История ЭВМ и программирования проф А Н Терехов

История ЭВМ и программирования проф. А. Н. Терехов зав. кафедрой системного программирования СПб. ГУ генеральный директор ЗАО «Ланит-Терком» СПб. ГУ, 2015

ГЛАВА 1 Ламповые ЭВМ СПб. ГУ

Введение Умение считать ценится даже сейчас, в эпоху ЭВМ Сотни и тысячи лет назад счёт был нужен для торговли, геодезии, астрономии, артиллерии, наконец 3 тысячи лет назад появился абак – специальная доска с камешками Почти 400 лет назад Паскаль изобрел прообраз арифмометра В конце XIX века российский инженер шведского происхождения Однер изобрел арифмометр и наладил его серийное производство в Санкт-Петербурге, Москве, Пензе и Курске (c 1890 по 1978) Для меня все эти устройства не представляют интереса – я буду вести речь только о программируемых устройствах СПб. ГУ

Исторически первое программируемое устройство n Классическая структура ЭВМ выглядит следующим образом: Процессор (АЛУ) Шина Память Регистры Ввод/ вывод Устройство управления Как вы думаете, в каком году появилась и была реализована эта схема? СПб. ГУ

Чарльз Бэббидж (1791 -1871) 1834 -1837 гг. Аналитическая машина n n Память (Store) АЛУ (Арифметико-логическое устройство, Mill) Устройство управления Устройство ввода/вывода Августа Лавлейс (1815 -1852) n n n n В 1843 году перевела с французского на английский короткую статью Менабреа, который, в свою очередь, основывался на лекциях Чарльза Бэббиджа Первые программы в мире Условные передачи управления Циклы и вложенные циклы Переадресация Рабочие ячейки Базовый алгоритмический язык Министерства обороны США назван в её честь В 1832 Ч. Бэббидж избран иностранным членом РАН К 200 -летию со дня рождения Бэббиджа группа энтузиастов решила воплотить в жизнь аналитическую машину по чертежам автора (Plan 28, http: //plan 28. org/) СПб. ГУ

Первые компьютеры XX века • 1918 год, изобретение триггера ( Бонч-Бруевич, Петроград, 1919 год, Эккельс и Джордан, США) • 1939 год, первый двоичный сумматор на триггерах, но это еще не программируемая ЭВМ, Джон Атанасов (университет штата Айова), • 1941 год, Z 3, Конрад Цузе (Германия). Впервые применены двоичная арифметика и плавающая запятая • 1943 год, Mark 1, Говард Эйкен (Гарвардский университет), Томас Уотсон (IBM), 3300 электромеханических реле и много тонн шестеренок с электродвигателем в 5 л. с. • 1946 год, ENIAC, Джон Моучли , Джон Экерт (Пенсильванский университет) и Герман Голдстайн (капитан армии США, бывший профессор математики университета штата Мичиган). Первая программируемая ЭВМ (Mark 1 и Z 3 были релейными) • В 1973 году Федеральный суд США постановил отозвать патент ENIAC и заключил, что ABC - Atanasoff-Berry Computer - является первым «компьютером» СПб. ГУ

Первые советские ЭВМ - МЭСМ, 1951 г. Сергей Алексеевич Лебедев (род. Нижний - Новогород, 1902 -1974) М-1, 1952 г. Исаак Семенович Брук, свидетельство на изобретение от 4 декабря 1948 г. (род. Минск, 1902 -1974) БЭСМ, 1952 г. С. А. Лебедев (Москва) Стрела, 1953 г. – первая советская серийная ЭВМ (7 шт. ), Юрий Яковлевич Базилевский (1912 -1983), Башир Искандарович Рамеев (1918 -1994) М-2, 1953 г. Михаил Александрович Карцев (1923 -1983) БЭСМ-2, 1958 г. Владимир Андреевич Мельников (19281993), провел полгода в Китае для наладки производства М-20, 1958 г. С. А. Лебедев, М. К. Сулим, М. Р. Шура-Бура. Выпускалась в Казани с 1959 по 1964 год (63 шт. ) и в Москве на заводе САМ (20 шт? ) СПб. ГУ

ГЛАВА 2 Полупроводниковые ЭВМ СПб. ГУ

Первые советские полупроводниковые ЭВМ - БЭСМ 3 М, БЭСМ-4, М-220 М, М-222 выпускались в Казани с 1964 по 1974 гг. (более 800 шт. ) - М-3, 1956 г. Николай Яковлевич Матюхин (1927 -84) - передана на производство в Ереван ( «Арагац» и «Раздан» ) и в Венгрию - 1959 г. передана в Минск на завод им. Орджоникидзе, на её основе созданы: - Минск-2/22, 1963 г. В. В. Пржиялковский (1200 шт. ) - Минск-32, 1968 г. В. В. Пржиялковский (3000 шт. ) СПб. ГУ

Единственная в мире троичная ЭВМ «Сетунь» - Николай Петрович Брусенцов (1925 г. р. ) «Сетунь» разработана в 1959 г. в МГУ Серийно выпускалась в Казани (1961 -1965 гг. , 46 шт. ) Богатое и разнообразное программное обеспечение СПб. ГУ

Военные ЭВМ школы Лебедева - Диана-1, Диана-2, специализированные ЭВМ для радиолокационных станций, 1955 г. - М-40, 1957 г. С. А. Лебедев, Всеволод Сергеевич Бурцев (1927 -2005) - М-50, 1959 г. С. А. Лебедев, В. С. Бурцев - Система А, март 1961 г. - 5 Э 26, 1975 г. в интересах комплекса С-300 (серия уже после смерти С. А. Лебедева) - Система А. Март 1961 года. Первый успешный запуск противоракеты на 20 лет раньше американцев. Шарысаган, около оз. Балхаш СПб. ГУ

Военные ЭВМ школы Брука - Сам Брук заниматься военными ЭВМ не хотел, но основные ресурсы и задачи были именно там - Поэтому Н. Я. Матюхин ушел в НИИАА, где занимался созданием специализированных вычислительных машин под нужды ПВО и управляющих комплексов специального назначения - А М. А. Карцев основал НИИВК на базе отдела ИНЭУМ, позже названный его именем - М-10, 1973 г. , 5. 1 млн оп/сек (60 шт. ). Установлена в комплексах системы раннего предупреждения о ракетном нападении по всему периметру СССР - М-13, 1984 г. – первая в СССР векторно-конвейерная ЭВМ 2. 4 млрд оп/сек (6 шт. ). Серийное производство в Загорске. СПб. ГУ

БЭСМ 6 - Денег на проектирование не давали. Прототипом была военная машина 5 Э 92 Б, Бурцев В. С. , научный руководитель Лебедев С. А. - 1967 г. , первый советский «миллионник» (из открытых ЭВМ) - широкое использование «водопровода» , расслоенной памяти, ассоциативных регистров - многопользовательская, - мультипрограммная ОС - использовалась более 20 лет СПб. ГУ

ГЛАВА 3 Компьютеры на интегральных схемах СПб. ГУ

ЕС ЭВМ - решение о клонировании серии IBM/360 принято в 1968 году -в создании ряда компьютеров приняли участие почти все страны СЭВ, головная организация – НИЦЭВТ. -Главный конструктор – В. В. Пржиялковский. Серийный выпуск начался в 1972 году -Ряд 2 (копия IBM/370) с 1977 года -Выпущено более 17 000 шт. СПб. ГУ

Мини ЭВМ - Как и ЕС ЭВМ мини ЭВМ выпускались многими странами СЭВ, головное предприятие – ИНЭУМ (с 1974 года), главный конструктор – Б. Н. Наумов. - СМ 1 и СМ 2 – копии HP-2000 - СМ 3, СМ 4 и СМ 1420 – копии PDP 11 - операционные системы – ОС РВ (аналог RSX-11) и ДЕМОС (аналог Unix) СПб. ГУ

Эльбрус - HLL (High Level Language) компьютер, в чем-то похож на ЭВМ Burroughs, главный конструктор – В. С. Бурцев, разработчик программных средств – Б. А. Бабаян, впервые объявлен на открытой конференции в 1982 году - ориентация на динамические проверки вплоть до определения исполняемой команды в зависимости от типов операндов, что привело к избыточности аппаратуры и необходимости водяного охлаждения - тэгированная память, аппаратный стек, ассоциативные регистры - оригинальная ОС с хорошей защитой памяти процессов - используется в управлении РЛС Дон-2 H, а также по справке «Красной звезды» от 1 марта 2001 года, Эльбрус-2 используется в «системе ПРО второго поколения, ЦУПе, Арзамасе-16 и Челябинске-70» - Интересно, что следующая модель Эльбруса - вычислительный комплекс «Эльбрус-3 М 1» — была создана на основе совершенно других принципов с полной ориентацией на статические (компиляторные) подходы, а именно – в виде VLIW (Very Long Instruction Word)-процессора с архитектурой Эльбрус 2 k фирмы МЦСТ СПб. ГУ

УВК Самсон - разработан в 1987 году лабораторией системного программирования ЛГУ, главный конструктор – А. Н. Терехов. Первые 100 экземпляров выпущены на заводе «Оргтехника» г. Пловдив (Болгария). Первоначально предназначался для систем правительственной связи, в 1992 году принят на вооружение РВСН в исполнении НПО «Импульс» г. Санкт-Петербург (троированный комплекс) - HLL компьютер, ориентирован на статические языки программирования высокого уровня (Алгол 68, Паскаль, Модула 2, Ада) - То, что проверил транслятор, аппаратура не перепроверяет - С другой стороны – трансляторы также существенно проще за счет наличия в архитектуре ЭВМ специализированных команд для циклов, вырезок элементов массивов, вызовов процедур и других сложных функций, а также благодаря ортогональности системы команд (13 действий, 4 типа адресации - > 52 команды без всяких исключений) - серийно выпускается до сих пор СПб. ГУ

ГЛАВА 4 Отцы советского программирования СПб. ГУ

Алексей Андреевич Ляпунов (1911 -1973) 1928 год. Поступление на физ-мат факультет Московского университета 1929 год. Уход из университета по морально-этическим соображениям 1932 год. Становится учеником академика Н. Н. Лузина Лузитания – М. А. Лаврентьев, Л. А. Люстерник, А. Н. Колмогоров, Л. В. Келдыш, П. С. Новиков и другие 1934 год. Работа в математическом институте им. Стеклова 1941 год. Участие в Великой Отечественной Войне Курская дуга. Таблицы стрельбы 1953 год. Отдел программирования института математики АН СССР. Первый в мире курс лекций по программированию в МГУ 1955 год. Подписал «Письмо трёхсот» 1961 год. Отделение кибернетики СО АН СССР 1964 член-корр АН СССР СПб. ГУ

Михаил Романович Шура-Бура (1918 -2008) 1935 -1940 гг. Мех-мат МГУ 1940 -1947 гг. Преподаватель математики в артиллерийской академии им. Ф. Э. Дзержинского 1947 год. Переход в МФТИ, профессор. Работа в ИТМ и ВТ 1953 год. Отдел автоматизации программирования в ИПМ АН СССР - Программы для расчета энергии ядерных взрывов на ЭВМ Стрела - Расчет траектории спутников Земли и Гагарина на Стрела и М-20 1955 -1970 гг. Профессор кафедры вычислительной математики МГУ Создание транслятора ТА-2 с полной версии Алгола-60 1970 -1993 гг. зав. кафедрой системного программирования МГУ Системы программирования для БЭСМ-6 и других ЭВМ Системное и прикладное ПО для космического челнока «Буран» Профессор этой же кафедры до конца жизни СПб. ГУ

Леонид Витальевич Канторович (1912 - 1986) 1926 год. В возрасте 14 лет поступил в Ленинградский университет 1934 год. Профессор ЛГУ 1935 год. Ученая степень доктора физ-мат наук без защиты диссертации. 1939 год. Заведующий кафедрой математики Военного инженернотехнического университета. Основы линейного программирования, работа «Математические методы организации и планирования производства» 1948 год. По распоряжению Сталина работа над разработкой ядерного оружия. 1964 год. Академик АН СССР. 1975 год. Лауреат Нобелевской премии по экономике «за вклад в теорию оптимального распределения ресурсов» СПб. ГУ

Святослав Сергеевич Лавров (1923 -2004) 1939 год. Закончил школу и поступил на мат-мех ЛГУ 1947 год. Начальник группы баллистики в подмосковном КБ Королева Алгоритмы расчета траектории спутников и Гагарина. 1963 год. Первый в СССР транслятор с Алгола 60 – ТА-1 М 1966 год. После смерти Королева перешел в МГУ. 1971 год. Вернулся в ЛГУ, с 1972 года возглавил кафедру математического обеспечения ЭВМ 1977 год. Директор института теоретической астрономии. СПб. ГУ

Андрей Петрович Ершов (1931 -1986) 1954 год. Окончил мех-мат МГУ. Ученик А. А. Ляпунова. 1957 год. Возглавил отдел теоретического программирования ВЦ АН СССР Руководитель работ одной из первых ПП для БЭСМ и Стрела 1958 год. Монография «Программирующая программа для БЭСМ» . Издана за рубежом 1960 год. Переехал в Академогородок Оптимизирующие трансляторы Альфа, Альфа-6 1966 – 1972 гг. Создание первой в СССР системы РВ – АИСТ 1981 год. Лозанна. «Программирование – вторая грамотность» СПб. ГУ

Игорь Васильевич Поттосин (1933 -2001) 1955 год. Окончил «специальный факультет» Томского университета и получил распределение в ВЦ № 1 МО (г. Москва) 1958 год. Перешел в институт математики в формируемый ВЦ СО АН Долгие годы работал под руководством А. П. Ершова 1992 -1998 гг. – директор ИСИ СО РАН Оптимизирующий транслятор АЛЬФА и АЛЬФА-6, многоязыковая система БЕТА, проект СОКРАТ для встроенных систем Долгие годы возглавлял кафедру программирования в Новосибирском университете Он был настоящим наставником молодых ученых, с ним интересно было поговорить на самые разные темы, в том числе, о смысле жизни , именно он буквально заставил меня подготовить и защитить докторскую диссертацию Он изучал программирование с «человеческой» точки зрения – что такое хорошая программа, а что такое добротная программа СПб. ГУ

Виктор Михайлович Глушков (1923 -1982) Был в оккупации в Донбассе, участвовал в восстановлении угольных шахт В 1948 году закончил матфак Ростовского университета Урал, атомная промышленность Алгебраист, доказал один из вариантов пятой проблемы Гильберта 1955 год. Переезд в Киев, возглавил Лебедевскую лабораторию 1957 год - ВЦ АН УССР -> 1962 год – Институт кибернетики АН УССР 1963 год. Председатель Межведомственного НС по внедрению ЭВМ и экономико-математических методов в народное хозяйство СССР 1966 год. Одна из первых в мире персональных ЭВМ «МИР-1» 1973 год. Статья о кибернетике в энциклопедии Британика была заказана В. М. Глушкову Был одержим идеей создания общегосударственной сети вычислительных центров для управления экономикой, но партия и правительство не поддержали СПб. ГУ

ГЛАВА 5 Продолжатели великих традиций Птенцы кафедры системного программирования СПб. ГУ

Система компьютерного стереозрения (В. Уфнаровский) • Viziware – система видеораспознавания, позволяющая человеку управлять устройствами и вводить данные с помощью жестов • Основу решения составили новые эффективные математические алгоритмы (А. Пименов) • В отличие от Microsoft Kinect и других аналогичных технологий, работающих на принципе радара (на отраженном сигнале), Viziware – полностью пассивна: две web-камеры, оригинальные алгоритмы калибровки, специализированный кристалл, существенно ускоряющий обработку потока изображений. • ООО «Системы Компьютерного Зрения» – участник ИТ- кластера инновационного центра Сколково с июля 2011, грант Сколково на 40 млн рублей, выполнен СПб. ГУ

Meta. CASE-технология программирования (Т. Брыксин) • Создание специализированных предметных графических языков программирования (DSL) и полная автоматическая генерация кода • Мультиплатформенность и многопользовательский доступ • Распознавание жестов и другие инновации в человекомашинном интерфейсе • Проект QReal: Robots – средство программирования роботов Lego для обучения информатике и кибернетике в школах и вузах • Проект Qreal: Mobile – средство программирования мобильных приложений • Победа в конкурсе Dev. Generation в августе 2011. Проект i. Tech. Mob – создание технологии разработки распределенных мобильных приложений СПб. ГУ

Технология разработки процессора, оптимизированного под заданный класс задач (Д. Булычев) • Новый язык Ha. SCo. L (Hardware and Software Codesign Language) для логического моделирования работы кристалла с автоматической конвертацией в уровень RTL (О. Медведев) • Промышленные эксперименты (нейрокомпьютер – 500 нейронов в кристалле VIRTEX VI, процессор Macroblaze, процессор системы стереозрения, поиск эталона в изображении) • МИП «Научно-исследовательский центр информационных технологий СПб. ГУ» , основанный на патенте СПб. ГУ по технологии Co. Design • МИП получил несколько российских и зарубежных грантов, ведется активная работа по разработке продукта СПб. ГУ

Программно-аппаратный комплекс для мониторинга территории с использованием легких БПЛА и их групп (К. Амелин) • Аэрофотосъемка для мониторинга территорий (заповедники и т. д. ) • Точность позиционирования с учетом погодных условий, перераспределение задач внутри группы в случае потери отдельных БПЛА • Использование групп беспилотников и мультиагентных технологий в качестве основы алгоритмов управления • Обработка изображений прямо на борту БПЛА • Первые продажи в Красноярском крае (была демонстрация по центральному ТВ-каналу) СПб. ГУ

Новый робототехнический конструктор ТРИК (Р. Лучин) • Мощный и компактный интеллектуальный контроллер (Б. Н. Кривошеин) • Существенно более широкие возможности конструирования по сравнению с существующими конструкторами, позволяющие его использование не только в младших классах школы, но и в старших классах, студенческих аудиториях и даже на производстве • Поддерживается широкий спектр датчиков, сервомоторов и мощных моторов (вплоть до Segway) • Визуальная среда программирования QReal: Robots (Ю. Литвинов) • Одной и той же диаграммой можно пользоваться для управления роботом на виртуальном экране, реальным роботом через радиоканалы или загрузив сконвертированный исполняемый файл непосредственно в память контроллера робота СПб. ГУ

Платформа для разработки мобильных приложений (В. В. Оносовский) • Универсальная платформа с богатой функциональностью с • • невысокими требованиями к ресурсам (ширина радиоканала, мощность процессора) Использование терминальной архитектуры (приложения исполняются на сервере под. NET, на клиентской части исполняются лишь простые действия) Обмен данными между сервером и клиентом осуществляется через проприетарный двоичный протокол, построенный над TCP/IP Информационный онлайн-сервисы, многопользовательские игры, удаленное управление «умными» устройствами Получен грант Microsoft ($70 000) и крупные инвестиции венчурного фонда СПб. ГУ