Шість тисяч електронних ламп, шістдесят квадратних метрів площі, двадцять п'ять кіловатів споживаної потужності і приблизно п'ятдесят операцій щосекунди — за сучасними мірками такий пристрій не дотягує навіть до рівня іграшки, адже звичайний смартфон виконує мільярди операцій за ту саму секунду. Проте саме така машина, зібрана у Феофанії за десять кілометрів від Києва, у грудні 1951 року стала першою в континентальній Європі електронною обчислювальною машиною, що зберігала програму в пам'яті. Її назвали МЕСМ — Мала електронна лічильна машина, і ця розповідь присвячена тому, де її будували, з яких компонентів вона складалася, як працювала і що саме встигла обчислити.
Феофанія як місце народження першого комп'ютера
Феофанія — колишнє монастирське містечко поблизу Києва. Коли столиця після війни лежала в руїнах, туди евакуювали частину підрозділів Академії наук УРСР. Лабораторію обчислювальної техніки Інституту електротехніки розташували у двоповерховій будівлі, яка раніше слугувала монастирським готелем, а до Другої світової війни в ній діяла психіатрична лікарня.
Будівлю спершу довелося відремонтувати: джерела живлення перенесли в підвальні приміщення, механічні майстерні виділили окремо, а саму розробку зосередили в найбільшій із кімнат.
Нині ця будівля стоїть на вулиці Академіка Лебедєва, яка раніше називалася Боголюбова, 19. Попередня назва вулиці відсилає до керівника лабораторії, проте саме місце має більше значення, ніж прізвище на табличці. Феофанія стала одним із небагатьох прикладів, коли справжній науковий прорив трапився не в престижному столичному інституті, а в напівзруйнованому колишньому готелі для прочан.
Шлях від ідеї до робочої машини: 1948–1951 роки
Роботи стартували наприкінці 1948 року. Керівник лабораторії Сергій Лебедєв самостійно сформулював принципи побудови такої машини — за словами Віктора Глушкова, зробив це незалежно від закордонних колег. Спочатку команда планувала створити лише діючий макет, і за однією з версій саме тому літера «М» у назві спершу означала «модель». Хронологія розробки виглядала так:
- 1948 рік — розроблено базові елементи машини
- Кінець 1949 року — готові загальна компоновка та принципові схеми блоків
- Перша половина 1950 року — виготовлено окремі блоки, розпочато налагодження
- Кінець 1950 року — налагодження макета завершено, його успішно продемонстровано комісії
- 4 січня 1951 року — виконано перші корисні обчислення
- 8 січня 1951 року — на закритому засіданні вченої ради Інституту електротехніки заслухали доповідь про машину
Аби не гальмувати процес, пам'ять реалізували на тригерних комірках. Це обмежувало її обсяг, зате дало змогу швидко отримати працездатний пристрій.
Технічні параметри МЕСМ
Варто детальніше розглянути технічні характеристики МЕСМ, адже саме вони підтверджують: це був не просто «велика рахувальна машина», а повноцінний комп'ютер сучасної архітектури.
- Лампи: близько 6000 штук, із них приблизно 3500 тріодів і 2500 діодів
- Габарити й живлення: площа 60 м², споживання 25 кВт
- Швидкодія: приблизно 50 операцій за секунду, або близько 3000 за хвилину
- Команди: трьохадресні, довжиною 20 двійкових розрядів, з яких чотири відведено під код операції
- Числа: двійкові, з фіксованою комою, 16 розрядів плюс знак
- Оперативна пам'ять: на тригерах, розрахована на 31 число і 63 команди, частота вибірки 5 кГц
- Арифметичний пристрій: один, універсальний, паралельної дії
- Зовнішня пам'ять: магнітний барабан
Головна особливість МЕСМ полягала в тому, що програма і дані зберігалися в одній і тій самій пам'яті. Завдяки цьому машина могла самостійно змінювати власні команди: у наборі операцій передбачалася спеціальна функція «складання команд», яку застосовували для динамічної модифікації коду. Саме такий підхід згодом ліг в основу індексації та роботи з масивами і визначив архітектуру наступних обчислювальних машин.
Команда, що працювала разом із Сергієм Лебедєвим
За архівними даними, над МЕСМ протягом приблизно трьох років трудилися близько дванадцяти інженерів і п'ятнадцяти техніків та монтажників. Посаду першого заступника керівника лабораторії обіймав Лев Дашевський. Інженери прийшли в проєкт із абсолютно різних професій: Соломон Погребинський мав політехнічну освіту і повернувся до роботи після важкого поранення на фронті, Ганна Гладиш закінчила Київський інститут кінотехніки за спеціальністю звукотехніка, Лідія Абалишнікова була інженером-акустиком, а Зоя Зоріна-Рапота — звукотехніком. За кілька років усі вони освоїли лампову електроніку на рівні, якого тоді не описував жоден підручник.
Монтажні роботи очолював Анатолій Семеновський, якому допомагав висококваліфікований монтажник С. Б. Розенцвайг. Пристрій керування створювала Катерина Шкабара, а над пристроєм введення працював аспірант Зіновій Рабінович, який пізніше очолив розробку спеціалізованої машини СЕСМ.
Перші тести і перша помилка, яку приписали машині
Під час першого запуску команда зіткнулася з несподіваною проблемою: шість тисяч ламп виділяли настільки багато тепла, що частину стелі довелося терміново розбирати, аби його відвести з приміщення.
Справжнім випробуванням стала перша серйозна перевірка машини. Київські математики С. Крейн і С. Авраменко підготували для тесту задачу з балістики та, працюючи окремо один від одного, отримали результат, який не збігся з відповіддю машини.
Команда розробників розсудила, що двоє математиків навряд чи могли помилитися однаково, тому підозра впала на машину. Лебедєв цілу добу вручну перевіряв розрахунки, а наступного дня оголосив, що насправді помилилися люди, а МЕСМ спрацювала бездоганно.
Наприкінці 1951 року у Феофанію прибула комісія Академії наук СРСР, яка протягом трьох днів тестувала машину. З 25 грудня 1951 року МЕСМ прийняли в регулярну експлуатацію. 4 січня 1952 року Президія Академії наук СРСР у секретній постанові зафіксувала, що це перша в СРСР швидкодійна електронна цифрова машина, доведена до стану експлуатації.
Практичне застосування МЕСМ
У 1952 році МЕСМ залишалася фактично єдиною електронною обчислювальною машиною в усьому Радянському Союзі. На ній рахували термоядерні процеси, космічні польоти та ракетну техніку, параметри ліній електропередачі, задачі механіки й статистичного контролю якості. Для будівництва Куйбишевської ГЕС машина обчислила умови стійкості паралельної роботи агрегатів.
Збереглися й конкретні цифри обсягу роботи. У листопаді 1953 року директор відділення прикладної математики Математичного інституту імені Стєклова Мстислав Келдиш подякував київському інституту за виконані обчислення. З листопада 1952 року по липень 1953-го на МЕСМ виконали близько 50 мільйонів операцій за трьома складними програмами, серед яких були й балістичні розрахунки для москви.
Доля машини та її вплив на українську кібернетику
Після п'яти років роботи машину розібрали на частини, які передали Київському політехнічному інституту для використання в лабораторних заняттях. Джерела розходяться щодо точної дати завершення експлуатації — одні вказують 1956 рік, інші 1957-й. Спадщина МЕСМ виявилася значно тривалішою за термін служби самого пристрою:
- За оцінкою Глушкова, МЕСМ стала прототипом Великої електронної лічильної машини БЕСМ, а опис її будови — першим вітчизняним підручником з обчислювальної техніки
- Лабораторія перетворилася на організаційну основу для Обчислювального центру АН УРСР, а згодом — Інституту кібернетики
- У Києві продовжили розробку власних машин: 1955 року з'явилася машина «Київ», для якої Катерина Ющенко та Володимир Королюк створили Адресну мову програмування, а також машина «Промінь», головним конструктором якої став колишній інженер МЕСМ Соломон Погребинський
- На будівлі у Феофанії встановили меморіальну дошку, а Борис Патон, один з перших, хто побачив машину в роботі, згадував, що саме в Київській Академії наук розкрився талант Лебедєва
МЕСМ не була ані найпотужнішою, ані найшвидшою машиною свого часу: у Великій Британії стаціонарні комп'ютери з програмою в пам'яті, Manchester Baby та EDSAC, запрацювали ще 1948 і 1949 років, а електромеханічні обчислювальні машини в континентальній Європі з'явилися ще раніше. Проте саме МЕСМ стала першою електронною обчислювальною машиною з програмою в пам'яті на території континентальної Європи та першою подібною машиною в СРСР.
Створена практично без доступу до закордонних наукових публікацій, зібрана невеликою командою в колишньому монастирському готелі й доведена до робочого стану всього за три роки, ця машина довела: повноцінний комп'ютер можна побудувати з того, що є під рукою.
А ще вона дала поштовх для появи в Києві наукової школи, яка через десятиліття подарувала світові Інститут кібернетики, Адресну мову програмування та перші ідеї державної мережі обчислювальних центрів.
Катерина Ющенко — українка, яка винайшла вказівники в програмуванні на 9 років раніше за США
