Escuela de informática soviética de Sergey Lebedev

Sergey Alekseevich Lebedev fue un académico soviético y fundador de la tecnología informática en la URSS. Creó la primera computadora en Europa continental con un programa almacenado en la memoria (MESM) y fue uno de los desarrolladores de las primeras computadoras electrónicas digitales con un programa de cómputo que cambia dinámicamente. Bajo la guía y participación personal de este destacado científico, se crearon 18 computadoras y 15 de ellas fueron producidas en masa.

Lebedev estuvo a la vanguardia del desarrollo y la formación de la tecnología informática nacional. Su experiencia es única, ya que cubre el período desde la creación de las primeras computadoras de tubo que realizaron cientos y miles de operaciones por segundo, hasta las supercomputadoras de alta velocidad en grandes circuitos integrados.



Sergey Lebedev nació el 2 de noviembre de 1902 en la ciudad de Nizhny Novgorod. El padre Alexei Ivanovich era un conocido autor del ABC y del Diccionario de palabras incomprensibles, y su madre Anastasia Petrovna (nee Mavrina, de la nobleza) enseñaba temas generales en los grados inferiores de la escuela pública. En los años posteriores a la revolución, el jefe de la familia fue invitado a trabajar cuando el Comisario del Pueblo de Educación y los Lebedevs se mudaron a Moscú.



Sergey Lebedev (1920)

Inicio del viaje

En 1921, Sergei aprobó los exámenes externos para la escuela secundaria y entró en la Escuela Técnica Superior de Moscú (MVTU). N.E.Bauman en la Facultad de Ingeniería Eléctrica. Sus maestros y supervisores fueron destacados científicos rusos en ingeniería eléctrica, profesores Karl Adolfovich Krug, Leonid Ivanovich Sirotinsky y Alexander Aleksandrovich Glazunov. Todos ellos trabajaron en el desarrollo de un plan de electrificación de la URSS (plan GOELRO). La implementación exitosa requirió una investigación teórica y experimental única. Lebedev todavía era un estudiante, pero incluso entonces se centró en el problema de la estabilidad del funcionamiento paralelo de las centrales eléctricas. Los primeros resultados sobre este tema se reflejaron en su proyecto de graduación, que se llevó a cabo bajo la guía del profesor K.A. Krug.

En 1928, Lebedev recibió un diploma en ingeniería eléctrica y siguió enseñando en su alma mater nativa, al tiempo que ocupaba el puesto de investigador junior en el All-Union Electrotechnical Institute (VEI). Fue en esta universidad donde dirigió el laboratorio de redes eléctricas, donde continuó trabajando en el problema de la sostenibilidad. El tema del laboratorio se fue ampliando gradualmente, cubriendo también los problemas de regulación automática. Y como resultado, en 1936, se formó un departamento de automatización sobre la base, que Sergey Alekseevich fue asignado para administrar.

En este momento, Lebedev ya se había convertido en profesor y autor (junto con Peter Sergeevich Zhdanov) de la monografía "Estabilidad del funcionamiento paralelo de los sistemas eléctricos", ampliamente conocida entre los ingenieros eléctricos.



Lebedev en su despacho

La actividad científica de Lebedev observó un rasgo característico, que consistió en una combinación orgánica de una gran profundidad de estudio teórico con una orientación práctica específica. Continuando con la investigación teórica, se convirtió en un participante activo en la preparación de la construcción del complejo hidroeléctrico Kuibyshev.

Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, Lebedev se vio obligado a abandonar VEI y partir hacia Sverdlovsk. Todos los recursos del departamento de automatización se cambiaron a temas de defensa.

Por un tiempo sorprendentemente corto en Sverdlovsk, Alexey Sergeyevich diseñó un sistema para estabilizar un arma de tanque cuando apuntaba. Este desarrollo mejoró el tanque, haciéndolo menos vulnerable y, por lo tanto, salvando a muchos buques tanque. El sistema le permitía apuntar y disparar desde una pistola sin detener la máquina. Por su invención, el científico recibió la Orden de la Bandera Roja del Trabajo y la medalla "Por el trabajo valiente en la Gran Guerra Patria de 1941-1945".



En 1945, Lebedev fue elegido miembro de pleno derecho de la Academia de Ciencias de la RSS de Ucrania

Después de que terminó la guerra, el científico comenzó a implementar un proyecto largamente planeado para crear una computadora usando un sistema de números binarios. En esos años, no había suficientes publicaciones completas sobre el sistema de números binarios y el método de operaciones con números binarios. La base para construir una computadora digital fue la metodología para realizar operaciones aritméticas en el sistema de números binarios y los métodos previamente desarrollados por el propio Lebedev para resolver problemas matemáticos.

En 1947, Lebedev se convirtió en director del Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Academia de Ciencias de Ucrania y, al mismo tiempo, dirigió el laboratorio del Instituto de Mecánica de Precisión e Ingeniería Informática de la URSS.

MESM

En 1948, comenzó el proceso de creación de una pequeña computadora electrónica (MESM). Para el trabajo científico, a Lebedev se le asignó un edificio parcialmente destruido del antiguo hotel del monasterio en Feofania (Kiev). Con la ayuda financiera y el apoyo del vicepresidente de la Academia de Ciencias de la RSS de Ucrania, Mikhail Alekseevich Lavrentyev, la sala fue renovada y equipada como laboratorio.



El edificio en Feofania, donde se encontraba el laboratorio Lebedev.

Lebedev presentó, justificó e implementó en la primera máquina soviética los principios de construir una computadora con un programa almacenado en la memoria. MESM ocupaba todo el ala de un edificio de dos pisos (60 m²) y constaba de 6,000 lámparas electrónicas. Es de destacar que el diseño, la instalación y la depuración de la máquina se completaron en tres años. Al mismo tiempo, solo 11 ingenieros y 15 técnicos participaron en el desarrollo. Mientras que el desarrollo de la primera computadora electrónica del mundo, ENIAK (EE. UU.), Llevó cinco años y 13 desarrolladores y más de 200 técnicos estuvieron involucrados.


El diagrama unitario de la celda del bloque de memoria del dispositivo aritmético MESM

MESM era un dispositivo aritmético que realizaba operaciones de suma, resta, multiplicación, división, desplazamiento, comparación teniendo en cuenta el signo, comparación de valor absoluto, transferencia de control, transmisión de números desde el tambor magnético, adición de comandos, parada. MESM tenía una representación binaria de números de punto fijo, 16 bits por número, más un bit por signo.

El 6 de noviembre de 1950, se realizó una prueba de funcionamiento de la máquina, durante la cual se resolvió el problema: Y '' + Y = 0; Y (0) = 0; Y (\ pi) = 0.

A pesar de que MESM se creó más como un modelo de una gran máquina de cálculo electrónico, encontró una aplicación práctica. La primera computadora soviética estaba muy interesada en los matemáticos, cuyas tareas requerían el uso de una computadora de alta velocidad. Hasta 1953, MESM era la única computadora en la URSS.



Los participantes en el desarrollo de MESM son Lev Naumovich Dashevsky y Solomon Beniaminovich Pogrebinsky (Kiev, 1951)

Características de la

base del elemento MESM : 6,000 tubos electrónicos (aproximadamente 3,500 triodos y 2,500 diodos)
Velocidad: 3,000 operaciones por segundo
Consumo de energía: aproximadamente 25 kW
Descarga: 16
Frecuencia de reloj:
dispositivos de E / S de 5 kHz : entrada desde una tarjeta perforada o marcando un código en un interruptor enchufable; salida utilizando un dispositivo de impresión electromecánico o dispositivo de fotografía para obtener datos en película.
También se puede usar un tambor magnético, que almacena hasta 5000 códigos de números o comandos.

BESM

El siguiente después de MESM se desarrolló una gran computadora electrónica (BESM). En la estructura del dispositivo, incluso entonces, se implementaron las soluciones básicas típicas de las computadoras modernas.

BESM tenía un sistema de representación de números binarios que tenía en cuenta las órdenes, es decir, en forma de números de coma flotante. La máquina funcionaba en un rango de números de aproximadamente ^10-9 a 10 ⁹ . El sistema de comando tenía tres direcciones, incluía 9 operaciones aritméticas, 8 operaciones de transferencia de código, 6 operaciones lógicas, 9 operaciones de control.



Pruebas de laboratorio BESM

BESM tenía 39 dígitos binarios para representar números en forma de mantisa / orden, de los cuales 32 bits se asignaron para la parte significativa y 5 para el orden. Otra categoría estaba reservada para los signos de la mantisa y el orden. Al escribir programas para la máquina, se utilizó la técnica del código de auto-modificación, cuando las partes de la dirección de los comandos para acceder a las matrices se modificaron directamente.

Uno de los desarrolladores de BESM Vsevolod Sergeevich Burtsev recuerda lo siguiente sobre la máquina:

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Características BESM

Base del elemento: 4,000 tubos de electrones, 5,000 diodos semiconductores
Velocidad: 8,000 operaciones por segundo
Consumo de energía: aproximadamente 35 kW
Bit: 39
Frecuencia del reloj: 9 MHz
Memoria externa: en tambores magnéticos (2 tambores de 5120 palabras cada uno) y magnéticos cintas (de 4 a 30,000 palabras)
Dispositivos de E / S: entrada de tarjeta perforada, impresión digital y dispositivo de impresión de fotografías.



Un grupo de ITM y VT Academy of Sciences de la URSS el día de la recompensa por la creación de BESM (1956)

En 1956, BESM recibió un premio y fue aceptado por la Comisión Estatal para su funcionamiento.

BESM-2, M-20 y BESM-4

En 1958, BESM se preparó para la producción en serie. El equipo de ITM & VT, bajo el liderazgo de Lebedev, desarrolló y presentó dos computadoras: BESM-2 y M-20. Su rasgo característico fue que se desarrollaron en estrecho contacto con la industria (especialmente el M-20). Especialistas de la planta y del instituto académico participaron juntos en la creación de la máquina. Este principio fue bueno porque mejoró la calidad de la documentación, porque tuvo en cuenta las capacidades tecnológicas de la planta.

La computadora BESM-2 retuvo el sistema de comando y todos los parámetros básicos del dispositivo anterior, pero el diseño se volvió más tecnológicamente avanzado y conveniente para la producción en serie. En BESM-2, se implementó la memoria de acceso aleatorio en núcleos de ferrita, se utilizaron ampliamente los diodos semiconductores y se mejoró el diseño (bloque pequeño). En BESM-2, se realizaron cálculos relacionados con el lanzamiento de satélites artificiales, la primera nave espacial tripulada. Fue en una de las computadoras mencionadas que se calculó la trayectoria del cohete que entregó el banderín de la URSS a la luna.



BESM-2 tenía alrededor de 4.000 tubos electrónicos y se ensambló en tres bastidores principales

Características de la

base del elemento BESM-2 : 4.000 tubos electrónicos, 5.000 diodos semiconductores
Velocidad: 20,000 operaciones por segundo
Consumo de energía: 35 kW
Bit: 45
Frecuencia de reloj: 10 MHz
Memoria externa: en tambores magnéticos y cintas magnéticas
Dispositivos de E / S: entrada de la cinta perforada que imprime el dispositivo.

M-20 fue la primera máquina soviética, que se suministró completa con un software matemático especial (en esencia, el sistema operativo). Lebedev estableció una serie de soluciones constructivas en el nuevo dispositivo, ampliando la funcionalidad y casi sin aumentar el número de tubos electrónicos.

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Después de la entrega de premios en el Kremlin (1962).

En 1965, apareció una computadora en serie sobre los elementos semiconductores BESM-4, que heredó la arquitectura del M-20. Para BESM-4, había al menos 3 compiladores diferentes del lenguaje Algol-60, el compilador Fortran, al menos 2 ensambladores diferentes, el compilador del lenguaje Epsilon original.

Características de BESM-4

Base del elemento: lámparas electrónicas, circuitos semiconductores
Velocidad: hasta 40,000 operaciones por segundo
Consumo de energía: 50 kW
Bit: 45
Frecuencia de reloj: 9 MHz
Memoria externa: en tambores magnéticos y cintas magnéticas
Dispositivos de E / S: entrada de cinta perforada que el dispositivo está imprimiendo

BESM-6

El desarrollo de BESM-6 se completó a fines de 1965. Esta máquina fue la primera supercomputadora soviética basada en la base de elementos de segunda generación (transistores de semiconductores). Los circuitos electrónicos BESM-6 utilizaron 60,000 transistores y 180,000 diodos semiconductores. La base elemental era nueva para esa época.

BESM-6 tenía un principio principal o de gestión del suministro de agua. Con él, los flujos de instrucciones y operandos se procesaron en paralelo. En el desarrollo, se usó memoria asociativa en registros ultrarrápidos, lo que redujo el número de llamadas a la memoria ferrítica y permitió la optimización local de los cálculos en la dinámica del conteo. RAM tenía un paquete (8 capas) en módulos autónomos, lo que hizo posible acceder simultáneamente a los bloques de memoria en varias direcciones. El modo de operación multiprograma de BESM-6 hizo posible resolver varios problemas con prioridades dadas. El mecanismo de hardware para convertir una dirección matemática en una física permitió asignar RAM de forma dinámica en el proceso de computación por medio del sistema operativo.

BESM-6 tenía un procesador central de transportador con transportadores separados para el dispositivo de control y el dispositivo aritmético. Permitió combinar el procesamiento de varios equipos en diferentes etapas de ejecución. Había un caché para 16 palabras de 48 bits (4 lecturas de datos, 4 lecturas de comandos, 8 - búfer de escritura). El sistema de instrucciones incluía 50 instrucciones de 24 bits.



Laboratorio para realizar pruebas finales del famoso BESM-6

Desde 1968, comenzó la producción de BESM-6 en la planta de máquinas de análisis informático (CAM) en Moscú.

Características de la

base del elemento BESM-6 : amplificador de parafase de transistor con lógica de diodo en la entrada
Velocidad: aproximadamente 1 millón de operaciones por segundo
Consumo de energía: 60 kW
Bit: 48
Frecuencia de reloj: 10 MHz
Memoria externa: en cintas magnéticas y discos magnéticos
Dispositivos de E / S: entrada de tarjeta perforada, dispositivo de impresión digital e impresión de fotografías



En la Jornada de puertas abiertas de la Facultad de Matemática Computacional y Cibernética de la Universidad Estatal de Moscú, Vladimir Ponomarev demuestra el juego "Kalah" en la pantalla del terminal BESM-6

desde 1967 prácticamente Todos los principales centros informáticos de la URSS comenzaron a equiparse con computadoras BESM-6. E incluso después de años en una reunión del Departamento de Informática, Ingeniería Informática y Automatización de la Academia de Ciencias (1983), el académico E.P. Velikhov dijo que la creación de BESM-6 fue una de las principales contribuciones de la Academia de Ciencias de la URSS al desarrollo de la industria soviética.

En 1990, una de las unidades BESM-6 fue transportada a Londres e instalada en el Museo de Ciencia como la mejor supercomputadora de su tiempo en Europa.

Serie 5E26

La computadora 5E26 fue el último desarrollo de toda la vida de Lebedev, que logró lanzar en producción en serie.

En 1968, Lebedev aceptó la propuesta de Boris Vasilyevich Bunkin, diseñador general de sistemas de misiles antiaéreos para la defensa aérea. Acordó desarrollar un complejo de computación digital móvil de alto rendimiento (CVC) 5E26 de gestión especializada de pequeño tamaño. Sergei Alekseevich soñaba con darse cuenta de tal oportunidad incluso cuando creaba MESM. Gracias a este trabajo, se llevó a cabo la mayor reorganización del instituto. La combinación de recursos de muchos laboratorios diferentes condujo a la creación real de departamentos:
- para
computadoras de propósito general - para computadoras de propósito especial (incluida la arquitectura)
- para diseño electrónico
- para dispositivos de almacenamiento
- para CAD y tecnología.

Vsevolod Sergeyevich Burtsev (Diputado Lebedev) propuso la arquitectura multiprocesador del 5E26 CVC, que proporciona hasta tres módulos de procesador central y dos procesadores especiales de entrada-salida de información con memoria compartida.

Estructuralmente, el CVC serie 5E26 era un gabinete con una altura de 1885 mm, un ancho de 2870 mm, una profundidad de 655 mm, que se colocó contra la pared del vehículo.

El 5E26 tenía un sistema de respaldo automático altamente eficiente basado en el control de hardware. El sistema permitió restaurar el proceso de control en caso de mal funcionamiento y fallas de los equipos que operan en una amplia gama de influencias climáticas y mecánicas, con un software matemático desarrollado para la automatización de la programación.



CCV 5E261

CCV 5E26 se adapta fácilmente a diversos requisitos de rendimiento y memoria en sistemas de control para fines especiales. El dispositivo también funcionaba en tiempo real, equipado con software matemático avanzado, un sistema de automatización de programación efectivo y la capacidad de trabajar con lenguajes de alto nivel. En el 5E26, se implementó una memoria no volátil de instrucciones sobre microbiosis con la posibilidad de reescritura eléctrica de información por un equipo de grabación externo, y se introdujo un sistema operativo efectivo con localización de dos niveles de la celda defectuosa, lo que garantiza la eficiencia de la restauración del equipo por parte del personal de tecnología media.

Como circuitos integrados, se utilizaron principalmente microcircuitos semiconductores de una de las primeras series domésticas 133 y 130 (tipo TTL).



Lebedev durante un viaje a Inglaterra (Cambridge, 1964)

Características 5E261

Base del elemento: serie estándar de microcircuitos TTL
Velocidad: 1,5 millones de operaciones por segundo
Consumo de energía: 5,5 kW Capacidad de
bits: 32
RAM: 32-34 Kb
La cantidad de memoria de comando: 64-256 Kb.
Un procesador de entrada / salida independiente para información sobre 12 canales de comunicación: la tasa de cambio máxima es superior a 1 Mb / s.

La experiencia de crear computadoras 5E26 se convirtió en la base para el diseño de la familia de supercomputadoras Elbrus. El nombre fue propuesto por Lebedev. La aparición de "Elbrus" completó la creación del sistema de defensa antimisiles de la URSS, pero él mismo ya no tuvo tiempo de participar en su desarrollo.

Epílogo

Lebedev con su familia

Según los recuerdos de los empleados que trabajaron con Sergey Alekseevich en Kiev, él era un líder ideal. En el trabajo llevé todo a la perfección, presté mucha atención a las pequeñeces. Nunca alzó la voz y trató a todos de manera excepcionalmente equitativa, imparcial y sin prejuicios. Siempre notó incluso los pequeños éxitos de sus empleados. En el proceso de depuración de la máquina, no tenía igual. Lebedev superó a todos en la comprensión de los problemas y el mal funcionamiento del automóvil.

Sergei Alekseevich a lo largo de su vida ha hecho un gran trabajo de formación de personal científico. Fue uno de los iniciadores de la creación del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, fundador y jefe del departamento de ingeniería informática en este instituto, y dirigió el trabajo de muchos estudiantes graduados y graduados.



Lebedev con sus hijas Catherine y Natalia

A principios de los años 70, Sergei Alekseevich ya no podía dirigir el Instituto de Mecánica de Precisión e Ingeniería Informática, en 1973 una enfermedad grave lo obligó a renunciar como director. Pero él continuó trabajando en casa.

Sergey Alekseevich Lebedev murió el 3 de julio de 1974 en Moscú. Fue enterrado en el cementerio Novodevichy.

En Kiev, en el edificio donde se encontraba el Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Academia de Ciencias de Ucrania, cuelga una placa conmemorativa, cuyo texto dice: "En este edificio en el Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Academia de Ciencias de la RSS de Ucrania en 1946-1951 trabajó como un destacado científico, creador de la primera computadora electrónica doméstica, Hero of Socialist Labor, académico Sergei Alekseevich Lebedev ".



Mosaico que representa a Lebedev en ITMiVT

En el año del 95 aniversario del nacimiento de Sergei Alekseevich Lebedev, los méritos del científico fueron reconocidos en el extranjero. Como innovador en tecnología informática, recibió la medalla inscrita de la International Computer Society con la inscripción: “Sergey Alekseevich Lebedev, 1902-1974 ... Desarrollador y diseñador de la primera computadora en la Unión Soviética. El fundador de la ingeniería informática soviética ".