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

производилась на специальном устройстве, построенном на прин­

ципе пантографа. Скорость пробивки отверстий па этом перфо­

раторе — пантографе была невелика. За час можно было подго­

товить примерно 80 карточек, столько же можно было выписать

карточек и для ручной обработки. Пробитые карточки (перфо­

карты) позволяли провести механизированный подсчет данных переписи. Для такого подсчета Голлеритом была сконструирова­

на машина, состоящая нз следующих главных частей: 1) воспри­

нимающий пресс; 2) реле; 3) счетчики; 4) сортировальный ящик; 5) источник энергии — электрические батареи.

Работа па машппе Голлерпта происходила следующим обра­

зом. Перфокарты укладывались на неподвижную нижнюю часть

пресса над чашечками с ртутью. Количество чашечек соответст­

вовало количеству возможных отверстий в карточке. К ртутпым чашечкам подводился электроток. При помощи рукоятки верхняя

подвижная часть пресса опускалась до соприкосновения с перфо­ картой . В верхней части пресса находились металлические

стержни, снабженные пружинами, благодаря чему стержни от­

ходили вверх, когда они встречали препятствие. Если препятст­ вия не было и стержень проходил через отверстие, пробитое в карточке, цепь замыкалась через чашечку с ртутыо и па счетчи­

ке, соответствующем данному признаку, происходит отсчет еди­

ницы. В тех же местах, где отверстий в карточке не было, стерж­ ни не замыкали цепь и на счетчиках, связанных с этими стерж­ нями, отсчетов не происходило.

Машина позволяла также подсчитывать сочетания различных

признаков.

Количество счетчиков в машппе Голлерпта составляло от 40

до 80 штук. В случае необходимости можно было установить до­

полнительную раму со счетчиками и довести их число до 120.

Каждый счетчик имел две стрелки — для единиц п сотен. За один пропуск на машппе Голлерпта с 80 счетчиками подсчитывалось

распределение населения по восьми признакам, имеющим каж­

дый до десяти вариантов ответа.

Сортировальный ящик, служащий для сортировки пропуска­

емых карточек по вариантам ответа, соединен с основной частью

машины электрическими проводами. Каждая ячейка сортироваль­ ного ящика закрыта крышкой, которая удерживается пружиной, управляемой электромагнитом. При пропуске через пресс карточ­

ки, па которой уже пробит признак, цепь замыкается и крышка

вяти) таблицам; кроме того, карточки были разложены по ячей­ кам для следующего пропуска. В 1890 г. на испытаниях машина

150

Машина Голлерита

Голлерита выполнила за 77 час ту работу, которая при ручной

обработке была исполнена за '150 час.

Машина Голлерита, кроме обработки результатов американ­

ской переписи населения па 1 апреля 1890 г., использовалась при

переписи в Австрии (перепись 31 декабря 1890 г.), Канаде (пе­ репись 1 апреля 1891 г.), Норвегии; в 1900 г. она применялась при сельскохозяйственной переписи в США. C небольшими пе­ ределками машина Голлерита использовалась прп первой Все­ российской переписи населения в 1897 г. В России применялась

машппа с 70 счетчиками и 24 ячейками. Материалы об исполь­

зовании машины Голлерита в России можно найти в работах [1, 2]. Голлерит при конструировании своей машины использовал

успехи в технике слабых токов. Он создал машину, работающую

на электромеханическом принципе. Счетчики в ней были механи­

ческими, а управление осуществлялось электрическими импуль­ сами, возникающими при замыкании цепи, когда стержни попа­ дали в отверстие перфокарты. Эти импульсы использовались для ввода чисел и управления работой машины. Машина Голлерита была счетно-аналитической машиной, соединявшей принцип ме­ ханического счета с методами автоматического сопоставления и анализа информации. Машина Голлерита, названная им табулято­ ром, много лет, вплоть до второй мировой войны, употреблялась для различных целей. Табулятором Голлерита «в развитии вы­

числительной техники открылась новая страница» [3, стр. 131].

151

Машины с перфорационными картами удобно применять для

подсчетов, связанных с большим количеством цифровых данных,

каждое из которых употребляется много раз. Использование циф­

ровых данных в таких машинах предполагает, что все они нане­ сены на карточки в виде отверстий, пробитых в соответствующих местах. Процесс пробивки отверстий более трудоемкий, чем ввод

чисел другим способом, ио это компенсируется тем, что перфо­

карта может быть использована неоднократно.

Развитие принципов, заложенных в конструкции первых ма­

шин Голлерита, явилось основой для последующих разработок в

области перфорационных вычислительных машин.

В 1904 г. счетно-аналитические машины стали применяться

в заводской бухгалтерии на сталелитейном заводе в Пенсильва­ нии. Вскоре и в Германии стали использоваться такие машины в крупных бухгалтериях. После первой мировой войны Германия резко увеличила это применение. Основные дальнейшие усовер­ шенствования машины Голлерита состояли в следующем:

1) вначале пробивка на перфокарте означала только качествен­ ный учетный признак и суммирование происходило затем только

как складывание единиц; затем пробивками стали фиксировать

любые числа, с которыми затем производили необходимые опера­ ции; 2) в комплект счетно-аналитической машины введена спе­ циальная машина для сортировки перфокарт по определенным признакам; в сортировке имеется свой счетчик; 3) в отличие от почти полностью ручной раскладки перфокарт, в более поздних

машинах карточки укладываются пачками по нескольку сотен

штук, а затем автоматически подаются в необходимое место;

4)машина снабжена печатающим механизмом.

Вдальнейшем табулятор превращается в счетно-пишущий

автомат, в который укладывается пачка сгруппированных на сор­

тировке перфокарт, и автомат производит необходимый подсчет с записью слагаемых и итогов па постепеппо разворачивающемся рулоне. Счетно-аналитпческие машины в своем развитом виде

представляют комплект, состоящий из ряда отдельных машин,

выполняющих массовые, специализированные операции по обра­ ботке перфокарт.

После машин Голлерита появились другие машины с анало­

гичными задачами и во многом сходные с первыми. Естественно, что в них вносились некоторые упрощения и усовершенствова­ ния. Наиболее известные из них — машины Пауэрса. Некоторое распространение получили машины Лангфорда, позже — Буля, нор­ вежского инженера, начавшего выпускать свои машины в 1931 г.

Машины Пауэрса (так же как и Голлерита) выпускались в

различных вариантах. Существуют машины клавишные и без

клавиш, печатающие и не печатающие, с горизонтальной и вер­

тикальной сортировкой.

В более поздних выпусках пробивка перфокарт осуществля­ лась при помощи электромагнита, вычислителю необходимо толь­

152

ко замкнуть контакт. Сравнение различных данных и подробное рассмотрение машин Голлерита и Пауэрса можно найти в ра­ боте [4].

В СССР счетно-аналитические машины были впервые приме­

нены в 1925 г. в Харькове — это была машина Пауэрса. В 1927 г.

были "установлены-такие машины в. ЦСУ и в Наркомате путей

сообщений. B-1930 г. в СССР было установлено 62 машины: 40 Пауэрса и 22 Голлерита, из ипх четыре применялись для уче­

та на производстве в Москве (2), Ленинграде и Харькове, осталь­ ные использовались в различных организациях — Госбанке, Цен­

тросоюзе, Союзтрансе, ОГИЗе и др. В это же время в США было

400 установок, в Германии — несколько сотен.

В 1935 г. было налажено отечественное производство счетно­ аналитических машин, и до Д939 г._их_было выпущено около 200

комплектов (о первых советских. счетно-аналитических машинах см. [4—6]).

Несмотря на такое широкое распространение счетно-анали­ тических машин (T-I), они обладали рядом существенных недо­ статков. Их работа в основном производится с перфокартами. Пер­ фокарта является документом, который служит целям многократ­

ного-воспроизведения и подсчета зафиксированных на нем, при

помощи отверстий, покйзателей. В связи с этим счетно-аналитиче­

ские машины требуют, кроме основных автоматов, целый ряд вспомогательных машин (пробивки, контроль и т. и.), например

пробивка является совершенно отдельным процессом, не связан­

ным с основной машиной. Это пытался устранить Лангфорд — пробивка в его системе происходит одновременно с выпиской пер­

вичного документа.

Но основной . их недостаток — медленность проведения опе­

раций из-за механического принципа работы счетчиков, этот же механический принцип порождал и большие размеры таких

машин. Механический принцип, господствовавший в счетных ма­

шинах в течение 200 лет, перестал удовлетворять растущим тре­

бованиям. Фактически счетно-аналитическими машинами меха­

нический принцип себя исчерпал. Для дальнейшего развития

счетной техники необходимо было применить новый принцип, ко­

торый подсказывало развитие науки и техники,— электронный

принцип.

2.Использование электрической энергии

вработе механических счетчиков

Наряду со счетно-аналитическими . машинами (Голлерит, Пауэрс и др.) электричество начинают применять и в машинах,

в основе которых лежат старые конструкции, вначале приспособ­ ленные к чисто механическим вычислениям. Применение элек­ тричества в первую очередь относится к использованию электро­ приводов.

153

Вращать ручку во всех рассмотренных ранее машинах утоми­

тельно, кроме того, это довольно медленный процесс. Поэтому

вначале в счетных машинах заменяют ручку, которую должен вращать вычислитель, электроприводом.

Так, широкое распространение получила машина, выпуска­

емая фирмой «С. Вальтер». Это машина с колесами Однера, с

рычажной установкой чисел и с электрическим приводом. Она во многом похожа па арифмометр Однера. Имеются и некоторые

усовершенствования. Для гашения результатов служит ручка на

левой стороне каретки. Установочный механизм гасится с по­

мощью расположенной под ним планки. Каретка передвигается

при нажатии клавиш. При умножении и делении, после нажима

соответствующей клавиши, нужно считать на слух число оборотов вала. Правда, существует специальный рычаг, устанавливая ко­

торый на отдельные цифры, можно фиксировать число оборотов

вала. Но эта установка требует дополнительного внимания и

времени, поэтому вычислители им почти никогда не пользуются

и работают на слух. Такое полуавтоматическое умножение и де­

ного механизма (например, машппа «Фацит»). В этих машинах

при производстве действий число оборотов ведущего вала счи­

тается на слух. Машина останавливается, если от нее требуется невыполнимое действие.

Электрический привод (или моторный) применяется и в ма­ шинах со ступенчатым валиком. До этого, как правило, сущест­

вовали аналогичные модели с ручным приводом. Почти все они

имеют в установочном механизме полную клавиатуру, с нуле­

вой клавишей для гашения чисел, установленных в этом ряду. Итак, существуют три типа установочных приспособлений:

1. Установочный механизм с пазами, использовавшийся в меха­

нических томас-машинах. Это наименее удобный способ установ­ ки чисел. Поэтому при переходе к электроприводам его сразу за­ менили на клавишную установку. 2. Рычажная установка, при­

меняющаяся в механических однер-машинах, осуществляется значительно быстрее, чем установка в механизме с пазами. При

рычажной установке движение механизма соответствует естест­

венному движению руки. Машины с колесами Однера и с полной

клавиатурой дают небольшой выигрыш во времени. Поэтому при

переходе на электропривод однер-машины часто оставляют с

рычажной установкой. 3. Наибольшими преимуществами облада­

ет клавишная установка, со временем почти полностью вытеснив­ шая все другие виды установок.

Моторный привод в томас-машинах, включающийся нажати­

ем клавиши, придает механизму машины 400—500 об/мин. Тако­

вы машины «Рейнметалл», «Архимед», «Монроэ» и др.

154

Дальнейшее развитие счетных машин шло в направлении создания автоматически работающей машины, которая после ус­

тановки чисел работала бы без дальнейшего вмешательства вы­

числителя. Вначале была разработана конструкция машин, авто­

матически выполняющих деление. Автоматическое умножение

сразу не удавалось. Был создан лишь специальный установочный механизм для однозначного множителя. C помощью нажима со­

ответствующей клавиши установленное множимое умножалось

на одпозиачное число и каретка передвигалась па один разряд, да­ лее па клавиатуре устанавливалась следующая цифра множителя и т. д. От этого устройства затем перешли к полностью автомати­

ческому умножению, при котором оба множителя устанавлива­

ются перед проведением вычислений. После нажима па множи­ тельную клавишу производится последовательно умножение па

разряды множителя, причем каретка перемещается автоматически.

Наиболее распространенными машинами такого типа являются

«Архимед», модель М, «Рейнметалл» и др.

«Архимед» (модель М) — автоматическая счетная машина с общим установочным механизмом в виде полной клавиатуры для множимого и множителя. В «Рейпметалле» такая установка про­

изводится раздельно: для множимого служит полная клавиатура,

адля установки множителя — 10 клавиш.

Вмашинах с пропорциональным рычагом также широко при­

меняется электрический привод. Наибольшее распространение

получила автоматическая счетная машина «Мерседес — Евклид».

Она обладает полной клавиатурой установочного механизма, а

также имеется механизм дополнения, в котором появляется до­ полнение числа, стоящего в результате. Для удобства производ­

ства умножения установочный механизм разделен на две полови­

ны по шесть, а в больших машинах по восемь разрядов в каждой.

Множимое устанавливается в правой половине клавиатуры, мно­

житель — в левой. Для выполнения деления делимое устанавлива­

ется в левой половине клавиатуры, делитель — в правой.

В1925 г. Гаманн создал машину с переключающей защелкой.

Эта машина по внешнему виду похожа на однер-машину, однако имеет одно существенное отличие от предшествующих: ручка

привода все время вращается в одном направлении; переключе­ ние на сложение и вычитание производится с помощью рычага,

расположенного непосредственно под ручкой; рычаг переставля­ ется той же рукой, которой вращают ручку привода; в качестве

передающего элемента используется колесо с переключающей за­ щелкой; установка выполняется с помощью выступающего из прорези установочного рычага, более длинного, чем в однер-

машинах, и остающегося неподвижным при вращении меха­

низма.

Создаются конструкции автоматических машин с переключа­ ющей защелкой (например, «Гаманн — Селекта»), Такие маши­

ны имеют электрический привод и две полные клавиатуры: пра-

155

Десятиклавишная полуавтоматическая машина ВК-2

вую для установки множимого и левую — для множителя. Обе клавиатуры снабжены рядом клавиш с гасящими кнопками. Эти

машины, а также и другие могут иметь включающееся или выклю­

чающееся в процессе работы округляющее устройство, которое при переносе числа из результатного механизма в собирающий

выполняет округления в определенпом разряде, т. е. если в пред­

шествующем низшем разряде стоит какое-либо число от 5 до 9,

то показания данного разряда увеличиваются на '1. Если в низших разрядах стоит от 0 до 4, то увеличения не происходит. Иногда имеется еще счетчик установленных чисел, который указывает

количество установленных чисел, переданных из результатного механизма в собирающий.

Мы остановимся еще на нескольких типах машин. В СССР

была роздана десятиклавишная вычислительная машина ВК-1.

Она представляла ~ собой усовершенствованный арифмометр, ра­

ботающий на_принципе_ колес Однера, и предназначалась для вы-

полнепия четырех арифметических—действий- Для ускорения ра­

боты Следует набирать числа на установочной клавиатуре из де­

сяти клавиш слепым способом. Дальнейшим шагом развития BK-I

стала вычислительная машина ВК-2, которая является десяти­

клавишным полуавтоматом для четырех арифметических дейст­ вий, на ней выполняется автоматически только деление. Машина ВК-2 работает от переменного тока с напряжением НО или 220 в, производя до 350 об!мин.

156

Полноклавишная полуавтоматическая машина КСМ-2

Полноклавишная автоматическая машина ВММ-2

Наряду с десятиклавишными машинами появились и полно­ клавишные полуавтоматические вычислительные машины. В пол­ ноклавишных электрических машинах KCM-I п КСМ-2 исполь­ зуются (с некоторым изменением) ступенчатые валики. На них

можно выполнять все четыре арифметических действия, но они

наиболее удобны для умножения и деления. Они работают от сети и делают 300 об/мин. В полуавтоматической вычислительной

машине KEB-2c установлен универсальный электромотор, кото­

рый можно переключать па работу от переменного пли постоян­ ного тока напряжением 1'10—220 в. Ona уже производит 500 об/мин.

Происходило и дальнейшее усовершенствованно полпоклавиш-

пых полуавтоматических машин ( {EJI-2c, KEJIP-2c п др.).

Выли созданы и полноклавишные автоматические вычисли­

тельные машипы, которые в основном работают на принципе пли

ступенчатого валика, пли пропорционального рычага. При вычис­ лениях па автоматических вычислительных маши пах участие вы­ числителя сводится к установке исходных данных и нажатию соответствующих клавишей управления. На таких машинах мож­ но производить все арифметические действия, но наиболее удоб­ ны они для умножения, деления и комбинированных вычислений

(САЛ-2С, САЛС-2с, САР, ВМА-2, ВММ-2 и др.).

Наиболее медленным и трудоемким действием па всех вы­ числительных машинах является деление. Например, на арифмо­

метре «Феликс» (с электроприводом или без пего) для делспия

требуется на 60—100% времени больше, чем па умножение таких

же чисел, а на автомате САЛ-2С — на 40%. Поэтому при вы­

числениях необходимо преобразовать формулы так, чтобы по воз­ можности деление заменять умножением. Например, деление за­

менять умножением на величину, обратную делителю, а при вы­

работе на машинах нужно следить за необходимой степепыо точ­

ности, так как при увеличении числа па один знак время для

выполнения с ним действия увеличивается па '10—15%, при уве­

личении в частном знаков от двух до шести время увеличивает­

ся па 40 %.

На полуавтоматических машинах умножение выполняется быстрее, чем на полных автоматах, так как на полуавтоматах

можно применять различные сокращенные способы этих дейст­

вий, чего, как правило, нельзя делать на автоматах. Деление на

автоматах, наоборот производится несколько быстрее, чем на по­

луавтоматах.

"' Период электрических (электромеханических) машин сменил­ ся периодом электронных машин, необычайно бурный прогресс которых продолжается и в настоящее время.

158

3. Состояние счетной техники перед переходом к электронным вычислительным машинам

Мы уже останавливались на том, как оценивал арифмометры Ф. Клейн. Еще более удивляет, с одной стороны, восторженность,

а с другой — неправильность и скромность в оценке задач п

возможностей счетных машин. В 1928 г. Н. И Идельсон писал:

«Современный арифмометр представляет собой достойный удив­ ления инструмент: быстро и механически-безошибочно выпол­

няет он ту работу, которая, казалось бы, должна была навсегда остаться привилегией человеческого мозга» [8, стр. 7]. Следует

иметь в виду, что речь идет об арифмометрах типа арифмометра Однера.

В книге [8] выдвигаются требования, которые можно предъ­

явить к счетным машинам с учетом состояния техники в 20-е

годы нашего столетня, а именно:

1. Передача десятков должна всегда быть равномерной, даже если необходимо выполнить, например, действия: 999 999 + 1 или

1 000 000 — 1. Усилия при вращении рукоятки не должны чрез­

мерно при этом увеличиваться.

2.Машина должна работать точно, независимо от скорости

движения рабочих частей. При увеличении скорости должны вступать в действие различные противоииерционные и тормозя­

щие устройства.

3.Ошибки, возникающие в результате неправильного обра­

щения, должны быть исключены. К ним относятся ошибки, по­ являющиеся, например, при неполном пажатии клавиши, непол­ ном повороте ручки, при установке рычагов между отметками

цифр, при нажатии двух клавиш одного разряда (вместо одной)

и т. п. Для устранения возможности неправильного обращения

с машиной она должна быть снабжена предохранительными при­

способлениями, которые называются затормаживающими.

4. Должны быть созданы машины с печатающим приспособ­

лением. Результат необходимо печатать автоматически, так как

при печатании результатов вычислителем могут появиться раз­ личные ошибки.

Далее автор пишет о том, какая, с его точки зрения, должна быть идеальная машина, хотя «сомнительно, чтобы когда-нибудь

удалось сконструировать такую идеальную машину» [8, стр. 133].

Эта идеальная машина должна удовлетворять следующим

требованиям:

1.Четыре арифметических действия, после установки чисел,

должны выполняться автоматически, при этом машиной должен указываться порядок чисел (запятая должна передвигаться авто­ матически) . Это все предполагает автоматическое перемещение

каретки и электропривода.

2.Машина должна быть клавишной. Оба числа при выполне

нпи умножения и деления должны устанавливаться одновремеп-

159