Михаил Карцев

Годы жизни

1923 — 1983

Род занятий

Вычислительная техника

Выдающийся конструктор отечественных вычислительных комплексов

Биография

Предметы и документы

Библиография

Один из столпов отечественной вычислительной техники Михаил Александрович Карцев прожил внешне простую и типичную для его поколения жизнь [1]. Он родился 10 мая 1923 года, окончил школу, прошел всю войну, завершив ее старшиной в Праге, учился на радиофакультете Московского энергетического института, затем более тридцати лет работал "на одном месте" до самой смерти в 1983 году. Вот и все, однако… Вчерашний фронтовик за один год проходит два курса института, а учебу на старших курсах совмещает с самостоятельной работой над одними из первых ЭВМ. В дальнейшем им было сформировано целое направление вычислительной техники управляющих ЭВМ реального времени, создана первая серийная многопроцессорная супер-ЭВМ, в течение десятилетия остававшаяся флагманом отечественных машин. М.А. Карцев — основатель Научно-исследовательского института вычислительных комплексов, научно-технической школы, автор фундаментальных монографий по вычислительной технике.

Михаил Александрович родился в Киеве в учительской семье [3]. В том же году умер отец. Михаил вместе с матерью жил в Одессе, в Харькове, затем снова в Киеве, где в 1941 году окончил среднюю школу. С началом войны его направляют на оборонительные работы в Донбасс, а в сентябре призывают в армию, где он прослужил до февраля 1947 года. Всю войну он прошел танкистом, участвовал в освобождении Румынии, Венгрии, Чехословакии и Австрии. Сражаясь на фронтах Великой Отечественной Войны, сержант Михаил Карцев сотрудничал в редакциях военных газет. В семейных архивах Михаила Александровича удалось обнаружить его военные стихи. После демобилизации в 1947 году он поступил на радиотехнический факультет Московского энергетического института (МЭИ). В 1950 году, будучи еще студентом, Михаил Александрович пришел в Лабораторию электросистем Энергетического института им. Г.М. Кржижановского (ЭНИН) АН СССР, которую возглавлял член-корреспондент АН СССР И.С. Брук, являвшийся одним из инициаторов развития вычислительной техники в стране. Разработку первой машины лаборатории возглавлял только что окончивший институт Н.Я. Матюхин, и к этой работе присоединился студент Карцев, которому И.С. Брук поручил разработку устройства управления машины — главного программного датчика.

В 1952 — 1953 гг. разработку следующей ЭВМ — М-2 возглавлял уже инженер Карцев. Им самим разработано арифметическое устройство машины, и с тех пор эта тематика становится его любимым детищем. В 1957 году Карцев проводит последнюю модернизацию М-2 — разрабатывает для нее первую в стране ферритовую память трехмерного типа. Эта работа казалась практически невыполнимой из-за плохого качества сердечников собственного изготовления, и вряд ли кто-нибудь кроме Карцева взялся бы за нее. Машина М-2 имела высокое по тем временам быстродействие — 2000 оп/с, емкость памяти16 Кбайт, широкий список операций над числами с фиксированной и плавающей запятой, страничную организацию памяти — весьма высокие показатели мирового уровня. На машине М-2 выполнены расчеты научных задач для Института атомной энергии им. Курчатова, Института теоретической и экспериментальной физики, Института механики АН СССР, нескольких лабораторий ЭНИН АН СССР и др. Научная сторона этого периода жизни Карцева отразилась в первой его книге "Арифметические устройства электронных цифровых машин" (Физматгиз, 1958 г.) — одной из первых публикаций в стране по вычислительной технике. В ней проведена идентификация и систематика арифметических схем, сформулированы основные принципы их построения и предложены критерии сравнительной оценки. Это издание стало откровением для читателей — разработчиков ЭВМ, на долгие годы оставаясь настольной книгой. Эти же материалы легли в основу кандидатской диссертации Карцева.

В 1956 году Лаборатория электросистем выделяется из ЭНИН АН СССР в самостоятельную Лабораторию управляющих машин и систем, которая в 1958 году получит название Института электронных управляющих машин (ИНЭУМ). В этот же период начинается работа над новой машиной М-5 под руководством МА. Карцева. Эта работа могла бы стать следующим значительным этапом в жизни Михаила Александровича. По свидетельству сотрудничавших с ним тогда инженеров и математиков, им были заложены в М-5 блестящие идеи. Однако начатому делу не суждено было завершиться. Карцев был отстранен И.С. Бруком от работ по М-5. Это была большая драма в жизни Карцева. Происходит поворот его интересов в сторону уп­равляющих машин (1958 — 1959 гг.). Под эти исследования был создан тематический отдел, который он возглавил.

Первый образец управляющей машины (М-4) начал работать в 1961 году, второй (М-4-М) — год спустя. Эта маши­на была построена на первых серийных отечественных транзисторах и диодах и является одной из первых в стране транзисторных ЭВМ. Ее быстродействие составляло 20 тыс. оп/с. В этой машине уже прослеживаются особенности, связанные с ее назначением и являющиеся в то же время новшествами в вычислительной технике: аппаратная реализация некоторых сложных операций (корень, двойное сравнение и т.п.), внутренняя постоянная память для хранения программ и констант, функциональное распараллеливание вычислений благодаря использованию специализированных процессоров ввода-вывода, первичной обработки информации и т.п. В коллекции ЭЦВМ музея хранится куб оперативной памяти ЭВМ М-4. Предполагалось запустить эту машину в серию, однако к этому времени у Карцева появились новые идеи, а технические средства сильно шагнули вперед. Очень быстро была разработана новая машина того же назначения на транзисторах и диодах, которая сразу же была запущена в производство без какого-либо макетирования экспериментальных образцов.

Это был первый подобный опыт, который стал в дальнейшем традицией: разработка проекта высокого уровня качества, пригодного сразу для серийного выпуска. Такой подход требовал высокой квалификации, ответственности и определенной смелости, прежде всего Главного конструктора, но давал огромную экономию средств, времени и сил, особенно при создании больших машин. Эта машина (М-4−2М), выпускавшаяся серийно с 1964 года, была разработана всего за два года и на порядок превосходила свою предшественницу. Она имела быстродействие 220 тыс. оп/с, емкость оперативной памяти 128 Кбайт, емкость внутренней постоянной памяти 128 Кбайт, развитую систему прерываний (28 каналов), высокую скорость реакции на внешние сигналы. Новации, заложенные Карцевым в машинах от М-4 до М-4-ЗМ, стали основой его докторской диссертации (1965 год). В эти же годы он завершил свою вторую книгу "Арифметика цифровых машин" (Наука, 1969 год), которая является развитием его первой книги. Им был учтен опыт не только личный, но практически и весь мировой в быстро развивающейся области арифметических устройств.

Следующая и все остальные страницы жизни Карцева связаны с идеей многопроцессорности ЭВМ. Нельзя утверждать, что Карцев в числе первых обратился к этой идее. Но он первым подошел к ней со всей серьезностью и страстностью, и ему первому удалось создать серийную многопроцессорную машину — супер-ЭВМ М-10, намного и надолго превосходившую другие отечественные ЭВМ. К тому же М-10 предназначалась и для работы в сложных системах в реальном масштабе времени с большими потоками информации. Такая большая практическая удача оказалась возможной благодаря многим принятым в М-10 новациям и гармоничному выбору технических решений в разных областях: согласованность предметной области предполагаемых задач, алгоритмов задач и структуры ЭВМ; согласованность сложности задач (объема вычислений), производительности ЭВМ, элементно-технической

базы и объема оборудования ЭВМ и т.п. Принцип многопроцессорности является глобальной стержневой идеей развития вычислительной техники, без которой просто не существует ее будущего. Карцев понял это одним из первых. В начале 60-х годов он делает доклад на Научно-техническом совете ИНЭУМ о концепции практической разработки многопроцессорной системы — это первая высказанная вслух заявка на такую работу. Обычно саркастически настроенный председатель НТС, директор И.С. Брук сделал единственное замечание: аппаратура столь большого объема может быть реализована лишь на микросхемах. А отечественных микросхем в то время еще не было. Но ученый, конечно, был прав.

В 1967 году, учитывая успехи в области управляющих машин, Карцеву удается выделить свой отдел из ИНЭУМ в самостоятельный институт, который в дальнейшем получил название НИИ вычислительных комплексов (НИИВК). Работы по многопроцессорным ЭВМ активизируются. Серийный выпуск машины М-10 начался в 1974 году [2]. Государственные испытания в составе крупной системы завершились в 1976 году. Работа над М-10 отняла много лет жизни Михаила Александровича. В 1971 году он перенес тяжелый инфаркт, в 1976 году, во время испытаний, вынужден был несколько месяцев провести в больнице. Машина М-10 была построена практически на первых отечественных микросхемах ДТЛ-типа (диодо-транзисторной логики): серий ТТЛ- (логики транзистор-транзистор) и тем более ЭСЛ-элементов (эмитерно-связанной логики) тогда еще не существовало.

Впервые в мире была реализована многоформатная векторная структура, мультиплексный канал имел возможность независимого обмена с двумя уровнями памяти. Впервые в стране осуществлен широкий и переменный формат обращения к памяти от 1 до 64 байт, операционная система обеспечивает режимы разделения времени и реального масштаба времени. Несмотря на то, что М-10 была сделана на микросхемах, она содержала очень большое количество оборудования: около 700 тысяч корпусов микросхем, 400 корпусов транзисторов и диодов в электронном обрамлении запоминающих устройств, 40 млн. ферритовых сердечников. Достаточно сказать, что площадь, занимаемая ЭВМ, составляла около 200 кв. м, а потребляемая мощность — 70 кВт. При этом ее надежность была достаточно высокой — 50−100 часов наработки на отказ. Разработка М-10, как и М-4, прошла без макетирования, первые же образцы М-10 работали в промышленных комплексах. Безмакетное проектирование, в частности, оказалось возможным благодаря выбору технических решений либо освоенных, либо легко осваиваемых в серийном производстве. Элементная база не обладала максимальным быстродействием, а высокая производительность ЭВМ обеспечивалась, в том числе и структурными методами параллелизма процессоров.

В 1968 году вышел в серию модернизированный вариант М-10М, в котором все запоминающие устройства были переведены на новую базу; размеры машины и потребляемая мощность уменьшились почти вдвое. На базе М-10 и М-10М создано 7 типов вычислительных комплексов повышенной надежности, опробована созданная в Институте система оптоэлектронного межмашинного обмена. На этих машинах проделаны уникальные научные расчеты, которые в то время не могли быть выполнены ни на одной другой отечественной машине не только из-за более низкого их быстродействия, но и из-за значительно меньшей емкости внутренней памяти. В коллекции ЭЦВМ Политехнического музея имеется ряд узлов ЭВМ М-10 и М-10М: типовой логический блок, блок оперативной памяти М-10 на ферритовых сердечниках, блок постоянной памяти конденсаторного типа на металлических перфокартах, блок постоянной памяти М-10М на магнитных сердечниках с диаметральными отверстиями и другие.

В 1978 году выходит давно начатая М.А. Карцевым книга "Архитектура цифровых вычислительных машин", а в 1981 году (совместно В.А. Бриком) — "Вычислительные системы и синхронная арифметика". Первая книга подводит итог научной проработки однопроцессорных ЭВМ, вторая — открывает первые страницы исследования многопроцессорных систем. Во второй половине 70-х годов М.А. Карцев начинает разработку новой векторной ЭВМ М-13 для обработки больших массивов и потоков информации в реальном времени. Эта машина должна была, как и М-10, относиться к классу супер-ЭВМ с большим на порядок быстродействием. Впервые в отечественной практике в структуре этой машины предполагался мощный процессор сигнальной обработки (до 2 млрд оп/с). Разработка машины была завершена, а изготавливать ее оказалось негде. Было потеряно несколько лет. Серийный выпуск М-13 начался в 1986 году — уже после смерти Михаила Александровича. В 1995 году вместе с рядом других разработок этого НИИ было передано в музей Устройство абонентского сопряжения (УАС) ЭВМ М-13 [4, 5, 6]. В музейной экспозиции оно демонстрируется совместно с данной ЭВМ (макет М 1:88) и Высокопотенциальной радиолокационной станцией "Дарьял-У" (макет М 1:1000), которая предназначена для круглосуточного слежения за космическим пространством. УАС — это единственное устройство подобного назначения в коллекции ЭЦВМ музея, документирующее решение проблемы обмена информацией между объектом военного назначения, в частности "Дарьял-У", и ЭВМ М- 13. Согласно методике ранжирования УАС ЭВМ М-13 можно отнести к памятникам науки и техники I ранга.

Первые устройства, сходные по своему назначению с УАС, применялись еще в ЭВМ М4−2М, создававшейся под руководством И.С. Брука. В 1957 году директор Радиотехнического института АН СССР академик A.JI. Минц обратился к И.С. Бруку с предложением разработать электронную вычислительную машину для управления и обработки информации радиолокационной станции "Днепр", создаваемой в этом институте [6]. В состав ЭВМ М4−2М помимо обычных устройств были включены и два специализированных устройства — устройство сопряжения с аппаратурой Радиолокационной станции (РЛС) и устройство отображения информации. Устройство сопряжения с аппаратурой РЛС получало аналоговый сигнал от РЛС и преобразовыва­ла его в цифровую форму. При использовании У\С ЭЦВМ М-13 сигнал от РЛС приходил уже в цифровой форме, то есть данное устройство является уже полностью цифровым.

К концу 1977 года идея М.А. Карцева создания многопроцессорных вычислительных машин стала реальностью, а машины М-10 подтвердили ее широкие возможности.

Работая над проектом вычислительной машины нового, четвертого поколения, ученый опирался на опыт создания ЭВМ М-10 и вычислительных комплексов на ее основе. Этот опыт показывал, что структура новой машины должна быть более гибкой в организации вычислительных систем и в части комплексирования, и в части производитель­ности, и в части сопряжения с источниками обрабатываемой информации. Такую задачу поставил перед собой Карцев, приступая к теоретической проработке вопросов построения серии программно-совместимых многопроцессорных вычислительных систем М-13. Концепция многопроцессорной структуры вычислительной системы, которая способна обеспечить одновременное (параллельное) решение задач или отдельных частей задачи, показала свое преимущество и получила подтверждение еще в ЭВМ М-10. Большое количество рукописей, связанных с созданием этих машин, хранится в музее НИИВК им. М.А. Карцева.

В 1980 году вышло постановление Правительства о создании для Системы противоракетного нападения (СПРН) РЛС нового поколения "Дарьял-У" [6], которая разрабатывалась в Радиотехническом институте (РТИ) им. A.Л. Минца. В процессе работы были получены авторские свидетельства; "Центрнаучфильм" снял фильм о создании РЛС "Дарьял". С РТИ достигнута договоренность, что с течением времени копии авторских свидетельств и фильм будут переданы в Политехнический музей. Для этой РЛС НИИВК поручалась разработка вычислительного комплекса с использованием ЭВМ М-13. В состав ЭВМ М-13 вошло 13 типов устройств и пульт управления. Среди них было УАС — устройство абонентского сопряжения — впервые они начали создаваться именно под руководством М.А. Карцева. В составе предыдущих ЭВМ подобного назначения, разрабатывавшихся в НИИВК, также использовались эти устройства. Но УАС для ЭВМ М-13 отличается от них тем, что содержит программируемые сопрягающие процессоры, которые позволяют подключать как стандартные устройства ввода-вывода ЭВМ, так и специализированные, входящие в состав управляемых объектов. УАС для ЭВМ М-13 начали применять не только для СПРН, но и для космических систем. Помимо основного направления — управляющих супер-ЭВМ — Карцев первым в стране занялся персональными машинами, первые образцы которых ("Агат") появились в 1983 году. Другим важным направлением ученый считал оптоэлектронику, работы над которой были начаты в 1970-е гг. [1].

Не следует думать, что Михаил Александрович был лишь главным конструктором. Он был и Директором. Благодаря его личности в Институте установилась атмосфера демократизма, доброжелательства и доверия — та жизненная атмосфера, к которой только еще начало стремиться наше общество. С 1967 года только что образованный НИИВК не имел своего помещения и размещался в арендованных подвалах и нежилых зданиях, однако он добивается строительства и уже в 1975 году НИИВК получает свое здание, но и его становится мало. Растет Институт, создается мощный вычислительный центр. Карцев добивается выделения новой территории и нового строительства. Если бы не его успехи как директора и главного конструктора, вряд ли это было бы возможно. Тем не менее, в начале 80-х годов ситуация с НИИВК обостряется, производство М-13 заходит в тупик, назревает кризис. Это отражается на всем коллективе и, в первую очередь, на М.А. Карцеве. Его здоровье ухудшается. Он ищет выхода из положения, и находит, но это стоило ему жизни. Не дожив двух недель до своего шестидесятилетия, Михаил Александрович умирает. В течение нескольких месяцев кризис разрешается, еще через год Институт въезжает в новое здание, через два года начинается «перестройка»… Вот когда так был бы нужен Карцев!

Чем дальше уходит время, тем все более понятно, что М.А. Карцеву удалось благодаря своему таланту и титанической работе получить уникальные научные и практические результаты, связанные с созданием отечественных ЭВМ. Вершиной его деятельности была разработка принципов построения векторных многопроцессорных супер-ЭВМ. На основе этих принципов и были реализованы серийно выпускаемые вычислительные комплексы. Имея маленький коллектив единомышленников, пользуясь минимальной финансовой поддержкой, подчас с трудом находя для своих машин производственную базу, он сумел внести решающий вклад в разработку и создание вычислительных средств для крупнейшей системы обработки больших потоков радиолокационной информации. Следует отметить не только талант и энциклопедическую образованность М.А. Карцева, но и другие его замечательные качества: ум, интеллигентность, умение подобрать и сплотить соратников, создать в трудовом коллективе атмосферу одновременно вдохновения и деловитости.

Михаил Александрович был человеком высочайшей эрудиции и энциклопедических знаний. Его знания охватывали не только все разделы вычислительной техники, но и многие смежные и прикладные области. Многие его идеи, реализованные им в практических работах, намного опережали свое время, становились понятными и использовались другими лишь спустя многие годы. М.А. Карцев отличался необыкновенной дерзновенностью и смелостью: он брался за такие работы и принимал такие решения, которые казались не только рискованными, но и невыполнимыми. Но в его жизни не осталось ни одного неосуществленного замысла. Конечно, эта смелость опиралась на здравый расчет, но кроме этого — на оптимизм и интуицию, его постоянное стремление сделать как можно больше, скорее и лучше, на веру в свой талант и талант своих сотрудников. И это создавало окрыленность в работе, и как магнитом тянуло людей к Карцеву. Он был ученым и инженером, но по своему духу и устремлениям — прежде всего инженером. Вся его жизнь была нацелена на конечный практический результат, и свою жизненную задачу М.А. Карцев выполнил вполне. Он относился к той немногочисленной категории людей, которые составляют цвет нации и без которых нация не может существовать.

Использованная литература

1. Вопросы радиоэлектроники. Серия "Электронная вычислительная техника (ЭВТ). — 1993. — Вып. 2. — 90 с. — (ПМ 265554/3)

2. Рогачев Ю.В. Вычислительная техника от М-1 до VI — 13 (1950−1990) — М.: НИИВК, 1998. – 102 с., ил. — (НВФ 035143)

3.Малиновский Б.Н. История вычислительной техники в лицах. — Киев: КИТ: АСК, 1995. — С. 212 — 232: ил.

4.Устройства абонентского сопряжения ЭВМ М-13: техн. описание — М.: НИИВК им. М.А. Карцева. — 13с. — (НВФ 035189)

5.Байков С.М., Кислинский В.А., Латышов А.А. Подсистема ввода-вывода ЭВМ М-13 //Вопр. радиоэлектроники. Сер. ЭВТ,- 1990. — Вып. 10. — С. 21 — 25.

6.Бочин Б.И., Латышов А.А., Мельник Ю.Н. Три аспекта развития подсистемы ввода’вывода //Вопр. радиоэлектроники. Сер. ЭВТ.- 1990. — Вып. 10. — С. 70 — 73.

7.Рубежи обороны — в космосе и на земле. Очерки истории ракетно-космической обороны /авт.-сост. Н.Г. Завалий. — М.: Вече, 2003. — 752 с., ил.

8.Мухтарулин B.C., Рогачев Ю.В. От первых ЭВМ до суперкомпьютеров //PC Week/RE. — 2003. — № 15. — С. 34.

9.Рогачев Ю.В., Смолевицкая М.Э. Михаил Александрович Карцев — выдающийся конструктор отечественных вычислительных комплексов //История науки и техники. — 2003. — №4.-С. 2−8: ил.

Подготовлено по:

Смолевицкая, М.Э. М.А. Карцев – выдающийся конструктор отечественных вычислительных комплексов // Проблемы культурного наследия в области инженерной деятельности: сб.ст. – Вып.5. – М., 2007. – С. 293 — 321. – Библиогр.: с. 320.