ГалереяМихаил Карцев. Создатель первых транзисторных ЭВМ
| http://smartysmile.ru | 22:11 29-Янв-2010 |
Михаил Александрович Карцев (1923-1983 гг.) был выдающимся ученым и инженером, конструктором электронных вычислительных машин и мощных вычислительных комплексов четырех поколений.
Уже в первой его вычислительной машине М-2 были успешно реализованы новые по тем временам такие технические решения, как элементы страничной организации памяти и сочетание операций с фиксированной и плавающей точкой. Он был разработчиком одной из первых в стране машин M-4 второго поколения на транзисторной элементной базе, причем на основе модернизированного варианта машины (M4-2M) были построены первые кластеры (многомашинные вычислительные комплексы). В полной мере идея многомашинных вычислительных комплексов нашла свое отражение в проекте системы М-9 и многопроцессорной системе М-10 с программно-перестраиваемой линейкой синхронных процессоров и векторной архитектурой. На базе 76 систем M4-2M и М-10 был создан и находился в постоянной круглосуточной эксплуатации крупнейший в нашей стране многомашинный вычислительный комплекс, объединенный каналами данных длиной в десятки тысяч километров. На системе М-10 были проведены сложные научные эксперименты по моделированию плазмы и впервые в мире получены данные по явлению коллапса в плазме, что не удалось сделать американским ученым на компьютере CDC-7600.
Родился он 10 мая 1923 года в Киеве в семье педагогов. Десятилетку окончил перед самой Великой Отечественной войной, а с сентября 1941 года по февраль 1947-го служил в рядах Советской армии. Во время войны участвовал в боях на Юго-Западном, Южном, Северо-Кавказском и 2-м Украинском фронтах, освобождал Румынию, Венгрию, Чехословакию и Австрию. За проявленное мужество награжден орденом Красной Звезды и медалью «За отвагу».
После демобилизации в сентябре 1947-го он становится студентом радиотехнического факультета Московского энергетического института и в том же году успешно сдает экзамены сразу за первый и второй курсы. В 1950 году, будучи студентом пятого курса, М. А. Карцев поступает на работу в лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР, где в это время начиналась разработка одной из первых в нашей стране автоматической цифровой вычислительной машины М-1. Позднее он писал об этом:
«В 1950 году в лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР им. Г. М. Кржижановского, которую возглавлял член-корреспондент АН СССР Исаак Семенович Брук, начали собираться молодые люди для того, чтобы поднимать советскую вычислительную технику. Первым дипломированным специалистом среди нас был Николай Яковлевич Матюхин – молодой специалист, окончивший МЭИ весной 1950 года, и вокруг него было несколько дипломников из МЭИ, МАИ, из Горьковского государственного университета. А я, инженер-недоучка, студент 5-го курса МЭИ, поступил по совместительству. Всего нас было человек десять.
Никто из нас до прихода в лабораторию электросистем не только не был специалистом по вычислительной технике, но даже не знал, что может быть электронная вычислительная система, и что такое вообще возможно. Такими-то силами мы начали делать одну из первых советских вычислительных машин – вычислительную машину М-1. Может, быть, это было нахальством с нашей стороны, но точно не было халтурой».
М.А. Карцев разрабатывал для М-1 устройство управления — главный программный датчик. Машина прошла испытания в декабре 1951 года и находилась в эксплуатации более трех лет, причем первые полтора года это была единственная в СССР действующая ЭВМ.
Защитив весной 1952 года диплом, Карцев становится штатным сотрудником лаборатории И.С. Брука, который поручает ему возглавить проектирование и изготовление новой вычислительной машины — быстродействующей М-2. Термин «быстродействующая» означал современный на тот момент уровень. В то время уже шла работа над вычислительными машинами БЭСМ и «Стрела».
К делу приступили очень активно: по мере разработки технической документации на отдельные узлы машины шло их изготовление на ряде опытных производств научных институтов. Затем их проверку, стыковку и комплексную настройку машины осуществляли в лаборатории сами разработчики. Машина М-2 была создана в рекордно короткий срок: начали весной 1952 года, к 10 октября были включены первые две стойки — арифметика и управление машины, к 7 ноября — шкаф питания и магнитный барабан, наконец, к 5 декабря включили последний шкаф — электронную память. Такой метод организации работ Карцев использовал во всех последующих разработках.
Модель М-2 имела высокие по тем временам показатели, соответствовавшие мировому уровню: быстродействие — 2000 операций в секунду, емкость памяти — 16 кбайт, широкий список операций над числами с фиксированной и плавающей запятой, страничную организацию памяти. Время подтвердило отличные качества этой ЭВМ: в лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР она бессменно проработала 15 лет, обеспечив решение многих задач в различных областях науки и техники. По своим техническим характеристикам она стояла тогда в одном ряду с самыми современными машинами и имела такую же производительность, что «Стрела» и БЭСМ первого периода эксплуатации.
В 1958 году Карцеву поручается разработка ЭВМ М-4 — вычислительной машины для управления и обработки информации в экспериментальном радиолокационном комплексе, создававшемся в институте академика А.Л. Минца. Это была одна из первых отечественных транзисторных ЭВМ. В ее структуру вкладывались особенности, связанные с конкретным назначением.
Предусматривались аппаратная реализация некоторых сложных операций (извлечение квадратного корня, двойное сравнение и др.), внутренняя постоянная память для хранения программ и констант, параллельные вычисления, обеспечиваемые специализированными процессорами ввода-вывода. Среднее быстродействие машины составляло 20 тыс. операций в секунду.
Первый образец машины М-4 начал работать в 1961 году, второй, М-4М, — год спустя. Летом 1962 года машина М-4 успешно выдержала государственные испытания в составе радиолокационного комплекса и была предложена в серийное производство для использования в создаваемой системе предупреждения о ракетном нападении. Однако сложность задач диктовала необходимость поиска новых технических решений, способных обеспечить применение машины на всех уровнях системы.
Карцев предложил новую разработку — ЭВМ М4-2М с более высокими техническими характеристиками и возможностью переменной комплектации. Арифметическое устройство этой ЭВМ было конвейерным. Машина имела расширенный диапазон чисел — порядок от +127 до -128 и уменьшенную мантиссу. Система команд предусматривала режим повышенной точности с 40-разрядной мантиссой. Быстродействие машины составляло 220 тысяч операций в секунду. Как управляющая и работающая в реальном времени машина имела развитую систему прерываний.
Обеспечивалось 12 активных и 12 пассивных прерываний. Переход на программу прерывания происходил за два-три машинных такта. Связь с объектом управления и другими системами осуществлялась по последовательному синхронному шлейфу с пропускной способностью 100 кбит/с. Был предусмотрен параллельный шлейф для связи однотипных ЭВМ при построении вычислительных комплексов из нескольких машин.
В дополнение к М4-2М на той же технической базе был разработан внешний вычислитель М4-3М с разветвленной системой внешних связей. Вычислительный комплекс из двух машин обеспечивал быстродействие около 400 операций в секунду и отличался высокой надежностью — свыше 800 часов наработки на отказ. За разработку этих ЭВМ в 1967 году М.А. Карцеву была присуждена Государственная премия СССР.
В 1969-м был завершен первый этап создания системы предупреждения о ракетном нападении, для которой многие десятки машин М4-2М и М4-3М, соединенных каналами передачи данных длиной в тысячи километров, были объединены в единую вычислительную сеть. Научная сторона разработок этого периода явилась основой докторской диссертации М.А.Карцева.
Новые поколения радиолокационных станций требовали и более мощных как по производительности, так и по объемам памяти вычислительных машин. Карцев предложил принципиально новую архитектуру построения ЭВМ — многопроцессорную вычислительную систему, обеспечивающую параллельную обработку информации. Для воплощения такой архитектуры в жизнь Карцев добился создания в Министерстве радиопромышленности СССР самостоятельного предприятия — впоследствии института и приступил к разработке многопроцессорного вычислительного комплекса М-9 с производительностью в 1 млрд. операций в секунду. Полностью реализовать этот проект на существовавшей элементной базе не удалось. Только в 1970 году одна из его составных частей — числовая связка — была использована при разработке новой машины третьего поколения, серийной многопроцессорной суперЭВМ М-10…
В 1972 году началось серийное производство ЭВМ М-10, и уже в 1976-м вычислительный комплекс из этих машин с программным обеспечением и пакетом рабочих программ заказчика успешно выдержал государственные испытания.
Создателям М-10 удалось решить довольно сложную задачу: имея микросхемы с временем срабатывания порядка 15–25 нс на вентиль и степенью интеграции до трех-пяти вентилей в корпусе, они построили ЭВМ с производительностью более 5 млн операций в секунду. Хотя по этому (в значительной степени формальному) показателю М-10 уступала американской машине Cray-1, она значительно превосходила ее в возможностях архитектуры (среднее количество машинных циклов на одну выполняемую операцию в М-10 составляет от 0,9 до 5,3, а в Cray-1 — от 0,7 до 27,6),, и можно утверждать, что вплоть до начала 80-х годов ХХ века М-10 была самой производительной ЭВМ в мире.
Следующим шагом развития многопроцессорной архитектуры явилось создание М.А. Карцевым новой вычислительной машины четвертого поколения — суперЭВМ М-13, первой отечественной многопроцессорной конвейерно-векторной ЭВМ. Впервые в отечественной практике в вычислительную структуру вводился мощный процессор обработки сигналов с производительностью до 2 млрд. операций в секунду.
Серийный выпуск ЭВМ М-13 начался уже без Карцева. Он скоропостижно скончался в апреле 1983 года. Сердце, однажды уже перенесшее обширный инфаркт, не выдержало напряжения последних месяцев.
В 1984 году Загорский электромеханический завод приступил к производству М-13, но государственные испытания непосредственно на объекте система прошла лишь в 1991 году… Видимо уже «наверху» махнули рукой на собственные компьютеры, и нацелелись на «тупое» копирование западных аналогов, что как заметил еще академик С.А. Лебедев — было большой ошибкой.
Советское правительство накупило в Японии оборудования, и советские инженеры с задержкой в 5 лет скопировали сначала Intel 8080, а потом более мощный Intel 8086, на котором уже можно было строить аналоги набирающего популярность IBM PC.
Но в середине 80-х советская система надорвалась, скопировать Intel 386 оказалось невозможно из-за устаревшего оборудования, которое не позволяло выпускать процессоры с такими же маленькими транзисторами на кристалле микросхемы, как у американцев и японцев. Одновременно в СССР начался массовый импорт «персоналок» с Запада и из Восточной Азии. На советских компьютерах был поставлен крест — о них просто все забыли.
