В машине "Рекорд", выпущенной фирмой "Линдстрем" в начале двадцатого
•века в Берлине, валики помещались вертикально, а не горизонтально, как Эта
было раньше. Уменьшение расстояние между цифровыми окнами упростило чтение
результата математических действий. Но ни машина Томаса, ни последующие
разработки не смогли удовлетворить растущей потребности в счетных приборах.
Одни часто ломались, другие были громоздки, третьи чересчур дороги.
Требовалось простое, недорогое и удобное в работе устройство. Российские
изобретатели решили
В 1872 году колесо с переменным числом зубцов предложил изобретатель
Ф.Болдуин, позже получивший в Вашингтоне патент на свое изобретение.
Но все же наибольшую популярность завоевали арифмометры с зубчаткой,
сконструированные Вильгодтом Однером. Швед по национальности, он жил в
России и работал мастером экспедиции, выпускающей государственные денежные
и ценные бумаги. Подписанные им документы встречаются с 1881 по 1888 год.
Над арифмометром он начал работать в 1874 году, о чем позже писал в своих
воспоминаниях: "После пятнадцатилетнего труда и постоянных улучшений мне
удалось устроить аппарат, превосходящий значительно изобретенные моими
предшественниками".
Как уже было сказано, главная особенность детища Однера заключается в
применении зубчатых колес с переменным числом зубцов (это колесо носит имя
Однера) вместо ступенчатых валиков Лейбница. Оно проще валика конструктивно
и имеет меньшие размеры.
При умножении и сложении ручку следовало вращать на себя, а при делении и вычитании - от себя. Установочные числа появлялись в окошках, вырезанных в кожухе прибора.
Не имея возможности самостоятельно организовать производство
арифмометров, Вильгодт Однер обратился к петербургской фирме "Кенигсберги
Ко". Та, в свою очередь, незамедлительно получила патент на арифмометр: в
1878 году в Германии и в 1879-м в России и других странах, (Официальной
датой изобретения арифмометра считается год получения первой привилегии
-1878-й.) Однако производство аппаратов налажено не было. Фирма изготовила
лишь несколько экземпляров, один из которых в настоящее время хранится в
Политехническом музее в Москве.
В 1890 году 0днер расторг договор с "Кенигсберги Ко" и самостоятельно
взялся за производство прибора. В 1891году он получил германский патент на
свой арифмометр, а в 1897-м стал владельцем петербургского предприятия
"Механический и меднолитейный завод", на котором трудилось около ста
рабочих. За первый год существования предприятия было изготовлено 500
арифмометров. Так, с начала 90-х годов XIX века началось триумфальное
шествие арифмометра Однера. Умер Вильгодт Однер в 1906 году. Его
предприятие перешло к наследникам и просуществовало до 1917 года.
До первой четверти нынешнего века счетные аппараты Однера под разными
названиями выпускались во всем мире. Будучи основными математическими
машинами, они широко применялись во многих областях деятельности человека»
Стоит отметить, что в 1914 году только российский "парк" подобных аппаратов
составлял, 22 тысячи единиц.
В советской России арифмометры Однера изготавливались на механическом
заводе имени Дзержинского и продавались через коммерческий отдел треста
"Моссредпром" (ул. Мясницкая, 20). Прибор комплектовался железным футляром
(или - по желанию покупателя - деревянным, но за дополнительную плату).
Арифмометр исправно служил долгие годы, лишь изредка требуя смазки.
Было очевидно, что иностранные счетные машины не удовлетворяют нуждам
молодой советской республики. Поэтому с 1929 года началось развитие
советского счетного машиностроения, в частности производство отечественных
арифмометров. Вскоре была снижена его цена, и арифмометр стал доступен
любой небольшой организации. Только завод имени Дзержинского в Москве с
1927 года по 1939-й дал стране 277000 арифмометров "Феликс', ежегодно
выпуская по 44000 штук. Кроме того, арифмометры под маркой "Кирия" и
"Динамо" выпускались еще двумя заводами.
Применение суммирующих машин ускоряло работу по подсчетам в 2-3 раза.
Вдобавок многие машины допускали автоматический контроль, благодаря чему
скорость дополнительно возрастала. На арифмометрах "Феликс" можно было
производить все четыре арифметических действия.
5 АРИФМОГРАФ
Заглянем в прошлое. Поскольку умножение и деление в принципе сводятся
к сложению и вычитанию, то счетные машины, изначально созданные только для
двух последних операций, использовались и для остальных арифметических
действий. Известно два вида таких устройств. К первой группе относились те,
сложение и вычитание на которых осуществлялись вращением рукоятки
арифмометра. Первая подобная машина была создана в 1642 году знаменитым
математиком и философом Паскалем. Последующие изобретения принадлежат
Лейбницу (1694), Гану (1778), Мюллеру (1783), Томасу(1818)и 0днеру (1890);
любопытно, что работали эти машины медленнее чем обычные счеты. Ко второй
группе относились клавишные арифмометры, например, прибор Фельта и Таррана
(1896).
Поскольку элементами четырех основных арифметических действий являются сложение, вычитание и умножение на однозначный множитель, то исследователи попытались получить готовые произведения числа на этот множитель, не прибегая к многократному повторению операции. Так, после долгих бесплодных исканий российские изобретатели попробовали приспособить к возросшим вычислительным требованиям упомянутые русские счеты. Например, прибор генерал-майора Ф.Свободского, предложенный им в 1828 году, состоял из нескольких счетов (обычно их было двенадцать, но в некоторых устройствах их число доходило до тридцати), объединенных в одной раме. Скорость, с которой выполнялись вычисления на счетах Свободского, конечно же, нельзя сравнивать с показателями современных ЭВМ, но для того времени она была достаточно высокой. В частности, для извлечения кубического корня из 21-значного числа требовалось всего три минуты - ровно столько времени было нужно для того, чтобы передвинуть костяшки с помощью специального прута с рукояткой.
Двойные счеты Н. Компанейского (1882 год) состояли из счетов и валиков: оси валиков располагались параллельно проволочкам счетов, и валики могли свободно передвигаться относительно этих проволочек.
Наконец, значительной вехой в истории создания вычислительных средств стал арифмограф. Но это вовсе не было "открытием Америки", всего лишь очередное "изобретение колеса", поскольку в основу работы прибора легли логарифмы Непера: неперовы бруски представляли собой таблицу Пифагора, разрезанную вдоль и наклеенную на деревянные дощечки. Чтобы умножить, к примеру, 2, 3 и 1 на 1, 2 или 3, нужно было взять бруски с цифрами "2", "3" или "1 "и положить их рядом: смежные цифры двух рядом лежащих брусков представляли собой величины одного разряда, а потому складывались. Однако, несмотря на то что с умножением арифмограф справлялся достаточно быстро, для сложения и вычитания полученные результаты приходилось переносить на бумагу (именно из-за этого устройство и получило свое название), что было весьма ощутимым недостатком прибора.
Вскоре изобретатели решили соединить арифмограф с арифмометром для сложения и вычитания, чтобы переносить на последний готовые результаты умножения. Арифмометры с клавиатурой были слишком дороги и не могли служить для этой цели. Поэтому выбор снова пал на русские счеты, которые умножали и делили тем же способом, что и арифмометр с клавиатурой.
В 1921 году Б.Компанейский создал устройство, которое объединило в себе совершенно оригинальную разновидность арифмографа с русскими счетами, и арифмограф превратился в арифмометр. Табличная основа для умножения и деления чисел была совмещена с самыми обычными костяшками, скользящими в двух взаимно перпендикулярных направлениях на раме арифмографа. Устройство отличалось от простых механических арифмометров тем, что в последних умножение осуществляется вращением рукоятки, а в новом приборе результаты произведения получались непосредственно (одновременно), так что их оставалось только перебросить на счеты. Простой и бесшумный в работе, арифмометр Компанейского, помимо стандартных четырех арифметических действий, позволял быстро вычислять проценты, оперировать с числами с десятичными знаками и простыми дробями, извлекать квадратные корни. Причем вычисления были безошибочны, чего не могли гарантировать другие арифмометры того времени. Срок его службы, как и у русских счетов, был практически неограничен. Механические повреждения быстро устранялись на месте, без обращения в мастерскую. Наконец, венцом достоинств прибора была его необычайная дешевизна.
Техническое бюро Комитета по делам изобретений дало устройству высокую оценку. "Признавая пользу предложенного арифмометра, - говорилось в его постановлении, вынесенном 25 января 1921 года, - всюду, где требуются точные расчеты, несомненно рекомендовать изобретение Б. Н. Компанейского в качестве прибора, могущего с успехом заменить механические арифмометры существующих систем".
6 ПРООБРАЗ ПЕРВОГО КАЛЬКУЛЯТОРА
Калькуляторы сейчас стали неотъемлемым атрибутом современной жизни.
Без них не обойтись не только физику (химику, строителю), но и самому
обычному обывателю. Эта штуковина необходима ему как минимум для перевода
цен, указанных в долларах, в рубли и обратно.
А вот когда не было калькуляторов, в ходу был счислитель Куммера, по
прихоти конструкторов превращавшийся потом в "Аддиатор", "Продукс",
"Арифметическую линейку" или "Прогресс". Этот чудесный прибор, созданный в
середине прошлого века, по замыслу его изобретателя мог быть изготовлен
размером с игральную карту, а потому легко умещался в кармане.
Когда в сороковых годах прошлого столетия встал вопрос о выдаче патента изобретателю Куммеру, петербургскому учителю музыки, на придуманный им счислитель, то министру финансов пришлось изрядно поломать голову: уж больно похож был этот прибор на изобретение З.Слонимского. Но последний, узнав про колебания государственного мужа, не стал препятствовать своему коллеге, и в 1847 году патент был выдан.
У Слонимского Куммер и позаимствовал основную идею конструкции, развив
ее до "совершенного прибора для выполнения двух первоначальных действий".
Исследователи отмечают, что ни одна счетная машина, изобретенная ранее, не
имела такой портативности, какой располагал счислитель Куммера.
Изобретение Куммера имело вид прямоугольной доски с фигурными рейками.
Сложение и вычитание производилось посредством простейшего передвижения
реек. Вдоль них в верхней половине имелась надпись "Сложение" и цифры от
"1" до "9". В нижней половине, отделенной от верхней планкой для считки,
помещались цифры от "9" до "1" и надпись "Вычитание". Чтобы осуществлять
передвижение реек вверх и вниз, следовало вставлять специальный штырек в
отверстия, расположенные на рейках около цифр.
Интересно, что счислитель Куммера, представленный в 1846 году
Петербургской академии наук, был ориентирован на денежные подсчеты, Об этом
говорили его отдельные разряды, имевшие обозначения "1 к", "10 к" и "1
руб".
В России изготовлением счислителя Куммера занялся известный механик
И.Э.Мильк. В Европе выпускались различные модификации под названиями
"Аддиатор" и "Продукс". Не забыли о нем и в советской России. Так, в 1949
году в Днепропетровске было начато производство счетного устройства
"Прогресс", по сути являвшегося видоизмененным счислителем Куммера. В
шестидесятые годы известная западногерманская фирма "Фабер-Кастель"
вмонтировала счислитель Куммера в логарифмическую линейку. Спустя
десятилетие завод "Северный пресс" освоил выпуск в СССР "арифметической
линейки" - и это, пожалуй, последняя известная модификация машины Куммера.
Все эти устройства, появившиеся в середине XIX века, являлись как бы
промежуточным звеном между абаком и вычислительными машинами. В России
кроме прибора Слонимского и модификаций счислителя Куммера были достаточно
популярны так называемые счетные бруски, изобретенные в 1881 году ученым
Иоффе, - они были составлены так же, как и цилиндры Слонимского. Однако
наиболее распространен все же был счислитель Куммера. Появившись в 1846
году, он серийно выпускался более ста лет - до семидесятых годов нашего
века.
2. ЭРА ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН (ЭВМ)
2.1.ХРОНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЭВМ
1941- первый автоматический программируемый универсальный цифровой компьютер. Название: Z3
Разработчик: доктор Конрад Цузе (Konrad Zuse), Германия.
Приблизительный период разработки: 1938-1941.
Краткое описание: Z3 продолжил берлинские разработки Конрада Цузе -Z1
и Z2. Он управлялся перфолентой из использованной кинопленки, а ввод и
вывод производился с четырехкнопочной цифровой клавиатуры и ламповой
панели. Машина была основана на реле-технологии и требовала приблизительно
2600 реле: 1400 - для памяти, 600 - для арифметического модуля и оставшиеся
как часть схем управления. Они были установлены в трех стойках: двух для
памяти и одной для арифметики - и в блоках управления (каждый высотой
приблизительно два метра и шириной один метр)
Главный недостаток реле в том, что прохождение сигнала вызывает искру при замыкании и размыкании контактов. Искра была причиной износа и коррозии контактов и вызывала отказы реле. Цузе был вынужден придумывать различные ухищрения для увеличения срока службы своего устройства.
Память состояла из 64 слов. Так же, как и в ранних машинах, Цузе использовал двоичные числа с плавающей точкой, но длина слова была увеличена до 22 бит: четырнадцать для мантиссы, семь для порядка и один для знака.
Арифметический модуль состоял из двух механизмов - для порядка и мантиссы, - которые функционировали параллельно. Это обеспечивало не только выполнение четырех стандартных арифметических операций, но и позволяло вычислять квадратные корни. Имелись специальные «аппаратные» команды для умножения чисел на - 1; 0,1; 0,5; 2 или 10. Практиковалось изготовление специальных модулей для автоматического преобразования чисел из двоичной системы в десятеричную, чтобы упростить чтение и запись данных.
Z3 мог выполнять три или четыре сложения в секунду и умножать два числа за 4 или 5 секунд. Но представление в Z3 чисел с плавающей точкой делало вычисления более гибкими, чем у аналогичных систем.
Начав конструирование Z3 в 1939-м, Цузе завершил его 5 декабря 1941 года. Общая стоимость материалов составила в то время приблизительно 6500 долларов. Z3 никогда не использовался для решения серьезных проблем, потому что ограниченная память не позволяла загрузить достаточное количество информации, чтобы обеспечить решение систем линейных уравнений, для чего он и создавался. Единственная модель Z3 была разрушена во время воздушного налета в 1944 году. Z3 - первое устройство, которое можно назвать полностью сформировавшимся компьютером с автоматическим контролем над операциями.
1943 - первый программируемый электронный цифровой компьютер.
Название: Colossus.
Разработчики: доктор Томми Флаверс (Tommy Flowers) и научно- исследовательские лаборатории Почтового департамента Англии,
Приблизительный период разработки: 1939-1943.
Краткое описание: Colossus был построен в 1943 году в научно-
исследовательских лабораториях Почтового департамента Англии в Dollis Hill
(Северный Лондон) группой разработчиков во главе с Томми флаверсом для
декодирования немецких телеграфных шифровок.
Немецкое командование использовало шифровальную машину Лоренца для обработки секретных депеш как от Гитлера к генералам, так и между генералитетом. Декодируя эти сообщения, генералы Эйзенхауэр и Монтгомери получали важнейшую информацию, сыгравшую немаловажную роль в успешной высадке союзнических войск в 1944 году.
1946-первый большой универсальный электронный цифровой компьютер.
Название: ENIAC (Electronic Numerical integrator and Computer).
Разработчики: Джон Мочли (John Маuchу) и Дж. ПресперЭккерт (J. Prosper
Eckert).
Приблизительный период разработки: 1943-1946.
Краткое описание: «Электронный числовой интегратор и компьютер» (рис.
3), полностью готовый к работе весной 1945 года, стал первым
полнофункциональным цифровым компьютером. Он был произведен на свет в Школе
электрической техники Moore (при университете в Пенсильвании). Время
сложения - 200 мкс, умножения - 2800 мкс и деления - 24000 мкс. Компьютер
содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических
диодов и 4100 магнитных элементов. Общая стоимость базовой машины - 750000
долларов. Стоимость включала дополнительное оборудование, магнитные модули
памяти (по цене 29706,5 доллара) и аренду у IBM (по 82,5 доллара в месяц)
устройства считывания перфокарт ( 125 карт в минуту). Она также включала и
арендную плату (по 77 долларов в месяц) за IBM-перфоратор (100 карт в
минуту). Потребляемая мощность ENIAC -174 кВт. Занимаемое пространство -
около 300 кв. м.
1949- первый большой полнофункциональный электронный цифровой компьютер с сохраняемой программой.
Название: EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer).
Разработчики: Морис Вилкес (Maurice Wilkes) и сотрудники математической лаборатории Кембриджского университета (Англия).
Приблизительный период разработки: 1946-1949. Первая программа успешно прошла (!) 6 мая 1949 года.
1950 - первая отечественная электронная цифровая вычислительная машина.
Название: МЭСМ («Модель электронной счетной машины»).
Разработчики: С. А. Лебедев, Институт электротехники АН УССР.
Приблизительный период разработки: 1946-1950.
1951-первый коммерчески доступный компьютер. Хранил программы и использовал транслятор.
Название: UNIVAC 1.
Разработчики: Джон Мочли (John Mauchly) и Дж. Преспер Эккерт (J.
Prosper Eckert).
Приблизительный период разработки: 1946-1951. Краткое описание:
«Универсальный автоматический компьютер» был первым электронным цифровым
компьютером общего назначения. UNIVAC, работа по созданию которого началась
в 1946 году и завершилась в 1951 -м, имел время сложения 120 мкс, умножения
-1800 мкс и деления - 3600 мкс.
UNIVAC мог сохранять 1000 слов, 12000 цифр со временем доступа до 400
мкс максимально. Магнитная лента несла 120000 слов и 1440000 цифр.
Ввод/вывод осуществлялся с магнитной ленты, перфокарт и перфоратора.
1952 - первая российская цифровая вычислительная машина общего назначения семейства БЭСМ, ориентированная на решение сложных задач науки и техники.
Название: БЭСМ - «большая электронная счетная машина». Разработчик:
Институт точной механики и вычислительной техники
АН СССР.
Приблизительный период разработки: 1949-1952. За 1959-1966 годы были
сконструированы еще четыре модели семейства: БЭСМ-2, БЭСМ-3, БЭСМ-ЗМ и БЭСМ-
4.
Краткое описание: Трехадресная машина параллельного действия, оперировавшая с 39-разрядными словами со скоростью 10 тыс. операций в секунду.
1953- первый электронный цифровой компьютер фирмы IBM. Название: IBM
701. Разработчик: IBM.
Приблизительный период разработки: 1951-1953.
Краткое описание: 701-я была параллельной двоичной машиной. Базисные устройства ввода/вывода - перфокартные. Но IBM работала и с магнитными лентами для долговременного хранения, принтерами (150 строк в минуту) и магнитным барабаном для оперативного хранения. Общий объем оперативной памяти - 4096 слов (уменьшаемый до 2048). Время сложения - 84 мкс, умножения - 204 мкс и деления - 216 мкс.
