Юрий Ревич. Неприсоединившийся

Н иколай Петрович Брусенцов родился в 1925 году. В молодости увлекался музыкой, даже отучился год в Киевской филармонии. В 1943 попал радистом на фронт. Весьма характерно для нашей армии во все времена ее существования: его не взяли в пехоту, найдя нарушения в сердечной деятельности, но радиостанцию в 15 кг таскать позволили. После войны он закончил тот самый радиотехнический факультет МЭИ, из стен которого вышли многие известные советские конструкторы вычислительной техники - Н.Я. Матюхин, М.А. Карцев и другие.

Оказавшись по распределению в СКБ МГУ, он сначала маялся - не было интересной работы. Как-то он случайно встретил Карцева, который к тому времени уже вовсю работал в группе И.С.Брука , и тот сумел устроить Брусенцову экскурсию в помещение, где находилась новое, строго засекреченное творение И.С.Брука - вычислительная машина М-2. Брусенцов был поражен (как он сам рассказывает - " таких больших устройств я прежде никогда не видел... "), и с тех пор вычислительная техника стала его призванием. Он рассказал о машине зав. кафедрой вычислительной математики МГУ, выдающемуся математику С.Л.Соболеву, и тот устроил ему командировку в лабораторию И.С.Брука для освоения машины с перспективой ее последующего перемещения в МГУ. Но тут еще раз вмешалась судьба. Соболев на выборах в Академию Наук 1953 года проголосовал не за Брука, а за другого весьма достойного кандидата - С.А.Лебедева. Брук обиделся (Исаак Семенович, кстати, так навсегда и остался членкором) и отказался от передачи М-2 в ведение МГУ. Тогда возникла идея самостоятельной разработки малой ЭВМ специально для использования в учебных заведениях. Для изучения практики конструирования ЭВМ Брусенцов был откомандирован в другую секретную лабораторию - в ИТМ и ВТ АН СССР, ведомство С.А.Лебедева.

Во всей этой истории много случайного - не поссорься И.С.Брук с Соболевым - не возникло бы необходимости самим изобретать, не имей Соболев связей для доступа в секретные лаборатории - скорее всего, пришлось бы размещать заказ на стороне, и сюжет получил бы совсем иное развитие. Впрочем, гадать "что было бы" - занятие неблагодарное. А для того, чтобы оценить всю оригинальность изобретения Брусенцова, придется углубиться в некоторые технические подробности.

При разработке первых компьютеров перед конструкторами встал вопрос об экономичности систем счисления с различными основаниями. Под экономичностью системы понимается тот запас чисел, который можно записать с помощью данного количества знаков. Чтобы записать 1000 чисел (от 0 до 999) в десятичной системе, нужно 30 знаков (по десять в каждом разряде), а в двоичной системе с помощью 30 знаков можно записать 2 15 =32768 чисел, что гораздо больше 1000. То есть двоичная система явно экономичнее десятичной. В общем случае, если взять n знаков в системе с основанием x , то количество чисел, которые при этом можно записать, будет равно x n/x . Легко найти максимум такой функции, который будет равен иррациональному числу е =2.718282.... Но поскольку система с основанием е может существовать только в воображении математиков, то самой экономичной считается система счисления с основанием 3, ближайшим к числу е . В компьютере, работающем по такой системе, число элементов, необходимых для представления числа определенной разрядности, минимально. Но в силу ряда причин для компьютеров была выбрана двоичная система, что и постулировано в так называемых "принципах фон Неймана", ставших догмой для всех разработчиков компьютеров с 50-х годов и до наших дней. Не будем углубляться в перечисление всех причин, заметим только, что одной из главных было совпадение поведения обычных переключателей в электрических цепях с операциями математической логики (булевой алгебры), это было установлено Клодом Шенноном в его магистерской диссертации в 1938 году. Второй причиной была чрезвычайная техническая простота реализации этих переключателей - вентилей - на электронных компонентах - лампах и транзисторах.

Но Брусенцов с этим не согласился. Коли троичная система является самой экономной, так что мешает строить компьютеры на ее основе? Ознакомившись с разработками в ИВМ и ВТ, он счел их весьма слабыми " в электротехническом отношении " и предложил использовать троичную систему. Свою роль тут сыграл и оригинальный выбор элементной базы. Следует учесть, что тогда, в середине 50-х, все уже прекрасно понимали несовершенство электронных ламп, в силу их крайней ненадежности, громоздкости и большой энергоемкости (потребление типичного компьютера в 100 кВт никого не удивляло). Вместе с тем куда более экономичные и надежные транзисторы, особенно в СССР, еще не могли получить достаточно широкого распространения. Поэтому Брусенцов предложил строить компьютер на основе магнитных усилителей на ферритовых сердечниках. А на последних реализовать троичную систему (три состояния: 1,0,-1, или ток в прямом направлении, нет тока, ток в обратном направлении) было крайне просто. Оцените смелость руководства, в первую очередь самого Соболева - ЭВМ к тому моменту все же строились уже дет десять и никто в мире ничего такого не придумал. А тут - недавний выпускник института предлагает нечто, идущее вовсе вразрез со всем накопленным мировым опытом! Но все же троичная машина была построена и запущена в 1958 году. Назвали ее "Сетунь". В 1962-64 гг. по постановлению Совмина она выпускалась серийно Казанским заводом математических машин.

Это без всяких преувеличений была удивительная машина. Во-первых, все участники событий единодушно вспоминают, что она заработала всего через десять дней после начала отладки - случай по тем временам невероятный. Во-вторых, она отличалась фантастической надежностью - тот самый опытный образец, который был запущен в 1958 в лаборатории Брусенцова, проработал практически без ремонта 15 лет! Из 4 тыс. использованных в нем пороговых элементов - быстродействующих магнитных усилителей - были заменены вследствие отказов только 3 элемента (все - на первом году эксплуатации). В третьих, это была, вероятно, первая в истории техники ЭВМ, претендующая называться машиной с настоящей RISC-архитектурой - то есть машиной с сокращенным набором команд (их было всего 24), что в совокупности с троичным принципом работы обеспечивало значительную гибкость в программировании.

Троичные единицы информации - названные по аналогии с битом тритами - складывались в трайты (троичные байты). Каждый трайт состоял из шести тритов, что примерно соответствовало разрядности в 9,5 бит в двоичной системе. Машинное слово в памяти "Сетуни" занимало 9 тритов, что укладывалось в диапазон чисел от -9841 до 9841. Оказалось, кроме всего прочего, что троичная арифметика много проще двоичной в той части, которая касается операций с отрицательными числами. При представлении отрицательного числа в двоичном виде используется т.н. дополнительный код, что приводит к неоднозначности: например, трехразрядное число 111 обычно означает 7, но при использовании дополнительного кода это будет уже не 7, а -1 (т.е. тремя разрядами можно описать либо числа от 0 до 7, либо от -3 до 3, причем каждый раз нужно точно договариваться, что имеется в виду). В троичной арифметике все эти трудности исключены - в ней сразу заложена числовая ось в отрицательной и положительной области. То же касается и некоторых логических операций - например, программа ветвления по знаку на троичной машине примерно в два раза короче, чем на двоичной. Но довольно технических подробностей - лучше попытаемся понять, почему же столь удобная, надежная и, кстати, весьма дешевая в изготовлении машина была выпущена всего в количестве сотни экземпляров? И почему у Брусенцова не было последователей, и "Сетунь" осталась в истории компьютеростроения все-таки лишь историческим курьезом?

Некоторые причины, которые называют сами разработчики - вполне привходящие. Например, утверждается, что Казанский завод не был заинтересован в выпуске машин именно в силу их дешевизны, ему было попросту невыгодно их делать. Не уверен, что это обстоятельство было существенным в условиях "плановой социалистической экономики" - как известно, советским заводам в те времена было всего выгоднее не делать вообще ничего, и в этом смысле Брусенцов сотоварищи не находился в каких-то особых условиях. Также несостоятельным представляется довод об инерционности мышления разработчиков, привыкших к двоичной системе и затвердивших принципы фон Неймана, как вечернюю молитву - не сразу, так через пару лет, не у нас, так на западе, идея бы пробила себе дорогу обязательно. Все что может случится, случается, гласит известный физический закон.

Главным было все же иное. Начиналась эра микросхем, все эти магнитные усилители на ферритовых кольцах отошли далеко в прошлое. В этом мире формула Брусенцова - простота и дешевизна конструкции за счет усложнения самих элементов - не работала. В микросхему ничего не стоит засунуть типовых двоичных вентилей на десяток-другой (или на тысчонку-другую) побольше, главное, чтобы все работало надежно и без сбоев. Между тем, реализация надежных троичных элементов на полупроводниках все же заметно сложнее, чем двоичных, как и проведение операций по распознаванию трех уровней напряжения. Кроме того, налицо вмешательство теории информации, где именно бит (а никакой не трит) есть мельчайшая и неделимая мера всего. И передавать данные лучше по принципу "есть напряжение - нет напряжения", так получается и проще и надежней.

Но работы Николая Петровича Брусенцова все же имеют значение не только историческое. Кому-то надо было пройти и по этому пути, вспомним приведенный выше закон. И старушку "Сетунь" знают во всем мире - наравне с ЭНИАКОм и "Колоссусом" она вошла в золотой фонд мировых достижений творцов компьютерной техники.