Сергей Алексеевич Лебедев – основоположник отечественной вычислительной техники

В СССР у истоков развития и становления отечественной вычислительной техники стоял выдающийся ученый, академик Сергей Алексеевич Лебедев (род. 02.11.1902 г., умер 03.06.1974 года). Кроме создания первых машин и первых фундаментальных разработок, он выполнил важные работы по созданию многомашинных и многопроцессорных комплексов. Им были заложены основы вычислительных сетей. Среди перспективных направлений следует отметить работы в области операционных систем и систем программирования. Он был одним из инициаторов создания Московского физико-технического института, основателем и руководителем кафедры вычислительной техники в этом институте. Лебедев считал, что лучшая школа для специалиста – участие в конкретных разработках, и не боялся привлекать к работе над серьезными проектами молодых ученых.

Образование Лебедев получил в Высшем техническом училище им. Н. Э. Баумана на электротехническом факультете. Занимаясь проблемами устойчивости электрических сетей, он вынужден был включить в сферу своих научных интересов вопросы автоматизации управления, далее автоматизации научных исследований и математических расчетов.

В 1947 году С. А. Лебедев назначается директором Института электротехники АН УССР, где под его руководством организуется лаборатория моделирования и вычислительной техники. Именно здесь и была введена в эксплуатацию1951 году машина МЭСМ (малая электронная счетная машина).

Функционально-структурная организация МЭСМ была предложена Лебедевым еще в 1947 году. МЭСМ работала в двоичной системе, с трехадресной системой команд, причем программа вычислений хранилась в оперативной памяти. Машина Лебедева с параллельной обработкой слов представляла собой принципиально новое решение. Она была одной из первых в мире машиной с хранимой в памяти программой.

В 1948 году в Москве создается Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ), куда приглашается на работу С. А. Лебедев. ИТМ и ВТ он создает специальную лабораторию для разработки БЭСМ-1 (быстродействующая электронная счетная машина-1). В окончательном варианте БЭСМ-1 имела ОЗУ на электронно-лучевых трубках со средним быстродействием 10 000 операций в секунду, содержала более 50 000 электронных ламп, срок службы которых составлял всего от 5 000 до 10 000 часов (у вопросу о надежности !). На серийной машине БЭСМ-2 была внедрена память на ферритовых сердечниках. Важной особенностью этих машин и большим структурным достижением явились операции над числами с плавающей запятой, когда машина может обрабатывать числа в диапазоне 2^-32 – 2³² автоматически, не требуя специальных операций масштабирования и одновременно обеспечивая хорошую точность вычислений (около 10 десятичных знаков).При решении некоторых задач вычислительные операции могли выполняться хоть и с меньшим быстродействием, но с удвоенной точностью.

После БЭСМ-2 была создана еще одна ламповая машина М-20. Во многом повторяя структуру БЭСМ 1, М-20 обладала производительностью 20 тыс. операций в секунду за счет совмещения работы отдельных устройств и более быстрого выполнения арифметических операций.

В шестидесятых годах разработка полупроводниковых машин под руководством Лебедева развивалась по двум направлениям. Первое – перевод наиболее совершенных ламповых машин на полупроводниковую элементную базу с сохранением структуры и быстродействия, но с повышением надежности, уменьшением размеров и энергопотребления. Второе направление развития полупроводниковых машин – это максимальное использование возможностей новой элементной базы с целью повышения производительности, надежности и совершенствования структуры машин.

Трудно переоценить в этом плане разработку БЭСМ-6, оригинальную по архитектуре и структуре машину. БЭСМ-6 – универсальная машина с быстродействием миллион операций в секунду, работала в диапазоне чисел от 2^-63 до 2⁺⁶³ и могла обеспечивать точность вычислений 12 десятичных знаков. Она содержала 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. полупроводников-диодов. Назовем некоторые принципиальные особенности БЭСМ-6.

• Магистральный принцип организации управления, с помощью которого достигается глубокий внутренний параллелизм обработки потоков команд и операндов.

• Впервые осуществленный принцип использования ассоциативной памяти на сверхбыстрых регистрах с логикой управления, позволяющей аппаратно экономить число обращений к ферритовой памяти и тем самым осуществлять локальную оптимизацию в динамике счета.

• Аппаратный механизм преобразования виртуального адреса в физический, что дало возможность осуществить динамическое распределение оперативной памяти в процессе вычислений средствами операционной системы.

• Расслоение оперативной памяти, что позволяет осуществить одновременное обращение к блокам памяти по нескольким направлениям.

• Принцип полистовой организации виртуальной памяти и разработанные на его основе механизмы защиты по числам и командам, сочетающие простоту и эффективность.

• Развитая система прерываний и индикации состояния внешних и внутренних устройств машины, контроль обмена между оперативной памятью и центральным устройством машины, позволившие достаточно хорошо вести диагностику в режиме мультипрограммирования.

• Возможность одновременной работы парка устройств ввода-вывода и внешних запоминающих устройств на фоне работы центрального процессора.

В начале 70-х годов был разработан суперкомпьютер «Эльбрус» -- последняя машина, принципиальные положения которой были разработаны академиком Лебедевым и его учениками. Он был ярым противником начавшегося в 70-х годах копирования американской системы IBM/360, которая в отечественном варианте стала называться ЕС ЭВМ.