Творческое соперничество
Первые «кирпичи» в научный фундамент цифровой вычислительной техники закладывались в Москве. Однако после войны положение изменилось. В конце 40-х годов благодаря работам С.А. Лебедева центр новой науки переместился в Киев.
Когда академик Н.Г. Бруевич отдал приказ, в котором сообщил о своем назначении (16 июля 1948 г.) исполняющим обязанности директора ИТМ и ВТ, организованного в Академии наук СССР, он не знал, что в Киеве полным ходом идет работа по созданию МЭСМ. Первые сведения об ЭВМ в институт пришли в 1949 г. из-за рубежа. В иностранных журналах сообщалось, что в США в 1946 г. была создана первая в мире ЭВМ ЭНИАК, содержащая 18 тыс. радиоламп и выполняющая около 1 тыс. одноадресных операций в секунду. Позднее появились рекламные публикации о разработке Э М с меньшим количеством радиоламп, но большим быстродействием. Поскольку сообщения были очень краткими, то представить по ним принципы построения машин было практически невозможно.
Через год после образования института его работу проверяла комиссия Президиума АН СССР под председательством В.М. Келдыша. Весьма возможно, что причиной этого явилось письмо Лаврентьева Сталину. Комиссия пришла к неутешительному выводу: цифровой электронной вычислительной технике, быстро развивающейся на Западе, уделяется очень мало внимания.
«Подстегнутый» выводами комиссии, Н.Г. Бруевич провел через Бюро Отделения технических наук АН СССР решение об организации в институте отдела быстродействующих вычислительных машин. В сентябре 1949 г. он выделил из своего отдела группу из шести человек, которой поручалась разработка элементов, необходимых для построения цифровых электронных машин.
«… Когда стали макетировать основные узлы ЭВМ — триггеры, счетчик, сумматор с последовательным переносом, вентили, дешифратор, — вспоминает участник этой работы П.П. Головистиков, — 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 смаке-тировать длинную цепочку управляемых вентилей. И необходимо было сделать так, чтобы каждый вентиль имел дополнительную нагрузку, соответствующую таким ж$ 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».
Узнав, что в Киеве работы по созданию ЭВМ подходят к концу, и желая наверстать упущенное, Н.Г. Бруевич договорился с Министерством машиностроения и приборостроения СССР о сотрудничестве в организации работ по созданию средств вычислительной техники. Был подготовлен проект постановления правительства о совместной разработке цифровой электронной вычислительной машины. От министерства в Москве подключались только что созданные весной 1949 г. три организации, составившие единый и довольно мощный научно-производственный коллектив: Научно-исследовательский институт счетного машиностроения (НИИ Счетмаш), СКБ-245 и завод счетно-аналитических машин (САМ). Директором завода, НИИ Счетмаш и СКБ-245 был назначен М.А. Лесечко.
Несмотря на то, что при создании этих трех организаций им была поставлена задача построения релейной вычислительной машины (по образцу первых американских), Лесечко, обладавший высочайшей инженерной интуицией, согласился с предложением Бруевича совместно спроектировать и организовать серийный выпуск вычислительной машины на электронных лампах. Однако при рассмотрении подготовленного проекта постановления правительства случилось непредвиденное. Присутствующий Л.И. Гутенмахер, руководитель одной из лабораторий ИТМ и ВТ АН СССР, выступил с предложением выполнить машину не на электронных лампах, а на разработанных в его лаборатории безламповых элементах — электромагнитных бесконтактных реле (на основе магнитных усилителей трансформаторного типа). Его предложение вызвало живой интерес у министра П.И. Паршина. Он тут же высказал мысль о том, что если повысить величину тока в питающей обмотке реле, то число витков в трансформаторе сократится до одного и предложенные схемы станут весьма технологичными и очень надежными, поскольку в них нет электронных ламп. Гутенмахер с энтузиазмом поддержал министра. Результатом совещания стал проект постановления правительства о создании двух вычислительных машин — электронной в Академии наук СССР и на элементах Гутенмахера — в министерстве.
Когда в середине марта 1950 г. произошла смена руководства ИТМ и ВТ АН СССР и директором стал М.А. Лаврентьев, он попал в весьма сложное положение: специалистов в области цифровой вычислительной техники в институте единицы, немногочисленные научные отделы разбросаны по Москве, Министерство машиностроения и приборостроения из помощника превратилось в соперника, и вот-вот появится постановление правительства, обязывающее институт разработать цифровую электронную вычислительную машину, — гигантское сооружение
М.А. Лаврентьев (в центре), справа — Г.И. Марчук, слева — В. Новоцны (ПАН)
из многих тысяч ламп, значительно более сложное, чем то, что он видел в Киеве у Лебедева. Не случайно приказом от 20 марта 1950 г. он назначил Лебедева, продолжавшего работать в Киеве, заведующим 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. Ими были назначены: от Академии наук СССР М.А. Лаврентьев и главный конструктор электронной вычислительной машины С.А. Лебедев; от Министерства машиностроения и приборостроения М.А. Лесечко и главный конструктор релейной вычислительной машины Ю.Я. Базилевский.
Ситуация, сложившаяся в ИТМ и ВТ АН СССР, вероятно, любому показалась бы безнадежной, но не Лебедеву! Из Киева он привез собственноручно выполненный проект БЭСМ, что подтверждает П.П. Головистиков: «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, — продолжает Петр Петрович. — Он поручил мне разработку арифметического устройства, но хотел, чтобы я знал работу и других блоков, К.С. Неслуховскому — устройство управления, для чего надо было знать работу машины в целом. Поскольку Неслуховский занимался устройством управления и машиной в целом, он стал фактически заместителем Сергея Алексеевича по техническим и другим вопросам (позднее заместителем Лебедева по лаборатории стал В.В. Бардиж, переведенный из лаборатории Гутенмахера).
При обеспечении института кадрами Лаврентьев и Лебедев сделали ставку на студентов-практикантов из вузов. Они были зачислены в штат института и сразу получили конкретные инженерные задания: смакетировать блок управления командами (В.С. Бурцев), блок центрального управления операциями (В.А. Мельников), блок местного управления операциями (А.Г. Лаут), датчик основных сигналов машины (С.А. Кузнецов), арифметическое устройство (АУ) чисел (А.Н. Зимарев), АУ порядков (В.П. Смирягин), запоминающее устройство (ЗУ) на потенциалоскопах (ВЛЛаут), усилители считывания и записи к потенциалоскопу (И.Д. Визун), устройства внешней памяти (А.С. Федоров и позднее Л.А. Орлов). Таким образом, все основные устройства машины для предварительного макетирования были обеспечены исполнителями. 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.
На конец 1950 г. пришелся разгар работ по изготовлению макетов отдельных устройств БЭСМ. Всего в составе лаборатории № 1 к весне 1951 г. насчитывалось около 50 человек. Источником высококвалифицированных кадров был главным образом Московский энергетический институт: в 1951 г. начали работать А.В. Аваев, с апреля 1952 г. — И.Д. Алексеев, М.В. Тяпкин, В.Ф. Петров, З.А. Московская, позднее — В.К. Зейденберг, с июля 1952 г. — В.С. Митрофанов, А.А. Соколов, Ю.И. Синельников, В.С. Чукаев, Ю.П. Никитин и др. Из Московского университета пришли Г.Т. Артамонов, В.В. Кобелев. Все они сразу включились в работы, связанные с БЭСМ. По воскресеньям всем коллективом благоустраивали территорию института».
Канд. техн. наук O.K. Гущин (тогда техник-монтажник) тепло вспоминает, как под руководством Лебедева формировался молодой коллектив ИТМ и ВТ АН СССР: «Мне кажется, все гордились участием в большом и важном деле — создании первенца отечественной вычислительной техники, по тем временам гигантского устройства, эдакого „электронного чуда“ с сотнями тысяч деталей. Не надо забывать, что самой сложной бытовой радиоэлектронной аппаратурой в то время был КВН-49 — только что появившийся первый отечественный телевизор.
Работа кипела днем и ночью, никто не считался с личным временем. Мы макетировали элементы и узлы БЭСМ. 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. Меня поражали простота, внимательность и чуткость Сергея Алексеевича».
Благоустройство территории института. Слева — С.А. Лебедев (50-е гг.)
Но и Гутенмахер, ободренный поддержкой министра, упорно работал. В начале 1950 г. он представил в СКБ-245 эскизный проект вычислительной машины на феррит-диодных элементах, разработанных в соответствии с рекомендацией министра. К этому времени ситуация в министерстве, на его беду, резко изменилась. В СКБ-245 появился Б.И. Рамеев, разработавший еще в 1948 г. (до начала работ по МЭСМ) в соавторстве с И.С. Бруком проект цифровой ЭВМ с программным управлением (это был первый в нашей стране проект электронной ЭВМ!).
Рамеев сразу подключился к работам. И очень быстро подготовил аванпроект ЭВМ на электронных лампах. Далее события развивались весьма своеобразно. Технический совет СКБ-245 в отсутствии Рамеева рассмотрел проект Гутенмахера. Затем заслушали Рамеева (при отсутствии Гутенмахера). Итогом стало решение — создавать ЭВМ на электронных лампах, а не на элементах Гутенмахера. У БЭСМ появилась серьезная соперница — ЭВМ «Стрела». Б.И. Рамеева назначили заместителем Ю.Я. Базилевского, главного конструктора этой машины. Баширу Искандаровичу было тогда 32 года. За его плечами был трудный путь сына «врага народа», выдворение со второго курса института, служба в армии и неуемное желание работать (см. главу о Б.И. Рамееве).
Так у Лебедева появился конкурент-триумвират: Лесечко, Базилев-ский, Рамеев, а у ИТМ и ВТ АН СССР мощный соперник — СКБ-245 вместе с заводом САМ и НИИ Счетмаш. Центр тяжести работ по цифровой вычислительной технике переместился из Киева в Москву.
Остается добавить, чем завершилась работа по феррит-диодной ЭВМ. Л.И. Гутенмахер, лишившись поддержки СКБ-245, продолжал работу собственными силами. В его лаборатории в ИТМ и ВТ АН СССР была спроектирована и создавалась параллельно БЭСМ вычислительная машина на феррит-диодных элементах. Позднее, где-то году в 1954-м, мне удалось ознакомиться с ней, когда она уже работала. Ее производительность была невысокой. Вследствие низкого качества элементов надежность работы также оставляла желать лучшего. Импульсный источник питания был громоздок и неэкономичен. Под предлогом секретности вход в лабораторию был практически запрещен. В начале 60-х годов она была закрыта. Строгая секретность, которую вносил Гутенмахер в свои исследования, привела к тому, что о его машине мало кто знает. Тем не менее — это определенная веха в истории вычислительной техники.
21 апреля 1951 г. была назначена Государственная комиссия для приемки эскизных проектов БЭСМ (ИТМ и ВТ АН СССР) и «Стрелы» (СКБ-245), в состав которой входили академик М.В. Келдыш (председатель), министр машиностроения и приборостроения П.И. Паршин, академик А.А. Благонравов и др. Предварительно члены комиссии побывали в Киеве, где Сергей Алексеевич продемонстрировал уже работающую МЭСМ. Детальный анализ проектов был проведен в Москве. Члену комиссии А.А. Дородницыну запомнился забавный спор, возникший на одном из заседаний. Главный конструктор «Стрелы» Базилевский заявил, что она, обладая производительностью 2 тыс. операций в секунду, за четыре месяца решит все задачи, имеющиеся в стране. Поэтому БЭСМ с ее высокой производительностью (8-10 тыс. операций в секунду) не нужна! Сергей Алексеевич едко парировал, что из-за низкой производительности «Стрела» не успеет просчитать задачу за время между двумя сбоями и будет выдавать неверные решения, а БЭСМ успеет!
Обе стороны успешно защитили эскизные проекты. В ИТМ и ВТ АН СССР было принято решение о создании экспериментального образца машины. Сергей Алексеевич, учитывая опыт создания и эксплуатации МЭСМ, предложил для БЭСМ мелкоблочный принцип конструкции, что являлось смелым решением, поскольку многие машины в то время делались не на сменных блоках. Количество разных типов блоков получилось небольшим.
Началось конструирование и изготовление стоек, плат, блоков машины. Если бы они завершились успешно, а для этого необходимо было лишь одно — поставка промышленностью потенциалоскопов (39 штук) для ЗУ, — то БЭСМ оказалась бы вне конкуренции не только в стране, но и в мире. Ее производительность 10 тыс. операций в секунду оказалась бы в пять раз выше, чем у «Стрелы». Такой скорости вычислений еще не достигала ни одна машина. Однако этого не случилось. Сказалось монопольное положение Министерства машиностроения и приборостроения СССР. Оно не посчиталось с интересами коллектива ИТМ и ВТ АН СССР, науки и страны в целом и обеспечило потенциалоскопами лишь разработчиков «Стрелы». Создатели БЭСМ были поставлены в затруднительное и к тому же унизительное положение. Можно представить себе состояние Сергея Алексеевича — подойти совсем близко к цели и получить такой удар! Он всегда поступал иначе, стремился помочь, в том числе СКБ-245. Когда представители последнего, и среди них главный конструктор «Стрелы» Базилевский, были в Киеве, Сергей Алексеевич подробно ознакомил их с МЭСМ, помог связаться с Институтом физики АН Украины и договориться о разработке накопителей на магнитных лентах. Не скрывались и работы, связанные с БЭСМ. Соперники же вели себя иначе. Бывший сотрудник СКБ-245 Ф.Н. Зыков вспоминает, что когда Лебедев приехал в СКБ-245 ознакомиться со «Стрелой», ему показали… подготовленную к отправке, упакованную в ящики машину.
Лебедев решил использовать запасной вариант — ЗУ на акустических (ртутных) трубках (РЗУ). Это снизило производительность БЭСМ до уровня «Стрелы» и добавило немало забот. Масса ртути для РЗУ полного объема должна была составлять несколько сотен килограммов. РЗУ включало 70 ртутных трубок длиной около метра: 64 хранящих, одна трубка следила за тактовой частотой, 5 были запасными (ртутные трубки были разработаны в 1949 г. по его заказу в Институте автоматики ВСНИТО). Все трубки размещались в огромном термостате, смонтированном в специальном помещении с вытяжными шкафами, где выполнялись работы с ртутью. Электронная часть каждого тракта собиралась в стандартном крупном блоке. Значительные размеры имели панели управления, блоки питания. Внушительных размеров стойка РЗУ занимала целую комнату, расположенную в конце коридора первого этажа, довольно далекого от АУ, связь с которым осуществлялась по кабелям, тщательно распаянным на фольге. Большой пульт РЗУ включал растровый индикатор, позволяющий просматривать содержимое каждого из 64 трактов, очень украшавший пульт и упрощавший жизнь сменного инженера. Отладка РЗУ осложнялась еще тем, что в нем аналоговые и электронные схемы работали в одной, замкнутой в кольцо цепи. Большую помощь в доводке РЗУ, по воспоминаниям Е.П. Ландера, оказал Лебедев, «переселившийся» в комнату, где размещалось РЭУ, почти на два месяца. Сергей Алексеевич принимал конструктивные решения, не останавливаясь на полумерах, шел на большие дополнительные механические и монтажные работы.
БЭСМ
Группа сотрудников ИТМ и ВТ АН СССР в день награждения за создание БЭСМ в Кремле, 1956 г. Слева направо: сидят — Ю.А. Крицкий, В.В. Бардиж, Ю.Д. Панов, А.Ф. Горкин, С.А. Лебедев, К.М. Озолин, М.А. Лаврентьев, С.И. Судариков, В.В. Похлебкин, В.Д. Горчев; стоят — Г.А. Хавкин, П.А. Зольников, В.И. Ерофеев, В.К. Зайденберг, А.Н. Зимарев, З.А. Московская, О.П. Васильев, Е.П. Ландер, П.П. Головистиков, М.П. Сычева, А.М.Чепурнов, А.С. Федоров, Ю.В. Никитин, B.C. Заборовский, И.И. Осипов, А.К. Соцков.
Летом 1952 г. изготовление машины в основном было завершено. Началась наладка. В ней участвовали все разработчики машины. Работа велась круглосуточно. Главным источником неисправностей была электронная лампа: многие лампы выходили из строя в первые часы работы. Но если лампа проработала в машине несколько сотен часов, ее выход из строя становился маловероятным.
В I квартале 1953 г. БЭСМ была налажена, а в апреле была принята Государственной комиссией в эксплуатацию.
«Стрела» была закончена в эти же сроки и рекомендована для серийного изготовления. Ее создатели получили три Государственных премии I, II и III степени, а главный конструктор машины Ю.Я. Базилевский — звание Героя Социалистического труда.
Опытная эксплуатация БЭСМ началась в I квартале 1953 г. Инженеров-наладчиков заменили математики. Хотя первое время машина работала с пониженной производительностью, на ней было решено много важных народнохозяйственных задач.
По рекомендации академика Лаврентьева, ставшего вице-президентом АН СССР, Сергея Алексеевича в 1953 г. назначили директором ИТМ и ВТ АН СССР и избрали действительным членом АН СССР. Сын Отто Юльевича Шмидта, Сигурд Оттович, подымая тост на банкете по поводу избрания новых членов Академии, сказал: «Сегодня мы выбрали в академики двух замечательных ученых — С.А. Лебедева и А.Д. Сахарова!».
В 1956 г., когда БЭСМ была принята Государственной комиссией вторично (с памятью на потенциалоскопах), С.А. Лебедеву присвоили звание Героя Социалистического труда, основные разработчики были награждены орденами.
