Sergey Alexeyevich Lebedev

Sergey Alexeyebich Lebedev 

Sergey A. Lebedev. Uno de los científicos mas productivos del siglo 20 en Europa. Sus primeros ordenadores a válvulas aparecieron en los años 50 y continuó hasta los 70 con los primeros superordenadores basados en circuitos integrados. Llego a diseñar hasta 15 computadoras, también trabajó en la electrificación de la URSS y durante la guerra fría creó el primer sistema defensivo anti balístico basado en misiles interceptores sin carga nuclear para intentar evitar una posible guerra nuclear entre USA y la URSS.

Sus ordenadores fueron los más rápidos de Europa y en muchos aspectos más avanzados que los de Estados Unidos.

Fue un científico desconocido debido a que no concedía entrevistas y casi todo su trabajo era secreto.

 

¿Quien és?

 Nacido el 2 de noviembre de 1902 en Nizhny Novgorod (región Volga central). De padres maestros, su madre venía de una antigua y acaudalada familia.

 Aun así dejó pronto a su familia para ir a enseñar a escuelas de niños de escasos recursos. Era la época de la liberalización, la revolución se acercaba y muchos jóvenes intelectuales se hacían profesores y científicos participando en el desarrollo de la cultura.

Su padre murió cuando todavía era muy joven y como su madre no podía con todo le envió a una escuela especial, una de las mejores del momento. Allí empezó a demostrar su potencial. Terminó y se graduó en una universidad pedagógica, ya que él siempre había querido ejercer de maestro. No obstante era muy activo y escribió gran cantidad de libros de temática política que tuvieron una gran difusión.

La casa de sus padres estaba repleta de libros. Y de allí sacó su afición al arte, la música (era un excelente pianista) y la cultura aunque ya de pequeño demostró que también se defendía con la electricidad. A una temprana edad construyó un dinamo y un condensador y tendió una instalación eléctrica por toda su casa.

La familia se trasladó a Moscú poco después de la revolución en octubre de 1917. Allí entró en la Escuela Técnica Superior de Moscú, N.E. Baumann o MHTS en inglés. En esta escuela se interesó sobre todo por la electricidad y demostró  que podía dar mucho más de si.

Era la época del crecimiento intensivo de la producción y uno de los objetivos de los científicos era como conseguir más energía para poder soportar este incremento de la producción. El profesor con el que hizo su proyecto final era Karl Adolfovich Krug, que estaba totalmente inmerso en este programa. Así, el proyecto final se centró en la investigación de la estabilidad del funcionamiento en paralelo de centrales de energía.

En abril de 1928 obtuvo su diploma de Ingeniero eléctrico. Su ex-profesor K.A. Krug le propuso continuar en la universidad para que diera conferencias y le ofreció un puesto en Instituto de Ingeniería Eléctrica de Leni o VEI en ruso.

El VEI había sido creado por Krug. Era el centro de investigación más grande de Rusia y allí se reunieron los mejores científicos del país.

Inició su carrera en el VEI como colaborador científico junior pero al poco tiempo ya estaba a cargo de su propio equipo de investigación. Después, el laboratorio pasó a llamarse Laboratorio de Redes Eléctricas.

En 1933 publicó el libro Stability of Parallel Operation of Electric Systems junto a A.S. Zhdanov. En 1935 fue nombrado profesor y en 1939 terminó su tesis recibiendo el grado de Doctor de Ciencias Técnicas.

Debido a sus capacidades se saltó el grado preliminar. Su tesis terminó en la creación de la teoría de la estabilidad artificial de los sistemas de producción y distribución de energía. Durante los siguientes 10 años estuvo a cargo del departamento de automática del VEI.

Dos colegas de departamento D.V.Scharnik y D.I. Maryanovskyi patentaron un sistema de control automático para laminadoras en caliente (11 años antes que en Estados Unidos). Lebedev, como jefe del departamento, apoyó y ayudó al proyecto. Finalmente el proyecto fue probado con éxito y sus colegas ganaron el premio de mejor inventor de la URSS. A Lebedev no se lo dieron, pero él nunca se interesó por los premios.

La guerra y sus primeros pasos en la informática

 

En los años 30 hubo una explosión en la producción y esto hizo que la investigación del sector eléctrico cobrara una gran importancia. Los proyectos de electricidad y de control requerían una gran cantidad de cálculos.

Por esta razón se comenzaron a construir dispositivos para modelado de redes eléctricas. Un ejemplo es una gran estructura basada en condensadores y bobinas que simulaba el funcionamiento de una gran línea de conexión de 9600MW y 1000 Km de longitud. Su comportamiento era como el de una gran computadora analógica.

En 1945 Lebedev creó el primer ordenador analógico de la URSS para agilizar estos cálculos y ciertas tareas militares. Esta máquina resolvía sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias.

Alexander Netushil era un alumno suyo que estaba haciendo con él su tesis. Quería hacer un contador de partículas elementales para trabajos de física basado en disparadores o flip-flops. Estos componentes eran la base para crear ordenadores digitales. Lebedev le apoyó y siguió sus progresos hasta el final, 1945 que fue el año en que se presentó. En esa época ya estaba empezando a gestarse en su cabeza el primer ordenador digital de la URSS.

Durante la guerra. Su mujer, Alisa Grigorevna recordaba que en 1941 Lebedev ya estaba realmente metido en la aritmética binaria, durante los bombardeos él se encerraba en un cuarto de baño sin ventanas y pasaba toda la noche escribiendo unos y ceros. Si no hubiera sido por esa guerra, habría tenido más tiempo y su primer ordenador se habría fabricado antes.

A finales de 1941 el VEI fue trasladado a los Urales. Allí se especializaron en satisfacer las urgentes necesidades de defensa. Su primer trabajo fue un estabilizador automático para los cañones de tanques. Así podían apuntar con precisión aunque estuvieran en movimiento. Por esto recibió la Bandera Roja del Trabajo y una medalla Por un valiente Trabajo durante la Gran Guerra Patriotica 1941-1945. Su siguiente diseño, una cabeza auto dirigida para torpedos lanzados desde el aire. Comenzaban las armas de precisión rusas.

Después de la guerra muchos científicos fueron a academias en Ucrania y Bielorrusia para ayudar en la recuperación de las zonas devastadas aportando sus conocimientos. En 1946 Lebedev fue a la Academia Ucraniana de Ciencias (AUC) por recomendación del académico Mikhail Lavrentev. Allí se hizo cargo de los estudios de energía.

Un año más tarde se dividió el instituto en dos.  Lebedev se hizo cargo del Instituto de Electrónica de Kiev. Él y su colega L.V. Tsukernik se encargaron de los sistemas de control de suministro de energía y dispositivos automáticos para dar mayor estabilidad a las plantas de energía. En 1950 les dieron el Premio del Estado.

MESM (Malaya Elektronnoy Schetnoy Mashiny). Sus inicios.

La guerra había terminado y las ciencias estaban en pleno auge en la URSS. Se empezaron a hacer estudios físicos sobre la energía nuclear y a construir cohetes. Ya era vital encontrar una manera de agilizar los cálculos y poder hacerlos de forma precisa y a gran escala.

Ya había algo de información sobre ordenadores en las publicaciones científicas y M.A. Lavrentev convenció a Lebedev de empezara a llevar a la práctica todo lo que había aprendido.

En otoño de 1948 comenzó a trabajar en la Pequeña Máquina de Calcular Electronica MESM. El primer paso era ver que operaciones tenía que poder hacer su máquina. Para eso se trajo a Kiev a matemáticos y físicos soviéticos.

Entre enero y marzo de 1949 hizo un seminario para establecer la base teórica de su ordenador. Allí se juntaron un gran grupo de expertos. Todo comenzó por un diagrama de bloques que él mismo había hecho. Hacia finales de año estaba todo calculado y diseñado, el año siguiente comenzó a construirse en un suburbio de Kiev.

Historia del MESM

El lugar elegido para la construcción fue un ex-monasterio en Feofania. Después de la revolución de 1917 el monasterio fue cerrado y transformado en un psiquiátrico. Durante la ocupación nazi mataron a todos los pacientes y lo convirtieron en un hospital militar. Durante la guerra de 1944 fue parcialmente destruido y antes de empezar a trabajar tuvieron que reconstruirlo. Una vez terminado lo bautizaron como Laboratorio de Simulación y Modificaciones.

Todo el proceso de creación del MESM, desde 1948 fue de alto secreto. El equipo constaba de  27 miembros. 12 ingenieros y científicos y el resto asistentes.

El 6 de noviembre de 1950 el MESM hizo su primer cálculo:

+ Y = 0;Y(0) = 0;Y(π) = 0

 El 4 de enero del año siguiente se calculó una sucesión de números impares del factorial de un número y elevación a la potencia. El 25 de diciembre de ese mismo año se comenzó a utilizar a pleno rendimiento.

Su diseño está basado en los principios de Von Neumann. Tanto los datos como el programa se almacenaban en memoria y se utilizaba el sistema binario para codificar los datos.

Fue el primer ordenador del mundo que podía trabajar en paralelo. Tenía aritmética de punto fijo de 16 bits más uno de signo.

El formato de instrucción era de 3 direcciones. Constaba de 20 bits por comando: 4 para el código de operación, los 5 siguientes la dirección del primer operando, los 6 siguientes para el siguiente operando y el resto la dirección para guardar el resultado.

Estaba formado por 6000 válvulas. 2500 de ellas eran triodos y 1500 diodos. Su consumo era de 25KW sin contar la refrigeración, esta consumía casi lo mismo que la máquina y tuvieron que desmontar los techos de la habitación para hacer espacio. Solo el MESM ocupaba 60 metros cuadrados.

 La memoria operativa estaba basada en biestables con 31 dígitos para datos y 63 para comandos.

Podía: sumar, restar, multiplicar, dividir, desplazar, hacer comparación con signo y absoluta, redireccionamiento y parada. La velocidad era de 17.6ms para operaciones básicas y 17.6 a 20.8ms para dividir.

Podía utilizar tarjetas perforadas y bobina magnética con capacidad para 5000 comandos. La salida de datos era por medio de una imprenta electromecánica o con un dispositivo fotográfico en una cinta fotográfica.

Pero esto solo fue el principio de la informática rusa. Después Lebedev siguió trabajando en nuevos proyectos…

Máquina de calcular electrónica de alta velocidad. BESM

BESM es una serie de ordenadores de gran tamaño de propósito general. Utilizados para cálculos de ingeniería aeroespacial, energía nuclear y economía.

Los primeros modelos fueron construidos con válvulas y los últimos con semiconductores.

Se terminó de construir en 1952 y empezó a trabajar en 1953. En principio su rendimiento no fue el esperado, ya que debido a la falta de recursos no pudieron utilizar válvulas  basadas en el tubo Williams para la RAM. Estas eran las más rápidas del momento.

En 1955 se implementó con las válvulas nuevas y con núcleos de ferritas llegando a 10000 operaciones por segundo. En 1956 el BESM era el ordenador más rápido de Europa y se utilizaba en los inicios de la carrera espacial soviética.

Tenía palabras de 39 bits y una unidad aritmético lógica que trabajaba en paralelo con palabras de 32 bits para mantisa, 1 de signo, 5 de exponente y otro para el signo del exponente. El formato de instrucción se amplió a 39 bits con punteros de 11 bits para direccionar hasta 2048 posiciones de memoria. Cubría un rango de -9·109 hasta 10·1010 con una exactitud de 9 cifras decimales.

Ahora contaba con una memoria ROM de 1024 basada en diodos semiconductores. 4 unidades de cinta de 30000 palabras y un tambor magnético de dos unidades de 5120 palabras, lector de cintas perforadas e impresoras.

Aunque tenía un gran potencial solo se construyó una unidad, fue rápidamente substituido por el siguiente modelo.

M-20

Antes de ponerse a trabajar en el diseño del BESM-2, Levedeb se puso a trabajar en un nuevo proyecto, el M-20. El objetivo era llegar a los 20000 cálculos por segundo.

Para aumentar el rendimiento se diseñó un nuevo set de instrucciones con modificación automática de de las direcciones y aritmética de índices. También se multiplexaban la ALU con la lectura de nuevas instrucciones y se superponía la salida de datos con la salida de la ALU.

Otra optimización fue el principio de pulso. Esto daba una gran confiabilidad a la máquina y se empezó a utilizar en cálculos críticos.

Era muy fácil de programar. Se creó la asociación de usuarios del M-20 en la que se intercambiaban programas y estudios. Debido a esto se convirtió en una máquina realmente popular.

Esta máquina es mucho más grande que el MESM. Ocupa de 170 a 200 metros cuadrados llegando a 667 Khz de velocidad y siendo el segundo ordenador más rápido por detrás del IBM-704.

Durante la construcción del resto de modelos BESM se hicieron el M-40 y el M-50.

Esta serie de ordenadores fue muy importante para el sistema militar ruso, como muestra un botón:

El 4 de Marzo de 1961 el M-50 intercepto un misil ICBM de prueba exitosamente al primer disparo. El misil fue detectado a 1500 Km de la zona de pruebas. La habilidad de la URSS para destruir armas nucleares sin utilizarlas llevó a los Estados Unidos a firmar en 1972 un tratado de limitación de armas nucleares.

Una de las hijas de Lebedev le preguntó por qué hacia ordenadores para los militares a lo que él respondió: “Los hago para poder evitar la guerra”.

BESM-2

El primer ordenador fabricado en masa en la URSS. Comenzaron a producirlos en 1958 hasta 1962 y sacaron 67 unidades. Era una versión evolucionada del primer modelo. Orientado al uso civil y científico. Fue utilizado en la carrera espacial, la bandera de la URSS llego a la luna gracias a una de estas unidades y (como veremos más adelante) también se usó para diseñar el BESM-6.

Utilizaba menos tubos de vacío y la memoria era toda de ferrita. 2048 palabras por núcleo, con 200000 núcleos. Ahora hacía 20000 cálculos por segundo con palabras de 39 bits. Además era el primer modelo que utilizaba bloques intercambiables con lo que se podía reparar y ampliar con gran facilidad.

BESM-3 y 4

En 1964 llegaron los primeros transistores a la URSS y primero se construyó el BESM-3M aunque no estaba compuesto íntegramente con semiconductores. Esto llegó con el 4 modelo basado en el M-20.

Esta máquina fue muy popular debido a que era muy fiable, económica y sobre todo pequeña. Fueron construidas 30 unidades.

Para esta máquina existen 3 compiladores: ALGOL-60, Fortran y Compiler. Además de 2 ensambladores distintos.

Llegaba a 20000 operaciones por segundo, con una RAM de más de 8000 palabras de 45 bits.

En 1968 un grupo de matemáticos y físicos rusos crearon un programa cuyo resultado era un gato que se movía por la pantalla con el BESM-4.

Se imprimieron cientos de fotogramas para ser utilizados como material para películas, comenzaba el CGI en la URSS.

BESM-6. La segunda generación de superordenadores soviéticos

El objetivo ahora era llegar al millón de operaciones por segundo. Por este proyecto ganaron el Premio de Estado Soviético.

En 1965 ya estaba todo listo y se comenzó la producción en serie en 1968 hasta 1987 con 300 unidades vendidas. Durante esos años se hicieron mejoras en el diseño inicial.

Primero se diseñó de forma virtual expresando todos sus elementos de algebra booleana. Esto se hizo con una BESM-2. Fue la primera vez que un ordenador sirvió para diseñar otro.

Fue utilizado investigaciones de simulación física, robótica, visión por ordenador y desarrollo de software.

Formado por 60000 transistores y 180000 diodos los componentes se juntaron en circuitos integrados.

Con una velocidad de 10MHz y una RAM de 32000 palabras de 50 bits, ampliada a 128000 palabras. Procesaba en paralelo, tenía aritmética en punto flotante y trabajaba con algoritmos especiales para acelerar ciertos cálculos, una especie de aceleración por software y en parte por hardware.

Todas las unidades trabajaban de forma asíncrona por medio de buffers y se incluyó memoria cache.

Podía ejecutar 14 instrucciones a la vez por medio de un sistema de segmentación en cauce y podía funcionar en modo multiprograma pudiendo resolver a la vez varios problemas según la prioridad establecida.

Se dijo que se habían basado en el ordenador americano CDC-1604 porque utilizaban el mismo bus de direcciones e instrucciones, la codificación de carácteres… Pero al compararlos quedaba claro que no era así.

La serie 5Exx

Aunque esta serie empezó  a fabricarse en la época de los BESM el último ordenador diseñado por Lebedev fue parte de ella. De esta serie hay muy poca información porque se utilizó sobre todo para sistemas militares, de hecho no hay ni fotos.

El primero fue el 5E92 en el año 1963. Utilizaba núcleos ferrita-transistor y sus aplicaciones eran de control y equipos de grabación. El siguiente modelo 5E92b en 1965 solo utilizaría transistores. Este nuevo ordenador fue la base del HCDH, el sistema de defensa antimisiles soviético.

En 1970 el modelo 5E65 fue un sistema móvil para hacer investigación de campo en tiempo real. Era una máquina muy estable y efectiva que utilizaba palabras de tamaño variable y una nueva organización de la unidad aritmético lógica. También se utilizaba para navegación aérea por radio y equipos de medida en la atmosfera y el espacio.

En 1973 se presentó una nueva modificación, el 5E67. Un complejo móvil multicomputadora. Un complicado equipo que podía trabajar en condiciones extremas para hacer medidas en las capas altas de la atmosfera.

Su último trabajo fue el modelo 5E26. Era el primer sistema multiprocesador móvil con memoria modular. También fue el primer sistema que tenia copia de seguridad automática. Además, trabajaba en tiempo real y tenía la posibilidad de utilizar lenguajes de alto nivel.

Este sistema tenia memoria no volátil y comandos para reescribir sus datos mediante sistemas eléctricos externos. Se introdujo un sistema de operación con una célula de errores de dos niveles, con esto se conseguía recuperar los datos de una manera más fácil en caso de que hubiera fallos.

El 5E26 fue la base para la creación del superordenador Elbrus utilizado en el sistema de defensa soviético. Aunque el nombre fue propuesto por Lebedev nunca llegó a trabajar en él ya que murió el 3 de julio de 1973 en Moscú.

En 1996 recibió un premio póstumo. Fue galardonado con la medalla Charles Babbage “pionero de la computación”. En esta hay una inscripción en la que se puede leer: La sociedad de la computación IEEE reconoce a Sergei Alekseevich Lebedev. Fundador de la industria soviética de la computación.

Más información

http://youtu.be/VVun0TYsv00   (Hay que pulsar el botón de subtítulos para leerlos).

http://vei.ru/index.php?option=com_frontpage&Itemid=1

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