Файл: Домеханический период.pdf

2.Простейшие счетные машины 19-го века.

Машины Паскаля, Лейбница, Томаса и т.д. не могли удовлетворить потребности в счетных машинах. Одни из них были несовершенны, другие имели сложное устройство и поэтому подвергались частым поломкам, третьи громоздки и дороги. Для практики нужна была машина достаточно простая, дешевая и удобная в работе.

В 19 веке появляется довольно много разнообразных изобретений, относящихся к производству вычислений.

- Отечественные машины.

В России стали приспосабливать счеты к возросшим требованиям вычислительной практики.

В 1828 году генерал – майор Федор Михайлович Свободской предложил свой первый счетный прибор после многих лет работы на нем. Он состоял из соединенных в общей раме нескольких счетов, чаще всего употреблялось 12 счетов. Для передвижения костяшек служил специальный прут с рукояткой. Кроме четырех арифметических действий, Свободской производил много различных операций, достигая при этом большой скорости. В 1861 году И.Бураков предложил счеты, в которых было 20 полных рядов и один с четырьмя костяшками, кроме арифметических действий на этих счетах возводили в степень и извлекали корни. В 1872 году Ф. В. Езерский сконструировал счеты с машинкой умножения и деления, вдоль нижней планки которых было по два валика с навернутыми таблицами. Вращая валики можно было получать частные произведения, которые затем складывались на счетах. В 1882 году Н. Компанейский описал свои двойственные счеты, состоящие из счетов и валиков. Причем оси валиков шли параллельно проволокам счетов и могли передвигаться относительно проволок. В 1921 году Б. Н. Компанейский создал прибор, который соединял в себе довольно удобные таблицы умножения с обыкновенными счетами.

Попыток усовершенствовать счеты было много, но создать универсальный счетный прибор на основе счетов не удалось.

- Приборы Слонимского.

В 1893 году Зиновий Яковлевич Слонимский (1810 – 1904) предложил простое множительное устройство, которое позволяло получать произведения любого числа на любое однозначное число. Устройство представляло собой продолговатый и невысокий ящик. Внутри ящика помещались цилиндры, на которых нанесены цифры и буквы. На верхней грани прибора имеется одиннадцать рядов отверстий, в каждом из которых при работе можно прочесть одну цифру или букву.

Так же Слонимский предложил суммирующее устройство, в основе которого лежат зубчатые колеса с 24 коническими зубцами: по одному колесу на один разряд числа. Суть конструкции состоит в характере расположения колес друг относительно друга : колеса независимы.

- Счислитель Куммера.

Петербургский учитель музыки Эрнст Эдуард Куммер (1810 – 1893) в 1846 году представил проект своей машины, в основу которой лег принцип конструкции Слонимского. Счетный прибор имеет вид прямоугольной доски с фигурными рейками. Передвигая рейки, производят сложение и вычитание. Вдоль реек нанесены цифры сверху и снизу. Верхнюю и нижнюю половины разделяет планка с круглыми окнами для считки. На рейках, около цифр, находятся отверстия, вставляя в которые специальный штырек, можно передвигать рейки вверх и вниз. Отверстия были круглые и квадратные.

Счислитель Куммера получил широкое распространение, как в нашей стране, так и за рубежом.

3. Машины Бэббиджа.

Наивысшим достижением английского профессора математики Чарльза Бэббиджа (1791 – 1871) была разработка принципов, положенных в основу современного компьютера, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Им были созданы две машины - разностная и аналитическая.

- Разностная машина.

Первое вычислительное устройство, разработанное Бэббиджем в 1822, была «разностная машина». Работа модели была основана на хорошо разработанном методе конечных разностей. Благодаря этому методу все сложно реализуемые в механике операции умножения и деления сводились к цепочкам простых сложений известных разностей чисел. Составными частями машины были:

- «Память» - несколько регистров для хранения чисел;

- Счетчик числа операций со звонком – при выполнении заданного числа шагов вычислений раздавался звонок;

- Печатающее устройство – результаты выводились на печать.

Движение механических частей машины должен был осуществлять паровой двигатель. Но вычисления были полностью автоматизированы.

- Аналитическая машина.

После изобретения разностной машины, Бэббидж задумал новое устройство – аналитическую машину. По архитектуре она была механическим прототипом современного компьютера и содержала следующие устройства:

- «Склад» – устройство для хранения цифровой информации ( теперь это запоминающее устройство или память);

- «Мельница» или «фабрика» - устройство, выполняющее операции над числами, взятыми на «складе» (ныне это арифметическое устройство);

- Устройство, управляющее последовательностью машины;

-Устройство ввода и устройство вывода информации.

Окончательный вариант машины был представлен в 1840 году. Программа и данные считывались с перфокарт, идею которых Бэббидж заимствовал у Жозефа Мари Жакарда (1752 – 1834), изобретателя ткацкого станка с использованием перфокарт для нанесения узора.

Чарльз Бэббидж в своих идеях опережал свое время.

4. Арифмометр Чебышева

. Среди многих вычислительных устройств 19 века нельзя не отметить наиболее оригинальную конструкцию арифмометра, построенного великим русским математиком Пафнутием Львовичем Чебышевым (1821 – 1894). В ее основу был положен принцип «непрерывной передачи десятков». Суть принципа в том, что шестеренка единиц, делая полный оборот, поворачивает шестеренку десятков на 1/10 оборота, а шестеренку сотен – на 1/100 и т.д. Этим обеспечивается плавное изменение угла поворота всех вступающих во взаимодействие колес.

Этот принцип получил настоящее признание гораздо позже, лишь с применением электропривода. При непрерывной передаче ход машины был плавным, что позволяло без опасений поломок значительно увеличить скорость работы механических вычислительных устройств.

5. «Колесо Однера».

В 1874 году Вильгодт Теофил Однер (1845 – 1905) предложил надежную и простую конструкцию колеса, ставшее основным узлом многих арифмометров.

Арифмометр В. Однера был построен на новых принципах. Главным его элементом является колесо Однера – зубчатка с переменным числом зубцов и девятью выдвижными спицами. Число выдвинутых спиц определяется углом поворота установочного рычажка до соответствующей цифры на шкале.

Изобретение Однера имело большое значение для развития счетных машин. В первой четверти 20 века арифмометры Однера были основными математическими машинами, которые широко применялись во многих областях деятельности человека.

6. Первые клавишные приборы.

Во Франции Пететин из г. Безансона в 1885 предложил карманный прибор для сложения. Прибор имеет три кнопки для единиц, десятков и сотен. Но был очень медленным, для набора каждого слагаемого кнопки надавливались столько раз, сколько составляет сумма всех цифр этого числа. В 1893 году во Франции был изобретен сантиграф – прибор для сложения с пятью пронумерованными клавишами. При нажатии на клавиатуру клавиша опускалась, а при снятии пальца пружина возвращала ее в исходное положение. Прибор имел существенные недостатки: сложность механизма, неудобство, медлительность.

Электромеханический период.

Несмотря на разнообразие машин, развитие науки и техники требовало увеличения скорости работы и меньшей утомляемости вычислителей. Арифмометры уже не удовлетворяли возросшим требованиям из-за недостатков таких как: необходимость вращать ручку; сложение и вычитание производятся медленно; наличие большого количества пружин, которые ослабевают и лопаются и др.

Актуальным стал вопрос о применении электричества в счетных машинах.

1. Табулятор Холлерита.

Электромеханическая эпоха в истории вычислительной техники начинается с создания в 1887 году табулятора американским инженером Германом Холлеритом (1860 – 1929) для обработки результатов переписи населения. Составляющими частями изобретения были: воспринимающий пресс, реле, счетчики, сортировальный ящик, источник энергии - электрические батареи.

В табуляторе использовались перфокарты размером в долларовую бумажку. На каждой карте имелось 12 рядов, в каждом из которых можно было пробить по 20 отверстий. Перфокарты загружали в специальное устройства, соединенные с табуляционной машиной, где они нанизывались на ряды тонких игл. Когда игла попадала в отверстие, она замыкала контакт в соответствующей электрической цепи машины. Это приводило к тому, что счетчик, состоящий из вращающихся цилиндров, продвигался на одну позицию вперед.

Герман Холлерит стал основателем целого направления вычислительной техники – счетно-перфорационного.

Хотя счетно-аналитические машины были широко распространены, они имели ряд недостатков. Их работа производилась в основном на перфокартах, а это требовало кроме основных автоматов целый ряд вспомогательных машин. Но основным их недостатком была медленность проведения операций из-за механического принципа работы, к тому же они имели большие размеры.

2. Использование электрической энергии в работе механических счетчиков.

Наряду со счетно-аналитическими машинами электричество начинают применять и в машинах, в основе которых лежат старые конструкции, вначале приспособленные к чисто механическим вычислениям. В первую очередь применение электричества относится к использованию электроприводов.

Вначале в счетных машинах электроприводом заменяют ручку, которую утомительно вращать. Так широкое распространение получила машина, выпускаемая фирмой «С. Вальтер». Это машина с колесами Однера, с рычажной установкой чисел и с электрическим приводом. Для гашения результатов служит ручка на левой стороне каретки. Установочный механизм гасится с помощью расположенной под ним планки. Каретка передвигается при нажатии клавиши. При умножении и делении нужно считать на слух число оборотов вала. Более совершенными являются клавишные машины с колесами Однера с электрическим приводом. Они выпускаются как с полной, так и с десятиклавишной клавиатурой установочного механизма. В этих машинах при производстве действий число оборотов ведущего вала считается на слух.

Электрический привод применяется и в машинах со ступенчатым валиком.

Дальнейшее развитие счетных машин шло в направлении создания автоматически работающей машины, которая после установки чисел работало бы без дальнейшего вмешательства вычислителя. Вначале была разработана конструкция машин, автоматически выполняющих деление, с умножением были проблемы. В итоге был создан специальный установочный механизм для однозначного множителя. Затем от этого устройства перешли к полностью автоматическому умножению. Наиболее распространенными машинами такого типа являются «Архимед», модель М, «Рейнметалл» и др.

В СССР была создана десятиклавишная вычислительная машина ВК-1. Она представляла собой усовершенствованный арифмометр, работающий на принципе колес Однера, и предназначалась для выполнения четырех арифметических действий. В дальнейшем ВК-1 стала ВК-2,которая является десятиклавишным полуавтоматом и работает от переменного тока.

Наряду с десятиклавишными машинами появились и полно-клавишные полуавтоматические вычислительные машины, например КСМ-1 и КСМ-2, в которых использовались ступенчатые валики.

Были созданы и полно-клавишные автоматические вычислительные машины, которые в основном работают на принципе или ступенчатого валика, или пропорционального рычага.

Период электрических (электромеханических) машин сменился периодом электронных машин, необычайно бурный прогресс которых продолжается и в настоящее время.

3. Довоенные разработки.

Особенно много внимания правительства разных стран стало уделять развитию вычислительной техники перед Второй мировой войной, понимая, как много преимуществ получает сторона, владеющая машинными способами кодирования и декодирования информации.