Escola Soviética de Computação de Sergey Lebedev

Sergey Alekseevich Lebedev foi um acadêmico soviético e fundador da tecnologia da computação na URSS. Ele criou o primeiro computador na Europa continental com um programa armazenado na memória (MESM) e foi um dos desenvolvedores dos primeiros computadores eletrônicos digitais com um programa de computação que muda dinamicamente. Sob a orientação e participação pessoal deste cientista destacado, 18 computadores foram criados e 15 deles foram produzidos em massa.

Lebedev estava na vanguarda do desenvolvimento e formação da tecnologia doméstica de computadores. Sua experiência é única, pois abrange o período desde a criação dos primeiros computadores de tubo que realizaram centenas e milhares de operações por segundo até supercomputadores de alta velocidade em grandes circuitos integrados.



Sergey Lebedev nasceu em 2 de novembro de 1902 na cidade de Nizhny Novgorod. O padre Alexei Ivanovich era um conhecido autor do ABC e do Dicionário de Palavras Incompreensíveis, e sua mãe Anastasia Petrovna (Nee Mavrina, da nobreza) ensinava assuntos gerais nas séries mais baixas da escola pública. Nos anos pós-revolucionários, o chefe da família foi convidado a trabalhar como Comissário Popular da Educação e os Lebedevs se mudaram para Moscou.



Sergey Lebedev (1920)

Início da jornada

Em 1921, Sergei passou nos exames externos para o ensino médio e ingressou na Escola Técnica Superior de Moscou (MVTU). N.E. Bauman na Faculdade de Engenharia Elétrica. Seus professores e supervisores foram proeminentes cientistas russos em engenharia elétrica, professores Karl Adolfovich Krug, Leonid Ivanovich Sirotinsky e Alexander Aleksandrovich Glazunov. Todos eles trabalharam no desenvolvimento de um plano de eletrificação da URSS (plano GOELRO). A implementação bem-sucedida exigiu uma pesquisa teórica e experimental exclusiva. Lebedev ainda era estudante, mas mesmo assim ele se concentrou no problema da estabilidade da operação paralela de usinas de energia. Os primeiros resultados sobre esse assunto foram refletidos em seu projeto de graduação, realizado sob a orientação do professor K.A. Krug.

Em 1928, Lebedev recebeu um diploma de engenheiro elétrico e continuou lecionando em sua alma mater nativa, enquanto simultaneamente ocupava o cargo de pesquisador júnior no All-Union Electrotechnical Institute (VEI). Foi nessa universidade que ele dirigiu o laboratório de redes elétricas, onde continuou trabalhando no problema da sustentabilidade. O assunto do laboratório foi gradualmente expandido, cobrindo também os problemas de regulação automática. E, como resultado, em 1936, foi formado um departamento de automação, que Sergey Alekseevich foi designado para gerenciar.

Nessa época, Lebedev já havia se tornado professor e autor (junto com Peter Sergeevich Zhdanov) da monografia "Estabilidade da operação paralela de sistemas elétricos", amplamente conhecida entre os engenheiros elétricos.



Lebedev em seu escritório

A atividade científica de Lebedev notou uma característica, que consistia em uma combinação orgânica de uma grande profundidade de estudo teórico com uma orientação prática específica. Continuando a pesquisa teórica, ele se tornou um participante ativo na preparação da construção do complexo hidrelétrico de Kuibyshev.

No início da Segunda Guerra Mundial, Lebedev foi forçado a deixar a VEI e partir para Sverdlovsk. Todos os recursos do departamento de automação foram mudados para tópicos de defesa.

Por um tempo surpreendentemente curto em Sverdlovsk, Alexey Sergeyevich projetou um sistema para estabilizar uma arma de tanque ao mirar. Esse desenvolvimento melhorou o tanque, tornando-o menos vulnerável e, assim, economizando muitos navios-tanque. O sistema permitiu apontar e disparar de uma arma sem parar a máquina. Por sua invenção, o cientista recebeu a Ordem da Bandeira Vermelha do Trabalho e a medalha "Por Trabalho Valente na Grande Guerra Patriótica de 1941-1945".



Em 1945, Lebedev foi eleito membro pleno da Academia de Ciências da SSR ucraniana

Depois que a guerra terminou, o cientista começou a implementar um projeto planejado há muito tempo para criar um computador usando um sistema de números binários. Naqueles anos, não havia publicações completas suficientes sobre o sistema de números binários e o método de operações em números binários. A base para a construção de um computador digital foi a metodologia para realizar operações aritméticas no sistema de números binários e os métodos anteriormente desenvolvidos pelo próprio Lebedev para resolver problemas matemáticos.

Em 1947, Lebedev tornou-se diretor do Instituto de Engenharia Elétrica da Academia de Ciências da Ucrânia e, ao mesmo tempo, chefiou o laboratório do Instituto de Mecânica de Precisão e Engenharia de Computação da URSS.

MESM

Em 1948, iniciou-se o processo de criação de um pequeno computador eletrônico (MESM). Para o trabalho científico, Lebedev recebeu um edifício parcialmente destruído do antigo hotel do mosteiro em Feofania (Kiev). Com a ajuda financeira e o apoio do vice-presidente da Academia de Ciências da SSR ucraniana Mikhail Alekseevich Lavrentyev, a sala foi reparada e equipada como laboratório.



O edifício em Feofania, onde estava localizado o laboratório Lebedev

Lebedev apresentou, justificou e implementou na primeira máquina soviética os princípios de construção de um computador com um programa armazenado na memória. O MESM ocupava toda a ala de um prédio de dois andares (60 m²) e consistia em 6.000 lâmpadas eletrônicas. Vale ressaltar que o projeto, a instalação e a depuração da máquina foram concluídos em três anos. Ao mesmo tempo, apenas 11 engenheiros e 15 técnicos participaram do desenvolvimento. Enquanto o desenvolvimento do primeiro computador eletrônico do mundo, o ENIAK (EUA), levou cinco anos e 13 desenvolvedores e mais de 200 técnicos envolvidos.


O diagrama de células unitárias do bloco de memória do dispositivo aritmético MESM

O MESM era um dispositivo aritmético que realizava operações de adição, subtração, multiplicação, divisão, turno, comparação, considerando o sinal, comparação de valores absolutos, transferência de controle, transmissão de números do tambor magnético, adição de comandos, parada. O MESM tinha uma representação binária de números de ponto fixo, 16 bits por número, mais um bit por sinal.

Em 6 de novembro de 1950, ocorreu um teste da máquina, durante o qual o problema foi resolvido: Y '' + Y = 0; Y (0) = 0; Y (\ pi) = 0.

Apesar de o MESM ter sido criado mais como o modelo de uma grande máquina de calcular eletrônica, ele encontrou aplicação prática. O primeiro computador soviético estava muito interessado em matemáticos, cujas tarefas exigiam o uso de um computador de alta velocidade. Até 1953, o MESM era o único computador na URSS.



— (, 1951 .)



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O próximo após o MESM foi desenvolvido um grande computador eletrônico (BESM). Na estrutura do dispositivo, mesmo assim, as soluções básicas típicas dos computadores modernos foram implementadas.

O BESM possuía um sistema de representação de números binários, levando em consideração os pedidos, ou seja, na forma de números de ponto flutuante. A máquina operava em um intervalo de números de 10 a ⁹ a 10 ⁹ . O sistema de comando era de três endereços, incluindo 9 operações aritméticas, 8 operações de transferência de código, 6 operações lógicas, 9 operações de controle.



Testes de laboratório BESM

O BESM tinha 39 dígitos binários para representar números na forma de uma mantissa / ordem, dos quais 32 bits foram alocados para a parte significativa e 5 para ordem. Outra categoria foi reservada para os sinais da mantissa e ordem. Ao escrever programas para a máquina, foi utilizada a técnica de código auto-modificador, quando as partes dos endereços dos comandos para acessar matrizes foram diretamente modificadas.

Um dos desenvolvedores do BESM Vsevolod Sergeevich Burtsev lembra o seguinte sobre a máquina:

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Características BESM

Base do elemento: 4.000 tubos de elétrons, 5.000 diodos semicondutores
Velocidade: 8.000 operações por segundo
Consumo de energia: cerca de 35 kW
Bit: 39
Frequência do relógio: 9 MHz
Memória externa: em tambores magnéticos (2 tambores de 5120 palavras cada) e magnéticos fitas (4 a 30.000 palavras)
Dispositivos de E / S: entrada para cartões perfurados, impressão digital e dispositivo de impressão de fotos.



Um grupo de ITM e VT Academy of Sciences da URSS no dia de recompensa pela criação do BESM (1956)

Em 1956, o BESM recebeu um prêmio e foi aceito pela Comissão Estadual para operação.

BESM-2, M-20 e BESM-4

Em 1958, o BESM foi preparado para produção em série. A equipe ITM & VT, sob a liderança de Lebedev, desenvolveu e apresentou dois computadores: BESM-2 e M-20. Sua característica era que eles foram desenvolvidos em estreito contato com a indústria (especialmente o M-20). Especialistas da fábrica e do instituto acadêmico participaram juntos da criação da máquina. Esse princípio foi bom porque melhorou a qualidade da documentação, porque levou em conta as capacidades tecnológicas da planta.

O computador BESM-2 manteve o sistema de comando e todos os parâmetros básicos do dispositivo anterior, mas o design tornou-se mais avançado tecnologicamente e conveniente para a produção em série. No BESM-2, a memória de acesso aleatório nos núcleos de ferrita foi implementada, os diodos semicondutores foram amplamente utilizados e o design (bloco pequeno) foi aprimorado. No BESM-2, foram realizados cálculos relacionados ao lançamento de satélites artificiais, a primeira nave espacial tripulada. Foi em um dos computadores mencionados que foi calculada a trajetória do foguete que entregou a flâmula da URSS na Lua.



O BESM-2 tinha cerca de 4.000 tubos eletrônicos e foi montado em três racks principais

Características da

base do elemento BESM-2 : 4.000 tubos eletrônicos, 5.000 diodos semicondutores
Velocidade: 20.000 operações por segundo
Consumo de energia: 35 kW
Bit: 45
Frequência do relógio: 10 MHz
Memória externa: em tambores magnéticos e fitas magnéticas
dispositivos de E / S: entrada da fita perfurada que o dispositivo imprime.

O M-20 foi a primeira máquina soviética, fornecida com software matemático especial (em essência - o sistema operacional). Lebedev estabeleceu uma série de soluções construtivas no novo dispositivo, expandindo a funcionalidade e quase não aumentando o número de tubos eletrônicos.

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Após a apresentação dos prêmios no Kremlin, em 1962.

Em 1965, apareceu um computador serial nos elementos semicondutores BESM-4, que herdou a arquitetura do M-20. Para o BESM-4, havia pelo menos 3 compiladores diferentes da linguagem Algol-60, o compilador Fortran, pelo menos 2 montadores diferentes, o compilador da linguagem Epsilon original.

Características do BESM-4

Base do elemento: lâmpadas eletrônicas, circuitos semicondutores
Velocidade: até 40.000 operações por segundo
Consumo de energia: 50 kW
Bit: 45
Frequência do relógio: 9 MHz
Memória externa: em tambores magnéticos e fitas magnéticas
Dispositivos de E / S: entrada de fita perfurada que o dispositivo está imprimindo

BESM-6

O desenvolvimento do BESM-6 foi concluído no final de 1965. Essa máquina se tornou o primeiro supercomputador soviético baseado na base de elementos de segunda geração (transistores semicondutores). Os circuitos eletrônicos BESM-6 usavam 60.000 transistores e 180.000 diodos semicondutores. A base elementar era nova para a época.

O BESM-6 tinha um princípio principal ou de gerenciamento de abastecimento de água. Com ele, os fluxos de instruções e operandos foram processados ​​em paralelo. No desenvolvimento, a memória associativa foi usada em registros ultra-rápidos, o que reduziu o número de chamadas para a memória ferrítica e permitiu a otimização local dos cálculos na dinâmica da contagem. A RAM tinha um pacote (8 camadas) em módulos autônomos, o que tornava possível acessar simultaneamente os blocos de memória em várias direções. O modo de operação multiprograma do BESM-6 tornou possível resolver vários problemas com prioridades dadas. O mecanismo de hardware para converter um endereço matemático em um físico tornou possível alocar dinamicamente a RAM no processo de computação por meio do sistema operacional.

O BESM-6 tinha um processador central de transportador com transportadores separados para o dispositivo de controle e o dispositivo aritmético. Permitiu combinar o processamento de várias equipes em diferentes estágios de execução. Havia um cache para 16 palavras de 48 bits (4 leituras de dados, 4 leituras de comando, 8 - buffer de gravação). O sistema de instruções incluía 50 instruções de 24 bits.



Laboratório para a realização de testes finais do famoso BESM-6

Desde 1968, começou a produção do BESM-6 na fábrica de máquinas analíticas por computador (CAM) em Moscou.

Características do BESM-6

Base do elemento: amplificador parafásico de transistor com lógica de diodos na entrada
Velocidade: cerca de 1 milhão de operações por segundo
Consumo de energia: 60 kW
Bit: 48
Frequência de clock: 10 MHz
Memória externa: em fitas magnéticas e discos magnéticos
Dispositivos de E / S: entrada de cartões perfurados, impressão digital e dispositivo de impressão de fotos



No Dia Aberto da Faculdade de Matemática Computacional e Cibernética da Universidade Estadual de Moscou, Vladimir Ponomarev demonstra o jogo “Kalah” na tela do terminal BESM-6

praticamente desde 1967 todos os principais centros de computação da URSS começaram a ser equipados com computadores BESM-6. E mesmo depois de anos em uma reunião do Departamento de Informática, Engenharia de Computação e Automação da Academia de Ciências (1983), o acadêmico E.P. Velikhov disse que a criação do BESM-6 foi uma das principais contribuições da Academia de Ciências da URSS para o desenvolvimento da indústria soviética.

Em 1990, uma das unidades BESM-6 foi transportada para Londres e instalada no Museu da Ciência como o melhor supercomputador de seu tempo na Europa.

5E26 Series

O computador 5E26 foi o último desenvolvimento vitalício de Lebedev, que ele conseguiu lançar na produção em série.

Em 1968, Lebedev aceitou a proposta de Boris Vasilyevich Bunkin, projetista geral de sistemas de mísseis antiaéreos para defesa aérea. Ele concordou em desenvolver um complexo especializado em gerenciamento de pequenos computadores móveis de alto desempenho (CVC) 5E26. Sergei Alekseevich sonhava em realizar essa oportunidade, mesmo ao criar o MESM. Graças a esse trabalho, foi realizada a maior reorganização do instituto. O agrupamento de recursos de muitos laboratórios diferentes levou à criação de departamentos:
- para
computadores de uso geral - para computadores de uso especial (incluindo arquitetura)
- para design eletrônico
- para dispositivos de armazenamento
- para CAD e tecnologia.

Vsevolod Sergeyevich Burtsev (vice de Lebedev) propôs a arquitetura de multiprocessador do CVC 5E26, que fornece operação de até três módulos de processador central e dois processadores especiais de entrada e saída de informações com memória compartilhada.

Estruturalmente, o CVC da série 5E26 era um gabinete com uma altura de 1885 mm, uma largura de 2870 mm e uma profundidade de 655 mm, que foi colocado contra a parede do veículo.

O 5E26 tinha um sistema de backup automático altamente eficiente baseado no controle de hardware. O sistema possibilitou restaurar o processo de controle em caso de mau funcionamento e falha de equipamentos operando em uma ampla gama de influências climáticas e mecânicas, com software matemático desenvolvido para automação da programação.



CCV 5E261

O CCV 5E26 é facilmente adaptável a vários requisitos de desempenho e memória em sistemas de controle para fins especiais. O dispositivo também funcionou em tempo real, equipado com software matemático avançado, um sistema eficaz de automação de programação e a capacidade de trabalhar com linguagens de alto nível. Em 5E26, uma memória não volátil de instruções foi implementada em microbiases com a possibilidade de reescrita elétrica de informações por equipamento de gravação externo, e um sistema operacional eficaz foi introduzido com localização em dois níveis da célula defeituosa, o que garante a eficiência da restauração do equipamento pelo pessoal de tecnologia intermediária.

Como circuitos integrados, foram utilizados principalmente microcircuitos semicondutores de uma das primeiras séries domésticas 133 e 130 (tipo TTL).



Lebedev durante uma viagem à Inglaterra (Cambridge, 1964)

Características 5E261

Base do elemento: série padrão de microcircuitos TTL
Velocidade: 1,5 milhão de operações por segundo
Consumo de energia: 5,5 kW Capacidade de
bit: 32
RAM: 32-34 Kb
A quantidade de memória de comando: 64-256 Kb
Um processador de entrada / saída independente para informações em 12 canais de comunicação: a taxa de câmbio máxima é superior a 1 Mb / s.

A experiência de criar computadores 5E26 se tornou a base para o design da família de supercomputadores Elbrus. O nome foi proposto por Lebedev. O aparecimento de "Elbrus" completou a criação do sistema de defesa antimísseis da URSS, mas ele próprio não teve mais tempo para participar de seu desenvolvimento.

Posfácio

Lebedev com sua família

Segundo as lembranças dos funcionários que trabalharam com Sergey Alekseevich em Kiev, ele era um líder ideal. No trabalho, levei tudo à perfeição, prestei muita atenção às ninharias. Ele nunca levantou a voz e tratou a todos excepcionalmente de maneira uniforme, justa, sem preconceitos. Sempre notou até os pequenos sucessos de seus funcionários. No processo de depuração da máquina, ele não tinha igual. Lebedev superou todos na compreensão dos problemas e defeitos do carro.

Sergei Alekseevich, ao longo de sua vida, fez um excelente trabalho ao treinar pessoal científico. Ele foi um dos iniciadores da criação do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, fundador e chefe do departamento de engenharia da computação desse instituto, e liderou o trabalho de muitos estudantes de graduação e pós-graduação.



Lebedev com suas filhas Catherine e Natalia

No início dos anos 70, Sergei Alekseevich não podia mais liderar o Instituto de Mecânica de Precisão e Engenharia de Computação; em 1973, uma doença grave o obrigou a renunciar ao cargo de diretor. Mas ele continuou trabalhando em casa.

Sergey Alekseevich Lebedev morreu em 3 de julho de 1974 em Moscou. Ele foi enterrado no cemitério Novodevichy.

Em Kiev, no prédio onde ficava o Instituto de Engenharia Elétrica da Academia de Ciências da Ucrânia, uma placa memorial fica pendurada, cujo texto diz: "Neste prédio, no Instituto de Engenharia Elétrica da Academia de Ciências da SSR ucraniana, em 1946-1951 trabalhou como um cientista destacado, criador do primeiro computador eletrônico doméstico, Herói do Trabalho Socialista, acadêmico Sergei Alekseevich Lebedev. ”



Mosaico representando Lebedev no ITMiVT

No ano do 95º aniversário do nascimento de Sergei Alekseevich Lebedev, os méritos do cientista foram reconhecidos no exterior. Como inovador em tecnologia da computação, ele recebeu a medalha inscrita da Sociedade Internacional de Computação com a inscrição: “Sergey Alekseevich Lebedev, 1902-1974 ... Desenvolvedor e designer do primeiro computador na União Soviética. O fundador da engenharia de computação soviética ".