2.3. Электромеханический период

Этот этап является наименее продолжительным: с 1887 по 1945 год.

Став привычными и необходимыми, арифмометры перестали устраивать из-за скорости вычислений. Она зависела от скорости вращения ручки. Первым, что было внедрено для увеличения скорости счета арифмометров, была замена ручки прибора электроприводом. Скорость вычислений при этом увеличилась, а вот скорость ввода чисел не шла ни в какое сравнение с вычислениями. Чтобы устранить эту диспропорцию, в машины ввели клавишную установку. Устранение этих недостатков повлекло за собой и другие усовершенствования: развитие техники пошло по пути автоматизации.

В начале были созданы машины, выполняющие автоматически только деление, их называют полуавтоматами. Затем появились машины, которые автоматически выполняли умножение, их стали называть автоматическими. Широкое распространение получили полуавтоматические и автоматические электрические вычислительные машины «Рейнметалл”, “Гаман-Селекта”, ВК-2, ВММ-2 и др.

С создания первого табулятора Германом Голлеритом (США) в 1887 году начинается электромеханический этап развития вычислительной техники.

В 1890 году машина Голлерита была применена для переписи населения. В качестве информационного носителя Голлерит использовал перфокарты. Испытания машина Голлерита прошла успешно и использовалась для переписи населения в России (1897 г.), Австро-Венгрии (1890), в Канаде (1891). В 1890 году Голлерит организовал фирму Tabulating Mashine Company, в 1911 году Голлерит отошел от дел, продал свою фирму, которая объединившись с другими фирмами получила название International Business Mashines Corporation или IBM.

Г. Голлерит стал основоположником нового направления в развитии ВТ - счетно-перфорационного (счетно-аналитического), состоящего в применении табуляторов для выполнения широкого круга экономических, статистических и научно-технических расчетов.

На основе работ Голлерита и в других странах начали производиться модели счетно-аналитических комплексов таких как: «Пауэрс» фирмы “Ремингтон”, “Бюль” фирмы “Бюль” и, конечно, «Голлерит» фирмы IBM.

В Советском Союзе в 30-е годы создается завод счетно-аналитических машин (САМ), реконструируется завод по выпуску арифмометров “Феликс”.

В это время начинают применяться табуляторы с алфавитно-цифровым выводом и создаваться счетно-аналитические комплексы - прообразы локальных информационных сетей. В универмаге города Питсбурга (США) такая система содержала 250 терминалов, соединенных телефонными каналами с 20 табуляторами “Пауэрс” и с 15 пишущими машинками.

В 40-е годы XX века создаются релейные и релейно-механические системы с программным управлением, характеризующимся алгоритмической универсальностью и способные выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом.

Наибольший вклад в развитие машин этого типа внесли К. Цузе в Германии и Атанасов Д., Айкен Г. и Стиблиц Д. в США.

Машины К. Цузе серии Z - Z-1, Z-2, несмотря на воплощение в них многих новых идей (хранение информации в запоминающем устройстве (ЗУ), использования двоичной системы счисления, управления программой) - уступали по надежности и использовали не все идеи машины Бэббиджа.

В 1941 году К. Цузе создал модель Z-3 - первую программно-управляемую универсальную вычислительную машину. Z-3 выполняла несколько одноадресных команд: сложение, вычитание, извлечение квадратного корня, умножение на 1/2, 2, 10, 1/10 и 1; программа хранилась на 8-канальной перфоленте. Машина работала в двоичной системе счисления с плавающей точкой, время выполнения операций сложения и умножения составляло соответственно 0,3 и 4-5 с.

После войны Цузе изготовил модели Z-3 и Z-4, а в 1945 году создал язык Plankalkul (“исчисление планов”), это был машинно-ориентированный язык, однако, в некоторых моментах, касающихся структуры объектов, по своим возможностям превосходящий Алгол, ориентированный на работу с цифрами.

Машины К. Цузе эксплуатировались до 1955 года.

В 1937 году в США Дж. Атанасов начал работы по созданию ВТ для решения задач математической физики. В 1942 году им совместно с К. Берри была построена машина АВС (Atanasoff-Berry Computer), состоящая из АЛУ на 300 вакуумных лампах и выполняющая только сложение и вычитание, еще 300 ламп использовались для реализации различных цепей управления и восстановления памяти. Модель АВС-вычислителя реализовала ряд идей, оказавших большое влияние на инженерные решения последующих средств ВТ. Она и ее прототип были первыми специальными машинами, демонстрирующими электронную технологию в цифровой ВТ и использующими восстановление данных в памяти.

Следует отметить, что АВС создавалась независимо от работ Цузе так как из-за войны его разработки были неизвестны в США.

АВС, в свою очередь оказали влияние на Д. Маучли (США) и ряд этих идей существенно ускорил создание ЭВМ ENIAC в 1945 году.

Среди моделей электромеханического этапа следует отметить машины серии MARK, управление которыми осуществлялось программами на бумажной перфоленте, содержали устройства для вычисления функций sinx, 10^x и lgx, MARK-2 (1947г.) была уже полностью релейной, а MARK-3 и MARK-4 использовали элементы электронных технологий.

В фирме “Bell Laboratories” под руководством Дж. Стибица велись работы над релейными машинами серии “Bell”. “Bell-1” (1940 г.) работала с комплексными числами, “Bell-2” (1943 г.) могла решать задачи вычислительной математики, в ней была встроена схема обнаружения ошибок, а “Bell-6” уже включали десятичную арифметику с плавающей точкой и мультипроцессорную архитектуру.

Однако, несмотря на все новшества MARK и “Bell” были уже устаревшими по сравнению с ENIAC . Несмотря на широкое распространение счетно-аналитических машин и непрерывное их усовершенствование, в них не была устранена основная диспропорция характеристик. Электрическая передача сигналов производилась с огромной скоростью, но счетчики оставались механическими, поэтому все операции развертывались медленно. С механическим принципом работы счетчиков были связаны и большие размеры таких машин.

Последним крупным проектом релейной ВТ следует считать, построенную в СССР в 1957 году релейную вычислительную машину РВМ-1, которая эксплуатировалась до 1964 года, в основном для решения экономических задач. Элементная база РВМ-1 на момент ее создания была уже устаревшей, ее проект был настолько удачным, что она была вполне конкурентоспособна по надежности и быстродействию по сравнению с ВТ того времени.

Программное управление при помощи перфокарт позволяло получать надежные результаты при довольно большой скорости вычислений, но подготовка перфокарт занимала много времени и требовала дополнительных устройств и не была связана с основной работой машины. Все это обусловливало медленные темпы работы при возможно больших резервах быстродействия, кроме того, это влекло за собой большие размеры машин.

Счетно-аналитические машины распространились по всему миру, они непрерывно совершенствовались, однако, в них не была устранена диспропорция характеристик о которых говорилось выше. Чтобы устранить эти противоречия и уменьшить размеры машины, требовалась новая элементная база. К началу 40-х годов стало ясно, что это будет электроника.