Исаак Семёнович Брук и малые цифровые вычислительные машины

Исаак Семёнович Брук — советский учёный в области электротехники и вычислительной техники, член-корреспондент АН СССР (1939)
Исаак Семёнович Брук
( 1902 - 1974 )

Исаак Семёнович Брук
Исаак Семенович Брук родился 8 ноября 1902 г. в Минске в бедной еврейской семье служащего табачной фабрики. В 1920 г. он окончил реальное училище, а в 1925 г. — электротехнический факультет МВТУ им. Н. Э. Баумана. Еще будучи студентом, И. С. Брук занялся научными исследованиями. По окончании МВТУ И. С. Брук работал во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина, где он получил большой практический опыт.
В 1930 г. Брук переехал в Харьков, где на одном из заводов под его руководством были разработаны и построены несколько электрических машин новой конструкции, в том числе взрывобезопасные асинхронные двигатели. В 1935 г. он возвратился в Москву и поступил на работу в Энергетический институт АН СССР (ныне ЭНИН им. Кржижановского). В организованной им лаборатории электросистем он развертывает исследования по расчету режимов мощных энергосистем.

Исаак Семёнович Брук
В мае 1936 г. Бруку была присвоена ученая степень кандидата технических наук без защиты диссертации, а в октябре того же года он защитил докторскую диссертацию на тему «Продольная компенсация линий электропередач». В 1939 году, на одном из заседаний Президиума Академии наук СССР, был заслушан доклад тридцатисемилетнего доктора технических наук Исаака Семеновича Брука о механическом интеграторе, позволяющем решать дифференциальные уравнения до 6-го порядка, созданном под его руководством в лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР. Доклад вызвал большой интерес,— подобных вычислительных машин в СССР еще не было. В том же году Брука избрали членом-корреспондентом АН СССР. В годы Великой Отечественной войны И. С. Брук продолжал эти исследования. Но он также успешно работал над системами управления зенитным огнем, изобрел синхронизатор авиационной пушки, который позволил стрелять через вращающийся пропеллер самолета.

Автоматическая цифровая вычислительная машина М-1
Автоматическая цифровая вычислительная машина (АЦВМ) М–1 была разработана в 1950—1951 году в Лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР И.С. Брука.
М-1 имела двухадресную систему команд в отличие от общепринятой в то время и считающейся наиболее естественной трёхадресной.
М-1 – первая отечественная малогабаритная ЭВМ с использованием полупроводниковых диодов в логических схемах и памяти на обычных осциллографических электронных трубках.

Автоматическая цифровая вычислительная машина М-1
15 декабря 1951 г. отчёт о работе «Автоматическая цифровая вычислительная машина М‑1» был утверждён директором Энергетического института АН СССР академиком Г.М. Кржижановским.
Одним из первых решал на M-1 свои задачи академик С.Л. Соболев, в то время заместитель по научной работе у академика И.В. Курчатова. Для его коллектива требовалось провести расчеты по обращению матриц большой размерности, что было выполнено на М-1 в самом начале 1952 года. Свои расчеты осуществляли сотрудники академика А.И. Берга. Решали на этой машине свои задачи и учёные ряда институтов Академии наук СССР. АЦВМ М-1 находилась в эксплуатации более трёх лет.
Основные разработчики: Н.Я. Матюхин, М.А. Карцев, Т.М. Александриди, Ю.А Лавренюк, А.Б. Залкинд, В.В. Белынский, В.В. Карибский, Р.П. Шидловский.

Технические характеристики
Система счисления - двоичная.
Количество двоичных разрядов - 25.
Система команд - двухадресная.
Объем внутренней памяти:
на магнитном барабане - 256 адресов,
на электростатических трубках - 256 адресов.
Быстродействие: с памятью на магнитном барабане - 20 оп/с; с памятью на электростатических трубках операция сложения выполнялась за 50 мкс, операция умножения - за 2000 мкс.
Занимаемая площадь: 4 кв. м.

Быстродействующая универсальная цифровая вычислительная машина М-2
М-2 была разработана в 1952 году в Лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР И.С. Брука.
При разработке М-2 частично были использованы идеи, воплощенные в машине М-1. С 1953 г. осуществлялась круглосуточная эксплуатация М-2 при решении прикладных задач. В 1955—1956 гг. машина была существенно модернизирована, после чего она получила оперативную память на ферритовых сердечниках емкостью 4096 чисел. Ферритовая память для М-2 была разработана группой под руководством М.А. Карцева, в состав которой входили О.В. Росницкий, Л.В. Иванов, Е.Н. Филинов, В.И. Золотаревский.

Быстродействующая универсальная цифровая вычислительная машина М-2
На М-2 проводились расчёты для Института атомной энергии, Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР, Института проблем механики АН СССР (расчёты прочности плотин Куйбышевской и Волжской гидроэлектростанций), Теплотехнической лаборатории АН СССР, Военно-воздушной академии, Артиллерийской академии и многих других научных и промышленных организаций. В 1953 г. на М-2 были проведены численные расчёты нагрева ракет в атмосфере Земли из-за уплотнения воздуха, возникающего перед баллистической ракетой при гиперзвуковом обтекании. Определение термодинамических параметров газа потребовало решения сложной системы алгебраических уравнений и могло быть выполнено только на цифровой ЭВМ. Результаты расчётов использовались в ОКБ С.П. Королева для определения необходимого количества теплозащитного материала конструируемой межконтинентальной ракеты.

Быстродействующая универсальная цифровая вычислительная машина М-2
Вокруг М-2 сложился неформальный круг программистов, работавших в разных организациях, в который входили Г.М. Адельсон-Вельский, В.Л. Арлазаров, М.М. Бонгард, А.Л. Брудно, М.Я. Вайнштейн, Д.М. Гробман, А.С. Кронрод, Е.М. Ландис, И.Я. Ландау, А.Л. Лунц и другие. Помимо чисто практических приемов программирования вычислительных задач в кодах машины М-2, они занимались программированием игровых задач, задач распознавания и диагностики. Результаты этих исследований привели к разработке оригинальных методов перебора, в частности метода ветвей и границ, построения справочных систем с логарифмическими записью и поиском и т. д.
Главный конструктор – М.А. Карцев.
Основные разработчики – Т.М. Александриди, Ю.А. Лавренюк, А.Б. Залкинд, В.В. Белынский, В.Д. Князев, Л.С. Легезо, Г.И. Танетов.

Технические характеристики
Формат команд – 34-разрядный.
Система команд – трёхадресная.
Выполняемые операции – сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение по модулю, сравнение алгебраическое, логическое умножение, перемена знака, перенос числа, вспомогательные операции (всего 30 операций).
Точность вычислений составляла около 8 десятичных знаков при работе с плавающей точкой и около 10 десятичных знаков с фиксированной точкой. Были возможны вычисления с удвоенной точностью.
Быстродействие: в среднем 2000 операций в секунду.
Внутренние запоминающие устройства: основное – 512 чисел, электростатическое; время обращения – 25 мкс; дополнительное – 512 чисел на магнитном барабане;скорость вращения МБ –2860 об/мин.
Внешнее запоминающее устройство ёмкостью 50 тыс. чисел на магнитной ленте; длина ленты 600 м, скорость движения 0,4 м/с.
Площадь, занимаемая М-2, составляла 22 кв.м.

Малогабаритная электронная вычислительная машина М–3
М-3 была разработана в 1957 году в Лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР И.С. Брука. В М-3 реализована концепция малогабаритной вычислительной машины, сформулированная И.С. Бруком. Это позволяло применять М-3 в научно-исследовательских организациях и конструкторских бюро без оборудования специальных помещений. Так, требуемая площадь для установки М-3 составляла 3 кв. м, а для машины «Урал» со сходными возможностями требовалась площадь около 60 кв.м. В отличие от синхронного принципа управления в М-3 последовательность работы отдельных блоков и устройств определялась их взаимодействием типа приказ-ответ. Переход к выполнению следующего элементарного действия происходил только после того, как был получен сигнал об окончании выполнения предыдущего действия. Асинхронный принцип работы устройства управления обеспечивал в значительной степени независимость работы отдельных устройств машины, что облегчало её наладку и эксплуатацию.

Малогабаритная электронная вычислительная машина М–3
М-3 послужила прототипом двух промышленных серий ЭВМ: «Минск» (Г.П. Лопато, В.В. Пржиялковский) и ГОАР (затем «Раздан»). М-3 стала источником для развития школы управляющих машин во ВНИИЭМ.
Главный конструктор – Н.Я. Матюхин
Основные разработчики – В.В. Белынский, В.М. Долкарт, Н.А. Дорохова, А.Б. Залкинд, Б.М. Каган, Г.П. Лопато, Г.И. Танетов.

Технические характеристики
Система представления чисел в М-3 – двоичная с фиксированной точкой – 30 двоичных разрядов и разряд знака числа.
В М-3 была реализована двухадресная система команд.
Средняя скорость работы – 30 операций/с, при использовании ферритовой памяти до 1500 операций/с.
Технические данные запоминающего устройства: ёмкость: 2048 30-разрядных двоичных чисел; среднее время выборки 10 мс; плотность записи: 3,2 импульсов/мм; число оборотов: 3000 в мин; диаметр барабана: 216 мм; ферромагнитный слой: сплав никель-кобальт толщиной 3–5 мк; частота маркерных импульсов: 108 кГц
После замены магнитного барабана на разработанную СКБ Минского завода ферритовую память ёмкостью 2048 чисел, производительность машины была увеличена до 1500–2000 операций/с. При испытаниях с приставной диодной памятью арифметический узел и устройство управления обеспечивали производительность 3000 операций/с.
Объём памяти М-3 можно было увеличить до 4096 чисел, подключив второй шкаф запоминающего устройства.

ЭВМ М–4
ЭВМ М–4 была разработана в 1958–1960 гг. в Институте электронных управляющих машин (ИНЭУМ). Область применения: управление в реальном масштабе времени экспериментальным комплексом радиолокационных станций контроля космического пространства. Электронные схемы машины строились на появившихся в СССР в 1957–1958 гг. германиевых транзисторах и диодах. При проектировании для машины М4-М устройства первичной обработки данных была разработана принципиально новая потенциальная система логических элементов, что обеспечило высокую технологичность в изготовлении, надёжность в работе, удобство в эксплуатации. В ЭВМ М-4 была осуществлена первая в мире аппаратная реализация вычисления квадратного корня.

ЭВМ М–4
Головной образец (первый комплект) ЭВМ М-4 в июле 1962 г. успешно выдержал государственные испытания совместно с РЛС и М-4 была предложена для серийного изготовления. Однако М.А. Карцев предложил для запуска в серийное производство новую машину с более высокими техническими и эксплуатационными характеристиками – ЭВМ М4-2М. Второй комплект машины М-4, доукомплектованный устройством первичной обработки, находился в эксплуатации до 1966 г. с модернизированной РЛС и обозначался как ЭВМ М4-М.
Главный конструктор – М.А. Карцев.
Основные разработчики – Г.И. Танетов, Л.В. Иванов, Р.П. Шидловский, Ю.В. Рогачев, Е.В. Гливенко, Е.Н. Филинов, Е.С. Шерихов, В.П. Кузнецова.

Состав машины:
арифметическое устройство; устройство управления; оперативная память (ферритовая); постоянная память (ферритовая);
устройство приёма и выдачи данных;
устройство сопряжения с РЛС;
устройство отображения информации.
система счисления – двоичная;
представление чисел – с фиксированной запятой;
среднее быстродействие – 20 000 операций/с;
объём оперативной памяти – 1024 23-разрядных чисел;
объём постоянной памяти – 1024 23-разрядных чисел.
Технические хар-ки:

ЭВМ М4–2М
ЭВМ М4-2М была разработана в 1963 г. в Институте электронных управляющих машин. Область применения: построение вычислительных комплексов для управления сложными объектами, обработки и обобщения их информации в режиме реального времени.
Начало выпуска: 1964 г., прекращение выпуска: 1986 г.Изготовлено около 200 комплектов этих машин.
Главный конструктор – М.А. Карцев.
Основные разработчики – Л.В. Иванов, Ю.В. Рогачев, Р.П. Шидловский, Г.И. Танетов, В.А. Брик, Л.З. Либуркин, Е.С. Шерихов, Е.И. Цибуль.

Состав машины:
арифметическое устройство (шкафы АУ и ВАУ);
устройство управления (шкаф УУ);
оперативное ЗУ (шкафы ОП);
постоянное ЗУ (шкафы ПП);
устройство ввода-вывода (шкаф ВУ);
пульт управления.
Машина имела три модификации с условными обозначениями 5Э71, 5Э72 и 5Э73, различающихся объёмом оперативной памяти – от 30 до 120 Кбайт и постоянной памяти – от 60 до 120 Кбайт.
Быстродействие – 220 тыс. оп./сек.
Система команд – одноадресная.
М4-2М имела необычную разрядную сетку – 29 разрядов.
В М4-2М за один машинный такт в 4,5 мкс выполнялась любая операция – арифметическая, в том числе умножение, логическая или управляющая
Технические хар-ки:

ЭВМ М5
ЭВМ М5 была разработана в 1958—1961 гг. в Институте электронных управляющих машин. Основным назначением М-5 было определено обеспечение планово-экономических расчетов в Госплане СССР.
Разработка М-5 проводилась на основании Постановления Совета Министров СССР от 6 октября 1958 г. В соответствии с этим Постановлением Лаборатория управляющих машин и систем (ЛУМС) АН СССР была преобразована в ИНЭУМ АН СССР. Разработка М-5 была направлена на создание ЭВМ повышенной производительности по сравнению с машинами, имеющимися в то время в СССР.

ЭВМ М5
Основной особенностью М-5 следует считать возможности обеспечения мультипрограммной и многотерминальной работы.
Один экземпляр устройств М-5 (ядро машины) был изготовлен Минским заводом им. Серго Орджоникидзе, доукомплектован устройствами, изготовленными в мастерских ИНЭУМ. Опытный образец М-5 был испытан в ИНЭУМ и введён в эксплуатацию. М-5 не получила серийного производства.
Основные разработчики – В.В. Белынский, Ю.А. Лавренюк, Н.А. Дорохова, Д.М. Гробман, Ю.Н. Глухов, Б.П. Голубев, В.М. Зенин, В.Н. Каминский, В.П. Константинов, И.Я. Ландау, В.Д. Князев, Б.Г. Сергеев, Е.Н. Филинов.

Технические характеристики:
М-5 оперировала с 37-разрядными двоичными числами.
Формат команд и обрабатываемых операндов – 38-разрядный.
Система команд – одноадресная.
В системе команд были предусмотрены: арифметические и логические операции; операции пересылки и безусловные переходы; сравнения с условными переходами; сдвиги и специальные инструкции; операции внешних устройств; инструкции, связанные с отладкой программ и решением нескольких задач.
Производительность М-5 составляла около 50 тыс. операций/с.
Библиотека стандартных подпрограмм включает: сортировку по Ричардсу; метод Зейделя с лентами (исчисление полных затрат); нахождение собственных чисел симметричной матрицы методом фон Неймана; решение систем алгебраических линейных уравнений по методу Гаусса; операции над матрицами и векторами; линейную и квадратичную интерполяцию; действия над комплексными числами; вычисления элементарных функций; вычисления многочленов по методу Горнера; программы выполнения действий над n числами.

Исаак Семёнович Брук
В 1956 г. И. С. Брук выступил с докладом на сессии Академии наук СССР по автоматизации, в котором изложил главные направления промышленного применения вычислительных и управляющих машин, а в 1957 г. поставил научную проблему «Разработка теории, принципов построения и применения электронных управляющих машин». Для ее решения в 1958 г. был создан Институт электронных управляющих машин АН СССР (ИНЭУМ), директором которого стал И. С. Брук.
ЭВМ М-5 была последней высокопроизводительной машиной, созданной в ИНЭУМе под непосредственным научным руководством И.С.Брука. В 1964 году Брук вынужден был уйти с поста директора института. Выйдя на пенсию, И. С. Брук продолжал работать в ИНЭУМ в качестве научного консультанта.