UX в СССР: визуальные языки, Нейрат, инфографика и ВНИИТЭ. Часть V

История компьютеров в СССР

Автор, перед которым стоит задача максимально подробно и в деталях описать историю возникновения и создания компьютерных наук в советском союзе и странах соцлагеря, неизбежно столкнется с трудностями описаний событий и изобретений, но нас здесь главным образом интересует работы над опытом пользователей и взаимодействия с интерфейсами — мы не инженеры, не разработчики, поэтому остановимся в нашей летописи лишь на некоторых моментах, которые могут быть точками касаний между западными процессами развития технологий

Аналоговые компьютеры в СССР

Лукьянова Гидравлический интегратор

В 1925 году, пока страна восстанавливается после Первой мировой и Гражданской войн, новоиспеченный инженер Владимир Сергеевич Лукьянов по распределению попадает на строительство железной дороги. Проработав 5 лет на строительстве и других проектных работах, Лукьянов переходит в Центральной институт путей, где занимается научной деятельностью. Лукьянов обнаружил, что в роли модели невидимых тепловых процессов может выступать вода — уравнения, описывающие распространение тепла и течение воды, оказались аналогичны. Как итог, в 1934 году был предложен принципиально новый способ механизации расчетов - метод гидравлических аналогий. В 1936 году из того, что нашлось под рукой, — кровельного железа, жести и стеклянных трубок — была создана первая гидромодель, которая прекрасно разрешила задачу температурных режимов бетона. Технически это была первая в мире вычислительная машина для решения уравнений в частных производных (чем являлись уравнения тепловых процессов в бетоне, полученные Лукьяновым). Машина унаследовала имя своего создателя и называлась “гидравлический интегратор Лукьянова”.

Модель собирается из ряда цилиндрических сосудов, последовательно соединенных между собой калиброванными трубками. Каждый из сосудов имитирует теплосодержание слоя стенки толщиной Δx, на которые разбито исследуемое ограждение. Сосуды наполняются водой до уровней, соответствующих начальной температуре в каждом из слоев, после чего открываются краны R и Rн, и вода из сосудов начинает вытекать. При этом изменение уровней воды в сосудах будет аналогичным изменению температур в соответствующих слоях стенки при ее охлаждении.

В 1949 году в Москве по постановлению Совета Министров СССР был основан НИИСЧЕТМАШ — Научно-исследовательский институт счетного машиностроения. На него были возложены задачи отбора образцов вычислительной техники и подготовки их к серийному производству. Одним из таких образцов стала машина Лукьянова, которая продолжала быть предметом интереса разработчиков, вплоть до середины 60ых, как показывает книга “Методы аналогий применительно к фильтрационным расчетам”

Этот отрывок из книги советских авторов со ссылкой на Ленина, возможно, наиболее четко показывает проблему опыта пользователя и когнитивной архитектуры, которая стоит перед первыми авторами ЭВМ: аналогии и аналогичные процессы становится фундаментальным основанием для исследований. « Используя аналогию между фильтрацией воды и электрическим током в проводнике и осуществляя движение электричества в модели из проводящего материала, мы получаем возможность исследовать процесс фильтрации и получить численные решения по расчету распределения напоров для сложных природных условий, не поддающихся аналитическим расчетам. В этом заключается сущность метода электрогидродинамических аналогий Н. Н. Павловского, сокращенно называемого методом ЭГДА. Он применяется главным образом для* исследования и расчетов установившейся фильтрации.

В методе гидравлических аналогий В. С. Лукьянова используется аналогия между фильтрацией воды в породе и движением воды в системе сосудов, соединенных через гидравлические сопротивления. Напоры воспроизводятся в виде уровней воды в сосудах. Этот метод применяется главным образом для исследования и расчетов неустановившейся фильтрации»

Как выглядела работа для пользователя? Так выглядит процесс программирования гидроинтегратора для решения той или иной задачи:

Во-первых, создается расчетная схема процесса, который будет исследован. Во-вторых, соединяются сосуды на основании расчетной схемы и определяются параметры гидравлических сопротивлений соединительных трубок, в-третьих, производится расчет начальных значений искомой величины, в-четвертых, создается график изменений начальных условий процесса, который будет смоделирован.

Первые ЭВМ и ролевые модели - также как на Западе

В Киеве, в Национальной академии наук Украины, где создавалась МЭСМ, сохранена конструкторская документация и папки с материалами о первой отечественной ЭВМ, многие из которых составлены С.А. Лебедевым.

Перелистаем некоторые. В короткой записке, направленной в Совет по координации Академии наук СССР в начале 1957 г., Лебедев пишет "Быстродействующими электронными счетными машинами я начал мпиматься в конце 1948 г. В 1948-1949 гг. мной были разработаны основные принципы построения подобных машин. Учитывая их исключительное значение для нашего народного хозяйства, а также отсутствие в Союзе какого-либо опыта их постройки и эксплуатации, я принял решение как можно быстрее создать малую электронную счетную машину, на которой можно было бы исследовать основные принципы построения, проверить методику решения отдельных задач и накопить эксплуатационный опыт. В связи с этим было намечено первоначально создать действующий макет машины с последующим его переводом в малую электронную счетную машину. Чтобы не задерживать разработку, запоминающее устройство пришлось выполнить на триггерных ячейках, что ограничило его емкость. Разработка основных элементов была проведена в 1948 г. ... К концу 1949 г. были разработаны общая компоновка машины и принципиальные схемы ее блоков. В первой половине 1950 г. изготовлены отдельные блоки и приступили к их отладке во взаимосвязи; к концу 1950 г. отладка созданного макета была закончена. Действующий макет успешно демонстрировался комиссии".

Через два месяца после демонстрации макета С.А. Лебедев выступил на закрытом ученом совете Института электротехники и теплоэнергетики АН Украины. Сохранился протокол ученого совета, который впервые был опубликован в журнале "Управляющие системы и машины" (1992, No 1/2). Учитывая значение этого документа для истории вычислительной техники, приведем его полностью

Доклад действ, чл. АН УССР С.А. Лебедева "Счетно-решающая электронная машина".

Принцип работы быстродействующей машины - принцип арифмометра. Основные требования к такой машине - ускорение и автоматизация счета. Перед лабораторией была поставлена задача создать работающий макет электронной быстродействующей счетной машины. При разработке макета нами был принят ряд ограничений. Скорость операций принята равной 100 операциям в секунду. Количество знаков ограничено пятью в десятичной системе (16 знаков двоичной системы).

Машина может производить сложение, вычитание, умножение, деление и ряд таких действий, как сравнение, сдвиг, останов, предусмотрена возможность добавления операций.

Основным элементом электронной счетной машины является элемент, позволяющий производить суммирование. Применены электронные реле (тригтерные ячейки), в которых осуществляется перебрасывание тока > из одной лампы в другую путем подачи импульсов на сетку. Это дает возможность производить действие сложения, из которого образуются и все остальные действия. Вместо десятичной системы применяется двоичная, что определяется свойствами триггерных ячеек (С.А. Лебедев поясняет работу машины по схеме). Кроме элементов для счета, машина должна иметь элементы, которые управляют процессом вычислений. Такими элементами являются разрешающие устройства и элементы запоминания.

Наиболее трудной частью работы явилось практическое создание МЭСМ. Думаю, что только разносторонний предыдущий опыт исследований позволил Сергею Алексеевичу с блеском справиться с труднейшей задачей технического воплощения принципов построения ЭВМ.

Один просчет все же был допущен. Под МЭСМ было отведено помещение на нижнем этаже двухэтажного здания, в котором размещалась лаборатория. Когда ее смонтировали и включили под напряжение, шесть тысяч раскаленных электронных ламп превратили помещение в тропики. Пришлось удалить часть потолка, чтобы отвести из комнаты хотя бы часть тепла.

Проблемы ролевой модели UX при проектировании первых машин

Вопросы упрощения схем занимали иногда более 70-80% от общего времени разработки. Разработать сложную схему было значительно более простым делом, чем ее упростить. Мы находились в цейтноте и иногда вынуждены были сохранять сложные схемы, так как не хватало времени для их оптимизации, и лишь впоследствии, иногда уже при отладке, эти схемы подвергались радикальному упрощению. Например, первоначально была принята весьма сложная схема выполнения деления чисел с фиксированной запятой, а впоследствии выяснилось, что ее легко осуществить без сдвига промежуточного остатка, что почти вдвое упрощало управление операцией деления в арифметическом устройстве.

Одним из последствий военных успехов стало появление «ролей» в взаимодействии с компьютерами. Если раньше условный гениальный криптограф был един в трех лицах, то теперь появились «роли» пользователей. На момент окончания войны их выделилось целых три штуки(менеджеры, ученые,операторы).  На Западе Грейс Хоппер при создании первого компилятора, не только освободила математиков от рутинных задач, но и помогла установится этой модели.  Наиболее рутинная и практическая работа была связана с заменой перформативных карт, магнитных лент и прочей «пакетной обработкой». 

Компьютерные операторы загружали и выгружали карты и ленты, устанавливали переключатели, нажимали кнопки, считывали индикаторы, загружали и распаковывали бумагу для принтера. Операторы напрямую взаимодействовали с системой посредством телетайпа: типизированные команды, чередующиеся с компьютерными ответами, и сообщения печатались на бумаге. В конце концов, они уступили «стеклянным телетайпам», также называемым электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) и терминалами визуального отображения (VDU / VDT). В течение многих лет эти дисплеи также прокручивали команды и ответы компьютера по одной строке за раз. 

Программисты вообще не использовали консоли, а программы записывали на бумаге.  Такая же модель операций записи на бумаге использовался и советскими специалистами — наследие такой ролевой модели можно увидеть и сейчас. 

Московские разработки

Через год после образования института (директора ИТМ и ВТ) его работу проверяла комиссия Президиума АН СССР под председательством В.М. Келдыша. Весьма возможно, что причиной этого явилось письмо Лаврентьева Сталину. Комиссия пришла к неутешительному выводу: цифровой электронной вычислительной технике, быстро развивающейся на Западе, уделяется очень мало внимания. “Подстегнутый” выводами комиссии, Н.Г. Бруевич провел через Бюро Отделения технических наук АН СССР решение об организации в институте отдела быстродействующих вычислительных машин. В сентябре 1949 г. он выделил из своего отдела группу из шести человек, которой поручалась разработка элементов, необходимых для построения цифровых электронных машин.  От министерства в Москве подключались только что созданные весной 1949 г. три организации, составившие единый и довольно мощный научно-производственный коллектив: Научно-исследовательский институт счетного машиностроения (НИИ Счетмаш), СКБ-245 и завод счетно-аналитических машин (САМ).

21 апреля 1951 г. была назначена Государственная комиссия для приемки эскизных проектов БЭСМ (ИТМ и ВТ АН СССР) и “Стрелы” (СКБ-245), в состав которой входили академик М.В. Келдыш (председатель), министр машиностроения и приборостроения П.И. Паршин, академик А.А. Благонравов и др. Предварительно члены комиссии побывали в Киеве, где Сергей Алексеевич продемонстрировал уже работающую МЭСМ. Детальный анализ проектов был проведен в Москве. Члену комиссии А.А. Дородницыну запомнился забавный спор, возникший на одном из заседаний. Главный конструктор “Стрелы” Базилевский заявил, что она, обладая производительностью 2 тыс. операций в секунду, за четыре месяца решит все задачи, имеющиеся в стране. Поэтому БЭСМ с ее высокой производительностью (8-10 тыс. операций в секунду) не нужна! Сергей Алексеевич едко парировал, что из-за низкой производительности “Стрела” не успеет просчитать задачу за время между двумя сбоями и будет выдавать неверные решения, а БЭСМ успеет!

В феврале 1955 г. Совет Министров СССР принял постановление о создании первого Вычислительного центра АН СССР. Его директором был назначен академик A.A. Дородницын, которому были переданы две ЭВМ: БЭСМ, изготовленная в ИТМ и ВТ АН СССР, и “Стрела”, находящаяся в Математическом институте им. В.А. Стеклова. И “Стрела”, и БЭСМ работали круглосуточно, но не могли справиться с потоком задач, каждая из которых была важнее другой

Интерфейс  Стрелы

«Стрела» отличалась гибкостью системы команд. Наличие нескольких типов групповых арифметических и логических операций, условных переходов и сменяемых стандартных программ, а также системы контрольных тестов и организующих программ позволяли создавать библиотеки прикладных программ различного тематического направления объемом до 100 млн. команд. Название "Стрела", которое, по-видимому, должно было подчеркнуть ее быстродействие было выбрано чтобы отобразить эту конструкторскую особенность

Машина могла выполнять 15 арифметических и логических операций. В ее системе команд существовали и оригинальные средства выполнения этих операций над целыми массивами чисел. Заслуживают внимания и устройства вывода информации. Кроме обычных для того времени устройств выдачи на перфокарты и магнитную ленту, машина "Стрела" имела также широкоформатное печатающее устройство, позволяющее получать результаты расчета в виде документа на широкой бумажной ленте привычного канцелярского формата. Результаты на ней выглядели привычно и легко читались.

Собственно Стрелу и стоит назвать первой советской электронной вычислительной машиной, которая и отражает положение вещей с интерфейсами и опытом взаимодействия.  

Когда молодой антрополог Бруно Латур посетил лабораторию Института биологических исследований Солка, он, как известно, отбросил в сторону все свои предубеждения о целях и поведении ее обитателей. Вместо того, чтобы принять как реальность самоинтерпретацию исследователями Солка своего коллективного предприятия, он внимательно наблюдал за их повседневной деятельностью и материальными практиками и пришел к своему несколько поразительному выводу. Латур заметил, что ученые и техники Солка проводили большую часть своего дня за «кодированием, маркировкой, изменением, исправлением, чтением и записью» различных форм документального материала. В этом они напоминали не что иное, как «странное племя» «компульсивных и маниакальных писателей», основной функцией которых, казалось, было производство бумажных документов. Даже их большие и дорогие экспериментальные инструменты действовали в первую очередь как «устройства для записи», технологии, разработанные специально для «преобразования материальной субстанции в фигуру или диаграмму». превратился в научный факт. Что бы вы ни думали об общих методах и анализе Латура, его пристальное внимание к материальным практикам производства научного знания вдохновило поколения историков и социологов науки и технологии серьезно отнестись к идее, что техника и технология эпистемологически значимы.

Во многом такое отношение к БЭСМ, Стреле и М-1 и были теми способами, благодаря которым и стало можно говорить о том, что это стало эпистемологической практикой управления знаниями в СССР. 

Главным конструктором Стрелы стал Ю.Я. Базилевский, а одним из его ближайших сотрудников - Б.И. Рамеев, в дальнейшем создатель серии машин "Урал". Необходимость заранее предусмотреть проблемы заводского изготовления предопределила некоторые свойства проекта: меньше скорость, использование потенциальных электронных схем, просторный монтаж и т.п. Машина не имела магнитного барабана, но для нее были специально спроектированы 45-дорожечные магнитные ленты. 

Машина имела весьма удобную систему команд. В частности, каждая счетная команда вырабатывала логическое значение (признак ), по которому можно было устраивать условный переход. Другой особенностью было наличие "групповых операций", выполняющих покомпонентные действия с векторными массивами. Половина быстрой памяти была также односторонней, имела свое управление и использовалась для небольшой встроенной библиотеки подпрограмм. Первая машина "Стрела" была установлена в отделении прикладной математики МИАН, где в конце 1953 года началась ее опытная, а вскоре и производственная эксплуатация.  Судьба “Стрелы” была печальной. Было выпущено всего семь ее экземпляров. Экземпляр, работавший в Вычислительном центре АН СССР, был отдан Московской кинофабрике для постановки фильмов. Никто другой взять не захотел.

БЭСМ отличалась, как кажется, меньшим удобством и требовало большей подготовки к оператору — в 1951 году машина была спроектирована, а в 1952 году началась ее опытная эксплуатация. Машина была спроектирована в расчете на оперативную память на трубках Вильямса, но поскольку они были сначала недоступны, в качестве первого варианта памяти использовались ртутные линии задержки (до 1955 г.). Часть быстрой памяти была сделана только читающей и сконструирована в виде серии гнезд с пружинными контактами и прижимными крышками, сильно напоминающими вафельницы. "Вафельница" содержала одну 45-колонную перфокарту, в каждой строке которой содержалось по одной команде. Все оборудование, кроме трубок Вильямса и электроники, было "самодельное", включая ввод с перфоленты, двухдорожечный магнитофон, барабан и ртутную память. Машина по тем временам была весьма быстродействующей (см. таблицу в разделе 3), но трудности в ее реализации носили иногда самый неожиданный характер. В.С. Бурцев рассказывает, что когда наступило время сборки машины, потребовалось, естественно, несколько тысяч радиоламп новой конструкции. В то время это было непомерное количество: квоты распределения этого изделия между институтами исчислялись десятками, в лучшем случае сотнями. В поисках выхода из положения инженеры увидели, что на заводе радиоламп есть испытательный стенд, где тысячи ламп находятся под напряжением в течение сравнительно длительного времени. Была достигнута временная договоренность о том, чтобы использовать стойки БЭСМ в качестве испытательного стенда для продукции завода. Машина успешно выполняла эти двойные функции, пока не был накоплен необходимый запас.

БЭСМ имела трехадресную систему команд, обладавшую одним любопытным атавизмом, восходящим, по-видимому, к МАРК I и II: у нее было два счетчика команд: центральный и местный. Возвратная передача управления и возврат осуществлялись безусловным переходом с переключением на местное управление и обратным переключением на центральное управление. Местное управление использовалось также для выполнения операций обмена.

Зачем было нужно две мощных традиции разработок ЭВМ? Ответ лежал в области того, кто и с какими организациями был связан - если Лебедев имел значительно более теплые отношения с Академией наук и с организациями РАН, то команда Стрелы была традиционно связанна в литературе с работой и представителями Министерства машиностроения СССР. Подобного рода разделение было, вероятно, одним из дополнительных свойств возникновения советских вычислительных машин — речь прежде всего идет о указе Сталина, согласно которому разработка ЭВМ должна быть под контролем государственной комиссии в которой должен был быть представитель министерства и представитель РАН

Так описывается важная технологическая развилка, которая, тем не менее имеет свою природу в институциональном укладе СССР: 

Присутствующий Л.И. Гутенмахер, руководитель одной из лабораторий ИТМ и ВТ АН СССР, выступил с предложением выполнить машину не на электронных лампах, а на разработанных в его лаборатории безламповых элементах — электромагнитных бесконтактных реле (на основе магнитных усилителей трансформаторного типа). Его предложение вызвало живой интерес у министра П.И. Паршина. Он тут же высказал мысль о том, что если повысить величину тока в питающей обмотке реле, то число витков в трансформаторе сократится до одного и предложенные схемы станут весьма технологичными и очень надежными, поскольку в них нет электронных ламп. Гутенмахер с энтузиазмом поддержал министра. Результатом совещания стал проект постановления правительства о создании двух вычислительных машин — электронной в Академии наук СССР и на элементах Гутенмахера — в министерстве.

Кроме институционального конфликта и конкуренции между различными номенклатурными организациями важной частью использования и проектирования ЭВМ было использование вычислительных мощностей для нужда промышленности и оборонно индустрии сверхцентрализированно — вплоть до уровня Совета министров СССР, как органа, который контролирует использование