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

рационного оборудованпя. В этом отношении они неразрывно связаны с техникой последнего (электромеханического) периода

доэлектронных ЦВМ. В то же время по своим вычислительным

возможностям оии явились качественно новым типом ЦВМ, а

именно машинами, предназначенными для решения сложных

научно-технических задач. Первая электронная ЦВМ ЭНИАК

отличалась от релейных машин в основном тем, что в пей были

использованы электронные лампы. Применение электронных

ламп дало большой скачок в быстродействии, одпако программно­ структурные особенности ЭНИАК не соответствовали огромным

потенциальным возможностям, связанным с использованием но­

вой технологии.

Основной структурный тип электронной ЦВМ («машина с хранимой программой»), разработаипый вскоре после создания ЭНИАК, коренным образом отличался от структуры как ЭНИАК,

так и релейных машпн. Реализация принципа хранимой про­

граммы обеспечила существенное повышеппе производительности

ЦВМ. При этом осповпая блок-схема универсальных ЦВМ, реа­

лизованная в первых машинах с хранимой программой, осталась

впринципе непзмеппой на протяжении всей смены поколений в

электронной цифровой вычислительной технике. Сущпость по­

следующих изменений сводилась к усложнению классической

блок-схемы (включающей единичные устройства памяти, управ­ ления, ввода-вывода и арифметическое устройство) путем созда­

нія развитой иерархии запоминающих устройств, применения

принципов мультипроцессирования, усложнения системы оконеч­ ного (периферийного) оборудованпя и т. д.

Таким образом, существуют принципиальные различия между

ЭНИАК и первыми ЦВМ с хранимой программой, выразившиеся,

вчастности, в существенном повышении вычислительных воз­

можностей последних.

Второе обстоятельство, которое необходимо учитывать, заклю­

чается в том, что попытки создания первых универсальных ЦВМ

на электромеханических и электроппых элементах не разделены

заметным интервалом времени. Скорее можно говорить о парал­

Данные соображения явились основанием для введения в схе­ му периодизации переходного периода — зарождение электрон­

ной цифровой вычислительной техники. При этом период элект­

ронных ЦВМ первого поколения связан исключительно с разви­ тием машин с хранимой программой.

В результате общая схема периодизации истории цифровой вычислительной техники принимает следующий вид:

I. Этап домеханических устройств.

II. Этап механических устройств:

20

1 ) простейшие механические машины;

2)счетные машины со ступенчатым валиком;

3)применение новых принципов в механических машинах: колесо с переменным числом зубцов, непрерывная передача де-

сятков, пропорциональный рычаг и т. д.

III. Этап электромеханических устройств:

1)первые табуляторы;

2)использование электрической энергии для работы механи­

ческих счетчиков.

IV. Этап электронных вычислительных машин:

1) зарождение электронной цифровой вычислительной тех­

ники;

2)ЦВМ с хранимой программой на электровакуумных эле­

ментах (первое поколение) ;

3)ЦВМ на дискретных полупроводниковых и магнитных эле­

ментах (второе поколение) ;

4)ЦВМ на интегральных схемах (третье поколение) ;

5)ЦВМ на интегральных подсистемах (четвертое поколение).

3. Хронологические рамки периодов

Не менее важное значение, чем выбор принципа периодизации,

имеет выбор принципа, которым следует руководствоваться прп

определении хронологических рамок отдельных периодов. Пра­ вильное определение хронологических рамок существенным об­

разом влияет на выявление временных закономерностей и харак­

теристик данной отрасли техники.

Так же как и в отношении схем периодизации, здесь возмо­

жен выбор среди многочисленных вариантов. Например, хроно­

логические рамки периодов развития электронных ЦВМ могут

определяться на основе следующих критериев:

1. Дата начала работы над проектом первой ЦВМ нового ти­ па, например первой электронной ЦВМ, первой ЦВМ на полу­

проводниках и т. д.

2. Даты, связанные с выполнением опытно-конструкторских

работ по проекту, например, завершение монтажных работ, окон­ чание испытаний и т. д.

3. Дата ввода первой ЦВМ нового типа в эксплуатацию.

Любой из данных критериев можно принять, взяв за основу,

во-первых, проекты ЦВМ, имевшие главным образом экспери­

ментальное значение (действующие модели или прототипы

моделей, разработанные в экспериментальных целях), во-

вторых, проекты ЦВМ, которые с самого начала пред­ назначались для практического использования (однако не были настолько удачными, чтобы на их основе было начато серийное

производство), и, в-третьих, проекты первых серийных ЦВМ.

Данный набор вариантов еще более усложняется, если отдельно рассматривать незавершенные проекты.

21

Наряду с критериями, связанными с разработкой первых ЦВМ нового типа, в основу могут быть положены критерии, свя­

занные с их производством и применением. Например, начало

периода ЦВМ второго поколения может быть связано со следу­

ющими датами:

1)год, в котором было изготовлено больше машин на полу­ проводниках, чем ламповых машин;

2)год, когда в числе выпущенных новых моделей машин пре­

обладали полупроводниковые модели; 3) год, когда в парке эксплуатируемых ЦВМ стали преобла­

дать машины на полупроводниках.

Здесь также можно предложить ряд вариантов, взяв за основу

или производство в одной стране (например, в стране с наиболее

высокоразвитой вычислительной промышленностью), или миро­

вое производство, или, наконец, данные по большинству стран,

выпускающих ЦВМ. Кроме того, необходимо учесть, что наиболее

совершенные разработки электронных ЦВМ часто связаны с воен­

ными и космическими программами. Поэтому даппыс критерии можно распространить только па производство ЦВМ определен­

ных классов, например бортовых ЦВМ (т. е. машин, использу­

емых на самолетах, ракетах, спутниках, космических кораблях,

а также на подводных лодках и надводных судах). Если опреде­

ленный тип машин (например, ЦВМ на интегральных схемах) стал преобладать среди бортовых ЦВМ, то разработка ЦВМ на

интегральных схемах для гражданских нужд не представляет

принципиальных технических трудностей и определяется пре­

имущественно фактором стоимости.

Рассматривая различные варианты хронологических принци­

пов периодизации, авторы пришли к следующим выводам.

Вдоэлектронный период, когда счетную машипу, как прави­ ло, изобретал один человек, началом нового этапа (или периода в данном этапе) следует считать время изобретения нового типа

машип.

Вэлектронный период за основу взят критерий серийного

производства новых моделей. В соответствии с этим критерием

год, когда в данной стране большинство серийных моделей вы­

пущено, например на интегральных схемах, принимается за пер­ вый год нового периода (периода ЦВМ третьего поколения).

Некоторые принципиальные соображения2, а также трудно­ сти, связанные с отсутствием соответствующих статистических данных (в частности, отсутствие точных данных о выпуске ЦВМ

военного назначения), привели авторов к выбору десятилетий и

2 Стремление к хронологической точности при датировке какого-либо пе­ риода развития конкретной области техники далеко не всегда оправдано. Более правильно определять в каждом конкретном случае «разрешающую способность» объективной датировки исходя из того, что смена одного пе­ риода другим является более пли менее длительным процессом.

22

частей (начало, середина, конец) десятилетий в качестве интер­

валов времени для обозначения хронологических рамок периодов.

Например, периоды первого — четвертого поколений электрон­ ных ЦВМ имеют следующие хронологические рамки:

первое поколение — начало — середина 50-х годов;

второе поколение — конец 50-х — середина 60-х годов;

третье поколение — конец 60-х — начало 70-х годов; четвертое поколение — ориентировочное начало периода —

середина 70-х годов.

Общая хронологическая схема периодизации выглядит сле­ дующим образом.

C древнейших времен до начала XVII в.— этап абака, кото­ рый в разных странах начинался и кончался в разное время.

Начало XVII — конец XIX в.— этап механических машин.

Внутри этого этапа можно выделить следующие периоды:

1)начало XVII — конец XVII в.— возникновение механи­

ческих машин;

2)конец XVII —начало XIX в.—попытки создапия практи­

счетных машин на новых принципах, наиболее удачный из них — колесо с переменным числом зубцов.

Конец XIX в.— 30-е годы XX в.— период электромеханиче­

ских (электрических) дискретных счетных машин.

Вторая половина 30-х — 40-е годы — период зарождения элек­

тронной цифровой вычислительной техники 3.

3 Начало периода зарождения электронных ЦВМ, разумеется, не могло быть связано с серийным производством. Поэтому оно датируется началом тео­ ретических и экспериментальных разработок в области программио-уп-

•равняемых автоматических ЦВМ. Серийное производство автоматических релейных систем (для выполнения сложных научно-технических расче­ тов) было начато в США в середине 40-х годов и вскоре прекращено вследствие появления электронных ЦВМ. Cepnitaoc производство элект­ ронных ЦВМ, в которых не был использован принцип хранимой програм­ мы, было начато в США фирмой «ИВМ» в 1948 г. (машина ИБМ-604) и прекращено в 50-х годах.

Первая серийная ламповая ЦВМ с хранимой программой (УНИВАК) была разработана в США в 1951 г. Производство серийных ЦВМ с храни­ мой программой начала фирма «ИВМ» (модель ИБМ-701) в 1953 г. В этом же году в СССР был изготовлен первый экземпляр серийной ЦВМ «Стре­

ла». В 1954 г. производство серийных универсальных ЦВМ с хранимой

жик»), в 1957 г.— в Швеции (машина ЕДВ-2), в 1958 г.— в ФРГ (Ц-22Р) и Нидерландах («Электрологика-ХІ»).

Интересно отметить, что в том же 1958 г. в ФРГ было налажено се­ рийное производство полупроводниковых машин («Сименс-2002»). Серий­ ное производство универсальных электронных ЦВМ в Италии было начато сразу на полупроводниках (1960 г., модели ЭЛЕА-6001 и ЭЛЕА-9003).

23

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ОТ АБАКА ДО ЭЛЕКТРОННЫХ ЦВМ

Глава I

ЭТАП ДОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

(ЭТАП АБАКА)

1. Счет па пальцах. Бирки

C необходимостью считать люди столкнулись довольно рано: насечки на костяных и каменных изделиях, которые фиксировали

некоторый счет, встречаются уже в палеолите. В неолите имеют­

ся неоспоримые свидетельства как самого счета, так и его фик­

сации на камнях, костях, глиняных изделиях и т. п. [2—4].

C развитием общества счет. стал совершенно необходимым, в

обиходе появились довольно большие числа, выкладки с которы­ ми все усложнялись. Возникла потребность в приборах, которые облегчили“ бвгсчёт.)Простейший~из~таких~«приборов>~был всегда

с человеком — это 10 пальцев его рук. Ф. Энгельс писал: «Поня­

тия числа и фигуры взяты не откуда-нибудь, а только из дейст­

вительного мира. Десять пальцев, на которых люди учились счи­

тать, т. е. производить первую арифметическую операцию, пред­

ставляют собой все, что угодно, только не продукт свободного

творчества разума» [1, стр. 33].

Современные исследования подчеркивают большое значение

счета на пальцах для математики.

«Возникновение приемов пальцевого счета уходит в глубь ве­

ков, так как было вызвано практической потребностью жизнен­

ной деятельности людей, причем этому счету придавалась необхо­ димая тогда наглядность. Таким образом, простые арифметиче­

ские действия с помощью пальцев осуществлялись как бы на

своего рода счетной машине» [5, стр. 38]. У этой счетной маши­

ны было много достоинств: простота, надежность, компактность

и др., но были и недостатки. Одним из основных недостатков было

то, что на пальцах неудобно сохранять результаты счета не

только на длительные, но даже и на сравнительно короткие сроки.

Пальцевый счет сыграл громадную роль в развитии математи­

ки. Происхождение десятиричной системы счисления связано с пальцевым счетом. Он оказал существенное влияние на многие

другие вопросы. Пальцевый счет нашел отражение в цифровых

25

обозначениях древних вавилонян и египтян. У древних римлян существовало пальцевое изображение чисел, которое описано сред­ невековым монахом Бёда Достопочтенным (VIII в.) [6]. Описание пальцевого счета, данное Бёда, является ценнейшим историческим наследием древней счетной культуры. Правда известный историк

математики Μ. Кантор указывает на противоречие в высказыва­

ниях Беда, который якобы говорит, с одной стороны, о большом

значении пальцевого счета, а с другой — отпосит этот счет к раз­

влечениям. Но высказывание Бёда относительно пальцевого сче­ та как развлечения, которое приводит Μ. Кантор, относится не к

пальцевому счету, а к применению обозначений чисел пальцами

ном как развлечение.

Согласно описанию, составленному Бёда, различные загибы

пальцев изображали единицы, десятки, сотни и тысячи, а опре­ деленные жесты рук позволяли считать до миллионаi. Пальце­ вым счетом пользовались пе только торговцы пли неграмотные,

но также п математики. Так, крупнейший математик средневе­

ковой Европы Леонардо Пизанский рекомендовал пальцевый

счет в качестве вспомогательного средства при счете в позицион­ ной системе счисления.

Не случайно также и то, что в древнерусской нумерации еди­

стр. 252]. В соответствии с этой теорией счет на пальцах по ос­ нованию «60» мог происходить следующим образом. Для отсчи­

тывания единиц и десятков па одной руке соединяли вместе боль­

шой и указательный пальцы, которые не участвовали в отсчете

единиц. Девять суставов трех остальных пальцев служили для

отсчета единиц. Большой и указательный пальцы имеют пять ви­

димых суставов, они служили для отсчета пяти десятков. Следо­

вательно, максимальное число, которое можно выразить при по­

мощи суставов пальцев одной руки, было 59. При помощи обеих рук возможен был счет до числа 3600, которому в Вавилоне при­

писывалась особая роль. Подтверждением этой гипотезы являет­ ся и клинописное обозначение чисел на письме. Группировка клинописных знаков по три в ряду может быть объяснена сим­

волическим обозначением суставов пальцев: верхний ряд — сус-

*В [7, стр. 326, рис. 92] приведен счет на пальцах по книге «Summa de arɪthmetica» Л. Пачоли (1494 г.). Но на этом рисунке неразличимы 2 и 8, 3 и

9, 200 и 800, 300 и 900 и некоторые другие изображения чисел при помо­ щи пальцев.

26

тавы мизинца, затем безымянного и среднего. Этим объясняется

то, что нижние клинья больше по размеру 2.

От древних римлян берет начало простой способ умножения

на пальцах чисел больших пяти и меньших десяти. Рассмотрим его на примере 6×8. На одной руке загибают количество паль­ цев, превышающих пять в первом сомножителе (один палец), а

па второй руке — во втором (три пальца). Складываются загну­

тые пальцы (1+3=4)—это и будет число десятков произведе­ ния, а пезагнутые пальцы перемножают (4×2 = 8)—это будут

единицы. Следовательно, 6×8=40+8=48.

Мы привели только отдельные примеры пальцевого счета у разных народов. Пальцевый счет имел широкое распространение.

Простейшим и первым искусственным счетным прибором яв­ ляется бирка. Вначале бирки служили для того, чтобы при их помощи можно было зафиксировать на память те или иные чис­

ла. Бирка — это деревянная палочка, на которой ножом наносят различной формы насечки (зарубки). Таким образом вели счет

дням, количеству собранного урожая, количеству поголовья ско­

та, величину долга и т. п. Для различных целей существовали

разные бирки, форма зарубок также была достаточно разнообраз­ на. Кроме того, и сами бирки делали различной формы: квадрат­ ного сечения, прямоугольного, круглого и т. п.

Возникновение бирок теряется в глубине веков, и существо­ вали они очень долго. Еще в первой четверти нашего столетия

ими пользовались многие народы.

Кроме бирок для «записи на память», широкое распростране­

ние получили так называемые долговые бирки. На такую бирку

зарубками наносилась величина долга, затем бирка раскалыва­ лась так, чтобы раскол шел по зарубкам. Одна половина бирки оставалась у должника, другая — у кредитора. В момент расчета

обе половинки складывались, зарубки при этом должны были совпадать. Аналогичные бирки были у пастухов для учета коли­ чества поголовья стада. Применялись бирки и в других самых

различных случаях. В 1763 г. в Эстонии были учреждены госу­

дарственные склады, из которых можно было брать в долг сель­

скохозяйственные продукты, причем наряду с расписками были узаконены и бирки.

В Сибири в связи с открытием хлебозапасных магазинов в

1805 г. получили широкое распространение так называемые хлеб­

ные бирки. В XIX в. во многих районах, входящих в состав сов­

ременной Югославии, подати вносились по биркам. В Швейцарии

в это же время были в употреблении «водяные бирки». Крестья­

не проводили себе воду из горных потоков для орошения. Для

2 Клинописные зиакп вначале писались и читались сверху вниз, а затем были повернуты па 90° против часовой стрелки.

Эта теория о происхождении шестидесятиричной системы из счета на пальцах ие общепринята. По поводу нее высказан ряд возражений. Одно из них — невозможность загибать пальцы отдельными суставами.

27

регулирования расхода воды и служили «водяные бирки», па них

отмечалось время пользования водой. У альпийских стрелков при

помощи бирок регулировалось несение пограничной службы. У забайкальских казаков бирки имели значение различных от­ четных документов. Современный польский автор Щ. Елеиьский пишет: «Еще недавно в различных закоулках в Польше употреб­

лялись счеты в виде зарубок па палках — карбов (отсюда карбова­ нец—рубль)» [11, стр. 412]. Таких примеров можно привести очень много. Все они свидетельствуют о чрезвычайно широком распространении бирок. В ряде работ дается описание тех или

иных бирок в этнографическом плане [15—24].

Среди самых разнообразных типов бирок выделяется особая группа — счетные бирки. На эти бирки наносили определенные знаки для счета. Это были первые примитивные счетные приборы.

Простейшие счетные бирки представляют собой аккуратные палочки с 10 пли 12 простыми зарубками. При помощи таких би­ рок удобнее было считать не только в пределах первого десятка

(дюжины), но и десятками (дюжинами). Простейшие счетные бирки встречались при раскопках в Новгороде, они были обнару­

жены в Тюменской области, в Эстонии и в других местах. Встречаются также бпрки, па которых зарубки нанесены

группами по две, три, четыре, пять, восемь, десять штук. Такне

бирки служили для удобства счета парами, тройками и т. д.

Например, эстонские рыбаки еще в недалеком прошлом рыбу счи­

тали тройками и четверками, у них и были в употреблении бирки,

зарубки которых сгруппированы по три п по четыре штукп.

Кроме простых счетных бирок, на которые наносятся заруб­ ки для удобства счета отдельными группами, встречаются счет­ ные бирки довольпо сложного устройства. В Эстонии имеются,

например, счетные бирки особой формы, в виде квадратных в се-

чеппп, хорошо обструганных деревянных палочек, которые сос­

тоят из двух вилкообразных половинок, входящих друг в друга. Этп половины, до полного разделения, могут перемещаться одна

вдоль другой, напоминая передвижение центральной линейки в современной логарифмической линейке. Среди этпх бирок встре­ чаются бирки, у которых все четыре боковые грани покрыты груп­ пами зарубок, по пять в каждой. Группы отделены друг от дру­ га косыми зарубками. Расстояние между прямыми зарубками, как и между косыми, одинаково. Передвигая половники бирок друг относительно друга, можно было производить сложение пя­ терок [25, стр. 94, № 27].

В Чувашии обнаружены счетные бирки различной формы с

развитой системой знаков и приемов счета. Эти бирки находились в связках по нескольку десятков. Зарубки на нпх были следу­

ющего вида:

I — обозначение 1, / — 5, X — 10, I — l∕s-

Одни зарубки папесепы более глубоко, другие менее. Более

глубокая зарубка означает число в 100 раз большее, чем такая

29