Русский English
V международная конференция
«РАЗВИТИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В РОССИИ, СТРАНАХ БЫВШЕГО СССР И СЭВ»
Россия, Москва, НИУ ВШЭ, 6–8 октября 2020 года
Предоставление докладов на английском языке
Вычислительный центр им. А.А. Дородницына ФИЦ ИУ РАН. История, вычислительная техника, достижения

Вычислительный центр им. А.А. Дородницына ФИЦ ИУ РАН. История, вычислительная техника, достижения

Аннотация

Статья посвящается 110-летию со дня рождения академика А.А.Дородницына, выдающегося советского ученого, лауреата Ленинской и трех Государственных премий, Героя Социалистического Труда, бессменного директора Вычислительного Центра АН СССР с 1955 по 1989 годы. В статье на опыте ВЦ АН СССР кратко изложены основные этапы истории развития вычислительной техники в нашей стране с 1954 года и отражена роль академика А.А. Дородницына в процессе становления отечественной вычислительной техники. Являясь председателем Научного совета по вычислительной технике и системам управления ГКНТ и Президиума АН СССР, председателем Комиссии по вычислительной технике, А.А. Дородницын во многом способствовал широкой компьютеризации народного хозяйства страны. Основные результаты его фундаментальных исследований в области аэрогидродинамики представлены в двухтомнике «А.А. Дородницын. Избранные научные труды» [1], изданном при поддержке РФФИ в 1997 году (проект №95-01-028856). В 2013 году в издательстве «Наука» издана книга из серии «Выдающиеся ученые- механики ЦАГИ. Академик А.А. Дородницын» [2]. При подготовке представляемой статьи использованы также источники, выпущенные малым тиражом, но содержащие исключительную ценную информацию по предмету изложения. К таким источникам относятся «50 лет ВЦ РАН. История, люди, достижения», 2005, ВЦ РАН [3]; «Книга воспоминаний. Николай Николаевич Говорун», 1999, ОИЯИ, Дубна [4]; «Лев Николаевич Королев. Биография, воспоминания, документы», 2016. Изд «Макс Пресс» [5].

Ключевые слова – вычислительная техника, программирование, воспоминания.

Основной текст доклада

Первое Постановление Президиума АН СССР об организации Вычислительного Центра было принято 3 декабря 1951 года. В этом же документе были решены вопросы профиля, структуры и штатов создаваемого института.3 августа 1954 года вышло Постановление Совета Министров СССР о создании Вычислительного Центра Академии наук СССР (ВЦ АН СССР).

14 января 1955 года Президиум АН СССР обсудил доклад С.А. Лебедева и содоклад председателя Комиссии Президиума АН СССР академика М.А. Лаврентьева о ходе выполнения Постановления Совмина СССР. Здесь же было принято решение о завершении строительства здания ВЦ во 2-ом квартале 1955 года. Ответственными за организацию Вычислительного Центра были назначены академики И.М. Виноградов (директор МИ АН СССР), С.А. Лебедев (директор ИТМиВТ АН СССР) и А.А. Дородницын. Во исполнение Постановления Совмина СССР от 03.08.1954 года Вычислительному Центру АН СССР были выделены две самые современные отечественные ЭВМ: ЭВМ «Стрела», созданная в специализированном конструкторском бюро под руководством Ю.Я. Базилевского, и БЭСМ АН СССР, разработанная коллективом сотрудников Института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) под руководством С.А. Лебедева. Необходимо заметить, что БЭСМ АН СССР (без номера) находилась на площадке ИТМиВТ со всей инфраструктурой ее инженерно-технического обеспечения. Для установки «Стрелы» во вновь строящемся здании Вычислительного Центра требовалось проведение сложных проектных работ, что было возложено на ГИПРОНИИ АН СССР под руководством архитектора Н.В. Куприянова. По общему мнению специалистов, этот проект оказался исключительно удачным, что послужило основанием для дальнейшего применения его при строительстве зданий подобного назначения в ряде других организаций.

Одна из главных задач при создании ВЦ АН состояла в определении структуры института и решении кадровых вопросов. Имея огромный опыт проведения расчетных работ для аэрогидродинамических задач в ЦАГИ, А.А. Дородницын определил три основных направления: 

  • численные методы решения задач математической физики (аэродинамика, механика систем, электродинамика, квантовая физика); 

  • математическое программирование, языки программирования и программирующие программы (ПП); 

  • универсальные вычислительные машины и выполнение крупных вычислительных задач, в первую очередь для институтов АН СССР и ведомственных НИИ специального назначения

Набор кадров по перечисленным направлениям начался задолго до официального открытия ВЦ АН. Среди них были молодые ученые, выпускники мехмата МГУА.А. Абрамов, В.М. Курочкин, А.П. Ершов, В.Д. Поддерюгин и др., которые впоследствии стали научными руководителями лабораторий и отделов в структуре ВЦ АН. Отдел программистов под руководством В.М. Курочкина, находясь еще в штате ИТМиВТ, с 1955 года начала работать по составлению программ по заказам закрытых НИИ, в том числе по слежению за спутниками [3].Методика расчета была разработана впервые В.М. Курочкиным. Сущность задачи заключалась в нахождении начальных условий для системы дифференциальных уравнений движения спутника (корабля). Разработанный программный комплекс состоял из четырех блоков:
  • обработка входных данных по коду Хемминга (скорость, ускорение, зенит, азимут и др.); 
  • решение краевой задачи движения спутника – нахождение наилучших начальных условий;
  • выдача координат спутника для пунктов наблюдения (при первых запусках – для пунктов СССР, затем для зарубежных пунктов);
  • приземление спутника – нахождение координат приземления спутника (корабля).

Полученные результаты легли в основу их практического применения при запуске первого искусственного спутника в октябре 1957 года и последующих за ним запусков кораблей.12 апреля 1961 года этот программный комплекс был задействован в процесс по управлению полетом Ю.А. Гагарина несколькими ЭВМ «Стрела», в том числе находящимся в ВЦМО СССР, ОПМ АН СССРиВЦ АН СССР в связке со средствами телеметрии, развернутыми на этих площадках. Данное событие в развернутом виде изложено в статье В.А. Китова [6].

Инженерно-техническое обеспечение вычислительного комплекса «Стрелы-3» осуществлялось силами молодых кадров, подготовленных преимущественно на кафедре математических счетно-решающих машин и устройств ЭВПФ МЭИ и выпускниками МВТУ.

В 1962 году «Стрела-3» претерпевает основательную модернизацию, в том числе:

  • замену ОЗУ – электронные трубки 2048 машинных слов на память типа МОЗУ 4096 машинных слов разработки ИТМиВТ;

  • замену арифметического устройства (АУ-Стрела) на новое устройство(АУ-Стрела-М), выполненное на базе динамических триггеров разработки ИТМиВТ – разработчик Торгов Ю.И.;

  • замену в целом Центрального процессора (ЦП-Стрела) на новое устройство(ЦП-Стрела-М), выполненное на базе модернизированных динамических триггеров – разработчики Чайковский Л.Ф., Михайлов Г.М.

В этой конфигурации «Стрела-М» с производительностью 20 тыс. опер./сек. и ОЗУ-4096проработает вплоть до 1966 года, сохранив при этом полную программную совместимость с ПО «Стрелы» при кратном уменьшении энергопотребления, повышении надежности и десятикратном повышении производительности. Здесь закрывается первая и важнейшая страница истории использования отечественной вычислительной техники, с которой непосредственно связано и начало истории ВЦ АН СССР..

В части развития программного обеспечения ведущая роль была отведена лаборатории программирования под руководством В.М. Курочкина. Одним из основных направлений этого подразделения стало решение проблем автоматизации программирования. Как описано в сборнике «50 лет ВЦ РАН» [3], язык «программирующей программы» (ПП) для ЭВМ БЭСМ-2был разработан группой в составе А.П. Ершова, Л.Н. Королева, В.М. Курочкина, Л.Д. Паниной и В.Д. Поддерюгина. Здесь впервые для языка программирующей программы (ПП) дано объединение схемы и спецификации операторов в одном тексте и введен первый структурный оператор, столь известный программистам как оператор цикла. В 1957-1958 гг. создавались ПП для различных модификаций «Стрелы», так как различные экземпляры расходились в деталях архитектуры.

В данном разделе работы следует отметить работы А.П. Ершова, которые он сделал в стенах ВЦ АН СССР, будучи заведующим отделом автоматизации программирования [3]. Среди других работ в 1958 году была издана книга А.П. Ершова «Программирующая программа для быстродействующей электронной счетной машины» [7], которая стала первой монографией в мировой литературе по автоматизации программирования. В 1959 году эта книга была переведена на английский язык и издана в Англии [8]. Начало работ в этом направлении было положено операторными схемами, предложенными А.А. Ляпуновым. Заметим также, что А.П. Ершовым был изобретен независимо и практически одновременно с Петерсеном метод хэширования, который нашел широкое применение для вычислений арифметических выражений.

С 1958 года началась эпоха реального выхода в свет ЭВМ серии БЭСМ, когда первая серийная машина БЭСМ-2 под номером №1 была установлена в машинном зале ВЦ АН СССР, предусмотренном заранее в проекте здания. Подробное описание истории создания БЭСМ АН СССР представлено в статье В.Б. Карповой и Л.Е. Карпова в «Материалах SoRuCom-2006» [9]. Отныне практически все первые из серийных ЭВМ общего назначения, разработанных в ИТМиВТ, будут развертываться и налаживаться на площадках ВЦ АН. Исключение составляет только ЭВМ М-20. Вместо нее поочередно появляются первые полупроводниковые ЭВМ БЭСМ-3М и БЭСМ-4 разработки СКБ ИТМиВТ под руководством О.П. Васильева.

Будучи руководителем головного Вычислительного центра АН СССР,А.А. Дородницын определяет ведущую роль ВЦ АН в масштабе страны по практической подготовке и обучению кадров непосредственно на площадках своего института. В 1960-1970 гг. во многих регионах страны, включая республиканские академии наук, формируются свои центры, направленные на освоение и применение вычислительной техникии программного обеспечения (ПО). Такая масштабная работа по стажировке молодых научных кадров страны возлагается на Вычислительный Центр АН СССР. По воспоминаниям ветеранов института эта деятельность была настолько велика и значительна, что временами количество командированных превышало число штатных сотрудников института. При этом каждый стажер был прикреплен к определенной группе в соответствии с профилем обучения. Обучение специалистов сопровождалось выделением каждому из них машинных ресурсов для получения практических навыков.

В 1965 году академик А.А. Дородницын дает поручение своим инженерно-техническим службам подготовить площадку для новой ЭВМ. Необходимая базовая инфраструктура, включающая в себя систему первичного питания, систему охлаждения, производственные площади, была скомплектована на ресурсах, выделенных для «Стрелы-3».Вскоре в стенах ВЦ появляется первая БЭСМ-6 (опытный образец производства московского завода САМ), которой судьбой было предначертано стать легендарным детищем академика С.А. Лебедева. Краткая история разработки Л.Н. Королевым, В.П. Иванниковым и А.Н. Томилиным первой операционной системы для БЭСМ-6 описана в книге «Л.Н.Королев – биография, воспоминания, документы» [5]. Ценность этого источника заключается в том, что в нем история изложена создателями ОС БЭСМ-6 Королевым Л.Н. и Томилиным А.Н. Как изложено в этой книге, разработчики назвали свою операционную систему "диспетчером", известным под именем Д-68. По современным понятиям Д-68 является ядром операционной системы, обеспечивающим: мультипрограммный режим пакетной обработки заданий, управление виртуальной памятью, управление внешними запоминающими устройствами и многочисленными устройствами ввода-вывода. В практической реализации ОС Д-68 ведущая роль была отведена А.Н. Томилину. Отладка ОС проходила на опытном экземпляре БЭСМ-6, установленном в ВЦ АН СССР. Пуско-наладочные работы опытного образца проводились кадрами завода-производителя во главе с Л.А. Теплицким и сотрудниками ИТМиВТ под руководством А.А. Соколова. К этому коллективу А.А. Дородницын приобщил своих специалистов во главе с Л.Ф. Чайковским. У всех специалистов этой интегрированной группы уже был достаточный опыт работы на первых отечественных ЭВМ: «Стрела», БЭСМ-1, БЭСМ-2 иМ-20. Тем не менее, следует особо подчеркнуть выдающуюся роль и талант А.А. Соколова, благодаря которому были обеспечены все необходимые условия для успешного проведения цикла работ по наладке Д-68. А.Н. Томилину был предоставлен практически полный приоритет доступа к ресурсам машины, чем он воспользовался в полной мере с огромным энтузиазмом и работоспособностью.

Осенью 1968 года (отсюда и название ОС Д-68 – диспетчер 1968 года) Межведомственная комиссия под председательством А.А. Дородницына официально приняла системное программное обеспечение (СПО), включающее ОС Д-68 и набор систем программирования, в том числе автокод ИТМиВТ, известный как ассемблер БЭСМ-6 М. Г. Чайковского, транслятор с Алгола-60 БЭСМ разработки ВЦ АН СССР под руководством В.М. Курочкина. Уже первый год работы ОС Д-68 показал, что аппаратные средстваБЭСМ-6позволили значительно расширить функции ОС. В частности, реализовать пакетную обработку в полном объеме с буферизацией вводимой информации, а также добавить ряд дополнительных функций ОС с использованием экстракодов, чтобы иметь возможность строить разнообразные сложные системы обработки информации на пользовательском уровне. По мере поступления серийных БЭСМ-6 в распоряжение ведущих научных центров, включая центры ядерных исследований, начались работы по разработке собственных ОС, ориентированные на решение своих профильных задач. В результате через короткое время в два-три года добавились ОС ИПМ, ОС ДУБНА, ОС ДИСПАК и ОС НД-70. Не останавливаясь на характеристиках указанных операционных систем, отметим, что наибольшую популярность и распространение получила ОС ДИСПАК, разработанная научным коллективом под руководством В.Ф. Тюрина, сохраняя преемственность своему родоначальнику Д-68 (по определению Л.Н. Королева и А.Н. Томилина [5]). Однако здесь нельзя рассматривать вопрос появления альтернативных ОС с точки зрения конкуренций, так как каждая из перечисленных систем создавалась для решения своего круга задач и научных проблем, связанных с деятельностью Центров. Ярким примером такого «разделения» является сравнение ОС ДУБНА в ОИЯИ и ОС ДИСПАК в ВЦ АН СССР. В ОИЯИ БЭСМ-6 была главным вычислительным звеном в составе измерительно-вычислительного комплекса (ИВЦ ДУБНА) [4], в то время как в ВЦ АН СССР был развернут многомашинный комплекс на базе 3-х ЭВМ БЭСМ-6 с общей дисковой памятью, ориентированный на решение задач преимущественно в пакетном режиме обработки данных ОС ДИСПАК. При этом оба коллектива специалистов по автоматизации программирования, системному программированию и инженерному обеспечению находились в тесной творческой связи друг с другом, поддерживаемые руководителями Центров А.А. Дородницыными Н.Н. Говоруном. Данный пример сравнения двух конкретных решений здесь не случаен и очень важен. Прежде всего, оба Центра в отличие от многих других были открытыми по определению: ВЦ АН СССР, как главный Вычислительный Центр АН СССР, Лаборатория вычислительной техники и автоматики (ЛВТА) ОИЯИ, как структурное подразделение Международного института по ядерным исследованиям. Основными заказчиками и вычислительных ресурсов ВЦ АН были академические институты, отраслевые НИИ и ВУЗы со своими задачами, в то время как в ОИЯИ заказчиками были физики, в первую очередь те, кто участвовал в совместных экспериментах в ЦЕРН (CERN)и нуждался в обработке полученных данных на ЭВМ [4].Как указано в данной работе, этот фактор определил направление по созданию собственной эффективной операционной системы для БЭСМ-6 в ОИЯИ, в основу которой положена мониторная система «Дубна»», включающая в себя трансляторы с автокода МАДЛЕН, языков ФОРТРАН и АЛГОЛ-ГДР и библиотеку программ общего назначения ЦЕРН. ФОРТРАН ДУБНА с мониторной системой «Дубна»» впоследствии становится неотъемлемой частью систем программирования практически на всех машинах БЭСМ-6 в СССР, а также в ГДР и Индии. Как подчеркивает В.П. Шириков, блестящий системный программист, автор представленной выше работы [4], что основа в части операционной системы ОС ДУБНА была заложена еще ранее разработчиками Д-68. Это замечание дорогого стоит (авт. мнение).

Завершая страницу истории БЭСМ-6, хотелось бы остановиться на проблемах политики распределения этого изделия в СССР и за рубежом. Комиссия по вычислительной технике под председательством академика А.А. Дородницына решала задачи удовлетворения заявок, ориентируясь на государственную политику, направленную, прежде всего, на удовлетворение потребностей ведущих научных центров АН СССР, а также центров по проектам атомной промышленности и космонавтики. Однако были исключения из правил, когда они были связаны с задачами обороны страны. Одним из ярких примеров такого решения является целевое выделение БЭСМ-6 для КБ П.О. Сухого, в котором ВЦ АН начал разработку и внедрение САПР в проекте по созданию прославленного истребителя СУ-27. Для выполнения этой важной оборонной задачи были выделены лучшие научные кадры во главе с П.С. Краснощековым и Ю.А. Флеровым. По завершении этого оборонного проекта коллектив разработчиков был удостоен премии Совета Министров СССР в области науки и техники.

В начале 80-х годов наступила эпоха, связанная с ЭВМ новой серии, получившей название ЕС-ЭВМ. На выполнение этого международного проекта включились практически все страны СЭВ. Оставляя без подробного рассмотрения огромного публичного исторического материала поданной теме, постараемся вычленить из него то, что имело место быть в нашем случае, то есть в ВЦ АН СССР. Как ни покажется удивительным, но и здесь наши пути по освоению этой техники оказались почти одинаковыми с ЛВТА ОИЯИ, но с разными целевыми программами. Через наши усилия, заботы по наладке и эффективному использованию ресурсов прошли последовательно комплексы ЕС-1060, ЕС-1061 и ЕС-1066. При это кадры, на плечи которых легла эта работа, были практически те же, кто продолжал еще выполнять все свои обязанности на БЭСМ-6. Это совмещение впоследствии сыграло огромную роль при разработке и реализации проекта создания интегрированных гетерогенных вычислительных систем.

Оставаясь в рамках тематики статьи, нельзя не отметить наше видение исторической роли в развитии отечественной вычислительной техники ряда ЕС ЭВМ. Несмотря на весьма противоречивые высказывания и споры специалистов по вопросам принятия решения на государственном уровне об ЕС ЭВМ, эта серия получила широкомасштабное применение во многих отраслях народного хозяйства СССР и оставила достойное кадровое наследие будущему поколению. В первую очередь, это подготовка поколения ИТ-специалистов по всей стране, включая теоретиков по численным методам решения прикладных задач, системных программистов, разработчиков языков программирования, инженеров-конструкторов, специалистов по искусственному интеллекту и др. Масштабность этого наследия определялась доступностью ресурсов ЕС ЭВМ в силу их категории общего назначения.

В заключение этого раздела истории отечественной вычислительной техники хотелось бы отметить, что события 90-годов прошлого столетия не прошли мимо ВЦ РАН. Практически после полной ликвидации всего парка отечественных вычислительных ресурсов к началу 1996 года институт уже располагал развернутой локальной вычислительной сетью (ЛВС) с полномасштабным выходом в Internet, базирующейся на зарубежном оборудовании. Это уже новая история ВЦ РАН.

А.А. Дородницын оставляет свой директорский пост в 1989 году, оставаясь Почетным директором ВЦ РАН до конца жизни. В это сложное «перестроечное время» ни одно решение по управлению институтом не принимается без его участия и согласования с ним. За время 34-летней деятельности в должности директора ВЦ РАН стал одним из ведущих научно-исследовательских институтов Российской академии наук по фундаментальным и прикладным исследованиям в области аэродинамики, механики, электродинамики, квантовой физики, численных методов решения задач математической физики. И эти задачи решались в плотной связи с технологией внедрения вычислительной техники в совокупности с развитием программного обеспечения.

Одну из славных страниц истории ВЦ РАН составляет деятельность научной школы под руководством академика Н.Н. Моисеева. Изучение научного наследия Н.Н. Моисеева и вопросы развития его идей – это отдельная самостоятельная тема, в рамках которой проходят регулярные международные научные конференции в Российской Федерации. В частности,02–06.03.2020 года в Москве прошла Международная конференция «XXVIII Моисеевские чтения» по теме: «Цифровая революция: системы управления и научно-технические аспекты», организованная Федеральным исследовательским центром «Информатика и Управление» РАН и Комиссией РАН по исследованию трудов академика Н.Н Моисеева. Научному наследию Н.Н. Моисеева посвящен двухтомник «Н.Н. Моисеев. Избранные труды. Гидродинамика и механика. Оптимизация, исследование операций и теория управления» под редакцией академика А.А. Петрова [10]. Высокий научный уровень школы Н.Н. Моисеева подтверждается тем, что она подготовила для российской науки таких известных ученых, как академики П.С. Краснощеков, А.А. Петров, Г.И. Савин, Ю.Г. Евтушенко, член – корреспонденты РАН Ю.Н. Павловский, Ю.А. Флеров, И.Г. Поспелов.

Широко известна в стране и за рубежом научная школа по проблемам распознавания образов и методов комбинаторного анализа под руководством академика, лауреата Ленинской премии СССР, премии Совета Министров СССР Ю.И. Журавлева. Часть результатов научных исследований обобщена и представлена в монографии Ю.И. Журавлева «Избранные научные труды» [11]. Итоговая обзорная статья по основным результатам научной деятельности отдела математических проблем распознавания и методов прогнозирования и отдела вычислительных методов прогнозирования представлена в сборнике «50 лет ВЦ РАН» [3].

Созданный в 1955 году ВЦ АН СССР, а с 1 августа 2001 г. Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Российской академии наук, Приказом ФАНО России № 1421 от 31 декабря 2014 г. был реорганизован путем присоединения его к Институту проблем информатики РАН. В соответствии с Приказом ФИЦ ИУ РАН № 4-8 от 19 февраля 2015 года Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Российской академии наук включен на правах самостоятельного структурного подразделения в состав Федерального исследовательского центра «Информатика и Управление» РАН.

Список литературы

  1. Дородницын А.А. Избранные научныетруды, т.1, 2. М.: ВЦ РАН, 1997.

  2. Амирьянц Г.А. Выдающиеся ученые-механики ЦАГИ. Академик А.А. Дородницын. М.: Издательство Наука, 2013.

  3. 50 лет ВЦ РАН. История, люди, достижения». М.: ВЦ РАН, 2005.

  4. Заикина А.Г., Стриж Т.А. Николай НиколаевичГоворун. Книга воспоминаний. ОИЯИ, Дубна, 1999

  5. Лев Николаевич Королев. Биография. Воспоминания, документы. М.: Макс Пресс, 2016.

  6. Китов В.А. ЭВМ «Стрела» при создании оборонного щита в СССР. Материалы Третьей Международной конференции SoRuCom-2014.

  7. Ершов А.П. Программирующая программа для быстродействующей электронной счетной машины, М.: АН СССР, 1958.

  8. Ershov A.P. Programming Programme for the BESM computer. London. Pergamon Press, 1959.

  9. Карпова В.Б., Карпов Л.Е. История создания БЭСМ АН СССР. Материалым Международной конференции SoRuCom-2006.

  10. Моисеев Н.Н. Избранные труды. Гидродинамика и механика. Оптимизация, исследование операций и теория управления. М.: Тайдекс Ко, 2003.

  11. Журавлев Ю.И. Избранные научные труды». М.: Изд. Магистр, 1998.

Об авторе: Гурий Михайлович Михайлов
Вычислительный центр им. А.А. Дородницына ФИЦ ИУ РАН, Москва, Россия
gmickail@ccas.ru

Материалы международной конференции Sorucom 2020
автора 18.03.2022