Андрей Ершов: отец советской «информатики» и один из первых программистов в СССР

Ещё в детстве Андрей поставил перед собой невероятную цель — решить все задачи из школьных учебников по алгебре, геометрии и физике. И это у него получилось. Поступая в 1949 году на физтех МГУ, он мечтал изучать ядерную физику, исследовать законы Вселенной — но судьба распорядилась иначе.

Из физиков — в айтишники

С поступлением в университет проблем не было: несмотря на сложность вступительных экзаменов, которые проходили в три тура, Ершов блестяще их сдал.

Но на первом курсе всплыл «нежелательный» пункт анкеты. Выяснилось, что будущий учёный провёл детство в Рубежном — во время войны этот город был оккупирован гитлеровской Германией. Поэтому путь в физику, считавшуюся наукой государственной важности и повышенной секретности, был закрыт.

Тогда Ершов перевёлся на кафедру программирования, которая только формировалась. Правда, студенты кафедры в основном занимались техобслуживанием вычислительных машин, а о программировании речи не шло.

И тут в судьбе Андрея Петровича случился ещё один поворот: на кафедру пришёл профессор Ляпунов с легендарным курсом «Принципы программирования».

Курс был инновационным: до этого никто не знал, как устроены советские ЭВМ, — они были засекречены. К счастью, Ляпунову удалось съездить в Киев, протестировать первую европейскую ЭВМ — МЭСМ — и ухватить основные идеи и принципы её работы. Ляпунов заложил основы операторного метода, на базе которого позже были созданы символические языки программирования, трансляторы и теория схем.

Профессор быстро заметил выдающиеся способности студента Ершова, стал его наставником и вдохновил на дальнейшую работу.

Параллельно с учёбой Андрей Петрович интенсивно осваивал английский — он понимал, что вскоре этот язык станет международным.

С отличием окончив университет, а позже аспирантуру, Ершов стал старшим инженером лаборатории программирования, а несколько лет спустя — завотделом теоретического программирования в Вычислительном центре Академии наук СССР. Так началась его научная карьера.

Первые успехи

Ещё в аспирантуре Ершов начал работать над программирующей программой (ПП) для Большой электронной счётной машины (БЭСМ) и «Стрелы».

Это были громоздкие ламповые ЭВМ, требующие постоянной техподдержки. Даже по меркам 1950-х они были довольно слабыми: их вычислительных способностей не хватало для атомной промышленности, ракетостроения и оборонки.

Чтобы покрыть нехватку мощностей, учёные решили автоматизировать программирование. Руководителем проекта стал Ершов. Он предложил подходы и методы, которые позже стали классическими в теории компиляции:

• объединить схему и спецификации операторов в ПП для БЭСМ в одном тексте, а также ввести оператор цикла;
• применить табличный подход к синтаксическому анализу в ПП для «Стрелы-3»;
• оптимизировать программирование арифметических выражений, использовать новый, более экономичный метод их расстановки.

Свои нововведения Ершов объединил в монографии «Программирующая программа для электронной вычислительной машины БЭСМ». Она стала одной из первых в мире книг по автоматизации программирования и оказала большое влияние на Дональда Кнута, ставшего спустя годы другом Андрея Петровича.

Первый тираж книги в 4000 экземпляров был распродан в Союзе буквально за месяц. Сам Ершов отреагировал так: «ПП в магазинах нет! Автору слышать приятно».

Триумф за границей

Путь к мировой известности оказался более тернистым: разработки советских программистов держали под секретом. При этом интерес к ним во всём мире был огромным, ведь успехи СССР в освоении космоса были у всех на слуху.

«На Западе возникли опасения, что СССР захватит первенство и в области вычислительной техники», — писала известная исследовательница советских и постсоветских информационных технологий, социолог Ксения Татарченко в своей монографии Cold War Origins of the International Federation.

С 1959 года Ершов стал учёным секретарём комиссии по международным связям ВЦ АН СССР. Это позволило общаться с зарубежными коллегами, обмениваться с ними опытом и знаниями. В частности, Ершов познакомился с профессором Технологического университета Карнеги Перлисом, который открыл ему Algol.

BEGIN
FILE F (KIND=REMOTE);
EBCDIC ARRAY E [0:11];
REPLACE E BY "HELLO WORLD!";
WHILE TRUE DO
    BEGIN
    WRITE (F, *, E);
    END;
END.

Кроме того, советский учёный посетил симпозиум «Механизация процессов мышления» в Англии — первое международное собрание, посвящённое искусственному интеллекту.

Ершов стал одним из немногих «связных» между программистами СССР и остального мира. За это его ценили и там, и там — приглашали в качестве лектора на различные семинары, присылали западную литературу по программированию, которую невозможно было достать в СССР.

Альфа и Бета советского программирования

В 1957 году Ершову предложили возглавить отдел теории алгоритмов и программирования Института математики с вычислительным центром в новосибирском Академгородке. Там он и провёл оставшуюся жизнь.

Именно в Новосибирске учёный начал работу над языком программирования Альфа, чем-то похожим на Algol 60. Язык Альфа позволил реализовать многомерные значения и операции с ними, в том числе конструирование. На нём же разработали циклы и возможность задавать начальные значения выражениям.

Естественно, Альфа требовала транслятора, чтобы запускать программный код на ЭВМ М-20, которая с 1959 года стала основной вычислительной машиной в СССР. Процесс создания транслятора команда Ершова задокументировала в книгах «Рождение α-транслятора», «Детство α-транслятора» и «Отрочество α-транслятора». В них описана вся работа над проектом: технические проблемы, ход их решения и результаты. И всё для того, чтобы облегчить изучение Альфы другим разработчикам.

«Альфа-транслятор» стал первым в мире оптимизирующим транслятором с языков семейства Algol, в котором были реализованы прорывные по тем временам возможности: многопроходная система трансляции, алгоритмы оптимизации и другие методы экономии памяти.

Успех Альфа побудил Ершова к созданию улучшенной версии — Альфа-6. Она обладала более компактной схемой трансляции, а её внутренний язык стал основой для алгоритмов оптимизирующих преобразований.

Позже Андрей Петрович начал внедрять свои идеи в новом поколении алгоритмических языков высокого уровня. Так родилась концепция Бета.

Главной фичей Беты стала идея «внутреннего языка», понятного для разных языковых процессоров — трансляторов, анализаторов свойств, систем преобразования и так далее.

Формировался он примерно так же, как учатся понимать друг друга люди, говорящие на разных языках и случайно оказавшиеся вместе:

• Сначала происходил поиск понятий и конструкций, общих для всех языков, и определялся единый семантический базис.
• Затем этот базис оптимизировался, преобразовывался, и из него генерировался объектный код для различных ЭВМ.

Внутренний язык Беты оказался очень удобным для алгоритмов потокового анализа и оптимизирующих компиляторов, а машинно-ориентированный подход сделал систему гибкой при генерации кода для различных архитектур БЭСМ-6 и СМ ЭВМ.

От Лексикона — к АИСТу

Анализируя Альфу и Бету, Ершов задумался: почему бы не создать язык, который станет общей средой для разработки и обоснования программ? Так родилась идея единого лексикона программирования, или лингвистики систем.

Лексикон должен был стать универсальной системой для людей и машин. При этом люди бы думали за пределами программного текста, оставляя предметную область задачи компьютеру.

Главным отличием Лексикона от языков программирования должна была стать его открытость для других разработчиков. Ему не нужно было транслироваться в машинную программу, но при этом любую машинную программу можно было бы выразить в Лексиконе.

К сожалению, идея так и осталась идеей. Но Ершов задал направление для других учёных на десятки лет вперёд.

Не менее значимым проектом учёного стали АИСТы — автоматические информационные станции. Это были распределительные системы, которые позволяли ЭВМ выполнять несколько процессов одновременно.

Ершов воплотил в АИСТах результаты исследований по архитектуре вычислительных комплексов, ПО и моделированию вычислительных систем. Он создал первую в стране развитую систему разделения времени — АИСТ-0 — и продемонстрировал её на комплексе, собранном из нескольких ЭВМ.

Также Андрей Петрович реализовал в АИСТе идеи, которые и сегодня применяются в распределительных системах:

• разделение в процессорах комплекса управления и обработки данных;
• иерархичность строения программного обеспечения;
• выделение ядра операционной системы;
• естественное сочетание различных режимов общения и обработки.

Правда, в дальнейшем разработки заморозили: системы зарубежных учёных признали более эффективными.

Преподавание и конференции

С 1970-х годов Андрей Петрович начал активно заниматься преподаванием. Вокруг него сложился неформальный коллектив научных сотрудников из академических институтов. Вместе они разработали вузовскую и школьную программы по информатике. Кстати, термин «информатика» придумал именно Ершов.

Параллельно учёный выступал на советских и международных конференциях. В 1981 году на совместной конференции Международной федерации по обработке информации (IFIP) и ЮНЕСКО по применению ЭВМ в обучении Ершов выступил с докладом «Программирование — вторая грамотность». Это название быстро стало мемом и лозунгом на советских плакатах.

Вскоре в рамках эксперимента в Новосибирске начали преподавать программирование в вузах, а затем и информатику в школах. Учёные разработали компьютер «Агат», обучающую систему «Школьница» и язык Рапира.

Читайте также:

Рефал, Эль, Рапира. Куда пропали советские языки программирования?

В 1985 году Ершов с группой соавторов написал первый школьный учебник — «Основы информатики и вычислительной техники». Для записи алгоритмов в книге использовали алголоподобный Русский алгоритмический язык, который в шутку называют «Ершол».

Ершов принял участие в шести конгрессах IFIP как докладчик и организатор. В 1987 году он стал председателем Научного совета АН СССР по проблеме кибернетики, активно участвовал в создании журнала «Микропроцессорные средства и системы».

За существенный вклад в теорию смешанных вычислений ему вручили Премию имени академика А. Н. Крылова.

Творчество как вторая жизнь

Ершов был не только учёным: он прекрасно играл на гитаре, пел, писал стихи и даже переводил на русский английских поэтов — например, Редьярда Киплинга.

Многие коллеги запомнили Ершова по метким и образным высказываниям. Например: «Сибирь спасает русскую литературу, как сибирские дивизии в сорок первом году — Москву».

Он хорошо чувствовал слово — это заметно даже по его научным работам. Тем более впечатляют стихи, которые подтверждают слова Фейхтвангера: человек талантливый талантлив во всех областях.