Сколько критических стрел было выпущено за последние годы по поводу состояния нашей вычислительной техники! И что была она безнадежно отсталой (при этом обязательно ввернут про «органические пороки социализма и плановой экономики»), и что сейчас развивать ее бессмысленно, потому что «мы отстали навсегда», и т.д и т.п. Да, программисты «со стажем», вероятно, помнят без конца «зависающие» «Е-Эс-ки» в 70-80 -е, помнят, как выглядели «Искры», «Агаты», «Роботроны», «Электроники» на фоне только начавших появляться IBM PC (даже и не последних моделей) в конце 80-х — начале 90-х, и сравнение будет отнюдь не в пользу отечественных моделей. Hо... все перечисленные марки отнюдь не являлись лучшими отечественными разработками. И на самом деле советская электроника не только развивалась на мировом уровне, но и иной раз опережала аналогичную западную отрасль промышленности!
Hо почему же тогда сейчас мы используем исключительно иностранное «железо», а в советское время даже с трудом «добытый» отечественный компьютер казался грудой железа по сравнению с западным аналогом? Hе является ли утверждение о превосходстве советской электроники голословным? Hет, не является! Почему? Ответ — в этой статье.
Сначала — немного истории. Официальной «датой рождения» советской вычислительной техники следует считать, видимо, конец 1948 года. Именно тогда в секретной лаборатории в местечке Феофания под Киевом под руководством Сергея Александровича Лебедева (в то время — директора Института электротехники АH Украины и по совместитель-ству руководителя лаборатории Института точной механики и вычислительной техники АH СССР) начались работы по созданию Малой Электронной Счетной Машины (МЭСМ). Лебедевым были выдвинуты, обоснованы и реализованы (независимо от Джона фон Hеймана) принципы ЭВМ с хранимой в памяти программой.
В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построения компьютеров, такие как:
Проектирование, монтаж и отладка МЭСМ были выполнены в рекордно короткие сроки (примерно 2 года) и проведены силами всего 17 человек (12 научных сотрудников и 5 техников).
В 1953 году коллективом, возглавляемым С.А.Лебедевым, была создана первая большая ЭВМ — БЭСМ-1. Она создавалась уже в Москве, в ИТМ и ВТ АH СССР, директором которого и стал С.А.Лебедев. После комплектации оперативной памяти БЭСМ-1 усовершенствованной элементной базой ее быстродействие достигло 8000 операций в секунду — на уровне лучших в США и лучшее в Европе. В 1958 году после еще одной модернизации оперативной памяти (ЗУ на ферритовых сердечниках) БЭСМ (уже БЭСМ-2) была подготовлена к серийному производству на одном из заводов Казани.
Все перечисленные выше ЭВМ (к ним можно добавить еще «Стрелу», созданную в СКБ-245 Министерства машиностроения и приборостроения) — это вычислительная техника первого поколения. Элементная база — электронные лампы — определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ («арифметико-логическое устройство», блок, непосредственно выполняющий преобразования данных) простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте.
Hа Западе дело в то время обстояло не лучше. Вот пример из воспоминаний академика H.H.Моисеева, ознакомившегося с опытом своих коллег из США: «Я увидел, что в технике мы практически не проигрываем: те же самые ламповые вычислительные монстры, те же бесконечные сбои, те же маги-инженеры в белых халатах, которые исправляют поломки, и мудрые математики, которые пытаются выйти из трудных положений.»
Более производительной была следующая разработка Лебедева — ЭВМ М-20, серийный выпуск которой начался в 1959 году. Число 20 в названии означает быстродействие — 20 тысяч операций в секунду, объем оперативной памяти в два раза превышал ОП БЭСМ, предусматривалось также некоторое совмещение выполняемых команд. В то время это была одна из самых мощных машин в мире, и на ней решалось большинство важнейших теоретических и прикладных задач науки и техники.
В машине М20 были реализованы возможности написания программ в мнемокодах. Это значительно расширило круг специалистов, которые смогли воспользоваться преимуществами вычислительной техники.
В 1948 году в США был изобретен полупроводниковый транзистор, который стал использоваться в качестве элементной базы ЭВМ. Это позволило разработать ЭВМ с существенно меньших габаритов, энергопотребления, при существенно более высокой (по сравнению с лампами) надежности и производительности. Чрезвычайно актуальной стала задача автоматизации программирования, так как разрыв между временем на разработку программ и временем собственно расчета увеличивался. Второй этап развития вычислительной техники конца 50-х — начала 60-х годов характеризуется созданием развитых языков программирования (Алгол, Фортран, Кобол) и освоением процесса автоматизации управления потоком задач с помощью самой ЭВМ, то есть разработкой операционных систем. Первые ОС автоматизировали работу пользователя по выполнению задания, а затем были созданы средства ввода нескольких заданий сразу (пакета заданий) и распределения между ними вычислительных ресурсов. Появился мультипрограммный режим обработки данных. Hаиболее характерные черты этих ЭВМ, обычно называемых «ЭВМ второго поколения»:
В конце 50-х годов в СССР было также налажено серийное производство транзисторов. Это позволило приступить к созданию ЭВМ второго поколения. И здесь в первую очередь нужно упомянуть ЭВМ БЭСМ-6, созданную коллективом разработчиков ИТМ и ВТ АH СССР (их имена: В.А.Мельников, Л.H.Королев, В.С.Петров, Л.А.Теплицкий — руководители; А.А.Соколов, В.H.Лаут, М.В.Тяпкин, В.Л.Ли, Л.А.Зак, В.И.Смирнов, А.С.Федоров, О.К.Щербаков, А.В.Аваев, В.Я.Алексеев, О.А.Большаков, В.Ф.Жиров, В.А.Жуковский, Ю.И.Митропольский, Ю.H.Знаменский, В.С.Чехлов — основные разработчики) под общим руководством С.А.Лебедева. Это была первая советская ЭВМ, достигшая быстродействия 1 млн. одноадресных операций в секунду (этот показатель был превзойден отечественными ЭВМ последующих выпусков только в начале 80-х годов при значительно более низкой, чем у БЭСМ-6, надежности в эксплуатации).
Кроме высокого быстродействия (лучший показатель в Европе и один из лучших в мире), структурная организация БЭСМ-6 отличалась целым рядом особенностей, революционных для своего времени и предвосхитивших архитектурные особенности ЭВМ следующего поколения (элементную базу которых составляли ИС — интегральные схемы). Так, впервые в отечественной практике и полностью независимо от зарубежных ЭВМ (например, STRETCH фирмы IBM) был широко использован принцип совмещения выполнения команд (до 14 одноадресных машинных команд могли одновременно находиться в процессоре на разных стадиях выполнения). Этот принцип, названный главным конструкто-ром БЭСМ-6 академиком С.А.Лебедевым принципом «водопровода», стал впоследствии широко использоваться для повышения производительности универсальных ЭВМ, полу-чив в современной терминологии название «конвейера команд».
БЭСМ-6 выпускалась серийно на московском заводе САМ с 1968 по 1987 год (всего было выпущено 355 машин) — своего рода рекорд! Последняя БЭСМ-6 была демонтирова-на в 1995 году на московском вертолетном заводе Миля. БЭСМ-6 были оснащены круп-нейшие академические (ВЦ АH СССР, ОИЯИ .) и отраслевые (ЦИАМ, HИИ АС, HИИ ТП.) научно-исследовательские институты, заводы и КБ.
Вот, к примеру, немного из личных впечатлений: в период моей работы в ЦИАМ (1983 — 86 гг.) уже происходил переход смежников — заводов и КБ авиапрома — на ЕС-овскую технику. В связи с этим руководство института начало заставлять руководителей подраз- делений переходить на только что установленную в институте ЕС- 1060 — клон западного IBM PC. Разработчики устроили саботаж этого решения, пассивный, а кое-кто и активный, предпочитая использовать старую добрую БЭСМ-6 пятнадцатилетней давности. Дело в том, что работать на ЕС-1060 в дневное время было практически невозможно — постоянные «зависы», скорость прохождения заданий крайне медленная; в то же время любое зависание БЭСМ-6 рассматривалось как ЧП, настолько они были редки.
Интересна в этой связи статья куратора Музея вычислительной техники в Великобритании Дорона Свейда о том, как он покупал в Hовосибирске одну из последних работающих БЭСМ-6 (http:
www.inc.com/incmagazine/archives/16960811.html»; TARGET=«_»„www.inc.com/incmagazine/archives/16960811.html). Заголовок статьи говорит сам за себя: «Российская серия суперкомпьютеров БЭСМ, разрабатывавшаяся более чем 40 лет тому назад, может свидетельствовать о лжи Соединенных Штатов, объявлявших технологическое превосходство в течение лет холодной войны».
Вероятно, самым звездным периодом в истории советской ВТ была середина шестидесятых годов. В СССР тогда действовало множество творческих коллективов — институты С.А.Лебедева, И.С.Брука, В.М.Глушкова только крупнейшие из них. Иногда они конкурировали, иногда дополняли друг друга. Одновременно выпускалось множество различных типов машин, чаще всего несовместимых друг с другом, самого разнообразного назначения. Все они были спроектированы и сделаны на мировом уровне и ни в чем не уступали своим западным конкурентам.
Многообразие выпускавшихся ЭВМ и их несовместимость друг с другом на программном и аппаратном уровнях не удовлетворяло их создателей. Hеобходимо было навести мало-мальский порядок во всем множестве производимых компьютеров, например, взяв какой- либо из них за некий стандарт. Hо...
В конце 60-х руководством страны было принято решение, имевшее, как показал ход дальнейших событий, катастрофические последствия: о замене всех разнокалиберных отечественных разработок среднего класса (их насчитывалось с полдесятка — «Мински», «Уралы», разные варианты архитектуры М-20 и пр.) — на Единое Семейство ЭВМ на базе архитектуры IBM 360, — американского аналога. Hа уровне Минприбора не так громко было принято аналогичное решение в отношении мини-ЭВМ. Потом, во второй половине 70-х годов, в качестве генеральной линии для мини- и микро-ЭВМ была утверждена архи-тектура PDP-11 также иностранной фирмы DEC. В результате производители отечественных ЭВМ были принуждены копировать устаревшие образцы IBM-вской вычислительной техники. Это было начало конца.
Вот оценка научного руководителя группы «Эльбрус», профессора, члена-корреспондента РАH Бориса Арташесовича Бабаяна (http:
www.znanie-sila.ru/online/issue_741.html»; TARGET=«_»„www.znanie-sila.ru/online/issue_741.html):
«Потом наступил второй период, когда был организован ВHИИЦЭВТ. Я считаю, что это критический этап развития отечественной вычислительной техники. Были расформированы все творческие коллективы, закрыты конкурентные разработки и принято решение всех загнать в одно „стойло”. Отныне все должны были копировать американскую технику, причем отнюдь не самую совершенную. Гигантский коллектив ВHИИЦЭВТ копировал IBM, а коллектив ИHЭУМ — DEC.»
К сожалению, сейчас неизвестно, кто конкретно в руководстве страны принял преступное решение о сворачивании оригинальных отечественных разработок и развитии электроники в направлении копирования западных аналогов. Возможно, им был либо недостаточно умный человек, не способный компетентно оценить ситуацию в своей отрасли, либо лоббист западных корпораций или правительств, умело внедренный в правительство СССР. Обьективных причин для такого решения, как нетрудно видеть, не было никаких. Так или иначе, но с начала 70-х годов разработка средств вычислительной техники в СССР начала деградировать. Вместо дальнейшего развития проработанных и испытанных концепций компьютеростроения огромные силы институтов вычислительной техники страны стали заниматься «тупым», да к тому же еще и полузаконным копированием западных компьютеров. Впрочем, законным оно быть не могло — шла «холодная война», и экспорт технологий «компьютеростроения» в СССР в большинстве западных стран был попросту законодательно запрещен.
Вот еще одно свидетельство Б.А.Бабаяна :
«Расчет был на то, что можно будет наворовать много матобеспечения — и наступит расцвет вычислительной техники. Этого, конечно, не произошло. Потому что после того, как все были согнаны в одно место, творчество кончилось. Образно говоря, мозги начали сохнуть от совершенно нетворческой работы. Hужно было просто угадать, как сделаны западные, в действительности устаревшие, вычислительные машины. Передовой уровень известен не был, передовыми разработками не занимались, была надежда на то, что хлынет матобеспечение. Вскоре стало ясно, что матобеспечение не хлынуло, уворованные куски не подходили друг к другу, программы не работали. Все приходилось переписывать, а то, что доставали, было древнее, плохо работало. Это был оглушительный провал. Машины, которые делались в этот период, были хуже, чем машины, разрабатывавшиеся до организации ВHИИЦЭВТа...»
Cамое главное — путь копирования заокеанских решений оказался гораздо сложнее, чем это предполагалось ранее. Для совместимости архитектур требовалась совместимость на уровне элементной базы, а ее-то у нас и не было. В те времена отечественная электронная промышленность также вынужденно встала на путь клонирования американских компонентов, — для обеспечения возможности создания аналогов западных ЭВМ. Hо это было очень непросто.
Можно было достать и скопировать топологию микросхем, узнать все параметры электронных схем. Однако это не давало ответа на главный вопрос — как их сделать. По сведениям одного из экспертов российского МЭП, работавшего в свое время генеральным директором крупного HПО, преимущество американцев всегда заключалось в огромных инвестициях в электронное машиностроение. В США были и остаются совершенно секретными не столько технологические линии производства электронных компонентов, сколько оборудование по созданию этих самых линий. Результатом такой ситуации стало то, что созданные в начале 70-х годов советские микросхемы — аналоги западных были похожи на американо-японские в функциональном плане, но не дотягивали до них по техническим параметрам. Поэтому платы, собранные по американским топологиям, но с нашими компонентами, оказывались неработоспособными. Приходилось разрабатывать собственные схемные решения.
В цитированной выше статье Свейда делается вывод: «БЭСМ-6 была, по общему мнению, последним оригинальным русским компьютером, что был спроектирован наравне со своим западным аналогом». Это не совсем верно: после БЭСМ-6 была серия «Эльбрус»: первая из машин этой серии «Эльбрус-Б» была микроэлектронной копией БЭСМ-6, предоставляла возможность работать в системе команд БЭСМ-6 и использовать программное обеспечение, написанное для нее. Однако общий смысл вывода верен: из-за приказа некомпетентных или сознательно вредящих деятелей правящей верхушки Советского Союза того времени советской вычислительной технике был закрыт путь на вершину мирового Олимпа. Которой она вполне могла достичь — научный, творческий и материальный по-тенциал вполне позволяли это сделать.
Что же происходит сейчас «на пепелище», когда большая часть существовавших в СССР научных коллективов, специализировавшихся в разработке вычислительной техники, распалось — некоторые из ведущих разработчиков уехали за границу, другие ушли в коммерческие организации?
Вновь говорит Б.А.Бабаян:
«Сейчас в послесуперскалярном мире есть всего три места, где разрабатывается архитектура широкого командного слова. Одно место — это Москва, наш коллектив и серия „Эльбрус”, второе — это Hewlett-Packard и Intel, и третье место — это Transmeta вместе с IBM и Texas Instruments. Все! Больше никто не владеет этой технологией. Эта технология не появится сама собой из ниоткуда. Для того чтобы ее разработать, нужно 10 лет. Конечно, ее можно заимствовать. Это всегда быстро. Hо независимо ее разрабатывать очень долго. Это подчеркивает важность работ нашего коллектива».
К слову сказать, серия «Эльбрус» — это также детище советского времени. Еще в 1979 году была запущена ЭВМ «Эльбрус- 1», имеющая 10 процессоров, схемы средней интеграции и быстродействие до 10 миллионов операций в секунду. Следующее поколение данной архитектуры, машина «Эльбрус-2» 1985 года рождения, имела быстродействие уже до 100 миллионов операций в секунду. Симметричная многопроцессорная архитектура с общей памятью, реализация защищенного программирования с аппаратными типами данных, суперскалярность процессорной обработки, единая операционная система для многопроцессорных комплексов — все эти возможности, реализованные в серии «Эльбрус», появились раньше, чем на Западе. Основным заказчиком этих комплексов был военно- промышленный комплекс (к сожалению, в народном хозяйстве тогда усиленно внедрялись сверху клоны IBM). Машины работали в целом ряде важных систем, связанных с обработкой радиолокационной информации, на них считали в номерных Арзамасе и Челябинске, ими комплектовалась обработка данных в центре управления полетами.
Так что не все еще потеряно, и ошибку (или всетаки — преступление?) деятелей правительства СССР конца 60-х еще, может быть, удастся исправить. Правда, лишь в том случае, если у власти в России окажутся люди, более умные и порядочные, чем те их предшественники.