Новая ЭВМ М-20 (то есть с производительностью 20 тыс. операций в секунду), задуманная С. А. Лебедевым вскоре после временного поражения в соревновании с СКБ-245, была изначально предназначена для серийного выпуска. Для ускорения процесса разработки Сергей Алексеевич добился постановления правительства, обязывавшего Минмашприбор и Минрадиопром работать совместно с Академией наук в лице ИТМ и ВТ. Институт должен был разработать идеологию машины, ее структуру, схемы, элементную базу, а СКБ-245 — техническую документацию и изготовить опытный образец. Согласно постановлению Совета Министров СССР от 15 июля 1955 года, первый образец М-20 должен был быть подготовлен во втором квартале 1956 года.

Главным конструктором был назначен С. А. Лебедев, его заместителем — М. К. Сулим из СКБ-245. Позднее в число заместителей главного конструктора вошел руководитель отдела программирования Математического института им. В. А. Стеклова Михаил Романович Шура-Бура, математик, имевший дело с цифровыми вычислительными машинами с момента их появления. Михаил Романович к этому времени уже был в числе авторов первого в СССР учебника по программированию цифровых вычислительных машин (1952 год, совместно с Л. А. Люстерником, А. А. Абрамовым, В. И. Шестаковым) и активно участвовал в решении большого количества прикладных задач — от расчета энергии ядерных взрывов до траекторий ракет и искусственных спутников. М. Р. Шура-Бура стал соавтором архитектуры М-20 и разработчиком системы команд для нее.

Благодаря Михаилу Романовичу М-20 стала первой советской машиной, поставлявшейся в комплекте со специальным математическим обеспечением, тогда еще не носившим название операционной системы (ОС). Считается, что первая ОС была создана в середине 1950-х годов в исследовательской лаборатории компании General Motors для компьютера IBM-702, однако, в целом наличие операционных систем для машин первого поколения было нехарактерно из-за их низкого быстродействия и малого объема оперативной памяти. В 1959 году М. Р. Шура-Бура разработал ОС для машины М-20, учитывающую эти особенности. Система под названием ИС-2 («Интерпретирующая Система-2») состояла из библиотеки стандартных подпрограмм (СП) и программы-библиотекаря, имевшей довольно разветвленную функциональность. Программа-библиотекарь интерпретировала вызовы СП, выполняла автоматическое распределение и перераспределение динамической области оперативной памяти с сохранением вытесненных из нее СП на внешнем накопителе (магнитном барабане либо ленте) и автоматическим возвратом СП в оперативную память по мере обращения к ним.

В новой машине Лебедевым был заложен ряд конструктивных решений, позволивших значительно расширить функциональность, практически не увеличивая количество электронных ламп и даже снизив его в сравнении с БЭСМ (в М-20 было использовано 1600 пальчиковых ламп, меньшего размера и менее потребляющих, чем использовавшиеся ранее).

П. П. Головистиков превращал решения Лебедева и Шуры-Буры в конкретные схемы, основанные на разработанных им динамических логических элементах на пальчиковых лампах. Логика была реализована на хорошо освоенных к тому времени германиевых диодах, миниатюрных, малопотребляющих и надежных.

М-20

В 1956 году был изготовлен и отлажен макет М-20 в ИТМ и ВТ, а к началу 1957 года в СКБ-245 закончен опытный образец. На этот раз конкуренция была отодвинута в сторону — в отладке принимали участие специалисты многих организаций. Но отладка опытного образца затянулась на целый год: еще при наладке макета М-20 в институте заметили, что многократно проверенные на стенде динамические элементы сбоят при работе в большом комплексе. Как это всегда бывает, неустраненные из-за спешки недостатки на следующем этапе проявились в полной мере. К тому же начала сбоить и новая и еще не до конца освоенная в производстве ферритовая память. Засуетились недоброжелатели, которых в СКБ-245 было предостаточно — они распространяли мнение о непригодности динамических элементов и неправильно выбранной элементной базе, предлагали применять проверенные схемы, то есть увеличивать количество ламп. Возникли неприятности у Сулима, начальство которого требовало скорейшего завершения работ.

Эти задержки и привели к тому, что Лебедев принял решение готовить к серийному выпуску БЭСМ, не дожидаясь окончания работ по М-20. БЭСМ-2 оказалась внешне очень похожей на М-20. В результате страна только выиграла — потребность в ЭВМ была такой, что обе машины, законченные почти одновременно, только-только смогли закрыть самые важные направления. На М-20 выполнялись самые первоочередные работы, и существование БЭСМ-2, как пишет Б. Н. Малиновский, «намного снижало вычислительный голод».

К началу 1958 года М-20, наконец, заработала надежно, в том же году была успешно принята Государственной комиссией с оценкой «самая быстродействующая в мире» [14] и запущена в серию. Оригинальная модель выпускалась до 1964 года, всего за это время было выпущено 20 экземпляров. Архитектура М-20 на много лет стала классической — на основе ее архитектуры было построено несколько машин второго поколения (то есть на полупроводниковых элементах) — БЭСМ-3М, БЭСМ-4, М-220, М-222. Учебник С. С. Лаврова «Введение в программирование», первое издание которого вышло в 1973 году, иллюстрирован многочисленными примерами из архитектуры М-20. Они были сохранены и во втором издании 1977 года.

БЭСМ-2

В машинах БЭСМ-2 и М-20 были реализованы, как мы сейчас говорим, сетевые функции — возможность ввода информации, поступающей с большого количества асинхронно работающих линий связи. Опираясь именно на эти возможности ЭВМ, начальник ВЦ Минобороны Анатолий Иванович Китов смог представить в 1959 году проект глобальной компьютерной сети, предназначенной для управления экономикой СССР, позднее переросший в проект ОГАС Виктора Михайловича Глушкова. Компьютерная сеть, одна из первых в мире (причем с элементами скоростной беспроводной связи), была реализована в другом проекте, носившем строго секретный характер — системе противоракетной обороны под названием «Система А».

БЭСМ-2 при участии самого Лебедева и его сотрудников воспроизводилась в Китае — она стала первой ЭВМ в этой тогда еще очень отсталой стране. Первоначально было принято решение строить в Китае М-20, однако Лебедев быстро понял (и, главное, сумел доказать и в наших, и в китайских руководящих инстанциях), что БЭСМ-2 с точки зрения наладки, приобретения основных инженерных навыков, да и эксплуатации обладает рядом важных преимуществ перед машиной М-20. В Китае в то время не было промышленности, способной обеспечить программу строительства своей ЭВМ компонентной базой, потому детали приходилось тоже завозить из СССР. Одновременно быстрыми темпами осуществлялась программа создания собственной радиотехнической промышленности. Сейчас, когда в Китае производится большинство высокотехнологичных изделий мира, странно вспоминать, что первые китайские радиодетали появились в 1958 году при помощи советских специалистов и советников, десятки которых работали на предприятиях, возведенных с помощью СССР.