Файл: История развития средств вычислительной техники ( Механический период).pdf

Часть 2.6 Арифмометр В. Однера

Простота и завершённость машины К. Томаса дала ему признание людей. Всем казалось, что машину нельзя улучшить и создать более совершенный прибор. Однако в 1890 г. Вильгорд Теофилович Однер, петербургский изобретатель, записал в своем дневнике: «После 15 лет труда и постоянных улучшений мне удалось устроить аппарат, превосходящий значительно изобретённые моими предшественниками».^[32] (Приложение 13)

Основным элементом арифмометра было зубчатое колесо, получившее название “колесо Однера”. Оно состоит из диска, который хорошо крепится на ведущем валу, и установочной шайбы . Эту шайбу можно вращать за специальный выступ относительно неподвижного диска, в пазах которого могут радиально двигаться выдвижные зубья, имеющие штифты. Штифты входят в криволинейный паз установочной шайбы. Если вращать шайбу с помощью выступа, то изгиб находяшийся на середине паза, давление на штифты продвигает зубья либо наружу, либо внутрь колеса. Получается, от положения шайбы шайбы зависит количество зубов.

В 1899 г. Вильгодт Теофил Однер организовал предприятие, на котором создавались его машины, находился этот завод в Петербурге. После эмиграции В.Однера в Швецию в 1917 г. арифмометры его конструкции продолжали выпускать на заводе им. Дзержинского под маркой «Феликс». В 1969 г. их было произведено 300 000 штук^[33]

В России зародилась важная отрасль промышленности – производство ЭВМ. У машин стали появляться клавиши. Они улучшались вплоть до 70-х годов XX века. Механические устройства заменялись электронными, в итоге начали создавать персональные ЭВМ.

Часть 2.7 Машина П. Чебышева

В рамках исследований в области арифмометров в России было сделано открытие — непрерывная передача десятков в арифмометре Чебышева, оказавшее существенное влияние на развитие арифмометров с электроприводом.^[34] 

Пафнутий Львович Чебышев (Приложение 14) великий русский математик. Его оригинальность конструкции была весьма интересна. Его машина изобретательна тем, что шестеренка единиц, делая полный оборот, поворачивает шестеренку десятков на 1/10 оборота, а шестеренку сотен – на 1/100 и т.д.^[35] Спустя некоторое время этот механизм доработали, так как он был не стабилен и машины часто ломались, но в итоге получил настоящее признание и его использовали в американских машинах “Мерчент” до середины XX столетия.

Часть 2.8 Ткацкий станок для ЭВМ

Как бы глупо это не звучало, но первая “память” машин появилась благодаря такому станку. Эту идею воплотил в жизнь человек по имени Жозеф Мари Жаккар (Приложение 15), также создавший “параллельный перенос”, с помощью которого могла быть выполнена целая серия сложений с единственной операцией переноса в конце.^[36]

Этот станок (Приложение 16) был первым способный управлять введённой в него информацией. Изобретатель делал его для того, чтобы облегчить работу с трудными узорами. «При изготовлении такой ткани нужно поднять или опустить каждую из ряда нитей. После этого ткацкий станок протягивает между поднятыми и опущенными нитями другую нить. Затем каждая из нитей опускается или поднимается в определенном порядке, и станок снова пропускает через них нить. Этот процесс многократно повторяется до тех пор, пока не будет получена нужная длина ткани с узором.»^[37] В этом аппарате он использовал “карты”(перфокарты) с отверстиями, чтобы всё происходило автоматически. Так он использовал перфокарты. Но его машина славиться только этим, в остальном машина была очень однонаправленная, так как использовала только десятичную систему счисления. Хоть он и пытался развиться в этом направлении, у него это не получилось.

Часть 2.8.1 Технологическая схема вычислений Г. Прони

Гаспар де Прони французский математик, правительство которого поручило ему заняться переходом на метрическую систему мер. Этот человек создавший первую в мире технологическую схему вычислений. Она содержала три этапа:

1. Определение (или разработка) методов численных вычислений. Эти методы давали возможность свести вычисления к четырем арифметическим операциям – сложение, вычитание, умножение, деление. На этом этапе действовала первая группа из нескольких высококвалифицированных математиков.

2. Задание последовательности арифметических действий и определение исходных данных, необходимых при их выполнении («программирование»). Эти работы выполняла вторая, более широкая по составу, группа математиков.

3. Выполнение составленной «программы», состоящей из последовательности арифметических действий. На этом этапе не было необходимости привлекать высококвалифицированных специалистов. Эта самая трудоемкая часть работы была поручена третьей и самой многочисленной группе вычислителей.^[38]

Разделив труд на данные позиции, удалось увеличить скорость и повысить надёжность результатов. А значит такой метод будет работать и в ЭВМ. Время шло к созданию вычислительных машин с программным управлением последовательностью арифметических операций.

Часть 2.9 Машины Чарльза Бэббиджа

Чарльз Бэббидж (Приложение 17) был человеком, опередившим свое время.^[39] Из всех изобретателей прошлых столетий, которые принесли не большой, но основной вклад в развитие ЭВМ. Этот человек ближе всех подобрался к созданию компьютера. Но не только в этой сфере он делал открытия. Не которые идеи используют и по сей день, такие как:

1. Установка в поездах “чёрных ящиков” для более подробных данных о авариях (оборудовал вагон-лабораторию всевозможными датчиками, показания которых фиксировались самописцами.)
2. В ходе работ над созданием вычислительных машин сделал большой прогресс в металлообработке. Сконструировал поперечно-строгальный и токарно-револьверный станки, придумал методы изготовления зубчатых колес. Предложил новый метод заточки инструментов и литья под давлением.
3. Он содействовал реформированию почтовой системы в Англии. Составил первые надёжные страховые таблицы. Занимался теорией функционального анализа, экспериментальными исследованиями электромагнетизма, вопросами шифрования, оптикой, геологией, религиозно-философскими вопросами. Более того, известен как человек, первым взломавший шифр Виженера.
4. Он был одним из основателей Лондонского статистического общества. В числе его изобретений были спидометр, офтальмоскоп, сейсмограф, устройство для наведения артиллерийского орудия.
5. Использование морских приливов в производстве электричества.
6. Изучение погодных условий прошлых лет по виду годичных колец на срезе дерева.^[40]
7. Разработка чертежей для судов и маяков.
8. Изобретение игрового автомата “крестики нолики”.^[41]

Бэббидж был одним из величайших изобретателей XIX века. Он сделал так много вещей и сделал их так чрезвычайно хорошо. Он был математиком, инженером и больше всего конструктором компьютеров. Как будто в одном лице было десять разных лиц.^[42]

В 1822 году он разработал разностную машину, которая, по мнению некоторых, была первым автоматическим вычислительным устройством. Лишь десять лет спустя, в 1834 году, он начал проектировать свою аналитическую машину.

Его проект имел в себе более 2000 чертежей различных узлов. Предполагалось, что машина Бэббиджа будет чисто механическим устройством с паровым приводом. Она состояла из хранилища для чисел («склад»), устройства для производства арифметических операций над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой»)^[43] и устройства, которое контролирует операции машины в правильном порядке, включая передачу чисел из одного место другому; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни (он умер в 1871 году), сумев сделать только некоторые части своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня технологического развития.

Если бы что-то конкретное возникло, оно могло бы успешно стать первым универсальным компьютером. Но фактически действующей машины построено не было, поэтому его претензии на славу остались в основном только на тщательно разработанных чертежах. Тем не менее Чарльз Бэббидж добился известности, будучи первым, кто понял общую концепцию компьютера. Почти все принципы, лежащие в основе современного компьютера, были унаследованы от проницательного ученого XIX века. Аналитическая машина Бэббиджа была разработана для решения любых математических задач. Что наиболее важно, машина также обеспечивала несколько функций (условной передачи управления, подпрограмм и циклов), которые могли сделать ее программируемой. Для ввода программ использовались перфокарты, средства передачи данных, которые в конечном итоге нашли свое место в компьютере.

Гениальный человек жил в то время, когда существующие технологии не позволяли воплотиться в жизнь мечтам изобретателя. Поэтому Бэббидж не создал свою машину. И всё же его компьютер был близок к идеалу и он остался бы в истории как первый человек, создавший компьютер. “Его по праву называют провозвестником компьютерной эры.”^[44]

Часть 2.9.1 Разностная машина

Первая машина Чарльза Бэббиджа называлась - разностная, так как в основе лежал метод конечных разностей. Данный метод упрощал действия умножения и деления, заменяя их цепочками простых сложений известных разности чисел.

Эта машина впитала в себя все разработки прошлых лет такие, как:

1. “Память”– несколько регистров для хранения чисел.
2. Счётчик числа операций со звнком ­– при выполнении заданного числа шагов вычислений раздавался звонок.
3. Печатающее устройство – результаты выводились на печать, причем по времени эта операция совмещалась с вычислениями на следующем шаге.

Движение механических частей машины должен был осуществлять паровой двигатель. Но вычисления были полностью автоматизированы (вплоть до автоматической печати результатов).^[45]

Бэббидж был рад тому, что спроектировал такую машину, но чтобы её построить, ему нужны были большие накопления, которых он не имел. Он пытается достучаться до правительства, но они не видят в машине какой либо пользы и пишут: «затраты, которые необходимы для того, чтобы довести машину до состояния, удовлетворительного вообще или удовлетворительного для мистера Бэббиджа (!), даже по самым скромным подсчетам намного превышают первоначально предполагавшуюся сумму».(Письмо от 4 ноября 1842 года).^[46] Они отказываются от прав на эту машину и передают её обратно создателю, на что Бэббидж ответил так же, просто не принял машину.

Часть 2.9.2 Аналитическая машина

Бэббидж бросает работу над разностной машиной и продолжает свой старый проект. Но на него нужны весомые деньги, ведь инструменты, зарплата для инженеров и рабочих не появится из воздуха. Поэтому он идёт на крайние меры. Он начинает испытывать свою удачу в лошадиных бегах, пытается написать роман, хочет создать игровой автомат (крестики нолики), но всё это безуспешно. В бегах он проигрывает (его верный друг леди Лавлейс отдаёт семейное ожерелье за проигрыш), книга не станет популярной как и автомат, поэтому его отговаривают от этих идей. ^[47]

Но работа над машиной продолжается. Она являлась прототипом современного компьютера и содержала следующие устройства:

1. «склад» (или мельница) – устройство для хранения цифровой информации (теперь это запоминающее устройство или память);
2. «мельница» или «фабрика» – устройство, выполняющее операции над числами, взятыми на «складе» (ныне это – арифметическое устройство);
3. устройство, для которого Бэбидж не придумал названия и которое управляло последовательностью действий машины. Сейчас это устройство называется устройством управления. Следуя терминологии Ч. Бэббиджа, это устройство можно было бы назвать «конторой»;
4. устройство ввода информации;
5. устройство вывода информации.^[48]