Sowjetische Computerschule von Sergej Lebedev

Sergej Alekseevich Lebedev war ein sowjetischer Akademiker und der Begründer der Computertechnologie in der UdSSR. Er schuf den ersten Computer in Kontinentaleuropa mit einem im Speicher gespeicherten Programm (MESM) und war einer der Entwickler der ersten digitalen elektronischen Computer mit einem sich dynamisch ändernden Berechnungsprogramm. Unter der Anleitung und persönlichen Beteiligung dieses herausragenden Wissenschaftlers wurden 18 Computer erstellt und 15 davon in Massenproduktion hergestellt.

Lebedev war an der Spitze der Entwicklung und Bildung der heimischen Computertechnologie. Seine Erfahrung ist einzigartig, da sie den Zeitraum von der Entwicklung der ersten Röhrencomputer, die Hunderte und Tausende von Operationen pro Sekunde ausführen, bis hin zu Hochgeschwindigkeits-Supercomputern auf großen integrierten Schaltkreisen abdeckt.



Sergey Lebedev wurde am 2. November 1902 in der Stadt Nischni Nowgorod geboren. Pater Alexei Ivanovich war ein bekannter Autor der ABCs und des Dictionary of Incomprehensible Words, und seine Mutter Anastasia Petrovna (geborene Adlige Mavrina) unterrichtete allgemeine Fächer in den unteren Klassen der öffentlichen Schule. In den postrevolutionären Jahren wurde das Familienoberhaupt eingeladen, als Volkskommissar für Bildung zu arbeiten, und die Lebedevs zogen nach Moskau.



Sergey Lebedev (1920)

Beginn der Reise

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In Lebedevs wissenschaftlicher Tätigkeit wurde ein charakteristisches Merkmal festgestellt, das in einer organischen Kombination einer großen Tiefe theoretischer Studien mit einer spezifischen praktischen Ausrichtung bestand. Er setzte seine theoretischen Forschungen fort und beteiligte sich aktiv an der Vorbereitung des Baus des Wasserkraftwerks Kuibyshev.

Zu Beginn des Zweiten Weltkriegs war Lebedev gezwungen, VEI zu verlassen und nach Swerdlowsk zu fahren. Alle Ressourcen der Automatisierungsabteilung wurden auf Verteidigungsthemen umgestellt.

Für eine überraschend kurze Zeit in Swerdlowsk entwarf Alexej Sergejewitsch ein System zur Stabilisierung einer Panzerpistole beim Zielen. Diese Entwicklung verbesserte den Tank, machte ihn weniger anfällig und rettete dadurch viele Tanker. Das System ermöglichte es Ihnen, mit einer Waffe zu zielen und zu schießen, ohne die Maschine anzuhalten. Für seine Erfindung erhielt der Wissenschaftler den Orden des Roten Banners der Arbeit und die Medaille "Für tapfere Arbeit im Großen Vaterländischen Krieg von 1941-1945".



1945 wurde Lebedev zum ordentlichen Mitglied der Akademie der Wissenschaften der ukrainischen SSR gewählt

Nach Kriegsende begann der Wissenschaftler mit der Umsetzung eines lange geplanten Projekts zur Erstellung eines Computers unter Verwendung eines Binärzahlensystems. In jenen Jahren gab es nicht genügend vollständige Veröffentlichungen über das Binärzahlensystem und die Funktionsweise von Binärzahlen. Die Grundlage für den Aufbau eines digitalen Computers war die Methodik zur Durchführung arithmetischer Operationen im Binärzahlensystem und die zuvor von Lebedev selbst entwickelten Methoden zur Lösung mathematischer Probleme.

1947 wurde Lebedev Direktor des Instituts für Elektrotechnik der Akademie der Wissenschaften der Ukraine und leitete gleichzeitig das Labor des Instituts für Präzisionsmechanik und Computertechnik der UdSSR.

MESM

1948 begann der Prozess der Schaffung eines kleinen elektronischen Computers (MESM). Für wissenschaftliche Arbeiten wurde Lebedev ein teilweise zerstörtes Gebäude des ehemaligen Klosterhotels in Feofania (Kiew) zugewiesen. Mit finanzieller Hilfe und Unterstützung des Vizepräsidenten der Akademie der Wissenschaften der ukrainischen SSR Mikhail Alekseevich Lavrentyev wurde der Raum renoviert und als Labor ausgestattet.



Das Gebäude in Feofania, in dem sich das Lebedev-Labor befand

Lebedev brachte die Prinzipien des Baus eines Computers mit einem im Speicher gespeicherten Programm vor, begründete und implementierte sie in der ersten sowjetischen Maschine. MESM nahm den gesamten Flügel eines zweistöckigen Gebäudes (60 m²) ein und bestand aus 6.000 elektronischen Lampen. Es ist bemerkenswert, dass das Design, die Installation und das Debuggen der Maschine innerhalb von drei Jahren abgeschlossen wurden. Gleichzeitig waren nur 11 Ingenieure und 15 technische Mitarbeiter an der Entwicklung beteiligt. Während die Entwicklung des weltweit ersten elektronischen Computers, ENIAK (USA), fünf Jahre dauerte und 13 Entwickler und mehr als 200 Techniker beteiligt waren.


Das Einheitszellendiagramm des Speicherblocks der Rechenvorrichtung MESM

MESM war ein arithmetisches Gerät, das Operationen der Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division, Verschiebung, des Vergleichs unter Berücksichtigung des Vorzeichens, des Absolutwertvergleichs, der Steuerübertragung, der Übertragung von Zahlen von der Magnettrommel, der Addition von Befehlen und des Stopps durchführte. MESM hatte eine binäre Darstellung von Festkommazahlen, 16 Bit pro Nummer plus ein Bit pro Vorzeichen.

Am 6. November 1950 fand ein Testlauf der Maschine statt, bei dem das Problem gelöst wurde: Y '' + Y = 0; Y (0) = 0; Y (\ pi) = 0.

Trotz der Tatsache, dass MESM eher wie ein Modell einer großen elektronischen Rechenmaschine erstellt wurde, fand es praktische Anwendung. Der erste sowjetische Computer interessierte sich sehr für Mathematiker, deren Aufgaben den Einsatz eines Hochgeschwindigkeitscomputers erforderten. Bis 1953 war MESM der einzige Computer in der UdSSR.



Die Teilnehmer an der Entwicklung von MESM sind Lev Naumovich Dashevsky und Solomon Beniaminovich Pogrebinsky (Kiew, 1951).

Eigenschaften der MESM- Elementbasis

: 6.000 elektronische Röhren (ca. 3.500 Trioden und 2.500 Dioden)
Geschwindigkeit: 3.000 Operationen pro Sekunde
Stromverbrauch: ca. 25 kW
Entladung: 16
Taktfrequenz: 5-kHz-
E / A-Geräte: Eingabe von einer Lochkarte oder durch Wählen eines Codes an einem Steckschalter; Ausgabe unter Verwendung eines elektromechanischen Druckgeräts oder eines Fotogeräts, um Daten auf Film zu erhalten.
Es kann auch eine magnetische Trommel verwendet werden, in der bis zu 5000 Codes von Zahlen oder Befehlen gespeichert sind.

BESM

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BESM hatte 39 Binärziffern zur Darstellung von Zahlen in Form einer Mantisse / Reihenfolge, von denen 32 Bits für den signifikanten Teil und 5 für die Reihenfolge zugewiesen wurden. Eine andere Kategorie war den Zeichen der Mantisse und der Ordnung vorbehalten. Beim Schreiben von Programmen für die Maschine wurde die Technik des selbstmodifizierenden Codes verwendet, wenn die Adressteile von Befehlen für den Zugriff auf Arrays direkt geändert wurden.

Einer der Entwickler von BESM Vsevolod Sergeevich Burtsev erinnert sich an Folgendes über die Maschine:

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: 4 000 , 5 000
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1958 wurde BESM für die Serienproduktion vorbereitet. Das ITM & VT-Team unter der Leitung von Lebedev entwickelte und präsentierte zwei Computer: BESM-2 und M-20. Ihr charakteristisches Merkmal war, dass sie in engem Kontakt mit der Industrie (insbesondere dem M-20) entwickelt wurden. Die Spezialisten der Anlage und des akademischen Instituts waren gemeinsam an der Entwicklung der Maschine beteiligt. Dieses Prinzip war insofern gut, als es die Qualität der Dokumentation verbesserte, da es die technologischen Fähigkeiten der Anlage berücksichtigte.

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-2

: 4 000 , 5 000
Geschwindigkeit: 20.000 Operationen pro Sekunde
Stromverbrauch: 35 kW
Bit: 45
Taktfrequenz: 10 MHz
Externer Speicher: auf Magnettrommeln und Magnetbändern
E / A-Geräte: Eingabe von dem Lochstreifen, den das Gerät druckt.

M-20 war die erste sowjetische Maschine, die komplett mit spezieller mathematischer Software (im Wesentlichen das Betriebssystem) geliefert wurde. Lebedev legte eine Reihe konstruktiver Lösungen für das neue Gerät fest, die die Funktionalität erweiterten und die Anzahl der elektronischen Röhren fast nicht erhöhten.

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(1962 .)

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: 40 000
: 50
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-6

Die Entwicklung von BESM-6 wurde Ende 1965 abgeschlossen. Diese Maschine wurde der erste sowjetische Supercomputer, der auf der Elementbasis der zweiten Generation (Halbleitertransistoren) basierte. In elektronischen BESM-6-Schaltungen wurden 60.000 Transistoren und 180.000 Halbleiterdioden verwendet. Die elementare Basis war für diese Zeit neu.

BESM-6 hatte ein Haupt- oder Wasserversorgungsmanagementprinzip. Damit wurden die Befehls- und Operandenflüsse parallel verarbeitet. In der Entwicklung wurde assoziatives Gedächtnis für ultraschnelle Register verwendet, wodurch die Anzahl der Aufrufe des ferritischen Speichers verringert und eine lokale Optimierung der Berechnungen in der Dynamik der Zählung ermöglicht wurde. RAM hatte ein Bündel (8-lagig) in autonomen Modulen, das den gleichzeitigen Zugriff auf Speicherblöcke in verschiedene Richtungen ermöglichte. Der Multiprogramm-Betriebsmodus von BESM-6 ermöglichte es, mehrere Probleme mit vorgegebenen Prioritäten zu lösen. Der Hardwaremechanismus zum Umwandeln einer mathematischen Adresse in eine physikalische Adresse ermöglichte es, RAM während des Rechenprozesses mittels des Betriebssystems dynamisch zuzuweisen.

BESM-6 hatte einen Förderer-Zentralprozessor mit getrennten Förderern für das Steuergerät und das Rechengerät. Es ermöglichte die Kombination der Verarbeitung mehrerer Teams in verschiedenen Ausführungsphasen. Es gab einen Cache für 16 48-Bit-Wörter (4 Datenlesevorgänge, 4 Befehlslesevorgänge, 8 Schreibpuffer). Das Befehlssystem enthielt 50 24-Bit-Befehle.



Labor für die Durchführung von Abschlusstests des berühmten BESM-6

Seit 1968 begann die Produktion von BESM-6 im Werk für Computeranalysegeräte (CAM) in Moskau.

Eigenschaften der BESM-6-

Elementbasis: Transistor-Paraphasenverstärker mit Diodenlogik am Eingang
Geschwindigkeit: ca. 1 Million Operationen pro Sekunde
Leistungsaufnahme: 60 kW
Bit: 48
Taktfrequenz: 10 MHz
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1967 . -6. , (1983 .) . . , -6 .

1990 . -6 , .

526

Der 5E26-Computer war Lebedevs letzte lebenslange Entwicklung, die er in die Serienproduktion einführte.

1968 nahm Lebedev den Vorschlag von Boris Vasilyevich Bunkin an, General Designer von Flugabwehr-Raketensystemen für die Luftverteidigung. Er erklärte sich bereit, einen spezialisierten verwaltenden kleinen mobilen Hochleistungs-Digitalkomplex (CVC) 5E26 zu entwickeln. Sergei Alekseevich träumte davon, eine solche Gelegenheit auch bei der Schaffung von MESM zu realisieren. Dank dieser Arbeit wurde die größte Umstrukturierung des Instituts durchgeführt. Die Bündelung der Ressourcen vieler verschiedener Labors führte zur tatsächlichen Schaffung von Abteilungen:
- für Allzweckcomputer
- für Spezialcomputer (einschließlich Architektur)
- für das elektronische Design
- für Speichergeräte
- für CAD und Technologie.

Vsevolod Sergeyevich Burtsev (stellvertretender Lebedev) schlug die Multiprozessorarchitektur des 5E26 CVC vor, die bis zu drei Zentralprozessormodule und zwei spezielle Informations-Eingabe-Ausgabe-Prozessoren mit gemeinsamem Speicher bereitstellt.

Strukturell war der CVC der 5E26-Serie ein Schrank mit einer Höhe von 1885 mm, einer Breite von 2870 mm und einer Tiefe von 655 mm, der an der Wand des Fahrzeugs angebracht wurde.

Der 5E26 verfügte über ein hocheffizientes automatisches Backup-System, das auf Hardwaresteuerung basierte. Das System ermöglichte es, den Steuerungsprozess bei Fehlfunktionen und Ausfällen von Geräten, die unter einer Vielzahl von klimatischen und mechanischen Einflüssen arbeiten, mit einer entwickelten mathematischen Software zur Automatisierung der Programmierung wiederherzustellen.



CCV 5E261

CCV 5E26 kann für spezielle Zwecke leicht an verschiedene Anforderungen an Leistung und Speicher in Steuerungssystemen angepasst werden. Das Gerät arbeitete auch in Echtzeit und war mit fortschrittlicher mathematischer Software, einem effektiven Programmierautomatisierungssystem und der Fähigkeit ausgestattet, mit Hochsprachen zu arbeiten. In 5E26 wurde ein nichtflüchtiger Speicher von Anweisungen auf Mikrobiasen mit der Möglichkeit des elektrischen Umschreibens von Informationen durch externe Aufzeichnungsgeräte implementiert, und ein effektives Betriebssystem mit zweistufiger Lokalisierung der fehlerhaften Zelle wurde eingeführt, das die Effizienz der Wiederherstellung von Geräten durch Mid-Tech-Personal sicherstellt.

Als integrierte Schaltkreise wurden hauptsächlich Halbleitermikroschaltungen einer der ersten inländischen Serien 133 und 130 (TTL-Typ) verwendet.



Lebedev während einer Reise nach England (Cambridge, 1964)

Eigenschaften 5E261 Elementbasis

: Standardreihe von TTL-Mikroschaltungen
Geschwindigkeit: 1,5 Millionen Operationen pro Sekunde
Stromverbrauch: 5,5 kW
Bitkapazität: 32
RAM: 32-34 Kb
Die Größe des Befehlsspeichers: 64-256 Kb
Ein unabhängiger Ein- / Ausgabeprozessor für Informationen auf 12 Kommunikationskanälen: Die maximale Wechselrate liegt über 1 Mb / s.

Die Erfahrung mit der Erstellung von 5E26-Computern wurde zur Grundlage für das Design der Elbrus-Familie von Supercomputern. Der Name wurde von Lebedev vorgeschlagen. Das Erscheinen von "Elbrus" vervollständigte die Schaffung des Raketenabwehrsystems der UdSSR, aber er selbst hatte keine Zeit mehr, sich an ihrer Entwicklung zu beteiligen.

Nachwort

Lebedev mit seiner Familie

Nach den Erinnerungen von Mitarbeitern, die mit Sergey Alekseevich in Kiew zusammengearbeitet haben, war er ein idealer Führer. Bei der Arbeit habe ich alles zur Perfektion gebracht, den Kleinigkeiten viel Aufmerksamkeit geschenkt. Er hob nie seine Stimme und behandelte alle außergewöhnlich gleichmäßig, fair und ohne Vorurteile. Immer auch die kleinen Erfolge ihrer Mitarbeiter zur Kenntnis genommen. Beim Debuggen der Maschine war er seinesgleichen. Lebedev übertraf alle, um die Probleme und Fehlfunktionen im Auto zu verstehen.

Sergei Alekseevich hat sein ganzes Leben lang hervorragende Arbeit geleistet, um wissenschaftliches Personal auszubilden. Er war einer der Initiatoren der Gründung des Moskauer Instituts für Physik und Technologie, der Gründer und Leiter der Abteilung für Computertechnik an diesem Institut, und leitete die Arbeit vieler Doktoranden und Absolventen.



Lebedev mit seinen Töchtern Catherine und Natalia

70- , 1973 . . .

3 1974 . . .

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Im Jahr des 95. Geburtstages von Sergej Alekseevich Lebedev wurden die Verdienste des Wissenschaftlers im Ausland anerkannt. Als Innovator in der Computertechnologie erhielt er die Inschriftenmedaille der International Computer Society mit der Aufschrift: „Sergey Alekseevich Lebedev, 1902-1974 ... Entwickler und Designer des ersten Computers in der Sowjetunion. Der Begründer der sowjetischen Computertechnik. "