Знакомясь с присланными книгами и статьями по электронике и информационным технологиям, Виктор Михайлович Глушков обратил внимание на работы очень молодого на тот момент разработчика Валерия Антоновича Торгашева. С 1958 года, Торгашев, будучи ещё студентом 4-го курса ЛЭТИ, начал работать техником, а затем старшим техником в ОКБ-590, где в то время создавался опытный образец полупроводниковой бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ) 'Пламя-ВТ'для авиации.
Важным в этой работе был подход к формированию конструкции БЦВМ, который очень заинтересовал Глушкова. В 1960 г. по заданию начальника ОКБ В. И. Ланердина Торгашев разработал вариант БЦВМ повышенной надёжности. Проведённые расчёты показывали, что надёжность должна была повыситься, по меньшей мере, на два порядка, но для этого размеры и массу аппаратуры пришлось бы увеличить в 2,5 раза, что не устраивало военного заказчика. Глушков отметил, что из-за нежелания увеличить габариты и вес БЦВМ проект Торгашева в той истории не был реализован.
(В реальной истории из-за низкой надёжности передача БЦВМ в серийное производство задержалась на 3 года. Лишь в 1964 г. БЦВМ была реализована под названием ЦВМ-264, и в дальнейшем по тем же причинам она не дошла до боевых частей. Первая советская БЦВМ повышенной надёжности 'Аргон-17' появилась лишь в 1978 г.)
Виктор Михайлович отметил потенциал идеи молодого разработчика, понимая, что его нужно лишь слегка подтолкнуть в нужном направлении. В направлении построения системы в виде автоматной сети.
Люди, привыкшие к фон-неймановской архитектуре, плохо понимают идею построения автоматных сетей. Глушков понял эти идеи, потому что был крупнейшим в мире ученым именно в области автоматов. Его книга 'Синтез автоматов' была переведена на многие языки мира. Ещё в 1959 г. на всесоюзной конференции по вычислительной технике в Киеве он рассматривал возможность использования автоматных сетей в качестве вычислительных машин.
Вычислительная техника в то время развивалась исключительно по пути инженерного и технологического усовершенствования отдельных устройств. Эта тенденция действует до сих пор. Современные суперкомпьютеры, состоящие из сотен тысяч процессоров, всё ещё сохраняют фон-неймановскую архитектуру. Обычная последовательная программа при выполнении на суперкомпьютере разбивается на множество кусочков, каждый из которых последовательно выполняется в своем процессоре. При этом программисту, кроме реализации алгоритма, приходится обеспечивать ещё и его распараллеливание, что многократно усложняет работу.
Альтернативой традиционной фон-неймановской архитектуре являются автоматные сети (АС). Каждый автомат, входящий в сеть, является монофункциональным. Он выполняет одну функцию, простую или сложную. Функция эта определяется индивидуальной архитектурой автомата и может изменяться в результате внешних воздействий. В автоматах АС отсутствует главный элемент фон-неймановской архитектуры — память, в которой хранится программа, состоящая из команд. В автоматной сети нет понятия последовательного выполнения программы, хотя процесс реализации функций может быть растянут во времени. Программа работы компьютера, построенного в виде нетрадиционной архитектуры автоматной сети, определяется функциями отдельных автоматов и связями между автоматами, входящими в сеть. Для решения задачи в автоматной сети необходимо представить задачу не в алгоритмической, а в функциональной форме. При этом функциональная форма исходно является параллельной, так что в этом случае исчезают проблемы распараллеливания. По сути, автоматная сеть является совокупностью упрощённых микроэлектронных устройств, каждое из которых 'заточено' на выполнение своей узкой задачи, и постоянно обменивается результатами с другими подобными устройствами.
В живой природе отсутствуют аналоги фон-неймановской архитектуры, зато аналоги автоматных сетей встречаются повсеместно. Любая клетка может быть описана как сложная автоматная сеть с динамически изменяемыми межавтоматными связями, где роль автоматов выполняют белки и аминокислоты. Отдельные органы животных и человека, организмы в целом и различные социальные структуры также можно назвать автоматными сетями, элементами которых, в свою очередь, тоже представляют собой автоматные сети. Нервная система даже небольших насекомых намного превосходит по эффективности самые мощные современные суперкомпьютеры, которые до сих пор не могут смоделировать в реальном времени, например, движение муравья по пересеченной местности.
По похожей схеме построена система управления ракеты-носителя 'Falcon-9'. На каждый датчик или группу датчиков повешен дешёвый мини-компьютер, играющий роль конечного автомата. Он обрабатывает данные, принимаемые от датчиков, и передаёт их в через бортовую сеть остальным компьютерам. Надёжность такой распределённой системы во много раз превосходит надёжность систем управления, в которых все показания датчиков в аналоговом виде передаются на центральную БЦВМ и обрабатываются централизованно.
Глушков не мог не заметить некоторого сходства автоматных сетей с создаваемой в ИТМиВТ операционной системой ITMiVT-Unix. Она вся состояла из множества маленьких программ, подобных виртуальным автоматам, и действовала в чём-то подобно автоматной сети, хотя и управлялась единой программой-ядром. Само ядро тоже состояло из множества отдельных программ-модулей.
Он также понимал, что подобная система очень хорошо подходит для управления различными технологическими процессами, роботами, и прочей сложной техникой, работающей в автономном режиме и реагирующей на события. Более того, от автоматных сетей можно было в будущем перейти к нейросетям.
В нейросетях функции автоматов и межавтоматные связи остаются неизменными в течение всего срока жизни сети. Все автоматы сети выполняют одну и ту же функцию, как предполагается, характерную для реальных нейронов. Каждому входу автомата (нейрона) сопоставляется целочисленный весовой коэффициент. Если взвешенная сумма входных сигналов превышает целочисленный порог, то на все выходы автомата выдается единичный выходной сигнал. Одновременно изменяются весовые коэффициенты и значение порога. Одна нейронная сеть отличается от другой числом нейронов, структурой межнейронных связей и способом изменения весовых коэффициентов и порога. Основная методика программирования нейросетей — обучение. (см В.А. Торгашев 'Автоматные сети и компьютеры: история развития и современное состояние')
В 1959-м году Виктор Михайлович Глушков в числе прочих пригласил Торгашева на научную конференцию в Киев, где академик выступил с идеей использования автоматных сетей в качестве вычислительных машин. В перерыве он пообщался с Валерием Антоновичем, тогда ещё студентом-старшекурсником, рекомендовав ему ознакомиться поближе с операционной системой ITMiVT-Unix.
Договорившись с академиком Лебедевым, Глушков направил Торгашева в институт, где ему дали информационные материалы для изучения. Валерий Антонович обратил внимание на высокую надёжность как характерное свойство автоматных сетей.
В традиционных компьютерах неисправность любого элемента выводит из строя всю систему. Чем больше элементов в компьютере, тем ниже его надёжность. Ранние компьютеры ремонтировались дольше, чем работали, и только переход к микросборкам и микросхемам позволил добиться достаточной надёжности.
Надёжность автоматных сетей, напротив, возрастает с ростом числа элементов (автоматов). Второй фактор — производительность (объём вычислений, выполняемых в единицу времени). В традиционном компьютере производительность ограничена быстродействием основных элементов, а в автоматных сетях она определяется числом автоматов и в общем случае не имеет ограничений. Третий фактор — эффективность (стоимость, энергопотребление, объёмы аппаратуры, приходящиеся на единицу производительности). Здесь превосходство автоматных сетей наиболее заметно.
Особенно важной на тот момент была возможность быстро разрабатывать и отлаживать относительно простые автоматы, строя их на дискретной элементной базе и микросхемах малой интеграции. Для разрабатываемой Торгашевым БЦВМ этот вариант был особенно удобен, т. к. распихать в самолёте несколько десятков небольших блоков намного проще, чем разместить один большой ящик. Военные, впрочем, с этим решением долго не соглашались, считая, что при такой схеме в случае боевых повреждений возрастает вероятность отказа системы управления.
Пробные обстрелы самолёта с размещёнными в нём макетами блоков БЦВМ, соединённых проводами, показали, что вероятность поражения отдельных малоразмерных блоков меньше вероятности попадания в большой ящик БЦВМ, а вероятность повреждения кабелей от БЦВМ к датчикам и кабелей между отдельными блоками примерно одинакова.
К моменту окончания института в 1961 г. Валерий Антонович Торгашев прошёл все этапы работы над своей БЦВМ, от отладки основных узлов и устройств, до разработки элементов программного обеспечения, и считался опытным специалистом в области цифровой вычислительной техники, хотя в дипломе у него была записана специальность 'автоматика и телемеханика'.
В мае 1961 г. всего через месяц после выхода на работу в ОКБ-590 уже в качестве инженера, его перевели в лабораторию аналоговой вычислительной техники, где назначили руководителем важнейшего проекта с грифом ОВ (особой важности). При этом он получил полную свободу в выборе методов и средств решения поставленной задачи. Такое решение выглядело удивительным, но начальник ОКБ-590 Ланердин успел хорошо узнать и оценить разработчика за время его предыдущей работы.
ОКБ-590 предписывалось в очень короткие сроки разработать систему управления пусковыми ракетными установками системы противоракетной обороны А-35 вокруг Москвы. Требования по времени решения задачи управления, точности и особенно надёжности в задании предъявлялись очень жесткие — вероятность безотказной работы 0,9999 за 10 000 часов работы. Предыдущая организация-исполнитель после полутора лет работы признала свою неспособность справиться с задачей, и тему передали в ОКБ-590, сохранив исходные сроки. По мнению коллег из лаборатории, аналоговая техника в принципе не могла обеспечить требуемое сочетание времени и точности. При этом цифровые вычислительные машины тоже не годились — их надёжность и быстродействие оценивались заказчиком как недостаточные.
Оставался вариант — создать цифровой автомат, способный решить задачу. Для обеспечения требуемой надёжности этот большой и сложный автомат, в соответствии с идеями фон Неймана, надо было представить в виде автоматной сети, состоящей из очень простых автоматов небольшой номенклатуры. Подобный подход позволял также значительно сократить время проектирования и отладки образцов.
Решение было выбрано правильное. Уже через год коллектив разработчиков успешно защитил эскизный проект системы управления пусковыми ракетными установками для системы А-35. Эта защита, проходившая в начале 1962 г. в КБ-1 (сейчас НПО 'Алмаз-Антей'), для всех присутствующих выглядела совершенно необычно. Всех тогда поразил молодой возраст докладчика, представленного как руководитель проекта. Валерию Антоновичу Торгашеву тогда было 24 года, а выглядел он ещё моложе. Ещё больше удивила всех членов государственной комиссии сама попытка разработчиков удовлетворить требование военных о высокой надёжности проектируемого изделия. Хотя это требование неизменно входило в технические задания для всех изделий, создаваемых в министерстве вооружений, на стадии приёмки изделия проверить его надёжность было невозможно, поэтому никто и никогда не пытался эти требования выполнить по существу. Разработчик же в своем докладе предложил не только новые методы создания сверхнадёжных устройств (причём эту часть доклада, как выяснилось, не понял никто из присутствующих), но и методику проверки параметров надёжности непосредственно в ходе приёмки изделия.
В следующем году опытные образцы были изготовлены и прошли полный комплекс испытаний в реальных условиях. В августе 1964 г. были завершены все работы по освоению автоматов в серийном производстве. Всего было изготовлено более сотни комплектов, которые простояли на боевом дежурстве вокруг Москвы свыше 15 лет — 130 тысяч часов. За время боевого дежурства не было зафиксировано ни одного отказа. Столь высокая надёжность была обеспечена как способностью устройства сохранять работоспособность даже при множественных отказах элементов, так и автоматической диагностикой и локализацией неисправностей с точностью до подлежащего замене элементарного автомата. Время ремонта непосредственно без остановки работы системы не превышало по регламенту 2 мин.
Реализация этого проекта на примере конкретного промышленного устройства показала, что применение автоматных сетей при создании вычислительных устройств позволяет:
— создавать сверхнадёжные вычислительные устройства из ненадёжных элементов;
— сокращать сроки и стоимость проектирования;
— сокращать эксплутационные расходы и требования к уровню квалификации обслуживающего персонала;
— гарантировать отсутствие ошибок проектирования, поскольку элементарные автоматы можно полностью проверить ещё на стадии изготовления, в отличие от сложных автоматов или программ.
Виктор Михайлович Глушков понимал, что высокий уровень секретности проекта системы противоракетной обороны не позволит не только публиковать, но и вообще рассказывать о нём кому-либо. Его, как члена Госкомупра, заботило продолжение развития этого важного направления. Он знал, что Министерство обороны назначило Торгашеву персонального куратора, который незаметно, но активно принимал участие в его судьбе. Глушков стал точно так же курировать работу Торгашева уже со стороны Госкомупра.
Параллельно с доводкой системы управления пусковыми установками, Виктор Михайлович предложил Торгашеву подумать о защите диссертации по теме вычислительных и управляющих сетей, и о дальнейшей научной работе. В беседе с Валерием Антоновичем Глушков высказал идею, что на том же сетевом принципе можно строить универсальные вычислительные машины с неограниченными возможностями по увеличению производительности. Виктор Михайлович знал, что Торгашев так или иначе займётся этой работой позже. В 'той' истории это произошло в 1970 году, после длительных 'поисков себя'. Сейчас же появилась возможность направить усилия талантливого специалиста в необходимом направлении намного раньше.
Для создаваемых сетевых вычислительных машин было выбрано название 'Рекурсивные вычислительные машины' (РВМ), отражающее их наиболее важное свойство и позволяющее отделить данные машины от всех прочих. Основанием для такого названия послужило характерное свойство автоматных сетей — неограниченное число элементов, входящих в их состав. Единственным способом однозначного и конечного описания объекта, состоящего из сколь угодно большого или просто неизвестного числа элементов, является использование рекурсивных соотношений.
(Реку́рсия — определение, описание, изображение какого-либо объекта или процесса внутри самого этого объекта или процесса, то есть ситуация, когда объект является частью самого себя. В программировании рекурсия — вызов функции (процедуры) из неё же самой, непосредственно (простая рекурсия) или через другие функции (сложная или косвенная рекурсия), например, функция А вызывает функцию В, а функция В — функцию А. Количество вложенных вызовов функции или процедуры называется глубиной рекурсии. Рекурсивная программа позволяет описать повторяющееся или даже потенциально бесконечное вычисление, причём без явных повторений частей программы и использования циклов. https://ru.wikipedia.org/wiki/Рекурсия)
