Основные работы по созданию универсальных ЭВМ первого и второго поколений выполнялись в СССР по оригинальным проектам отечественных специалистов. Среди основоположников отечественной вычислительной техники в первую очередь следует назвать таких ученых, как Лебедев Сергей Алексеевич (1902 - 1974), Брук Исаак Семенович (1902 - 1974), Глушков Виктор Михайлович (1923 - 1982).
Первые работы по созданию отечественных ЭВМ проводились в следующих организациях:
- ИТМиВТ - Институт точной механики и вычислительной техники, созданный в 1948 г.;
- ИНЭУМ - Институт электронных управляющих машин (переименован в 1958 г. из Энергетического института АН СССР, который был создан в 1935 г.);
- Киевский институт кибернетики АН УССР (создан в 1962 г.);
- СКБ-245 (создано в 1948 г., основная задача - разработка средств вычислительной техники в СССР).
Директорами ИТМиВТ назначались видные советские ученые: 1948 г. - Н.Г. Бруевич; 1950 г. - М.А. Лаврентьев; 1953 г. - С.А. Лебедев; 1974 г. - В.С. Бурцев; 1986 г. - Г.Г. Рябов.
В 1950 г. М.А. Лаврентьев пригласил С.А. Лебедева возглавить (по совместительству с работой Лебедева в Киеве) основную лабораторию института по разработке вычислительных машин. Именно в этой лаборатории были созданы проекты таких ЭВМ, как БЭСМ, БЭСМ-2, М-20, БЭСМ-6. В ней начали свой творческий путь видные ученые и разработчики вычислительных машин В.С. Бурцев, В.А. Мельников, Г.Г. Рябов, Б.А. Бабаян и др. После кончины С.А. Лебедева работы по созданию отечественных ЭВМ серии «Эльбрус» продолжали его ученики. Однако принятые на правительственном уровне решения о главном направлении развития вычислительной техники в стране на базе ЕС ЭВМ (по аналогии с серией американских машин IBM-360) сократило возможности продолжения оригинальных отечественных линий БЭСМ-6 и «Эльбрус».
Сергей Алексеевич Лебедев - основоположник отечественной вычислительной техники. Родился в Нижнем Новгороде. Окончил МВТУ им. Н.Э. Баумана. Работал в МВТУ и во Всесоюзном электротехническом институте. В 1946 г. С.А. Лебедев был приглашен на работу в Киевский институт электротехники и теплоэнергетики, где под его руководством в период 1948-1951 гг. создавалась первая отечественная вычислительная машина МЭСМ. Архитектура и принципы построения МЭСМ были аналогичными тем, которые ранее уже использовались в машине ENIAC, но которые, по-видимому, Лебедеву не были известны (в открытой печати сведения о фон неймановской архитектуре появились позже). Характеристики МЭСМ: быстродействие - 100 операций в секунду; числа представлялись 16 разрядами в двоичной системе с фиксированной запятой; система команд трехадресная. В состав входили устройства: арифметическое; управляющие; ввода/вывода; запоминающее на триггерах (31 число; 63 команды); запоминающее на магнитном барабане. Машина содержала 6000 электронных ламп и занимала отдельное крыло здания площадью 60 м2. Потребляемая мощность 25 кВт.
Коллектив разработчиков насчитывал всего 12 специалистов и 15 техников. МЭСМ задумывалась лишь как макет будущей ЭВМ, но практически стала реально используемой машиной, поэтому первая буква М в аббревиатуре МЭСМ вместо "модель" электронной счетной машины стала интерпретироваться как «малая».
Параллельно с работой в Киеве С.А.Лебедев руководит разработкой «большой электронной счетной машины» БЭСМ в ИТМиВТ. С 1953 г. С.А. Лебедев возглавляет этот институт. Первой созданной здесь ЭВМ стала машина БЭСМ-1, разрабатывавшаяся в течение 1950-1953 гг. Это была машина первого поколения со следующими характеристиками: производительность 8-10 тыс. операций в секунду; представление чисел - 39 разрядов с плавающей запятой.
Первая модель БЭСМ-1 имела сниженное быстродействие (2000 операций в секунду) из-за отсутствия потенциалоскопов для спроектированной оперативной памяти, которые были заменены ртутными линиями задержки. В 1956 г. начались поставки потенциалоскопов, но в 1958 г. от них отказались, так как были разработаны магнитные ЗУ на ферритовых сердечниках. Новая модель получила наименование БЭСМ-2. Было создано 7 экземпляров БЭСМ-2 на Казанском заводе САМ (Счетно-аналитических машин). Следует отметить, что в 1956 г. БЭСМ-1 была самой быстрой машиной не только в СССР, но и в Европе.
На полупроводниковой элементной базе была разработана машина БЭСМ-4 (главный конструктор О.П. Васильев, научный руководитель С.А. Лебедев). Ее быстродействие - 20 тыс. операций в секунду, емкость оперативной памяти - 16384 48-разрядных слова. К 1962-1963 гг. относится создание прототипа, к 1964 г. - начало серийного выпуска.
Параллельно с ЭВМ универсального назначения (МЭСМ, БЭСМ) в ИТМиВТ проводились разработки чисто военных ЭВМ.
Одна из лучших машин I поколения - М-20 (гл. конструктор Лебедев С.А.) появилась в 1958 г. Быстродействие - 20 тыс. операций в секунду, разрядность - 45, внешняя память на магнитных барабанах и лентах. В этой машине использовалась первая отечественная операционная система ИС-2.
Компьютер М-40 (1960 г.), считается первой машиной серии "Эльбрус" и также построен на электронных лампах (гл. конструктор С.А. Лебедев, его заместитель В.С. Бурцев). Быстродействие 40 тыс. операций в секунду. В 1961 г. на испытаниях зенитная ракета, управляемая машиной М-40, успешно сбивает межконтинентальную баллистическую ракету, способную нести ядерное оружие. Машины М-40 и далее М-50 использовались в системе противоракетной обороны страны.
В создании программного обеспечения для машин М-40, М-50 и БЭСМ-6 активное участие принимал Лев Николаевич Королев. Под его руководством был разработан комплекс управляющих программ для системы противоракетной обороны страны на базе ЭВМ М-40 и М-50, а в 1967 г - первая операционная система для БЭСМ-6, названная позднее «Диспетчер-68».
Среди специализированных ЭВМ второго поколения следует отметить секретный компьютер 5Э92Б, созданный под руководством Лебедева в 1964 г. на дискретных транзисторах. Он использовался в первой советской системе противоракетной обороны г. Москвы. Его быстродействие - 0,5 млн операций в секунду, емкость ОП - 32 тыс. 48-разрядных слов.
Вершиной научных и инженерных достижений С.А. Лебедева стала машина БЭСМ-6. Лебедев с самого начала работ над созданием цифровой вычислительной техники делал ставку на сверхбыстродействие и последовательно проводил в жизнь основной принцип его достижения - распараллеливание вычислительных процессов. При создании БЭСМ-6 он пришел к реализации принципа конвейерной обработки команд, т.е. совмещения выполнения нескольких команд, находящихся на разных стадиях выполнения. Для этого в структуру ЭВМ внесли ряд новых технических решений:
- ОП разделили на 8 блоков с возможностью одновременной выборки информации;
- реализовали буфер обращений к ОП, чтобы устройство управления могло просматривать команды "вперед";
- организовали параллельную и асинхронную работу модулей памяти, управления и арифметики;
- сделали системный кэш - сверхбыструю регистровую память небольшого объема.
В итоге при достаточно большом времени от начала выполнения команды до ее полного завершения общий темп выполнения потока команд при их совмещении оказался очень высоким.
Важнейшей заслугой БЭСМ-6 является появление стимула к развитию отечественного программирования. На БЭСМ-6 появились первые полноценные операционные системы (ОС), мощные трансляторы, ценная библиотека численных методов и др.
Первая ОС - «Диспетчер-68» (разработка ИТМиВТ) появилась в 1967 г. и обеспечивала решение задач в мультипрограммном режиме. Также появились ОС «Дубна», «Диспак» (1971 г., Челябинск), ОС ИПМ (Институт прикладной математики АН СССР). ИПМ во многом схожа с современной ОС UNIX. Лидером среди ОС для БЭСМ-6 стал «Диспак», который использовался большинством организаций до 90-х годов, где были установлены машины БЭСМ-6. В целом ОС для БЭСМ-6 обеспечивали мультипрограммный режим работы; режим работы в реальном времени; работу в составе многомашинного комплекса.
В процессе работы над БЭСМ-6 формировались основные принципы САПР ЭВМ. Впервые схемы машины записывались формулами булевой алгебры. Из таких формул состояла документация для наладки и эксплуатации. Документация для монтажа поставлялась на заказ в виде таблиц, полученных на БЭСМ-2.
Такое формальное описание БЭСМ-6 стало источником неприятностей при сдаче машины. Государственная комиссия потребовала обычные чертежи всех схем. Но сложность схем сделала эту задачу практически неразрешимой. Сдача машины в эксплуатацию оказалась под угрозой. Принимать БЭСМ-6 должна была гражданская комиссия, а не военная. Комиссию возглавлял президент АН СССР Мстислав Келдыш. Поэтому БЭСМ-6 прошла испытания, была принята в эксплуатацию и получила от комиссии высокую оценку.
В 1969 г. разработчики БЭСМ-6 получили Государственную премию СССР.