К 80-летию МИФИ: Инженер должен уметь делать все своими руками

Заканчивая юбилейный год нашего университета, мы публикуем рассказ об одной из старейших кафедр вуза – кафедре № 12 «Компьютерные системы и технологии». Созданная в начале 1950-х годов, она до сих пор выпускает самых востребованных специалистов – в связи с санкционными ограничениями грамотные инженеры-системотехники нужны в отечественной компьютерной отрасли как никогда.

Первый выпуск кафедры, 1957 год

11 мая 1951 года вышло Постановление Совета Министров СССР за номером 1583-791сс «Об организации в Московском механическом институте подготовки специалистов по проектированию, строительству и эксплуатации математических машин» и уже 18 мая 1951 года на механико-технологическом факультете ММИ была образована кафедра, получившая название «Математические счетно-решающие приборы и устройства». Кафедра стала базой, на основе которой был создан факультет, в дальнейшем получивший название «Кибернетика». В 1963 году кафедра стала называться «Электронные вычислительные машины», а с 1997 года и по сей день – «Компьютерные системы и технологии»: это название наиболее полно соответствует сегодняшней учебной и научной направленности кафедры.

В работе кафедры периода ее становления определяющую роль сыграли известные ученые в области вычислительной техники: Ф.В. Майоров, Б.И. Рамеев, Е.П. Жидков, Ю.Я. Базилевский, В.В. Солодовников, Я.А. Хетагуров, И.М. Витенберг, А.М Батков и другие – ими были разработаны учебные планы и программы, налажен учебный процесс, активно стала развиваться научная работа. К этому периоду относится и совершенно уникальный проект – создание силами кафедры полноценной ЭЦВМ «МИФИ», одной из первых ЭВМ в СССР.

Внешний вид ЭВМ «МИФИ»

Для постановки лабораторных практикумов по программированию на ЭВМ (а главным принципом кафедры всегда было «по любой дисциплине всегда должен быть лабораторный практикум») и выполнения научных исследований была необходима вычислительная техника. Возможности получения серийной совершенной вычислительной машины у молодого коллектива кафедры не было. Тогда и зародилась идея создания собственной машины – с ламповой системой элементов, навесным монтажом без применения печатных плат, дорогих и малодоступных в то время. Задача стояла – создать ЭВМ, реализующую самые современные архитектурные новинки того времени. И создали ее исключительно силами сотрудников кафедры и Экспериментальных производственных мастерских МИФИ (впоследствии завод «Квант»). Долгое время машина использовалась в учебных целях.

Участники разработки и пуска ЭВМ «МИФИ» (слева направо):
Л.Ф. Козлов, В.И. Зуев, В.В. Первов, В.Н. Корчагин, И.О. Атовмян, И.А. Камышев, Б.Н. Белов, Г.Н. Соловьев.

Основные разработчики устройства ЭВМ «МИФИ» впоследствии стали заведующими и профессорами многих кафедр МИФИ: И.О. Атовмян (позже зав. кафедрой №29), Г.Н. Соловьев (зав. кафедрой №12), В.И. Зуев (профессор кафедры №12), Ю.А. Чернышев (профессор кафедры №12, научный руководитель ЦНИТ МИФИ), Б.И. Кальнин (профессор кафедры №12, заместитель зав. кафедры №12). Официальная сдача ЭВМ «МИФИ» состоялась в 1962 году: первая запись в вахтенном журнале машины датирована 3 октября. С этого же года на уникальной машине стали проходить практику студенты. Использовалась она и для научных целей.

В те годы вычислительная техника только завоевывала свое место под солнцем, а в нашем вузе уже защищались кандидатские и докторские диссертации по проблемам вычислительной техники, наши прикладные разработки внедрялись в ведущих организациях отрасли, атомной и оборонной промышленности. К наиболее значимым и ярким результатам работы кафедры можно отнести:

• исследование и создание элементной базы, вычислительных устройств повышенной надежности для систем бортовых СЦВМ на кораблях ВМФ;
• совместный с ГНПО «Агат» первый в отечественной практике проект СЦВМ реального времени с прямой реализацией языка высокого уровня;
• создание и практическое внедрение в ряд ведущих организаций (СНИИП, ЦНИРТИ, НИИРТ, ЦНИТИ) систем автоматизации проектирования (СИМАР, САЛП, М-1), превосходивших по своим параметрам известные отечественные и зарубежные разработки;
• проектирование и изготовление заказной БИС – первого в стране 32-разрядного микропроцессора с RISC-архитектурой;
• создание специализированных вычислительных устройств для сбора и обработки экспериментальной информации с гамма-телескопов на борту высотных аэростатов, запускавшихся с полигонов СССР и Индии (в рамках программы «Интеркосмос»);
• работы, проводимые совместно с РТИ АН СССР, по созданию программного обеспечения для управляющего комплекса средств противоракетной обороны страны;
• пионерские работы, связанные с моделированием физических процессов ускорителей, со сбором и обработкой результатов физических экспериментов в реальном масштабе времени и с автоматизацией управления ускорительными комплексами; результаты исследований внедрены в  ведущих физических центрах – ИФВЭ АН СССР, МРТИ АН СССР, ФИАН СССР, ИТЭФ АН СССР;
• разработка измерительно-вычислительной аппаратуры для регистрации быстропротекающих процессов совместно с ЦНИИмаш;
• создание двух вычислительные систем коллективного пользования учебного назначения, устранивших дефицит дисплейного времени для учебного процесса. Эта работа была отмечена премией Совета Министров СССР.

Подвеска аэростата с гамма-телескопом «Наталия-1». Второй слева В.Г. Тышкевич, третий слева А.П. Кларин.
Хайдарабад, Индия

Конечно, нельзя не сказать о заведующих кафедрой, внесших наибольший вклад в ее развитие. Трудно переоценить роль Ярослава Афанасьевича Хетагурова: он воспитал целое поколение молодых ученых, при его руководстве Г.Н. Соловьевым, А.С. Вайрадяном, И.О. Атовмяном, В.И. Зуевым, Ю.А. Поповым, Ю.А. Чернышевым и многими другими были защищены первые кандидатские диссертации на кафедре.

При Георгии Николаевиче Соловьеве Кафедра № 12 была укомплектована преподавательским составом, состоящим в подавляющем большинстве из своих выпускников. Кафедра разработала и добилась утверждения нового учебного плана по специальности 0608, насыщенного новыми дисциплинами, соответствующими самым актуальным и узловым вопросам вычислительной техники. Большое внимание Соловьев уделял развитию лабораторных практикумов по основным курсам. При нем возникла и легендарная Лаборатория «Цифровая схемотехника», защищенная 5 авторскими свидетельствами на изобретения СССР. В 1989 г лаборатория была признана лучшим изобретением МИФИ.

Учебная лаборатория «Цифровая схемотехника» (1985-2005 гг.).
Авторы: Г.Н. Соловьев, Б.Н. Ковригин, В.Г. Тышкевич, В.М. Сидуков, Р.К. Мифтахов.

В самое тяжелое время – в 1990-е годы  – кафедрой руководил Лев Дмитриевич Забродин. Главным результатом его работы стало то, что, несмотря на огромные финансовые и кадровые трудности, был сохранен основной костяк преподавательского коллектива, все учебные лаборатории кафедры были оснащены современной компьютерной техникой, появилось большое число новых учебных курсов, лабораторные практикумы продолжали совершенствоваться.

Большой вклад в развитие лаборатории в последние годы внесли М.Н. Ехин, И.М. Ядыкин, Г.Г. Новиков, А.А. Скитев. Сегодня лаборатория «Цифровая схемотехника» обеспечивает полный цикл проектирования цифровых устройств, физического макетирования и исследования характеристик разработанных устройств, обладает набором инструментальных и отладочных компьютерных средств проектирования цифровой аппаратуры на основе промышленной САПР, БИС программируемой логики, микроконтроллеров и измерительной техники, встроенной в компьютеры.

Лаборатория «Цифровая схемотехника» последнего поколения.
Авторы М.Н. Ехин, А.А. Скитев, А.И. Стрелец.

«В советское время наша кафедра была одной из лучших кафедр СССР, выпускавших IT-специалистов, – говорит заведующий кафедрой Михаил Иванов. – Моим учителем на кафедре был Владимир Георгиевич Тышкевич, показавший мне всю красоту цифровой схемотехники. Тышкевич – автор идеи практикума по проектированию микроЭВМ, а основателем лаборатории «Цифровая схемотехника» был Борис Николаевич Ковригин – оба они хорошо понимали, чему и как надо учить студентов. C 1988 г. в лаборатории выполнялся уникальный лабораторный практикум "Проектирование микроЭВМ с магистрально-модульной организацией", созданный под руководством В.Г. Тышкевича. Практикум предусматривал разработку микроЭВМ на основе МП БИС К1804 и её моделирование на лабораторном стенде и ЭВМ (с помощью языка М-1). Студенту ставилась только задача, которую должна была решать микроЭВМ, и специфицировался состав внешних устройств, а набор команд, архитектуру и реализацию ЭВМ на ячейках стенда определял сам студент. Иначе говоря, каждый студент должен был «с нуля» разработать свою собственную микроЭВМ,  системы аппаратных прерываний, выбрать систему команд, реализовать ее на микропрограммном устройстве управления, разработать схему микроЭВМ, собрать ее на лабораторном стенде, отладить, продемонстрировать ее работу преподавателю, а потом защитить свой проект перед комиссией. Мы по-прежнему твердо убеждены, что грамотный IT-специалист должен одинаково хорошо знать и программирование, и «железо», а инженер должен все уметь делать своими руками. Сегодня, пройдя наш лабораторный практикум "Технологии разработки цифровых устройств", выпускники приобретают навыки разработки систем на кристалле, осваивают работу с современными средствами автоматизации проектирования, а также на практике исследуют работу стандартных видеоинтерфейсов. В ходе выполнения работ используется современная САПР фирмы Xilinx - Vivado HDL и отладочные стенды на базе системы на кристалле Xilinx Zynq 7000».

В.Г. Тышкевич и Б.Н. Ковригин

На кафедре успешно функционируют и другие учебные и учебно-научные лаборатории – «Гибридные суперкомпьютерные технологии», «Параллельное программирование (Unix)» «Программирование и базы данных (Windows)», «Интеллектуальная робототехника», «Операционные системы», «Защищенные компьютерные технологии».

Роботизированное инвалидное кресло, созданное в лаборатории «Интеллектуальная робототехника». Пример управления креслом с помощью BCI-интерфейса.

В настоящее время в лаборатории «Интеллектуальная робототехника» ведутся исследования и разработка подсистемы управления креслом с использованием сигналов ЭМГ по данным частотных характеристик мышечных колебаний; системы распознавания команд субвокализации, системы выборки обучающих данных для повышения точности и минимизации времени обучения детектирующих сверточных нейронных сетей.

Среди направлений научной работы последнего времени – проекты по разработке микроядерной операционной системы, функционального пакетного менеджера и дистрибутива Linux на его основе, создание собственного процессорного ядра RISC-V Dozen. Ведутся работы по реализации процессора с защищенным вариантом открытой архитектуры RISC-V. Технология защищенного процессора, являющегося альтернативой американской архитектуре Morpheus, была апробирована на кафедре на базе открытого процессорного ядра SCR1, разработанного российской фирмой Syntacore, и российского стандарта криптозащиты.

За годы своего существования кафедра подготовила около 6000 специалистов, на кафедре защищено 250 кандидатских и 40 докторских диссертаций. Среди ее выпускников – члены-корреспонденты АН СССР Л.Н. Сумароков и В.Е. Котов, академик  РАЕН В.А. Велигжанин, члены-корреспонденты РАЕН А.С. Вайрадян, В. Г. Захаров, А.С. Нариньяни, лауреаты Ленинской премии И.Ф. Попов и А.А. Сорокин, многочисленные лауреаты Государственных премий СССР и РФ, Премий Совета министров СССР и Правительства РФ, Премии Президента РФ.

Заведующий кафедрой № 12, д.т.н., профессор М. А. Иванов и заместитель заведующего кафедрой, к.т.н., начальник учебного отдела ИИКС И.В. Чугунков