Выдающиеся ученые в области вычислительной техники и компьютерных сетей

Введение

Михаил Александрович Карцев является человеком, который внес огромный вклад в развитие советской информационной технологии. Его вклад оценен по достоинству, он стал обладателем многих медалей, через десять лет после смерти его именем был назван Научно-исследовательский институт, в котором он проработал всю жизнь.
Это выдающийся советский ученый в области вычислительной техники, доктор технических наук, профессор, главный конструктор четырёх поколений ЭВМ и вычислительных комплексов для работы в режиме реального времени. Он был основателем и первым директором НИИ Вычислительных Комплексов, носящего теперь его имя. Михаил Александрович соединял в себе таланты инженера, учёного и администратора, что довольно редко встречается в одном человеке. Он очень легко и быстро воспринимал знания из далёких для него областей. Так, будучи инженером, он разговаривал с программистами на их языке и разбирался не только в тонкостях программирования, но и в математических алгоритмах, хотя и не имел специального математического образования. Став руководителем НИИ, он по-прежнему вникал во все технические вопросы и мог предложить инженерное решение той или иной сложной проблемы.
Вычислительная техника стала делом его жизни, его призванием. Михаил Александрович сформировал целое направление вычислительной техники управляющих ЭВМ реального времени. Он создал первую серийную многопроцессорную супер-ЭВМ, которая в течение десяти лет оставалась флагманом отечественных машин.
Актуальность данной темы обусловлена быстрым развитием компьютерной техники. Сейчас трудно представить человека, который не знает, что такое компьютер. Карцев М. А. является одним из столпов вычислительной техники. Его достижения в этой области велики, которые помогли увеличить скорость развития информационных технологий.
Цель работы: изучить достижения М. А. Карцева в области вычислительной техники.
В работе поставлены следующие задачи:
- проследить весь жизненный путь М. А. Карцева;
- узнать, какие сделаны открытия, достижения на каждом этапе его работы.


Начало пути
Родился Михаил Александрович весной, 10 мая 1923 года. Родители его были учителями, отец умер в год его рождения. Окончив школу в Киеве в 1941 г., Михаил Александрович был направлен на оборонительные работы в Донбасс, оттуда его призвали в армию. В феврале 1947 г., в возрасте 20 лет, Карцев демобилизовался. За мужество, проявленное в боях, он был удостоен медалью «За отвагу», орденом Красной звезды и др. В мае 1945 г. Михаил Александрович был принят в члены КПСС.
Далее Карцев поступил в Московский Энергетический институт (МЭИ) на радиотехнический факультет. На третьем курсе обучения он сдал экзамен экстерном за четвертый курс. Учитывая, что первые годы фронтовики обычно учились хуже недавних школьников, случай исключительный. И вот в 1950, будучи студентов пятого курса, начал работу в лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР (по совместительству). Создателем и руководителем этой лаборатории член корреспондент АН СССР Исаак Семёнович Брук. Оттуда он и начинает вкладывать все свое время и силы на развитие советской вычислительной техники.
Лаборатория электросистем Энергетического института АН СССР занималась исследованием крупных энергосистем, и важное значение в этой работе имело физическое и математическое моделирование таких систем. С физическим моделированием дело обстояло более или менее удовлетворительно, а вести математическое моделирование, имея "на вооружении" только электромеханические калькуляторы марки "Рейнметалл", было, конечно, не с руки. Поэтому-то у И. С. Брука в конце 40-х годов и зародилась мысль о применении для этой цели цифровых ЭВМ. Отечественных ЭВМ тогда ещё не существовало, и он решил проблему радикально: если отечественной ЭВМ нет, её нужно сделать собственными руками. Он принял на работу несколько молодых специалистов, окончивших РТФ МЭИ, и поставил перед ними задачу сделать ЭВМ.
Работа закипела. Была создана ЭВМ М-1 последовательного действия. Надо сказать, что Михаил Александрович начал работу в лаборатории ещё до окончания института, в 1950 году. И когда возник план создания ЭВМ параллельного действия, он сразу включился в эту работу, а вскоре возглавил этот проект. Была создана ЭВМ М-2. Работа над машиной была окончена спустя полтора года, что являлось отличным показателем. К примеру, БЭСМ разрабатывалась почти вдвое дольше.
По основным техническим параметрам она напоминала известную "Стрелу", разработанную в огромном СКБ-245, но была значительно меньше по габаритам и значительно дешевле. В серию пошла, конечно, "Стрела", поскольку это была плановая разработка. Между прочим, несколько экземпляров М-2 изготовили в Китае.
Позднее М-2 была модернизирована. У неё заменили оперативную память, сделанную на электронно-лучевых трубках, памятью на ферритовых магнитопроводах и увеличили её объём до 4096 слов (16384 байт).
Позднее лаборатория электросистем выделилась из состава ЭНИН и превратилась сначала в лабораторию управляющих машин и систем, а затем в Институт электронных управляющих машин (ИнЭУМ).
В 1957 г. у А. Л. Минца и И. С. Брука возникла идея о создании электронной управляющей машины для управления новым экспериментальным радиолокационным комплексом (ЭУМ). В декабре Карцев был назначен руководителем группы по созданию ЭУМ М-4

. Это стало отправной точкой в его деятельности по созданию средств вычислительной техники, ориентированных на использование в системах раннего предупреждения о ракетном нападении и наблюдения за космическим пространством.
В 1958 году в стране начались работы по ПРО. ИнЭУМу было поручено разработать для этой цели специальную ЭВМ. Во главе разработки стал М. А. Карцев. Машина называлась М-4 и предназначалась для статистической обработки сигналов, поступающих от радаров. Она была разработана, изготовлена на заводе и направлена на полигон. Затем появился второй экземпляр этой машины — М-4-М. Вскоре вышло постановление о создании нового компьютера под малопонятным названием 5Э71. Там уже были другая элементная база и другие конструктивные решения. Эта машина производилась серийно с 1964 года и использовалась в системе предупреждения о ракетном нападении.
Об ЭВМ 5Э71 стоит рассказать подробнее. Слишком много было в ней необычного. Когда М. А. Карцев вёл разработку этой машины, произошёл конфликт с И. С. Бруком. У Михаила Александровича осталось очень мало людей и совсем немного времени на выполнение этой работы. А в результате выполнения работы должна была появиться высоконадёжная серийная ЭВМ, едва ли не первая в нашей стране. Все остальные машины тогда обычно выпускались в малых количествах. И проектировать её стали совсем необычным путём.
Элементную базу машины разработал Леонид Иванов. База была проверена и отлажена на небольшом макете, после чего началось проектирование. Вся машина была спроектирована только на бумаге (!). Возникли две проблемы. Во-первых, при наладке таких больших электронных систем обычно возникают трудности, вызванные паразитными наводками. А во-вторых, обычно очень много времени уходит на обнаружение и ликвидацию случайных схемных и монтажных ошибок. А времени на их поиск уже не оставалось.
Первая проблема была решена за счёт того, что весь монтаж был выполнен экранированным проводом. При этом, естественно, возросли паразитные ёмкости, и тактовую частоту, а следовательно, и быстродействие машины пришлось снизить. Потери быстродействия были компенсированы на уровне программного обеспечения. Ведь машина была предназначена для решения определённых задач, а программы для реализации этих задач писали свои программисты. У Михаила Александровича были очень сильные программисты, как правило, выпускники мехмата, которые разрабатывали не только программы, но и алгоритмы решения задач. Среди них были хорошие специалисты по теории вероятности и статистике, не первый год занимавшиеся обработкой радарной информации.
Вторая же проблема была решена за счёт того, что был разработан программный комплекс, который позволял по описанию монтажной схемы воссоздать логическую схему устройства и сделать эмулятор машины, на котором можно было отлаживать программы для несуществующей машины и с помощью специальных тестов находить ошибки, допущенные при проектировании. В результате конструкторская документация, разработанная только на бумаге, без всякого опытного образца ушла на завод.
Это был первый подобный опыт, который стал в дальнейшем традицией: разработка проекта высокого уровня качества, пригодного сразу для серийного выпуска. Такой подход требовал высокой квалификации, ответственности и определенной смелости, прежде всего Главного конструктора, но давал огромную экономию средств, времени и сил, особенно при создании больших машин. Эта машина (М-4−2М), выпускавшаяся серийно с 1964 года, была разработана всего за два года и на порядок превосходила свою предшественницу. Она имела быстродействие 220 тыс. оп/с, емкость оперативной памяти 128 Кбайт, емкость внутренней постоянной памяти 128 Кбайт, развитую систему прерываний (28 каналов), высокую скорость реакции на внешние сигналы. Новации, заложенные Карцевым в машинах от М-4 до М-4-ЗМ, стали основой его докторской диссертации (1965 год). В эти же годы он завершил свою вторую книгу "Арифметика цифровых машин" (Наука, 1969 год), которая является развитием его первой книги. Им был учтен опыт не только личный, но практически и весь мировой в быстро развивающейся области арифметических устройств.

Многопроцессорность
Следующая и все остальные страницы жизни Карцева связаны с идеей многопроцессорности ЭВМ. Нельзя утверждать, что Карцев в числе первых обратился к этой идее. Но он первым подошел к ней со всей серьезностью и страстностью, и ему первому удалось создать серийную многопроцессорную машину — супер-ЭВМ М-10, намного и надолго превосходившую другие отечественные ЭВМ. К тому же М-10 предназначалась и для работы в сложных системах в реальном масштабе времени с большими потоками информации. Такая большая практическая удача оказалась возможной благодаря многим принятым в М-10 новациям и гармоничному выбору технических решений в разных областях: согласованность предметной области предполагаемых задач, алгоритмов задач и структуры ЭВМ; согласованность сложности задач (объема вычислений), производительности ЭВМ, элементно-технической базы и объема оборудования ЭВМ и т.п.
Принцип многопроцессорности является глобальной стержневой идеей развития вычислительной техники, без которой просто не существует ее будущего. Карцев понял это одним из первых. В начале 60-х годов он делает доклад на Научно-техническом совете ИНЭУМ о концепции практической разработки многопроцессорной системы — это первая высказанная вслух заявка на такую работу