Из истории информатики: 8 ноября

08 ноября

В 1902 году в Минске родился Исаак Семенович Брук (1902–1974), советский учёный в области электротехники и вычислительной техники, член-корреспондент АН СССР (1939).

Ученый, изобретатель. Один из основоположников отечественной вычислительной техники. Исаак Семенович Брук родился 8 ноября 1902 г. в Минске в бедной семье служащего табачной фабрики. В 1920 г. он окончил реальное училище, а в 1925 г. - электротехнический факультет МВТУ им. Н. Э. Баумана.

Еще будучи студентом, И. С. Брук занялся научными исследованиями. Его диплом был посвящен новым способам регулирования асинхронных двигателей. По окончании МВТУ И. С. Брук работал во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина, где участвовал в создании новой серии асинхронных двигателей и решении задач параллельной работы электрогенераторов. В 1930-1935 гг. под руководством И. С. Брука на Харьковском электротехническом заводе были разработаны и построены несколько электрических машин новой конструкции, в том числе взрывобезопасные асинхронные двигатели. В 1935 г. И. С. Брук возвратился в Москву и по рекомендации академика К. И. Шенфера, крупнейшего специалиста в области электрических машин, был направлен в Энергетический институт АН СССР (ЭНИН). В ЭНИН И. С. Брук организовал Лабораторию электросистем и начал исследования в области расчета режимов мощных энергетических систем. Для моделирования таких систем он создал расчетный стол переменного тока - аналоговую вычислительную машину. За эти работы в 1936 г. И. С. Бруку была присвоена ученая степень кандидата технических наук без защиты диссертации, а в октябре 1936 г. он защитил докторскую диссертацию на тему "Продольная компенсация линий электропередач". В 1939 г. на одном из заседаний Президиума АН СССР И. С. Брук сделал доклад о созданном под его руководством механическом интеграторе для решения дифференциальных уравнений до 6-го порядка: В 1939 г. И. С. Брук был избран членом-корреспондентом АН СССР по Отделению технических наук. В годы Великой Отечественной войны, продолжая исследования в области электроэнергетики, И. С. Брук успешно работал над системами управления зенитным огнем, изобрел синхронизатор авиационной пушки, которая стреляла через вращающийся пропеллер самолета. В 1947 г. И. С. Брук был избран действительным членом Академии артиллерийских наук. В первые послевоенные годы под руководством И. С. Брука проводились исследования статической устойчивости энергосистем, разрабатывалась аппаратура регулирования частоты и активной мощности для крупнейших электростанций страны. В Лаборатории электросистем ЭНИН был создан электронный дифференциальный анализатор ЭДА (ведущий разработчик - Н.Н. Ленов), позволяющий интегрировать уравнения до 20-го порядка. Решая задачи в области электроэнергетики с помощью аналоговой вычислительной техники, И. С. Брук пришел к выводу о необходимости создания электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ) и их приме­нения для получения необходимой точности вычислений. В 1948 г. И. С. Брук совместно с Б. И. Рамеевым составил отчет о принципах действия ЭЦВМ. Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ на имя И. С. Брука и Б. И. Рамеева датировано дека­брем 1948г. В 1950-1951 гг. под руководством И. С. Брука была разработана малогабаритная электронная автоматическая цифровая машина М-1 (с хранимой программой).


Основные идеи построения М-1 были предложены И. С. Бруком и Н. Я. Матюхиным, тогда молодым инженером, окончившим радиотехнический факультет МЭИ, впоследствии членом-корреспондентом АН СССР. М-1 была запущена в опытную эксплуатацию в начале 1952 г., примерно одновременно с МЭСМ, созданной С. А. Лебедевым в Киеве. Говоря об истории отечественной вычислительной техники, важно отметить, что ведущие разработчики обоих коллективов - и МЭСМ, и М-1 - пришли к классическому по­строению цифровой вычислительной машины с хранимой программой независимо друг от друга и от работ американских ученых (в то время эти работы велись под грифом "секретно"). Само название отчета о разработке М-1, составленного в 1951 г. И. С. Бруком и Н. Я. Матюхиным, "Автоматическая цифровая вычислительная машина (АЦВМ) М-1" говорит о глубоком понимании его авторами принципиального значения этой работы. Классическая архитектура компьютера, называемая сейчас архитектурой фон Неймана, была разработана И. С. Бруком и Н. Я. Матюхиным совершенно самостоятельно! Отчет Принстонского университета (США) Burks A.W., Goldstine H.H., Neuman J. "Preliminary discussion of the logical design of an electronic computing instrument" был известен в США с 1946 г., но опубликован впервые в сокращенном виде в 1962 г., а полностью - в 1963 г. Его русский перевод появился в Кибернетическом сборнике № 9 за 1964 год. Декабрь 1951 г. по праву считается датой рождения отечественной вычислительной техники, которая развивалась затем по классическим архитектурным направлениям, благодаря тому, что классическая архитектура фон Неймана была переоткрыта нашими основоположниками И. С. Бруком и С. А. Лебедевым. В М-1 был реализован также ряд важнейших решений по выбору логики и схемотехники компьютеров первого поколения, сыгравших весьма значительную роль в дальнейшем развитии отечественной вычислительной техники:

  • двухадресная система команд (вместо казавшейся тогда естественной трехадресной);

  • построение логических схем арифметики и управления машины на основе полупроводниковых диодов;

  • применение в качестве элементов оперативной памяти электронно-лучевых трубок от обычных осциллографов (вместо потенциалоскопов);

  • применение телетайпа в качестве устройства ввода-вывода.

В 1952 г. лабораторией И. С. Брука была разработана машина М-2. Ее разработку выполнила группа выпускников МЭИ, возглавляемая М. А. Карцевым. Производительность М-2 составляла в среднем 2 тыс. оп./с. В ней были применены обычные осциллографические ЭЛТ в качестве элементов ЗУ и полупроводниковые диоды в логических схемах, что значительно сократило число электронных ламп, потребляемую мощность и стоимость. Летом 1953 г. М-2 была введена в эксплуатацию. На ней проводились расчеты для Института атомной энергии (акад. И. В. Курчатов), КБ акад. С. П. Королева, предприятия акад. А. И. Берга, Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР (акад. А. И. Алиханов), Института проблем механики АН СССР (расчеты прочности плотин Куйбышевской и Волжской гидроэлектростанций) и многих других научных и промышленных организаций. В 1953-54 гг. в СССР сложные задачи можно было решать только на трех машинах - БЭСМ, М-2 и "Стрела", а машинное время распределялось на уровне зам. Председателя Совета Министров СССР. В 1954 г., а затем в 1957 г. М-2 была модернизирована введением устройства оперативной памяти на ферритовых сердечниках с расширением емкости памяти до 4096 слов. Это потребовало введения специального регистра для запоминания области памяти, используемой в данный момент времени, и специальной операции изменения содержимого этого регистра (переключение областей памяти). Вероятно, впервые в М-2 М. А. Карцевым была реализована идея укороченных адресов в командах и укороченных кодов операций. В дальнейшем эта идея легла в основу способов формирования исполнительных адресов в машинах второго и третьего поколений. Опираясь на опыт работ по М-1 и М-2, И. С. Брук в 1955-1956 гг. сформулировал концепцию малых ЭВМ и их отличия от машин предельной производительности (нынешних суперЭВМ). Эта концепция отражалась им в термине "малогабаритная машина". Потребности многих организаций в научных и инженерных расчетах могли быть удовлетворены машиной, не обладающей рекордным быстро­действием. Ставшая преобладающей в 80-х и 90-х годах тенденция поляризации компьютерного рынка с явным выделением двух классов - малых и суперЭВМ - была предвосхищена И. С. Бруком еще в середине 50-х годов. Первым решением задачи создания малых ЭВМ, поставленной И. С. Бруком, была разработка М-3, проведенная Лабораторией управляющих машин и систем АН СССР совместно с НИИЭМ (акад. А.Г. Иосифьян) в 1956-1957 гг. М-3 оперировала 30-разрядными двоичными числами с фиксированной точкой, имела двухадресный формат команд, память емкостью 2048 чисел на магнитном барабане и производительность 30 операций в секунду. При работе с ферритовой памятью той же емкости производительность М-3 возрастала до 1,5 тыс. оп./с. Она имела всего 770 электронных ламп и 3 тыс. купроксных диодов и занимала площадь 3 м2. Основные идеи построения М-3 были сформулированы И. С. Бруком, Н.Я. Матюхиным и В.В. Белынским. М-3 предназначалась для проектных и исследовательских институтов и после ее приемки в 1957 г. Государственной комиссией под председательством академика Н. Г. Бруевича выпускалась малой серией на заводе им. С. Орджоникидзе в Минске. До начала серийного выпуска три организации в кооперации на паях изготавливали образцы М-3 для себя: КБ академика С.П. Королева, ВНИИЭМ (акад. А.Г. Иоси­фьян) и Институт математики АН Армянской СССР (акад. С.Н. Мергелян), из которого потом выделился Ереванский институт математических машин. Таким образом, М-3 послужила прообразом для двух промышленных серий ЭВМ - "Минск" (Г.П. Лопато, В.В. Пржиялковский) и "Раздан" (Б.Б. Мелик-Шахназаров). В архитектуре появившихся позже ЭВМ серии "Минск" и других машин, выпускавшихся в Белоруссии и Армении, были заметны "гены" М-1 и М-3. Управляющие машины ВНИИЭМ также имели своей прародительницей М-3, что неоднократно отмечали участники ее разработки Б.М. Каган, В.М. Долкарт. В 1956 г. И. С. Брук выступил на сессии Академии наук СССР по автоматизации с докладом, в котором изложил главные направления промышленного применения вычислительных и управляющих машин. А в 1957 г. он поставил научную проблему "Разработка теории, принципов построения и применения специализированных вычислительных и управляющих машин". Для решения этой проблемы в 1958 г. был создан Институт электронных управляющих машин АН СССР (ИНЭУМ), директором которого стал И. С. Брук. Постановка проблемы содержала систематизированное изложение основных направлений фундаментальных и прикладных исследований в области автоматизации производства и управления объектами с помощью электронных цифровых управляющих машин, создания автоматизированных систем управления, включающих в качестве звена человека-оператора, взаимодействующего с машиной. Заметим, что термин "кибернетика" еще не употреблялся в то время широко в связи с идеологическими гонениями этой "лженауки" в недавнем прошлом. Однако по содержанию проблема, поставленная И. С. Бруком в 1957 г., была направлена на развитие исследований и разработок в СССР именно в области кибернетики. В проблемной записке, составленной группой специалистов под руководством члена-корреспондента АН СССР И. С. Брука и рас­смотренной экспертной комиссией Президиума АН СССР под руководством академика М.В. Келдыша, было показано значение управляющих машин для народного хозяйства, дано обоснование постановки этой проблемы как одной из важнейших, намечены пути применения управляющих и специализированных вычислительных машин в энергетике, машиностроении, металлургии, химическом производстве, а также в планировании и статистике народного хозяйства, приведен перечень научно-исследовательских, экспериментальных и конструкторских работ на ближайшие семь лет. Понятие о специализированных управляющих и вычислительных машинах, сформулированное в записке применительно к компьютерам первого поколения, со временем утратило значение благодаря прогрессу в области электроники. Зато сохранило свое значение и получило развитие, введенное И. С. Бруком понятие "управляющая машина", которая отличается от электронных вычислительных машин характером связи с управляемым объектом, более высокой надежностью, способностью работать в реальном масштабе времени, возможностью реализации" самонастраивающихся" автоматизированных систем управления. Актуальные для России в настоящее время проблемы реформирования отраслей: энергетики (РАО "ЕЭС"), машиностроения (в частности, оборонных отраслей промышленности), управления экономикой страны в рыночных условиях - нуждаются в разработке концепций применения современных управляющих и вычислительных машин, подобных по содержанию проблемной записке И. С. Брука, написанной более 40 лет назад. Проблемная записка И. С. Брука, опубликованная АН СССР в 1958 г., явилась толчком к организации в стране в конце 50-х годов целого ряда НИИ и КБ в народнохозяйственных и оборонных отраслях промышленности, к