#НКП_наука #ЭВМ #Киев #СССР
"Нет оснований для сомнений в том, что в недалеком будущем на основании математического анализа деятельности мозга ЭВМ смогут выполнять ряд его сложных функций, например, вывод теорем или построение новых гипотез", - Лев Дашевский, Екатерина Шкабара, 1961 год.
Продолжаем рассказывать о ранних советских разработках, предвосхитивших современные достижения отрасли, а порой, без преувеличения опередивших своё время. Наш рассказ будет не полным без упоминания проектов АН УССР, наиболее важная часть которых была реализована в процессе разработки и использования ЭВМ “Киев”. Под катом речь пойдет о проектах управления технологическими процессами на расстоянии 500 км, разработке и применении прообраза современных реляционных систем управления базами данных, а также первых советских опытах по машинному обучению и созданию искусственного интеллекта в 1950-х - 1960-х.
***
НАЧАЛО
Всё началось с того, что в 1945-м году АН УССР для замещения вакантных должностей пригласила 15 видных советских ученых из других регионов Союза. Одним из приглашенных был Сергей Лебедев. Он переехал в Киев и в 1946 году возглавил Институт энергетики АН УССР, а после его разделения стал директором института электротехники. Там он развернул кипучую деятельность по созданию компьютеров и открыл узкоспециализированную лабораторию моделирования и вычислительной техники.
Уже в 1948-м на базе этой лаборатории Лебедев начинает создание первого в СССР и одного из первых в континентальной Европе компьютера - МЭСМ (малая электронная счетная машина) и к 1950-му успешно завершает проект. После ввода МЭСМ в эксплуатацию ученый покидает столицу УССР, успев перед отъездом закончить предварительное ТЗ и оформить основные идеи для специализированной ЭВМ, решающей алгебраические уравнения - СЭСМ, а также заложить основы концепции первого советского универсального компьютера - ЭВМ “Киев”.
***
“КИЕВ”
После отъезда Лебедева, в 1954 году, коллектив “Лебедевской” лаборатории приступает к созданию ЭВМ «Киев». Команду разработчиков возглавляет академик Борис Гнеденко с учениками Лебедева: Львом Дашевским и Екатериной Ющенко. Эти ученые начали разработку концепции и подготовку проектной документации ещё в 1953-м году. Параллельно издаются книги и статьи о том, как работать с вычислительной техникой, в частности, сборники «Вопросы вычислительной математики и техники». Обобщение опыта МЭСМ не только поможет создавать “Киев”, но и на десятилетие станет азбукой программирования для новых советских специалистов.
"Киев" задумывался как первый универсальный компьютер с широкой вычислительной и экспериментальной функциональностью. В первую очередь, его планировали использовать для управления технологическими процессами. Амбициозность идеи состояла в том, что управлять техпроцессами планировали на расстоянии. Кроме того, партия и правительство ставили задачу увеличить производительность.
Появилась своеобразная конкуренция советских разработчиков. К моменту создания “Киева” уехавший в Москву Лебедев уже создал БЭСМ (большая электронная счетная машина), а конкурирующей командой из Министерства машиностроения и приборостроения СССР вводилась в эксплуатацию ЭВМ “Стрела”, которая впоследствии обеспечивала расчёты для советского ЦУПа.
В 1958 г., в бывшую «лебедевскую» лабораторию, преобразованную в Вычислительный центр АН УССР, прибывает В. М. Глушков. Он завершает создание “Киева” и за год вводит компьютер в эксплуатацию.
Для 1959 года машина, задуманная Лебедевым, созданная коллективом Гнеденко и завершенная Глушковым, впечатляла своими возможностями. Так, тёплый ламповый “Киев” обладал следующими характеристиками:
- ОЗУ ёмкостью 1024 кода (512 бит - 64 байта) на ферритовых сердечниках с прямоугольной петлёй гистерезиса;
- время обращения к ОЗУ - 10 мксек;
- ПЗУ ёмкостью 512 кодов (256 бит — 32 байта) на трансформаторах с ферритовыми сердечниками;
- время обращения к ПЗУ - 4 мксек;
- внешнее ЗУ - на магнитных барабанах емкостью 9000 кодов;
- среднее время ожидания выборки - 25 мсек;
- в системе использовано 2300 миниатюрных(пальчиковых) электронных вакуумных ламп
- 10 000 германиевых диодов;
- 5000 импульсных трансформаторов на сердечниках типа "оксифер 1000";
- скорость работы от 10 до 15 тыс. операций в секунду;
- потребляемая мощность 25 000 Вт.
Даже страшно подумать о том, что любой бюджетный смартфон сегодня обладает производительностью миллионов “Киевов” и ,часто, приносит в миллионы раз меньше пользы.
Смехотворные, по сегодняшним меркам, ресурсы новой системы для того времени казались сложно достижимыми. Далеко не все системы, разрабатываемые в то время в Европе, обладали сравнимой производительностью. При этом “Киев” концептуально отставал от наиболее передовых систем, созданных в США. За океаном в то время уже появился прорывной транзисторный RCA 50 - запущен в 1958 году. За океаном стали отказываться от вакуумных ламп, навесного монтажа, применили печатные платы, уменьшили массу и энергопотребление.
***
ТОННЫ СТАЛИ И УПРАВЛЕНИЕ НА РАССТОЯНИИ
“Киев” стал одной из первых систем удаленного доступа к периферийным промышленным агрегатам. Вообще, первая известная мне компьютерная сеть в мире была создана в США - она имела военное назначение, сеть системы ПВО SAGE (завершена в 1958 году). Создатели “Киева”, напротив, решили остановиться на гражданских задачах. С 1960-го года с использованием этого компьютера осуществлялось управление технологическими процессами в конвекторном цехе Днепродзержинского металлургического комбината, крупнейшего в Союзе металлургического предприятия.
Расстояние от машинного зала до цеха превышало 500 км, а передача данных велась по телеграфной линии. Этот эксперимент стал первым опытом применения АСУ ТП в СССР и, вероятно, первым опытом дистанционной автоматизации техпроцессов при помощи компьютера в мире. Рекомендации, сгенерированные ЭВМ "Киев", позволили повысить эффективность металлургических агрегатов. Так автоматизация выбора времени «повалки» бессемеровского конвертора позволила сэкономить 2,7% времени цикла выплавки стали. На практике экономия этих 2,7% означала дополнительные 100 тонн стали в год. Позже, второй версией “Киева” оснастили центр ядерных исследований в Дубне.
***
РСУБД НАЧАЛА 60-Х
В 1961-м году на ЭВМ "Киев" реализовали первую советскую систему управления базами данных реляционного типа — "Автодиректор". Система позволяла сохранять данные в виде таблиц, которые были записаны на электронный магнитный носитель. Лебедев С.А., на правах концептуального “отца” “Киева”, на встрече с Н.С. Хрущёвым отмечал:
"В таком виде информацию легко структурировать, находить и обрабатывать. К тому же табличный вид привычен для работников Госплана, им так будет легче работать с данными, получаемыми от ЭВМ”.
Таким образом ЭВМ "Киев" стала первым опытом советских ученых в использовании вычислительной техники в промышленности.
Что интересно - это как раз тот случай, когда советским разработчикам удалось “догнать и перегнать”. Первой коммерческой разработкой РСУБД в США считается проект IBM, названный System R, он стартовал лишь в 1974-м и создавался на основе концепции, сформулированной в 1969-1970 годах Эдгаром Коддом. “Автодиректор” начал полноценно использоваться за 10 лет до этого момента.
***
АСИНХРОННАЯ МОДУЛЬНаЯ АРХИТЕКТУРА
Создатели “Киева” считали, что структура управляющей машины должна обеспечить возможность быстрой модернизации, присоединения различных модулей, узлов, устройств ввода. Конструкция и архитектура ЭВМ "Киев" допускали использование каждого из автономных устройств (1000 стандартных блоков семи типов и 200 нестандартных пяти типов) вне связи со всем компьютером в целом, что позволяло непрерывно модернизировать и отлаживать отдельные модули.
Учитывая аритмичность поступления данных, ещё на этапе проектирования в "Киеве" планировали реализовать асинхронную архитектуру. Хотели обеспечить переменную продолжительность временных тактов, при которой каждый узел начинает работу после окончания работы предыдущих. Выбранный путь позволил это реализовать.
***
АДРЕСНЫЙ ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Для увеличения скорости программирования, реализации потенциала “Киева” в 1954 году Екатерина Логвиновна Ющенко и Владимир Семенович Королюк создали новый язык программирования высокого уровня, который был назван “Адресным”.
Впоследствии адресный язык стал одной из основ теоретического программирования, первым языком, в котором были использованы указатели. Работа последних была описана советским математиком Андреем Колмогоровым.
Адресный язык опередил такие языки, как Fortran, Algol, COBOL, а также вдохновил разработчиков ассемблера. Сегодня ряд конструкций Адресного языка - важная часть архитектуры таких языков как C и C++. К несчастью, в связи с неизвестностью советских работ за пределами СССР премию IEEE за указатели получили не Ющенко с Королюком и не Колмогоров, а Гарольд Лоусон из IBM, создатель Programming Language I.
В дальнейшем были созданы трансляторы, облегчившие процесс программирования на “Киеве” и ряде других машин того периода. Подробно об адресном языке программирования можно почитать на Хабре в статье @Elena_sm “Советская школа: адресный язык программирования”.
***
СОВЕТСКИЙ НЕЙРОННЫЕ СЕТИ, А ТАК ЖЕ ПЕРВЫЙ СКАНЕР И ПЕРВЫЙ МОНИТОР
“Киев” стал первым компьютером в СССР, где приступили к ранним опытам по созданию самообучающегося ИИ, т.е. того, что сегодня мы называем нейросетями.
Центральную роль в этих исследованиях играли несправедливо забытые сегодня советские коннекционисты Михаил Шлезингер и Алексей Ивахненко. Последний, благодаря своим публикациям, считается одним из мировых отцов искусственного интеллекта, однако в России широко не известен.
С 1961-го года на “Киеве” проводились первые в СССР исследования по работе с нейросетями на универсальной ЭВМ. С 1960-го этими экспериментами занимался Шлезингер. После того как Ивахненко, в 1963 году, присоединился к команде Глушкова, область исследования расширилась.
На “Киеве” провели целую серию уникальных для того времени опытов по искусственному интеллекту:
- машинному распознаванию геометрических фигур;
- моделирование распознавания печатных и письменных букв;
- автоматическому синтезу функциональных схем;
- отслеживанию движения объектов по серии изображений, и кинограмме;
- моделированию поведения коллектива автоматов в процессе эволюции;
- автоматическому синтезу функциональных схем компьютеров.
При этом подходящей периферии тогда ещё не существовало, например, сканеров. Её реализовали в рамках проекта. «Киев» стал первым в Европе компьютером с цифровой системой обработки изображений и интеллектуального моделирования. К нему подключали два дополнительных устройства: устройство для ввода изображений с бумажного носителя, фотопленки и фотопластин (аналог современного сканера) и устройство вывода изображений из системы — монитор на ЭЛТ (достаточно редкий девайс для того времени).
Что интересно, сам Глушков недолюбливал исследования в области ИИ, предпочитая больше ресурсов тратить на задачи, которые могут быть решены в ближайшем будущем, “исповедуя” т.н. символьный подход. Это вызвало многочисленные споры с Ивахненко. К чести Глушкова, исследования коннекционистов на “Киеве” никто не запрещал, они продолжались, но имели право на меньшее количество “машинного времени”.
Важным результатом Ивахненко и коллег стало создание и развитие «Метода группового учета аргументов» (МГУА), который заслуженно считается одним из первых в истории алгоритмов глубокого обучения. Также труды Ивахненко и Шлезингера на ЭВМ “Киев” в дальнейшем привели к разработке и обучению восьмислойной нейронной сети. Сеть использовала искусственный нейрон, основанный на интерполяционном полиноме Колмогорова - Габора. Эти исследования в 1970-х серьёзно опередили своё время, т.к. большинство коннекционистов на Западе довольствовались в то время одним-двумя слоями. Подробно о советских исследованиях в области ИИ на Хабре писала @Christina29.
***
СУХОЙ ОСТАТОК
ЭВМ “Киев” - один из наиболее значимых, эпохальных проектов советской кибернетики. Для описания всех экспериментов, реализованных на этом компьютере, не хватит и 10 статей. Мы постарались выбрать наиболее интересные сегодня. Не смотря на то, что компьютер создавался как прототип серийного устройства, вероятно для будущей ОГАС, произвели всего две машины.
Бюрократические дрязги, о которых мы писали в прошлом материале, сделали невозможным быстрое создание цифрового государства в СССР и “Киев” неминуемо устарел, не смотря на достаточно большой модернизационный потенциал. Даже учитывая ограниченное применение, появление “Киева” показало, что в СССР взяли курс на создание универсальных компьютеров и способны вести наукоемкие разработки, превосходящие по некоторым функциональным возможностям зарубежные аналоги. Думаю, не ошибусь, если назову эту разработку одним из самых передовых программно-аппаратных комплексов своего времени.
Фото:
1. Советская ЭВМ в представлении Midjourney;
2. Сергей Лебедев за работой;
3. Машинный зал, ЭВМ "Киев";
4. ЭВМ "Киев", 1959 год;
5. Екатерина Ющенко и Виктор Глушков;
6. Миниатюрный пентод в сравнении с батарейкой типоразмера "Крона";
7. Днепродзержинский металлургический завод, май 1941 года;
8. Центр ядерных исследований в Дубне;
9. Эдгар Кодд;
10. Екатерина Ющенко и Владимир Семенович Королюк.
Источник: https://habr.com/ru/company/eaeconsult/blog/722078/
