Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники

Для самого Лебедева, однако, постройка МЭСМ была лишь шагом на пути к созданию большой машины. Параллельно с отладкой МЭСМ он занялся составлением проекта БЭСМ («большая электронная счетная машина», впоследствии в расшифровке названия БЭСМ «большая» была заменена на «быстродействующая»). В Киеве возможность ее постройки была под большим вопросом, но тут дело получило неожиданный толчок сверху.

«В Москву. В Москву!»

4 декабря 1952 года С. А. Лебедев доложил в Президиуме АН СССР о вводе МЭСМ в эксплуатацию. Президиум отметил, что постановление Совета Министров № 2754-1321с выполнено, и объявил благодарность ряду лиц, участвовавших в постройке машины. К этому времени Сергей Алексеевич уже, однако, не работал в киевском Институте электротехники, а до осени 1951 года в течение полутора лет сидел на двух стульях: оставаясь руководителем Лаборатории № 1 в Феофании и участвуя в доводке МЭСМ, он занял аналогичную должность в Москве, в Институте тонкой механики и вычислительной техники, где вовсю разворачивались работы по БЭСМ.

Если руководство Украинской АН, всячески нахваливая лебедевские достижения, тем не менее не нашло возможности продолжить работы по созданию полноценной рабочей машины, то в Москве решили иначе. Напомним, что МЭСМ изначально выполнялась лишь как макет большой вычислительной машины. В 1949 году М. А. Лаврентьев, бывший тогда вице-президентом АН Украины и директором киевского Института математики, написал письмо Сталину о необходимости и стратегической значимости работ по цифровой вычислительной технике. Результат оказался неожиданным прежде всего для него самого: математик Лаврентьев был назначен директором Института точной механики и вычислительной техники в Москве.

Мемориальная доска С. А. Лебедева на здании Института электротехники в Киеве

ИТМ и ВТ к тому времени существовал уже более года: постановление Совета Министров СССР № 2369 о формировании нового института в составе Академии наук СССР датировано 29 июня 1948 года. Институт был образован слиянием трех подразделений АН СССР: из Института машиноведения выделен отдел точной механики во главе с академиком Н. Г. Бруевичем, из Энергетического института — лаборатория электромоделирования во главе с профессором Л. И. Гутенмахером, а из сотрудников Математического института им. В. А. Стеклова образованы отдел приближенных вычислений (начальник отдела — член-корр. Л. А. Люстерник) и экспериментально-счетная лаборатория во главе с И. Я. Акушским. Первым директором ИТМ и ВТ был назначен академик Николай Григорьевич Бруевич.

Заслуги Н. Г. Бруевича в области машиностроения неоспоримы, но от электронной цифровой вычислительной техники он был далек. У современного читателя, несомненно, возникнет вопрос — а почему в названии института слова «точная механика» и «вычислительная техника» оказались в одном ряду? В представлениях того времени вычислительная техника была неразрывно связана именно с точной механикой: практически все вычислительные машины тогда были механическими арифмометрами (которыми и была укомплектована лаборатория во главе с Акушским). Другое направление представлял Лев Израилевич Гутенмахер: он был специалистом по моделированию, конструктором аналоговых вычислительных машин, во время войны отличившийся своими разработками ПУАЗО (приборов управления автоматическим зенитным огнем) — фактически представлявших собой ту же аналоговую машину, только специального назначения. А аналоговая машина того времени — тоже куча шестеренок, выполненных с минимальными допусками, то есть та же точная механика.

Естественно, эти люди о цифровой вычислительной технике тогда не имели почти никакого представления. Потому комиссия АН СССР во главе с М. В. Келдышем, проверявшая летом 1949 года работу нового института, отметила недостаточное внимание, уделявшееся быстродействующим цифровым вычислительным машинам. Не исключено, что именно выводы этой комиссии послужили толчком для письма Лаврентьева Сталину.

В соответствии с выводами комиссии Н. Г. Бруевич был обязан организовать в ИТМ и ВТ специальный отдел быстродействующих вычислительных машин. Однако произошло это далеко не сразу: своих специалистов не хватало, и Бруевич договорился с Министерством машиностроения и приборостроения о сотрудничестве. В этом ведомстве только что было создано мощное научно-производственное объединение в составе трех организаций: НИИ Счетмаш, СКБ 245 и Московский завод счетно-аналитических машин (САМ), у которых был единый директор М. А. Лесечко. Уже был подготовлен проект совместной разработки цифровой машины, когда вмешался Л. И. Гутенмахер: он предложил построить машину не на ненадежных и дорогих электронных лампах, а на электромагнитных бесконтактных реле на основе феррит-диодных элементов, разрабатывавшихся тогда в его лаборатории. Это предложение вызвало живой интерес у министра машиностроения и приборостроения П. И. Паршина. В результате было принято решение о постройке двух машин: электронной силами ИТМ и ВТ и на феррит-диодных элементах Гутенмахера — силами Минмашприбора.

Проект Минмашприбора в дальнейшем закончился постройкой лампово-полупроводниковой ЭВМ «Стрела» — первой серийной советской машины. Этому поспособствовал направленный на работу в СКБ-245 Башир Искандарович Рамеев, у которого еще с 1948 года имелся разработанный совместно с Исааком Семеновичем Бруком проект ЦВМ. Чтобы не тратить время на «разборки», технический совет СКБ-245 в отсутствие Рамеева рассмотрел проект Гутенмахера, а затем Рамеева при отсутствии Гутенмахера, и в итоге принял решение создавать ЭВМ на электронных лампах, а не на ферритовых элементах. Заметим, что Гутенмахеру удалось-таки построить свою машину на магнитных усилителях: к 1954 году заработала ЛЭМ-1. Однако его инициатива имела и другие, куда более известные последствия: на ферритовых элементах Николаем Петровичем Брусенцовым была создана знаменитая троичная ЭВМ «Сетунь» (см. очерк о Н. П. Брусенцове в этом сборнике).

А пока ИТМ и ВТ вновь оказался в одиночестве: при отсутствии столь мощной базы, как объединение Лесечко, он не имел возможности приступить к развертыванию работ по ЦЭВМ, а министерство из соратника превратилось в конкурента. 2 сентября 1949 года в составе отдела точной механики была образована группа для проведения предварительных работ по быстродействующим цифровым математическим машинам, но она насчитывала всего шесть человек. В такой обстановке назначение М. А. Лаврентьева на пост директора ИТМ и ВТ, безусловно, было правильным шагом — он хорошо знал проект МЭСМ, разворачивающийся в Киеве, и был одним из немногих в стране людей, представлявших себе, что такое цифровая вычислительная машина. Не случайно еще за несколько дней до утверждения назначения на пост директора, при первом посещении института в январе 1950 года, когда Н. Г. Бруевич знакомил его с работами и сотрудниками отделов, М. А. Лаврентьев пригласил в сопровождающие С. А. Лебедева.

Петр Петрович Головистиков, начало 1950-х годов

Петр Петрович Головистиков, сотрудник той самой первоначально выделенной группы, вспоминает об этом посещении: «… Когда стали макетировать основные узлы ЭВМ — триггеры, счетчик, сумматор с последовательным переносом, вентили, дешифратор, появилось много гостей. Я не понимал тогда, почему Бруевич их приглашает. Мне казалось, что результаты еще так малы, что показывать нечего. Среди посетителей в разное время были министр машиностроения и приборостроения СССР Паршин, член коллегии министерства Лоскутов, академик Благонравов и др. Это волновало меня и заставляло работать каждый день с раннего утра до позднего вечера. Наконец, я стал привыкать к этим визитам. Но одно посещение (последнее) очень запомнилось. Оно состоялось в январе 1950 г. Бруевич привел двух человек. Один, высокий, статный, вел себя, как и все, — внимательно слушал объяснения, а другой, небольшого роста, в очках, меня поразил. Он стал прямо обращаться ко мне и задавать множество вопросов. Просил показать сигналы во многих точках, продемонстрировать время задержки сигналов в разных цепях. Заставил менять частоту генератора, чтобы определить диапазон работы схем. Многое раскритиковал и посоветовал сделать иначе. В довершение всего попросил меня смакетировать длинную цепочку управляемых вентилей. И необходимо было сделать так, чтобы каждый вентиль имел дополнительную нагрузку, соответствующую таким же вентилям, чтобы сигнал в этой цепочке не затухал и цепочка имела минимальную задержку. Так состоялось мое знакомство с Лаврентьевым и Лебедевым. К этому времени я знал, что разработки в области ЭВМ начались в Энергетическом институте АН СССР у И. С. Брука и в недавно созданном СКБ-245 Министерства машиностроения и приборостроения СССР, но для меня было полной неожиданностью, что у Сергея Алексеевича в Киеве в полном разгаре идет разработка первой в СССР ЭВМ».

16 марта 1950 года С. А. Лебедев был утвержден заведующим вновь созданной лабораторией № 1 (по совместительству). Когда проект постановления правительства о разработке двух ЭВМ представили на утверждение Сталину, он потребовал указать ответственных лиц по каждой из машин. От Академии наук СССР ими были назначены М. А. Лаврентьев и главный конструктор электронной вычислительной машины С. А. Лебедев. Сергей Алексеевич оказался полностью готов к этому назначению: он привез в Москву собственноручно выполненный проект БЭСМ. П. П. Головистиков вспоминает: «Существует легенда, что вся схема БЭСМ у Сергея Алексеевича была записана на папиросных коробках „Казбек“ или отдельных листках. Это неверно. Она заключалась в толстых тетрадях (и не одной). В них самым скрупулезным образом были изображены все структурные схемы машины, приведены временные диаграммы работы блоков, подробно расписаны все варианты выполнения отдельных операций. Приехав из Киева, он этот огромный объем информации начал передавать нам… Мне совершенно по-другому представился смысл той работы, которой я занимался».

Из старых сотрудников ИТМ и ВТ заместителем Лебедева стал К. С. Неслуховский, которому было поручено устройство управления машины, а П. П. Головистиков занялся арифметическим устройством. Существует неподтвержденное свидетельство С. Б. Погребинского о том, что Лебедев пригласил с собой в Москву группу из киевской лаборатории, работавшую с ним над МЭСМ. Однако, как вспоминает Соломон Бениаминович, «в ситуацию вмешалась наш партийный секретарь Екатерина Шкабара. Она сообщила в ЦК Компартии Украины, что Лебедев переманивает ученых из Киева. Потом я узнал, что Сергея Алексеевича вызвали в ЦК КПУ и попросили: „Собираетесь уезжать? Пожалуйста. Но с собой никого не забирайте“» [1.8].

Кадровый голод Лаврентьев с Лебедевым решили восполнить за счет молодых специалистов. Девять студентов-практикантов из МЭИ были зачислены в штат института и сразу получили конкретные инженерные задания. Поскольку в это время подготавливались тома эскизного проекта, в которых студенты принимали участие (каждый по своему разделу), то их материал с незначительными изменениями в соответствии с требованиями вуза становился дипломной работой. Среди этих студентов были будущие академики B. C. Бурцев и В. А. Мельников, ставшие в дальнейшем ближайшими помощниками Лебедева. Так каждый из главных узлов машины был обеспечен ответственными исполнителями, а всего к весне 1950 года в отделе работало уже 50 человек.

В 1951 году институт переехал в новое здание на Калужском шоссе (ныне Ленинский проспект, 51), тогда оно было практически последним строением на юго-западе Москвы. Почти полтора года Сергей Алексеевич делил свое время между Киевом и Москвой, полноценно работая в обоих местах. В Москве он жил в гостинице «Якорь», принадлежавшей АН СССР. И только осенью 1951 года, когда доработанная МЭСМ была «на выходе», он счел свою миссию в Киеве выполненной, уволился из Института электротехники и окончательно перебрался обратно в Москву.

1950-е годы, ИТМ и ВТ

В 1950 году в семье Лебедева появился приемный сын Яков, родители которого умерли (впоследствии Яков стал известным ученым, профессором, заведующим большим отделом в Институте химической физики и кафедрой в МФТИ). Лебедевы никогда никому не говорили, что он — приемный сын, что служило источником частых недоразумений: Яков родился в один год с Сережей.

В Москве разросшаяся семья Лебедевых получила большую квартиру на Соколе. Ныне на этом доме на улице Новопесчаной прямо под окнами кабинета Лебедева висит мемориальная доска. Пятикомнатная квартира была составлена из объединенных двухкомнатной и трехкомнатной, которые Алиса Григорьевна неоднократно перепланировала. В конечном итоге квартиру все-таки опять разделили на две: переженившиеся мальчики уехали в кооперативы, а в двухкомнатной поселили семейство Осечинских в составе Кати, ее мужа Игоря и горячо любимой первой внучки Елизаветы.

Семья Лебедевых в начале 1950-х. Между Алисой Григорьевной и Сергеем Алексеевичем — приемный сын Яков

Пока длился ремонт, дети жили у Лаврентьевых. Одну из кухонь превратили в спальню мальчиков, угловую комнату — в кабинет главы семьи. В нем по сей день сохранился письменный стол со старомодной настольной лампой, фигурирующий на многих фотографиях Сергея Алексеевича. Несмотря на такие роскошные жилищные условия, Лебедев предпочитал по-прежнему работать там, где находилась вся семья и гуляли гости.

Гостей у Лебедевых всегда было много — в большой гостиной, составленной из двух комнат, собирались артисты, музыканты, опальные художники-авангардисты. В кругу друзей Лебедевых находились многие знаковые фигуры той эпохи: режиссер Сергей Бондарчук, знаменитый танцовщик Махмуд Эсамбаев, артист Зиновий Гердт, писатель и рассказчик Ираклий Андроников, академик Лев Андреевич Арцимович. Не забывали и киевские друзья: Юрий Тимошенко и Ефим Березин, Борис Сичкин, Лев Олевский по-прежнему регулярно посещали гостеприимную семью. Сам собой организовался художественный салон — молодые художники, отвергнутые официальным Союзом художников, с удовольствием развешивали картины на стенах квартиры Лебедевых. Гости писали в книгу отзывов, покупали понравившиеся картины, а гонорары складывали в китайскую вазу на рояле, откуда голодные художники и поэты выуживали деньги по мере необходимости.

После похода за грибами на даче в Луцино, 1954 год. Рядом с Алисой Григорьевной — кошка Тяпа

В Киеве летний отдых детей был решен наличием лаборатории в пригородной Феофании. Потому в Москве пришлось обзаводиться дачей в Луцино, под Звенигородом. Времена, когда дача входила в «джентльменский набор», вручаемый каждому советскому «вельможе», уже миновали — дачу надо было покупать, потому пришлось залезать в долги и продавать кое-какие вещи. На даче Сергей Алексеевич занялся благоустройством территории, а Алиса Григорьевна — интерьера.

Сергей Алексеевич занимался садом так же неторопливо и обстоятельно, как строил вычислительные машины. Родные его рассказывают: когда на крыжовник напали вредители, он сначала терпеливо обирал жуков по одному. На следующий год их не убавилось, и он обрезал пораженные ветки. Когда и это не помогло, он выкорчевал больные кусты и посадил новые. Его не угнетала рутина: как пишут Екатерина Сергеевна с ее мужем Игорем, «очень может быть, что принципы ЭВМ еще до окончания войны вызрели в бесконечных свердловских очередях за хлебом».

В 1952 году была издана книга С. А. Лебедева, Л. Н. Дашевского, Е. А. Шкабары «Малая электронная счетная машина» [1.10], ставшая для многих первым учебником по цифровой вычислительной технике. Эта книга, возможно, единственная среди всех пособий по цифровым вычислительным машинам, где их построение описывается во всех подробностях, вплоть до детального разбора принципиальных схем узлов. Аналогичная книга с описанием БЭСМ появилась лишь в 1959 году и была гораздо большей по объему — она состояла из трех томов [1.11].

23 октября 1953 года общее собрание АН СССР избрало Лебедева действительным членом Академии наук (как уже говорилось, он стал академиком, минуя стадию членакорреспондента). На том же заседании в академики выбрали Андрея Дмитриевича Сахарова. Профессор Сигурд Оттович Шмидт, сын известного ученого Отто Юльевича Шмидта, передал своей дипломнице Наталье Лебедевой слова отца: «Сегодня мы избрали в академики двух действительно выдающихся ученых — Лебедева и Сахарова».

С избранием Лебедева связана любопытная история. На том же самом заседании в действительные члены АН баллотировался другой советский компьютерный пионер — Иссак Семенович Брук, бывший к тому времени членом-корреспондентом. Но, как рассказывают, вакантных мест было предусмотрено только два, и выбрали Лебедева, а не Брука. У Брука была договоренность с завкафедрой вычислительной математики МГУ академиком С. Л. Соболевым о передаче в университет машины М-2, однако Соболев был одним из тех, кто голосовал за Лебедева. Брук обиделся и отказался от передачи М-2 в ведение МГУ. Тогда у Соболева возникла идея самостоятельной разработки малой ЭВМ специально для использования в учебных заведениях, в результате чего сотрудник СКБ МГУ Николай Петрович Брусенцов оказался прикомандированным к ИТМ и ВТ, к лаборатории того самого Л. И. Гутенмахера, пытавшегося построить ЭВМ на основе феррит-диодных элементов. Отсюда, как мы уже рассказывали, и родилась троичная машина «Сетунь» на ферритовых логических элементах — одна из самых оригинальных ЭВМ в мировой истории.

Сергей Алексеевич в кабинете на Новопесчаной в день избрания в действительные члены АН СССР

В июне 1953 года С. А. Лебедев сменил выбранного вице-президентом АН СССР М. А. Лаврентьева на посту директора ИТМ и ВТ по его собственной рекомендации. На этом посту он оставался еще двадцать с лишним лет, потому впоследствии Институт точной механики и вычислительной техники заслуженно получил его имя. Все эти двадцать лет его бессменной помощницей оставалась секретарь-референт Валентина Семеновна Элькснин, вошедшая в число ближайших друзей семьи Лебедевых. Начавшая работу в ИТМ и ВТ еще в 1950 году, когда директором был М. А. Лаврентьев, Валентина Семеновна работала на должности референта директора еще много лет после смерти Сергея Алексеевича, когда руководителем института стал В. С. Бурцев.

В своих воспоминаниях Элькснин пишет о Лебедеве: «Работать с ним было и трудно, и в то же время легко. Трудно потому, что он был очень требовательным, а легко оттого, что Сергей Алексеевич своей организованностью и чутким, внимательным отношением воодушевлял на хорошую работу. Требовательность Сергея Алексеевича сочеталась с редкой деликатностью. Сергей Алексеевич никогда не повышал голоса, говорил немного, тихо, но всегда убедительно».

Те же самые черты отмечает и работавший с Лебедевым еще в Феофании И. М. Лисовский:

«Работать с Сергеем Алексеевичем было очень легко. Он никогда не повышал голоса даже на явно провинившихся. Относился ко всем исключительно ровно и справедливо. Не было у него любимчиков, основных или ближайших, все были равны. Всегда отмечал даже небольшие успехи своих сотрудников. Не чужд был озорным проделкам и шуткам (во время отдыха или в туристских походах), которые произносил абсолютно серьезно. Привлекал откровенностью, доброжелательностью, увлеченностью, а также умением увлечь других и создать в каждом убежденность равного участия в общем деле».

На ум невольно приходит сравнение со стилем работы основоположника советской космонавтики Сергея Павловича Королева. Приведем здесь слова академика Бориса Викторовича Раушенбаха, характеризовавшего Королева, как «полководца»: «Работать с Сергеем Павловичем было трудно, но интересно — и повышенная требовательность, короткие сроки, в которые он считал нужным завершить очередное задание, и новизна, таящая в себе не только приятные неожиданности, все это заставляло всех работавших с ним постоянно находиться в состоянии сильнейшего нервного напряжения» [1.12]. (Выделено автором. — Ю. Р.)

БЭСМ

На конец 1950 года пришелся разгар работ по изготовлению макетов отдельных устройств БЭСМ. Новая машина создавалась в обычном стиле Лебедева: сотрудники лаборатории работали, не считаясь со временем. Лебедев никого не заставлял выходить сверхурочно и выполнять дополнительную работу — это получалось само по себе, потому что так вел себя руководитель. O. K. Гущин (тогда техник-монтажник) вспоминает: «Сами изготавливали шасси и стенды, сверлили и клепали; монтировали и отлаживали различные варианты триггеров, счетчиков, сумматоров и проверяли их на надежность в работе. На всех этапах работы Сергей Алексеевич показывал личный пример самоотверженности. После насыщенного трудового дня он до 3–4 часов ночи просиживал за пультом или осциллографом, активно участвуя в отладке машины. Работая в смене дежурным техником, я не раз наблюдал, как Сергей Алексеевич брал в руки паяльник и перепаивал схемы, внося в них необходимые изменения. На все предложения помочь он неизменно отвечал: „Сам сделаю“. После его ухода я по своим прямым обязанностям проверял его работу, и, надо сказать, она всегда была выполнена на совесть».

21 апреля 1951 года была назначена Государственная комиссия для приемки эскизных проектов БЭСМ и «Стрелы», в состав которой входили академик М. В. Келдыш, министр машиностроения и приборостроения П. И. Паршин, академик А. А. Благонравов и др. Как уже упоминалось, в мае 1951 года члены комиссии побывали в Киеве, где Сергей Алексеевич продемонстрировал уже работающую МЭСМ. Академик А. А. Дородницын позже вспоминал подробности заседания комиссии. Заявленная производительность «Стрелы» была в пять раз меньше, чем у БЭСМ — 2000 операций/с. Обосновывая это, Ю. Я. Базилевский заявил, что большая производительность и не нужна, и БЭСМ можно не строить, потому что «Стрела» и так «все задачи в стране перерешает». Лебедев ехидно отвечал, что «Стрела» просто не успеет решить ни одной задачи между двумя сбоями. Скорость работы электронных машин в те времена действительно казалась фантастической: М. В. Келдыш во время одной из бесед в 1954 году заметил, что «если бы таких ЭВМ выпустить 5–7 штук, то для Советского Союза этого было бы вполне достаточно». Подобные оценки необходимой вычислительной мощности не были характерны лишь для отечественных деятелей: известно, что в те годы в корпорации IBM в те самые же 5–7 штук в год оценивали емкость всего мирового рынка компьютеров.

Известная фотография Сергея Алексеевича в кабинете на Новопесчаной сделана в 1953 году вскоре после избрания академиком

БЭСМ имела 39 двоичных разрядов для представления чисел в виде «мантисса — порядок», из них 32 разряда отводилось для значащей части и 5 для порядка. Еще по одному разряду отводилось для знаков мантиссы и порядка. 5 двоичных разрядов со знаком могут представлять числа от –32 до +32, то есть общий диапазон представленных в машине чисел находился от 2–32 до 232, или примерно от 10–9 до 109. Выход результата какой-либо операции за пределы этого диапазона означал аварийную ситуацию, что доставляло немало хлопот программистам того времени.

Современного читателя, знакомого с устройством микропроцессоров, может удивить, что в линейке БЭСМ (включая и знаменитую БЭСМ-6) не было поддержки целочисленной арифметики, аппаратная реализация которой гораздо проще, чем для чисел «с плавающей точкой» (Лебедев называл последние «представлением чисел с учетом порядков»). Сейчас операции с целыми числами относятся к базовой функциональности, а ряд популярных моделей процессоров, относящихся к так называемой RISC-архитектуре, наоборот, не имеют аппаратной поддержки чисел с плавающей точкой, предоставляя реализацию соответствующих команд на откуп программистам. Но надо учесть, что во времена Лебедева аппаратная часть была весьма дорога, а БЭСМ, как писал сам Сергей Алексеевич, была «предназначена для решения математических задач», где операции с действительными числами доминировали и отказ от целочисленной арифметики приводил к существенному упрощению схем и экономии компонентов.

С оперативной памятью, от которой во многом зависело быстродействие машины, сначала случилась незадача. Память проектировали на самых быстрых запоминающих устройствах того времени: потенциалоскопах. Так называли электронно-лучевые трубки специальной конструкции, где информация запоминалась путем накопления электрических зарядов на поверхности мишени (обычно из диэлектрика или из изолированных зерен проводника). Для объема 1024 слов требовалось 50 потенциалоскопов. Однако выпускало их Министерство машиностроения и приборостроения, и, разумеется, в первую очередь обеспечило дефицитными изделиями своих разработчиков из СКБ-245. Заказ из ИТМ и ВТ не выполнялся до конца 1954 — начала 1955 года, и не помог даже М. А. Лаврентьев. Никто не сомневался, что Минмашприбор хочет таким способом обеспечить фору своей «Стреле».

С. А. Лебедев и В. А. Мельников за отладкой БЭСМ, конец 1951 года

Лебедеву пришлось прибегнуть к запасному варианту: использовать для устройства памяти ЗУ на акустических (ртутных) трубках, что снизило быстродействие машины до уровня «Стрелы» — 2000 операций в секунду (ниже даже, чем у МЭСМ). Ртутные трубки были разработаны в 1949 году по его заказу в Институте автоматики ВСНИТО. Они весили несколько сотен килограммов и требовали размещения в огромном термостате, смонтированном в специальном помещении с вытяжными шкафами во избежание попадания паров ртути в воздух производственных помещений. Внушительных размеров стойка ЗУ занимала целую комнату, расположенную в конце коридора первого этажа, довольно далекого от арифметического устройства, связь с которым осуществлялась по кабелям, вносившим дополнительные задержки.

Дополнительно к основной (оперативной) памяти была предусмотрена внешняя память на магнитных барабанах (2 штуки по 512 39-разрядных слова) и магнитных лентах (4 штуки по 30 тыс. слов), устройство ввода с перфоленты (1200 чисел в минуту). Для вывода результатов была предусмотрена цифропечать (1200 чисел в минуту) и быстродействующее фотопечатающее устройство (200 чисел в секунду). Всего в составе БЭСМ использовалось 4 тыс. электронных ламп и 5 тыс. полупроводниковых диодов. В 1957 году ОЗУ на потенциалоскопах было заменено значительно более надежной и компактной памятью на ферромагнитных сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса. Такой тип памяти (см. фото 3 на цветной вклейке) стал стандартным для всех ЭВМ периода от конца пятидесятых до конца шестидесятых годов, когда создатели компьютеров перешли на полупроводники.

В наладке каждой составляющей этого капризного хозяйства Сергей Алексеевич участвовал лично, при необходимости шел на большие дополнительные механические и монтажные работы. В сравнении с отладкой МЭСМ ничего не изменилось — по-прежнему отладчики шли наперегонки с отказами электронных ламп (воспоминания Всеволода Сергеевича Бурцева, приведенные в разделе про МЭСМ, относятся именно к этому периоду). Для помощи москвичам из Феофании пригласили ряд сотрудников (Е. А. Шкабару, С. Б. Погребинского и др.), и отладка пошла быстрее.

Летом 1952 года изготовление машины в основном было завершено. В I квартале 1953 года БЭСМ была налажена, а в апреле была принята Государственной комиссией в эксплуатацию. Интересно, что в комиссию под председательством М. В. Келдыша в числе других входил и Исаак Семенович Брук, создатель первой ЭВМ в Москве под названием М-1.

Искусственная задержка с поставкой памяти все-таки позволила СКБ-245 обойти конкурентов: запущенная на год раньше, «Стрела» получила три (!) Государственных премии I, II и III степени, а главный конструктор машины Ю. Я. Базилевский — звание Героя Социалистического Труда. «Стрела» была рекомендована для серийного производства. Было выпущено 7 экземпляров, которые сегодня заслуженно вспоминают добрым словом — с них начинались многие вычислительные центры страны. Но потом низкая производительность и крайняя ненадежность машины сделали свое дело, и выпуск «Стрелы» был прекращен.

Награды коллективу ИТМ и ВТ последовали лишь в 1956 году: когда БЭСМ, уже снабженная памятью на потенциалоскопах и достигшая своего расчетного быстродействия в 8–10 тыс. операций/с, была принята Государственной комиссией вторично. Вот тогда С. А. Лебедеву присвоили звание Героя Социалистического Труда, а основные разработчики были награждены орденами.

Наверное, одним из высших взлетов в жизни Лебедева следует считать международную конференцию в Дармштадте в октябре 1955 года, где ему довелось сделать доклад о БЭСМ. Выступление произвело сенсацию — никому не известная за пределами СССР БЭСМ оказалась самой быстродействующей ЭВМ в Европе. Это почти через три года после ввода ее в эксплуатацию! Лев Николаевич Королёв (ученик Лебедева, впоследствии — член-корреспондент АН СССР) свидетельствует: «Это было время, когда спроектированные под руководством С. А. Лебедева электронно-вычислительные машины по быстродействию превосходили зарубежные серийные образцы. Причем они никогда не были копией какого-либо зарубежного типа ЭВМ. Это был продукт собственного оригинального творчества советских специалистов». В своем докладе Лебедев также изложил принцип конвейерной организации вычислений («принцип водопровода», как он его называл[13]), который уже был частично реализован в семействе БЭСМ, а на Западе получил широкое распространение лишь через десяток лет.

С. А. Лебедев во время конференции в Дармштадте (ФРГ), октябрь 1955 года

БЭСМ, 1952 год

БЭСМ-2 и М-20

В 1958 году БЭСМ была подготовлена к серийному производству. К работе по запуску машины в серию Лебедев подключил ведущих специалистов, принимавших участие в создании БЭСМ, и она была выполнена в рекордно короткие сроки — за два-три квартала. Такая спешка была вызвана тем, что в стране серийно не выпускалось ни одной марки мощных ЭВМ — «Стрела» была давно снята с производства, а проектируемая в ИТМ и ВТ новая модель М-20 запаздывала. Серийная версия получила название БЭСМ-2 и выпускалась на заводе им. Володарского (Ульяновск) вплоть до 1962 года. Было выпущено несколько десятков экземпляров БЭСМ-2, ею оснащалось большинство крупных вычислительных центров страны. На БЭСМ-2 осуществлялись расчеты, связанные с запуском искусственных спутников и первых пилотируемых космических кораблей.

Новая ЭВМ М-20 (то есть с производительностью 20 тыс. операций в секунду), задуманная С. А. Лебедевым вскоре после временного поражения в соревновании с СКБ-245, была изначально предназначена для серийного выпуска. Для ускорения процесса разработки Сергей Алексеевич добился постановления правительства, обязывавшего Минмашприбор и Минрадиопром работать совместно с Академией наук в лице ИТМ и ВТ. Институт должен был разработать идеологию машины, ее структуру, схемы, элементную базу, а СКБ-245 — техническую документацию и изготовить опытный образец. Согласно постановлению Совета Министров СССР от 15 июля 1955 года, первый образец М-20 должен был быть подготовлен во втором квартале 1956 года.

Главным конструктором был назначен С. А. Лебедев, его заместителем — М. К. Сулим из СКБ-245. Позднее в число заместителей главного конструктора вошел руководитель отдела программирования Математического института им. В. А. Стеклова Михаил Романович Шура-Бура, математик, имевший дело с цифровыми вычислительными машинами с момента их появления. Михаил Романович к этому времени уже был в числе авторов первого в СССР учебника по программированию цифровых вычислительных машин (1952 год, совместно с Л. А. Люстерником, А. А. Абрамовым, В. И. Шестаковым) и активно участвовал в решении большого количества прикладных задач — от расчета энергии ядерных взрывов до траекторий ракет и искусственных спутников. М. Р. Шура-Бура стал соавтором архитектуры М-20 и разработчиком системы команд для нее.

Благодаря Михаилу Романовичу М-20 стала первой советской машиной, поставлявшейся в комплекте со специальным математическим обеспечением, тогда еще не носившим название операционной системы (ОС). Считается, что первая ОС была создана в середине 1950-х годов в исследовательской лаборатории компании General Motors для компьютера IBM-702, однако, в целом наличие операционных систем для машин первого поколения было нехарактерно из-за их низкого быстродействия и малого объема оперативной памяти. В 1959 году М. Р. Шура-Бура разработал ОС для машины М-20, учитывающую эти особенности. Система под названием ИС-2 («Интерпретирующая Система-2») состояла из библиотеки стандартных подпрограмм (СП) и программы-библиотекаря, имевшей довольно разветвленную функциональность. Программа-библиотекарь интерпретировала вызовы СП, выполняла автоматическое распределение и перераспределение динамической области оперативной памяти с сохранением вытесненных из нее СП на внешнем накопителе (магнитном барабане либо ленте) и автоматическим возвратом СП в оперативную память по мере обращения к ним.

В новой машине Лебедевым был заложен ряд конструктивных решений, позволивших значительно расширить функциональность, практически не увеличивая количество электронных ламп и даже снизив его в сравнении с БЭСМ (в М-20 было использовано 1600 пальчиковых ламп, меньшего размера и менее потребляющих, чем использовавшиеся ранее).

П. П. Головистиков превращал решения Лебедева и Шуры-Буры в конкретные схемы, основанные на разработанных им динамических логических элементах на пальчиковых лампах. Логика была реализована на хорошо освоенных к тому времени германиевых диодах, миниатюрных, малопотребляющих и надежных.

М-20

В 1956 году был изготовлен и отлажен макет М-20 в ИТМ и ВТ, а к началу 1957 года в СКБ-245 закончен опытный образец. На этот раз конкуренция была отодвинута в сторону — в отладке принимали участие специалисты многих организаций. Но отладка опытного образца затянулась на целый год: еще при наладке макета М-20 в институте заметили, что многократно проверенные на стенде динамические элементы сбоят при работе в большом комплексе. Как это всегда бывает, неустраненные из-за спешки недостатки на следующем этапе проявились в полной мере. К тому же начала сбоить и новая и еще не до конца освоенная в производстве ферритовая память. Засуетились недоброжелатели, которых в СКБ-245 было предостаточно — они распространяли мнение о непригодности динамических элементов и неправильно выбранной элементной базе, предлагали применять проверенные схемы, то есть увеличивать количество ламп. Возникли неприятности у Сулима, начальство которого требовало скорейшего завершения работ.

Эти задержки и привели к тому, что Лебедев принял решение готовить к серийному выпуску БЭСМ, не дожидаясь окончания работ по М-20. БЭСМ-2 оказалась внешне очень похожей на М-20. В результате страна только выиграла — потребность в ЭВМ была такой, что обе машины, законченные почти одновременно, только-только смогли закрыть самые важные направления. На М-20 выполнялись самые первоочередные работы, и существование БЭСМ-2, как пишет Б. Н. Малиновский, «намного снижало вычислительный голод».

К началу 1958 года М-20, наконец, заработала надежно, в том же году была успешно принята Государственной комиссией с оценкой «самая быстродействующая в мире»[14] и запущена в серию. Оригинальная модель выпускалась до 1964 года, всего за это время было выпущено 20 экземпляров. Архитектура М-20 на много лет стала классической — на основе ее архитектуры было построено несколько машин второго поколения (то есть на полупроводниковых элементах) — БЭСМ-3М, БЭСМ-4, М-220, М-222. Учебник С. С. Лаврова «Введение в программирование», первое издание которого вышло в 1973 году, иллюстрирован многочисленными примерами из архитектуры М-20. Они были сохранены и во втором издании 1977 года.

БЭСМ-2

В машинах БЭСМ-2 и М-20 были реализованы, как мы сейчас говорим, сетевые функции — возможность ввода информации, поступающей с большого количества асинхронно работающих линий связи. Опираясь именно на эти возможности ЭВМ, начальник ВЦ Минобороны Анатолий Иванович Китов смог представить в 1959 году проект глобальной компьютерной сети, предназначенной для управления экономикой СССР, позднее переросший в проект ОГАС Виктора Михайловича Глушкова. Компьютерная сеть, одна из первых в мире (причем с элементами скоростной беспроводной связи), была реализована в другом проекте, носившем строго секретный характер — системе противоракетной обороны под названием «Система А».

БЭСМ-2 при участии самого Лебедева и его сотрудников воспроизводилась в Китае — она стала первой ЭВМ в этой тогда еще очень отсталой стране. Первоначально было принято решение строить в Китае М-20, однако Лебедев быстро понял (и, главное, сумел доказать и в наших, и в китайских руководящих инстанциях), что БЭСМ-2 с точки зрения наладки, приобретения основных инженерных навыков, да и эксплуатации обладает рядом важных преимуществ перед машиной М-20. В Китае в то время не было промышленности, способной обеспечить программу строительства своей ЭВМ компонентной базой, потому детали приходилось тоже завозить из СССР. Одновременно быстрыми темпами осуществлялась программа создания собственной радиотехнической промышленности. Сейчас, когда в Китае производится большинство высокотехнологичных изделий мира, странно вспоминать, что первые китайские радиодетали появились в 1958 году при помощи советских специалистов и советников, десятки которых работали на предприятиях, возведенных с помощью СССР.

К 1959 году монтаж и наладка машины в Институте вычислительной техники АН КНР, которыми руководил В. А. Мельников, в основном закончились. В апреле 1959 года из Пекина отбыл последний представитель ИТМ и ВТ А. С. Федоров — отношения между СССР и Китаем стремительно ухудшались. Поэтому о том, что машина в Пекине заработала, сотрудники Лебедева узнали из статьи в журнале «Китай» на русском языке, который кто-то принес в ИТМ и ВТ. Как свидетельствует сотрудник лаборатории Лебедева Ю. И. Визун, в «статье не встретилось даже самого слова „БЭСМ“, никак не был упомянут ИТМ и ВТ, ни слова о нашей стране вообще…» [1.14].

Попасть снарядом по снаряду?

В начале 1951 года, своем письме в АН УССР по поводу перспектив применения ЭВМ, Лебедев писал: «Быстрота и точность вычислений позволяют ставить вопрос о создании устройств управления ракетными снарядами для точного поражения цели путем непрерывного решения задачи встречи в процессе полета управляемого реактивного снаряда и внесения корректив в траекторию его полета». Сергей Алексеевич любил говорить, что расчеты полета снаряда на БЭСМ проходят быстрее, чем летит сам снаряд. В 1955 году ему представилась возможность осуществить свои предвидения на практике — ИТМ и ВТ был привлечен к работе по созданию системы противоракетной обороны.

Далеко не все верили, что перехват ракеты — вообще осуществимая задача. Григорий Васильевич Кисунько, по инициативе и под руководством которого создавалась «Система А», вспоминает [1.15]: «По существу проблематики ПРО еще в 1953 году высказались маститые академики при обсуждении письма семи маршалов Советского Союза о необходимости приступить к разработке этой проблемы: „ПРО — это такая же глупость, как стрельба снарядом по снаряду“». О сложности задачи говорит тот факт, что первые испытания подобной системы в США в 1962 году закончились неудачей, и перехват у американских систем ПРО был возможен лишь при условии использования в противоракете ядерного заряда с большим радиусом поражения, небезопасного для защищающейся стороны. А первый перехват баллистической боеголовки с неядерным ее поражением был осуществлен в США 10 июня 1984 года — на 23 года позже первых успешных испытаний ПРО в СССР.

В одном из своих выступлений член-корреспондент РАН Геннадий Георгиевич Рябов (директор ИТМ и ВТ в 1984–2004 годах) рассказал о вычислительной задаче для этой ПРО, которая и сейчас внушает уважение: время реакции системы на сигнал от радиолокаторов не должно было превышать десятой доли секунды! Вот что об этом пишет Г. В. Кисунько: «В противоракетной системе при перехвате баллистической ракеты все свершается с непостижимой для человеческого восприятия быстротой. Сближение противоракеты с целью происходит со сверхкосмической скоростью, и отслеживать этот процесс, управлять наведением противоракеты на цель невозможно без использования быстродействующей ЭВМ и без автоматизации на основе ЭВМ взаимодействия всех средств ПРО. Для этого ЭВМ и все подсистемные компоненты ПРО должны быть связаны между собой линиями обмена информацией, принимаемой и передаваемой в реальном масштабе времени.

В системе „А“ центральная ЭВМ должна была обеспечивать взаимодействие в реальном масштабе времени полета цели восьми абонентов, территориально разнесенных от нее на расстояниях до 250 километров. Таким образом, речь шла о создании компьютерно-автоматизированной многокомпонентной системы, не имевшей прецедентов ни в военной, ни в гражданской технике».

Впрочем, в ИТМ и ВТ уже имелся задел по этой проблематике. Все началось с того, что, когда отладка БЭСМ подходила к концу, Сергей Алексеевич привел отличившегося в этой работе молодого специалиста Всеволода Сергеевича Бурцева в один из московских НИИ, разрабатывавших радиолокаторы. Результатом стало создание в 1952–1955 годах двух специализированных ЭВМ «Диана-1» и «Диана-2» для автоматического съема данных с радиолокатора и автоматического слежения за воздушными целями. Опережая даже работы по М-20, Бурцев сумел создать к 1958 году еще две мощные по тем временам машины для тех же целей: М-40 (40 тыс. операций в секунду) и М-50 (с плавающей запятой). Обе машины были заранее рассчитаны на коллективную работу в сети — в них был встроен мультиплексный канал для приема данных по шести направлениям, и они имели развитую систему прерываний.

Всеволод Сергеевич Бурцев (1927–2005), начало 1950-х

Однако, когда Кисунько впервые посетил ИТМ и ВТ, всей этой техники еще не существовало. Увидев БЭСМ, он посчитал, что «эта самоделка» не имеет перспектив, но не стал разрывать отношений с институтом Лебедева, а решил подстраховаться, заключив с СКБ 245 договор о разработке специализированной ЭВМ на базе «Стрелы». В дальнейшем этот договор так и не был выполнен, зато в здании на полигоне появилась М-40. Интересно, что работа по созданию программ для «Системы А» проводилась без технического задания — его еще никто не мог написать. Не связанные какими-то рамками исполнители творили программное обеспечение «по месту» — тайная мечта любого разработчика, потому работа шла с большим энтузиазмом.

Строительство полигона «Системы А» началось в 1956 году, в пустынной местности неподалеку от озера Балхаш: летом плюс сорок, зимой до минус тридцати, вокруг — одни фаланги, змеи и скорпионы. На отчужденной для полигона территории, как вспоминает Кисунько, проживал лишь один казах, которого сотрудники прозвали «дядей Колей». С ведома командования «дядя» получил компенсацию на переселение, но остался в своем домишке, снабжая сотрудников полигона дарами Балхаша, по словам Кисунько, «многие из которых сейчас следует считать выбывшими даже из Красной книги». Строили почти все одновременно: железнодорожные ветки, автодороги, линии электропередач, прокладывали связь, возводили военные и гражданские объекты, поднимали городок испытателей.

В своих воспоминаниях, помещенных в сборник, посвященный 100-летию со дня рождения С. А. Лебедева [1.2], Всеволод Сергеевич Бурцев приводит историю о том, как они весело погуляли в один из выходных во время пребывания на полигоне, причем Лебедев был в первых рядах застрельщиков. Ввиду того, что история достаточно длинная, цитировать ее здесь невозможно, а в кратком пересказе она сильно потеряет. Случай, между тем, хорошо иллюстрирует характер Лебедева, до седых волос умудрившегося сохранить в себе того мальчишку Сережу, что, по воспоминаниям его сестры, переплывал Оку. Происходившее было бы характерно для молодой студенческой компании, а ведь ему к тому времени перевалило за пятьдесят. Недаром авторы многих воспоминаний указывают, что Алисе Григорьевне нередко приходилось удерживать мужа от шалостей и внимательно следить за количеством выпитого. История на полигоне вполне могла закончиться трагично: в конце ее Сергей Алексеевич вознамерился попрактиковаться в вождении грузовика (он как раз собирался сдавать на права), влетел в расщелину и разбил головой лобовое стекло. Врачи потом сказали, что небольшое сотрясение все же было.

По полигону должны были стрелять ракетами из Капустина Яра и Плесецка. Испытания начались в 1959 году, а 4 марта 1961 года прошло генеральное испытание: с центрального полигона Минобороны в Капустином Яру была запущена баллистическая ракета Р-12, оснащенная вместо штатной боевой части ее весовым макетом в виде стальной плиты весом 200 кг. Обломки Р-12 потом собирали по степи в течение еще трех недель. Испытание не обошлось без драматического момента, о котором вспоминают все участники событий: за 145 секунд до расчетного времени встречи противоракеты с «вражеской» боеголовкой в машине М-20 произошел «аварийный останов». Однако ее сумели мгновенно перезапустить, и перехват произошел в штатном режиме. Кисунько приводит слова одного из участников событий: «…случись еще раз такое или похожее на то, что было в этом пуске, — и начнут выносить нас прямо с пультов с инфарктами».