Сергей Алексеевич лебедев


Электронная счетная машина 1)



страница17/34
Дата01.08.2016
Размер8.48 Mb.
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   34

Электронная счетная машина 1)

В Академии наук СССР более трех лет работает быстродействующая электронная счетная машина «БЭСМ», сконструированная Институтом точной механики и вы-числительной техники. Машина является мощным средством научных исследований, проводимых учеными. Она позволила им совершенно по-новому подойти к решению важнейших проблем физики, механики, астрономии, химии и других отраслей зна-ния, широко использовать современные методы математического анализа.

За одну секунду машина совершает в среднем 7000—8000 арифметических дей-ствий. В связи с этим нельзя не вспомнить, что опытный вычислитель с помощью арифмометра может выполнить за смену лишь около 2000 арифметических действий. Таким образом, за несколько часов на машине выполняются вычисления, которые опытный работник не сможет сделать за всю свою жизнь. Одна такая машина заменяет собой колоссальную армию вычислителей, состоящую из нескольких де-сятков тысяч человек. Только для их размещения необходимы были бы сотни тысяч квадратных метров площади.

На нашей электронной машине за время ее эксплуатации решено множество задач из различных областей науки и техники. В результате страна получила экономию, исчисляемую сотнями миллионов рублей. Приведем несколько примеров.

Для международного астрономического календаря за несколько дней были под-считаны орбиты движения около семисот малых планет солнечной системы с учетом воздействия на них Юпитера и Сатурна. На десять лет вперед определены их координаты, точно высчитано, где они будут находиться через каждые сорок дней. Ранее такие расчеты требовали многих месяцев работы большого вычислительного бюро.

При составлении карт по данным геодезической съемки местности приходится решать систему алгебраических уравнений с большим числом неизвестных. Задачи с 800 уравнениями, требовавшие выполнения до 250 миллионов арифметических действий, решались на электронной машине менее чем за двадцать часов.

На ней же подсчитаны таблицы для определения форм контуров наиболее кру-тых, не осыпающихся откосов каналов. Это даст большую экономию материальных средств и времени в гидротехническом строительстве. Прежние попытки решить эту задачу хотя бы для одного варианта при работе 15 вычислителей в течение ряда месяцев не увенчались успехом. На электронной же машине подсчеты для десяти вариантов заняли менее трех часов.

Как работает наша электронная вычислительная машина?

Прежде чем приступить к решению той или иной проблемы, необходимо, зная физическую сущность исследуемого процесса, сформулировать задачу в виде алгеб-раических формул, дифференциальных или интегральных уравнений или других математических соотношений. Применяя хорошо разработанные методы численного анализа, можно почти всегда свести решение такой задачи к определенной после-довательности арифметических действий. Таким образом, самые сложные задачи решаются посредством четырех действий арифметики.

Для выполнения какого-либо арифметического действия при ручном счете не-обходимо взять два числа, произвести с ними заданное арифметическое действие и записать полученный результат. Он может потребоваться для дальнейших расчетов или явиться искомым ответом.

Эти же операции осуществляются и в электронных счетных машинах. Если вводить числа от руки и от руки же задавать машине, какое арифметическое действие

1) Правда, 1955, 4 декабря.

Электронная счетная машина 219

следует с ними произвести, а затем записывать полученный результат, то скорость вычислений будет весьма низкой. Следует, кстати, отметить, что по этому принци-пу действуют настольные клавишные вычислительные машины. Для обеспечения большой скорости весь вычислительный процесс в электронных машинах полностью автоматизируется.

Для того чтобы взять числа, с которыми следует произвести то или иное ариф-метическое действие, необходимо их где-то «хранить». Для этой цели в электронных машинах имеется «запоминающее устройство», разбитое на ряд ячеек. Все ячейки перенумерованы и для того, чтобы выбрать какое-либо число, следует задать номер ячейки, в которой оно «хранится». Выбранные из «запоминающего устройства» числа поступают в ту часть машины, где выполняется заданное арифметическое действие. Полученный результат направляется в одну из ячеек «запоминающего устройства». Там он и «хранится» до тех пор, пока не потребуется в дальнейших расчетах.

Для выполнения какого-либо одного арифметического действия должны быть заданы: номера ячеек «запоминающего устройства», откуда следует взять два числа; действие, которое нужно произвести с этими числами, и, наконец, номер ячейки, куда нужно направить полученный результат. Такое задание, представленное в виде определенного кода, называется «командой».

Решение задачи сводится к последовательному выполнению ряда «команд». Эти «команды» образуют программу вычислений и «хранятся» в машине — обычно в том же «запоминающем устройстве».

Программа вычислений, то есть совокупность «команд», обеспечивающая за-данную последовательность арифметических действий, необходимых для решения задачи, заготавливается математиками заранее.

Многие задачи требуют для своего решения десятков и даже сотен миллионов арифметических действий. Поэтому в электронных машинах используются методы, позволяющие сравнительно небольшим числом «команд» выполнять большое коли-чество арифметических действий.

Наряду с «командами», выполняющими арифметические действия, в электрон-ных машинах предусматриваются также «команды» для логических действий. Ис-пользуя их, с помощью машины можно осуществлять, в частности, перевод текста с одного языка на другой.

При переводе текста с одного языка на другой в «запоминающем устройстве» вместо чисел хранятся слова, расположенные в алфавитном порядке, как в словаре. По заданному переводимому слову отыскиваются соответствующие ему слова на другом языке. Таких слов может быть несколько. Полученный подстрочный перевод фразы тут же обрабатывается машиной с учетом грамматических и синтаксических особенностей языка.

Вычисления на нашей машине ведутся с числами от одной миллиардной доли единицы до одного миллиарда. Каждое число имеет девять значащих цифр, что обеспечивает требуемую точность для большинства задач. В отдельных случаях, например, при решении некоторых астрономических задач, вычисления на машине можно производить с удвоенной значностью чисел. В качестве основного оператив-ного «запоминающего устройства» в машине используются специальные электронно-лучевые трубки, несколько напоминающие трубки для телевизоров. Числа «хранят-ся» в виде зарядов в отдельных точках экрана трубки. В этом «запоминающем устройстве» может находиться 1023 числа или «команды». Выборка какого-либо числа, запись результата осуществляются за двенадцать миллионных доли секунды.

Для расширения круга решаемых задач, оперирующих с большим количеством чисел, в машине имеется дополнительное, менее быстродействующее «запоминающее устройство» на магнитном барабане и магнитных лентах. Запись чисел на магнитные

220 Раздел 2. Научные труды и статьи С. А. Лебедева

ленты или барабан аналогична записи звука на магнитофонах. Только вместо звуко-вых колебаний при этом записываются электрические импульсы, соответствующие кодам чисел. На магнитных лентах может «храниться» более 120000 чисел, а на барабане — 5120, зато числа с барабана выбираются значительно быстрее, чем с ленты.

«Арифметическое устройство» машины использует электронные счетные схемы, позволяющие производить непосредственное сложение чисел в течение трех милли-онных доли секунды, а умножение — за 192 миллионных доли секунды.

Первоначальный ввод чисел и «команд» в машину осуществляется с перфориро-ванной ленты посредством специального «вводного устройства». Подготовка таких лент производится вне машины на перфораторах.

Результаты вычислений выводятся в виде записи их на магнитную ленту с по-следующим печатанием на кинопленку вне машины на фотопечатающем устрой-стве со скоростью 200 чисел в секунду. Кроме того, имеется электромеханическое печатающее устройство, работающее непосредственно от машины со скоростью 1,5 числа в секунду. Это устройство используется в основном для печати контрольных значений, по которым можно следить за ходом вычислений.

Машина работает круглые сутки. Она имеет около 5000 электронных ламп, срок службы каждой из которых превышает 10 000 часов. Смена ламп производится при профилактическом контроле машины. Техническая эксплуатация непосредственно самой машины обеспечивается двумя инженерами и одним техником в смену.

За время эксплуатации быстродействующая электронная счетная машина Акаде-мии наук СССР показала большую эффективность. Она подучила хорошую оценку советских и зарубежных ученых и специалистов. На недавно состоявшейся Между-народной конференции по электронным вычислительным машинам в Дармштадте ряд американских и немецких ученых оценил нашу машину как наиболее быстродей-ствующую в Европе и стоящую на уровне современных американских вычислитель-ных машин.

Советские ученые работают над созданием еще более совершенных счетных устройств, над изысканием новых возможностей их использования. Это явится серьезным фактором технического прогресса в нашей стране, важным условием успешного развития многих отраслей науки.

Назревшие задачи организации научной работы 1)

Проект Директив XX съезда КПСС по шестому пятилетнему плану предусматри-вает широкое внедрение новой техники в народное хозяйство. Для успешного реше-ния этой задачи необходимо дальнейшее всемерное развитие научных исследований.

Бурный рост новой техники, непрерывная замена устаревшего новым опираются на мощный подъем науки. Атомный век зародился в лабораториях ученых. Там же возникли быстродействующие электронные счетные машины, радиолокация, телеви-дение, искусственное волокно, пластмассы, новые лекарственные средства и многое другое, что в корне меняет условия жизни и труда человека.

Коммунистическая партия и советское правительство всегда уделяли огромное внимание развитию науки в нашей стране. Надо, говорил В.И. Ленин, «чтобы наука действительно входила в плоть и кровь, превращалась в составной элемент быта вполне и настоящим образом». Это указание Владимира Ильича приобретает

1) Правда, 1956, 14 февраля. Совместно с академиками С. А. Христиановичем и М. А. Лав-рентьевым.

Назревшие задачи организации научной работы 221

особое значение сейчас, когда наука интенсивно проникает во все звенья народного хозяйства. Становится все более растущей силой в руках государства.

То новое место, которое быстро занимает наука в повседневной деятельности всех отраслей хозяйства, резко меняет и ее лицо. Возросло взаимопроникновение одних областей науки в другие. Так, физика, механика, математика проникают буквально во все области науки и революционизируют их. Все больше и больше теорий, казавшихся чисто познавательными, становится в центре важнейших, практических задач. Так, математическая логика легла в основу конструкции современных электронных вы-числительных машин. Геометрия Лобачевского (названная автором воображаемой) послужила основой для открытий, приведших к теории относительности и методам расчета процессов внутри атомного ядра. Исследования строения атомного ядра с невероятной быстротой привели к созданию атомной промышленности.

Наука сейчас сама постепенно становится своеобразной отраслью промышленно-сти. Для ее развития требуется привлечение мощной техники, сооружение гигантских экспериментальных установок. Примером таких сложнейших установок могут слу-жить ускорители, применяемые для исследования строения атомных ядер и атомных реакций, аэродинамические трубы со сверхзвуковой скоростью и мощностью силовых установок в десятки и сотни тысяч киловатт, электронные ультрамикроскопы и т. д.

Быстрое решение научных задач обеспечивается слаженным трудом больших кол-лективов ученых, инженеров, рабочих. Работа коллектива придает исследованиям и открытиям отдельных ученых невиданную ранее силу.

В этих новых условиях особое значение приобретают правильная организация научных исследований, плановое развитие науки. Однако далеко не все возможности здесь используются.

Многие научные институты и основные научные кадры сосредоточены в Москве и Ленинграде, вдалеке от соответствующих производственных центров. Это наносит большой ущерб делу. Созрела необходимость создания общего плана разме-щения научных институтов, вузов и опытных производств на территории страны.

В последние годы в связи с необходимостью быстрого решения ряда важных практических вопросов новой техники все более учащаются случаи совместной рабо-ты целого ряда институтов Академии наук, промышленности и вузов над общими задачами по согласованным планам. Например, для изучения солнца астрономы в кооперации с физиками начали широко применять так называемые радиотеле-скопы. Современный большой радиотелескоп представляет собой систему металли-ческих ферм с площадью воспринимающего зеркала до 500 квадратных метров. Для создания таких телескопов нужно кооперирование работы многих министерств. Интерес к физике солнца имеет сейчас не только познавательное значение. Солнце — это огромная лаборатория, где можно открывать новые вещества, новые реакции. Изучение радиоизлучений солнца непосредственно нужно для усовершенствования дальних радиопередач.

Такое же кооперирование усилий необходимо по многим научным крупным про-блемам.

Наряду с работой над комплексными научными проблемами, огромное значение имеют поисковые исследования, связанные либо с изучением новых явлений при-роды, практическая значимость которых видна только вдалеке, либо с работой над созданием машин, действующих на совершенно новых принципах, над изысканием принципиально новых технологических процессов. В этих работах труд ученого часто сливается с работой изобретателя. В таких работах имеется, конечно, много риска, но здесь чаще всего открываются новые пути развития техники. Такие работы могут и должны проводиться во всех научных учреждениях.

222 Раздел 2. Научные труды и статьи С. А. Лебедева

Однако для этих работ наилучшие возможности, несомненно, имеются в институ-тах Академии наук СССР, где меньше давление ведомственных интересов, где близко соприкасаются и быстрее обмениваются опытом ученые разных специальностей, где на стыках различных наук легче рождаются крупные открытия.

Сейчас широкому развитию поисковых работ мешает слабая оснащенность ин-ститутов Академии наук СССР. Поэтому важнейшей задачей шестой пятилетки в области науки должно быть завершение строительства институтов Академии наук СССР и создание в этих институтах хорошей лабораторной и производственной базы.

У нас имеются серьезные недостатки в координации научных исследований. Часто считают, что координирование научных исследований должно проводиться только Академией наук СССР. Это не совсем так. Конечно, роль академии, объединяющей крупнейших ученых страны, в этом деле должна быть велика. Как показал опыт, Академия наук СССР играет важную роль в выявлении новых перспективных на-учных направлений, в составлении совместно с учеными промышленности наброс-ков перспективных планов работ, в организации научных съездов, конференций, крупных совещаний, где подводятся итоги работ и намечаются пути дальнейших исследований.

Однако действенное планирование, проведение крупных новых работ большого государственного значения требуют организационных мероприятий, совершенно не-посильных Академии наук СССР. Каждая такая работа слагается из многих вспо-могательных исследований, не представляющих часто непосредственного интереса для исполнителя, но совершенно необходимых для успеха общего дела. Выполне-ние таких работ, в равной мере обязательное как для институтов академии, так и для отраслевых институтов, должно регламентироваться государственным планом, обязательным для всех ведомств. Всегда такие работы требуют перераспределения средств, нового материального обеспечения. Все эти вопросы нельзя решить без государственного планирования. Выявление таких крупных задач и централь-ных новых плодотворных научных направлений есть основная задача планирования в науке.

Систематической работы по такому эффективному планированию и контролю за крупными научными исследованиями по всем важнейшим направлениям науки Госпланом СССР не проводится. В этой работе академия могла бы быть главным помощником Госплана и Гостехники.

О том, какие огромные резервы таятся в правильном общегосударственном пла-нировании научных исследований, видно хотя бы из того, что за короткий срок, прошедший с июльского Пленума ЦК КПСС, ускорилась опытно — промышленная проверка и внедрение результатов ряда важных научных работ институтов Акаде-мии наук СССР (новая серия приборов автоматического контроля, новые методы переработки угля и нефти, новые сплавы и т. д.).

Этим созданы важные организационные предпосылки для объединения усилий научных институтов и предприятий промышленности в деле создания новой техники. Сейчас стоит задача максимально использовать эти новые возможности.

При организации институтов, особенно в Академии наук СССР, часто одновре-менно не просматривается четкого плана строительства лабораторных помещений, жилья, поставки оборудования, комплектования кадрами. Поэтому есть институты, организация которых затянулась на десятки лет (например, институты механики и машиноведения Академии наук СССР). Это обходится очень дорого.

Особое значение для развития науки и новой техники имеет подготовка кадров. Наши вузы выпускают сотни тысяч высококвалифицированных молодых специалистов. Это создает основную предпосылку для дальнейшего мощного подъ-ема науки и техники. Огромный размах подготовки специалистов в СССР вынуждена

Назревшие задачи организации научной работы 223

признать даже зарубежная буржуазная печать. Однако мы не можем довольство-ваться имеющимися успехами. В системе обучения в вузах еще много школьного. Большее приближение обучения к производству и практической научной работе могло бы существенно повысить качество подготовки специалистов.

Не следует бояться проведения в вузах больших исследовательских и проектных договорных работ с промышленностью и сельским хозяйством силами преподава-тельского состава и студентов. Это позволило бы все время развивать и обновлять лабораторное оборудование вузов, обучать студентов на настоящем практическом деле. Система оплаты труда преподавателей должна стимулировать их участие в научной работе.

Основным руслом подготовки молодых ученых у нас считаются аспирантура и докторантура, хотя возросшая сеть научно-исследовательских институтов, укреп-ление их научными кадрами, усиление научной работы в вузах создают все условия для роста научных кадров непосредственно на практической работе.

В аспирантуре и докторантуре подготовлено много замечательных кадров, ярко проявляющих себя в научном творчестве. Однако в организации аспирантуры и док-торантуры имеются серьезные недостатки, которые необходимо устранить. В ряде случаев уровень диссертаций, даже докторских, весьма низок. Имеются недочеты в подборе людей в аспирантуру и докторантуру. Сюда нередко попадают лица, не имеющие данных для научной деятельности.

Докторантуру путем прикомандирования следует отменить как не оправдавшую себя. Докторантура при Академии наук СССР в ограниченных размерах, без обяза-тельств по ее окончании защиты докторской диссертации, могла бы рассматриваться как высшая форма поощрения молодого ученого, которая дает возможность в тече-ние трех лет отдать все силы научной работе без стеснения обязательным планом института или обязательствами преподавания. Такая докторантура была бы важным рычагом в руках государства для направления молодых ученых на решение новых перспективных и нужных задач.

Аспирантура должна рассматриваться только как особая форма помощи моло-дежи, проявившей склонности к научной работе. Окончание аспирантуры не может связываться с обязательной защитой диссертации. Оно должно контролироваться выполненными научными работами. С другой стороны, следует снять обязательства по сдаче каких-либо экзаменов перед защитой диссертаций и резко повысить тре-бования к качеству диссертаций. Нужно ввести обязательную публикацию главных результатов работы перед защитой.

В соответствии со сказанным выше считаем весьма желательным дополнение проекта Директив рядом положений.

Необходимо составить пятилетний государственный план развития научных ис-следований, пересмотреть сеть институтов и вузов с целью их нового, более це-лесообразного размещения на территории страны. Нужно предусмотреть в плане резкое увеличение капиталовложений на науку, иметь ежегодный резерв средств для обеспечения новых важных работ, не предусмотренных годовым планом.

Важно закончить в течение пятилетия создание крупной экспериментальной базы Академии наук СССР.

Целесообразно усилить научную работу в вузах, включив их основные научные кадры в разработку больших комплексных проблем, связанных с дальнейшим разви-тием науки и народного хозяйства. Наконец, следует ввести существенные изменения в дело подготовки кадров через аспирантуру и докторантуру.

Улучшение организации научной работы является важным условием решения огромных задач, стоящих перед вашими учеными в шестой пятилетке. Тесно спло-ченные вокруг партии и правительства, советские ученые не пожалеют своих сил для решения новых грандиозных задач.

224 Раздел 2. Научные труды и статьи С. А. Лебедева

Месяц в Японии 1)

Группа советских ученых весной этого года посетила Японию, чтобы ознакомить-ся с работой научных учреждений и фирм, занятых конструированием и производ-ством вычислительных машин.

В аэропорте Шереметьево мела мартовская метель, а через пятнадцать часов в Рангуне все спасались от 38-градусной жары в здании аэропорта, где работал кондиционер. Затем Бангкок — здесь мы провели ночь, опять-таки тропически жаркую. Потом Сайгон, Манила и, наконец, Токио.

Нас радушно встречают японские ученые, и мы в отеле «Никацу». Еще день — составлена программа посещения университетов, лабораторий, фирм, занимающихся разработкой и выпуском вычислительных машин и их отдельных устройств.

Профессора М. Гото, X. Ямасита и наш постоянный спутник доктор Т. Коно составили для нас весьма насыщенную программу. Почти каждый день мы посещали по две организации. Японские коллеги позаботились и о днях отдыха, в которые постарались показать нам наиболее интересные и красивые места Японии.

Высокий уровень развития радиоэлектроники в Японии определил успех созда-ния надежных и экономичных вычислительных машин. Их широкое применение для решения математических задач экономики привело японских ученых к ряду важных достижений, в частности в области оптимального планирования производства с уче-том спроса, прогнозирования номенклатуры наиболее необходимых товаров, автома-тизации бухгалтерской и управленческой работы в учреждениях, на предприятиях и т. д.

Подавляющая масса вычислительных машин в Японии используется именно в сфере экономических, плановых и управленческих расчетов и, по заявлению япон-ских специалистов, это дает большую экономию средств.

Все большее применение находит в Японии система планирования и оператив-ного управления крупными инженерными разработками новой техники с помощью вычислительных машин. Эта система (известная под названием «Перт») значительно сокращает время разработок, а также расходы на их выполнение.

В университетах и научных институтах вычислительные машины используются для проведения исследований. В университете Киото с помощью вычислительной машины успешно решается задача чтения машинописного текста.

Стоимость вычислительных машин, выпущенных в Японии в 1964 г., составила 25 400 млн иен.

Основная масса вычислительных машин Японии — средней производительности (со скоростью порядка до 30 тыс. операций в секунду). Они снабжены хорошими маг-нитофонными, магнитными, барабанными, печатающими и вводными устройствами.

В настоящее время ряд фирм занялся разработкой и выпуском машин повы-шенной производительности. Так, например, заканчивается изготовление опытных образцов машин «Фонтак», «Хитак-5020 Е», «Ниак-2». Новые машины выполняют операции со средней скоростью до 200—300 тыс. в секунду. Появление таких машин вызвано необходимостью решения задач современной физики, механики, кристалло-графии, химии и т. д.

Следует отметить некоторые характерные особенности машин большой произ-водительности. Машина «Фонтак» разрабатывается тремя фирмами, что является первым опытом совместной деятельности нескольких фирм в Японии. Она состоит из трех машин — одной центральной и двух вспомогательных. Центральную часть



1) Вестник АН СССР. 1965. № 12. С. 57-58.

Хронологический указатель основных трудов 225

разрабатывает фирма «Фудзи» на базе своих машин «Факом-230-250», первую вспо-могательную машину «Саб-1» — фирма «Нипон», вторую — «Саб-2» — фирма «Оки». Фирма «Нипон» из внешних устройств создает накопитель на магнитной ленте, магнитные диски и ввод с перфоленты, фирма «Оки» — ввод с перфокарт, широкую и узкую печать и ленточный перфоратор, фирма «Фудзи» — перфоратор для карт. Центральная машина имеет возможность работать с внешними устройствами помимо вспомогательных машин; по своим характеристикам она близка к модели «ILВМ-7094».

Машина «Хитак-5020 Е» (тактовая частота логических элементов 18 МГц) разра-батывается Центральной научной лабораторией фирмы «Хитачи» на базе машины «Хитак-5020», находящейся в серийном производстве. Один из первых образцов но-вой машины предполагается установить в Токийском университете совместно с двумя машинами «Хитак-5020».

Фирма «Нипон» занимается в настоящее время разработкой новой машины «Ниак-2». Тактовая частота ее элементов 10 МГц; для 15 индексных регистров дол-жна использоваться память на туннельных диодах с временем считывания 0,05 мкс и временем записи 0,1 мкс. Имеется постоянная память на 1024 числа на вихревых токах с временем считывания 0,5 мкс.

Основным направлением в новых разработках является создание интегральных схем. Почти все фирмы, занимающиеся вычислительными машинами, интенсивно ведут работы по осуществлению схем на твердом теле. Успешному ходу этих работ во многом способствует опыт в создании первоклассных электронных микроскопов и высококачественной измерительной аппаратуры (например, «Японской электрон-ной оптической компании», фирмы «Мицубиси», «Хитачи»).

В области применения электронных вычислительных машин представляет инте-рес система «Марс-101» для продажи и резервирования железнодорожных билетов, использующая машину «Хитак-3030». Система позволяет сократить время от заказа до получения билета до 30 с. При этом резко уменьшается возможность ошибки.

В дальнейшем следует ожидать расширения сфер применения вычислительных машин.

Наши встречи с японскими учеными проходили в дружеской, деловой обстановке. Мы благодарны нашим коллегам за хорошую организацию визита, продолжавшегося около месяца.





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   34


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница