Статья опубликована в №94 (июнь) 2021
Разделы: Информационные технологии, История
Размещена 03.06.2021. Последняя правка: 30.06.2021.
Просмотров - 3392

Сравнительная история первых компьютеров

Мальцев Сергей Николаевич

нет

ОАО ЧРЗ

Инженер

УДК 94 + 621 + 004
 
При рассмотрении истории компьютеров часто рассматривают компьютеры одной страны или фирмы. А если идут сравнения,  то часто по каким-то не важным параметрам.

Новизной данной статьи является попытка сопоста­вить и сравнить работы первых конструкторов компьютеров СССР с работами в других странах. В статье дается краткий обзор и сравнение первых компьютеров.

Актуальность работы в том, что ведутся споры о роли. советских ученых в начальных этапах развития компьютеров. Одни историки утверждают, что они сыграли свою важную роль в развитии информатики, а другие считают, что это было просто копирование. Что бы в этом разобраться нужны факты и их сравнения.

В статье рассматриваются только электронные компьютеры с хранимой программой (stored-program computer). Следовательно, не рассматривается не только релейные перфорационные компьютеры типа Табуляторов Холлерита, CNC Джорджа Стибица и Z3 Конрада Цузе, ASCC Айкена, но и такие электронные как ABC Атанасова-Бэри и ENIAC Мокли-Эккерта, так как эти вычислители не имели хранимой программы.

Идея компьютера с хранимой программой была выдвинута Аланом Тьюрингом  (Alan Turing) в 1937 году в его знаменитой статье. [12] Однако ни Тьюринг и другие разработчики много лет не могли реализовать эту идею на практике. Первую попытку предпринял Стибиц (Stibitz) из Bell Labs в вычислителе CNC в режиме телетайпной перфоленты в 1937-1939 году.

Только в феврале 1946 года Тьюринг работая в NPL предложил завершенный проект «ACE» (Automatic Computing Engine) с 7000 электронных ламп [14]. Всвязи с недостатками финансирования проект был временно приостановлен. Реализован он был только в 1952 году под наименованием MOSAIC для ПВО Британии. А в 1950 году была запущена сокращенная версия «ACE-pilot» с 1500 радиолампами.

Однако первым работающим компьютером с хранимой программой считается SSEM (550 ламп с памятью на электронных лучевых трубках) запущенного в Манчестерском университете 21 июня 1948 года группой под руководством Макса Ньюмана (Max Newman). В эту группу входил и Тьюринг, а ведущим конструктором был Килберн (Tom Kilburn) [15]. Загрузка программы телетайпными символами с телетайпной ленты была осуществлена Тьюрингом в октябре 1948 года.

К апрелю 1949 года на основе SSEM был собран усовершенствованный компьютер MADM (MUC), 3000 ламп. А в мае 1949 года в Кембридже был запущен аналогичный компьютер EDSAC но с памятью на ртутных линиях задержки.  Однако EDSAC начала решать реальные задачи раньше машины в Кембридже.

По итогам этих работ в Кембридже была организованна международная научная конференция «High Speed Automatic Calculating-Machines 22-25 June 1949», на которой обсуждали конструкции и программирование компьютеров. Такая ранняя научная конференция была организованна вероятно по причине того, что об этих работах были подробно осведомлены американские ученые, например Гарри Хаски (Harry Huskey)  и британским ученым важно было застолбить свой научный приоритет.

В СССР компьютеры создавались не на пустом месте. Еще в 1935 году в Москве был построен и заработал завод Счетных Аналитических Машин (САМ). Там выпускалась релейно-перфорационная счетная техника на основе изобретений американца Холлерита (Herman Hollerith). Подобные предприятия были только в США, Британии, Франции, Германии и Швеции.

Большие объемы вычислений, выполняемых математиками в СССР в годы Великой Отечественной войны, продолжали увеличиваться после войны, это требовало поиска новых подходов в производстве вычислений. Поэтому с января 1946 г. на базе Института машиноведения АН СССР заработал семинар по вычислительной технике, руководимый академиком Николаем Бруевичем [5].   В середине 1946 года с началом советской атомной программы (САП) был создан группа вычислителей для этой программы.  Группой вычислителей  руководил Мстислав Келдыш, который тоже искал способы ускорить вычисления. По просьбе участников семинара в 1947 году был осуществлен перевод статей о современных вычислителях США [6].

В начале 1948 года вопросом создания электронных компьютеров заинтересовался Исаак Брук, активный участник этого семинара. У И. Брука был определенный опыт в вычислительной технике. Он был научным руководителем созданной в 1947 году Электронной Аналоговой Расчетной Машины (ЭДА) (ведущий конструктор Николай Леонов). Однако опыт ее эксплуатации не удовлетворил Брука, особенно ее точность.

Его заинтересовала электронная цифровая машина. Так как у него не было опыта разработки импульсной электроники, он пригласил в мае 1948 года инженера Башира Искандаровича Рамеева имевшего опыт работы с импульсной электроникой, радиолокационной техникой.  
При разработке компьютеров часто имело место такое разделение труда, на системотехников (system engineer), разрабатывающих структуру, работа Брука и схемотехников (Electronics Engineers), разрабатывающих электронные схемы, работа Рамеева.

Уже 14 июня 1948 года Брук и Рамеев подали заявку на электронный умножитель как часть компьютера. А в августе того же года опубликовали описание структурной схемы разрабатываемой вычислительной машины [1]. 4.12.1948 года они подали заявку на изобретение «Автоматическая цифровая вычислительная машина» и серию заявок на ее отдельные части. Однако расчет показал, что нужны тысячи электронных ламп, а их столько не было в наличии, так как эту машину не планировали. К тому же Рамеева в феврале 1949 года призвали на армейские сборы. Наступила приостановка проекта.

Примерно в это время, летом 1948 года, в Киеве другой электротехник Сергей Лебедев, директор  Института электротехники обсуждая проблемы электрических расчетов с директором института математики Лаврентьевым  получил предложение разработать своими силами электронный вычислитель. По воспоминаниям Лебедева основанием послужили и рекламная информация об американском компьютере ENIAC. Лебедев подумал и в октябре приступил к сбору информации и разработке общей схемы вычислителя [11].  В декабре 1948 года закончил этот этап и стал набирать команду. Главным помощником стал Лев Дашевский, инженер электроник который в войну занимался ремонтом радиостанций, но с импульсной техникой дел не имел. Однако сам Лебедев, теоретически в импульсной технике разбирался. Он в 1945 году был оппонентом при защите кандидатской диссертации своего ученика и друга Анатолия Нетушила по теме  «Анализ триггерных элементов электронных счетных схем». Поэтому и устройства Лебедев называл электронной счетной машиной. Электронные счетчики, с которыми работал Нетушил, использовались им для счета количества пробоев электрических сетей атмосферным электричеством при их испытаниях. Основаны эти двоичные счетчики были на изобретении английского ученого Винн Вильямса (Wynn-Williams) 1932 года.

Летом 1949 года было подготовлено помещение в местечке Феофания под Киевом и были собраны и протестированы основные типы схем макета машины. В декабре 1949 года была готовность к монтажу Макета ЭСМ. Однако 6 тысяч ламп тоже не нашлось.

Из этих фактов понятно, что 2 проекта для улучшения электротехнических расчетов и основанных на знаниях и техническом уровне СССР того времени, застопорилось по причине нехватки ресурсов.

В то же время по инициативе Келдыша, тогда руководителя группы расчетов по советскому атомному проекту (САП), была создана комиссия отделения технических наук (ОТН) АН СССР (завершилась 06.07.49) [10] по проверке ра6оты института ИТМ и ВТ.

В заключении комиссии указывалось, что ИТМ и ВТ «имеет своей целью развитие проблем вычислительной техники на основе современных математических машин», но при этом «в плане Института совершенно отсутствуют работы по созданию универсальных электронных счетно-решающих устройств, получивших в последние годы большое распространение за границей…» [7].

Келдыш представил выводы комиссии и высказал мнение о необходимости приоритетного развития работ по созданию электронных вычислительных машин.

Вероятно комиссии уже было известно о международной конференции в Кембридже «High speed automatic calculating-mashines» 22-25  июня 1949 года.

После этого в проектах и Брука и Лебедева появились запоминающие устройства на магнитных барабанах(мб), ртутных линиян задержки(рулз), память на электронно лучевых трубках(элт), магнитных лентах(мл) и другие новшества упоминаемые на Кембриджской конференции.

Эти и другие устройства были подробно описаны в статье Быховского в журнале УМН выпуск 3 1949 года [9].

Летом в ИТМ и ВТ была организована группа ЭВМ под руководством М. Быховского, который с 1947 года публиковал статьи о зарубежных компьютерах.

Тем не менее, контрольная проверка ИТМ и ВТ в январе 1950 года не обнаружила желательного прогресса. И в марте 1950 года ИТМ и ВТ возглавил Лаврентьев, который назначил Лебедева начальном лаборатории №1, ответственным за создание быстродействующего компьютера.        После чего из Москвы в Феофанию стали перемещаться приборы, оборудование и специалисты. Работы по созданию Макета ЭСМ резко ускорились и через 7 месяцев, 6 ноября 1950 года заработало арифметическое устройство, автоматически сложившее первые числа.  4 января 1951 года Макет ЭСМ сдан комиссии. После чего начались работы по увеличению запоминающих устройств, превращению макета в малую ЭСМ и обкатки блоков для разрабатываемой Лебедевым Большой Электронной Счетной Машине, БЭСМ. МЭСМ была передана в эксплуатацию пользователям 25 декабря 1951 года.

Результатом работы комиссии была организованна не только поддержка команды Лебедева, но и команды Брука в МЭИ в апреле 1950 года. А еще в январе 1950 года было создано при заводе САМ СКБ-245 с директором Михаилом Лесечко, который смог привлечь  Рамеева. В апреле 1950 года Брук получил помещение для работы и принял инженера электроника Николая Матюхина, других специалистов и  приступил к разработке рабочей документации на изготовление, которую передал техникам в сентябре 1950 года. В декабре 1950 года запустили в автоматическом режиме и начали отлаживать арифметическое устройство и 16 апреля 1951 года сдали его работу комиссии. После подключения всех устройств и комплексной отладки и тестирования в сентябре 1951 года начали пробные расчеты. А 15 декабря 1951 года подписан акт приемки. Так АЦВМ М-1 начала использоваться даже на 10 дней раньше, чем МЭСМ.

Так как Лебедев закончил создание БЭСМ в сентябре 1952 года, а Базилевский и Рамеев свою СТРЕЛУ запустили в мае 1953 года, то до этого для расчетов были доступны только малые М-1 и МЭСМ.

Сравнение параметров основных первых компьютеров мира в таблице 1. Сравнение производительности некоторых первых компьютеров в таблице 2.

Таблица 1. Компьютеры разработанные и запущенные в 1945-1955 годах

В таблице 1 не отражен компьютер ЦЭМ-1 в связи с тем, что на него не выделялись средства и не было документов о его вводе в эксплуатацию и вообще документов, кроме воспоминаний участников. Работы по компьютеру проводились в Институте атомной энергии в Москве по инициативе академика Сергея Соболева, который с 1951 по 1954 программировал на ЭЦВМ М-1 у Брука. В 1954 году М-1 была разобрана. А в декабре 1954 года Соболев решал свои задачи уже на ЦЭМ-1.  ЦЭМ-1 была как и М-1 двух адресной и имела поле признака и загружалась программа как и М-1 с 5-ти дорожечной телетайпной перфоленты. Однако оперативная память была на ртутных линиях задержки, вероятно, использовалась снятая к тому времени с БЭСМ-1. Доработки проводил старший инженер Геннадий Александрович Михайлов.

Таблица 2 оценка быстродействия компьютеров программами  стандартизированных смесях команд в научных (Gibson) и в коммерческих (ADP) задачах. При оценке советских ЭВМ принят коэффициент 0.8. Так как БЭСМ-6 заявлено 1 млн.оп/сек., а по смеси GibsonMix  0,8 MIPS.

Таблица 2. Оценка быстродействия некоторых компьтеров на стандартизированных смесях команд

Выводы можно сделать такие. Если сравнивать развитие компьютеров с хранимой программой в СССР и за рубежом в первые 10 лет, то очевидно, что СССР не был абсолютным лидером в этой области. Понятно, что лидером был британские и американские коллективы, которые тесно сотрудничали, привлекая специалистов других стран. СССР в то время был в определенной изоляции, однако в Советском Союзе  разрабатывались и промышленно производились оригинальные конструкции компьютеров.

Некоторые компьютерные достижения в СССР были впервые в мире. Брук и Рамеев подали заявку на изобретение №381506, 14.06.1948. АС №78060 Опубликовано 1.1.1949. Называлась «Магнитное бесконтактное реле». Это было первое запоминающее устройство на ферритовых кольцах, Которое после усовершенствований, десятки лет использовалось в компьютерах.  К тому же Брук первый в мире применил полупроводниковые диоды в компьютере. (в А.С. “Однозначный сумматор двоичных чисел” № 366940 от 7.02.1949 г. ) 

Лебедев же первый применил в электронных компьютерах ПЗУ(постоянное запоминающее устройство) и аппаратные операции с плавающей запятой. Башир Рамеев первый применил в серийном компьютере постоянно зашитые в пзу программы.

Воспроизведение научных достижений предшественников, это один из научных методов, а добавление к ним даже небольших усовершенствований, это уже научно-технический прогресс. Это  демонстрируется в таблице 1.

Поэтому обоснованно можно считать, что СССР в рассматриваемый период входил в тройку лидеров информационных технологий.

1. Брук И. С., Рамеев Б. И. Автоматическая цифровая вычислительная машина. Проект. Краткое описание. Лаборатория Электросистем Энергетического института АН СССР. — М.: август 1948.
2. Рамеев Б. И., Брук И. С. Автоматическая цифровая вычислительная машина. Заявка № 365968 от 4 декабря 1948 г. на изобретение.
3. Брук И. С., Александриди Т. М., Залкинд А. Б., Карцев М. А., Матюхин Н. Я., Журкин Л. М., Рогачев Ю. В., Шидловский Р. П. Автоматическая цифровая вычислительная машинаM-1. Отчёт. Лаборатория Электросистем Энергетического института АН СССР. М., 15 дек. 1951 г.
4. Корсаков О.Н. О работе семинара по точной механике и вычислительной технике // УМН. 1948. Т.3. Вып. 6 (28).
5. Доклады на семинаре по вопросам математической техники (Известия Академии наук СССР ОТН, № 8 за 1946 г., № 5 и № 11 за 1947 г.) // УМН. 1948. Т. 3. Вып. 2 (24).
6. Быховский М.Л. Новые американские счетно-аналитические машины // УМН. 1947. Т. 2. № 2 (18).
7. Архив РАН. Фонд 1559, опись 1, No4
8. Хартрей Д.Р. «Эниак» – электронная счетная машина // УМН. 1948. Т. 3. № 5(27). С. 146-158.
9. Быховский М.Л. Основы электронных математических машин дискретного счета // УМН. 1949. Т.4. Вып. 3 (31).
10. Прохоров С.П. Заседание Бюро Отделения Технических наук АН СССР 6 июля 1949 г. // История техники и музейное дело: материалы X Международной научно-практической конференции. Москва, 2016.
11. Ревич Ю. В. Информационные технологии в СССР: создатели советской вычислительной техники / Ю.В. Ревич, Б.Н. Малиновский. - СПб.: БХВ-Петербург, 2014.
12. Turing A. M. "On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem" Proceedings of the London Mathematical Society, 2 (published 1936–1937), 42, pp. 230–265
13. Wilkes M. V., Renwick W. "The EDSAC (Electronic delay storage automatic calculator)", Mathematics of Computation, 4 (30)1950: 61–65
14. Copeland B. J., ed. Alan Turing's Automatic Computing Engine, Oxford: Oxford University Press, 2005.
15. Williams F. C., Kilburn T. "Electronic Digital Computers", Nature, 162 (4117): 487. 1948
16. Мальцев, С. Н. Сравнительный анализ системных программ первых ЭВМ в СССР / С. Н. Мальцев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 20 (310). — С. 368-372. — URL: https://moluch.ru/archive/310/70182/ (дата обращения: 04.06.2021).
17. Мальцев, С. Н. О программировании АЦВМ М-1 / С. Н. Мальцев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 25 (211). — С. 243-246. — URL: https://moluch.ru/archive/211/51768/ (дата обращения: 04.06.2021).
18. Сергей Алексеевич Лебедев. К 100-летию со дня рождения основоположника отечественной электронной вычислительной техники. Под ред. В.С. Бурцева, М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.
19. История отечественной электронной вычислительной техники - М.: Столичная энциклопедия, 2014. 576с.
20. Страницы истории отечественных ИТ / Сост. Э.М. Пройдаков. – М.: Альпина Паблишер, 2015.

Рецензии:

4.06.2021, 13:25 Мирзаев Номаз Мирзаевич
Рецензия: Известно, что в учебниках по информатики рассматривается история развития ЭВМ и выделяется 5 поколений ЭВМ. Однако, в научной литературе данный вопрос обсуждается недостаточно полном объеме. Поэтому тематика данной статьи является актуальной. Основным результатом данного исследования является оценка компьютерного достижения в СССР. В заключении сделал вывод о том, что СССР входил в тройку лидеров информационных технологий. Следует отметить, что автор рассматривает вклад советских ученых более подробно только в начальных этапах развития компьютеров. Отсутствует ссылка на работы советских ученых по теме данной статьи. Обычно, в подобных работах ссылаются, как минимум на 40 (и более) литературных источников. В рецензируемой работе затрагиваются актуальные вопросы истории развития компьютеров и может быть опубликована в научном периодическом электронном рецензируемом журнале «SCI-ARTICLE.RU».

5.06.2021, 5:02 Нурмухамедов Толаниддин Рамзиддинович
Рецензия: Т.Р.Нурмухамедов. Статья изобилует орфографическими и стилистическими ошибками. В 1945-1955 гг. не использовался термин "компьютер", а вычислительные машины назывались первоначально ЭЦВМ, а в последствии ЭВМ (табл.1). Актуальность темы не отражена, вывод статьи требует доработки. Нет сведений об авторе статьи, использованы сокращения, которые нужно раскрыть. После устранения замечаний можно рекомендовать к публикации.

8.06.2021, 13:49 Нурмухамедов Толаниддин Рамзиддинович
Рецензия: Рецензия: Т.Р.Нурмухамедов. Статья не доработана, ошибки не устранены. Точка в предложении ставится после ссылки на литературу. Например, "его знаменитой статье. [12]", "выпуск 3 1949 года. [9]" и др. Актуальность темы и вывод оставлены без изменений. После табл.1 и 2 нужно дать название таблиц. Ряд использованных сокращений не раскрыты. После устранения замечаний можно рекомендовать к публикации.



Комментарии пользователей:

8.06.2021, 10:10 Мирмович Эдуард Григорьевич Отзыв: Огромное число описок, грамматических и синтаксических ошибок, неадекватной стиллистики не выправлены. В основной таблице без анализа, без расшифровки и описания, с описками и ошибками совершенно нет смысла и даже полного доверия. Для вывода "Если сравнивать развитие компьютеров с хранимой программой в СССР...", стиллистика которого некорректна, необходима другая информация. Статья актуальна лишь по теме. Раз затронут период > 1948 г., то отсутствие ЭЦВМ союзных республик ("НАИРИ", "ДНЕПР", серии "Минск", "Проминь" и мн. мн. др.) следует объяснить. В рамках сравнения интересны последующие тупики, в которые мы "вляпывались" (типа серий ЕС и др.). Анализ - так - анализ. В Интернете на эту тему что-то ~ 1 млн. ссылок, в числе которых более обстоятельные обзоры самого С.Н. Мальцева. Кому и для чего нужна такая небрежная, сырая, снижающая имеющийся авторитет автора? Мне довелось работать практически на всех ЭЦВМ-ЭВМ, начиная со "Стрелы", "Минсов", "Весны" (впоследствии "Эльбрус"), аналоговых, серии "Мир", всех БК и Фокал и т.д., и ему обидно за такую "ущербную" статью. Являясь "вольтеръянцем" по сути, всё же я в качестве рецензента был бы против публикации статьи в таком виде. Оправдание заслуг СССР в электронно-цифровой и космической области небрежными "писульками" - научный моветон. "

11.06.2021, 5:19 Мальцев Сергей Николаевич Отзыв: Такие комментарии взбадривают. Однако ученые пишут без эмоций. Эмоции для популистов. Я не стилист, я технарь. Программист и писатель дубовой «Тех документации». Привычка такая, набросать исходник, проверить синтаксис транслятором, забросить на сервер и чистить баги. Однако видно стар стал. По фактам, не заметил тупика ни серий ЕС ни СМ. Просто наступила смена парадигмы и пришли БИС и КлиентСервер. К чему ИТ конструкторы СССР оказались не готовы. А потом развал всего. До развала Зеленоград успел только клиент ЕС1840, а полный клиет-сервер «Багет» в 2000-м году. Сейчас РФ входил пожалуй только в 5ку или 7ку стран с полным циклом ИТ технологий. Желание есть продолжать серию статей о компьютерах, если будет здоровье и везенье. Хотелось бы узнать, не могу найти в интернете, а лично не видел быстропечатающие устройства БЭСМ, Стрелы. Какая ширина ленты количества цифр, известно только 15-20 ч/с.

Оставить комментарий