметическом устройстве. Технические характеристики МЭСМ были выбраны с учетом именно этого критерия. На них наложили свой отпечаток также условия разработки, элементно-конструкторская база того времени и крайне сжатые сроки изготовления машины.
В процессе создания МЭСМ разрабатывались, монтировались и опробовались быстродействующие устройства и узлы будущей БЭСМ.
Машина электронная вычислительная общего назначения М-220
Главный конструктор: Антонов Вениамин Степанович. Основные разработчики: А.А. Шульгин, Г.Г. Зоткин, Н. Егорычева, В.С. Клепинин, В. Гуров.
Организация-разработчик: Научно-исследовательский институт электронных машин (НИЭМ).
Завод-изготовитель: Московский завод счетно-аналитических машин (САМ), Казанский завод ЭВМ. Ведомство: Министерство радиопромышленности СССР.
Год окончания разработки: 1968.
Год начала выпуска: 1968.
Год прекращения выпуска: 1974.
Область применения: научно-технические расчеты на предприятиях и организациях народного хозяйства и Министерства обороны.
Число выпущенных машин: около 200 ЭВМ, включая модификации М-220М и М-222, разработанные в СКБ Казанского завода ЭВМ.
Структура машины М-220 (так же, как БЭСМ-3 и БЭСМ-4 ) мало чем отличается от структуры ЭВМ М-20. Их внутренние информационные связи аналогичны. Благодаря этому решалась проблема сохранения богатого программного обеспечения М-20, которое разрабатывалось многие годы ведущими коллективами программистов страны. Отличие от М-20 состоит, во-первых, в том, что все перечисленные ЭВМ выполнены на полупроводниковых приборах (потенциально-импульсные схемы, диодно-трансформаторная логика), а во-вторых, объем ферритового ЗУ увеличен до 16К слов (М-220) и 32К слов (М-222) Система команд дополнена командами переключения с одного модуля ЗУ на другой. Машина М-222 получила систему прерывания, защиту памяти, связь с другими ЭВМ. Все машины этой группы получили модернизированные внешние накопители и устройства ввода-вывода.
Элементная база: диодно-трансформаторные схемы на базе транзисторов П-401.
Конструкция: машины М-220 и М-222 конструктивно выполнялись в виде комплекса шкафов с однорядным размещением ячеек. Электронные компоненты размещались на платах 200х120 мм, имеющих печатный монтаж.
Технология: впервые в производстве отечественной вычислительной техники монтаж ответных панелей производился методом накрутки провода на ножки разъема.
Программное обеспечение семейства М-20, М-220, М-222 создавалось в течение более 10 лет силами НИИ и вузов, в которых широко использовались эти ЭВМ. Оно было богатым, однако разрозненным и недостаточно корректно документированным. Его распространением занималась Ассоциация пользователей М-20. Помимо библиотеки стандартных программ имелся транслятор с Алгол-60, оптимизирующий АЛЬФА-транслятор (Ершов А.П.), транслятор с языка Фортран, операционные системы ОС4-220 для ЭВМ М-220 и ОС ДМ-222 для ЭВМ М-222. Эти операционные системы обеспечивали режим пакетной обработки с совмещением вычислений с работой устройств ввода-вывода. Последняя ОС допускала режим мультипрограммного использования машины.
Технико-эксплуатационные характеристики: ЭВМ М-220 и М-222 размещались на площади 100 м2 и более в зависимости от комплектации внешним оборудованием. Быстродействие их составляло 28 тысяч операций в секунду. Потребляемая мощность от сети 380/220 В не превышала 20 кВА. Среднее время между отказами — 500 ч.
Работы над новыми ЭВМ вели вчерашние студенты, ставшими вскоре известными учеными.
Академик В.А. Мельников свою первую работу сделал, выполнив разработку блока управления операциями БЭСМ-1, а впоследствии вел в ИТМ и ВТ разработку машин БЭСМ-2, БЭСМ-6 и АС-6.
Академик В.С. Бурцев начал свою деятельность в ИТМ и ВТ с разработки блока управления командами БЭСМ-1, а продолжил ее разработкой машин «Диана», М-40, М-50, 5Э92, 5Э92б, 5Э51, 5Э261/2, 5Э265/6, МВК «Эльбрус».
Серийные компьютеры Лебедева
В 1957 году Ульяновский завод им. Володарского начал выпускать компьютеры БЭСМ-2. Ими оснастили все крупные вычислительные центры страны. На новых БЭСМ рассчитывали запуски искусственных спутников Земли и первых космических кораблей.
А в середине 1960-х разработали и запустили в производство БЭСМ-6 — супер-ЭВМ второго поколения на полупроводниковых транзисторах. Она могла выполнять уже около 1 млн операций в секунду.
БЭСМ-6 в Музее науки, Лондон, ВеликобританияФото: Wikimedia Commons
В то время советская вычислительная техника шла вровень с западными разработками. Даже Норберт Винер говорил, что советские учёные опережают американских в области теории информации, а в части аппаратуры отстают совсем немного.
Лебедев, используя свои наработки при создании МЭСМ, разработал ещё 15 электронно-вычислительных машин. Но отечественным кибернетикам не дано было стать лидерами в компьютерной гонке. В 1966 году в СССР свернули разработку собственных вычислительных машин и начали копировать серию IBM 360 в качестве единого стандарта ЭВМ.
Академик Лебедев протестовал против этого решения — он рьяно доказывал, что клонирование устаревающих систем отбросит компьютерную индустрию на годы назад. Но учёного не послушали — у его оппонентов была власть.
В 1972 году решение о копировании американской IBM приняли окончательно. Эту весть Сергей Александрович принял очень тяжело. Здоровье немолодого уже академика постоянно ухудшалось, и через два года, после долгой болезни, Лебедев скончался.
Сергей Лебедев с коллегами знакомятся с компьютерами IBM, апрель-май 1959 годаФото: «История информационных технологий в СССР и России»
Много ли выиграла советская компьютерная индустрия от этого решения? По мнению академика Малиновского, нанесённый ущерб был выше, чем полученные результаты. Клонирование IBM шло с трудом, документацию было сложно достать, не было подходящего оборудования и комплектующих. Сроки изготовления постоянно срывались.
В 1970-х годах советская вычислительная техника уже серьёзно отставала от западной, особенно в гражданских областях. ЭВМ использовали в основном в военных разработках. Но руководство страны не рассматривало производство электронно-вычислительных машин как ключевую отрасль. Бытовало мнение, что нехватку компьютеров можно восполнить большим количеством людей с арифмометрами.
В итоге компьютерная революция 1980-х застала страну врасплох. А в 1990-х годах СССР перестал существовать и отставание отечественной компьютерной техники от западной уже мало кого интересовало.
Машина электронная вычислительная общего назначения М-20
Начальник отдела программирования Вычислительного центра СО АН СССР И.В. Поттосин за пультом ЭВМ М-20, 1962 г.
Главный конструктор: академик АН СССР С.А. Лебедев; зам. главного конструктора — к.т.н. М.К. Сулим и д.ф.-м.н. М.Р. Шура-Бура; основные разработчики: к.т.н. П.П. Головистиков, В.Я. Алексеев, к.т.н. В.В. Бардиж, к.т.н. В.Н. Лаут, А.А. Соколов, М.В. Тяпкин, А.С. Федоров.
Организация разработчик: Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) и Специальное конструкторское бюро (СКБ-245).
Завод-изготовитель: Завод вычислительных машин (Казань), Московский завод счетно-аналитических машин (САМ).
Год окончания разработки: 1958.
Год начала выпуска: 1958.
Год прекращения производства: 1964.
Число выпущенных машин: 63.
Область применения: решение задач из многих областей науки и техники.
К началу 1958 г. опытный образец М-20 заработал надежно, и в том же году машина была успешно принята Государственной комиссией с оценкой «самая быстродействующая в мире» (такую скорость счета — 20 тысяч операций в секунду имела только американская машина «Норк», хотя она содержала в пять раз больше ламп) и рекомендована к запуску в серию в Казани. Потребность в быстродействующих вычислительных машинах была так велика, что машиной М-20 обеспечивали только самые важные работы в стране.
Структура ЭВМ: однопроцессорная, в процессоре реализован ряд структурных решений — совмещение выполнения частей операций, ускорение выполнения операций сложения и умножения за счет совершенствования работы цепей переноса (введение цепи «грубого» переноса, дополняющего сквозной перенос) и умножение сразу на два разряда.
Система представления чисел – двоичная с плавающей запятой, количество разрядов для кодов чисел – 45.
ЭВМ М-20 имела память на ферритовых сердечниках объемом 4096 слов, внешняя память располагалась на магнитных барабанах и лентах.
Элементная база: съемные блоки с двумя электронными лампами. Использовался импульсный принцип (динамические триггеры) для построения схем устройств параллельного действия, что привело к уменьшению числа электронных ламп в машине до 1600. Логические схемы были выполнены на полупроводниковых диодах, что в сочетании с ненагруженным режимом их работы, являющимся также следствием применения импульсного принципа построения схем, обеспечило повышенную надежность работы машины.
Конструкция и технология: машина собрана в семи шкафах; в каждом шкафу по шесть плат; использовались 30-контактные ножевые разъемы.
Программное обеспечение: библиотека стандартных подпрограмм ИС-2.
Технико-эксплуатационные характеристики
- Средняя производительность – 20 тыс. операций в секунду
- Занимаемая площадь – 170–200 м2
- Потребляемая мощность от сети 220 В/50 Гц – 50 кВт (без системы охлаждения)
Общее повышение эффективности работы машины помимо структурных решений и импульсного принципа построения схем достигалось также введениeм:
- индексной арифметики, позволяющей во многих случаях избавиться от переменных команд;
- новых логических операций в процессоре;
- аппаратной реализации частой для математических расчетов операция извлечения корня;
- системы команд с автоматической модификацией адреса;
- совмещения работы АУ с выборкой команд из памяти;
- совмещения вывода информации на печать с работой процессора.
Были получены патенты на ЭВМ М-20, патенты на отдельные составляющие М-20, имелись публикации.
Работа коллективов ИТМ и ВТ АН СССР и СКБ-245, создавших М-20, была выдвинута на соискание Ленинской премии, но не получила ее по причинам, не связанным с существом разработки.
БЭСМ — быстрая, как снаряд
В том же 1952 году команда Лебедева построила БЭСМ-1.
- В машине было 5000 электронных ламп.
- Она могла выполнять 8000–10 000 операций в секунду.
- Внешняя память — на магнитных барабанах (два барабана по 5120 слов) и магнитных лентах (четыре барабана по 30 000 слов). Машина имела общую память для команд и данных — всё по архитектуре фон Неймана.
- Система представления чисел — двоичные с плавающей точкой.
- Система команд — трёхадресная. В каждой команде содержатся код операции, два адреса исходных операндов и адрес результата операции.
В 1953 году на международной конференции в Дармштадте БЭСМ-1 признали самым быстродействующим компьютером в Европе. По скорости работы и объёму памяти она уступала только американской IBM 701.
Сергей Лебедев и Владимир Мельников у машины БЭСМ АН СССРФото: «Виртуальный компьютерный музей»
В столице оценили работу Лебедева и назначили его директором московского Института точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ). БЭСМ перевезли в Москву и установили на первом этаже института. На ней решали научные и прикладные задачи, казавшиеся в то время неразрешимыми из-за большого объёма вычислений.
БЭСМ могла рассчитать траекторию полёта снаряда быстрее, чем снаряд долетал до цели. В то время это было огромным достижением. А ещё именно на БЭСМ-1 была рассчитана траектория полёта ракеты, доставившей на Луну вымпел СССР в 1959 году.
В 1960 году БЭСМ-1 разобрали, и по этому поводу сотрудники ИТМиВТ даже написали эпитафию.
Первая электрическая вычислительная машина Изобретатель Герман Холлерит
Герман Холлерит
Табулятор Холлерита
Перфокарта Холлерита
«Современная» перфокарта. (1970-2000)
Герман Холлерит
(29.02.1860 — 17.11.1929) — американский инженер, статистик и изобретатель немецкого происхождения.
Известен как создатель электрической табулирующей системы.
Герман Холлерит работал в бюро по переписи населения США, которая производится каждые 10 лет. Обрабатывая вручную огромное количество материалов, он стал искать способы ускорить обработку данных. Так 29 февраля 1888 года появился статистический табулятор.
В основе устройства табулятора Холлерит использовал принципы идеи аналитической машины Бэббиджа с перфокартами. Фактически через 17 лет после смерти Бэббиджа идея создания электрической вычислительной машины нашла продолжение.
Идею использования перфокарт в работе табуляторов подсказал Холлериту чиновник бюро переписи Джон Шоу Биллингс. Он же был сподвижником Холлерита в работе над проектированием системы табуляторов.
Созданная Холлеритом счетная машина позволила завершить подсчеты результатов переписи населения, которая проводилась в США в 1890 году, за 3 месяца. (вместо 7 лет в 1880). Изобретатель был удостоен нескольких премий и звания профессора Колумбийского университета.
В 1896 году Холлерит организовал фирму по производству табуляционных машин — TMC (Tabulating Machine Company), продавая их железнодорожным управлениям и правительственным учреждениям (партия табуляторов была также закуплена Российской империей). Этому предприятию сопутствовал успех!
С 1924 года фирма Холлерита, после ее продажи в 1911 году холдингу CTR, стала называться IBM (International Business Machines Corporation). Имя Холлерита сегодня можно увидеть в музее славы IBM.
