Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Глава 1 _2015

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
29.03.2016
Размер:
887.69 Кб
Скачать
Перфокарта Бэббиджа

41

внешнего обмена. Планировалось иметь широкий спектр устройств ввода-вывода. В качестве основного устройства вывода использовался карточный перфоратор, кроме него предполагалось выводить результаты вычислений на бумагу, а также вы-

давливать их на металлические пластинках, чтобы в дальнейшем можно было печатать таблицы без ошибок, вносимых типографскими наборщиками. Предполагалось еще сконструировать и подключить к машине механический графопостроитель.

Даже по современным меркам проект аналитической машины выглядит весьма внушительно. Бэббидж предложил множество оригинальных технических решений (например, схему сквозного переноса), которые оставались актуальными почти сто лет. В сравнении с первой электронной вычислительной машиной ENIAC, построенной в 1945 году, проект Бэббиджа имел ряд принципиальных преимуществ. Например, в ENIAC программа программа вводилась не с перфокарт, а коммутировалась переключателями и соединительными штеккерами.

К сожалению, аналитическая машина, как и ращностная, так и осталась на бумаге. Основная причина та же — отсутствие технологии точной механической обработки деталей; для приведение в движение длинной цепи шестеренок требовалась слишком большая сила. Большую роль сыграл и субъективный фактор. По мнению историка науки Поварова «...неуспех проекта был обусловлен скорее деловыми и личными причинами, нежели собственно техническими. Как часто бывает, судьба изобретения тесно сплелась с судьбой изобретателя. Бэббидж был ученый-романтик, стремившийся все время вперед, к неведомому и небывалому. Его гениальная интуиция легко схватывала принцип решения, но он не всегда учи- тывал практические трудности исполнения, не достигнув одного, спешил к другому».

По чертежам и описаниям Быббиджа впоследствии было построено несколько образцов аналитической машины. Первая умень-

42

шенная реализация предпринята шведами отцом и сыном Шютцамив 1854 г., еще при жизни Бэббиджа. Машина весила около 1 т и содержала 4320 деталей, на всемирной выставке в Париже ей была присуждена золотая медаль. В 1876 г. в США Джордж Грант построил разностную машину, содержащую 15 тыс. деталей и имевшую в длину 2.4 м в длину и 1.5 м в высоту, весом 900 кг. Машина проработала 20 лет, а затем была передана в музей.

Сын Чарльза Бэббиджа Генри в 1906 году реконструировал по чертежам отца часть аналитической машины — арифметическое устройство и устройство печати результатов с точностью 29 знаков. Эта модель в настоящее время хранится в Научном музее Лондона. В 1969 году фирма IBM изготовила для музея полномасштабный макет аналитической машины, но этот макет изображал только внешний вид устроуства и был неработоспособным.

Проектирование разностных машин продолжалось вплоть до 40- х годов XX века, когда надобность в них отпала, так как табулирование функций стало производиться не с помощью специализированных механизмов, а по машинным программам на универсальных компьютерах.

Ада Лавлейс

Несмотря на то, что аналитическая маши-

на не была воплощена в металле, для нее

и возникновение

были составлены программы. Судьбе было

программирования

угодно распорядиться так, что первым в ис-

тории программистом стала женщина, и не кто-нибудь, а единственная дочь великого английского поэта Августа Ада Байрон, по мужу графиня Лавлейс (Lovelace, Ada; 1815—1852 ).

Ада получила прекрасное воспитание, была талантливым музыкантом, знала несколько иностранных языков, увлекалась математикой. В 19 лет она познакомилась и подружилась с Чарльзом Бэббиджем, считала себя его ученицей и помощницей. Поскольку Бэббидж был сильно занят чертежами, Ада, обладавшая прекрасным слогом и ясностью мышления, считала своим долгом популяризировать идеи учителя. Когда в 1842 году вышла статья итальянского инженера Л.Ф.Менабреа с техническим описа-

43

нием аналитической машины, составленным по записям лекций Бэббиджа в Италии, Ада вызвалась перевести ее на английский язык и снабдить комментариями. В этих «комментариях переводчика» она проанализировала основные понятия программирования, такие как простой цикл, цикл в цикле, рабочая переменная, условная переда- ча управления и т. д. В заключение

Ада Лавлейс приводился пример достаточно слож- (1815—1852) ной программы для аналитической ма-

шины, вычисляющей числа Бернулли1. Хотя объем комментариев более чем в два раза превысил объем самой статьи, Ада скромно подписалась инициаломи «AAL». Эта была ее единственная на- учная работа, но этой работой она навсегда вписала свое имя в историю науки.

«Несколько страниц, написанных в ночь перед дуэлью Эваристом Галуа, открыли миру гениального математика. Единственная песнь — «Марсельеза», сочиненная капитаном Руже де Лилем, сделала его имя бессмертным. Составленные 28-летней графиней Августой Адой Лавлейс примечания к статье итальянского инженера Л.Ф.Менабреа дают основания считать ее первой программистской, чье имя навсегда останется в истории вычислительной мтематики и вычислительной техники».

1Программа Ады Лавлейс содержит 25 шагов, она составлена очень изящно, минимизируя память и перфокарты. Для того, чтобы проверить, насколько правильно написана эта программа (отладить ее на машине автор не имела возможности), в 1978 году в СССР был поставлен эксперимент. Программу перевели на язык Фортран, для чего потребовалось 85 операторов, и протестировали на компьютере. Оказалось, что в программе Ады Лавлейс содержится одна алгоритмическая ошибка и одна опечатка. После их исправления программа заработала правильно.

44

1.7.Табуляторы: от Холлерита до машиносчетных станций

Табулятор

Электромеханическая эпоха в истории вычисли-

тельной техники начинается с создания в 1887 г.

Холлерита

табулятора американским инженером Германом

 

Холлеритом (Hollerith, Hermann; 1860—1929)1. Холлерит в 1879— 1882 г. работал в Бюро цензов (статистическом ведомстве) США, которое каждые десять лет проводило переписи населения, и ему было хорошо известно, сколь трудоемкой является ручная обработка их результатов. Например, итоги переписи 1880 года, когда население страны составляло около 50 млн человек, были получены только через 7,5 лет.

Герман Холлерит (1860-1929)

В своей «машине для переписи населения» Холлерит предложил использовать перфокарты, подобные жаккардовым. Каждая перфокарта имела 6 рядов круглых отверстий по 32 колонки в каждой, впоследствии отверстия стали квадратными, число рядов увеличилось до 12, а число колонок до 80

На каждый объект переписи заводилась отдельная перфокарта, в которой с помощью специального пробойника — перфоратора — в соответствущих позициях делались отверстия, отвечающие определенным значениям признаков (пол, возраст и т. д.). Холлерит впоследствии вспоминал, что на эту мысль его навел железно-

1Хотя электромагнитное реле было изобретено в 1831 году, еще до начала работы Бэббиджа над проектом аналитическй машины, однако вплоть до последней четверти XIX века надежность электромагнитных приборов была совершенно недостаточной для построения сложных устройств, и они не могли конкурировать с механическими.

 

45

 

 

 

дорожный кондуктор,

 

который компостером

 

пробивал дырки в биле-

 

тах пассажиров, причем

 

у каждого пассажира

 

был свой билет.

 

Для автоматическо-

Перфокарта Холлерита (современный

го подсчета статистики

80-колонный вариант).

Холлерит предложил

 

особое устройство, на-

званное им табулятором. Перфокарты в табуляторе ощупывались стержнями на пружинках, при наличии отверстия стержень проходил через него и опускался в чашечку со ртутью, замыкалась электрическая цепь и срабатывал соответствующий электрический счетчик импульсов. Число счетчиков в табуляторе менялось от 32 до 120, поэтому за один пропуск колоды карт получалась статистика по большому числу признаков.

Табуляторы Холлерита произвели настоящую революцию в статистике. Результаты следующей переписи 1890 года, проведенной с их помощью, были получены всего через два года, после этого началось победное шествие перфокарт и табуляторов по планете.

Уже в 1890 г. они используются

 

для переписи населения в Авст-

 

ро-Венгрии, в 1891 г. — в Кана-

 

де, в 1897 г. — в России.

 

Холлерит постоянно совершен-

 

ствовал свое изобретение: меха-

 

низировал подачу перфокарт в

 

табуляторе, усовершенствовал

 

перфоратор, придумал автомати-

 

ческую сортировку и т.д. Для про-

Табулятор Холлерита.

изводства табуляторов и

сопутствуещего перфокарточного

Рисунок из патента 1887 г.

оборудования в 1896 году Холле-

Вверху справа располагается

панель со счетчиками

рит организовал фирму "Tabulating

 

Перфоратор Холлерита

46

Mashines Company", которая после ряда реорганизаций полу- чила в 1924 г. название "International Business Mashines", сокращенно IBM. Постоянно развиваясь, IBM стала самой могущественной корпорацией в компьютерном мире, прозванной за любимый фирменный цвет "голубым гигантом". На протяжении почти всего XX

века фирма IBM определяла лицо вычислительной техники, и мы в своем историческом обзоре еще не раз с нею столкнемся.

Возникновение

Строго говоря, табулятор образца 1887 г.

не был вычислительной машиной, так как

промышленности

он ничего не вычислял, а просто считал

обработки

пробивки на перфокартах. В 1908 г. Холле-

данных

рит ввел в конструкцию электромеханичес-

 

кий сумматор, использующий ступенчатый валик Лейбница, в 1911 г. табулятор дополняется печатающим устройством, затем создаются модели, способные вычитать и умножать. Табуляторы становятся очень сложными техническими устройствами, насчитывающими до 100 000 деталей, а общая длина соединительных проводов в них достигала 5 км

В усовершенствованом виде табуляторы могли использоваться не только для статистических приложений, но и для выполнения простых вычислений в экономике. В 20-х годах XX века сформировалась целая отрасль промышленности, занимавшаяся производством и применением счетно-перфорационной (иначе называемой счетноаналитической) техники. Общее число счетно-аналитичес- ких комплексов, куда кроме табуляторов входили перфораторы, контрольники, сортировки и т. п. к 30-м годам достигло 6-8 тыс. шт. Перфокарты расходовались сотнями миллионов, на их изготовления уходили целые леса.

47

Эпоха счетно-перфо-

 

рационных машин продол-

 

жалась до 1960-х годов,

 

даже ЭВМ не сразу вытес-

 

нили табуляторы. Дело в

 

том, что в применении вы-

 

числительных машин дос-

 

таточно четко выделились

 

два направления. Первое

 

— научно-технические

 

расчеты, для которых ха-

 

рактерны небольшие объе-

Табулятор Т-5 отечественного произ-

мы вводимых-выводимых

водства), 1950-е годы. Вверху слева

данных и сложные алго-

— приемник перфокарт, посредине —

ритмы вычисления. Ана-

печатающее устройство. Внизу —

литическая

машина

коммутационная доска

 

 

Бэббиджа была изначальо ориентирована именно на это направление, поэтому перфокарты в

ней использовались в основном для хранения программы, которая могла быть при этом сколь угодно длинной и сложной.

Другое направление — экономические расчеты. Алгоритмы вы- числений в них как правило предельно просты, в бухгалтерии, например, вообще не используется операция вычитания, зато исходных данных очеь много, причем эти данные однородны по структуре. Для таких расчетов табулятор оказался идеальным устройством. Программа вычислений в нем заранее набиралась штеккерами на коммутационной доске, а перфокарты, которые табулятор "пожирал" со скоростью до 10 000 шт. в час, содержали однородные исходные данные, например, зарплату одного сотрудника за один рабочий день.

На базе счетно-перфорационных машин в 30-е годы были организованы "фабрики вычислений" — машиносчетные станции, которые обслуживали сразу множество учреждений, банков, начисляя зарплату, пенсии, коммунальные платежи, механизируя работу централизованных бухгалтерий.

48

Крупная машиносчетная станция выглядила как промышленное предприятие. В перфорационном зале десятки девушек с невероятной скоростью стучали по клавишам, перфокарты тысячами укладывали на тележки и везли в табуляторный цех. Там стоял лязг и грохот, гудели моторы сортировок, стучали рычаги табуляторов, из печатающих устройств медленно выползали широкие бумажные ленты с ровными рядами цифр. Ленты потом разрезали на маленькие лоскутки и раздавали работникам обслуживаемых учреждений как расчетные листки к зарплате. Спросите своих бабушек и дедушек, они эти листки хорошо помнят.

Табуляторы оказали очень большое влияние на последующее развитие вычислительной техники. Первые поколения электронных компьютеров унаследовали конструкцию их устройств ввода-вы- вода, перфокарта Холлерита долгое время, до появления дисплеев, оставалась основным носителем информации и символом информатики в целом. До сих пор ширина строки на алфавитно-цифро- вом дисплее равна 80 символам, как раз по размеру перфокарты, Формат многих языков программирования, например, Фортрана или Кобола, так и остался ориентированным на перфокарты, а колода перфокарт — это непосредственный предок современной реляционной базы данных.

В электромеханическую эпоху сформировался мировой рынок вычислительной техники, на котором кроме "голубого гиганта" IBM заняли свое место Hewlett-Packard, Remington Rand (США), Bull (Франция) и др, в СССР был построен первый завод счетно-анали- тических машин (САМ) в Москве. Сформировавшаяся промышленная структура стала тем фундаментом, на котором через несколько десятилетий возникнет индустрия электронных компьютеров.

49

1.8.Сложные электромеханические и релейные машины — предвестники ЭВМ

Как отмечалось выше, табуляторная техника в предвоенные годы как-то прикрыла нишу экономических расчетов, однако для сложных научно-технических расчетов они были малопригодны, явно устуая по вычислительным возможностям проекту аналитической машины Бэббиджа. Известно несколько попыток в полной мере реализовать принцип программного управления на электромеханической элементной базе, все они относятся к концу 30-х — началу 40-м гг. XX века. К ним относятся проекты Цузе, Айкена и Стибица.

Проекты Цузе

Исторически первые и наиболее передо-

вые технические решения были предло-

 

жены талантливым немецким инженером Конрадом Цузе (Zuse, Kohnrad; 1910—1995) в 1938-1945 годах. Цузе начал работу над проектами вычислительных машин в 1934 году в возрасте 24 лет, еще ничего не зная о трудах Бэббиджа, с которыми он познакомился в 1937 году. В 1938 году он создает модель Z-1 на механи- ческих элементах, которая оказалась ненадежной, затем

промежуточную модель Z-2 и, наконец, в 1941

 

году Z-3, которая стала первой в истории по-

 

строенной и работающей программно-управ-

 

ляемой универсальной вычислительной

 

машиной.

 

Машина Z-3 была собрана на обычных те-

 

лефонных реле (2600 шт.), оперативная память

 

составляла 64 22-разрядных слова. Управление

 

осуществлялось от 8-дорожечной перфоленты,

 

в качестве которой применялась обычная ки-

 

нопленка. Система команд одноадресная, ис-

Конрад Цузе

пользовалась двоичная (еще до фон Неймана!)

(1910-1995)

Машина Z-3 (1941 ã).

50

системы счисления, однако операции условной передачи управления в машине не было. Скорость работы: сложение 0.3 с, умножение 4-5 с. Ввод исходных данных с клавиатуры, вывод — на световое табло из лампо- чек.

Условия работы Конрада Цузе никак не соот-

ветствовала гениальности его замыслов. Работая в гитлеровской Германии в годы второй мировой войны, он был отрезан от всех источников информации и работал в одиночестве, превратив в мастерскую одну из комнат родительского дома. Когда союзники начали бомбить Берлин, большинство конструкций, в том чиле Z-3, сгорело. Осталась лишь незаконченная модель Z-4. Погрузив ее на тележку, Цузе вместе с потоком беженцев отправился на юг Германии, в Баварские Альпы, где стал дожидаться окон- чания войны. В это время в американцы начали охоту за немецкими учеными — участниками ракетного и атомного проектов, однако Цузе счастливо избежал пленения, спрятав свою машину

âсарае сельского дома.

Âпервые послевоенные годы Цузе, не имея средств и возможностей работать над проектированием вычислительных машин, был вынужден заниматься чисто теоретическими проблемами. Именно в это время он придумал первый в истории высокоуровневый язык программирования Plancalcul — «планирующее вычисление», о котором мы будем говорить в дальнейшем. Только в 1949 г ему удалось организовать собственную фирму «Zuse», в которой он наладил выпуск сначала релейных, а впоследствии и электронных вычислительных машин. Однако время было упущено, немецкую инициативу перехватила Америка.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.