CC BY
123
Сергей Абламейко
генеральный директор Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси, член-корреспондент
Олег Семенков ведущий научный сотрудник Объединенного института проблем
информатики НАН Беларуси, кандидат технических наук
История развития
вычислительной техники и информатики в Беларуси
Наверное, в рамках журнальной статьи невозможно охватить все направления информатики и тот исторический путь, который она прошла в нашей стране. Поэтому мы попытаемся рассказать хотя бы о тех, в которых достижения белорусской школы информатики получили признание не только в СССР, но и за его пределами.
С чего все начиналось
После восстановления разрушенного войной промышленно-тех-нологического и научного потенциала Беларусь приобрела устойчивый имидж машиностроительно-аграрной республики СССР. Однако с конца 1950-х гг. в результате принятых на государственном уровне принципиальных решений в рамках общесоюзной координации и разделения труда этот имидж начал претерпевать существенные изменения.
В августе 1956 г. было принято постановление Совета Министров СССР о строительстве в Минске завода математических машин. Это решение, в частности, было обосновано тем, что к тому времени в республике все более широкое развитие получают исследования в области точных наук. Начинают формироваться ставшие известными впоследствии в стране и за рубежом научные школы в области математики, физики, тепло- и массообмена, физики твердого тела и полупроводников и др. Достижения белорусских ученых создают фундамент будущих высоких технологий, в том числе информационных. На предприятиях приборостроения и радиотехнической промышленности в широких масштабах начинается производство наукоемкой продукции. Высшая школа развертывает подготовку высококвалифицированных специалистов в области новой техники и высоких технологий. Все это послужило базой для создания и последующего интенсивного развития в Беларуси современных отраслей радиоэлектронной промышленности, микроэлектроники, промышленности средств связи и ЭВМ. Невозможно переоценить важность названных событий для последующего социально-экономического роста республики. Они не только круто изменили ее облик, но и позволили занять достойное
место в числе передовых стран мира. Решающую роль в этом процессе сыграла всесторонняя помощь, которую оказала нам в то время Россия, направив своих высококвалифицированных инженеров, ученых и специалистов в новые отрасли промышленности, обеспечив подготовку молодых ученых для развития необходимых научных исследований и разработок в Академии наук БССР, отраслевых НИИ и КБ.
Создание промышленности ЭВМ
Уровень разработок, массового производства и использования ЭВМ как технической базы для реализации информационных технологий в значительной степени определяет научно-экономический и оборонный потенциал каждой страны.
Впервые в СССР серийное производство электронно-вычислительных машин было освоено на Минском заводе ЭВМ. Первой серийной моделью стала ЭВМ М-3, разработанная в Москве в 1956 г. под руководством члена-корреспондента АН СССР И.С. Брука и освоенная в производстве уже в 1959 г. Указанную дату можно считать годом рождения белорусской научно-производственной школы исследований, проектирования, разработок и организации крупносерийного производства одного из самых наукоемких видов продукции — современных ЭВМ. Эта школа воспитала и дала путевку в жизнь многим видным ученым, выдающимся инженерам и управленцам. Пионерами и основателями школы, внесшими существенный вклад в ее формирование и развитие, по праву можно назвать члена-корреспондента АН СССР Г.П. Лопато, доктора технических наук, профессора В.В. Пржиялковского, И.К. Ростовцева, Ю.В. Карпиловича и др.
Уже в 1960 г. СКБ Минского завода ЭВМ (с 1972 г. - НИИ ЭВМ) приступило к проектированию первой электронно-вычислительной машины серии «МИНСК». Тем самым Минск наряду с Москвой, Киевом, Пензой, Ереваном и Казанью стал одним из центров по проектированию и разработкам новых ЭВМ, а завод вошел в число крупнейших их производителей. В 1974 г. на базе головного предприятия - завода ЭВМ - создается Минское производственное объединение вычислительной техники (МПО ВТ).
Надо сказать, что организация серийного производства ЭВМ в Беларуси, безусловно, явилась важным событием в жизни страны. Однако как руководство республики, так и ведущие ученые и специалисты АН БССР и промышленности понимали, что без развитого программного обеспечения ЭВМ могут превратиться в дорогостоящие и громоздкие игрушки, которые будут не в состоянии решать сложные народнохозяйственные задачи. Поэтому в 1968 г. во исполнение постановления Совета Министров БССР Президиум АН БССР принимает решение о создании при Институте математики Республиканского фонда алгоритмов и программ. К наполнению фонда были привлечены лучшие коллективы математиков и программистов не только Академии наук, но и ведущих вузов республики. Удалось обеспечить эффективное руководство деятельностью структуры (А.С. Метельский) и высокое качество принимаемых в нее программных продуктов. Услугами фонда пользовались многие тысячи организаций. Позднее, в 1981 г., при Институте технической кибернетики было создано отделение РФАП со специализацией в области автоматизации проектирования.
Вслед за серией «МИНСК» последовали Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ), разработка и производство широкой номенклатуры периферийного оборудования, высокопроизводительных вычислительных комплексов специального назначения, семейство персональных электронно-вычислительных машин и др. Доля ЭВМ белорусского производства в 1980-е гг. составляла до 70% от их общего парка в СССР.
Надежность этих машин, их развитое программное обеспечение, гибкая инфраструктура по обучению персонала и техническому обслуживанию снискали белорусским производителям заслуженное доверие и признание со стороны многочисленных пользователей как внутри страны, так и за ее пределами. За существенный вклад в развитие промышленности ЭВМ и их высокий научно-технический уровень более 30 ученых, инженеров, программистов, организаторов производства в разные годы были удостоены Ленинской и Государственных премий СССР.
Современный этап развития ЭВМ в республике характеризуется качественно новым прорывом в этой сфере. В 1998 г. по предложению Института технической кибернетики НАН Беларуси (ныне — ОИПИ НАН Беларуси), НИИ ЭВМ и Института программных систем РАН руководство Президиума НАН Беларуси принимает стратегически важное решение и вносит на рассмотрение Высшего государственного комитета Союзного государства Беларуси и России предложение о разработке и освоении
в серийном производстве семейства высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой (суперкомпьютеров) и создании прикладных программно-аппаратных комплексов на их основе («СКИФ»). Положительное решение руководства Союзного государства по этому предложению позволило нашей республике уже в 2000 г. встать в один ряд с наиболее развитыми странами мира, признанными лидерами в этой стратегически важной сфере технологий.
Осенью 2003 г. завершаются работы по созданию экспериментальной суперкомпьютерной установки «СКИФ» К-500 с пиковой производительностью 716,8 млрд операций в секунду. В международном рейтинге 500 самых производительных вычислительных систем мира эта модель заняла 407-е место. Важно отметить, что из 38 стран, представленных суперкомпьютерами в рейтинге, лишь 14 имели свои собственные национальные разработки. Это стало несомненным успехом Союзной программы, сумевшей объединить научно-технические потенциалы и достижения обеих стран и продемонстрировать высокую эффективность полученных результатов.
В 2004 г. была создана старшая модель семейства «СКИФ» К-1000 с пиковой производительностью 2,5 трлн операций в секунду. В первую сотню рейтинга ТОР-500 эта модель вошла под № 98, попав в четверку стран (США, Япония, Китай и Республика Беларусь), представивших системы собственной разработки. Модель «СКИФ» К-1000 стала самым мощным компьютером на территориях СНГ и Восточной Европы.
В 2005 г. на базе ОИПИ НАН Беларуси создан Республиканский суперкомпьютерный центр (РСЦ). Помимо академических научных учреждений среди постоянных пользователей суперкомпьютерных технологий — Минский тракторный завод, Белорусский автозавод, Республиканский гидрометеорологический центр, Белорусский межбанковский расчетный центр Национального банка
Лауреаты Госпремии БССР в области науки и техники (слева направо): О.И. Семенков, В.Д. Цветков, Е.В. Днепровский, Н.А. Ярмош, А.Г. Ракович
Республики Беларусь, Белорусский государственный университет, Белорусский национальный технический университет. Разработаны и внедрены самые совершенные информационные технологии удаленного доступа к вычислительным ресурсам центра. На базе рСц развивается международное сотрудничество.
Автоматизация проектирования
В конце 1950-х гг. небольшая группа молодых ученых под руководством Г.К. Горанского занялась постановкой и решением на ЭВМ ряда инженерных задач, имеющих отношение к конструкторско-технологической подготовке производства в машиностроении. За плечами энтузиастов был уже немалый опыт практической работы на предприятиях. Поэтому задачи не просто имели академический интерес, но и отражали реальное содержание деятельности инженера-технолога и конструктора на предприятии. Впервые для поиска оптимальных технических вариантов были использованы строгие математические методы и модели. Были разработаны первые прикладные программы решения на ЭВМ наиболее массовых конструкторско-технологических задач, в том числе конструирования зубчатых передач (Э.Г. Лившиц), станочных приспособлений (А.Г. Ракович, В.В. Адамчик), разделительных штампов (А.Г. Гривачевский), сложнорежущих инструментов (Б.И. Синицин), определения оптимальных режимов резанием (Е.В. Владимиров), проектирования дискретных систем управления станками и автоматическими линиями (А.И. Добролюбов), проектирования технологических процессов в металлообработке (В.Д. Цветков) и др.
Очень скоро результаты этих исследований получили признание как в промышленности, так и среди научной общественности страны. Они вылились в самостоятельное научное направление с организацией в 1965 г. в рамках Академии наук БССР нового научного учреждения — Института технической кибернетики. На молодой институт Госкомитетом по науке и технике СССР были возложены обязанности головной организации по координированию исследований и разработок в стране по данной проблеме. Автоматизация проектирования становится для науки и промышленности одной из главных целей на пути ускорения научно-технического прогресса.
Конечно, первые разработанные программы автоматизированного проектирования были далеки от совершенства и соответствовали ограниченным возможностям ЭВМ первых поколений. Каждая программа имела достаточно громоздкую систему описания и кодирования исходных данных, свои массивы справочной информации, формы выходных документов, которые были представлены массивами цифровой информации, а не конструкторской документацией, отвечающей требованиям ГОСТа, и т.д. На предприятиях отсутствовали технические средства для получения проектно-конструкторских документов в виде чертежа. Однако уже первые разработки стали мощным стимулом для развития системных исследований в новой обла-
Терминальная станция САПР
сти информатики. Определенным прорывом в то время явилось создание первого в стране чертежно-графического автомата, положившего начало знаменитому семейству «ИТЕКАН» (Е.В. Днепровский), а также средств автоматизации кодирования и ввода в ЭВМ чертежно-конструкторской и технологической информации (Н.А. Ярмош).
Формируется концепция систем автоматизированного проектирования (САПР) как средства решения проблем на всех фазах жизненного цикла создаваемых технических систем и изделий на основе использования новых информационных технологий. САПР рассматривается как особый класс изделий, нуждающихся в теоретических основах построения, особой методологии проектирования, стандартах и нормативно-технической базе, регламентирующих весь жизненный цикл системы, включая предпроектные исследования, разработку, освоение и внедрение их в отраслях промышленности. Со всей остротой перед наукой и практикой встала главная проблема: найти эффективные индустриальные методы и технологии проектирования и разработки САПР с учетом специализации этих систем в условиях громадного разнообразия проектируемых объектов и процессов в отраслях, а также обеспечить подготовку соответствующих кадров исследователей и разработчиков САПР. Для решения этой задачи в институте была разработана концепция проектирования САПР на основе инвариантных средств базового программного обеспечения.
На базе мини-ЭВМ в институте создаются диалоговые графические терминальные станции САПР с микропроцессорным управлением и система МЕТАМИКРО для автоматизации разработки и программирования микропроцессорных модулей (Е.М. Злотник, В.В. Анищенко, Л.А. Гриншпан). Впоследствии эта система получила широкое распространение на предприятиях и в отраслях промышленности, а ее создатели были удостоены премии Совета Министров СССР.
Уже в середине 1970-х гг. благодаря системным исследованиям и разработкам в Институте технической кибернетики АН БССР была создана необходимая научно-методологическая база и инфраструктура — Экспериментальный проектный центр коллективного пользования САПР общемашиностроительного применения, Республиканский фонд алгоритмов и программ автоматизированного проектирования и лаборатория производственного обучения. Это позволило существенно увеличить объемы внедрения САПР на промышленных предприятиях республики. Институт завоевывает авторитет и среди союзных министерств. В 1976 г. совместным решением Президиума АН БССР и Коллегии Министерства машиностроения СССР утверждается программа совместных исследований и разработок по созданию и внедрению САПР в отрасли. Для ее реализации в институте создается лаборатория САПР двойного подчинения (заведующий — Г.И. Солодкин).
В 1978 г. за комплекс работ по теории автоматизации проектирования в машиностроении группа ученых ИТК АН БССР была удостоена Государственной премии БССР (Е.В. Днепровский, А.Г. Ракович, О.И. Семенков, В.Д. Цветков и Н.А. Ярмош).
С середины 1970-х гг. на Гомельском заводе радиотехнологического оснащения (ГЗРТО) начинается освоение в серийном производстве комплексов АРМ на базе мини-ЭВМ типа СМ. Примерно в это же время в Минске в НИИ ЭВМ и на заводе им. Орджоникидзе стартует разработка и освоение массового производства отечественных персональных ЭВМ ЕС-1840 и ЕС-1841. Институт технической кибернетики АН БССР активно включается в создание не только программно-методических комплексов автоматизированного проектирования, но и гаммы технических средств машинной графики. В частности, достижения института в области разработки прецизионных и высоконадежных планшетов ввода графических данных (Г.И. Алексеев, Э.Н. Леонович) и комплексов АРМ-К, серийное производство которых было освоено отечественной промышленностью, во многом определили успех в решении проблем цифровой картографии.
К началу 1980-х гг. в институте была разработана и экспериментально апробирована концепция технологии сквозного конструк-торско-технологического проектирования в машиностроении (САПР-М) для наиболее массовых классов деталей машин общемашиностроительного применения. Системы на базе этой концепции получили название технологических линий САПР. Технология сквозного проектирования потребовала перехода от автономного использования комплексов АРМ к их сетевой организации в совокупности с достаточно производительными центральными ЭВМ типа ЕС.
В Институте технической кибернетики АН БССР создается один из самых мощных на начало 1980-х гг. вычислительных комплексов— САПР-М коллективного пользования, содержащий спарку ЭВМ ЕС-1060 и ряд специализированных комплексов АРМ, объединенных локальной вычислительной сетью.
Повышение требований к уровню автоматизации проектно-кон-структорских и технологических работ в отраслях промышленно-
сти и освоение производства новых мини-ЭВМ и ПЭВМ позволили приступить в конце 1980-х гг. к разработке нового поколения АРМ. Наряду с ведущими академическими и отраслевыми НИИ и КБ оборонных отраслей промышленности СССР в проекте «Программы разработки технических и программных средств базовых модификаций комплексов АРМ» были задействованы белорусские предприятия — НИИ ЭВМ, ГЗРТО, МНИПИ. Было предусмотрено начать серийное производство комплексов АРМ нового поколения уже в 1994 г.
Всего в программе были заложены разработка и освоение в производстве к 1994 г. пяти базовых модификаций комплексов АРМ на базе отечественных мини-ЭВМ и ПЭВМ. Однако этим планам не суждено было реализоваться из-за распада СССР.
Среди факторов, определивших современный облик информационных технологий автоматизированного проектирования, главными являются технологии сверхвысокопроизводительных вычислений, с одной стороны, и применение методов инженерии знаний и искусственного интеллекта в создании САПР — с другой. При разработке изделий суперкомпьютерные технологии делают возможным использование самых совершенных математических и имитационных моделей, позволяющих в реальном или ускоренном масштабе времени определять с высокой точностью различные показатели еще не созданных «в металле» машин и механизмов. Методами же искусственного интеллекта можно приблизиться к моделированию творческой деятельности инженера при решении им слабо структурированных и плохо формализуемых задач. Интеграция и системное использование этих факторов позволяют подойти к решению главной проблемы — переносу всего процесса проектирования жизненного цикла изделия и его разработки в виртуальную среду компьютера.
Цифровая картография
К середине 1970-х гг. потребности народного хозяйства и обороны страны выдвигают цифровую картографию и обработку космофотоснимков в число важнейших прикладных задач широчайшего спектра применения — от защиты окружающей среды и прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур до глобальной навигации и управления сверхточным оружием. Перед коллективом института были поставлены три научно-технические проблемы:
• разработка методов и технологий цифрового моделирования рельефа земной поверхности;
• создание банка цифровых картографических данных;
• содержательная обработка изображений земной поверхности из космоса с целью обновления и актуализации цифровых карт местности (ЦКМ) и осуществления операций зондирования и мониторинга.
Впервые в истории АН БССР академический институт брался за столь масштабную опытно-конструкторскую разработку, результаты которой должны были использоваться, в том числе, в системе обороны страны. За успешное выполнение этого задания в 1984 г.
Участники Всесоюзного координационного совещания по проблемам автоматизации проектирования знакомятся с разработками ИТК АН БССР. На переднем плане — вице-президент АН БССР академик Б.Н. Петров. 1978 г.
институт был награжден орденом Трудового Красного Знамени, а ведущие разработчики удостоены почетных званий лауреатов Государственной премии СССР (Б.С. Берегов, Г.Г. Маньшин, О.Г. Протопопов, О.И. Семенков, А.В. Старцев, А.К. Сутурин). В 1984 г. приказом министра обороны СССР созданный банк цифровых картографических данных после завершения государственных испытаний был принят на вооружение Советской Армии. Позднее системы этого класса получили название геоинформационных систем (ГИС).
В относительно короткий срок научно-технические разработки коллектива института позволили восстановить паритет СССР в одном из видов высокоточного стратегического оружия.
Обработка сигналов и изображений
Развитие теории и методов обработки сигналов и информации началось в Беларуси в середине 1960-х гг. В то время в Институте технической кибернетики АН БССР, Белорусском государственном университете, Минском радиотехническом институте, Минском высшем инженерном зенитно-ракетном училище начались исследования по созданию автоматизированных систем сбора и обработки информации и сигналов в различных прикладных областях — стендовые исследования динамики машин (П.М. Чего-лин, В.Н. Пойда), гидроакустика и виброакустический контроль состояния механических изделий (В.В. Изох, Е.И. Бовбель, В.И. Микулович), обработка случайных сигналов в ядернофизи-ческом эксперименте (А.Ф. Чернявский), методы и средства тра-екторных измерений (В.А. Чердынцев), синхронизация и поиск шумоподобных сигналов (Л.Л. Клюев, В.В. Лосев), радиолокационные станции и системы нового поколения (В.Я. Аверьянов, А.Е. Охрименко, Т.И. Шеломенцев), а также радиоэлектронные следящие системы (Г.Г. Сигалов, В.М. Артемьев). Во многом эти научные исследования и разработки в области теории обработки сигналов велись нескоординированно, а в ряде случаев были
закрытыми для широкой научной общественности. Тем не менее именно в тот период в Беларуси впервые в мире была создана разнесенная радиолокационная станция и первая в СССР автоматизированная система управления вибрационными испытаниями технических объектов.
Несмотря на всю специфику прикладных областей, ученые и специалисты осознавали настоятельную потребность в развитии единой теории, методов и технологий обработки сигналов независимо от их физической природы и типа используемых технических средств. Решение этой научной задачи в значительной степени способствовало бы проникновению информационных технологий в новые области приложений. Активное формирование математической теории сигналов и разработка методов их цифровой обработки послужило стимулом к созданию ряда новых информационных технологий в этой области. К началу 1990-х гг. теория и метод цифровой обработки сигналов уже включали следующие разделы: обнаружение сигналов, их анализ, фильтрация, восстановление, реконструкция, сжатие, кодирование, идентификация и распознавание.
Теория и методы обработки графических изображений и распознавания основных классов объектов графических документов получили дальнейшее развитие применительно к картографическим системам, системам навигации, технического зрения, робо-тотехническим системам, медицинской информатики и др. (С.В. Абламейко, В.В. Старовойтов, А.В. Тузиков, В.В. Анищенко). Создается уникальная технология производства цифровых карт на основе концепции объектно-ориентированной структуризации картографической информации (А.Н. Крючков). За достижения в этой области группа ученых в 2003 г. была удостоена Государственной премии Республики Беларусь (С.В. Абламейко, А.В. Тузиков, Р.Х. Садыхов, Ю.А. Харин, В.В. Старовойтов).
И многое другое
К сожалению, ряд весьма интересных и продуктивных сфер приложения методов информатики остался за рамками данной статьи. Например, многое можно было бы рассказать о перспективных технологиях в медицине. Разработанные ОИПИ НАН Беларуси информационные системы различного назначения в настоящее время эксплуатируются в большом числе медицинских учреждений. На базе внедренных разработок сотрудниками института начаты работы по созданию систем телемедицины. Активные исследования ведутся и во многих других областях.
Словом, можно констатировать: в нашей стране в области информационных технологий сделано и делается немало. Предстоит еще больше. Растущая зависимость промышленно развитых государств от уровня и эффективности использования технологий передачи и обработки информации обусловливает важность этого нового вида ресурсов в обеспечении национальной безопасности и достижении стратегических целей развития Беларуси.
