Лебедев Сергей Алексеевич. | История ИТ в Украине
Lebedev

Лебедев Сергей Алексеевич.

Сергей Алексеевич Лебедев был создателем первого в континентальной Европе компьютера с хранимой в памяти программой (МЭСМ) и одним из разработчиков первых в мире цифровых электронных вычислительных машин с динамически изменяемой программой вычислений. Под его руководством и при непосредственном участии было создано 18 ЭВМ, причем 15 из них выпускались серийно. Опыт работы Сергея Алексеевича Лебедева уникален, так как он охватывает период от создания первых ламповых компьютеров, выполнявших лишь сотни и тысячи операций в секунду, до сверхбыстродействующих супер-ЭВМ на больших интегральных схемах.

Сергей Лебедев родился 2 ноября 1902 года в Нижнем Новгороде в семье замечательного просветителя Алексея Ивановича Лебедева и Анастасии Петровны, преподавательницы младших классов в народном училище. Отец — Алексей Иванович Лебедев — был известен в России, как автор знаменитой «Азбуки» и «Словаря непонятных слов». Вскоре после революции его пригласил работать в Москву нарком просвещения А. В. Луначарский, и семья Лебедевых переехала в столицу. В 1921 г. 19-летний Сергей сдал экзамены экстерном за среднюю школу и поступил в  Московское высшее техническое училище (МВТУ) им. Н. Э. Баумана на электротехнический факультет.

В 1928 году он получил диплом инженера-электрика МВТУ им. Баумана и остался там преподавать, одновременно занимая должность младшего научного сотрудника Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ). Вскоре он возглавил в нем группу, а затем лабораторию электрических сетей.

В 1933 году совместно с известным ученым П.С.Ждановым он опубликовал монографию «Устойчивость параллельной работы электрических систем», дополненную и переизданную в 1934 г. Еще через год ВАК присвоил ему звание профессора. В 1939 году Лебедев, не будучи кандидатом наук, защитил докторскую диссертацию. В ее основу была положена разработанная им теория искусственной устойчивости энергосистем.

Почти 20 лет проработал Лебедев в Москве, десять из которых он руководил отделом автоматики, занимаясь вопросами моделирования и регулирования энергетических объектов. В начале Великой Отечественной войны в сентябре 1941 года Сергей Алексеевич эвакуировался с ВЭИ в Свердловск. Здесь он в удивительно короткие сроки спроектировал быстро принятую на вооружение систему стабилизации танкового орудия при прицеливании. Эта система сделала танк менее уязвимым и спасла жизнь многим танкистам, так как позволяла наводить и стрелять из орудия без остановки машины. За эту работу Лебедев был награжден орденом Трудового Красного Знамени и медалью «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.»  Для создания системы стабилизации он использовал т.н. аналоговые элементы на электронных лампах.

В 1944-м году – еще шла война - Сергей Алексеевич переехал в Киев, где был избран академиком АН УССР и назначен директором Института энергетики Академии наук Украины.

Об истории переезда в Киев рассказал сын С.А. Лебедева. Оказывается, получив предложение от АН УССР, Лебедев все же сомневался принимать ли его. Тогда жена Лебедева Алиса Григорьевна предложила бросить жребий.  Две свернутые бумажки с надписями «Киев» и «Москва» были опущены в шапку и тщательно перемеша­ны. Выпал Киев.

Получив в свое распоряжение институт, где развивались два мало совместимых научных направления – электротехническое и теплотехническое, новый директор решил их разделить на два института. Сам Лебедев стал директором Института электротехники АН УССР.

Вначале он организовал лабораторию моделирования и регулирования и продолжил свои прежние исследования по разработке устройств компаундирования генераторов электростанций, повышающих устойчивость энергосистем и улучшающих работу электроустановок. В 1950 г. за эти работы совместно с Л.В. Цукерником ему была присуждена Государственная премия СССР за эти работы.

Двоичная система также не осталась вне поля зрения ученого. Если бы не война, то работу над созданием вычислительной машины с использованием двоичной системы счисления ученый начал бы раньше – об этом вспоминали работавшие с ним сотрудники. В то время каких-либо достаточно полных публикаций о двоичной системе счисления и методике операций над двоичными числами не было. Разработанная С.А.Лебедевым методика выполнения арифметических операций в двоичной системе счисления и ранее разработанные численные методы решения математических задач стали теоретической базой для построения цифровой вычислительной машины, задуманной С.А. Лебедевым.

После переезда в Киев, начиная с конца 1948 г., Сергей Алексеевич весь отдается исполнению давно задуманного – созданию электронной цифровой счетной машины. По словам самого Лебедева, в 1948-1949 годах он уже разработал основные принципы их построения. На первом этапе работ новое детище Лебедева получило название Модель электронной счетной машины (МЭСМ). В ноябре 1950 года на МЭСМ уже были выполнены первые расчеты - вычисление суммы нечетного ряда факториала числа и возведение в степень, а в декабре 1951 года МЭСМ была принята Госкомиссией АН СССР в эксплуатацию.

В марте 1950 года Лебедев был по совместительству назначен директором лаборатории №1 в московском Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) АН СССР и начал активную работу над Большой электронной счетной машиной (БЭСМ). В 1952 г. он переехал в Москву, оставив в Киеве начатую по его идее разработку специализированной ЭВМ (СЭСМ) для решения систем алгебраических уравнений. Главным конструктором машины был назначен бывший аспирант Лебедева З.Л. Рабинович.

По воспоминаниям сотрудников, работавших с Сергеем Алексеевичем в Киеве, он был идеальным руководителем. Задуманную работу он представлял до мельчайших подробностей. Достаточно сказать, что он спроектировал будущую МЭСМ сам, привлекая сотрудников только после необходимых разъяснений, что и как сделать.

Он никогда не повышал голос даже на явно провинившихся, относился ко всем исключительно ровно и справедливо. У него не было “любимчиков”, он всегда отмечал даже небольшие успехи своих сотрудников. В процессе отладки машины равных ему не было, он превосходил всех в понимании неполадок и сбоев в машине. У Сергея Алексеевича были свои “методы” определять неисправности с точностью до блока. «Во многих блоках первой БЭСМ в анодной цепи лампы были использованы не сопротивления, а ферритовые трансформаторы, – рассказывает В.С. Бурцев. – Так как эти трансформаторы были изготовлены кустарным способом, они часто выгорали, при этом выделяли едкий специфический запах. Сергей Алексеевич обладал замечательным обонянием и, обнюхивая стойку, с точностью до блока указывал на дефектный блок. Ошибок практически не было».

МЭСМ была выполнена в одном экземпляре. Серийное производство машин, разработанных в ИТМ и ВТ АН СССР, началось через семь лет с 1958 года. Производство БЭСМ не было развернуто раньше, так как Министерство машиностроения и приборостроения СССР не обеспечило поставку необходимых для БЭСМ потенциалоскопов для запоминающего устройства. В результате Лебедеву пришлось использовать память на ртутных трубках, что снизило быстродействие БЭСМ в пять раз. Именно это не позволило БЭСМ стать первой серийной машиной в СССР и самой производительной на то время в мире.

В 1958 году коллектив ИТМ и ВТ под руководством Лебедева разработал и передал в серийное производство две ЭВМ: БЭСМ-2 (модернизированная БЭСМ) и М-20. В БЭСМ-2 было реализовано оперативное запоминающее устройство на ферритных сердечниках, широко применялись полупроводниковые диоды, а также была усовершенствована конструкция (мелкоблочная). На этой машине, уже началось решение важных задач, в частности, рассчитывалась траектория полета ракеты, которая доставила вымпел Советского Союза на Луну. В ЭВМ М-20 впервые была применена автоматическая модификация адреса; совмещение работы арифметического устройства и выборки команд из памяти; использована буферная память для массивов, выдаваемых на печать. Техническое быстродействие машины составляло 20 тыс. операций в секунду.

В 1965 году появилась ЭВМ на полупроводниковых элементах БЭСМ-4, которая имела программную совместимость с ЭВМ М-20.

В 1967 году была принята в серийное производство ЭВМ БЭСМ-6 – первая в СССР супер-ЭВМ второго поколения. БЭСМ-6 имела быстродействие в 1 млн. операций в секунду.

У БЭСМ-6 был магистральный или водопроводный принцип организации управления. С его помощью потоки команд и операндов обрабатывались параллельно (до восьми машинных команд на различных стадиях). В ней была использована ассоциативная память на сверхбыстрых регистрах, что сократило количество обращений к ферритной памяти и позволило осуществить локальную оптимизацию вычислений в динамике счета. У БЭСМ-6 также было расслоение оперативной памяти на автономные модули, что дало возможность одновременно обращаться к блокам памяти по нескольким направлениям. Многопрограммный режим работы позволили решать несколько задач с заданными приоритетами, а аппаратный механизм преобразования математического адреса в физический дал возможность динамически распределять оперативную память в процессе вычислений средствами операционной системы. Для машины был характерен принцип полистовой организации памяти и разработанные на его основе механизмы защиты по числам и командам; развитая система прерывания, необходимая для автоматического перехода с решения одной задачи на другую, обращения к внешним устройствам, контроля их работы. В электронных схемах БЭСМ-6 было использовано 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. полупроводников-диодов. Элементная база БЭСМ-6 по тем временам была совершенно новой, в ней были заложены основы схемо-техники ЭВМ третьего и четвертого поколений.

В 1990-м году один из экземпляров БЭСМ-6 был перевезен в Лондон и установлен в Музее науки как лучший для своего времени в Европе суперкомпьютер.

Среди специализированных ЭВМ, сконструированных в ИТМ и ВТ АН СССР, стоит отметить компьютеры связанные с исследованиями построения противоракетной обороны (ПРО) «Диана-1» и «Диана-2» (1955) (конструктор Бурцев В.С.). Это были машины последовательного действия с коммутируемой программой обработки, имеющие автоматический съем данных с обзорной радиолокационной станции с селекцией объекта от шумов и расчет траектории движения возможной цели.

В 1958 году была создана ЭВМ М-40 с плавающим циклом управления операциями, системой прерываний. Впервые было использовано совмещение операций с обменом, мультиплексный канал обмена, работа в замкнутом контуре управления в качестве управляющего звена, работа с удаленными объектами по радиорелейным дуплексным линиям связи. В М-40 впервые была введена аппаратура хранения времени, применены феррит-транзисторные элементы и фиксированная запятая. Быстродействие М-40 составило 40 тыс. операций в секунду. Несколько лет спустя появилась модификация машины – ЭВМ М-50, рассчитанная на применение в экспериментальной системе ПРО.

Затем в 1963 году вышла ЭВМ 5Э92 (С.А.Лебедев, В.С.Бурцев и др.) с широким применением феррит-транзисторных элементов в низкочастотных устройствах и применением специально разработанной контрольно-регистрирующей аппаратуры с возможностью дистанционной записи информации, поступающей с высокочастотных каналов связи.

Ее модификация 5Э92б, выпущенная в 1965 году, стала одной из первых полностью полупроводниковых ЭВМ. Быстродействие большой машины составляло 500 тыс. операций в секунду, малой машины 37 тыс. операций в секунду. ЭВМ 5Э92б составляла основу Главного командно-вычислительного центра (ГКВЦ) системы противоракетной обороны Советского Союза.

В 1970 году ИТМ и ВТ сдал в эксплуатацию ЭВМ 5Э65 – перевозимый высокопроизводительный вычислительный комплекс специального применения, обеспечивающий проведение исследований в реальном масштабе времени в полевых условиях с высокой степенью достоверности за счет применения памяти с неразрушающим считыванием, полного аппаратного контроля, средств устранения последствий сбоев. Эффективности вычислительного процесса способствовали переменная длина слова и магазинная организация арифметического устройства. С применением комплекса были произведены исследования различных бортовых средств радиоизмерений и радионавигации в атмосфере и космосе.

В 1973 году появилась модификация этой машины ЭВМ 5Э67 – перевозимый многомашинный высокопроизводительный комплекс с общим полем внешней памяти и аппаратно-программными средствами реконфигурации на уровне машин. Он обеспечивал работу в жестких климатических условиях, а также уникальные радиоизмерения движущихся объектов в верхних слоях атмосферы в реальном масштабе времени.

Последней прижизненной разработкой Сергея Алексеевича Лебедева, которую он успел запустить в серийное производство, стала первая мобильная многопроцессорная высокопроизводительная структура с модульной памятью ЭВМ 5Э26 (С.А.Лебедев, В.С.Бурцев, Е.А.Кривошеев и др.). Она  легко адаптировалась к различным требованиям по производительности и памяти в системах управления специального назначения. Это была первая машина с автоматическим резервированием на уровне модулей, которая обеспечивала восстановление вычислительного процесса при сбоях и отказах аппаратуры в системах управления. Она также  работала в реальном времени, была снабжена развитым математическим обеспечением, эффективной системой автоматизации программирования и возможностью работы с языками высокого уровня. В ЭВМ 5Э26 была реализована энергонезависимая память команд на микробиаксах с возможностью электрической перезаписи информации внешней аппаратурой записи и введена эффективная система эксплуатации с двухуровневой локализацией неисправной ячейки, обеспечивающая эффективность восстановления аппаратуры среднетехническим персоналом.

Опыт создания ЭВМ 5Э26 послужил базой для конструирования семейства супер-ЭВМ «Эльбрус». Название было предложено Лебедевым. Появление "Эльбруса" завершило создание ПРО СССР, однако сам он уже не успел принять участие в их создании.

Сергей Алексеевич Лебедев скончался 3 июля 1974 года в Москве.

В год 95-летия со дня рождения С.А. Лебедева заслуги ученого признали и за рубежом. Как пионер вычислительной техники, он был отмечен именной медалью Международного компьютерного общества с надписью: "Сергей Алексеевич Лебедев 1902–1974. Разработчик и конструктор первого компьютера в Советском Союзе. Основоположник советского компьютеростроения".