Сто лет в одни сутки

На большой скорости машина проскакивает тихую улицу Димитрова и вылетает на шумную площадь. Нетерпеливая минута ожидания у светофора кажется чуть ли не часом. Но вот светофор мигнул зеленым огоньком, и мы уже мчимся по Ленинскому проспекту.

Сразу же за непривычным обликом здания ВЦСПС на противоположной стороне шоссе останавливаемся у высокой чугунной ограды. За ней небольшие трехэтажные дома простой строгой архитектуры. Здесь целый математический комбинат. Вот Институт точной механики и вычислительной техники, Математический институт имени Стеклова, а чуть подальше Вычислительный центр. Все это крупнейшие в стране научные учреждения - математический мозг Академии наук.

В институте имени Стеклова трудятся видные ученые страны, работающие над сложнейшими математическими проблемами. В Институте точной механики и вычислительной техники создают машины, с помощью которых ведется молниеносный счет. В Вычислительном центре - своеобразной фабрике счета - перерабатывается сырье особого сорта: уравнения, формулы и данные, необходимые для вычислений.

Пройдемся по тихим кабинетам и светлым, большим залам Вычислительного центра, и перед нами предстанет могучий арсенал современных вычислительных средств.

Мы увидим здесь разнообразные агрегаты: от небольшого настольного oавтоматического арифмометра до мощной быстродействующей электронной машины, от простейших математических инструментов до сложных электронных моделирующих устройств.

Представьте себе, что в один из дней будущего в кабинете директора Вычислительного центра собрались ученые разных специальностей и математики-вычислители. Стены увешаны громадными листами ватмана с многоэтажными формулами, графиками и схемами.

Все внимательно слушают сообщение о проекте нового ракетного самолета, который будет способен совершить беспосадочный полет вокруг земного шара.

Самолет поднимается на высоту 100 километров и, достигнув скорости около 3 тысяч километров в час, начнет планировать с такой высоты, выключив двигатель. Пройдет всего несколько часов после взлета, и ракетоплан, обогнув земной шар, вернется к месту старта.

Чтобы построить ракетный летательный аппарат и рассчитать траекторию его полета, надо сделать много математических выкладок, а для этого приходится выполнять очень большую и трудоемкую вычислительную работу. Нужно получить множество данных, и среди них такие сложные, как расчет запасов горючего при разных условиях полета, высоту подъема, скорость движения, не говоря о многих других, не столь важных, но без которых ракетоплан не может быть выпущен даже в пробный полет.

Невольно возникает вопрос: чем вызвано усложнение расчетов? Ведь оно, без сомнения, приведет к огромному увеличению вычислительных работ.

- Знаем, - не задумываясь, ответят проектировщики. - Но на больших высотах и скоростях мы вынуждены учитывать такие факторы, которые не принимаются во внимание при полете в тропосфере.

На высоте 50-60 километров нужно считаться с изменениями ускорения силы тяжести. При выполнении навигационных расчетов на дальностях полета свыше 10-15 тысяч километров приходится также учитывать вращение Земли. Надо постоянно помнить, что ракетоплан, летящий в стратосфере, почти теряет управляемость, а при спуске в распоряжении пилота будет мало времени для того, чтобы выбрать подходящее место для посадки.

Если рассчитывать траектории по более простым уравнениям и не принимать во внимание все сказанное, то полеты практически совершать нельзя.

Конечно, здесь вряд ли возникнет ситуация, в которой оказались герои романа Жюля Верна, не попавшие на Луну из-за ошибки в расчете. Трансконтинентальный самолет не межпланетная ракета, но тем не менее и на Земле упрощение в расчетах может привести к очень неприятным последствиям. Чтобы их избежать, необходимо проделать огромное количество вычислений.

Следует иметь в виду, что придется проводить проверку расчетов и двигателя, и конструкции самолета, и аппаратуры. Все это гигантская по объему работа. Надо выполнить около 50 миллионов арифметических действий.

Опытные вычислители на автоматических арифмометрах делали бы их несколько лет. А сколько еще займет времени доработка, проверка, контроль...

Вот почему с таким вниманием обсуждается каждый вариант, который надо "просчитать", каждый узел, который надо "взвесить" в числах.

Здесь в первую очередь выясняется, как решить сложную задачу, предлагаемую проектировщиками. Вычислителям надо распланировать, в какие цехи и что направить для вычислений, надо правильно установить требования к точности вычислений, определить сроки отдельных этапов работы. Очень важно при громоздких расчетах обеспечить связь между процессами вычисления и контроль результатов.

...Мы идем по цехам "фабрики счета". Вот отдел клавишных счетных машин. Он очень напохминает большое машинописное бюро. На специально приспособленных столиках стоят автоматические арифмометры. Внешне они похожи на пишущие машинки.

По разноцветным клавишам проворно бегают пальцы оператора. Он набирает числа-слагаемые или сомножители, делимые или делитель. Нажимая на тот или иной клавиш управления, оператор заставляет машину автоматически производить требуемую арифметическую операцию. Слышен короткий шум электромотора, вращающихся зубчатых колес, и вот уже результат появился на счетчике арифмометра. Оператор списывает результат на бланк, и вновь его пальцы на клавишах машины.

Напряжен и утомителен труд вычислителя, работающего на арифмометре. Чтобы произвести в течение рабочего дня 1600 - 2 000 арифметических операций, ему нужно каждые двадцать секунд набирать новые числа и списывать на бланк результаты.

Отдел клавишных машин в Вычислительном центре, подобно экспериментальной мастерской при цехе с автоматической поточной линией, носит вспомогательный характер. Здесь математики, подготавливающие технологический процесс для производства массовых вычислений, проводят всю предварительную работу. Они проверяют различные этапы технологического процесса, требуемую точность вычисления, как бы апробируют длинный путь от уравнений и формул до таблиц чисел.

Только после этого в основных цехах - отделах - "фабрики счета" на мощных вычислительных машинах начинается "поточное производство" чисел.

В отделе счетно-перфорационных машин нас охватывает ровный гул моторов, щелканье сотен реле и ритмический стук, словно здесь работают ткацкие станки. Во всю длину обширного зала в несколько рядов стоят большие и малые машины. Их механизмы скрыты под темными матовыми кожухами.

Вращаются валики с намотанными рулонами бумаги. Ровными длинными строчками ложатся на них цифры. Непрерывно в течение суток через каждые полсекунды появляется новая строчка.

Вокруг машин ходят операторы в белых халатах. Они с интервалами в три-пять минут закладывают в приемники машин пачки картонных карточек с отверстиями, образующими причудливый узор.

Машины с огромной скоростью глотают карточки. Специальное устройство ощупывает отверстия на них. Мы знаем, что на "языке" машин отверстия обозначают числа.

Числа сортируются, складываются и выносятся на рулон бумаги в виде готового результата.

В главном цехе Вычислительного центра стоит основной счетный агрегат - быстродействующая электронная машина.

Входя в зал, где размещен этот математический робот, ожидаешь встретить поражающий воображение арифмометр-гигант, целую числовую фабрику, ждешь чего-то необыкновенного. Но удивляешься до обиды будничной картине.

Справа, вдоль зала, длинные шкафы - ряды стоек с однообразными, скучно повторяющими друг друга устройствами. От них в лицо веет теплом. Чувствуется запах нагревшихся радиодеталей, такой же, как от долго работающего телевизора или радиоприемника.

В стеклянных шкафах видны отдельные блоки, разделенные на множество ячеек. Кажется, что находишься на складе радиоаппаратуры, где взяли две-три сотни радиоприемников, сняли с них футляры и поставили в светлых металлических шкафах один на другой, опутав каждый густой паутиной проводов.

В других шкафах виднеются знакомые части телевизоров. И там и здесь бесконечная вереница электронных ламп, электромагнитных реле, конденсаторов, сопротивлений, трансформаторов.

Здесь можно увидеть также магнитофоны, дешифраторы, телетайпы. Непостижимо сложным кажется хитроумное сплетение проводов, соединяющих все это в единый точно и согласованно работающий механизм.

Пройдем вдоль строек в конец зала. Может быть, увидим совершенно другие устройства. Нет, только убеждаемся, что в этом зале царство однообразия.

Итак, мы видим, что здесь собраны известные и широко применяемые приборы. Однако их новое и сложное сочетание друг с другом позволило создать удивительную машину, обладающую новыми свойствами.

Если в радиоприемнике десяток радиоламп настолько усиливает наш слух, что мы слышим весь мир, полтора-два десятка электронных ламп и электронно-лучевая трубка телевизора так обостряют наше зрение, что мы видим происходящее за сотню-другую километров, то что же тогда может сделать тысячеламповый гигант, стоящий перед нами?!

Необходимо рассчитать траекторию полета снаряда. Опытные вычислители будут очень долго трудиться, а машина даст результат быстрее, чем снаряд долетит до цели.

Для Международного астрономического календаря за несколько дней машина подсчитала орбиты движения около семисот малых планет солнечной системы, с учетом воздействия на них Юпитера и Сатурна. На десять лет вперед определив их координаты, она точно высчитала, где они будут находиться через каждые сорок дней. Такие данные - находка для астрономов.

При составлении геодезических карт надо решать очень сложные задачи. Одну из них - с восемьюстами уравнениями - машина решила за пятнадцать часов. Раньше над ней трудилась бы много месяцев армия вычислителей.

Прежде на определение формы наиболее крутых неосы-пающихся откосов каналов уходили месяцы труда пятнадцати вычислителей. А теперь машина подсчитывает десять вариантов за три часа.

Быстро перерабатывая миллиарды чисел, машина помогает рассчитывать наивыгоднейшую конструкцию моста, наилучшую форму крыла самолета, лопаток турбины, сопла реак-тизного двигателя.

Армия вычислителей и одна машина! Там, где раньше над арифмометрами гнули спины множество людей, работают электроны.

Если мы сравним производительность счетного агрегата и человека, то нам не найти лучшей аналогии, чем одинокий землекоп с лопатой и землеройный гигант - шагающий экскаватор, одним броском ковша откидывающий десятки кубометров земли. Только экскаватор освободи^ мышцы тысяч людей от тяжелой физической работы, а электронная машина избавила мозг тысяч вычислителей от бездумного однообразного счета.

Одна быстродействующая электронная машица замеряет армию вычислителей. Чтобы только обеспечить их рабочим местом, надо было бы построить десяток многоэтажных зданий. Экономия, которую вычислительные машины дают народному хозяйству, исчисляется многими миллионами рублер.

Нам осталось еще посетить отдел моделирующих устройств Вычислительного центра, и тогда знакомство с его производственными цехами будет окончено.

Первое, что бросается здесь в глаза, - это разнообразие форм моделирующих машин. Рядом стоят и небольшой стол с вертикальной панелью, составленной из ячеек, похожих на пчелиные соты, и моделирующее устройство, сложенное из нескольких десятков блоков, как складываются из кубиков детские сооружения в игре "Строитель", и большой шкаф высотой до двух метров с электронными устройствами весом около полутора тонн, и еще более внушительная электра-моделирующая установка, в комплект которой входит шесть больших шкафов.

Вот вертикальная панель моделирующей машины. Она разбита на множество квадратиков. В нрх электрические сопротивления. Подбирая их, можно построить электрическую модель исследуемого явления и наблюдать происходящие в нем процессы.

Электронные модели по праву занимают почетное место среди математических машин. В них и скорость решения задачи, и простота их подготовки для этого, и оперативность моделирующей машину.

Неустанное движение светлой змейки на зеленоватом экране осциллографа как 6bi говорит о тех поистине сказочных возможностях, которые дают моделирующие устройства: наблюдение динамического явления во времени, даже такого сложного, как движение тока в электрокабелях, или все изменения, которые будет испытывать вал авиационного двигателя при постепенном увеличении числз оборотов.

Действительно, что может быть удивительнее, чем возможность видетр решецие задачи одновременно с тем, как эта задача задается? Поистире здесь математика обхрдитер без вычислений. Это своего рода моментальная математическая фотография любого процесса д природе, который можно выразить дифференциальным уравнением.

Вот почему это средство исследования Вычислительный центр взял себе на вооружение.

И отдел автоматических арифмометров, и цех счетно-перфорационных машин, и вычислительный быстродействующий агрегат, и ртдел математики без вычислений - все это составные звенья одного огромного механизма, призванного решать очень серьезные задачи.

Достаточно сказать, что если раньше расчет, который требовал, допустим, одного месяца труда вычислителя, для большинства конструкторских бюро считался неприемлемым, то теперь математики считают простой задачу, требующую ста лет работы. Ну что стоит ее выполнить быстродействующей электронной машине? Всего сутки работы.

Сто лет в одна сутки

Сутки вместо ста лет. Понятно, почему вычислительные центры образно называют учреждениями, где сто лет превращаются в сутки. Такое сокращение времени позволило отказаться от упрощения расчетов в научно-исследовательской работе, повысить роль вычислений и перейти к ним даже в тех областях, где раньше пользовались одним только экспериментом.

В Вычислительный центр Академии наук обращаются и Пулковская обсерватория, и Центральный рнститут прогнозов, и множество других организаций. Велик здесь объем работы. Только в 1955 году проведено столько расчетов, что для их выполнения штату вы-числителей в 1Q тысяч человек потребовалась бы не менее 20 лет.

Подобные центры созданы теперь в академиях наук Украины, Грузии, Белоруссии и во многих других научных учреждениях.

Очень мощный вычислительный центр будет создан на берегу будущего Обского моря, где строится научный городок Сибирского отделения Академии наук СССР. В новом центре предполагается установить четыре быстродействующие машины. Они должны обеспечить потребности научных учреждений и промышленных предприятий Сибири.

Машинная математика проникает теперь во все области научной и хозяйственной работы. Вычислительные бюро создаются на заводах и в лабораториях, в институтах и в министерствах. Электронные машины заработали в Объединенном институте ядерных исследований и в Московском государственном университете, в Энергетическом институте и в Московском высшем техническом училище.

Скоро будут пущены фабрики счета при статистических управлениях во всех областях, краях и республиках страны, где организованы советы народного хозяйства. При Центральном Статистическом Управлении СССР и статистических управлениях республик, в которые входит по нескольку экономических районов, будут работать центральные машинно-счетные станции - мощные фабрики по переработке целых Гималайских гор из цифр и чисел.

Расчеты показывают, что в ближайшие годы стране надо будет организовать 200 вычислительных центров научно-технического и экономического профилей.

Уже не единицы или десятки, а сотни и тысячи быстродействующих вычислительных агрегатов нужны для оснащения техникой больших и малых вычислительных центров, счетных станций, бюро и отделов.

Где же взять столько сложных, дорогих машин?