книги из ГПНТБ / Апокин, И. А. Развитие вычислительных машин

нужно менее всего забывать, математик ее изобрел, и математик

постоянно ставит ей на разрешение задачи» (стр. 32). Читая эти строки, не следует забывать, что речь идет только о предке наше­

го арифмометра, а насколько рассуждения и возражения совпада­

ют с современными, когда они были вызваны появлением элект­ ронных вычислительных машин. Воздействие на математиков во многом совпадает. Кончается лекция Клейна пожеланием, чтобы каждый ученик в старшем классе средней школы имел возмож­

ность хоть раз посмотреть эту машину (стр. 32) — пожелание

более чем скромное.

9. Состояние счетной техники перед переходом к электромеханическим машинам

Как мы видели, крупнейшими достижениями в счетной тех­ нике рассматриваемого периода механических счетных машин бы­ ло изобретение Лейбницем ступенчатого валика, широко исполь­

зовавшегося в томас-машинах, и изобретение колеса с переменным числом зубцов (колеса Однсра). В этот период было очень много

и других изобретений, сыгравших видную роль в развитии вычи­

слительных машин.

Впервую очередь сюда следует отнести суммирующую машину

П. Л. Чебышева с непрерывной передачей десятков, затем отме­ тить машину прямого умножения Болле, машину с пропорцио­ нальным рычагом и др.

В1855 г. Шейц в Швеции предложил записывающую счетную

машину. Запись производилась на специальной свинцовой пла­ стинке; фактически это была не запись, а чеканка результатов.

Естественно, что такой несовершенный способ записи не получил

распространения, но он подтолкнул творческую мысль многих

исследователей в этом направлении. В 1888 г. К. Барроуз в США

получает первый патентна суммирующую записывающую машину,

которую он строит в 1892 г. Эта машина была уже клавишной.

Рычажный набор чисел, который существовал почти во всех счет­ ных машинах, имеет свои недостатки. Основной из них состоит

в том, что, набирая числа, легко допустить ошибку, не доведя

или переведя рычаг относительно нужной цифры. Значительно

удобнее клавишный набор чисел.

В 1896 г. Фельт и Тарран из Чикаго сконструировали клавиш­

ную счетную машину для четырех арифметических действий. Она

принципиально отличалась от всех предшествующих. Ее размеры

35 × 25×12 см. На верхней крышке ящика находится восемь го­

ризонтальных и девять вертикальных рядов пронумерованных клавишей. На всех клавишах первого горизонтального ряда стоят

цифры 1 и 8, причем первая более крупная; на всех клавишах

второго ряда — 2 и 7, далее 3 и 6 и т. д. до 9 и 0. При нажатии

на клавишу в соответствующем окне считки появляется нужная

цифра. Все девять клавишей одного и того же вертикального

140

ряда при опускании надавливают на один и тот же рычаг. На

конце рычага находится зубчатая полоса с девятью зубцами,

которые соединены с цифровым колесом. После нажатия клавиша под действием пружины возвращается в исходное положение. Пе­ редача десятков осуществляется при помощи длиииого пальца.

Сложение сводится к набору слагаемых на клавишах. Умно­ жение производится как ряд последовательных сложений. Вычи­

тание заменяется сложением с дополнением к вычитаемому, для этого на каждой клавише и имеется вторая цифра меньшего размера (которая с основной цифрой в сумме дает 9). Деление

сводится к ряду вычитаний.

Прибор Фельта и Таррана по сравнению с другими арифмо­ метрами получает результат при сложении и вычитании значи­

тельно быстрее. При умножении не очень больших чисел выиг­

рыш в скорости также существует, который исчезает, если числа велики. При делении этот прибор никаких преимуществ не дает.

Недостатком прибора является то, что сомножители нигде не

фиксируются и нет уверенности в правильности их набора. Ошиб­

ки, допущенные в нажатии клавиши: клавиша нажата слишком слабо, нажата не та клавиша и т. п.,— ничем не обнаруживаются.

В приборе много пружин, которые со временем ослабевают, и это ведет к ошибкам. К достоинствам следует отнести простоту

устройства.

Фельт и Тарран предложили еще одну машину, которая от­

личается от первой тем, что в ней на бумажной ленте получается

отпечаток всех слагаемых, можно получить на ленте и все ча­ стные суммы. Емкость машины девять знаков.

В скором времени клавишный набор чисел стал наиболее распространенным. Его стали использовать во всех существующих

типах мапгии, как с валиком Лейбница, так и с колесом Однера.

Наряду с полной клавиатурой начали выпускаться машины и с

десятиклавишной клавиатурой установочного механизма. Десяти­

клавишные установочные механизмы оказались наиболее удобны­

ми в суммирующих машинах. В 1902 г. Г. Гопкинс в США пред­ ложил десятиклавишную суммирующую машину «Дальтон».

Широкое распространение получила суммирующая записывающая

машина с десятью клавишами «Сендстранд», которую иачалп вы­ пускать в США в 1914 г. Аналогичная машина появилась в 1922 г.

в Германии («Астра»). C 1932 г. начали производиться десяти­

клавишные суммирующие машины (ДСМ) в СССР, с 1935 г.

выпускаются машины марки KCM (клавишная суммирующая

машина).

Как мы уже отмечали, клавишный набор чисел может быть

приспособлен к любому типу с другим способом набора. Но в

1905 г. Г. Гамани в Германии предложил новый принцип работы машины, который специально был приспособлен к клавишному

набору. Этот принцип получил название пропорционального

рычага.

141

Часть механизма машины Гаманиа с пропорциональным рычагом

Пропорциональные механизмы служат вообще для уменьшения величины X в некотором постоянном отпошеипп, т. е. для решения

задач вида z = λz. Эта идея пропорционального механизма и была

использована Гаманном в созданной им машине. В качестве пере­ дающего механизма в машине Гаманна применяется 10 парал­ лельных зубчатых реек, перемещающихся вдоль своих направляю­

щих. C одного конца эти репки имеют штифты, которые входят в паз пропорционального рычага, расположенного перпендикуляр­

но зубчатым рейкам. Пропорциональный рычаг может поворачи­ ваться вокруг одной из концевых точек. При сложении и умноже­

нии закрепляется задняя точка, а при вычитании — нижняя.

В первом случае задняя зубчатая рейка остается неподвижной,

следующая движется на 1/10 часть, последующая на 2/10 и т. д.

перемещения передней рейки. Зубчатые рейки выполняют, следо­

вательно, движения на 0, 1, 2, ..., 9 единиц, т. е. они передвигаются

в отношениях как 0:1:2...: 9. Таким образом, в машине Гаманна используется пропорциональный механизм.

Для производства вычислений нужно движение отой рейки,

перемещение которой соответствует числу, установленному в дан­

ном разряде, передать в счетный механизм. Для выполнения это­

го перпендикулярно зубчатым рейкам расположены четырех­

угольные оси, число которых равно числу разрядов результирую­

щего механизма. На каждой из этих осей имеются шестеренки с 10 зубьями, которые могут перемещаться вдоль оси. При по­

мощи установочного механизма эти шестеренки входят в зацеп-

142

леігие с необходимыми рейками и при соответствующем повороте

пропорционального рычага производят необходимый перенос в

счетный механизм.

При вращении ведущего вала зубчатые рейки, а с ними и уста­

новочные колеса, насаженные на четырехугольные оси, движутся вначале в одном, а затем в противоположном направлении. Пере­ дача же в счетный механизм происходит только при прямом дви­

жении, что достигается специальным механизмом.

Гамани сконструировал свою машину с рычажной установкой чисел для производства четырех арифметических действий. Он назвал ее «Мерседес — Евклид» [66].

Умножение и деление производятся при помощи подвижной каретки, так же как и у других арифмометров, т. е. каретка после

совершения требуемого числа оборотов должна каждый раз пере­ двигаться на следующий разряд.

При делении на других арифмометрах нужно следить за сиг­ нальным звонком, который указывает, что делитель был вычтен

лишний раз, после этого поворотом рукоятки в положительную сторону необходимо прибавить лишнее вычтенпое количество.

Только после этого каретку можно передвинуть на следующий

будет заторможена особыми механизмами, которые вступают в действие, когда вычитаемое становится меньше вычитаемого.

После этого каретка автоматически передвигается на один раз­

ряд и вращение рукоятки возобновляется до следующей останов­

ки и т. д.

Со временем эта машина получила всеобщее признание и вы­ пускалась в течение многих лет, причем в нее вносились все вре­

мя некоторые усовершенствования. Так, начиная с модели 8

«Мерседес — Евклид» выпускается с клавишной установкой чисел.

В машинах «Мерседес — Евклид» вычитание производится

путем суммирования с дополнением чпсла. Например, разность

4071—'1.832 вычисляется по следующей схеме:

. 4071

+... 9998167

... 0002238 + 1 = 2239

Передача десятков в счетпом механизме осуществляется при

помощи специального ползуна со скошенной поверхностью. Деся­

тичное переключение всегда начинается в низших разрядах счет­ ного механизма и распространяется равномерно на все разряды.

В томас- и однер-машинах разобщение зубцов ведущего меха­ низма с зубцами счетчика происходит в тот момент, когда циф­

ровые ролики или диски находятся в движении. В результате

инерцип последние стремятся продолжать движение, т. е. проска­

кивать. Их нужно задерживать в нужном положении различными

затормаживающими приспособлениями (защепками, мальтийскими

143

крестами и т. п.). В «Мерседес — Евклиде» такое разобщение про­

исходит в момент покоя, а именно в момент, когда пропорциональ­

ный рычаг достиг своего крайнего положения перед возвратом

его в исходное положение. Поэтому *здес излишни затормажи­

вающие приспособления. Машина Гаманиа имеет в результате это­

го спокойный и бесшумный ход. Со временем машины «Мерсе­

дес — Евклид» стали одними из самых распространенных.

Наряду с машинами для четырех действий, с полной клавиату­ рой, продолжали создаваться и выпускаться простые счетные ма­ шины, предназначенные в первую очередь для сложения. Пот­

ребность в простой и дешевой суммирующей машине всегда была

велика, в особенности за рубежом, где не было прибора, анало­ гичного нашим счетам.

В 1893 г. во Франции появился прибор для сложения, состо­

ящий из подвижных лент, которые передвигаются при помощи заостренного стержня. Емкость прибора 3 ■ 10a, причем каждое

слагаемое должно быть не больше IO7. Ленты, на которых были

нанесены цифры, наматывались на горизонтальную ось. В окнах считки, находящихся внизу, в результате работы появляются числа, показывающие, на сколько отверстий опущена лента. Ког­

да доходят до десятого отверстия, то внизу, в окне считки, появ­

ляется нуль, а в верхнем окне единица, которая указывает на необходимость переноса в следующий десяток, затем появляется

цифра 2 и т. д. Когда набор слагаемых на лентах окончен, необ­ ходимо в следующем высшем разряде (как указывают вверху стрелки) опустить ленту на то число отверстий, какое показано

в верхнем окне переноса. Этим сложение заканчивается, и в ок­ нах считки появляется окончательная сумма. В приборе имеется

приспособление для гашения результатов.

Одной из причин возникновения такого рода машин после

построения целого ряда удачных арифмометров было то, что на

арифмометрах сложение выполнять не очень удобно.

Различные машины для сложения строились значительно поз­

же. Так, например, в 1921 г. в США был взят патент па сумми­

рующую машину Тодда. Это 9-разрядная машина с контрольным счетчиком, в окнах которого видно предыдущее слагаемое. Уста­

новка слагаемых производится поворотом наборных колес при помощи рычажков (так же как и в одиер-машинах). После после­ довательного набора слагаемых результат появляется в окнах

считки. Имеются кнопки для гашения по разрядам и общая кнопка для приведения прибора в исходное положение. Десятки

передаются в следующий разряд при помощи длинного пальца.

При небольшом навыке на этом приборе складывать удобнее и

быстрее, чем па обычных счетах. Суммирующие машины Тодда

выпускались в большом количестве, было налажено массовое производство.

Создаются пишущие счетные машины, которые являются ком­

бинацией счетной и пишущей машин, причем печатание и вы­

144

числения могут чередоваться в любой последовательности.

В этих машинах иногда главной частью является пишущая маши­ на (например, «Урания — Вега», выпускавшаяся в Дрездене), иногда — это равноправные части (например, американская ма­ шина «Эллис»), а иногда на первом месте стоит счетная машина

(впервые такую машину предложил еще в 1903 г. Гопкиис —

«Мун — Гопкинс»). Пишущие счетные машины стали широко

применяться в торговых организациях.

Несмотря на разнообразие машин, развитие пауки и техники требовало увеличения скорости работы и меньшей утомляемости вычислителей. Арифмометры уже не удовлетворяли возросшим требованиям. Так, например, в работе [65] отмечаются следую­

щие недостатки всех арифмометров: 1) необходимость вращать ручку; 2) сложение и вычитание производятся медленно; 3) на­

личие большого количества пружин, которые ослабевают и ло­

маются, и др.

Актуальным стал вопрос о применении электричества в счет­

ных машинах.

Û .

ЛИТЕРАТУРА

1.В. von Freytag-Loringhoff. Über die erste Rechenmaschins.— Phys. Bl., 1958, 14, N 8.

2.F. Hammer. Nicht Paskal sondern der Tubinger Professor Wilhelm Schic­ kard erfand die Rechenmaschine-Buromarkt, 1958, 13, N 20.

3.J. P. Flad. Evolution et tendances du calkul mécanique en 1623 et en 1958. Methodes (France), 1959, 27, N 154.

4.Byl Pascal scutecne prvni? Vypocetni aorganiz. techn., 1962, N 3.

5.К. А. Рыбников. История математики, ч. I. МГУ, I960.

6.Johanes Kepler — Führer durch sein Geburtschaus in Weil der Stadt. 1966 (Schriften der Kepler-Gesellschaft Weil der Stadt e. V. Verfasser: W. Ger­

lach und Μ. List).

7.W. Sutter. Aus der Geschichte dés Rechenschiebers.— Eisenbahnfachmann, 1953, 27, N 8.

8.Ф. П. Жирное. Логарифмические шкалы и логарифмические линейки и их развитие в XVII—XVIII веках.— Уч. зап. Сверял, пед. ин-та, сб. 78, 1969.

9.Н. Д. Беспамятных. Основные этапы развития счетной логарифмической линейки. Труды 2-й республиканской конференции математиков Белорус­ сии. Минск, БГУ, 1969, стр. 341—344. .

10.Н. Кобринский, В. Пекелис. Быстрее мысли. Μ., «Молодая гвардия», 1959.

И. Л. Теплое. Очерки о кибернетике. Μ., «Московский рабочий», 1959.

12.Е. Μ. Клаус. Блез Паскаль.— В кн.: У истоков классической науки. Μ., «Наука», 1968.

13.V. Quintas Castans. Jacobe Rodrigues Fereira jun precurser español? — Rev. Calculo automat, у cibernet., 1954, 3, N 8.

14.В. Г. Фон-Бооль. Приборы и механизмы для механического производства арифметических действий. Μ., 1896.

15.Л. Е. Майстров, В. Л. Ченакал. Счетная машина Евны Якобсона из Несви-

жа.— Вопросы истории естествознания и техники, 1969, вып. 1 (26).

16.L. Maistrovas, V. Cenakalas. Jevnos Jakobseno is Nesvyzians Skaiciavimo masina. Mokslas ir techmika, Vilnius, 1968, N 11.

17.Л. Е. Майстров, В. Л. Ченакал. Счетная машина Евны Якобсона из He-

свижа,— В кн.: Материалы VI конференции по истории науки в Прибал­ тике. Вильнюс, 1965.

145

18.Verzeichnis der Kunstdenkmaler der Provinz Posen, Bd. I. Berlin, 1898.

19.Μ. В. Уилкс. Автоматические цифровые вычислительные машины. Jl., Судцромгпз, 1960.

20.Е. А. Исакович. Машинизация учета. Μ.— JI., Госиланпздат, 1939.

21.Ленц. Счетные машины. Μ.— JI., Госиздат, 1928.

22.П. Тихомиров. Арифметика на счетах. СПб., 1830 (4-е изд., 1847). Перев.

на польск. язык: P. Tychomirok. Arytmetyka па Szczotach. Wilno1 1838.

23.П. И. Погорельский. Опыт изложения способов решать числовые задачи па счетах. Μ., 1830.

24.Μ. А. Байков. Пояснение на способ генерал-майора Свободского делать вычисления па счетах. Харьков, 1831.

25.Арпфмометр-счеты системы Компанейского. Μ., 1922.

26.И. Г. Спасский. Происхождение и история русских счетов,— Историко­ математические исследования, вып. V. Μ., Гостехпздат, 1952.

27.О изобретении мещанином Гродненской губернии Новогрудского уезда, м. Городища евреем Иоселем Мепделповмчем Шлпфером механических таблиц.— Гродненские губернские ведомости № 6, 10/11 1839. Прибавле­ ния.

28.Ю. Дьяков. Описание устройства вновь предлагаемого снаряда, служаще­ го для обеспечения производства арифметических действий: умножения

иделения. СПб., 1874 (лптогр. изд.).

29.Ю. Дьяков. Объяснение к «Новой таблице умножения». СПб., 1882.

30.Дьяков. Новые привилегированные русские счеты. СПб., 1882.

31.В. П. Маленький фельетон,— Газ. «Новое время» № 2136, 1882.

32.Нз истории вычислительных устройств.— Историко-математические ис­ следования, вып. XIV. Μ., Фпзматгпз, 1961.

33. .1. Crelle. Demonstration d’un théorème de Μ. Slonimsky sur les nombres, avec une application de cetlhéorème an calcul de chiffres.— I. reine und angew. Math., 1846, 30.

34.3. Слонимский. Описание нового числительного инструмента, 1845.

35.Μ. И. Радовский. Изобретатель арифметической машины 3. С. Слоним­ ский.— Вестник АН СССР, 1952.

36.Μ. В. Остроградский. Педагогическое наследие. Μ., Фиаматгиз, 1961.

37.II конструктору, и директору, и продавцу.— Наука и жпзиь, 1967, № 1.

38.Инструкция для пользования счетной машиной «Прогресс». Днепропет­ ровск, 1950.

39.В. Е. Прудников. В. Я. Бупяковский— ученый и педагог. Μ., Учпедгиз, 1954.

40.В. Я. Бупяковский. О самосчетах и о новом их применении. СПб., 1876

(Записки Академии наук, 25, приложение № 4).

41.Научные приборы. Приборы и инструменты исторического значения. Μ., «Наука», 1968.

42.Н. Д. Беспамятных. Описание счетного инструмента краеведческого музея города Петрозаводска.— Уч. зап. Карельск. пед. ип-та. Петрозаводск, 1963,

14.

43.R. Adler. Mr. Babbage’s calculating.— Machine Desing, 1958, 13.

44.Ch. Babbage. On the theoretical principles of the machinery for calculating tables.— Brexvster J. Sci., 1822, 6.

45.В. Я. Бупяковский. Лексикон чистой и прикладной математики, т. 1. СПб., 1839.

46.Б. F. Menabrea. Sketch of the analytical engine, invented by Ch. Babbage.

With notes upon the memoir by the translator, Ada Augusla countess of Lovelace (from the Bibliotheque Universelle de Geneve, N 82, Oktober, 1842).— Scientific memoirs, R. Taylor. Londin, 1843, 3, 666.

47.B. V. Bowden. Faster than Thought. A Symposium on Digital Computing Machines. Chapter I. London, 1953.

48.А. Тьюринг. Может ли машина мыслить? Μ., Физматгиз, 1960.

49.Ch. Babbage. Passages from the life of a philosopher. London, Longmans, 1864.

146

Глава III

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ (ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ) МАШИНЫ

1.Первые табуляторы. Табулятор Голлерита

Вконце XIX в. в связи с развитием науки и техники потреб­

ность в счетных машинах возросла настолько, что ее не стали

полностью удовлетворять ни арифмометры Однера (со всеми его

разновидностями), ни другие типы машин.

Счетная техника не развивается изолированно, на ее движе­

ние вперед всегда влияло состояние техники и технологии изго­ товления точных механизмов вообще, состояние смежных наук,

таких как механика, физика и др., и, конечно, потребности в та­ ких машинах. Математическая теория машин до XX в. играла

второстепенную роль; так, почти все машины, с точки зрения ма­

тематической теории, отражали позиционный десятиричный прин­ цип и правила действий с целыми числами и дробями. Некото­ рые случаи (например, в машине Слонимского) требовали и бо­

лее сложной теории, но не они определяли развитие счетной

техники в механический период.

C развитием теории электричества, а также и техники, в осо­ бенности слабых токов, возникла естественная идея применить

эти токи к счетной технике. Вначале электроэнергию в счетных

машинах применяли только как движущую силу, которая вместо

руки счетчика приводила в движение механизм, сам же счетчик

оставался прежним, т. е. это были привычные зубчатые колеса с обычной передачей десятков. Такие машины получили название

электромеханических машин, хотя их можно было бы назвать и электрическими машинами. Существенным практическим толчком к введению электромеханических машин была потребность в обра­

ботке переписей населения, которые с конца XIX в. стали прово­

диться более или менее регулярно.

Существенную роль в этом отношении сыграла счетная маши­ на Голлерита. Сотрудник Бюро цензов в США* Голлерит в '1888 г. разработал конструкцию машины, которая была впервые

применена при обработке материалов переписи населения США

в 1890 г. Голлерит назвал свою машину табулятором.

При переписях населения в США данные о каждом лице впи­

сывались в отдельную строчку переписного листа. Затем эти

1Бюро цензов — статистическая организация США, ведающая проведением переписей и обработкой их материалов.

148

Г. Голлерит

данные переносились на отдельную карточку с заранее напеча­ танными вариантами ответов, нужный вариант отмечался «птич­ кой». Ответы о возрасте, например, имели 10 вариантов: до 5 лет,

6—10, 11—20, 21—30 и т. д. до более 80 лет.

В дальнейшем обработка материалов переписи состояла в

том, что карточки с ответами раскладывались вручную на груп­ пы в соответствии с целью группировки, затем подсчитывалось

количество карточек в каждой группе и результаты подсчета за­

носились в соответствующее место заполняемой таблицы.

C учетом этой ручной техники Голлеритом была создана сис­

тема для механизированной обработки материалов переписи. Как

и при ручной обработке, на каждое лицо, проходящее перепись,

заводилась счетная карточка. Она была разделена на колонки,

отвечающие определенным вопросам. В каждой такой колонке

пробивалась дырочка на месте, которое соответствовало ответу на

интересующий вопрос. Было предусмотрено десять позиций для

пробивания дырочек, т. е. дырочки пробивались вместо отметок

«птичкой». Используя две колонки для одного вопроса, можно было при помощи дырочек фиксировать 100 ответов. Это было

удобно, например, для фиксации возраста. Пробивка отверстий

149