Зоряна плеяда комп'ютерних піонерів

Сергій Олексійович Лебедєв - один із зоряної плеяди вчених передових країн світу, які створили майже одночасно - у кінці 40-х і початку 50-х років - перші цифрові електронні обчислювальні машини зі збереженою в оперативній пам'яті програмою обчислень, - тепер вже відомі всім комп'ютери.
У наші часи імена цих учених добре відомі. У США - Джон фон Нейман (1903-1957), Джон Мочлі (1907-1980), Преспер Еккерт (1919-1995); в Англії - Алан Тьюринг (1912-1954), Том Кілбурн (1921-2001) і Моріс Уїлкс (1913 -2010); в колишньому Радянському Союзі - Сергій Лебедєв (1902-1974) та Ісаак Брук (1902-1974).
Кожен з них вніс свій помітний, основоположний внесок у становлення нового найважливішого напрямку науково-технічного прогресу - комп'ютерну науку і техніку.
Алан Тьюринг ще в 1934 р. у статті «Про обчислювані числа» довів можливість виконання суто механічним шляхом будь-якого алгоритму, який має рішення. Запропонована ним для цієї мети гіпотетична цифрова машина, так звана машина Тьюринга, що мала пристрій для запам'ятовування послідовності дій, тобто програму виконання алгоритму, стала теоретичною базою для створення універсального комп'ютера.
У 1946 р. Джон Мочлі та Преспер Еккерт. створили першу цифрову електронну обчислювальну машину ЕНІАК. Однак програма роботи машини задавалася за допомогою механічних перемикачів, що займало багато часу і не дозволяло здійснити повну автоматизацію обчислювального процесу.
Під час проектування наступної машини ЕДВАК вони усунули цей недолік, передбачивши для майбутньої машини збереження програми в оперативній пам'яті. На етапі завершення робіт з ЕНІАК і при проектуванні ЕДВАК з ними почав співпрацювати відомий вчений Джон фон Нейман. У той час він брав участь у секретному проекті створення атомної бомби і був зацікавлений у розробці ефективної обчислювальної техніки для виконання розрахунків.
Узагальнивши досвід, отриманий у процесі розробки обох машин, він сформулював основні принципи побудови ЕОМ (у закритому звіті, складеному в 1946 р. разом з Г. Голдстайном і А. Берксом). Матеріали звіту не публікувалися до кінця 50-х років, але були передані декільком фірмам США та Англії.
Широка популярність Джона фон Неймана як великого вченого відіграла свою роль - викладені ним принципи і структура ЕОМ згодом одержали назву неймановських, хоча в їхній розробці брали участь і Еккерт з Мочлі.
У Великобританії вчені університету в Манчестері Фредерік Вільямс і Том Кілбурн в 1948 р. створили примітивну ЕОМ під назвою Бебі (англ. - дитина). Для запису даних і програми розв'язування задачі вони використовували електронно-променеву трубку і першими показали можливість зберігати не тільки числа, а й програми в оперативній пам'яті машини.
Через рік ще один англійський вчений Моріс Уїлкс, який прослухав у 1946 р. курс лекцій Мочлі та Еккерта, зумів випередити своїх вчителів і в 1949 р. створив у Кембриджі першу у світі цифрову електронну обчислювальну машину ЕДСАК з динамічно змінюваною програмою. На відміну від Бебі, ЕДСАК виконувала не тільки тести, але й вирішувала нескладні математичні завдання.
Сергій Олексійович Лебедєв, незалежно і практично одночасно з Джоном фон Нейманом, запропонував такі ж принципи побудови ЕОМ і реалізував їх при створенні в 1948-1951 рр. першої в Україні Малої електронної лічильної машині МЭСМ, що стала першою також і в Радянському Союзі та в континентальній Європі.
На той час МЭСМ була засекречена, і про творчий внесок радянського вченого на Заході нічого не знали. До речі, перша ЕОМ, створена за ініціативою Джона фон Неймана ІАК (Джоніак), почала працювати після введення МЭСМ в експлуатацію.
І.С. Брук, спільно з Б.І. Рамєєвим, отримали свідоцтво на винахід «Автоматична цифрова машина» з пріоритетом від 4.12.1948 р.
Судячи з блок-схеми, складеної Б.І. Рамєєвим, винахідники були близькі до ідеї зберігання програми обчислень в оперативній пам'яті, але обмежилися використанням «програмної стрічки» для зберігання незмінної, наперед заданої програми обчислень. Інакше кажучи, вони залишилися на рівні ЕНІАКу, створеного в 1946 р.
Слід зазначити, що в жовтні-листопаді 1948 р. С.О. Лебедєв, починаючи конструювання МЕЛМ, розробив загальні принципи побудови цифрових електронних машин, включаючи збереження програми в оперативній пам'яті. Оскільки розробка МЕСМ здійснювалася в умовах секретності, Брук і Рамеев не знали про роботи С.О. Лебедєва і тому вважали свій винахід першим у Радянському Союзі.
Подальша творча доля вчених-першопрохідців склалася по-різному. Алан Тьюринг у роки Другої світової війни брав участь у створенні електронної цифрової машини «Колос», призначеної для розшифровування радіограм німецького вермахту.
«Безумовно, не Тьюринг виграв війну, але без нього ми могли б її програти», - сказав один із його соратників після створення машини. Рання смерть не дозволила геніальному вченому в повній мірі реалізувати свої наміри. Долю Тьюринга розділив Джон фон Нейман: він помер на 54-му році життя, так і не побачивши спроектовану під його керівництвом машину «Джоніак».
Джону Мочлі та Просперу Еккерту вдалося в 1952 р. завершити роботу над ЕДВАК, а на початку 50-х років створити першу в США серійну машину УНІВАК. Надалі вони стали керівниками заснованих ними комп'ютерних фірм.
Машина ЕНІАК містила величезну кількість - 17 тисяч -  електронних ламп. Але і продуктивність була на той час дуже високою - 2000 операцій за секунду. Перші публікації про ЕНІАК викликали великий резонанс у світі. У 1996 р. 50-річний «ювілей» машини був урочисто відзначений у більшості країн, в тому числі і в СРСР, як початок інформаційної ери.
Том Кілбурн і Моріс Уїлкс досягли великих успіхів у своїй подальшій науковій діяльності. У 1953 р. запрацював макет першої у світі обчислювальної машини на точкових транзисторах, створеної Кілбурном. Робота була завершена  1955 р. У машині використовувалися 200 транзисторів і 1300 германієвих діодів. У 60-ті роки під його керівництвом була створена більш досконала машина АТЛАС на транзисторах. Використання у ній віртуальної пам'яті та мультипрограммної роботи отримало великий резонанс при розробці перших транзисторних машин у різних країнах.
Під керівництвом Моріса Уїлкса була створена ще одна лампова обчислювальна машина ЕДСАК-2 з мікропрограмним управлінням, вперше запропонованим ученим у 1951 р. Надалі він працював у галузі програмування, автоматизації проектування комп'ютерів, розробив основи мультипрограмування, консультував багато проектів і отримав світове визнання як видатний учений сучасності.
Президія НАН України у 1998 році присвоїла йому звання почесного доктора НАН України. У 2010 р. чудового вченого не стало.
Навіть з короткого опису видно, що світовий прогрес у розвитку комп'ютерної техніки охопив багато країн і відбувався із приголомшливою швидкістю.
Та навіть на тлі зазначених видатних досягнень західних учених - сучасників Сергія Олексійовича Лебедєва - результати його наукової творчості в області комп'ютерної техніки вражають своєю оригінальністю, цілеспрямованістю, масштабністю. Під його керівництвом і за безпосередньої участі за двадцять з невеликим років було створено 18 (!) ЕОМ, причому 15 із них випускалися серійно. Ще 9 машин були розроблені його учнями. Більшість машин належали до класу суперЕОМ і призначалися для великих обчислювальних центрів і протиракетних систем.
Його діяльність розпочалася зі створення лампових ЕОМ (МЭСМ, БЭСМ, БЭСМ-2, М-20, М-40, М-50). З появою напівпровідникових елементів учений перейшов до розробки суперЕОМ другого покоління. Остання з них, створена в 1967 р. напівпровідникова БЭСМ-6 продуктивністю мільйон операцій за секунду, випускалася протягом 17(!) років.
Нею було оснащено багато обчислювальних центрів Радянського Союзу. Лондонський музей науки  1992 р. придбав БЭСМ-6, щоб зберегти її як один з кращих зразків у історії світового комп'ютеробудування.
Завершенням діяльності С.О. Лебедєва стало створення суперЕОМ на інтегральних схемах продуктивністю в мільйони операцій за секунду для ракетних систем протиповітряної оборони, у тому числі для системи С-300. Кожна наступна ЕОМ була, по суті, новою, результатом радикальної переробки попередньої з критичним осмисленням власного досвіду і всього нового, що з'явилося в країні і за кордоном.
Головним принципом побудови всіх машин, створених С.А. Лебедєвим, було розпаралелювання обчислювального процесу. Вперше у світі С.А. Лебедєв реалізував цей принцип у МЭСМ, БЭСМ, використавши арифметичний пристрій паралельної дії.
У М-20, М-40, М-50 з’явилася можливість роботи зовнішніх пристроїв паралельно з процесором. А у БЭСМ-6 – конвеєрний (або «водопровідний», як назвав його Лебедєв) спосіб виконання обчислень. У наступних ЕОМ використовувалася багатопроцесорність та т.п.. Додамо, що донині принцип розпаралелювання процесу обробки інформації, вперше реалізований С.О. Лебедєвим, є основним при побудові суперЕОМ.
«С.О. Лебедєв геніально передбачив перспективи широкого розвитку електронної дискретної обчислювальної техніки, - написав учень С.О. Лебедєва, академік В.С. Бурцев, - особливе місце в цьому розвитку він відводив високопродуктивним ЕОМ і комплексам, вважаючи даний напрямок передовою лінією науково-технічного прогресу в цій області. Саме створенню та розвитку вітчизняних високопродуктивних ЕОМ та комплексів присвячені кращі роки його життя».
Учні Сергія Олексійовича Л.Н. Корольов і В.А. Мельников у статті «Про ЕОМ БЭСМ-6» доповнюють вищенаведене висловлювання: «Геніальність С.О. Лебедєва полягала саме в тому, що він ставив мету з урахуванням перспективи розвитку структури майбутньої машини, умів правильно вибрати засоби для її реалізації стосовно  можливостей вітчизняної промисловості».
Керований С.О. Лебедєвим Інститут точної механіки та обчислювальної техніки АН СРСР у 50-ті, 60-ті і 70-ті роки ХХ століття за рівнем наукових досліджень та практичних результатів міг конкурувати з відомою американською фірмою IBM.
Виняткова скромність С.О. Лебедєва, секретність значної частини його робіт, «залізна завіса» і «холодна війна», що існували в ті роки, призвели до того, що довгий час навіть у Радянському Союзі, а тим більше в західних країнах, публікацій про життя і діяльність геніального вченого було  недостатньо. Ймовірно, саме з цієї причини у виданій у 1995 р. книзі американського історика Джона Лі «Комп'ютерні піонери», де наведено понад 200 біографій учених-піонерів ОТ, імені С.О. Лебедєва, на жаль, не виявилося.
Мало хто знав, що Сергій Олексійович був нагороджений орденами Леніна (1954, 1962, 1972) і Жовтневої Революції (1971). У 1956 р. йому було присвоєно звання Героя Соціалістичної Праці. У 1966 р. він отримав Ленінську, а в 1969 - Державну премію СРСР. У 1974 р., коли вченого не стало, за ініціативою Б.Є. Патона інституту було присвоєно його ім'я.
Лише в дев'яносто п'яту річницю з дня народження вченого міжнародна наукова громадськість Заходу, що вже отримала у цей час можливість краще ознайомитися з результатами діяльності С.О. Лебедєва, визнала його видатні заслуги в галузі комп'ютерної науки і техніки, його унікальний творчий потенціал, що зберігся на багато років.
На присвяченій цій даті медалі Міжнародного комп'ютерного товариства, яку вручили дітям С.О. Лебедєва, написано: «Сергій Олексійович Лебедєв. 1902-1974. Розробник і конструктор першого комп'ютера в Радянському Союзі. Основоположник вітчизняного комп'ютеробудування».

Перше життя С.О. Лебедєва

Сергій Олексійович Лебедєв прожив немов би два творчих життя. Перше збіглося з двадцятьма роками наукової діяльності в галузі енергетики, друге було цілком віддане комп'ютеробудуванню - створенню ЕОМ і організації їхнього серійного випуску. Між ними вклинився доленосний вододіл - п'ять років, проведених у Києві. Саме тут відбувся перехід від першого життя до другого. Він був досить різким, але і цілком зрозумілим. Дослідження в енергетиці, якою спочатку займався С.О. Лебедєв, вимагали великої кількості обчислень, і тому його інтереси переходили до засобів автоматизації обчислень.
Сергій Олексійович Лебедєв народився 2 листопада 1902 р. у Нижньому Новгороді в сім'ї вчителів. Бездоганна чесність і працьовитість стояли в родині на чолі виховання. Ниточки з дитинства тяглися до всього, що робили згодом Сергій та інші діти Лебедєвих.
Закінчивши в 1928 р. Московське вище технічне училище (МВТУ) ім. Баумана   і отримавши диплом інженера-електрика, С.О. Лебедєв став викладачем МВТУ ім. Баумана і одночасно молодшим науковим співробітником Всесоюзного електротехнічного інституту (ВЕІ). Незабаром він очолив у ньому групу, а потім лабораторію електричних мереж.
 1939 р. Лебедєв захистив докторську дисертацію, хоч і не був кандидатом наук. В її основу була покладена розроблена ним теорія штучної стiйкостi енергосистем.
Майже двадцять років пропрацював Сергій Олексійович у ВЕІ. Останні десять років він керував відділом автоматики. До війни ВЕІ був одним з найвідоміших науково-дослідних інститутів, де працювали вчені зі світовими іменами. Відділ автоматики вирішував проблеми керування енергетичними системами.
Насувалася війна. Відділ зайнявся оборонною тематикою у вересні 1941 р. Для системи стабілізації танкової гармати та автоматичного пристрою самонаведення на ціль авіаційної торпеди треба було розробити аналогові обчислювальні елементи, що виконують основні арифметичні операції, а також диференціювання та інтегрування. Розвиваючи цей напрямок, Лебедєв у 1945 р. створив першу в країні електронну аналогову обчислювальну машину для розв'язання систем звичайних диференціальних рівнянь.
За видатні роботи в галузі військової техніки С.О. Лебедєв був нагороджений орденом Трудового Червоного Прапора і медаллю «За доблесну працю у Великій Вітчизняній війні 1941-1945 рр.»
Майже кожна робота вченого в галузі енергетики супроводжувалася створенням обчислювальних засобів для виконання розрахунків у процесі її проведення або для включення їх до складу розроблюваних пристроїв. Так для розрахунку тисячокілометрової надпотужної (9600 МВт) лінії електропередачі Куйбишевський гідровузол – Москва  довелося створити високоавтоматизовану установку з потужних індуктивностей та ємностей, що реалізовувала математичну модель лінії.
 Ця грандіозна споруда була встановлена в одному з будинків на площі Ногіна у Москві. Другий примірник моделі був зібраний у Свердловську. Використання моделі, а по суті, спеціалізованого обчислювального пристрою, дозволило швидко і якісно провести необхідні розрахунки і скласти проектне завдання на унікальну лінію електропередачі.

«Як це починалося»

У книзі «Олександр Олександрович Богомолець. Спогади сучасників» (Київ. 1982 р.) академік М.А. Лаврентьєв, розповідаючи про О.О. Богомольця, президента АН України в 1930-1946 рр., написав: «Олександр Олександрович умів знаходити людей, створених для науки, з почуттям перспективи, відрізняти їх від людей випадкових. ... Незабаром після закінчення війни до Києва приїхав академік С.О. Лебедєв. Я вже знав Лебедєва і рекомендував його Олександру Олександровичу. У ту пору почав розвиватися новий найзначніший напрям науки - створення електронно-лічильних машин. Створення "електронного мозку!" »
Лебедєв ще в Москві почав теоретично вивчати це питання і, приїхавши до Києва, почав створення окремих макетів. Коли я розповів Олександру Олександровичу про перспективи, він прийшов до висновку про необхідність робити все максимально можливе у цьому напрямку.
У Феофанії (під Києвом) стояв напівспалений фашистами двоповерховий будинок. Цей будинок  відновили, і там розмістилася перша в Радянському Союзі лабораторія зі створення першої в країні електронно-лічильної машини».
Думка про побудову цифрової електронної обчислювальної машини з використанням двійкової системи числення виникла у С.О. Лебедєва у довоєнні роки.
Професор А.В. Нетушил, який закінчив Московський енергетичний інститут за кілька років до війни, свідчить, що вже в 1939 р. С.О. Лебедєв був знайомий з двійковою системою числення, цікавився тригерними елементами на електронних лампах, електронними двійковими швидкодіючими лічильниками: «Результатом моїх досліджень стала кандидатська дисертація на тему: «Аналіз тригерних елементів швидкодіючих лічильників імпульсів »
Як відомо, електронні тригери стали пізніше основними елементами цифрової обчислювальної техніки. Із самого початку цієї роботи в 1939 р. і до захисту С.О. Лебедєв з увагою і схваленням ставився до моїх досліджень. Він погодився бути опонентом до дисертації, захист якої відбувся наприкінці 1945 р. У той час ще ніхто не підозрював, що С.О. Лебедєв виношує ідею створення цифрової обчислювальної машини».
«Якби не війна, то розробкою цифрової ЕОМ я зайнявся б раніше», - сказав якось Сергій Олексійович своєму заступнику з лабораторії д.т.н. В.В. Бардіжу наприкінці 50-х років (автору розповів про це сам Всеволод Віанорович).
Дружина вченого, Аліса Григорівна, згадувала, як тривожної осені 1941 р., коли Москва поринала в темряву через нальоти фашистської авіації, чоловік надовго зачинявся у ванній кімнаті і годинами малював у товстому зошиті незрозумілі їй кільця та палички (нулі та одиниці, що використовуються для запису чисел у двійковій системі числення).
Судячи з цих висловлювань можна стверджувати, що розробку методики арифметичних операцій над числами двійкової системи числення з метою створення цифрової обчислювальної машини С.О. Лебедєв розпочав ще в довоєнні роки.
Нагадаємо, що в той час будь-яких достатньо повних публікацій по двійковій системі числення і методиці операцій над двійковими числами не було. Намагаючись механізувати лічбу винахідники цифрових обчислювальних пристроїв, починаючи з середніх століть другого тисячоліття, використовували для зберігання цифр кожного розряду десяткового числа колесо з десятьма зубцями.
Використання двійкової системи числення дозволяло як елементну базу обчислювальних засобів використовувати найширше коло фізичних пристроїв і явищ, у тому числі електронні лампи. З іншого боку методика виконання арифметичних операцій у двійковій системі числення і аналіз особливостей чисельних методів розв'язання математичних задач ставали теоретичною базою для побудови цифрової обчислювальної машини, що і захопило сорокарічного вченого, а в подальшому визначило його друге творче життя.
Досвід роботи С.О. Лебедєва в енергетиці, у тому числі досвід створення складних і дуже громіздких автоматизованих моделюючих установок також допоміг С.О. Лебедєву повірити в необхідність і можливість побудови абсолютно незвичайних на ті часи електронних гігантів, якими були перші ЕОМ.
Війна віддалила здійснення задуму вченого створити цифрову ЕОМ. Доленосним став переїзд до Києва. Обраний у 1945 році дійсним членом АН УРСР, С.О. Лебедєв в 1946 р. стає директором Інституту енергетики АН УРСР.
Перед обранням у дійсні члени АН УРСР Сергія Олексійовича відвідав Олександр Олександрович Богомолець. Розмова двох видатних учених відбулася в квартирі С.О. Лебедєва. У 1946 сім'я Лебедєвих році переїздить до Києва.
Отримавши у своє розпорядження інститут, де розвивалися два малосумісних наукових напрямки – електротехнічне і теплотехнічне –  С.О. Лебедєв запропонував розділити інститут на два: електротехніки та теплоенергетики. Він став директором Інституту електротехніки.
Спільно з лабораторією д.т.н. Л.В. Цукерніка С.О. Лебедєв спочатку продовжив дослідження з управління енергосистемами, і за ці роботи їм була присуджена Державна премія.
Наступним кроком стало створення власної лабораторії моделювання та регулювання. Щоб розгорнути роботи зі створення ЕОМ, потрібні були чималі кошти, яких Академія не мала. І тоді С.О. Лебедєв укладає господарчий договір з одним із ракетних інститутів у Москві про створення установки для дослідження апаратури для керування польотом літаків і ракет.
З осені 1948 року С.О. Лебедєв зорієнтував лабораторію на обчислювальну техніку і повністю переключився на реалізацію ідеї створення ЕОМ. Судячи з усього, він уже продумав, якою повинна бути машина. «Принцип роботи швидкодіючої машини - принцип арифмометра», - скаже він пізніше. На першому етапі робіт нове дітище С.О. Лебедєва одержало назву Модель електронної лічильної машини (МЕЛМ). За задумом ученого принципи побудови нової машини треба було перевірити на моделі, а лише потім переходити до її створення.

МЭСМ

До остаточного рішення зайнятися розробкою цифрової ЕОМ С.О. Лебедєва підштовхнув, найімовірніше, Михайло Олексійович Лаврентьєв - у той час директор Інституту математики і віце-президент АН УРСР.

Далі буде

Б.М. Малиновський