Различные счётные устройства.

 

Потребность в счётных устройствах возникла сразу же, как только люди стали продавать и покупать товары. Одно из первых устройств – абак, похожее на русские счёты, было создано около 5тысяч лет назад в Вавилоне.

 

Специальные числа

 

В 1614 г. шотландский математик Джон Непер (1550 – 1617) изобрёл таблицы логарифмов. Принцип их заключается в том, что каждому числу соответствует своё специальное число – логарифм. Логарифмы очень упрощают деление и умножение. Например, для умножения двух чисел достаточно сложить их логарифмы. Результат находят в таблице логарифмов.

 

Старинный калькулятор

 

В 1642 г. французский математик Блез Паскаль (1623 – 1662) сконструировал счётное устройство, чтобы облегчить труд своего отца – налогового инспектора, которому приходилось делать немало сложных вычислений. Веря, что изобретение принесёт удачу, отец с сыном вложили в его создание большие деньги. Но против счётного устройства Паскаля выступили клерки – они опасались потерять из  – за него работу, а также работодатели, считавшие, что лучше нанять дешёвых счетоводов, чем покупать дорогую машину.

 

Счётные диски

 

Чарльз Бэббэдж (1792 – 1871) был сыном богатого банкира из Дэвона,  Англия и очень талантливым математиком. Он обнаружил погрешности в таблицах логарифмов Непера и в 1821 г. приступил к разработке своей вычислительной машины. Это было очень сложное, большое устройство. Оно предназначалось для автоматического вычисления логарифмов. Особенно трудно оказалось добиться точных расчётов. Британское правительство 10 лет финансировало работы Бэббэджа, но затем потеряло к нему доверие и прекратило давать деньги. Следующей работой Бэббэджа стало создание аналитической машины, способной выполнять различные типы вычислений. Ему помогала математик Ада Ловлас (1815 – 1852). Она создала для машины Бэббэджа несколько программ, которые хранились на специальных перфорированных картах. Последние 37 лет жизни Бэббэдж посвятил усовершенствованию аналитической машины. Он вкладывал в её создание большие деньги и тяжело переносил полное отсутствие интереса со стороны общественности к своим работам. Умер Бэббэдж в 1871 г., так и не закончив свой труд. Его машина намного опережала технические возможности того времени, и довести её создание до конца было практически  невозможно.   

 

Холлерит

 

ХОЛЛЕРИТ (Hollerith) Герман (29 февраля 1860, Буффало, штат Нью-Йорк — 17 ноября 1929, Вашингтон), американский инженер, изобретатель первой электромеханической счетной машины — табулятора, основатель фирмы — предшественницы IBM.

В 1879 Холлерит окончил Геологоразведочную школу при Колумбийском университете в Нью-Йорке и сразу же был назначен ассистентом своего преподавателя У. Троубриджа для участия во всеамериканской переписи населения 1880 года. В 1880-90 Холлерит преподавал в Массачусетском технологическом институте в Кембридже, занимался проблемой пневматических тормозов, работал в Патентном бюро в Вашингтоне. Все это время его также занимали вопросы автоматизации обработки результатов переписи.

В 1888 Холлерит сконструировал электромеханическую машину, которая могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. Эта машина, названная табулятором, состояла из реле, счетчиков, сортировочного ящика. Данные на каждого человека наносились на перфокарты, почти не отличающиеся от современных, в виде пробивок. При прохождении перфокарты через машину данные, отмеченные дырочками, снимались путем прощупывания системой игл. Если напротив иглы оказывалось отверстие, то игла, пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной под картой. Возникавший таким образом контакт замыкал электрическую цепь, благодаря чему к результатам расчетов автоматически добавлялась единица, после чего перфокарта попадала в определенное отделение сортировочного ящика.

В 1890 изобретение Холлерита было впервые использовано для 11-й американской переписи населения. Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем десятилетием ранее 500 сотрудников занимались в течение семи лет, Холлерит сумел выполнить с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

Это изобретение имело успех не только в США, но и в Европе, где стало широко применяться для статистических исследований. Несколько таких машин закупила Россия. Холлерит был удостоен нескольких премий и получил звание профессора Колумбийского университета. В 1896 он организовал в Нью-Йорке компанию по производству машин для табуляции (Tabulating Machine Company), которая впоследствии выросла в International Business Machines Corporation — IBM.

 

Машина М - 3.

 

Машина М-3 предназначена для выполнения широко­го круга математических вычислений сравнительно не­большого объема. Ее достоинствами явля­ются небольшие га­бариты, простота эксплуатации, невы­сокая стоимость... Потребляемая мощ­ность — 10 кВт. Для размещения машины достаточна площадь 30-40 м²".

"М-3 является двухадресной маши­ной и имеет есте­ственный порядок выполнения команд... Для ввода в машину команды программы долж­ны быть перенесены на бумажную ленту шириной 18 мм с помощью перфорирующего устройства" [1].

В 1951 году в лаборатории элек­тросхем Энергетического институ­та Академии наук коллективом под руководством И.С. Брука был по­строен макет небольшой ЭВМ пер­вого поколения, получившей назва­ние М-1. В следующем году там создается экономичная ЭВМ средне­го класса М-2. Одним из ее ведущих разработчиков являлся М.А. Карцев, внесший впоследствии существен­ный вклад в развитие отечественной компьютерной техники [2].

Еще примерно через четыре года коллектив лаборатории выпустил ма­лую ЭВМ М-3, особенность которой заключалась в том, что для ее цент­рального устройства управления был использован асинхронный принцип действия', "В отличие от ...порядка работы устройства управления, пост­роенного по синхронному принципу, в машине М-3 последовательность ра­боты отдельных блоков и устройств определяется взаимодействием этих блоков между собой по принципу при­каз — ответ. Переход к выполнению следующего элементарного действия в машине происходит только после того, как будет получен сигнал об окончании выполнения предыдущего действия. При таком способе обеспечи­вается в значитель­ной степени незави­симость работы от­дельных устройств машины, что облег­чает ее наладку. Весьма важным яв­ляется также то, что в случае нарушений в ходе работы како­го-либо устройства происходит останов­ка машины и имеет­ся   возможность сравнительно про­сто обнаружить не­исправное устрой­ство".

ЭВМ М-3 содер­жала одно запоминающее устройство на магнитном барабане емкостью 2048 чисел или команд, имевшем скорость вращения 3000 об./мин.;

при этом машина имела производи­тельность 30 оп./с .

Предусматрива­лась возможность замены магнитного барабана запомина­ющим устройством на ферритовых сер­дечниках. При такой замене быстродейст­вие машины повыша­лось приблизительно до 1500 оп./с. Ввод данных в ЭВМ и вы­вод результатов осу­ществлялись посред­ством перфоленты и стандартной теле­графной аппаратуры со скоростью 7 чисел в секунду. Более быстрый ввод данных производился при помощи фотоэлект­рического вводного устройства, ко­торое обеспечивало скорость ввода до 30 десятичных чисел в секунду.

В машине употреблялась двухад­ресная система команд, при кото­рой каждая команда состоит из кода операции и двух адресов чисел. ЭВМ М-3 выполняла четыре ариф­метических действия и ряд логиче­ских и вспомогательных операций (например, ввод чисел с перфолен­ты, условный и безусловный пере­ходы, логическое умножение). Каж­дая ячейка памяти машины имела 31 разряд. При записи числа нуле­вой разряд служил для указания знака числа, а при записи команд он не использовался.

При записи на бланке для про­грамм команда могла иметь, к при­меру, следующий вид :

 

01 0321 0652

 

Это означало, что надо определить разность чисел, указанных в ячейках с номерами 0321 и 0652 (01 — код операции вычитания), и поместить результат в ячейку 0652. (Число, за­писанное в ячейку памяти, хранилось * в ней до тех пор, пока в эту ячейку не помещалось новое число — тогда прежнее число автоматически стира­лось.) То есть при записи на бланке на первом месте ставился код операции (в виде двузначного восьме­ричного числа), а затем указывались первый и второй адреса (каждый в [ виде четырехзначного восьмерично­го числа). Таким же был порядок раз­мещения команды в ячейке памяти:

разряды с первого по шестой пред-;

назначались для кода операции, еле-1 дующие двенадцать разрядов (с| седьмого по восемнадцатый) отводи­лись для первого адреса команды, а последние двенадцать разрядов (с девятнадцатого по тридцатый) —для второго адреса. Нулевой разряд при записи команд, как уже отмечалось, не употреблялся.      |

В машине исполь­зовались 770 элект­ронных ламп и 3000 полупроводниковых диодов. Недостатком ЭВМ М-3 являлось отсутствие внешнего накопителя на маг­нитных лентах. 

Устройства маши­ны располагались в трех шкафах. Глав­ный шкаф содержал арифметическое ус­тройство, устройство управления, пульт управления и электронный блок устройства ввода и вывода. Шкаф запоминающего устройства заключал в себе магнитный барабан и схемы уп­равления магнитного барабана. Шкаф" питания содержал стабилизаторы,^:выпрямители и пульт управления пи­танием.

 

Врожденный механик

 

 

В 1769 году императрице Ека­терине II преподнесли не­обычные часы, по форме и разме­рам напоминающие утиное яйцо. Они не только показывали и отбива­ли время, но и давали представле­ние. Каждый час в корпусе раскрывались миниатюрные дверцы и изящ­ные фигурки под музыку разыгрыва­ли сценку. Кроме того, в полдень часы исполняли гимн [1,2]. Эти часы 1 изготовил Кулибин.

Иван Петрович Кулибин (1735— 1818) был не простым механиком. Более 30 лет (начиная с 1770 года) он возглавлял все мастерские Петер­бургской академии наук, то есть яв­лялся первым механиком России [1]. Кулибин изготавливал и чинил все­возможные механические, оптиче­ские, электрические, акустические и иные приборы, оснащал ими акаде­мические лаборатории и экспеди­ции, помогал ученым, создавая по их заказу нестандартное оборудование. Он был универсальным мастером.

Все приборы, созданные Кулибиным, отличались высоким качеством В одном из протоколов собрания Академии наук записано: "Осмотре­ны вновь сделанные механиком Кулибиным электрические машины и найдено, что сделаны они очень хо­рошо и очень сильны".

Однако работа в мастерских при всем своем многообразии и объеме не могла исчерпать всех его твор­ческих сил.

В 1770-х годах Кулибин занялся проектированием однарочного моста через Неву. Он предложил прин­ципиально новую конструкцию дере­вянного моста, подробно описал ра­боты, необходимые для постройки этого сложнейшего сооружения, подготовил методику испытания от­дельных его частей, изобрел соот­ветствующие приборы. Причем Ку­либин не ограничился эксперимен­тами, а разработал и изложил тео­рию своей конструкции. Наконец, он первый поднял вопрос о примене­нии металла в качестве материала ^ для мостов (в то время мосты стро-⁴ или из дерева и камня) [2]. ;   Проект принес славу Кулибину и в России, и за границей; он был на­гражден специально отчеканенной медалью. Почетный член Петербург­ской академии наук Даниил Бенули писал ученику Леонарда Эйлера:

"...то, что Вы сообщаете о врожден­н

ом механике г. Кулибине по поводу деревянного моста через Большую Неву, имеющую ширину 1057 англий­ских футов, внушает мне высокое мнение об этом талантливом строителе и ис­кусном плотнике, воспитанном меж­ду простыми крестьянами и обязан­ном своими высшими познаниями только своего рода наитию... Глав­ный строитель чаще всего должен полагаться на свое собственное чу­тье. Здесь я и ощущаю всю выгоду иметь такого челове­ка, как г. Кулибин, к которому я проникнут уважением, но не могу победить своего не­доверия, когда речь идет о таком огром­ном мосте".

Бернулли был на­столько  высокого мнения о способнос­тях Кулибина, что, ког­да Эйлер опубликовал свою работу, посвя­щенную исследова­нию упругих свойств балки, написал секре­тарю академии: "...не могли бы Вы поручить г. Кулибину подтвердить теорию г. Эйлера опы­тами, без чего его теория останется верной лишь гипотетически?"

В 1791 году Кулибин создает "самобеглую" коляску, которая при­водилась в движение силой двух че­ловек. Экипаж имел рулевое управ­ление, "коробку передач" и тормоз­ное устройство, состоящее из двух пружин (при торможении они закру­чивались). Чтобы повозка с двумя пассажирами и двумя обеспечиваю­щими ее движение людьми ехала со скоростью 10 км/час по булыжной мостовой, требовалась мощность около 0,5 л. с. (лошадиных сил'). Разумеется, долго "держать" такую мощность было трудно. Нужен был двигатель, и Кулибин работал над его созданием, но безуспешно, по­скольку он пытался изобрести пер­петууммобиле. Может показаться странным, что такой практичный человек, как Кули­бин, изобретал вечный двигатель, но тем не менее это так. К концу жизни "врожденный механик" понял бес­перспективность своего занятия.

Творчество Кулибина оказало ог­ромное влияние на развитие рус­ской технической мысли. И народ не забыл великого механика. Его имя стало нарицательным для "обозна­чения" талантливых изобретателей, а иногда и просто талантливых лю­дей.