4 декабря 1948 года считается днём рождения информатики в России. Именно эта дата стоит в авторском свидетельстве № 10475 – патенте на изобретение Исаака Брука и Башира Рамеева. А изобретением этим была ЭВМ, или, если более точно, – АЦВМ («Автоматическая цифровая вычислительная машина»). Это название не прижилось, но изобретение дало старт разработке вычислительных машин в СССР и вызвало интерес к теме автоматизированной обработки данных, который не исчезает и сегодня.
70 лет назад всё было другим: технические возможности, объёмы информации, культурная и социальная жизнь. Но изобретателей и учёных прошлого и настоящего объединяет острое любопытство, непрерывное самообразование и устремлённость в будущее. Эти же качества востребованы и в современной сфере IT, о которой мы знаем не понаслышке.
Поэтому сегодня мы вспомним о людях и машинах, с которых началась эра информатики в нашей стране.
«Думающие машины» как необходимость
После окончания университета в 1925 году советский учёный Исаак Брук участвовал в разработке новой серии асинхронных двигателей, а затем проводил исследования электродвигателей и мощных линий электропередач. И поскольку экспериментировать с такими объектами невозможно, он столкнулся с необходимостью моделирования энергосистем. Брук писал: «В настоящее время такие "думающие" машины стали насущной необходимостью, и техника располагает всем нужным для их осуществления».
Первым шагом на пути к АЦВМ стал механический интегратор, помогающий решать дифференциальные уравнения до 6-го порядка. Устройство занимало площадь 60 м2 и было уникальным в СССР, аналоги существовали на тот момент в США и Англии.
Задача была действительно сложной: интегратор включал более 1000 зубчатых колёс, а чтобы набрать задачу (то есть установить шестерёнки на определённые места), требовалось не менее 2–3 суток. Война прервала исследования вычислительных машин, но Брук упорно шёл к цели. И прорыв случился, когда он начал сотрудничать с инженером Баширом Рамеевым.
Совместный проект АЦВМ Брука и Рамеева 1948 года представлял собой чертежи и описания принципов работы и конструкции машины. Изобретатели привели принципиальную схему устройства, определили арифметические операции в двоичной системе счисления, предложили способ переводить данные из двоичной системы в десятичную и обратно. К сожалению, реализовать проект на практике тогда не удалось из-за отсутствия технической базы. Однако машина стала первой в ряде подобных устройств. Всего Брук и Рамеев подали более 50 заявок на авторские свидетельства для различных узлов АЦВМ.
Малая электронная машина
Брук и Рамеев были не единственными учёными, кто работал над вычислительными машинами. В 1947–1948 годах в Киеве началась разработка «Малой электронной счётной машины» (МЭСМ). Она отличалась рекордной по тем временам производительностью в 3000 операций в минуту. Руководил разработкой академик С. А. Лебедев.
В отличие от АЦВМ, устройство было построено и испытано. Машина была сконструирована на базе электронных ламп, занимала значительную площадь в комнате, имела потребляемую мощность 25 кВт и тактовую частоту 5 кГц. Данные загружались в машину на перфокартах или вручную с помощью штекерного коммутатора. Результаты вычислений выводились в печать на бумаге или на фотоплёнке.
МЭСМ производила арифметические операции (вычитание, сложение, деление, умножение, сложение и вычитание модулей чисел), ряд логических (таких как сравнение чисел с учётом и без учёта знака) и некоторые другие, всего 13. Машина эксплуатировалась до 1957 года, а затем некоторое время была учебным экспонатом Киевского политехнического института.
А что было до?
Идеи автоматических вычислений не были новыми в середине XX века. До этого существовали как минимум две попытки работать в том же направлении.
Аналитическая машина Бэббиджа
Изобретателя Чарльза Бэббиджа захватила идея создания устройства, которое решало бы разные вычислительные задачи для инженеров и математиков. В 1819 году он начал строительство так называемой малой разностной машины, работающей по методу конечных разностей. Она автоматически вычисляла математические и астрономические таблицы. Устройство оперировало 18-разрядными числами с точностью до 8-го знака после запятой.
Позже необходимость упрощения арифметического узла машины привела его к разработке второго устройства – аналитической машины.
Она имела следующие элементы:
«Склад» – блок для хранения значений переменных, участвующих в расчётах, и результатов операций. Сегодня подобные блоки называют памятью.
«Мельница» – арифметическое устройство, производящее вычисления с участием переменных.
Блок управления той или иной последовательностью операций.
Блок ввода исходных данных и вывода результатов подсчётов.
Управление машиной происходило с помощью перфорированных карт, которые переносили информацию от одного блока к другому.
Статистический табулятор Германа Холлерита
В XIX веке перепись населения была крайне важной задачей для развитых стран. Она проводилась каждые 10 лет, а её результаты могли обрабатываться до нескольких лет вручную силами огромного количества сотрудников. Изобретатель Герман Холлерит работал в статистическом управлении министерства внутренних дел США и решил упростить процесс обработки результатов. Ключевая идея заключалась в том, чтобы наносить данные об одном человеке на перфокарту в виде пробивок, а затем загружать их в табулятор, который автоматически подсчитает отверстия.
Электромеханическая статистическая машина Холлерита работала от электрических батарей и состояла из перфоратора, пробивающего карты, сортировальной машины и собственно табулятора. Табулятор мог обрабатывать 1000 карточек в час, что значительно превышало скорость ручной обработки.
Холлерит организовал собственную компанию по изготовлению счётных машин, которая, претерпев ряд слияний и поглощений, стала носить название International Business Machines (IBM).
Впоследствии наработки Бэббиджа и Холлерита вдохновили на изобретения многих отечественных и зарубежных учёных.
Безусловно, это лишь малая часть истории вычислительных машин. Если вам интересна эта тема, дайте знать в комментариях – расскажем больше.
ЭВМ сегодня: суперкомпьютеры Christofari
За 73 года сфера автоматизированной обработки данных претерпела колоссальные изменения: от простых расчётных операций – к распознаванию фото и синтезу речи, от анализа статистических данных – к обучению нейросетей на сотнях тысяч объектов.
Зная о том, какими были компьютеры раньше, вдвойне интересно рассказывать про современные устройства. Наши самые крутые ЭВМ сегодня – это суперкомпьютеры Christofari и Christofari Neo на платформе SberCloud ML Space. На них в Сбере выполняются процессы, требующие самой высокой производительности (например, работа с AI и ML-разработка). Между компьютерами реализовано бесшовное переключение, поэтому они работают как единое целое.
Суммарная вычислительная мощность SberCloud ML Space после запуска Christofari Neo составляет 18,62 петафлопс (18,62 х 10 ^ 15 флопс). Для сравнения: ЭВМ «Урал-1», сконструированная Рамеевым в 1954–55 годах, имела пиковую производительность порядка 100 флопс, а американская ЭВМ ENIAC 40-х годов – около 500 флопс. Мало? Очень мало по современным меркам. Однако на тот момент эти машины были передовыми. Производительность компьютеров растёт вместе с объёмами обрабатываемой информации, поэтому когда-то и про Christofari и Сhristofari Neo могут сказать «мало». Но мы не будем ждать этого момента: мы внимательно следим за потребностями пользователей наших суперкомпьютеров и совершенствуем машины.
В середине XX века для вычислительных операций хватало нескольких килобайт оперативной памяти. Сегодня же только в Christofari Neo установлено более 600 графических процессоров Nvidia A100 с 80 ГБ памяти каждый. И все это доступно в рамках удобной платформы для полного цикла ML-разработки SberCloud ML Space.
Без изобретений прошлого не было бы будущего. Без интереса к вычислительной технике не появились бы поколения людей, влюблённых в компьютеры. Наконец, без экспериментаторов и изобретателей не было бы научно–технического прогресса. Мы верим, что изобретательский дух продолжает жить в специалистах Сбера, которые разрабатывают, тестируют и внедряют новые технологии каждый день.
С праздником!
