Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського)

Автори статті ставлять за мету нагадати про героїчні події 60-річної давнини, пов’язані зі створенням і організацією серійного виробництва керуючої машини широкого призначення «Дніпро-1», яка була першою в Європі напівпровідниковою машиною другого покоління, а також про її головного конструктора...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2022
Автори:	Боюн, В.П., Палагін, О.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2022
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	Наукові напрями
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185000
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського) / В.П. Боюн, О.В. Палагін // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 1. — С. 69-80. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-185000
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1850002025-02-09T14:40:52Z Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського) Cyber technology: the origin and development of scientific research in Ukraine (to the 100th anniversary of Corresponding Member of NAS of Ukraine B.M. Malinovsky) Боюн, В.П. Палагін, О.В. Наукові напрями Автори статті ставлять за мету нагадати про героїчні події 60-річної давнини, пов’язані зі створенням і організацією серійного виробництва керуючої машини широкого призначення «Дніпро-1», яка була першою в Європі напівпровідниковою машиною другого покоління, а також про її головного конструктора, відомого вченого в галузі кібернетики й обчислювальної техніки члена-кореспондента НАН України Бориса Миколайовича Малиновського, 100-річчя від дня народження якого нещодавно широко відзначила наукова громадськість. Закладені в ті роки основи нового наукового напряму — кібернетичної техніки — сьогодні активно продовжують розвивати численні учні та послідовники Б.М. Малиновського. The authors of the article aim to recall the heroic events of 60 years ago, related to the creation and organization of mass production of the general purpose control machine “Dnipro-1”, which was the first second-generation semiconductor machine in Europe, as well as to commemorate its chief designer, Boris M. Malinovsky, a well-known scientist in the field of cybernetics and computer technology, Corresponding Member of the NAS of Ukraine, whose 100th birthday was recently widely celebrated by the scientific community. Many students and followers of Boris M. Malinovsky, who laid in those years the foundations of a new scientific field, cybernetics, continue to develop it today. 2022 Article Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського) / В.П. Боюн, О.В. Палагін // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 1. — С. 69-80. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2022.01.069 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185000 uk Вісник НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Наукові напрями Наукові напрями
spellingShingle	Наукові напрями Наукові напрями Боюн, В.П. Палагін, О.В. Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського) Вісник НАН України
description	Автори статті ставлять за мету нагадати про героїчні події 60-річної давнини, пов’язані зі створенням і організацією серійного виробництва керуючої машини широкого призначення «Дніпро-1», яка була першою в Європі напівпровідниковою машиною другого покоління, а також про її головного конструктора, відомого вченого в галузі кібернетики й обчислювальної техніки члена-кореспондента НАН України Бориса Миколайовича Малиновського, 100-річчя від дня народження якого нещодавно широко відзначила наукова громадськість. Закладені в ті роки основи нового наукового напряму — кібернетичної техніки — сьогодні активно продовжують розвивати численні учні та послідовники Б.М. Малиновського.
format	Article
author	Боюн, В.П. Палагін, О.В.
author_facet	Боюн, В.П. Палагін, О.В.
author_sort	Боюн, В.П.
title	Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського)
title_short	Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського)
title_full	Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського)
title_fullStr	Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського)
title_full_unstemmed	Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського)
title_sort	кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента нан україни б.м. малиновського)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2022
topic_facet	Наукові напрями
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185000
citation_txt	Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського) / В.П. Боюн, О.В. Палагін // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 1. — С. 69-80. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT boûnvp kíbernetičnatehníkazarodžennâírozvitoknaukovogonaprâmuvukraínído100ríččâvíddnânarodžennâčlenakorespondentananukraínibmmalinovsʹkogo AT palagínov kíbernetičnatehníkazarodžennâírozvitoknaukovogonaprâmuvukraínído100ríččâvíddnânarodžennâčlenakorespondentananukraínibmmalinovsʹkogo AT boûnvp cybertechnologytheoriginanddevelopmentofscientificresearchinukrainetothe100thanniversaryofcorrespondingmemberofnasofukrainebmmalinovsky AT palagínov cybertechnologytheoriginanddevelopmentofscientificresearchinukrainetothe100thanniversaryofcorrespondingmemberofnasofukrainebmmalinovsky
first_indexed	2025-11-26T23:05:46Z
last_indexed	2025-11-26T23:05:46Z
_version_	1849896051539968000
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 1 69 КІБЕРНЕТИЧНА ТЕХНІКА: ЗАРОДЖЕННЯ І РОЗВИТОК НАУКОВОГО НАПРЯМУ В УКРАЇНІ До 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського Автори статті ставлять за мету нагадати про героїчні події 60-річної давнини, пов’язані зі створенням і організацією серійного виробництва керуючої машини широкого призначення «Дніпро-1», яка була першою в Європі напівпровідниковою машиною другого покоління, а також про її головного конструктора, відомого вченого в галузі кібернетики й обчислю- вальної техніки члена-кореспондента НАН України Бориса Миколайовича Малиновського, 100-річчя від дня народження якого нещодавно широко від- значила наукова громадськість. Закладені в ті роки основи нового науко- вого напряму — кібернетичної техніки — сьогодні активно продовжують розвивати численні учні та послідовники Б.М. Малиновського. Створення керуючої машини широкого призначення «Дні- про». У грудні 2021 р. виповнилося 60 років від створення в Обчислювальному центрі АН УРСР (нині — Інститут кібер- нетики ім. В.М. Глушкова НАН України) керуючої машини широкого призначення (КМШП) «Дніпро», головним кон- структором якої був тоді ще кандидат технічних наук Борис Миколайович Малиновський. Ідея створення універсальної цифрової напівпровідникової керуючої машини (1957 р.) нале- жить Віктору Михайловичу Глушкову, який визначив основні вимоги до неї: малі габарити порівняно з тодішніми ламповими електронними обчислювальними машинами, універсальність, можливість роботи з об’єктами в складних умовах різного типу виробництв, висока надійність тощо. КМШП «Дніпро» було створено в рекордно короткий тер- мін. Уже в грудні 1961 р. перший її екземпляр встановили в бе- семерівському цеху Дніпровського металургійного комбінату в м. Дніпродзержинськ (нині — м. Кам’янське). Попередньо, за ініціативою В.М. Глушкова, відбулися перші в континен- тальній Європі досліди з дистанційного керування повалкою БОЮН Віталій Петрович — академік НАН України, завідувач відділу інтелектуальних відеосистем реального часу Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України ПАЛАГІН Олександр Васильович — академік НАН України, заступник директора з наукової роботи Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2022.01.069 Борис Миколайович Малиновський (24.08.1921—13.11.2019) НАУКОВІНАУКОВІ НАПРЯМИНАПРЯМИ 70 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (1) НАУКОВІ НАПРЯМИ на заданому вмісті вуглецю бесемерівського конвертера для виплавки сталі, розташовано- го в Дніпродзержинську, за допомогою ЕОМ «Київ», яка знаходилася в Обчислювальному центрі у Києві. Для цього в бесемерівському цеху було встановлено створену реєструваль- ну цифрову установку, яка мала 5-канальний аналого-цифровий перетворювач з усереднен- ням результатів перетворень та пристрій для їх друку. За допомогою спеціально обладнаного соленоїдами телетайпа установка підключала- ся через мережу зв’язку до ЕОМ «Київ», яка за отриманою інформацією обчислювала момент повалки конвертера і передавала ці дані опера- тору для здійснення операції. Дистанційні до- слідження виявилися успішними, і їх резуль- тати використали для розроблення алгоритмів і програмного забезпечення для керування повалкою конвертера за допомогою КМШП «Дніпро-1». Другий екземпляр КМШП «Дніпро-1» було встановлено на Слов’янському содовому ком- бінаті, а третій — на Миколаївському суднобу- Науковий керівник В.М. Глушков і головний кон- структор Б.М. Малиновський біля пульта КМШП «Дніпро-1». 1962 р. дівному заводі для розкроювання металевих листів корпусів кораблів. Паралельно з розробленням КМШП і на ви- конання постанов ЦК КПУ та Ради Міністрів УРСР проводилася підготовка до організації її серійного виробництва на заводі «Радіопри- лад» київського Раднаргоспу (потім — завод ВУМ, а згодом — «Електронмаш»). З 1963 по 1971 р. спільними зусиллями фахівців Обчис- лювального центру АН УРСР і заводу «Радіо- прилад» машину було дещо модернізовано для підвищення її технологічності, надійності та поліпшення інших технічних характерис- тик. Загалом випущено понад 500 екземпля- рів КМШП «Дніпро», які працювали в сотнях систем керування виробничими процесами, складними експериментами, в космічній та оборонній галузях тощо 1. За результатами створення і впровадження КМШП Б.М. Малиновський захистив док- торську дисертацію (1965), а згодом його було удостоєно Державної премії УРСР в галузі на- уки і техніки (1977). Поява КМШП «Дніпро» стала яскравою сторінкою в історії радянського комп’ютеро- будування. Це була перша в країні напівпро- відникова ЕОМ, та ще й призначена для ви- рішення відповідальних завдань керування в народному господарстві! В її основу було по- кладено так звані ферит-транзисторні елемен- ти і пам’ять на магнітних осердях. Народження підприємства з комп’ютеробудування в Киє- ві — одне з вагомих досягнень радянської про- мисловості і особисто Б.М. Малиновського. Організація впровадження в різні галузі про- мисловості та наукових досліджень — це також результат його самовідданої праці. За піонер- ськими пішли масові впровадження в масш- табах неосяжного СРСР, які принесли славу Інституту кібернетики і українській Академії наук. В одній з таких робіт брав участь і один з авторів цієї статті, який був у складі групи ін- женерів відділу Б.М. Малиновського відразу 1 Малиновский Б.Н. Цифровые управляющие машины и автоматизация производства. Москва: Машгиз, 1963. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 1 71 НАУКОВІ НАПРЯМИ після здачі Державній комісії перших зразків КМШП. Це було одне з підприємств С.П. Ко- рольова — «п/я 989» під Москвою на станції Підлипки. Крім арифметичного блока керу- вання і блока пам’яті до складу КМШП входив ще пристрій зв’язку з об’єктом. Саме в ньому розміщувався блок, призначений для виве- дення за командами ЕОМ графіків, що відоб- ражають перебіг експерименту, пов’язаного з випробуванням космічних ракет. Цей блок мав систему керування кроковими двигунами, яка була не дуже надійною, але цей недолік майже повністю компенсувався ентузіазмом відпо- відального виконавця. Неабияка гордість, що ти є учасником творення космічної епохи, ще довго зігрівала серця піонерів від кібернетики. Зародження наукового напряму — кібер- нетичної техніки. З огляду на значні успіхи і досвід, отриманий при створенні та впрова- дженні КМШП у різних системах керування, в 1970 р. академік В.М. Глушков при визначенні напрямів роботи Інституту кібернетики запро- понував створити Відділення кібернетичної техніки й очолити його доктору технічних наук Борису Миколайовичу Малиновському. Головним завданням напряму кібернетичної техніки було розроблення керуючих машин, засобів зв’язку з об’єктом, перетворювачів форм інформації, запам’ятовувальних при- строїв, засобів передавання і відображення ін- формації тощо. Для цього у складі Відділення було організовано відповідні відділи. Згодом з відділу керуючих машин виокремилися ще кілька відділів: мікропроцесорної техніки та елементної бази. Поява і розвиток кібернетичної техніки були зумовлені нагальними потребами еконо- міки в засобах автоматизації. Виконання об- числень — це лише частина роботи з інформа- цією, алгоритми, які реалізуються в системах керування, як правило, є постійними, багато- разово повторюваними або обмеженими ви- значеними класами обчислень. Це дозволяє в більшості випадків спростити відповідні засо- би завдяки їх спеціалізації. Для сучасних кібернетичних систем харак- терне постійне підвищення складності проце- Інженер Віталій Боюн за пультом КМШП у бесеме- рівському цеху Дніпровського металургійного заводу (фото з газети). 1962 р. сів, які в них реалізуються. Це зумовлює збіль- шення кількості каналів інформації, виконав- чих механізмів, використання більш складних моделей процесів і об’єктів та систем керуван- ня ними. Розвиток таких галузей техніки, як ядерна енергетика, космічні дослідження, літа- ко- та ракетобудування, привів до появи сис- тем з високодинамічними процесами і швид- кісними об’єктами та, відповідно, до підвищен- ня вимог до продуктивності, оперативності й ефективності обробки інформації, які немож- ливо задовольнити в рамках традиційних ме- тодів перетворення й обробки інформації та принципів побудови універсальних ЕОМ. Створення ефективних засобів кібернетич- ної техніки високої продуктивності й опера- тивності для реалізації алгоритмів керування в реальному часі потребує розроблення теоре- тичних основ їх побудови, зокрема узгодження процесів перетворення й обробки інформації та їх суміщення в часі, вирішення питань спе- ціалізації або проблемної орієнтації технічних засобів, розпаралелювання процесів обробки інформації, використання методів апаратної реалізації алгоритмів, створення різних мето- дів конвеєризації (арифметичної, командної, міжпроцесорної) тощо. Звідси випливає не- обхідність дослідження особливостей систем реального часу та алгоритмів обробки інфор- мації з метою врахування їх при проєктуванні засобів кібернетичної техніки. 72 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (1) НАУКОВІ НАПРЯМИ Сімдесяті роки відзначилися бумом гібрид- ної (цифро-аналогової) техніки. В багатьох країнах вели роботи зі створення гібридних об- числювальних машин і комплексів з найрізно- манітнішими принципами організації обчис- лень. Ці гібридні машини й комплекси мали поєднати позитивні якості цифрової (універ- сальність) та аналогової техніки (швидкодію, особливо при моделюванні диференціальних рівнянь). Однак у реальності складність і не- дослідженість процесів при спряженні анало- гової та цифрової техніки ставали на заваді створенню ефективних машин. У відділі ке- руючих машин у 1968—1970 рр. також було створено цифро-аналоговий комплекс з авто- матизацією набору структурних схем і гібрид- ною системою реалізації нелінійних залежнос- тей на базі КМШП «Дніпро-1» та електронної моделювальної установки ЕМУ-10. І хоча в комплексі для введення коефіцієнтів і реаліза- ції нелінійних залежностей було використано цифрові керуючі опірники, що забезпечувало найменше втручання в процес моделювання, високої точності моделювання динамічних процесів досягти не вдалося. Однак отрима- ний під час роботи на комплексі досвід ви- явився дуже корисним для розуміння процесів взаємодії аналогових і цифрових пристроїв та підтвердив необхідність їх подальшого деталь- ного дослідження. Оскільки кібернетична техніка розвивалася «в надрах» обчислювальної техніки, спираю- чись на досягнення кібернетики, автоматики, теорії автоматичного керування, вимірюваль- ної техніки, систем зв’язку, інформатики, тео- рії апроксимації функцій, інших галузей науки і техніки, вона увібрала в себе багато як корис- них досягнень, так і хибних для її розвитку. Зокрема: • для аналого-цифрового перетворення не- перервних сигналів використовували різного типу аналого-цифрові перетворювачі (АЦП), які вимірювали значення сигналу у фіксовані моменти часу; • при визначенні кроку дискретизації у часі застосовували теорему відліків Котельнико- ва—Найквіста, що забезпечувало мінімальну кількість відліків сигналу; • для забезпечення мінімальної кількості рівнів квантування використовували теорію оптимального квантування; • передачу цифрових кодів здійснюва- ли згідно з теорією кодування Шеннона або Хаффмана, що забезпечувало мінімальну кіль- кість бітів на передавання одного відліку. Усі ці підходи розроблялися для різних окремих галузей і забезпечували відповідні критерії якості, але не враховували особли- востей систем реального часу, зокрема від- новлення неперервної форми інформації з мінімальними затримками інформації на ці процеси. Крім того, не розглядалися питання узгодження форм представлення даних між за- собами перетворення інформації та її обробки, що зумовлювало необхідність виконання до- Аспірант Віталій Боюн біля створе- ного ним цифро- аналогового комплексу на базі КМШП «Дніпро-1» та електронної моде- лювальної установ- ки ЕМУ-10. 1970 р. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 1 73 НАУКОВІ НАПРЯМИ даткових дій для такого узгодження. Задача системного підходу до процесів перетворення форми інформації, її оброблення й відновлен- ня неперервної форми сигналів з урахуванням їх особливостей для забезпечення системного критерію якості не ставилася. Особливості систем реального часу. Ро- бота обчислювальних засобів в автоматизова- них та автоматичних системах керування ру- хомими об’єктами, технологічними процесами, в цифро-аналогових моделювальних комплек- сах зі швидкозмінними (високодинамічними) сигналами має специфічні особливості, які ви- пливають з необхідності перетворення форми подання інформації та відповідності вимогам реального часу щодо темпу передавання ін- формації та її запізнювання в контурі зворот- ного зв’язку. З-поміж різних режимів роботи систем реального часу (цифрової реєстрації процесів, цифрового програмного керування, робота в режимі «радника» та ін.) режим робо- ти в замкненому контурі керування зі зворот- ним зв’язком є найбільш поширеним і склад- ним. Такий режим має місце в автоматичних системах керування технологічними процеса- ми, випробуваннями складних об’єктів, екс- периментами, рухомими об’єктами в цифро- аналогових моделювальних комплексах тощо. При цьому здійснюється перетворення непе- рервних сигналів у цифрову форму, їх обробка, розрахунок і видача через цифро-аналоговий перетворювач керуючих впливів на об’єкт ке- рування в реальному часі перебігу процесу. Традиційний підхід до аналого-цифрового перетворення полягає в перетворенні неперерв- ного фізичного сигналу, який розглядають як неперервний випадковий процес з обмеженим спектром, у послідовність дійсних значень, що характеризують стан цього процесу у фіксовані моменти часу. При цьому аналого-цифрове пе- ретворення зводиться до виконання трьох про- цесів: дискретизації, квантування та кодування. У теорії аналого-цифрового перетворення роз- роблено підходи, які дозволяють оптимізувати кожний з цих процесів та забезпечити мінімаль- ну кількість відліків сигналу, мінімальну кіль- кість рівнів квантування і мінімальну кількість бітів інформації на один відлік. Однак вони не враховують особливостей систем реального часу і не забезпечують мінімізації затримки ін- формації в контурі зворотного зв’язку. Створення динамічної теорії інформації. Починалося все з того, що у відділі керуючих машин розробляли спеціалізовані пристрої для виконання операцій масштабування, під- несення до степеня, добування кореня, обчис- лення поліномів, обчислення різних функцій (степеневих, експоненціальних, тригономе- тричних, логарифмічних та зворотних до них тощо), які узгоджували з вихідною інформа- цією різних типів АЦП (число-імпульсного, порозрядного, паралельного, слідкувального тощо). Це дозволяло сумістити в часі аналого- цифрове перетворення з виконанням операцій та обчисленням функцій, а також спростити виконання багатьох операцій і функцій, тобто зменшити запізнювання в контурі зворотного зв’язку систем керування. Ураховуючи досвід керування високодина- мічними процесами й результати досліджень на створеному у відділі цифро-аналоговому комплексі, з системних позицій було перегля- нуто процеси дискретизації сигналів, аналого- цифрового перетворення, обробки і відновлен- ня неперервної форми сигналів, тобто здійсне- но перехід від вимірювальної моделі до слідку- вальної. Відомі на той час слідкувальні АЦП Віталій Боюн демонструє цифрове керування магніт- ною підвіскою членам Державної комісії з приймання ЕОМ М-180. 1976 р. 74 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (1) НАУКОВІ НАПРЯМИ мали обмеження щодо крутизни сигналу, вони неправильно відслідковували високодинаміч- ні ділянки сигналів, що обмежувало керування високодинамічними процесами. Було запро- поновано виділяти зміни сигналу і до того ж кодувати їх величинами, кратними степеню 2, що приводить до значного скорочення обсягів інформації і спрощення її обробки (операція множення при цьому замінюється операцією зсуву та додавання, що реалізується простіше, ба більше, таке перетворення здійснюється за один такт, що на порядок швидше порівняно з порозрядним АЦП, а для компенсації похиб- ки від такого кодування пороги збільшували у 1,5 раза). Були створено спеціальні аналого- інкрементні перетворювачі неперервних сиг- налів у прирости та модифіковані алгоритми обчислення степеневих, поліноміальних, екс- поненціальних, тригонометричних функцій і зворотних до них, обчислення дискретного перетворення Фур’є, кореляційних функцій, цифрової фільтрації тощо. У подальшому роз- роблено модифіковані методи розв’язання ал- гебраїчних, звичайних диференціальних рів- нянь, інтегральних рівнянь та диференціаль- них рівнянь у часткових похідних, принципи організації багатоканальної обробки інформа- ції в системах керування шляхом розгортки у часі, по параметру та по простору, принципи побудови обчислювальних засобів з ураху- ванням системних особливостей. Розроблено також нові принципи побудови спеціалізова- них і проблемно-орієнтованих процесорів та систем, багатопроцесорних обчислювальних систем для розв’язання задач первинної і вто- ринної обробки інформації. Нова елементна база та принципи організації обчислювального процесу і багатоканальної обробки інформа- ції (ієрархічне розподілене керування, risk- архітектура, проблемна орієнтація, модуль- ність та ін.) лягли в основу створення унікаль- них систем діагностики і керування високоди- намічними процесами та об’єктами, багато з яких були першими цифровими системами у вітчизняній та світовій практиці. На технічні розробки з використанням та- ких підходів було отримано близько 200 па- тентів на винаходи, опубліковано дві моно- графії. Цілу низку цих розробок реалізовано і впроваджено в десятках пристроїв, процесо- рів, комплексів та систем керування, зокрема в трьох системах керування положенням і па- раметрами плазми в термоядерних установках типу ТОКАМАК. У монографії «Введение в кибернетическую технику. Обработка физической информа- ции» 2 розглянуто питання узгодження засобів обробки інформації з вихідною інформацією аналого-цифрових перетворювачів, а також принципи побудови таких засобів. Узгоджен- ня форм подання інформації дозволило суміс- тити у часі процеси її перетворення й обробки та значно скоротити обсяги оброблюваної ін- формації. Це сприяло підвищенню оператив- ності та продуктивності обробки інформації при менших апаратурних затратах. Другу монографію, «Введение в киберне- тическую технику. Параллельные структуры и методы» 3, присвячено організації багатока- нальної обробки інформації в системах керу- вання шляхом розгортки у часі по параметру та по простору, принципам побудови обчис- 2 Малиновский Б.Н., Боюн В.П., Козлов Л.Г., Соло- вьев В.П. Введение в кибернетическую технику. Обра- ботка физической информации. Киев: Наук. думка, 1979. 3 Малиновский Б.Н., Боюн В.П., Козлов Л.Г. Введение в кибернетическую технику. Параллельные структу- ры и методы. Киев: Наук. думка, 1989. Академік А.О. Дородніцин обговорює з науковим ке- рівником Акт про приймання ЕОМ М-180. 1976 р. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 1 75 НАУКОВІ НАПРЯМИ лювальних засобів з урахуванням системних особливостей, а також методам розв’язання систем алгебраїчних, звичайних диференці- альних, інтегральних рівнянь та диференці- альних рівнянь у часткових похідних. Розгля- нуто також принципи побудови спеціалізова- них і проблемно-орієнтованих процесорів та систем, багатопроцесорних обчислювальних систем для розв’язання задач первинної та вто- ринної обробки інформації. У своїй праці «Мышление и кибернетика»4 В.М. Глушков дав настільки всеохопне по- няття інформації, що воно не втратило своєї актуальності навіть тепер: «Інформація у най- загальнішому її розумінні є мірою неоднорід- ності розподілу матерії та енергії у просторі та часі, мірою змін, якими супроводжуються всі процеси, що відбуваються у світі». При цьому виділяються два різновиди неоднорідності — статична (характеризує поточний стан деякої матеріальної чи енергетичної системи) та ди- намічна (відображає її змінність у часі). І якщо статичній інформації присвячено сотні робіт у світі і вона стала вже класикою, то динаміч- ній інформації не приділяли необхідної уваги практично до початку ХХІ ст. Однак визначен- ня поняття динамічної інформації виявилося дуже плідним при вивченні інформаційних властивостей фізичних систем, і можна споді- ватися, що цей підхід буде застосовано і в но- вій перспективній галузі інформатики, яка по- чала формуватися останніми роками і здобула назву «кіберфізична інформатика». Однією з перших робіт, пов’язаних з розви- тком динамічної теорії інформації як теоре- тичної бази систем реального часу, стала моно- графія «Динамическая теория информации. Основы и приложения»5. Слід особливо підкреслити, що всі ці роботи проводилися під керівництвом та за безпосе- редньої участі Б.М. Малиновського. 4 Глушков В.М. Мышление и кибернетика. Вопросы философии. 1963. № 1. С. 36—48. 5 Боюн В.П. Динамическая теория информации. Осно- вы и приложения. Киев: Ин-т киберн. им. В.М. Глуш- кова НАН Украины, 2001. Не можна оминути увагою ще одну сторін- ку життя Б.М. Малиновського і його відді- лу керуючих машин. Йдеться про створення першого вітчизняного сімейства мікроЕОМ «Електроніка С5» (різних серій) 6. Це був ре- зультат спільної роботи Інституту кібернетики з ленінградським НВО «Світлана». До речі, американці зробили свій перший 4-розрядний мікропроцесор Intel 4004 приблизно в 1974 р. Наші перші мікропроцесори в дослідних зраз- ках працювали в 1975 р. Причому, не запере- чуючи американський пріоритет, варто зазна- чити, що це були одразу 8-розрядні мікропро- цесори, та й ще з можливістю конфігурації їх у багатопроцесорні системи, що було першим кроком до сьогоднішніх комп’ютерних систем з масовим паралелізмом. До речі, наші автор- ські свідоцтва на винаходи того часу в дея- ких американських джерелах було оцінено як «руський виклик». Конструювання мікропроцесорного чипа включає в себе кілька ітеративних процесів, починаючи з логічного синтезу і закінчуючи проєктуванням топології. Останнє виконували в конструкторському бюро об’єднання «Світ- 6 Палагин А.В. Перспективы развития и вопросы тео- рии проектирования микропроцессоров и микро- ЭВМ. УСиМ. 1982. № 3; Палагин А.В. Оценка слож- ности конечного автомата. Кибернетика. 1984. № 4. Мікрокомп’ютер «Електроніка С5-01». На фото: О.В. Палагін і А.Ф. Кургаєв (ліворуч). 1976 р. 76 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (1) НАУКОВІ НАПРЯМИ Олександр Палагін зі співробітниками за налагоджен- ням нової мікропроцесорної системи. 1977 р. лана» на ЕОМ БЕСМ-6, гордості тодішнього вітчизняного комп’ютеробудування, а Інсти- тут кібернетики відповідав за архітектурно- структурну організацію мікропроцесора. Тут відчувалася школа В.М. Глушкова. Зі спогадів О.В. Палагіна: «Пам’ятаю приїзд В.М. Глушкова як голови приймальної комісії. Це була визначна подія, тому що, по-перше, сприймалася як відповідальна справа, а по- друге, розробка однієї моделі сімейства (Елек- троніка С5-21) була моєю гордістю. Вона побу- дована на базі однокристального емулюючого мікропроцесора. Родзинка цієї моделі в тому, що в мікропроцесорі було реалізовано комбі- націю двох взаємодіючих систем керування, одна з яких була ядром мікропроцесора, а дру- га використовувала його як бібліотеку мікро- команд, на базі якої працювала інша, зовнішня система мікропрограмування. Пізніше наш па- тент7 було майже повторено в американській моделі NCR-32. Електроніка С5-21 — лейтмо- тив моєї докторської дисертації, присвяченої саме розробленню архітектурно-структурної організації мікропроцесорів і мікроЕОМ. Од- ними з центральних її розділів були метод оптимального кодування мікрокоманд і логі- ко-інформаційний метод синтезу мікроЕОМ. Хоча ця розробка і не була відзначена Держав- 7 Палагин А.В., Дряпак А.Ф. Микропрограммное уст- ройство управления процессора. А.с. № 943727, БИ № 26, 1982; Малиновский Б.Н., Палагин А.В. и др. Микропроцессор. А.с. № 943735, БИ № 26, 1982. ною премією, вона увійшла в аннали вітчизня- ного комп’ютеробудування». Не можна не відзначити діяльність Б.М. Ма- линовського як відповідального від АН УРСР за виконання одного з розділів трьох п’я ти- річ них програм спільних робіт Академії з Мі- ністерством промисловості засобів зв’яз ку (МПЗЗ). Особливістю цього розділу були гі- гантські масштаби робіт. Йдеться про ком п’ю- те ризацію підприємств МПЗЗ на основі засо- бів мікропроцесорної техніки. Створювалися численні творчі колективи, галузеві лабора- торії, які працювали в Інституті кібернетики, а фінансувалися з боку МПЗЗ. Керівником однієї з таких лабораторій був О.В. Палагін, а базовим підприємством — відоме науково-ви- робниче об’єднання ім. С.П. Корольова, спіль- но з яким було розроблено кілька мікропроце- сорних комплексів: Нейрон І9.66, СО-(01, 02, 03, 04), а також мікроЕОМ СОУ, які добре за- рекомендували себе на підприємствах МПЗЗ. Організаторські здібності Б.М. Малинов- ського проявилися також на посаді голови Ради систем автоматизації наукових дослі- джень Академії наук. Тоді розроблялися комп- лекси автоматизації наукових досліджень для різних типів експериментів, і досвід їх застосу- вання академічними інститутами дуже заціка- вив представників не лише союзної Академії наук, а й академій наук країн соціалістичного табору. Більш детальну інформацію про цей період можна отримати з монографій Бориса Миколайовича 8. 8 Малиновский Б.Н. Нет ничего дороже… Киев, 2005; Малиновський Б.М. Документальна трилогія. h t t p : / / w w w. i c f c s t . k i e v. u a / M U S E U M / T X T / MalinovskyDokumentalnaTrilogy_ukr.pdf; Малинов- ський Б.М. Зберігати довічно. http://www.icfcst.kiev. ua/MUSEUM/TXT/MalinovskiyBN_StoreEternally_ ukr.pdf; Малиновський Б.М. Відоме і невідоме в істо- рії інформаційних технологій в Україні. http://www. icfcst.kiev.ua/MUSEUM/TXT/IT-Ukraine.pdf; Мали- новський Б.М. Нариси з історії комп'ютерної науки та техніки в Україні. http://www.icfcst.kiev.ua/ MUSEUM/TXT/MalinovskyEssays_ukr.pdf; Мали- новський Б.М. Історія обчислювальної техніки в осо- бах. http://www.icfcst.kiev.ua/MUSEUM/TXT/ Malinovsky_history_ukr.pdf ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 1 77 НАУКОВІ НАПРЯМИ Виставкова зала Інституту кібернетики АН УРСР. О.В. Палагін розповідає про модульний набір мікро- процесорної техніки. 1977 р. У зв’язку з відсутністю в 2000-ні роки за- мовлень від промисловості та оборонної галузі на системи керування напрям роботи відділу керуючих машин було змінено на розроблення інтелектуальних відеосистем реального часу, тобто база досліджень «керування в реально- му часі» залишилася, але додалося керування з використанням відеоінформації. Перехід до сприйняття та обробки відео- зображень. У 1997—1999 рр. динамічну тео- рію інформації було допрацьовано для проце- сів сприйняття і обробки зображень та відео- послідовностей, зокрема розроблено динамічні моделі панорамування зображень, пошуку та слідкування за рухомими об’єктами. Ці мо- делі отримали схвальні відгуки на всесвітніх виставках з інформаційних технологій, однак реалізовані вони були на традиційних засобах відео- і комп’ютерної техніки, а тому не могли продемонструвати всі свої переваги. Завдяки виграному в 2001 р. тендеру на інноваційний проєкт у рамках Державної програми «Образ- ний комп’ютер» було створено першу в Україні інтелектуальну відеокамеру ІВК-1 з новими ін- формаційними основами, автоматичним виді- ленням і введенням динамічної частини зобра- ження та його обробкою, керуванням параме- трами зчитування відеоінформації тощо. Вона показала на два порядки вищу продуктивність при реалізації цих моделей. Згодом за інши- ми інноваційними проєктами було створено сімейство інтелектуальних відеокамер різно- го призначення (з фото- і телеоб’єктивами, підвищеною продуктивністю, збільшеними об’ємами пам’яті), які стали базою для ство- рення низки інтелектуальних відеосистем для контролю якості продукції за ознаками форми, розмірів, колірності та її ідентифікації, конт ро- лю статичних і динамічних параметрів фізич- них, хімічних і біологічних об’єк тів, слідкуван- ня за рухомими об’єктами тощо. Для створеного цифрового оптичного ка- піляроскопа, який дозволяє неінвазійно до- сліджувати стан мікроциркуляторної ланки кровообігу людини, розроблено програмне забезпечення для вимірювання статичних па- раметрів капілярів, а також для оцінювання таких динамічних параметрів, як швидкість і прискорення кровотоку в ділянках капіляра. В основу створеної гемодинамічної лабора- торії «МакроМікроПоток» покладено метод цифрової оптичної капіляроскопії, який віді- грає роль арбітра благополуччя всієї серцево- судинної системи живого організму, оскіль- ки дозволяє візуалізувати найвіддаленіший сектор судинної системи і чітко відображає артеріолярну, венулярну патологію в аспекті глобальних першопричин порушень у судин- ній системі зі скринінгом можливих причин як з боку серцевої діяльності, так і внаслідок патології магістральних і периферичних судин артеріальної та венозної ланок. Принциповою відмінністю цієї гемодинамічної лабораторії є поєднання двох технологій — доплерівської детекції магістрального потоку крові та циф- рової оптичної візуалізації і комплексного оцінювання стану макроциркуляції — в рам- ках єдиного програмно-аналітичного забез- печення з метою виявлення дисбалансу між патологією в магістральних артеріях та венах і розладами в мікросудинах пацієнта. Тому саме такий комплекс, який отримує інформацію на макро- і мікрорівнях, здатний забезпечити ефективне проведення комплексної діагности- ки серцево-судинної системи та формування реальних індивідуально орієнтованих алго- ритмів лікування з інструментальним контро- лем його ефективності. 78 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (1) НАУКОВІ НАПРЯМИ Сітківка ока людини як прототип для по- будови систем комп’ютерного зору нового покоління. Останнім часом проведено фун- даментальні мультидисциплінарні досліджен- ня сітківки ока людини з метою визначення структурних особливостей будови і принципів організації її нейронної мережі та використан- ня їх як прототипу для побудови перспектив- них систем комп’ютерного зору. Основними структурними особливостями будови сітківки ока людини, які становлять інтерес для по- будови перспективних систем комп’ютерного зору, є такі: • розріджена периферична сітківка і щіль- на центральна ямка, які забезпечують широке поле огляду з різною роздільною здатністю; • організація рецепторів і нейронів сітківки за принципом центр—оточення: центр збуджу- вальний, а оточення гальмівне, так званий on- центр (вмикання) і off-центр (вимикання); • висока пластичність нейронів завдяки змі- ненню розмірів і форми цих центрів, кількості гальмівних шарів тощо, що дозволяє виділяти із зображення велику кількість інформатив- них ознак з різними масштабами для подаль- шого розпізнавання в зоровій корі; • велика кількість адаптаційних механізмів для пристосування до умов сприйняття зобра- ження і вимог завдання. Використання арсеналу методів і механіз- мів обробки інформації на сітківці зорового аналізатора людини дозволило запропонувати низку оригінальних принципів організації по- шуку об’єкта в зображенні, слідкування за ним і виділення інформативних ознак для розпіз- навання. Реалізація принципів організації сітків- ки ока людини в системах комп’ютерного зору. Основою нашого підходу не є копіюван- ня функцій сітківки ока, а також процесів, що відбуваються в ній. Ми мали на меті зрозуміти загальну структуру й організацію зорової сис- теми людини та використати ці принципи для побудови спеціалізованих і проблемно-орі- єнтованих відеосистем різного призначення з урахуванням стану і можливостей сучасної мі- кроелектроніки. І, можливо, поставити перед нею ті проблеми, які дозволять більш ефектив- но розв’язувати задачі пошуку об’єкта в зобра- женні, стеження за ним, класифікації, розпіз- навання об’єктів, сцен і ситуацій у реальному часі. Перевагою такого підходу є використання низки адаптаційних механізмів підвищення чутливості в умовах недостатнього освітлен- ня, збільшення контрасту, а також механізмів уваги і грубо-точного представлення сцени, що дозволяє значно скоротити об’єми баз да- них і час для навчання штучної нейронної мережі, прив’язати їх до процесів зйомки ві- деопослідовності та використати в системах комп’ютерного зору. Зокрема, можливість зміни роздільної здатності відеосенсора дозво- лить забезпечити, з одного боку, широке поле огляду, а з другого — можливість детального аналізу виділеного об’єкта. Ба більше, це до- поможе реалізувати ієрархічний метод грубо- точного пошуку об’єкта в зображенні, при яко- му пошук виконується на грубому зображенні за інформативними ознаками вищого порядку. Загрублення зображення є ефективним мето- дом зменшення об’єму інформації при пошуку об’єкта в зображенні, слідкуванні за ним, а та- кож у режимі простого споглядання обстанов- ки. Для загрублення зображення пропонуєть- ся здійснювати сумацію (по рядках і стовпчи- ках) значень яскравості пікселів рецептивних полів відповідно до процедури інтегрованої В.П. Боюн, С.Д. Смірнов (замовник підсистеми реаль- ного часу макроконвеєрного комплексу, ЦАГІ, м. Жу- ковський), Б.М. Малиновський, О.В. Палагін. 1990 р. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 1 79 НАУКОВІ НАПРЯМИ матриці, застосування якої дозволяє обчислю- вати суми яскравостей довільних прямокут- ників за 3 операції додавання/віднімання для різних ступенів загрублення. Така процедура багаторазово використовується для виділен- ня інформативних ознак на різних масштабах, підвищення чутливості сприйняття світла та обчислення on- і off-центрів. Зорова система людини має у своєму арсе- налі безліч типів руху очей (сакади, мінісакади, тремор, мікротремор, слідкувальні рухи, вес- тибулярно-окулярні рухи для стабілізації зо- браження на центральній ямці, вергентні рухи для зведення і розведення осей очей при їх фо- кусуванні на виділеному об’єкті та ін.). Вони сприяють більш ефективному сприйняттю ві- деоінформації в різних режимах (споглядання, панорамування при повороті голови або русі спостерігача, пошук об’єкта в зображенні, де- тальне розглядання об’єкта для його класифі- кації/розпізнавання). Реалізація таких ефек- тивних дій передбачає керування параметрами зчитування інформації з відеосенсора, що було продемонстровано на динамічних моделях цих процесів. Палички і колбочки сітківки сприймають абсолютні значення яскравості або колірності, однак аналіз зображення проводиться на пере- падах (різницях) цих ознак між сусідніми пік- селями в рядках, стовпчиках або між кадрами. Для цього в зоровій системі здійснюються мі- крорухи очей і є нейрони, які відповідають за аналіз просторових частот. Для виділення просторових частот запро- поновано застосувати динамічну міру інфор- мації, тобто δ-ентропію по рядках і стовпчиках зображення, яка обчислюється значно прості- ше порівняно з фур’є-аналізом. Вона також ефективно використовується для цілої низки застосувань. Дуже важливим моментом є забезпечення принципу кільцевої організації рецептивних полів, оскільки він однаково ефективно пра- цює як на моделі периферичної сітківки, так і на моделі центральної ямки. За принципом центр—оточення на моделі сітківки можна виділити безліч інформативних ознак різно- го рівня (плями або дрібні деталі, що відріз- няються від фону за яскравістю, кольором, орієнтацією, динамічними характеристиками, наявністю руху у відеопослідовності та ін.), які забезпечують не лише пошук об’єктів у сцені, а й детальне їх розпізнавання. Кільцева організація нейронів центральної ямки з нарощуванням кілець забезпечує підси- лення контрасту в умовах його недостатності, а кільцева організація периферичної сітківки з сумацією сигналів сприятиме адаптації до рів- ня освітлення. Використання принципів, методів і меха- нізмів сітківки ока людини та запропонова- них способів їх реалізації дозволило створити узагальнену динамічну модель процесів по- шуку об’єктів у зображенні, слідкування за ними у відеопослідовності, проводити їх кла- сифікацію та розпізнавання, на 3—5 поряд- ків підвищити продуктивність і ефективність систем комп’ютерного зору та розширити їх функціональні можливості. Крім того, для по- дальшого підвищення продуктивності систем комп’ютерного зору запропоновано структур- ні методи паралельної реалізації безпосеред- ньо на шарах сенсорної матриці процедур не- лінійного сприйняття яскравості, паралельної бінаризації зображення, паралельного анало- го-цифрового перетворення методом розгорт- ки по параметру, пошуку й обчислення габа- ритних розмірів об’єкта, обчислення моментів інерції об’єкта для його класифікації, виділен- ня різних інформативних ознак із зображення Борис Миколайович Малиновський 80 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (1) НАУКОВІ НАПРЯМИ для пошуку об’єкта та його розпізнавання. Усі ці методи захищені патентами на винаходи. Узагальнена динамічна модель процесів пошуку об’єкта в зображенні, слідкування за ним і виділення інформативних ознак. Узагальнена модель зорової системи людини багатофункціональна, вона складається із со- тень локальних моделей, які описують цілу низку структурних, фізичних, біохімічних, психофізичних механізмів і процесів. Процес сприйняття візуальної інформації людиною є динамічним, з багатьма параметрами, що змінюються в процесі сприйняття, з багатьма зворотними зв’язками. Про це свідчить велика кількість статей, присвячених дослідженням конкретних властивостей, особливостей, ме- ханізмів, процесів тощо, які наявні в зоровій системі людини. Однак загального уявлення і розуміння процесу сприйняття візуальних об- разів зоровою системою в динаміці для різних режимів практично немає. Результатом нашим багаторічних дослі- джень стало розроблення узагальненої дина- мічної моделі процесів пошуку об’єкта в зобра- женні, слідкування за ним і виділення інфор- мативних ознак, а також підходів до реалізації найбільш важливих і значущих її принципів, які сприяють підвищенню ефективності й ін- телектуальності систем комп’ютерного зору9. Післямова. Відділення кібернетичної техні- ки, фундатором якого був Борис Миколайович Малиновський, продовжує плідно працювати і в інших кібернетичних напрямах, зокрема є багато розробок світового рівня зі створення приладів і систем медичного профілю, для ро- зумного землеробства та екобезпеки, жестової комунікації, охорони й оборони, робототехні- ки, систем електронного голосування тощо. 9 Boyun V. The Principles of Organizing the Search for an Object in an Image, Tracking an Object and the Selec- tion of Informative Features Based on the Visual Per- ception of a Person. In: Babichev S., Peleshko D., Vy- nokurova O. (eds) Data Stream Mining & Processing. DSMP 2020. Communications in Computer and Informa- tion Science. Vol. 1158. Springer, Cham, 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-61656-4_2 Vitaliy P. Boyun V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3932-3558 Alexandr V. Palagin V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3223-1391 CYBER TECHNOLOGY: THE ORIGIN AND DEVELOPMENT OF SCIENTIFIC RESEARCH IN UKRAINE To the 100th anniversary of Corresponding Member of NAS of Ukraine B.M. Malinovsky The authors of the article aim to recall the heroic events of 60 years ago, related to the creation and organization of mass production of the general purpose control machine “Dnipro-1”, which was the first second-generation semiconductor machine in Europe, as well as to commemorate its chief designer, Boris M. Malinovsky, a well-known scientist in the field of cybernetics and computer technology, Corresponding Member of the NAS of Ukraine, whose 100th birthday was re- cently widely celebrated by the scientific community. Many students and followers of Boris M. Malinovsky, who laid in those years the foundations of a new scientific field, cybernetics, continue to develop it today.

Кібернетична техніка: зародження і розвиток наукового напряму в Україні (до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України Б.М. Малиновського)

Репозитарії

Схожі ресурси