Jak ZSRR stworzył pierwszy na świecie komputer półprzewodnikowy

Spis treści:

• Jak to się wszystko zaczęło
• Z czego był zrobiony komputer M-1
• W czym komputer M-1 był lepszy od komputera MESM
• Seria komputerów M-2 i M-3

Za pierwszy radziecki komputer uważa się lampowy MESM, opracowany i uruchomiony w grudniu 1952 roku w Kijowie. Komputer ten stał się prototypem BESM, dużej elektronicznej maszyny liczącej, która położyła podwaliny pod dalszy rozwój radzieckiej technologii komputerowej. Projektem kierował akademik Lebiediew, który wniósł znaczący wkład w rozwój rodzimej technologii komputerowej. MESM był znaczącym krokiem w historii informatyki w ZSRR i wpłynął na późniejszy rozwój elektroniki i informatyki.

W tym samym miesiącu, ale zaledwie 10 dni wcześniej, w Moskwie, grupa absolwentów Moskiewskiego Instytutu Energetyki, pod przewodnictwem Izaaka Siemionowicza Bruka, z powodzeniem uruchomiła M-1 – pierwszy na świecie komputer elektroniczny oparty na półprzewodnikach. Ten historyczny moment oznaczał znaczący postęp w technologii komputerowej i otworzył nowe horyzonty dla dalszych badań i rozwoju w dziedzinie elektroniki. Wprowadzenie na rynek M-1 położyło podwaliny pod przyszłe technologie i stało się ważnym kamieniem milowym w historii inżynierii komputerowej.

MESM i M-1 były opracowywane równocześnie, ale podejścia i powody ich powstania były różne. MESM powstał z inicjatywy rządu, a jego twórcy otrzymali wszystkie niezbędne zasoby do pracy. Natomiast M-1 został stworzony przez entuzjastów, którzy wykorzystali dostępne materiały i narzędzia.

Porównanie komputerów moskiewskich i kijowskich pokazuje, że prędkość obliczeniowa MESM znacznie przewyższała M-1: pierwszy wykonywał 50 operacji na sekundę, a drugi tylko 20. M-1 miał jednak kompaktowe rozmiary i niższe zużycie energii: jego powierzchnia wynosiła zaledwie 5 metrów kwadratowych, a jego konstrukcja wykorzystywała 730 lamp elektrycznych, wymagających 8 kW. Natomiast MESM miał 6000 lamp, zużywał 25 kW i zajmował 60 metrów kwadratowych. m. Te cechy podkreślają znaczenie optymalizacji zarówno wydajności, jak i efektywności energetycznej we wczesnych komputerach.

Jak to się wszystko zaczęło

Rozwój komputera M-1 rozpoczął się w 1950 roku w Laboratorium Systemów Elektrycznych Krzyżanowskiego Instytutu Energetyki (ENIN). Pod kierownictwem członka korespondenta Akademii Nauk ZSRR Izaaka Siemionowicza Bruka, uznanego eksperta w dziedzinie energetyki, laboratorium prowadziło badania w dziedzinie elektroenergetyki i opracowywało urządzenia dla największych elektrowni. Badania te wymagały złożonych obliczeń, co podkreślało potrzebę stworzenia komputera zdolnego do automatyzacji procesu obliczeniowego. Komputer M-1 był ważnym krokiem w rozwoju techniki komputerowej i wniósł znaczący wkład w automatyzację obliczeń naukowych i inżynierskich.

W latach przedwojennych pod jego kierownictwem opracowano integrator elektromechaniczny, który rozwiązywał układy równań różniczkowych. Jednak jego funkcjonalność okazała się ograniczona.

Brook zawsze interesował się komputerami cyfrowymi, o których czytał w zagranicznych artykułach. W 1947 roku poznał osobę o podobnych poglądach. Do laboratorium dołączył Bashir Rameev, student, który przerwał naukę i został wydalony z MPEI jako syn „wroga ludu”. Usłyszawszy w radiu BBC o powstaniu amerykańskiego komputera ENIAC, on również zainteresował się komputerami i ich potencjałem. Współpraca ta była ważnym krokiem w rozwoju technologii informatycznych w kraju i otworzyła nowe horyzonty dla prac naukowych.

Rameev i Brook wspólnie opracowali projekt elektronicznej maszyny liczącej, która wykorzystywała diody półprzewodnikowe zamiast tradycyjnych lamp próżniowych. Ta innowacyjna koncepcja zrewolucjonizowała informatykę i oferowała liczne korzyści. Po pierwsze, diody półprzewodnikowe oferowały większą niezawodność i trwałość niż lampy próżniowe. Po drugie, znacznie zmniejszyły rozmiar i wagę urządzenia, ułatwiając jego szersze zastosowanie. Co więcej, zastosowanie półprzewodników znacznie zmniejszyło zużycie energii, co było szczególnie ważne w środowiskach o ograniczonych zasobach. Projekt Rameeva i Brooka stanowił zatem znaczący krok w kierunku stworzenia nowoczesnych systemów obliczeniowych, otwierając nowe horyzonty dla dalszego postępu technologicznego. Miniaturowe i niedrogie diody umożliwiły zmniejszenie rozmiarów i kosztów komputerów. Amerykański ENIAC, zawierający 17 468 lamp próżniowych, ważył 27 ton i kosztował prawie 500 000 dolarów. Półprzewodniki, w przeciwieństwie do lamp próżniowych, nie wymagają okresu rozgrzewania przed uruchomieniem, dzięki czemu zużywają mniej energii. Diody są trwalsze niż lampy próżniowe i lepiej znoszą przejścia o wysokiej częstotliwości niezbędne do obliczeń. Kilka lamp próżniowych w komputerze ENIAC przepalało się co tydzień, co wymagało ich znalezienia i wymiany. W rezultacie komputer mógł pracować nieprzerwanie tylko przez 20 godzin, co utrudniało wykonywanie skomplikowanych obliczeń. W 1948 roku grupa naukowców złożyła wniosek o rejestrację swojego projektu w urzędzie patentowym. W rezultacie ich prac, w 1950 roku Prezydium Akademii Nauk ZSRR wydało dekret o opracowaniu pierwszego komputera elektronicznego, M-1. Projekt ten stanowił ważny krok w rozwoju technologii komputerowej w kraju i położył podwaliny pod przyszłe postępy w dziedzinie technologii informacyjnych.

Isaac Brook, założyciel projektu komputerowego, zebrał zespół absolwentów i absolwentek Moskiewskiego Instytutu Energetyki (MPEI). Pierwszym członkiem zespołu był młody specjalista, Nikołaj Matiuchin. Razem rozpoczęli prace nad architekturą maszyny obliczeniowej, która miała stać się podstawą dalszych innowacji w technologii komputerowej.

Oprócz Matiuchina, w skład grupy Brooka wchodziło troje innych absolwentów i absolwentek Moskiewskiego Instytutu Energetyki (MPEI). Wśród nich wyróżniała się Tamara Minovna Alexandridi, doktorantka i zapalona radioamatorka, która pełniła również funkcję radiotelefonistki.

Dziewczyna dostała się do laboratorium dzięki swojemu unikatowemu nazwisku. Isaac Semenovich, oceniwszy znakomite wyniki T. M. Alexandridi i jej pracę naukową w instytucie, pomylił ją z młodym mężczyzną. Zazwyczaj nie zatrudniał kobiet.

Z czego zbudowano M-1

W piwnicy Instytutu Energetyki zbudowano unikatową maszynę, do której Brook otrzymał pomieszczenie o powierzchni 15 metrów kwadratowych. Komputer złożyli pasjonaci, a ze względu na ograniczony budżet na zakup podzespołów, naukowcy postanowili stworzyć kompaktową wersję maszyny półprzewodnikowej. Ten rozwój stanowił znaczący krok w dziedzinie informatyki, demonstrując kreatywne podejście do rozwiązywania ograniczeń finansowych i podkreślając znaczenie innowacyjności w badaniach naukowych.

Isaac Brook miał dostęp do magazynów, w których przechowywano zdobytą niemiecką elektronikę, co pozwoliło mu znaleźć niezbędne komponenty radiowe. Przy opracowywaniu urządzenia M-1 wykorzystano lampy elektronopromieniowe z oscyloskopów, głowice magnetyczne z magnetofonów domowych oraz diody półprzewodnikowe (prostowniki miedziowo-tlenkowe) z niemieckich urządzeń. Komponenty te znacznie zmniejszyły liczbę lamp próżniowych, co poprawiło osiągi urządzenia i zwiększyło jego wydajność.

Brook zlecił Tamarze Aleksandridi opracowanie pamięci komputerowej w ramach swojej pracy dyplomowej. Zagraniczne komputery wykorzystywały w tym celu potencjaloskopy – drogie urządzenia zaprojektowane specjalnie do przechowywania danych. Jednak utalentowana radziecka kobieta znalazła innowacyjne rozwiązanie i opracowała pamięć opartą na lampach elektronopromieniowych z oscyloskopów. To odkrycie było ważnym krokiem w rozwoju technologii komputerowej i dowodem wysokiego poziomu inżynierii w ZSRR.

Za instalację i konfigurację komputerów odpowiadał zespół profesjonalnych techników. Co ciekawe, wśród nich był Jurij Rogaczow, były żołnierz frontowy, który nie ukończył jeszcze szkoły średniej. Fakt ten podkreśla, że ​​umiejętności i doświadczenie można zdobyć nie tylko w instytucjach edukacyjnych, ale także w życiu, co czyni historię Jurija szczególnie inspirującą.

Młodzi konstruktorzy pracowali pilnie od rana do nocy i złożyli pierwszy komputer w niecały rok. Montaż rozpoczął się w październiku 1950 roku, a latem 1951 roku maszyna była zdolna do wykonywania podstawowych działań arytmetycznych. W styczniu 1952 roku komputer M-1 został oddany do użytku, co stanowiło ważny krok w rozwoju techniki komputerowej.

Charakterystyka techniczna komputera M-1 obejmuje kluczowe parametry, które decydują o jego wydajności i funkcjonalności. Komputer M-1 jest jednym z pierwszych modeli opracowanych z myślą o rozwiązywaniu złożonych problemów obliczeniowych. Wyposażony jest w procesor zapewniający wydajne wykonywanie programów, a pojemność pamięci RAM pozwala na przetwarzanie dużych ilości danych.

Innymi ważnymi cechami są szybkość przetwarzania informacji, znacznie przewyższająca poprzednie modele. M-1 obsługuje również różnorodne urządzenia peryferyjne, co rozszerza jego funkcjonalność i poprawia łatwość obsługi.

Model ten stał się podstawą dalszego rozwoju technologii komputerowej, oferując niezawodność i wysoką wydajność, dzięki czemu spełnia wymagania nawet nowoczesnych systemów komputerowych. Komputer M-1 pozostaje ważną kartą w historii technologii komputerowej dzięki swoim cechom technicznym i wkładowi w rozwój przemysłu.

• System liczb binarnych.
• 25-bitowe słowa maszynowe.
• Wydajność – 15–20 operacji na sekundę.
• System poleceń dwuadresowych.
• Pamięć wolna (analogiczna do dysku twardego) – 256 słów na bębnie magnetycznym.
• Pamięć szybka (RAM) – 265 słów na rurkach elektrostatycznych.
• Wejście i wyjście informacji na taśmach perforowanych.
• Podstawa elementów – 730 lamp próżniowych, diody niemieckie.
• Pobór mocy – 8 kW.
• Powierzchnia zajmowana – 4 m kw.

Jak M-1 był lepszy od MESM

M-1, pomimo kompaktowych rozmiarów i ograniczonych zasobów, miał wyraźną przewagę nad potężną konstrukcją Lebiediewa. Choć pod wieloma względami był gorszy, jego unikalne cechy i funkcje czynią go atrakcyjną alternatywą.

• Obwody zbudowane w całości na diodach półprzewodnikowych.
• Dwuadresowy system sterowania, w przeciwieństwie do trójadresowego systemu stosowanego w MESM. Uprościło to urządzenie sterujące, pozwoliło na efektywne wykorzystanie pamięci i wyeliminowało potrzebę rejestrowania zbędnych informacji pośrednich.
• Pamięć RAM w lampach elektronopromieniowych mogła zarejestrować do 256 słów. W pierwszej wersji MESM w pamięci RAM i pamięci długotrwałej przechowywano tylko po 31 słów. Dzięki temu M-1, natychmiast po uruchomieniu, wykonywał obliczenia, które MESM mógł wykonać dopiero kilka miesięcy później – po zainstalowaniu bębna magnetycznego.

Maszyna, zdolna do wykonywania 15–20 operacji na sekundę, była wówczas postrzegana jako prawdziwa sensacja. Mężowie stanu i naukowcy, w tym prezes Akademii Nauk ZSRR, Niesmiejanow, przybyli, aby zobaczyć ten cud techniki na własne oczy.

M-1 aktywnie współpracował z wydziałem Kurczatowa, znanym z prac w dziedzinie energii atomowej i broni jądrowej. Rozwiązywanie problemów w tych dziedzinach wymagało potężnych zasobów obliczeniowych, które mogła zapewnić tylko ta maszyna. M-1 wykonywał również różne zadania techniczne i rozwijał technologie programowania. Działał 24 godziny na dobę przez trzy lata, co umożliwiło znaczny postęp w badaniach i rozwoju stosowanym.

Seria komputerów M-2 i M-3

Brook dążył do wykorzystania M-1 i podobnych maszyn nie tylko do celów wojskowych. Dostrzegł ich potencjał w rozwiązywaniu problemów ekonomicznych, a także w meteorologii, kryptografii i sterowaniu procesami przemysłowymi. Technologie te mogłyby znacząco poprawić wydajność i dokładność w różnych gałęziach przemysłu.

Wkrótce to samo laboratorium rozpoczęło prace nad komputerem M-2, który był większym i bardziej wydajnym modelem opartym na elementach półprzewodnikowych. Ten komputer elektroniczny zajmował powierzchnię 22 metrów kwadratowych, zużywał 29 kW mocy i wykonywał 2000 instrukcji na sekundę. W 1953 roku M-2 został oddany do użytku. Podobnie jak jego poprzednik, M-1, M-2 był komputerem jednomodułowym, który działał przez 15 lat.

W 1956 roku opracowano komputer elektroniczny M-3, który następnie wszedł do masowej produkcji. Ten kompaktowy system zajmował powierzchnię zaledwie 3 metrów kwadratowych i był szeroko stosowany w instytucjach naukowych, które nie miały możliwości obsługi dużych systemów obliczeniowych. Linia komputerów M-3 pozostała istotna i cieszyła się dużym popytem do końca lat 60. XX wieku, odgrywając kluczową rolę w rozwoju technologii komputerowej i nauki. W 1958 roku Laboratorium Systemów Elektrycznych ENIN zostało zreorganizowane i przekształcone w Instytut Maszyn Sterowanych Elektronicznie (INEUM). Ta transformacja stanowiła ważny krok w rozwoju badań naukowych i technologii w dziedzinie sterowania elektronicznego. INEUM skupiało się na opracowywaniu innowacyjnych rozwiązań i systemów, które przyczyniły się do postępu w inżynierii elektronicznej i automatyce.