« Курс «История информатики»

Лекция 1. Введение. ...»

Само по себе появление вычислительной техники в середине 20-го века не вызывает особого удивления. Оно было результатом развития человеческого знания, результатом общего прогресса науки и техники, которым был щедро отмечен прошлый век. Но то, что произошло с компьютерами и всем их информационным окружением в последней четверти 20-го века, действительно, похоже на чудо.

Научная и инженерная мысль с давних пор приносили людям всё новые и новые возможности, которые меняли условия их существования и самый стиль их жизни. Изобретение паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, электродвигателя позволило механизировать практически все трудоемкие работы и создать удобные и быстрые виды транспорта. Изобретение телефона и радио обеспечило оперативную связь, независимо от расстояния между абонентами.

Изобретение электронных вычислительных машин (ЭВМ), которые мы сейчас называем компьютерами, играет особую роль в истории. Это изобретение совпадает по времени с серединой 20-го века. До этого момента все человеческие изобретения, в том числе самые выдающиеся и полезные, служили для механизации или автоматизации работ, связанных с физическими процессами. С появлением ЭВМ (а затем – и других средств информатики) впервые возникает возможность автоматизации умственной работы и, в каком-то смысле, даже творческой деятельности человека.

Первые счетные машины

В средние века, по мере развития математики и роста объема необходимых вычислений, возникает стремление упростить и облегчить вычислительные работы.

Первая механическая вычислительная машина была создана в 1623–1624 гг. профессором Тюбингенского университета Вильгельмом Шиккардом (1592–1636). Эта машина была десятичной, 6-разрядной. Каждый разряд имел соответствующее зубчатое (счетное) колесо с 10 зубьями, а также однозубое колесо для передачи переноса в старший разряд. В. Шиккард смог изготовить только два экземпляра своей машины, но они не сохранились и были забыты в дальнейшем.

В 1645 году молодой французский математик Блез Паскаль (1623–1662) построил “арифметическую машину” (так он называл свою счетную машину). Эта десятичная

8-разрядная машина, в отличие от машины Шиккарда, была снабжена оригинальным эффективным механизмом переноса, изобретенным Паскалем. Машина Паскаля имела большой успех. Он демонстрировал её при дворе и получил поддержку. В частности, ему было разрешено производить и продавать свои машины. С 1646 по 1652 год он построил около 50 машин. Некоторые из них сохранились до наших дней. Машина Паскаля вызвала к жизни целый ряд изобретений в области вычислительной техники.

Блез Паскаль был не только математиком и изобретателем счетных машин. Он был также незаурядным физиком и философом. Современники называли его “французским Архимедом”. В наши дни имя Паскаля увековечено в названии языка программирования паскаль.

Важную роль в истории вычислительной техники сыграла машина Лейбница. Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646–1716) – великий немецкий философ, ученый-энциклопедист, один из создателей дифференциального и интегрального исчислений, дипломат, государственный деятель. Лейбниц оказал решающее влияние на развитие европейской науки. Арифметическая машина, которую он построил в 1672 году, была первым в мире арифмометром, то есть машиной, выполняющей все четыре арифметические действия. Умножение и деление оказалось возможным благодаря “ступенчатому валику”, который изобрел Лейбниц. Эта идея оказалась весьма плодотворной: в дальнейшем на принципе ступенчатого валика было построено большинство арифмометров.

Чарльз Бэббидж

Все изобретатели 17-го и 18-го веков строили машины для выполнения арифметических действий, которые мы бы сейчас отнесли к так называемым калькуляторам. Первая попытка создания универсальной цифровой вычислительной машины, которая по праву может считаться прототипом современных ЭВМ, принадлежит англичанину Чарльзу Бэббиджу (1791–1871). Идея построить вычислительную машину для расчета таблиц возникла у него в 1812 году. С этого момента она не оставляла ученого и была главным предметом его научных изысканий на протяжении всей его жизни. Приблизительно через 10 лет Ч. Бэббидж изготовил действующую модель машины, которая позволяла вычислять значения полиномов второй степени с точностью до 8 десятичных знаков, и сообщил о ней членам Астрономического общества. Эту машину Бэббидж назвал разностной машиной. Действующая модель этого вычислителя содержала 96 зубчатых колес. В отличие от счетных машин Б. Паскаля и Г.В. Лейбница в разностной машине не требовалось вмешательства человека при переходе к расчету следующего значения функции. В этом был шаг вперед в развитии вычислительной техники, но не это определяло значение трудов Бэббиджа, который по праву считается основоположником принципа программного управления и “запоминаемой программы”.

В 1822 году Бэббидж предлагает проект разностной машины, которая должна вычислять значения полиномов до 7-й степени с точностью до двадцати значащих цифр и печатать результаты вычислений на бумаге. Работа над этой машиной субсидировалась Казначейством, заинтересованным в создании астрономических и морских таблиц. Однако этот проект не был завершен. Не только из-за отсутствия достаточных средств, но, главным образом, по той причине, что Бэббиджем овладела новая идея: создать аналитическую машину или, в переводе на современный язык, универсальную вычислительную машину, способную выполнять вычислительные алгоритмы любой сложности. Бэббидж разработал проект такой машины. Согласно этому проекту аналитическая машина должна была состоять из следующих узлов:

– устройства для хранения чисел на регистрах из зубчатых колес (в современной терминологии это – память);

– устройства, способного выполнять арифметические действия над числами (которое Бэббидж назвал мельницей), т. е. арифметического устройства;

– устройства, управляющего последовательностью действий машины,– в нашей терминологии устройства управления;

– устройства для ввода исходных данных и печати результатов, иначе – устройства ввода-вывода.

Последовательность операций и последовательность передач чисел из памяти в мельницу и обратно, т. е. программа, должна была специальным образом задаваться на перфорированных картах Жаккара, которые еще в конце 18-го века использовались для управления ткацкими станками. На этих картах предполагалось пробивать исходные данные. Карты программы могли двигаться в прямом и обратном направлении в зависимости от знака результата на арифметическом устройстве. Тем самым открывалась возможность менять программу в зависимости от результатов вычислений (условный переход). Этот принцип изменения программы вычислений в зависимости от промежуточных результатов является гениальным открытием, принадлежащим Бэббиджу, и является главным свойством, отличающим универсальные вычислительные машины от иных вычислительных устройств. Именно это открывает возможность использовать вычислительные машины как инструмент аналитических исследований. Бэббидж не только высказал этот принцип, но и понял огромное его значение.

Бэббидж предполагал, что запоминающее устройство должно содержать около 1000

50-разрядных чисел с тем, чтобы иметь достаточный запас точности и емкости. Скорость выполнения операции сложения в аналитической машине по расчетам изобретателя должна была составлять около одной секунды, умножения и деления – около одной минуты.

В середине 19-го века, при том уровне состояния техники, грандиозный проект создания аналитической машины, наверное, трудно было бы реализовать, однако эта работа была доведена Бэббиджем до инженерного проекта.

Для того, чтобы описывать сложные логические связи между узлами и механическими элементами аналитической машины, Бэббидж придумал некоторую знаковую систему, некоторый язык, позволявший компактно записывать эти взаимосвязи. Необходимость разработки такого аппарата диктовалось существом дела – немыслимо было пытаться по чертежам проверять логику работы такой сложной установки. Бэббидж широко пользовался этой мнемоникой. Правда, она была жестко связана с такими понятиями как “храповик”, “зубчатая рейка” и т. д.

Чтобы заставить аналитическую машину выполнять нужные вычисления, необходимо было составить для нее программу – последовательность команд арифметического устройства, команд, управляющих пересылками информации между мельницей и запоминающими регистрами, и команд, управляющих движением перфокарт Жаккара в зависимости от полученного знака результата (в нашей терминологии, команд условного перехода). Случилось так, что эту работу блестяще выполнила, заинтересовавшись проектом Бэббиджа, молодая женщина, обладавшая блестящими математическими способностями и широким кругозором. Это была графиня Ада Августа Лавлейс (дочь поэта Джорджа Гордона Байрона). Леди Лавлейс исследовала возможности использования аналитической машины для выполнения сложных вычислений. Она проанализировала и разработала первые программы, доказав тем самым универсальные возможности вычислительной машины. Это дает основание называть эту замечательную женщину первым программистом в мире. В честь Ады Лавлейс в наше время был назван язык программирования ада.

В 1973 году наши программисты провели отладку на машине БЭСМ-6 программы для вычисления чисел Бернулли, составленной леди Лавлейс в 1843 году. Была обнаружена всего одна ошибка, хотя обычный уровень ошибок при написании программ такой сложности более высок.

Идеи Бэббиджа намного опередили свое время. В течение почти 80 лет после опубликования работ, касающихся его аналитической машины, поднятый им вопрос об автоматизации вычислительных процессов почти не сдвинулся с места. Интерес к этим работам возобновился лишь во второй половине 30-х годов прошлого века. Это было результатом, с одной стороны, важных научных и технологических достижений, а с другой – необходимости решать все более сложные научно-технические и оборонные задачи.

Электромеханические вычислительные машины

В конце 19-го века на смену зубчатым колесам приходят электромеханические устройства. Американец Герман Холлерит разрабатывает и организует серийное производство весьма удачного комплекса счетно-аналитических машин, где в качестве основного носителя информации использовались перфокарты, сыгравшие важную роль в истории вычислительной техники. Перфораторы и табуляторы Холлерита имели большой успех и применялись в разных странах (в том числе, в СССР) вплоть до 40-х годов 20-го века.

Электромеханический этап развития вычислительной техники продолжили релейные вычислительные машины. В 30-е и 40-е годы 20-го столетия был создан ряд удачных релейных машин. Наконец, в 1946 году в США была построена первая электронная цифровая вычислительная машина ЭНИАК.

В 30-е годы 20-го века происходит развитие и совершенствование счетно-аналитической техники. Наряду с табуляторами фирма ИБМ (США) начинает серийный выпуск множительных перфораторов (для сложения, вычитания и умножения) и вычислительных перфораторов (для выполнения четырех арифметических действий). Разрабатываются ленточные перфораторы, вводные устройства для автоматической записи показаний различных приборов, итоговые перфораторы и т. п. Во второй половине 30-х годов в Германии и США начинается работа над проектами универсальных вычислительных машин с программным управлением для выполнения сложных расчетов. Первая такая машина была создана германским инженером Конрадом Цузе в 1941 г. (машина Z-3). Конрад Цузе вел работы над проектами автоматических вычислительных машин с 1935 г.

В 1939 г. Говард Айкен (Гарвардский университет, США) возглавил работу над проектом релейной машины МАРК-1 и в 1944 г. завершил эту разработку. В машине МАРК-1 для хранения чисел использовались механические элементы, а для управления – реле. Программа вводилась с помощью перфоленты. Сложение и вычитание выполнялись за 0,3 сек, умножение за 5,7 сек, деление за 15,3 сек.

С 1938 г. работу над автоматическими цифровыми машинами на контактных реле ведет Дж. Стибиц (фирма “Белл”, США). Результатом работ явилось создание нескольких специализированных машин (Белл-I, 1939 г.; Белл-II, 1943 г.; Белл-III, 1944 г.) и мощной универсальной релейной машины Белл-V, которая содержала 9000 реле. Эта машина была закончена в 1946 г., уже после постройки первой электронной цифровой вычислительной машины.

Дальнейшее развитие

Развитие вычислительной техники протекало в двух направлениях и представлено машинами двух принципиально различных классов: машинами непрерывного и машинами дискретного действия.

В машинах непрерывного действия, о которых мы уже говорили в Лекции 2, математические переменные изображаются физическими величинами (изменяющимися углами поворота, длинами, скоростями, электрическими напряжениями и т. п.). Простейшими машинами непрерывного действия являются логарифмическая линейка, планиметр, интегратор.

Основой для создания машин непрерывного действия явился метод моделирования. Если два процесса различной физической природы описываются одинаковыми математическими выражениями, то любой из них можно считать моделью другого, всякий реальный процесс можно считать моделью тех математических формул, которые являются его описанием.

Важнейшим видом машин непрерывного действия являются электронные интеграторы, предназначенные для решения систем дифференциальных уравнений. Конструктивно машины непрерывного действия состоят из отдельных блоков, предназначенных для выполнения различных математических операций и для моделирования математических функций. Для решения задачи необходимые блоки, из числа имеющихся в комплекте машины, соединяются между собой тем или иным способом, зависящим от характера задачи.

Таким образом, сложность задачи, поддающейся решению на машине непрерывного действия, ограничена наличным комплектом ее оборудования. Точность результатов решения обусловлена качеством элементов, из которых построена машина непрерывного действия, и сравнительно невелика (три–четыре верных значащих цифры). Повышение точности решения наталкивается на существенные технологические и эксплуатационные трудности. Несмотря на перечисленные недостатки, машины непрерывного действия обладают ценной особенностью: их можно сочетать с реальной аппаратурой, заменяя, таким образом, натурные испытания этой аппаратуры лабораторными (например, электронная машина непрерывного действия, моделирующая сигналы, вырабатываемые приборами самолета, может быть применена для испытаний автопилота).

В машинах дискретного действия принят цифровой способ представления чисел, откуда и происходит их название – цифровые машины. Для изображения каждой цифры применяется какой-либо прибор (элемент машины), которому свойственно несколько устойчивых состояний, резко разграниченных между собой (обычно – два состояния).

Каждому состоянию элемента поставлена в соответствие определенная цифра. Первые цифровые вычислительные машины появились в глубокой древности (например, абак древних греков). Широко известны конторские счеты, арифмометры и ручные электрифицированные счетно-клавишные машины.

При создании цифровой вычислительной машины всегда можно предусмотреть сколь угодно высокую точность её работы, что достигается использованием достаточного количества элементов, изображающих разряды чисел. При этом высокие требования к точности изготовления и стабильности работы элементов не предъявляются, так что из сравнительно грубых элементов можно построить цифровые машины, обеспечивающие высокую точность вычислений.

Арифмометры и ручные счетно-клавишные машины выполняют только арифметические операции. Однако разработанные к настоящему времени численные методы математики позволяют с помощью таких “арифметических” машин решать самые разнообразные математические задачи. Другими словами, в отличие от машин непрерывного действия, цифровые машины могут быть практически универсальными.

Электронные вычислительные машины

В сороковых годах 20-го века появилась принципиально новая разновидность цифровых машин – электронные цифровые программно-управляемые машины.

В 1918 г. М.А. Бонч-Бруевич (Россия) и в 1919 г., независимо от него, англичане У. Икклз и Ф. Джордан изобретают триггер (схему с двумя устойчивыми состояниями) на электронных лампах. По мнению С. Лилли, “в любое время после 1919 г. можно было бы создать практически действующую электронную счетную машину”. Теоретически это верно, однако на практике дело обстояло значительно сложнее. Необходимо было повысить надежность ламп и получить опыт проектирования устройств с большим числом ламп (в достаточно мощной ЭВМ количество ламп должно было составить несколько тысяч). В 20–30-е годы улучшаются характеристики электронных ламп, создаются новые типы ламп (тетроды, пентоды, комбинированные лампы и т. п.), развивается теория электронных цепей. В 30-е годы зарождаются телевидение и радиолокация, развивается электронная контрольно-измерительная техника. Электронные лампы впервые начинают применяться для выполнения счетных операций (в приборах ядерной физики для счета заряженных частиц). Первые электронные счетчики для данных целей были разработаны в 1931–1932 гг. С. Винн-Вильямсом (Великобритания).

Первый проект электронной вычислительной машины был разработан Джоном Атанасовым (США) в 1939 г. Постройка машины велась Атанасовым и его единственным помощником Клиффордом Берри в 1939–1941 гг., но осталась незавершенной из-за вступления США в войну и перехода Атанасова на исследовательскую работу военного назначения. В 1940 г. с работой Атанасова над ЭВМ знакомится Джон Мочли, который в 1942 г. предлагает свой проект, существенно отличающийся от проекта Атанасова. В 1943 г. возможностями выполнения расчетов на ЭВМ заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США, и в том же году под руководством Дж. Мочли и Дж. Эккерта началась постройка машины. В 1945 г. машина ЭНИАК была введена в действие, а в феврале 1946 г. проект был рассекречен, и состоялась первая публичная демонстрация работы этой машины. По сравнению с упомянутыми выше релейными вычислительными машинами в машине ЭНИАК была достигнута приблизительно в 1000 раз более высокая скорость выполнения операций.

В 1946 г. выдающийся американский математик Джон фон Нейман, на основе критического анализа конструкции машины ЭНИАК, предложил ряд новых идей организации ЭВМ, в том числе концепцию хранимой программы, т. е. хранения программы в запоминающем устройстве (в ЭНИАК программа задавалась штеккерным методом, т. е. коммутацией блоков машины в определенной последовательности). В результате реализации идей Неймана была создана структура машин, во многих чертах сохранившаяся до настоящего времени. Первая ЭВМ с хранимой программой была создана в Великобритании в 1949 г. (машина ЭДСАК, конструктор Морис Уилкс). В 1951 г. в США начался серийный выпуск ЭВМ с хранимой программой (машина УНИВАК, проект Дж. Эккерта и Дж. Мочли).

Наряду с применением электронных приборов и элементов, обеспечивающих небывалую до сих пор быстроту выполнения операций, а также записи в запоминающее устройство и считывания из него чисел, для электронных цифровых вычислительных машин характерна полная автоматизация вычислительного процесса, исключающая участие в нем человека.

В программно-управляемой машине вычислительный процесс выполняется в соответствии с последовательностью команд, которые вводятся в запоминающее устройство машины вместе с исходными данными. Такие последовательности команд называются программами. Программы кодируются с помощью чисел, что позволяет подвергать их команды математическим операциям и, таким образом, автоматически видоизменять. Кроме того, программно-управляемые машины позволяют предусматривать в программах изменение порядка выполнения команд в зависимости от промежуточных результатов вычислений.

Как мы уже отметили, основные принципы построения архитектуры современных вычислительных машин были сформулированы Джоном фон Нейманом. Перечислим кратко принципы фон-Неймановской архитектуры:

1. Принцип программного управления.

2. Принцип условного перехода.

3. Принцип хранимой программы.

4. Использование двоичной системы счисления.

5. Использование иерархической памяти.

Перечисленные особенности электронных программно-управляемых машин позволили расширить область их применений далеко за первоначально намеченные рамки сверхбыстрых вычислений.

Вопросы

1. Какие направления автоматизации впервые стали возможны благодаря появлению ЭВМ?
2. Когда была создана первая механическая вычислительная машина?
3. Как была устроена вычислительная машина Шиккарда?
4. Сколько экземпляров своей машины смог изготовить Шиккард?
5. Когда Блез Паскаль построил свою арифметическую машину?
6. Каковы особенности машины Паскаля, её отличия от машины Шиккарда?
7. Сколько экземпляров своей машины построил Паскаль?
8. Кто и когда построил первый в мире арифмометр?
9. Какое изобретение Лейбница позволило выполнять механически умножение и деление?
10. Кого принято считать создателем первой универсальной вычислительной машины, прототипа современных компьютеров?
11. Сколько лет своей жизни Ч. Бэббидж посвятил идее вычислительной машины?
12. Что могла делать действующая модель машины Бэббиджа, о которой он сообщил членам Астрономического общества?
13. Чем принципиально отличалась машина Бэббиджа от её предшественниц?
14. Какая особенность устройства аналитической машины Беббиджа позволила выполнять вычислительные алгоритмы любой сложности?
15. Что является главным свойством, отличающим универсальные вычислительные машины от других вычислительных устройств?
16. Для каких целей Бэббидж придумал специальную знаковую систему, которую можно назвать языком?
17. Каким образом леди Лавлейс доказала универсальные возможности аналитической машины?
18. Кого признали первым программистом в мире?
19. Что сделано для увековечения заслуг первого в мире программиста?
20. В каких странах выполнялись проекты компьютеров в 30-х годах 20-го века?
21. Автор компьютера, созданного в 1941 году в Германии?

22) В какие годы выполнялся проект МАРК-1 в США?

23) Назовите релейные машины фирмы Белл (Дж. Стибиц).

24) В какие годы развивался проект машины Дж. Атанасова?

25) Назовите конструкторов машины ЭНИАК.

26) Какая производительность была достигнута на машине ЭНИАК?

27) Каким способом задавалась программа в машине ЭНИАК?

28) Когда и где была реализована первая ЭВМ с хранимой программой?

29) Кто был конструктором первой ЭВМ с хранимой программой?

30) Перечислите пять принципов фон-Неймановской архитектуры.

Лекция 5

Первые советские ЭВМ

Несмотря на то, что исследования в области электронной вычислительной техники в СССР были начаты позже, чем в США и Великобритании, в сжатые сроки здесь был выполнен ряд проектов цифровых ЭВМ. Первые проекты были предложены в 1948 г. С.А. Лебедевым, И.С. Бруком и Б.И. Рамеевым.

С.А. Лебедев

Сергей Алексеевич Лебедев родился 2 ноября 1902 года в Нижнем Новгороде. В 1921 г. Сергей Лебедев поступает в Московское высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (МВТУ), на электротехнический факультет, где специализируется в области техники высоких напряжений. В 1928 году он становится преподавателем МВТУ и одновременно – сотрудником Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ), где организует лабораторию, в которой разрабатывались проблемы устойчивости и регулирования мощных энергосистем. В 30-м начинает преподавать основы электротехники в только что организованном Московском энергетическом институте (МЭИ), разрабатывает и читает новый курс “Устойчивость параллельной работы электрических систем”, который затем вводится и в других энергетических вузах страны.

В 1935 г. Лебедев получает звание профессора по специальности “электрические станции и сети”. В 1936 году он возглавляет отдел автоматики ВЭИ. На основе разработанной им теории искусственной устойчивости защищает докторскую диссертацию (1939 г.). В 1939–1940 гг. руководит расчетом режимов работы магистральных линий электропередачи от подготавливаемого к строительству Куйбышевского гидроузла.

Уже тогда Лебедев чувствовал, что назревает необходимость автоматизации научных исследований и математических расчетов. Ходит легенда о том, что в 38-м году Лебедев подал докладную записку в правительственные инстанции о возможности создания вычислительной машины быстродействием 1000 операций в секунду, на что требуется 50 тыс. рублей, и будто бы ему, восприняв предложение как химеру, с юмором ответили, что такая машина не нужна, так как на ней будут сосчитаны за год все необходимые задачи, и она начнет простаивать.

В 41-м, вместе с Институтом, Лебедев эвакуируется в Свердловск. Возглавляемый им отдел переключается на выполнение работ по оборонной тематике. Во время войны С.А. Лебедев разработал систему стабилизации танкового орудия при прицеливании, принятую на вооружение, аналоговую систему автоматического самонаведения на цель авиационной торпеды и т. д.

После возвращения в 43-м в Москву, он работает над созданием специализированной аналоговой вычислительной машины для решения систем дифференциальных уравнений, которые часто встречаются в задачах, связанных с энергетикой. Такая электронная АВМ была создана под его руководством в 1945 г.

В этом же году Лебедев избран действительным членом Академии наук Украины, а в 46-м переезжает в Киев и с 1947-го по 1951-й год возглавляет Институт электротехники АН УССР.

Начиная с 1948 г. С.А. Лебедев полностью посвящает себя созданию ЭВМ. Впоследствии (в 1957 году) он писал:

Быстродействующими электронными счетными машинами я начал заниматься в конце 1948 г. В 1948–1949 гг. мной были разработаны основные принципы построения подобных машин. Учитывая их исключительное значение для нашего народного хозяйства, а также отсутствие в Союзе какого-либо опыта их постройки и эксплуатации, я принял решение как можно быстрее создать малую электронную счетную машину, на которой можно было бы исследовать основные принципы построения, проверить методику решения отдельных задач и накопить эксплуатационный опыт. В связи с этим было намечено первоначально создать действующий макет машины с последующим его переводом в малую электронную счетную машину. Разработка основных элементов была проведена в 1948 г. К концу 1949 г. были разработаны общая компоновка машины и принципиальные схемы её блоков. В первой половине 1950 г. изготовили отдельные блоки и приступили к их отладке во взаимосвязи; к концу 1950 г. отладка созданного макета была закончена. Действующий макет успешно демонстрировался комиссии.

Сокращение МЭСМ вначале рассматривалось как “Макет” или “Модель”, но в процессе работы приобрело смысл “Малая Электронная Вычислительная Машина. Функциональная схема МЭСМ в сущности соответствовала всем принципам фон Неймана. Она была универсальной ЭВМ с хранимой программой, система команд машины включала команду условного перехода, вычисления велись в двоичной системе счисления. Иерархия запоминающих устройств включала ОЗУ на триггерных регистрах для хранения 63 команд и 31 числа. Постоянные неизменяемые части программы и константы набирались на штеккерном ЗУ. Кроме того, была предусмотрена возможность подключения магнитного барабана.

В 1952 г. на первой советской электронной вычислительной машине МЭСМ решались важнейшие научно-технические задачи из области термоядерных процессов, космических полетов и ракетной техники, механики, статистического контроля качества и т. д. Эта машина была разработана и изготовлена одновременно и независимо от аналогичных работ, которые велись в США и Европе. Такова была обстановка секретности, в которой появились в разных странах первые ЭВМ.

В марте 1950 г. С.А. Лебедев был отозван в Москву и назначен заведующим лабораторией Института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ). Первой ЭВМ, разработанной под руководством С.А. Лебедева в ИТМ и ВТ, была машина параллельного действия БЭСМ-1 (8–10 тыс. оп/с). Она, в сущности, послужила основой для создания всех последующих ЭВМ в СССР. Возможности, предоставляемые набором операций БЭСМ-1 (в первую очередь – операциями над числами “с плавающей запятой”) позволяли решать сложные научные и производственные задачи.

В I квартале 1953 г. БЭСМ была налажена, а в апреле 1953 г. принята Государственной комиссией в эксплуатацию. В 1955 г. С.А. Лебедев на международной конференции в Дармштадте представил доклад о машине БЭСМ, который произвел сенсацию.

В 1953 г. С.А. Лебедев был назначен директором ИТМ и ВТ и избран действительным членом АН СССР. В течение 20 лет, с 1953 г., С.А. Лебедев возглавлял в Москве институт, который сейчас носит его имя. Здесь им были созданы деятельный коллектив и научная школа по разработке самых быстродействующих машин. Это направление Лебедев считал главным в развитии вычислительной техники.

В 1955 г. С.А. Лебедев начал разработку машины М-20 (цифра в названии указывала на ожидаемое быстродействие – 20 тыс. оп/с). Такой скорости вычислений тогда не имела ни одна машина в мире. Машина М-20 имела новые важные структурные особенности – частичное совмещение операций, аппаратную организацию циклов, параллельную работу процессора и устройства вывода информации на печать. В 1958 г. Государственная комиссия приняла машину М-20 и рекомендовала её в серийное производство.

Выдающимся достижением Лебедева и возглавляемого им коллектива разработчиков в ИТМ и ВТ стало создание универсальной быстродействующей машины БЭСМ-6 (1967), которая по производительности (1 млн. оп/с) превосходила более чем на порядок все ЭВМ, разработанные до этого в СССР. Такая производительность машины определялась как применением высокочастотных полупроводниковых элементов, так и новой развитой структурой, к основным достоинствам которой относятся глубокое совмещение работы всех внутренних и внешних устройств и организация конвейерной обработки команд. Без преувеличения можно сказать, что многие новые принципы, положенные в основу серийной машины БЭСМ-6, предвосхитили то, что сейчас считается характерным для высокопроизводительных вычислительных систем следующих поколений.

Разработка БЭСМ-6 была завершена в 1967 г., серийный выпуск продолжался 17 лет, что является рекордом среди машин этого класса и подтверждает удачность выбора архитектуры и сочетания параметров. К началу серийного производства БЭСМ-6 была одной из лучших ЭВМ не только в СССР, но и в мире.

Развитию научной школы С.А. Лебедева в значительной мере способствовали его своевременные публикации и выступления на научных конференциях, его активная работа с аспирантами и студентами МЭИ, МФТИ, МГУ и других вузов Москвы.

Сергей Алексеевич Лебедев умер 3 июля 1974 г. в Москве.

Талантливый инженер, выдающийся ученый и организатор науки, С.А. Лебедев внес основополагающий вклад в становление и развитие вычислительной техники в нашей стране.

Имя С.А. Лебедева и значимость его научной, организаторской, педагогической и общественной деятельности сопоставимы с именами и значимостью деятельности И.В. Курчатова, С.П. Королева, М.В. Келдыша в области атомной энергии и освоения космического пространства. Успехи в этих важнейших сферах научно-технического прогресса непосредственно связаны с использованием высокопроизводительных вычислительных машин и систем, разработанных под руководством Лебедева.

Выдающиеся заслуги С.А. Лебедева получили высокое международное признание. В 1996 году одна из наиболее авторитетных профессиональных организаций – IEEE Computer Society наградила С.А. Лебедева самой престижной в компьютерном мире наградой – медалью “Computer Pioneer”. Надпись на обороте этой медали гласит: “Компьютерное общество признало Сергея Алексеевича Лебедева основоположником советской компьютерной промышленности”.

И.С. Брук

Исаак Семенович Брук родился 8 ноября 1902 г. в Минске. В 1920 г. он окончил реальное училище, а в 1925 г. – электротехнический факультет МВТУ им. Н.Э. Баумана.

Ещё 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 (ВЭИ), где он получил большой практический опыт: участвовал в разработке новой серии асинхронных двигателей, выезжал в Донбасс для налаживания параллельной работы электростанций.

В 1930 г. Брук переехал в Харьков, где на одном из заводов под его руководством были разработаны и построены несколько электрических машин новой конструкции. В 1935 г. он возвратился в Москву и поступил на работу в Энергетический институт АН СССР.

В организованной им лаборатории электросистем он разворачивает исследования по расчету режимов мощных энергосистем. Для моделирования сложных электросетей в лаборатории создается расчетный стол переменного тока – своеобразное специализированное вычислительное устройство. За эти работы в мае 1936 г. Бруку была присвоена ученая степень кандидата технических наук, а в октябре того же года он защитил докторскую диссертацию на тему “Продольная компенсация линий электропередач”.

В 1939 году, на одном из заседаний Президиума Академии наук СССР, был заслушан доклад тридцатисемилетнего доктора технических наук Исаака Семеновича Брука о механическом интеграторе, позволяющем решать дифференциальные уравнения до 6-го порядка, созданном под его руководством. Доклад вызвал большой интерес, – подобных вычислительных машин в СССР еще не было. Ученый решил сложную техническую задачу, – одних зубчатых колес в интеграторе имелось более тысячи! По современной классификации механический интегратор И.С. Брука – аналоговая вычислительная машина.

В том же году Брука избрали членом-корреспондентом АН СССР.

В годы Великой Отечественной войны И.С. Брук продолжал эти исследования. Но он также успешно работал над системами управления зенитным огнем, изобрел синхронизатор авиационной пушки, который позволил стрелять через вращающийся пропеллер самолета.

Интерес к автоматизации вычислений возник у И.С. Брука не случайно. Решая задачи в области электроэнергетики с помощью аналоговой вычислительной техники, он, как и С.А. Лебедев, пришел к выводу о необходимости создания цифровых вычислительных машин для обеспечения достаточно высокой точности сложных расчетов.

Схожесть биографий этих двух замечательных ученых поразительна! Оба родились в один год, учились в одном институте, “становились на ноги” как ученые в одной научной организации, оба занимались вопросами энергетики, от неё шли к вычислительной технике, оба стали руководителями ведущих научных школ в области цифровых вычислительных машин.

И.С. Брук первым в СССР (совместно с Б.И. Рамеевым) разработал проект цифровой электронной вычислительной машины с жёстким программным управлением (август 1948 г.). В это время машина подобного типа имелась лишь в США (ЭНИАК, 1946 г.).

И.С. Брук первым выдвинул и осуществил идею создания малых вычислительных машин для использования в научных лабораториях. 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.

Впоследствии М.А. Карцев вспоминал:

Первые задачи, которые решались на машине М-1, ставились академиком Сергеем Львовичем Соболевым. В то время он был заместителем по научной работе у академика Курчатова. На это чудо техники, которое давало 15–20 (не тысяч, не миллионов), а 15–20 операций в секунду над 23-разрядными числами и имело память емкостью в 256 слов, приезжали смотреть и президент Академии наук СССР А.Н. Несмеянов, и многие видные советские учёные и государственные деятели.

В 1952 г. лабораторией И.С. Брука была реализована машина М-2. Её 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 электроннолучевые трубки в качестве элементов запоминающего устройства и полупроводниковые диоды в логических схемах, что значительно сократило число электронных ламп, потребляемую мощность и стоимость.

Летом 1953 г. была введена в эксплуатацию машина М-2. На ней проводились расчеты для Института атомной энергии и многих других научных и промышленных организаций. В то время в СССР такие задачи можно было решать только на трёх машинах – БЭСМ,

М-2 и “Стрела”.

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”, который, конечно, не исчерпывал всех свойств малых ЭВМ. Первым решением задачи создания малых ЭВМ, поставленной И.С. Бруком, была разработка М-3, проведенная Лабораторией управляющих машин и систем АН СССР и НИИЭП 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 кв. м.

Машина М-3 предназначалась для проектных и исследовательских институтов и выпускалась серийно в Минске. М-3 послужила прототипом для двух промышленных серий ЭВМ – “Минск” и “Раздан”. В появившихся позже ЭВМ “Минск-2”, “Минск-3” и других машинах, выпускавшихся в Белоруссии и Армении, а также в первых венгерских и китайских ЭВМ были заметны гены М-1 и М-3.

В 1957 г. И.С. Брук сформулировал научную проблему “Разработка теории, принципов построения и применения электронных управляющих машин”. Для её решения 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 систем управления, включающих в качестве звена человека-оператора, взаимодействующего с машиной, решения задач управления объектами.

В 1957 г. в ИНЭУМ коллектив, руководимый М.А. Карцевым, начал разработку электронной управляющей машины М-4, одной из первых транзисторных машин, предназначенных для управления в реальном масштабе времени экспериментальным комплексом радиолокационных станций.

Другой разработкой ИНЭУМ, выполненной под руководством И.С. Брука, была управляющая машина М-7. Эта машина предназначалась для систем управления мощными теплоэнергетическими блоками электростанций. Она выполняла функции поддержания нормальных режимов работы энергоблока. Ориентация архитектуры машины на ожидаемые алгоритмы задач позволила выбрать технические решения, наилучшим образом отвечающие требованиям по быстродействию и надежности.

Вклад И.С. Брука в развитие отечественной вычислительной техники не был в достаточной степени оценен при его жизни. Ученики и коллеги И.С. Брука (Б.И. Рамеев, Н.Я. Матюхин, М.А. Карцев, Г.П. Лопато, Б.Н. Наумов), продолжая традиции его школы, создали свои коллективы и научные школы, сыгравшие значительную роль в становлении и развитии отечественной вычислительной техники.

6 октября 1974 г., спустя три месяца и три дня после смерти Сергея Алексеевича Лебедева, не стало и Исаака Семеновича Брука.

Б.И. Рамеев

В истории отечественной вычислительной техники Башир Искандарович Рамеев (1918–1994) был одним из самых выдающихся конструкторов. В юности, работая в Москве, в научно-исследовательском институте, которым руководил А.И. Берг (НИИ 108), Рамеев сделал несколько изобретений в области радиолокационной техники. В 1947 году Рамеев заинтересовался цифровой вычислительной техникой и познакомился с И.С Бруком. В мае 1948 года Башира Искандаровича зачислили инженером-конструктором в лабораторию Брука (Энергетический институт АН СССР), и эти два энтузиаста начали проектировать вычислительные машины.

За год совместной работы Брук и Рамеев подготовили и направили в Госкомитет более 50 (!) заявок на изобретение различных устройств ЭВМ. В августе 1948 г. был подготовлен их проект “Автоматическая цифровая вычислительная машина”. В декабре 1948 г. они подали заявку на изобретение под этим же названием и получили (в 1950 г.) авторское свидетельство № 10475, с приоритетом от 4 декабря 1948 года. Это было первое в нашей стране зарегистрированное изобретение в области цифровой вычислительной техники. К сожалению, эти проекты и изобретения не были своевременно реализованы на практике.

В 1949 году Б.И. Рамеев переходит на работу в СКБ-245 и становится главным конструктором ЭВМ “Стрела”. Разработку этой машины начали в марте 1950-го года, а в конце 1952 первый экземпляр был практически готов. Характеристики “Стрелы” были для того времени обычными: быстродействие – 2000 операций в секунду, оперативная память – 2048 слов, разрядность – 43. Машина трехадресная.

В короткие сроки Московский завод счетно-аналитических машин (САМ) освоил выпуск первых экземпляров машин “Стрела”, всего их было выпущено семь.

После завершения работ по “Стреле” Рамеев с удвоенной энергией берется за разработку машины “Урал-1”, которая на много лет стала потом “рабочей лошадкой” для многих вычислительных центров страны.

Для производства машин “Урал-1” был выделен завод в Пензе. В 1955 г. Башир Искандарович переехал в этот город вместе с группой талантливых молодых специалистов, работавших с ним в Москве в СКБ-245. Именно здесь, в Пензе, где он стал главным инженером и заместителем директора по научной работе НИИ математических машин, под его руководством в течение тринадцати лет одна за другой рождались и выпускались новые ЭВМ – “Урал-1”, “Урал-2”, “Урал-4”, а затем “Урал-11”, “Урал-14”, “Урал-16” – семейство совместимых ЭВМ, в котором воплотились его идеи, опережавшие в ряде случаев то, что было предложено за рубежом.

В 1960 году были начаты работы по созданию семейства полупроводниковых “Уралов”. В 1962 году была закончена разработка унифицированного комплекса логических элементов “Урал-10”, рассчитанного на автоматизированное производство.

Основные черты нового поколения машин были изложены в аванпроекте на семейство ЭВМ “Урал-11”, “Урал-14”, “Урал-16”. Он появился на полтора года раньше первых публикаций об американском семействе машин серии 360. Таким образом, идея создания семейства совместимых ЭВМ была высказана Рамеевым независимо от американских ученых и реализована практически одновременно.

Вопросы

1. В какие годы С.А. Лебедев разработал принципы ЭВМ?
2. Когда был продемонстрирован макет первой в СССР ЭВМ?
3. С какой производительностью работала машина БЭСМ-1, построенная под руководством С.А. Лебедева в ИТМ и ВТ?
4. Что позволило машине М-20 в 1955 годы стать самой быстродействующей ЭВМ?
5. В каком году была запущена в серию машина М-20?
6. Название машины, заслуженно считающейся выдающимся достижением Лебедева и возглавляемого им коллектива разработчиков в ИТМ и ВТ?
7. В каком году была завершена разработка БЭСМ-6?
8. Сколько лет продолжался серийный выпуск БЭСМ-6?
9. Какая награда присуждена С.А. Лебедеву в 1996 году IEEE Computer Society?
10. Имена первых конструкторов в СССР, разработавших проект машины с жестким программным управлением в 1948 году?
11. Кто руководил группой выпускников МЭИ, построивших в 1952 году машину М-1?
12. Какова производительность М-1, одной из первых советских ЭВМ?
13. На каких элементах была реализована машина М-3?
14. В каком городе выпускали М-3?
15. Для каких ЭВМ прототипом послужила М-3?
16. Число заявок на изобретения различных устройств ЭВМ, направленных Бруком и Рамеевым в Госкомитет?
17. В каком году зарегистрировано первое советское изобретение в области ЭВМ?
18. Годы работы над машиной “Стрела” под руководством Б.И. Рамеева?
19. Назовите технические характеристики машины “Стрела”.
20. В каком городе выпускали машины “Урал”?
21. Наиболее успешные машины семейства совместимых машин “Урал”?

Лекция 6.

Экономическая информатика. Л.В. Канторович

Леонид Витальевич Канторович в истории науки занимает особое, уникальное место. Как математик. И – как экономист. В 1939 году, в возрасте 27 лет, он изобрел и разработал математические методы оптимального планирования и организации производства. Это было начало математической экономики. В то же время, использование точных, математических методов для оптимизации управления (производственными процессами, экономикой и т. д.) есть не что иное, как кибернетический подход к решению этих проблем!

Итак, экономическая кибернетика, которая является важнейшей составной частью кибернетики и информатики, возникла в нашей стране в 1939 году, и пионером в этой области науки является профессор Канторович.

Леонид Витальевич Канторович по праву считается одним из наиболее ярких математиков прошлого века. Уже в тридцатые годы он внес капитальный вклад в теоретическую математику. Особое место в математическом творчестве Канторовича занимает функциональный анализ. Своими классическими работами Канторович сделал функциональный анализ естественным языком вычислительной математики. В то же время, важнейшим делом всей жизни Л.В. Канторовича была математическая кибернетика.

Иногда говорят о приоритете того или иного ученого (или страны) в каком-либо открытии или изобретении. В отношении экономической кибернетики никаких сомнений нет. В 1939 году Л.В. Канторович опубликовал свою работу “Математические методы организации и планирования производства” в которой, впервые в мире, были изложены изобретенные им принципы оптимального планирования, получившие впоследствии название “линейного программирования”.

Эта работа легла в основу целого ряда дальнейших работ Канторовича, которые много лет спустя, в 1975 году, были удостоены Нобелевской премии по экономике.

К сожалению, в СССР изобретение Канторовича не нашло понимания. Применение точных методов в гуманитарной науке – экономике было в те времена встречено традиционными учеными-экономистами и официальными философами враждебно: в этом они видели нарушение “чистоты” марксистской теории, которая отводила математической экономике место среди “буржуазных лженаук”, в одном ряду с генетикой и кибернетикой.

Экономисты того времени отнеслись к работам Канторовича чрезвычайно сдержанно. В военные годы, всё больше увлекаясь экономикой, Канторович создал первый вариант большой книги “Экономический расчет наилучшего использования ресурсов”, в которой изложил принципы построения систем экономических показателей, стимулирующих выполнение поставленных задач. Эта книга вышла в свет только в 1959 году. Почти 20 лет должен был Канторович ожидать публикации своих экономических работ, которые принесли ему, в конце концов, мировую известность!

За это время многое произошло. В США увидели важность неклассических экстремальных задач, и Дж. Б. Данциг разработал в 1949 г. симплекс-метод (похожий на один из методов Канторовича) для поиска максимума линейной функции на выпуклом многогранном множестве. Экономист Т. Купманс начал изучать “теневые цены” – показатели, аналогичные показателям Канторовича. Стали выходить многочисленные научные журналы по математическим проблемам управления. Л.В. Канторович со своими учениками также продолжал математические, экономические и прикладные исследования нового аппарата. Под его руководством на ленинградских заводах идет экспериментальное использование математических методов расчета в организации производства.

Леонид Витальевич Канторович родился в Санкт-Петербурге в семье врача 19 января 1912 г. Он был, что называется, “вундеркиндом”. Ещё школьником он получал, как особо одаренный ребенок, специальную стипендию, а в четырнадцать лет поступил в университет. Ленинградский университет в ту пору оставался столичным (Академия наук еще не переехала в Москву), а уровень преподавания был очень высоким. Обучение было “штучным”, например, Н.M. Гюнтер читал курс лекций всего для двух слушателей – Канторовича и Соболева. Студентов было немного, всего по несколько человек на курсе. Но среди тех немногих, кто учился там в те же годы, что и Леонид Витальевич, можно назвать будущих академиков С.Л. Соболева и С.А. Христиановича, члена-корреспондента Д.К. Фаддеева, профессора И.П. Натансона, иностранного члена итальянской и немецкой академий профессора С.Г. Михлина. Последний, вспоминая о студенте Канторовиче, рассказывал:

Помню первое очень яркое впечатление – невысокий мальчик... очень румяный и очень мальчик. Я увидел его и не мог понять, что делает этот маленький мальчик в Университете. Я-то был уже солидным мужчиной, мне было почти 19 лет, а ему шел пятнадцатый год... Он был необычайно талантлив, это чувствовалось буквально с первых минут. Помню, как все мы, мои однокурсники, были потрясены, когда меньше чем через год появились в печати его первые работы. Это произвело на нас потрясающее впечатление. Мы уже были студентами третьего курса, он – второго, но идея, что студент может напечататься, казалась нам фантастической.

Начав научные исследования под руководством профессора Г.М. Фихтенгольца, Л.В. Канторович уже в студенческие годы циклом работ по дескриптивной теории функций приобрел широкую известность, особенно среди польских и московских математиков. Школа Н.Н. Лузина, в которой эта тематика занимала центральное место, не могла не обратить внимания на существенное продвижение в области её интересов.

Закончив университет в 1930 году, Леонид Витальевич начал педагогическую работу, сочетая ее с интенсивными научными исследованиями. С 1932 года он – профессор Ленинградского института инженеров промышленного строительства и доцент ЛГУ. В 1934 году Леонид Витальевич становится профессором своей alma mater, а в 1935 г., почти сразу после того, как были вновь введены ученые степени – доктором наук без защиты диссертации. С ЛГУ и Ленинградским отделением Математического института АН СССР Леонид Витальевич связан до переезда в Новосибирск в 1960 г.

Математические открытия Канторовича послужили основой для формирования новых важных направлений в математике. В то же время, он по праву считается одним из создателей современной математической экономики, ядром которой является открытое им линейное программирование. Это – новая концепция экономической кибернетики, имеющая исключительно важное значение, поскольку она позволяет превратить экономику в объективную науку, обеспечивая тем самым наиболее эффективные результаты экономической деятельности.

Один из ближайших соратников Канторовича, академик В.Л. Макаров писал:

Ему принадлежат первоклассные результаты по функциональному анализу, теории функций, вычислительной математике. Он имеет ряд крупных работ в теории множеств, теории программирования на ЭВМ и др. Написал один и с соавторами около десятка солидных монографий по математике. Казалось бы, всё ясно. Леонид Витальевич – математик до мозга костей... В действительности, это не так. В том и состоит выдающийся феномен Л.В. Канторовича, что он одновременно является и крупнейшим экономистом, ученым, который существенно изменил понимание экономических явлений, серьезно изменил экономическое мышление, стал основателем своеобразной экономической школы.

В 1957 году, в составе первой группы ученых, Л.В. Канторович участвует в создании Сибирского отделения АН СССР – нового крупного центра на востоке страны. В 1958 году он избирается членом-корреспондентом, а в 1964 году действительным членом АН СССР. В 1958–1960 годах совместно с В.С. Немчиновым возглавляет Лабораторию по применению математических и статистических методов в экономических исследованиях и планировании СО АН СССР. В 1960 году ленинградская группа лаборатории во главе с Л.В. Канторовичем переехала в Новосибирск и влилась в Институт математики СО АН СССР в качестве Математико-экономического отделения. Московская группа этой лаборатории явилась впоследствии ядром при создании Центрального экономико-математического института АН СССР. С 1960 по 1970 год Л.В. Канторович был заместителем директора Института математики СО АН СССР, профессором, заведующим кафедрой вычислительной математики Новосибирского университета.

Математико-экономическое отделение в Институте математики было одним из первых в стране научных учреждений, где стали комплексно решать проблемы применения математических методов в экономике. Наряду с развитием теории оптимального планирования и экономических показателей большое внимание уделялось здесь изучению моделей экономической динамики и равновесия, исследованиям в области выпуклого анализа и теории экстремальных задач, разработке численных методов математического программирования, апробации и внедрению разработанных моделей в экономическую практику. По инициативе Л.В. Канторовича и при его активном участии, в 60–70-е годы проводились всесоюзные и международные конференции и совещания по применению математических методов в экономике, а на математическом и экономическом факультетах НГУ была организована подготовка специалистов в области экономической кибернетики.

В 1971 году Л.В. Канторович был переведен в Москву, сначала заведующим проблемной лабораторией Института управления народным хозяйством Государственного комитета по науке и технике (ГКНТ), а с 1976 года – заведующим отделом научно-технического прогресса Всесоюзного научно-исследовательского института системных исследований ГКНТ и АН СССР. В работах Л.В. Канторовича 70–80-х годов использовались вопросы расчета эффективности капитальных вложений, работы транспорта с экономической точки зрения, комплексного анализа взаимосвязи транспорта с другими отраслями народного хозяйства, распределения перевозок между различными видами транспорта с учетом экономичности и особенно энергозатрат.

Все последующие годы, вплоть до своей кончины в 1986 году, он являлся членом ГКНТ, участником ряда других комитетов и министерств в качестве члена научно-технических и экспертных советов.

Академик Канторович был избран Почетным доктором Гренобльского университета (1967, Франция), Университета в Глазго (1966, Англия), Университета в Ницце (1968, Франция), Университета в Хельсинки (1971, Финляндия), Университета Парижа Сорбонна I (1975, Франция), Кембриджского университета (1976, Англия) и ряда других университетов. Он был Почётным членом целого ряда академий Европы и Америки.

Кроме Нобелевской премии – высшего признания научных заслуг, Л.В. Канторович получил многочисленные премии и награды в Советском Союзе: Государственная премия, Ленинская премия, ордена и медали и т. д.

Заметное место в творческом наследии Канторовича занимают работы по архитектуре вычислительных машин и программированию. Очень рано он оценил важнейшую роль компьютеров и информатики. Ещё в 1953 году он говорил, что “это изобретение окажет не меньшее влияние на все стороны человеческой деятельности, чем книгопечатание, паровая машина, электричество и радио”.

В период 1953–1956 гг. Леонид Витальевич много внимания уделяет популяризации вычислительной техники. На базе этих работ была написана программная статья Л.В. Канторовича “Перспективы развития и использования электронных счетных машин”, опубликованная в 1956 году в знаменитом сборнике “Математика, её содержание, методы и значение”.

Ещё на заре вычислительной техники Леонид Витальевич чувствовал необходимость развития технических средств для “персональных” вычислений. В середине 50-х гг. под руководством Л.В. Канторовича была разработана релейная клавишная вычислительная машина оригинальной конструкции.

В эти же годы Леонид Витальевич, вместе со своими учениками Л.Т. Петровой, М.А. Яковлевой и другими начинает развивать предложенные им идеи крупноблочного программирования.

В 1960 г. Л.В. Канторович предложил разработать быстродействующий специализированный процессор с микропрограммным управлением и использовать его как “приставку” к универсальным ЭВМ с целью повышения их эффективности. В 1963–1965 гг. в Институте математики Сибирского отделения под руководством Л.В. Канторовича был разработан, построен и испытан такой спецпроцессор (“Арифметическая машина”). Его высокая производительность достигалась благодаря реализации предложенного Канторовичем “роторного” принципа выполнения арифметических операций. Некоторые архитектурные решения, положенные в основу арифметической машины (прямой доступ к оперативной памяти, конвейерная организация обработки и др.), впоследствии получили широкое распространение в отечественных и зарубежных машинах.

Заслуживают внимания также общие идеи Л.В. Канторовича о комплексном развитии машинной математики (методы, алгоритмы, программирование, структура машин).

Справедливо заметить, что в определенном смысле личность Л. В. Канторовича, который сочетал многие разнообразные интересы в науке и оставил глубокий след не только в математике и математической экономике, но и в архитектуре компьютеров, сходна с личностью Джона фон Неймана.

Вопросы

1. Где и когда родился Леонид Витальевич Канторович?
2. Что позволяет считать Л.В. Канторовича “вундеркиндом”?
3. Почему обучение в Ленинградском университете в 20-е годы называли “штучным”?
4. Назовите известных ученых – сокурсников Канторовича.
5. Кто был руководителем исследовательской работы Л.В. Канторовича в университете?
6. В каком возрасте Л.В. Канторович впервые в мире изобрел и разработал математические методы оптимального планирования и управления?
7. С какого года Л.В. Канторович участвовал в создании Сибирского отделения АН СССР.
8. В какие годы Л.В. Канторович совместно с В.С. Немчиновым возглавлял Лабораторию по применению математических и статистических методов в экономических исследованиях и планировании СО АН СССР?
9. В каком году Л.В. Канторович переехал в Новосибирск?
10. В каком году ленинградская группа лаборатории во главе с Л.В. Канторовичем переехала в Новосибирск и влилась в Институт математики СО АН СССР в качестве Математико-экономического отделения.
11. Ядром какого института АН СССР стала московская группа лаборатории по применению математических и статистических методов в экономических исследованиях и планировании?
12. Что является началом математической экономики?
13. Почему использование точных, математических методов для оптимизации управления (производственными процессами, экономикой и т. д.) является кибернетическим подходом к решению проблем экономики?
14. В каком году возникла в нашей стране экономическая кибернетика?
15. Какое направление исследований занимает особое место в математическом творчестве Канторовича?
16. Что изложил в 1939 году молодой ленинградский математик, профессор Л.В. Канторович в своей работе “Математические методы организации и планирования производства”?
17. Как были названы изобретенные Л.В. Канторовичем принципы оптимального планирования?
18. Какие работы Л.В. Канторовича были удостоены в 1975 году Нобелевской премии по экономике?
19. Какие принципы Канторович изложил в первом варианте своей большой, написанной еще в военные годы, книги “Экономический расчет наилучшего использования ресурсов”?
20. Когда вышла в свет книга Канторовича “Экономический расчет наилучшего использования ресурсов”?
21. Сколько лет Канторович ожидал публикации своих экономических работ, которые принесли ему, в конце концов, мировую известность?
22. В каком году Дж. Б. Данциг разработал симплекс-метод, аналогичный одному из методов Канторовича, для поиска максимума линейной функции на выпуклом многогранном множестве?
23. Какое название дал экономист Т. Купманс показателям, аналогичным показателям Канторовича?
24. В решении каких задач Л.В. Канторович со своими учениками применяет математический аппарат?
25. Какое открытие Канторовича стало ядром современной математической экономики?
26. Какая концепция экономической кибернетики превратила экономику в объективную науку?
27. В каких областях математики Л.В. Канторовичу принадлежат первоклассные результаты?
28. В какие годы Л.В. Канторович был заместителем директора Института математики СО АН СССР, профессором и заведующим кафедрой вычислительной математики Новосибирского университета?
29. Какие исследования в области экономической информатики, наряду с развитием теории оптимального планирования, проводились в Институте математики СО АН СССР?
30. На каких факультетах НГУ была организована подготовка специалистов в области экономической кибернетики?
31. Когда Л.В. Канторович был переведен в Москву и стал заведующим проблемной лабораторией Института управления народным хозяйством Государственного комитета по науке и технике (ГКНТ)?
32. Какие вопросы исследовались в работах Л.В. Канторовича 70-80-х годов?
33. Как оценивал Л.В. Канторович роль компьютеров и информатики?
34. Как называлась программная статья Л.В. Канторовича, опубликованная в 1956 году в сборнике “Математика, её содержание, методы и значение”.
35. Какую машину, спроектированную под руководством Канторовича, можно считать прототипом персонального компьютера?
36. В какие годы Леонид Витальевич, вместе со своими учениками Л.Т. Петровой, М.А. Яковлевой и другими начинает развивать предложенные им идеи крупноблочного программирования?
37. Когда в Институте математики Сибирского отделения под руководством Л.В. Канторовича был разработан специализированный процессор для решения задач линейной алгебры?

38) В чем сходство личностей Л.В. Канторовича и Джона фон Неймана?

Лекция 7

Колмогоров и кибернетика

Один из ближайших учеников и соратников Андрея Николаевича Колмогорова, Владимир Андреевич Успенский называет А.Н. Колмогорова великим ученым России, имея в виду, что за всю историю нашей науки лишь три человека заслуживают это звание: М.В. Ломоносов, Д.И. Менделеев и А.Н. Колмогоров.

Андрей Николаевич Колмогоров (1903–1987) получил фундаментальные результаты в области теории вероятностей, математической статистики, теории множеств, теории функций, топологии, теории алгоритмов, теории информации и ряда других дисциплин.

Широта научных интересов и занятий Колмогорова имеет мало прецедентов в XX веке – если вообще имеет таковые. Их спектр простирается от метеорологии (к примеру, Колмогоров был почетным членом Американского метеорологического общества) до теории стиха (список опубликованных стиховедческих работ Колмогорова насчитывает 11 наименований).

Всё же основной сферой деятельности А.Н. Колмогорова была, конечно, математика. Колмогоров – один из великих математиков XX века. “Всем нам, общавшимся с кругом ученых всего мира, было хорошо известно, что Колмогорова большинство считало крупнейшим математиком своего времени”,– отмечает президент Московского математического общества академик С.П. Новиков.

Теория множеств, где он заложил основы теории операций над множествами.

Теория функций, где студенческая работа девятнадцатилетнего автора, устанавливающая существование почти всюду расходящегося ряда Фурье, сразу сделала его известным всему математическому миру.

Математическая логика, где Колмогоров предложил свободное от идеологических установок интуиционизма понимание интуиционистской семантики.

Топология, где он разделяет с Дж. У. Александером авторство теории когомологий.

Теория информации, в которой ему принадлежит не только существенная роль в превращении этой теории (сформулированной ее создателем К.Э. Шенноном в виде скорее технической дисциплины) в строгую математическую науку, но и построение оснований теории информации на принципиально ином, отличном от шенноновского фундаменте.

Теория динамических систем (теория КАМ) где он является первым из трех основоположников, где работы Колмогорова составили его вклад в классическую механику.

Теория алгоритмов, где ему принадлежит определение общего понятия алгоритма и создание теории сложности конструктивных объектов. И, конечно,

Теория вероятностей, где он был признанным главой этой науки во всем мире, “живым воплощением математической теории вероятностей”, как писала английская газета “Таймс” 26 октября 1987 г. в связи с его кончиной.

Это – краткий перечень областей математики, в которых Колмогоров оставил глубокий след. Причем, перечень этот не может претендовать на полноту.

А.Н. Колмогоров оказал серьёзное влияние на развитие целого ряда разделов математики, её философии, методологии, истории и преподавания, а также внес значительный вклад в кибернетику, информатику, математическую логику, математическую лингвистику.

А.Н. Колмогоров окончил физико-математический факультет Московского университета (1925) и аспирантуру там же (1929), был учеником Н.Н. Лузина. С 1931 года Колмогоров состоял профессором Московского университета, где внёс выдающийся вклад в организацию математического образования. В МГУ Колмогоров создал и первым возглавил кафедру теории вероятностей (1935), лабораторию статистических методов (1963), кафедру математической статистики (1976). С 1980 года заведовал кафедрой математической логики. В Математическом институте им. Стеклова АН СССР Колмогоров с 1939 по 1960 г. заведовал отделом теории вероятностей, а с 1983 г. до конца жизни отделом математической статистики и теории информации.

Сводная библиография работ А.Н. Колмогорова, опубликованная недавно в первом томе трехтомного юбилейного издания “Колмогоров”, насчитывает свыше 800 наименований. Это – математические работы (212 статей, 54 книги, 102 статьи в энциклопедиях), 95 статей о математике и математиках, 215 статей и книг на педагогические темы и многое другое.

Разумеется, такой ученый как Колмогоров не мог не заинтересоваться идеями кибернетики. Так, он пишет статью “Кибернетика” для 51-го (дополнительного) тома БСЭ, который вышел в свет в 1958 году. Эта статья (в которой автор определил кибернетику как “научное направление”) играет важную роль в истории информатики. Время написания этой статьи ещё было временем страстных дискуссий по этой проблематике. Статья в БСЭ фактически подводила первые итоги таких коллективных обсуждений. Тогда еще только вырисовывалось выделение математической кибернетики и технической кибернетики в самостоятельные дисциплины.

В 1959 году Колмогоров пишет предисловие к русскому изданию книги У. Эшби “Введение в кибернетику”.

Широкую известность приобрели кибернетические доклады Колмогорова для широкой публики. Сама обстановка этих докладов и необычайная реакция участников отражали характерный для того периода энтузиазм в отношении кибернетики и искусственного интеллекта.

Знаменитый доклад А.Н. Колмогорова “Автоматы и жизнь” состоялся 6 апреля 1961 г. во Дворце культуры МГУ. Здесь, впервые в СССР, на самом серьёзном уровне была объявлена принципиальная возможность создания мыслящих машин.

Колмогоров заявил:

Я принадлежу к тем отчаянным кибернетикам, которые не видят никаких принципиальных ограничений в кибернетическом подходе к проблеме жизни и полагают, что можно анализировать жизнь во всей её полноте, в том числе и человеческое сознание, со всей его сложностью, методами кибернетики.

Вклад Андрея Николаевича Колмогорова в кибернетику, разумеется, не ограничивается популяризацией её идей. Основной его вклад – математические работы, посвященные фундаментальным понятиям кибернетики – алгоритмам, автоматам, энтропии, информации.

Для того, чтобы яснее представить обстановку того времени, а также работы А.Н. Колмогорова, связанные с кибернетической тематикой, мы воспроизводим в Приложениях к этой лекции статью “Кибернетика” и доклад “Автоматы и жизнь”. Эти публикации предваряются воспоминаниями В.А. Успенского.

Лекция 7.

Приложение 1

В.А. Успенский

Фрагменты из воспоминаний^[6]

Подлинным началом кибернетического этапа в публичных выступлениях Колмогорова следует считать его знаменитый доклад “Автоматы и жизнь”, состоявшийся 6 апреля 1961 г. О докладе извещало следующее объявление:

В четверг, 6 апреля 1961 г., в 18 час. в ауд. 02 Главного здания МГУ на Ленинских горах состоится заседание МЕТОДОЛОГИЧЕСКОГО СЕМИНАРА механико-математического факультета МГУ (руководители семинара: проф.: С.А. ЯНОВСКАЯ и К.А. РЫБНИКОВ).

ПОВЕСТКА:

1. Доклад А. Н. КОЛМОГОРОВА – “АВТОМАТЫ И ЖИЗНЬ”.

2. Обсуждение доклада.

С тезисами доклада можно познакомиться в библиотеке (15 эт.) и на кафедрах механико-математического факультета.

Было изготовлено стеклографическим (литографическим?) способом энное число экземпляров тезисов. Рукопись тезисов датирована 1 марта 1961 г. Эти тезисы были впоследствии опубликованы на стр. 3–8 шестого выпуска ротапринтного сборника “Машинный перевод и прикладная лингвистика” (М., 1961). Доклад в действительности состоялся не в объявленной аудитории 02, одной из двух самых больших учебных аудиторий Университета, а в большем помещении Дворца культуры МГУ. Думаю, что перемена места была вызвана обилием публики^[7].

Популярное изложение этого доклада Колмогорова было затем составлено Н.Г. Рычковой по сделанным ею записям и опубликовано в 10-м и 11-м номерах журнала “Техника – молодёжи” за 1961 г. В предисловии к публикации “Автоматы и жизнь” в “Технике – молодёжи” Колмогоров указывает: “Мой доклад „Автоматы и жизнь“, подготовленный для семинара научных работников и аспирантов механико-математического факультета Московского государственного университета, вызвал интерес у самых широких кругов слушателей”.

И, действительно, интерес был чрезвычайный, приподнятый, возбуждённый. И было от чего возникнуть такому интересу. Пришедший на доклад мог включиться в обсуждение вопроса о таких, например, возможностях машин: могут ли они воспроизводить себе подобных в рамках прогрессивной эволюции, испытывать эмоции, хотеть чего-либо, ставить перед собой новые задачи (это из опубликованных тезисов).

Как уже говорилось, тезисы доклада были сделаны доступными публике ещё перед докладом. Однако сам доклад в его устном исполнении значительно уклонялся от тезисов. Во-первых, Колмогорову, конечно, скучно было повторять уже написанный и тем самым выпущенный из сознания на волю текст. Во-вторых, уже после приготовления тезисов Колмогоров, надо полагать, много думал над содержанием доклада и пришёл к новым, не отражённым в тезисах представлениям.

По докладу выступили двое: И.А. Полетаев (полковник, автор вышедшей в 1958 г. популярной книги “Сигнал” – первой отечественной монографии по кибернетике) и А.С. Есенин-Вольпин. Полетаев охарактеризовал доклад как событие, как большой праздник. А Есенин-Вольпин говорил о необходимости развития нравственности, понимаемой как наука о нормах поведения живых существ. Мотивировка: “Мы сейчас вступаем в период, когда нам предстоит общаться с непохожими живыми существами: 1) с существами, созданными нами; 2) с существами на других планетах. Здесь важно не впасть в ошибку антропоморфизма”.

Эхо от этого доклада, усиленное публикацией в “Технике – молодёжи”, звучало долго. 5 января 1962 г. в Центральном доме литераторов (ЦДЛ) состоялось обсуждение колмогоровского доклада “Автоматы и жизнь”. Открытие вечера задержалось, поскольку потребовалось переходить из Малого зала ЦДЛ в Большой. Обсуждение проходило в рамках дискуссии “Возможное и невозможное в кибернетике”, вёл вечер редактор “Техники – молодёжи” В.Д. Захарченко. После краткого вступительного слова В.Д. Захарченко выступил Колмогоров. Сам он охарактеризовал своё выступление как экстракт из “слишком популярных писаний” его сотрудницы (для “Техники – молодёжи”) и из его собственных писаний. Он говорил о том, что моделирование любых реально существующих сложных систем на дискретных арифметических машинах возможно в принципе – но именно в принципе. “Практически я,– сказал Колмогоров,– большой скептик. Обсуждение было очень оживлённым, Колмогоров отвечал на вопросы.

А через шесть дней, 11 января, состоялось ещё одно выступление Колмогорова, которое он сам охарактеризовал как некое повторение выступле­ния в ЦДЛ. Конечно, пересечения были (например, провозглашение Дарви­на и Павлова основными предшественниками кибернетики), но много было и совершенно нового. А главное – новой была сама обстановка. Все билеты в Политехнический музей, где происходила лекция Колмогорова, были проданы. Лекция называлась “Жизнь и мышление как особые формы существования материи”. У входа стояла толпа, спрашивавшая лишний билет. Зал был переполнен.

Так начиналась “Большая серия” знаменитых, происходящих в тысячных залах, публичных лекций Колмогорова. Как видим, она начиналась с будоражащей тогда умы кибернетической проблематики. Эта серия продолжалась затем в Актовом зале Главного здания МГУ на Ленинских горах, вмещавшем около полутора тысяч человек. Лекции в этом зале организовывались совместно Университетом и обществом “Знание”. Вход на лекции был свободный. Лекции начинались в одно и то же время – в 18 часов 30 минут. Как правило, к лекциям в Актовом зале МГУ типография общества “Знание” печатала афиши, а типография МГУ – пригласительные билеты <...>

Многие хорошо помнят обстановку, сопутствующую первым лекциям Колмогорова в Актовом зале. Зал буквально ломится (а значит, не менее полутора тысяч). Парадные, сталинских времён двухстворчатые входные двери запираются, а за ними бушуют негодующие не попавшие. Для них, кажется, в фойе организуется трансляция из зала.

А со сцены в зал летят непривычные, тревожащие сознание мысли, идеи, предположения – например, что на других планетах нам может встретиться разумная жизнь в виде размазанной по камню плесени; что, напротив, для инопланетян, наблюдающих нашу жизнь из своего далёка, наиболее удивительным может показаться концерт в консерватории (“люди просто сидят и потом расходятся безо всякого обсуждения”; колмогоровскую формулу “расходятся безо всякого обсуждения” я запомнил точно); что, если нам даже удастся перехватить сообщение, посланное одной высокоразвитой космической цивилизацией другой такой же, мы не сможем ввиду высокой плотности кодирования отличить его от случайного.

Лекция 7

Приложение 2

А.Н. Колмогоров

Кибернетика

[статья из дополнительного 51-го тома

второго издания Большой советской энциклопедии]

КИБЕРНЕТИКА [от греч. ( искусство управления, от – правлю рулём, управляю] – научное направление, задачи к-рого были сформулированы в работах амер. учёного Н. Винера, опубликованных в 1948: по Винеру и его последователям, К. есть наука о “связи”, “управлении” и “контроле” в машинах и живых организмах. Не исключаются из рассмотрения и случаи, когда указанные функции (связи, управления и контроля) осуществляются коллективами людей или людьми при помощи машин. Для уточнения и ограничения приведённого определения следует указать более отчётливо, что именно К. понимает под связью, управлением и контролем. К. изучает машины, живые организмы и их объединения исключительно с точки зрения их способности воспринимать определённую “информацию”, сохранять эту информацию в “памяти”, передавать её по “каналам связи” и перерабатывать её в “сигналы”, направляющие их деятельность в соответствующую сторону. Процессы восприятия информации, её хранения и передачи называются в К. связью, переработка воспринятой информации в сигналы, направляющие деятельность машин и организмов,– управлением. Если машина или организм способны воспринимать и использовать информацию о результатах своей деятельности, то говорят, что они обладают органами обратной связи (см.); переработка такого рода информации в сигналы, корректирующие деятельность машины или организма, называется в К. контролем, или регулированием. Поэтому К. определяют также как науку о способах восприятия, хранения, переработки и использования информации в машинах, живых организмах и их объединениях.

Второе определение более отчётливо подчёркивает своеобразие К. и центральное значение для К. понятия информации (см., 51 т.). В литературе по К. обычно подчёркивается, что осуществляющие связь, управление или контроль искусственные устройства или естественные органы рассматриваются в К. исключительно как носители или преобразователи информации. Большое значение в К. имеет понятие “количества информации”, введённое в явной форме амер. учёным К. Шенноном (1948). Роль этого понятия в К. сравнивают иногда с ролью понятия энергии в физике. Наоборот, конкретная материальная природа хранящих, передающих или перерабатывающих информацию устройств и органов, как и количество затрачиваемой на их работу энергии, являются с точки зрения К. подчинёнными обстоятельствами. В процессе эволюции живых организмов возникли тончайшие механизмы хранения огромного количества информации в ничтожных объёмах (напр., механизм наследственности, сохраняющий в одной клетке весь запас видовых признаков взрослого организма), а также механизмы, способные воспринимать и перерабатывать огромное количество новой информации с ничтожной затратой энергии (напр., механизмы памяти и мышления в коре головного мозга). В этом же направлении идёт и развитие техники при сооружении средств связи, управляющих и регулирующих автоматич. устройств и вычислительных машин.