Арифмометр Однера.

Началом математического машиностроения можно считать изобретение русского инженера Однера в 1874 году арифмометра. Основным элементом его арифмометра было своеобразное зубчатое колесо с переменным числом зубьев, которое впоследствии получило название колесо Однера. Оно позволяло легко производить ввод исходных чисел в арифмометр простым поворотом рычагов на его лицевой стороне, поскольку эти рычаги изменяли число зубьев, колёс Однера. Уже в 1890 году Однер получил патент на своё изобретение и основал механический и медно - литейный завод для производства арифмометров, и в первый год выпустил 500 арифмометров, а в 1913 их работало уже 22 тысячи. В советском союзе модификация этого арифмометра под названием "Феликс" выпускалось сотнями тысяч

вплоть до 2 половины 20 века, и имело широчайшее распространение. Этот арифмометр "Феликс" надёжно работает при частоте вращения ручки до 250 оборотов в минуту, что позволяет достаточно быстро производить умнужение и деление многозначных чисел. Начиная с 20 века получили распространение вычислительные машины, которые приводолись во вращение не рукой, а электродвигателем, причём электродвигатель обеспечивает перемещение каретки и деление. Число оборотов достигает 1300 оборотов в минуту, что увеличивает скорость выполнения вычисления. Первоначальное появление ЭВМ не очень повлияло на выпуск арифмометров, прежде всего из-за различия в назначении а также стоимости.

******************************************************************

Табулятор Холлерита.

Счётно-перферацинонные машины. Электро-механический этап развития вычислительной техники явился наиболее продолжительным, охватывает около 60 лет, тоесть от первого табулятора Холлерита, который появился в 1887 году, до появления первой ЭВМ (1945) и называлась эта первая ЭВМ (ENIAC). Классическим типом средств электро-механического этапа был счётно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях. Исключительность устройства, разработанного американцем Германом Холлерита заключалась в том что в нём впервые была введена идея перфокарт, поэтому табулятор получил довольно широкое распространение, и в 1890 он использовался для переписи населения США. Значение работ Холлерита для развития вычислительной техники определяется 2 факторами:

1) Он стал основоположником нового направления ВТ (вычислительной техники), а именно счётно-перферационного с соответствующим им обородованием для широкого круга экономических и научно-технических расчётов. Это направление привело к созданию машинно-счётных станций, которые послужили прообразом в современных вычислительных центрах.

2) Использование большого числа разнообразных устройств ввода-вывода информации неотменило полностью использование перфокарточной технологии.

******************************************************************

III Период развития ВТ. Электронно-вычислительный.

Релейные машины.

В 1831 году Жосеф Генри профессор натуральной философии колледжа в Нью-Йорке, который впоследствии стал Пристанским университетом, продемонстрировал своим студентам следующий опыт: небольшую железную подковку он обмотал тонким проводом, а по середине поместил железный стержень, свободно установленный на игле. И когда он подал ток в обмотку, стержень перевернулся, притянулся одним своим концом к подковке, а другим ударил миниатюрный колокол. Так родился прибор, получивший название "реле". Впоследствии реле нашло самое широкое применение в технике. И в частности в аппаратуре связи. И сейчас у нас в Рязани есть телефонные станции, работающие на реле. И первым человеком, который задумал использовать его в качестве основного элемента вычислительных машин стал американский математик Стибиц, (1904-1995). В 1937 году он обратил внимание на двоичный характер работы этого прибора. Он у себя дома соорудил из куска доски, жестяных обрезков, коробки из под трубочного табака, двух лампочек от карманного фонаря и двух старых реле нехитрую схему, которая питалась от батареи, и могла складывать две двоичные цифры. И свой примитивный сумматор автор назвал модель "К", поскольку мастерил в кухне. Начально демонстрация не произвела ни на кого из коллег особого впечатления. Но руководство Стибица усмотрело в этом хорошую идею и в 1939 он приступил к проектированию ВМ, работающей с комплексными числами и назвал её модель "1". Стибиц был архитектором этой машины, а помогал ему инженер Уильямс, и в 1945 году эта машина была введена в действие. Первоначально машина могла лишь умножать и делить комплексные числа, но после незначительной модификации добавилось сложение и вычитание. Вот эта машина содержала примерно 450 двухполюсных и 10 многополюсных реле, которые служили для хранения входных данных и промежуточных результатов. Эта машина была непрограммированной машиной, тоесть с жёстко заданной последовательностью действий, когда каждая следующая оперция начиналась после того, как заканчивалась предыдущая, причём связь оператора с этой машиной осуществлялась дистанционно, с помощью кабелей, подключались телетайпы, которые устанавливались в специальном помещении. Быстродействие этой машины составляло примерно одно умножение в минуту. Таким образом Стибиц первым в мире успешно осуществил удалённый доступ к вычислительному устройству. В сентябре 1940 года продемонтрировал свою машину. На учёных того времени она произвела очень большое впечатление она использовалась вплоть до 1949 года. Вскоре после её пуска Стибиц предложил построить более универсальную машину, которая автоматически бы вычисляла полиномы ... Но так как она очень дорого стоила, то его предложение не было принято, ну а когда в 1941 году США вступила во II Мировую войну, началась разработка управления зенитных орудий. Стибиц начал изобретать линейный интерполятор. Это устройство могло работать круглосуточно, обладало высокой надёжностью. Получила машина название модель "2". После войны машина использовалась для инженерных нужд и была демонтирована в 1961 году. Далее создавались машины модель "3" и модель "4", и они также предназначались для систем ПВО. Модель "3" называлась баллистическая вычислительная машина. Наиболее значительной разработкой стала универсальная релейно-вычислительная машина модель "5". Она была построена на 9000 реле, и имела в своём составе все блоки предусмотренные структурой машины. Эта машина имела 2 устройства, и это позволяло либо решать 2 различные задачи, либо объединять эти устройства для выполнения более сложных вычислений, тоесть прообраз наших многопрецессорных вычислительных систем. Сложение - 0.3 секунды, умножение - 0.8 сек, деление 2.7сек, извелечение квадратного корня 4.5 сек. Весила 10 тонн и обошлась заказчикам в 500 тыс $. Последняя релейная машина - модель 6, была изготовлена в 1949 году. Она была упрощённой версией предыдущей машины, была создана для нужд компании фирмы Bell - компании изготовителя этих машин. В 40-50е годы прошлого века релейные машины создавались в Европе, США, Японии, хотя уже создавались электронно вычислительные машины. Это можно объяснить несколькими условиями :

1) Релейные были дешевле, были прочнее, выпускались в различных странах в большом объёме и имелся большой опыт их эксплуатации.

2) Элетронные лампы, на которых создавались ЭВМ, были довольно таки дороги, надёжность их оставляла желать лучшего, они были очень энергоёмки, выделяли много тепла, поэтому требовалось специальное охлаждение, выпускались в малом объёме.

3) Наблюдалась нехватка специалистов-электронщиков. Советский союз также грешил этим, все специалисты работали либо в оборонной промышленности, либо на высоких должностях в бытовой электронике.

4) Разработка релейных машин как правило занимала значительно меньше времени, чем разработка ЭВМ.

Для многих, завоевавших впоследствии известность компьютерщиков, релейные машины были своеобразным макетом, на котором они могли опробовывать свои архитектурные и схемо-технические идеи, причём следует заметить, что только в Японии релейные машины дошли до промышленного производства, хотя выпускались довольно мелкими сериями.

******************************************************************

Первые электро-механические вычислительные машины.

1) Австрия. В 1947-1952 годах ассистент, а затем профессор венского технического университета Хайнц Земанек построил универсальную счётную машину на 700 реле.

2) Великобритания. Было разработано несколько моделей релейных машин, самой известной из который стала автоматическая релейная вычислительная машина, построенная в 1948 году Эндрю Бутом. Главной её особенностью было использование в качестве оперативной памяти накопителя на магнитном барабане.

3) Венгрия. В 1955-1958 годах под руководством Ласло Козмы в венгерском политехническом институте была разработана и изготовлена релейно-вычислительная машина, которая содержала 2000 реле, и была введена в регулярную эксплуатацию в 1959 году.

4) Нидерланды. В 1952 году в математическом центре Амстердама была введена в действие Амстердамская автоматическая счётная машина. Её разработчиками были учёные, которые впоследствии стали известными компьютерщиками - Шонтен и Лообстра. Но она оказалась столь ненадёжной, что практически не использовалась.

5) СССР. В 1954-1957 годах была создана советская релейно-вычислительная машина под маркой "РВМ-1". Она была создана под руководсвом Николая Ивановича Бессонного в институте теоритической и эксперементальной физики Академии Наук. Содержала 5500 реле, работала в двоичной системе, с числами с плавающей запятой, и благодаря применению так называемого каскадного принципа, выполнение арифметических операций, который был изобретён Бессоновым, которая выполняла свыше 20 умножений в секунду. Особенно удобным оказалось решение задач экономического характера, где требовалась обработка очень больших массивов информации, и она проработала до 1965 года, конкурируя с действующими ЭВМ.

США.

Одна из самых исвестных американских релейных машин была создана в гарвардском университете под руководством Говарда Эйкена. Называлась машина "Гарвард Марк 2", она предназначалась для военно-морского полигона и работа над нею завершилась в 1947 году. Эта машина содержала около 13тыс. реле, имела 2 арифметических устройства, которые могли работать либо параллельно, либо совместно. В машине использовалась арифметика с плавающем запятой, числа представлялись в двоично-десятичном коде, на операции ложения или вычитания уходило около 0.2 секунды, умножение выполнялось в отдельном устройстве и требовало около секунды. Также в машине предусматривалось специализированное устройство для вычисления различных стандартных математических функций. Для управления вычислительным процессом использовалась бумажная перфолента, а вывод результатов осуществлялся на печати. Хотя эта машина использовалась в течение порядка 10 лет, заметного следа в технике она не оставила, кроме одного забавного эпизода. В сентябре 1947 года во время отладки этой машины, машина замолчала, но когда стали искать неисправность, что контакты одного реле заблокированы остатками мотылька. Мотылька извлекли и когда зашёл офицер узнать почему случилась неисправность, ему ответили что происходит очистка компьютера от насекомых. Термин демогин - отладка прижился и стал использоваться для обозначения поиска неисправности в компьютере, особенно в програмном обеспечении.

Чехословакия.

В 1950 году в научно-исседовательском институте математики академии наук ЧССР была организорвана лаборатория математических машин, которую возглавил выдающийся чешский учёный Антонин Свобода. И в этой лаборатории под его руководством началась работа по разработке релейно-вычислительной машины, которая получила название SAPO. Работа завершилась через 3 года и эта машина стала предшественницей так называемых отказо-устойчивых систем, которые активно начали разрабатываться только в середине 70-х годов.

Швеция.

Летом 1946 года профессор электротехники чалмеровского технического института отправился в научную командировку в Америку. Он посетил Принстон, ему показали машину ENIAC. Она произвела на него очень большое впечатление, хотя как он признавался, то не всё понял как она работает. Тем не менее вернувшись на родину, он стал одним из организаторов государственного совета по математическим машинам. Усилиями его сотрудников были разработаны 2 машины. Электронная и релейная. Релейная называлась двоичной автоматической релейной вычислительной машиной BARC. Машина выполняла операции сложения и умножения за 150 и 250 милисекунд соответственно и находилась в эксплуатации до 1954 года.