Начало компьютерной эры принято отсчитывать со времени появления первой цифровой электронной вычислительной машины, созданной американскими инженерами. Запущенная впервые весной 1945 года и анонсированная в 1946 году, она является прообразом миллионов современных компьютеров. Отдавая должное создателям первой вычислительной машины, необходимо напомнить, что и наша история развития отечественной компьютерной техники насчитывает немало славных страниц.
Разработанные первоначально исключительно для военных целей, электронные вычислительные машины (ЭВМ) или, как их стали называть в последние годы, компьютеры сегодня используются практически во всех сферах человеческой деятельности - от решения сложнейших оборонных задач и управления промышленными объектами до образования, медицины и даже досуга.
Сегодня компьютерные средства представлены довольно сложными системами многофункционального назначения. Однако начало компьютерной эры было положено в середине XX века сравнительно примитивными, конечно, по нынешним меркам, устройствами, созданными на основе электронных ламп.
В 1942 году американский физик Джон Моучли представил собственный проект электронной вычислительной машины - ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и калькулятор). Весной 1945 года она была построена для целей оборонных ведомств, а в феврале 1946 года, 60 лет назад, рассекречена. ENIAC содержала 178468 ламповых триодов, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов, занимала площадь в 300 кв. м и в 1000 раз превосходила по быстродействию релейные аналоги.
Элементной базой первых ЭВМ стали электронные лампы, представленные вакуумными диодами и триодами. Первые из них содержали спираль накаливания, катод и анод, вторые - спираль накаливания, катод, анод и сетку, управляющую потоком электронов, а следовательно и анодным током.
Параллельно с развитием элементной базы и совершенствованием схемотехнических решений осуществлялось развитие основополагающих научно-технических концепций. Так, в 1944 году американский инженер Джон Эккерт впервые выдвинул концепцию хранимой в памяти компьютера программы. А в 1946 году Джон фон Нейман предложил ряд новых идей организации ЭВМ, которая во многих чертах сохранилась до настоящего времени.
Однако реализация новейших концепций требовала соответствующих технических решений и, конечно, элементной базы. И такой случай представился для разработчиков ЭВМ. Связан он с открытием в области полупроводников. Сотрудники Bell Telephone Laboratories Джон Бардин и Уолтер Бремен 23 декабря 1947 года впервые продемонстрировали свое изобретение, получившее название "транзистор". А уже спустя несколько лет были предприняты первые попытки разработки вычислительных устройств, созданных на основе этих элементов. Однако, несмотря на явные преимущества новых базовых элементов, традиционные для того времени лампы еще долгое время продолжали господствовать в качестве основы вычислительных устройств.
Следует отметить, что появление новых концепций происходило на всем пути совершенствования компьютерной техники. Развивалась и схемотехника, и программное обеспечение. На этом пути мир узнал много славных имен. Однако было бы ошибкой связывать все достижения только с иностранными специалистами.
Действительно, обоснование принципов построения ЭВМ с хранимой в памяти программой было осуществлено Сергеем Александровичем Лебедевым независимо от Джона фон Неймана, хотя этот факт не является достоянием общественности. В результате проводимых в СССР исследований руководимый С. А. Лебедевым году коллектив в 1948 разработал и предложил первый проект отечественной цифровой электронной вычислительной машины. В дальнейшем под руководством академика С. А. Лебедева и В. М. Глушкова разрабатывается целый ряд отечественных ЭВМ. Сначала это была МЭСМ - малая электронная счетная машина (1951 год, Киев), затем БЭСМ - быстродействующая электронная счетная машина (1952 год, Москва). Параллельно с ними реализовывались линейки "Стрела", "Урал", "Минск", "Раздан", "Наири", серия "М" и др. И это только небольшая часть из многих десятков наименований реализованных проектов. Примеров же реализации достижений отечественных ученых и инженеров довольно много. Вот лишь некоторые вехи истории развития вычислительных машин.
1959 г. - опытные образцы ЭВМ М-40, М-50 для систем противоракетной обороны (ПРО); ЭВМ "Минск-1", которая применялась для решения инженерных, научных и конструкторских задач; первая ламповая специализированная стационарная ЭВМ "СПЕКТР-4", предназначенная для наведения истребителей-перехватчиков и мобильная полупроводниковая ЭВМ "КУРС" для обработки радиолокационной информации.
1960 г. - первая полупроводниковая управляющая машина "Днепр" и первая микропрограммная специализированная ЭВМ "Тетива" для системы ПВО.
1961 г. - серийный выпуск ЭВМ "Раздан" малой производительности (до 5 тыс. оп/сек), предназначенных для решения научно-технических и инженерных задач.
1962 г. - ЭВМ БЭСМ-4; "МППИ-1", созданная в Северодонецком научно-исследовательском институте управляющих вычислительных машин для химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и др. отраслей промышленности; семейство малых машин "Промiнь" для автоматизации инженерных расчетов средней сложности; ЭВМ "Минск-2".
1963 г. - многомашинный комплекс "Минск-222".
1964 г. - ряд ЭВМ "Урал".
1965 г. - БЭСМ-6 - первая в СССР супер-ЭВМ с производительностью 1 млн. оп/сек, всего к началу 80-х гг. было построено около 350 экземпляров; полупроводниковые ЭВМ М-220 и М-222, выпускавшиеся в Казани, продолжавшие линию ЭВМ М-20 и обладавшие производительностью до 200 тыс. оп/сек.
1966 г. - завершение разработки проекта большой ЭВМ "Украина", предвосхитившего многие идеи американских больших ЭВМ 70-х годов.
1969 г. - 5Э92Б - двухпроцессорный компьютер на полупроводниках, ставший основным компьютером в первой системе ПРО Москвы.
Как следует из приведенных данных, конечно, неполных, в СССР была осуществлена грандиозная программа по разработке, выпуску и применению электронных вычислительных машин, созданных на основе исключительно отечественных комплектующих. В программах разработки, выпуска и применения ЭВМ, как правило, внедрялись отечественные разработки, сделанные независимо от зарубежных коллег. При этом самые мощные модели были использованы для нужд обороны, что, в общем-то, в условиях недружественного, агрессивного окружения было оправданно.
Следует подчеркнуть, что вопреки существующему общественному мнению, отечественные ЭВМ во многих случаях не уступали заграничным аналогам. Так, например, созданная в 1950 году ЭВМ МЭСМ являлась в тот момент самой быстродействующей в Европе.
Многие оригинальные разработки существенно опережали зарубежные и были по достоинству оценены зарубежными коллегами. В качестве примера можно привести ЭВМ БЭСМ-6, созданную на транзисторах. Оригинальность и перспективность использованных решений в архитектуре данной машины нередко отмечали в публичных выступлениях корифеи компьютерных наук. В этой ЭВМ были использованы виртуальная память и асинхронные конвейерные структуры. В дополнение к этому, еще в 70-е годы М. А. Карцев впервые в мире предложил и реализовал концепцию полностью параллельной вычислительной системы с распараллеливанием программ, команд, данных и слов. Эти идеи были воплощены в еще одной супер-ЭВМ - М-10, а 1978 году был разработан проект векторно-конвейерной ЭВМ М-13.
В дальнейшем, по мере развития народного хозяйства, увеличивалась потребность в изделиях вычислительной техники. С целью расширения их выпуска была сделана попытка стандартизации схемотехнических решений. Это стало возможным благодаря успехам электронной промышленности, освоившей сначала гибридные, а затем и монолитные микросхемы. В дальнейшем же уже после изобретения инженерами фирмы Intel микропроцессора был налажен выпуск аналогичных элементов на отечественных предприятиях.
Реализуя возможности электронной промышленности, советские ученые и инженеры наладили выпуск ЭВМ нового поколения. При этом за основу серийных ЭВМ были взяты лучшие образцы зарубежной техники, например, линейка мощных ЭВМ фирмы IBM - серия 360 и 370. Соответственно, отечественные ЭВМ единой системы (ЕС) получили наименования "Ряд-1" и "Ряд-2". Не были забыты и управляющие машины. Этот класс малых машин - СМ ЭВМ был создан на основе моделей фирм HP и DEC. Вот некоторые даты и примеры изделий того времени.
1971 г. - модели ЕС-1020 (20 тыс. оп/сек).
1973 г. - модели ЕС-1030 (100 тыс. оп/сек); на базе БЭСМ-6 для задач управления космическими полетами были созданы многомашинные комплексы; выпуск ЭВМ ЕС-1050 (Москва, Пенза) и высокопроизводительной ЭВМ М-10 с многоформатной векторной RISC-архитектурой для систем ПРО.
1974 г. - модели ЕС-1022, (80 тыс. оп/сек).
1976 г. - модели ЕС-1033 (200 тыс. оп/сек).
1975 г. - СССР, НРБ, ВНР, ПНР, ЧССР и ГДР разработали мини-ЭВМ СМ-1, СМ-2, СМ-3 и СМ-4, использованные в научных проектах, в системах управления техпроцессами и т. д.
1977 г. - старшая модель из "Ряд-1" - ЕС-1060; модель ЕС-1035 ("Ряд-2"); первый симметричный многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) "Эльбрус-1".
1978 г. - ЕС-1055.
1979 г. - модель ЕС-1045 (800 тыс. оп/сек, "Ряд-2"); многопроцессорные УВК с перестраиваемой структурой ПС 2000, реализующие распараллеливание на уровне задач, ветвей, векторных и скалярных операций в задачах геофизики, научных экспериментов и др. областей.
1980 г. - ЭВМ ЕС-1061; двухпроцессорный комплекс СМ-1410.
1981 г. - УВК СМ 1800, СМ 1803, СМ 1804.
1982 г. - персональные ЭВМ (ПЭВМ они же ПК) ЕС-1840.
1983 г. - ЕС-1036 (400 тыс. оп/сек, "Ряд-3"); многопроцессорная векторная ЭВМ М-13 и первые образцы бытового компьютера "Электроника БК0010" с системой команд, заимствованной у мини-ЭВМ CM-3 и СМ-4.
1985 г. - ЕС-1066; многопроцессорный (10 процессоров) комплекс "Эльбрус-2" (125 млн. оп/сек).
1986 г. - УВК СМ 1810, СМ 1814, СМ 1820, совместимые с IBM PC; ЭВМ СМ 1700, совместимая с VAX-11 фирмы Digital Equipment Corp, и ЭВМ ЕС 1766 (до 256 процессоров).
1994 г. - комплекс "Эльбрус-3", созданный с применением микросхем технологий LSI, ECL и т.п., содержал 16 процессоров и был в два раза производительнее CRAY-YMP. Комплекс был изготовлен, но в серию не был запущен. Связано это было с тем, что сложность использованных перспективных решений во многом обгоняла возможности элементной базы, что привело к высокой стоимости комплекса, который для приемлемых уровней надежности и устойчивости работы требовал особых условий эксплуатации.
Конечно, развитие вычислительной техники с упором на зарубежные образцы несколько затормозило собственные разработки. В результате были свернуты работы по совершенствованию перспективной линейки БЭСМ - БЭСМ-8 и БЭСМ-10. Можно было ожидать реального прорыва в этой области. Однако история, как известно, не знает сослагательного наклонения.
В качестве аргументов целесообразности выбранного пути можно привести, например, проблемы программного обеспечения (ПО) и стандартизации узлов и элементов. Кроме того, на выбор путей развития отечественной вычислительной техники свое влияние оказывали и субъективные факторы. Как утверждается в ряде воспоминаний, ряд ведущих специалистов обещали руководству страны за счет заимствования зарубежного опыта быстрое удвоение ВВП. Дело в том, что копирование позволяло экономить громадные финансовые средства за счет снижения расходов на исследования и разработки в области схемотехники и написания соответствующего программного обеспечения. Так, например, стоимость оригинального ПО для IBM360 оценивалась его разработчиками в $25 млрд., что соответствует, например, стоимости всей американской программы полета на Луну. Правда, ориентация на западный опыт вела к отставанию, связанному с самим процессом копирования, перевода и выпуска документации, а также к трудностям последующего освоения без необходимой технической помощи.
Что же касается развития элементной базы, то отечественная электронная промышленность получила вполне объяснимый рывок. Создавались институты и КБ, строились заводы, выпускались микросхемы. Копировались многие микросхемы и узлы.
Тем не менее, без отечественных разработок обойтись было невозможно. Достаточно вспомнить о проблемах оборонных ведомств. Вероятно, именно этим и объясняется то внимание, которое уделялось мощным многопроцессорным комплексам типа "М-10" и "Эльбрус".
Не остались без внимания и персональные компьютеры. В короткий срок были разработаны и выпущены ПК серий ЕС, СМ, "Искра". Первыми моделями стали ЕС-1040, СМ1810, "Искра-1030". Их архитектура во многом была скопирована с зарубежных аналогов типа IBM PC.
Кроме того, активно развивался сектор компьютеров архитектуры и системы команд фирмы DEC. Как пример можно привести ПК линеек ДВК и "Электроника". Значительно меньшее распространение получили соответствующие клоны фирмы HP.
Указанная политика позволила заимствовать зарубежное программное обеспечение. Кроме того, для ПК архитектур и систем команд DEC и HP существовали совместимые мини-ЭВМ, например, СМ-3, СМ-4 и СМ-1, СМ-2.
Однако освоение зарубежного опыта не сводилось к простому копированию лучших образцов вычислительной техники и переносу программ. Дело в том, что основой отечественных компьютеров стали микросхемы и микропроцессоры, серийно выпускаемые в СССР. Связано это было с вопросами экономии валютных средств, а также безопасности государства. В условиях недружественного окружения была недопустима зависимость в снабжении комплектующими. Кроме того, имелась (и до сих пор имеется) опасность электронных "закладок" спецслужбами потенциальных противников.
Конечно, в отечественных разработках далеко не все микросхемы были собственной разработки. Использовался как отечественный опыт, так и зарубежный. Было налажено исследование микропроцессоров известных фирм. Существовали КБ, где послойно сканировали кристаллы микросхем. На основе результатов создавались собственные модели. Конечно, были задействованы и каналы разведки, проделавшие огромную, необходимую работу.
Однако были и производственные ограничения. Дело в том, что существующие ГОСТЫ ориентированы на метрическую систему, а среди компьютерных комплектующих доминирует дюймовый масштаб. Эта проблема касается не только корпусов и плат, но и микросхем, включая расстояние между контактами. В результате инженерам даже при наличии образцов приходилось заново проектировать свои изделия. Остается добавить, что существовало ограничение и на использование драгоценных металлов, что затрудняло выпуск надежных изделий. Как результат, при сравнительно большом ассортименте отечественных ПК их тираж был довольно скромным. Так, например, выпуск компьютеров "Искра-1030", включая модификации, составлял всего несколько тысяч штук в год. Одной из самых массовых стала "Электроника-60", но и ее выпуск составлял примерно 10 тыс. штук в год. Правда, благодаря компьютеризации народного образования компьютеры типа "Электроника БК0010" и "Электроника БК0011", ставшие основой учебных классов КУВТ-86 и КУВТ-87, выпускались сотнями тысяч. К слову сказать, "Электроника БК0010" и "Электроника БК0011" стали первыми массовыми бытовыми компьютерами.
Следует подчеркнуть, что, несмотря на массовое копирование, существовали и отечественные разработки. Некоторые идеи явно обгоняли зарубежную научную мысль. В качестве примеров можно привести секционированные микропроцессоры и даже RISK-процессоры. К слову сказать, идеи таких процессоров были детально сформулированы задолго до зарубежных публикаций. Более того, в 70-х годах был создан проект выпуска отечественных компьютеров с RISK-процессорами силами одной из зарубежных фирм. При этом фирма брала на себя не только производство компьютеров, но и маркетинг, и реализацию. Однако проект натолкнулся на многочисленные ведомственные согласования, занявшие несколько лет. В результате время было упущено, и мир не увидел перспективной разработки, сулившей миллиардные доходы, а на рынке воцарились менее совершенные зарубежные аналоги.
Остается добавить, что аппаратно-программное обеспечение в мире осуществлялось столь быстрыми темпами, что просто слепое копирование довольно быстро потеряло смысл. Без поддержки отечественных разработчиков страна была обречена на постоянное и все возрастающее отставание. В результате страдала не только экономика, но и безопасность государства.
Решая эту нелегкую проблему, в семидесятых, а потом еще раз в восьмидесятых годах ЦК КПСС и Совет Министров СССР поставили перед Академией Наук СССР задачу проанализировать ситуацию и выдать соответствующие рекомендации. Результат этих усилий был оформлен в виде ряда докладов, опубликованных в открытых, доступных, хотя и специализированных изданиях.
Основной смысл рекомендаций, сформулированных в семидесятых годах и подтвержденных в восьмидесятых, можно кратко сформулировать в двух положениях.
Догнать и перегнать развитые страны практически невозможно, поскольку для этого не хватит ресурсов государства (не только СССР, но даже более богатых). Что же касается политики развития, то наиболее целесообразным представляется постепенная интеграция в процесс мирового производства с последовательным овладением сначала сравнительно простых устройств, а затем и постепенным переходом к технологически сложным изделиям.
К сожалению, данные результаты были подвергнуты критике и в должное время правильные выводы сделаны не были. Последующие годы перестройки и разрушения государства, а, следовательно, и связей между ведомствами и предприятиями, только усугубили проблемы с электронными и компьютерными отраслями. Существовавший темп и многие оригинальные разработки были безвозвратно утеряны. Более того, многие ведущие специалисты покинули страну и обосновались в крупнейших западных компаниях, обогатив их результатами отечественных исследований.
Однако развитие и безопасность государства невозможны без развития собственных отраслей высоких технологий. Несмотря на то, что приведенным выше положениям Академии Наук исполнилось уже три десятка лет, их значение от этого не изменилось. Как запоздалую реализацию можно рассматривать постепенное возрождение отечественной электронной промышленности. Возобновилась работа некоторых КБ, на рынке появились микросхемы, созданные отечественными и совместными предприятиями. Выполненные по хорошо отлаженным технологиям, они по своей надежности и устойчивости работы являются вполне конкурентоспособными изделиями. Высокое качество и привлекательные цены этих микросхем, часть из которых выпускается на подмосковных заводах бывшей советской "кремниевой долины", делает их востребованными не только на отечественном рынке, но зарубежных, включая рынки высокоразвитых государств.
Используемые технологические процессы пока, как правило, не оперируют масштабами менее 0,35 мкм. Но развитие в данной области осуществляется быстрыми темпами, и существующий разрыв уменьшается.
Однако существующее пока отставание не означает прекращения разработок в области сверхсложных микросхем и последующего конструирования на их основе оригинальных систем. Существующие возможности всемирной интеграции позволяют использовать возможности зарубежных производств.
Как пример, можно привести выпуск с использованием зарубежных технологий отечественного SPARC-совместимого универсального процессора МЦСТ R-500, функционирующего на частоте 450-500 МГц при мощности теплообразования менее 2 Вт. Этот процессор, изготовленный с применением норм 0,13 мкм техпроцесса с 8 слоями металлизации, является основой вычислительного комплекса "Эльбрус 90-микро", работающего под управлением ОС "Solaris" и "Linux".
Еще одним успехом отечественных ученых и инженеров является выпуск в рамках проекта "Эльбрус" опытных образцов процессора, содержащего 60 млн. транзисторов и разработанного в ЗАО "МЦСТ" по оригинальной, не имеющей аналогов архитектуре EPIC (архитектура явного параллелизма).
Но выпуском отдельных комплектующих не исчерпываются успехи отечественных инженеров и ученых. Интегрируя отечественный и зарубежный опыт в своих разработках, они создают новые архитектуры и реализуют их в соответствующих разработках. Так, например, в процессе осуществления совместных проектов российскими и белорусскими специалистами был создан ряд многопроцессорных суперкомпьютеров.
Приведенные примеры свидетельствуют о постепенном возрождении российской компьютерной промышленности, на пути развития которой еще немало препятствий.
