2.1.5. Счетно-аналитические машины Холлерита

Примерно через 20 лет после смерти Чарльза Бэббиджа был сделан следующий важный шаг на пути автоматизации вычислений американцем Германном Холлеритом. Он изобрел электромеханическую машину для вычислений с помощью перфокарт, получившую название счетно-аналитической.

Неизвестно, был ли знаком Холлерит с идеями Жаккара и Бэббиджа, но то, что он предложил, было по существу повторением пройденного. Однако на носителе информации сходство кончалось. Все оборудование Холлерита: перфоратор, позволяющий пробивать отверстия в нужных местах перфокарты, сортировальная машина и табулятор — было оригинальным.

Основная идея Холлерита состояла в том, чтобы представить подлежащие обработке данные в виде отверстий в фиксированных местах перфокарты и затем либо подсчитать отверстия, находящиеся на данном месте во всех перфокартах, либо рассортировать перфокарты по тому же принципу. Перфокарты Холлерита имели такую же форму, как и современные, но с другим числом строк и колонок. Пробивка отверстий осуществлялась вручную на перфораторе, состоящем из чугунного корпуса с приемником для карты и собственно пробойника.

Сортировальная машина позволяла распределять карты на группы в зависимости от места пробитого отверстия. Она представляла собой несколько ящиков с крышками. Карты продвигались вручную между набором подпружиненных штырей и резервуарами, наполненными ртутью. Когда штырь попадал в отверстие, он касался ртути и замыкал электрическую цепь. При этом поднималась крышка определенного ящика, и оператор опускал туда карту. Табулятор работал аналогично сортировке: число обнаруживаемых отверстий подсчитывалось счетчиком, имеющим циферблат со стрелкой.

Счетно-аналитическая машина Холлерита явилась прообразом современных табуляторов и счетно-перфорационных машин. Вот почему Холлерита часто называют отцом счетно-перфорационной техники.

В 1896 г. при очередной переписи населения были использованы перфокарточные машины, что сократило время обработки данных почти в четыре раза. В этом же году Холлеритом была основана фирма по выпуску перфокарт и счетно-перфорационных машин. Эта фирма затем была преобразована в фирму IBM, которая до сих пор является крупным поставщиком электронных машин во всем мире.

2.1.6. Релейные машины

В конце 30-х годов нашего столетия появляются первые проекты электромеханических вычислительных машин. В 1937 г. в США в университете штата Айова профессор Дж. В. Атанасов, болгарин по происхождению, начал работу по созданию электромеханической вычислительной машины, предназначенной для решения некоторых задач математической физики. Атанасовым были разработаны и запатентованы первые электромеханические схемы, которые применялись при создании устройств ЭВМ. Начавшаяся вторая мировая война не позволила ученому и его сотрудникам полностью завершить проект. После войны работа над проектом уже не возобновлялась.

Первые универсальные вычислительные машины с программным управлением были построены на базе электромагнитных реле. В 1941 г. немецкий инженер К. Цузе закончил работу над третьим вариантом своей универсальной машины Ц-3 на электромагнитных реле. Она выполняла восемь команд, в том числе четыре арифметических действия и извлечение квадратного корпя. Все действия выполнялись над десятичными числами, каждая цифра которых представлялась в двоичной системе счисления. Машина состояла из 2600 реле. Программа для работы машины задавалась с помощью двухдорожечной перфоленты.

В 1944 г. в США завершилась работа над созданием машины «Марк-1» по проекту американского физика Говарда Айкена из Гарвардского университета. Проект большой релейной машины был предложен Айкеном еще в 1937 г. независимо от Цузе.

Как и в аналитической машине Бэббиджа, числа в машине «Марк-1» хранились в регистрах из десятичных счетных колес. Таких регистров было 72. Кроме них, машина имела еще 60 дополнительных регистров, куда можно было вручную вводить числа перед началом вычислений, но они должны были оставаться там неизменными.

Для управления операциями использовались электромеханические элементы реле — переключатели. Машина управлялась специальной программой, задаваемой на 24-дорожечпой управляющей перфоленте. Быстродействие машины «Марк-1» от 0,3 до 15 секунд на одну операцию. Это была очень большая машина, приводившаяся в действие мотором в 5 лошадиных сил.

Вслед за первым выпуском гарвардская группа во главе с Айкеном начала работу над машиной «Марк-2», в которой для запоминания чисел служили электромеханические реле. Так как для реле характерны два устойчивых состояния, а идея отказаться от десятичной системы счисления еще не приходила в голову конструкторам, числа в новой машине записывались в смешанной двоично-десятичной системе: каждая десятичная цифра представлялась в двоичной системе и хранилась в группе из четырех реле. Изготовленная в 1947 г. машина «Марк-2» содержала около 13000 таких реле и была, таким образом, чисто релейной.

Одной из наиболее совершенных релейных вычислительных машин была советская релейная вычислительная машина РВМ-1, сконструированная в начале пятидесятых годов талантливым инженером Н. И. Бессоновым и построенная в 1956 г. Машина содержала пять с половиной тысяч реле. Скорость работы ее доставляла 50 сложений или 20 умножений в секунду. Такого заметного повышения скорости Бессонову удалось достичь благодаря изобретенному им же каскадному принципу выполнения арифметических операций, дальнейшие технические усовершенствования настолько улучшили надежность и эксплуатационные качества машины, что она работала до 1965 г. и даже составляла конкуренцию с уже действовавшими ЭВМ для решения некоторого класса задач. Использование РВМ-1 оказалось весьма удобным в задачах экономического характера с обработкой очень больших массивов информации и сравнительно небольшим числом вычислительных операций, благодаря чему они были широко привлечены для расчета цен по новой системе ценообразования в 1961 —1962 г.г.

Из-за ряда недостатков релейные машины просуществовали недолго. Главными же недостатками можно считать отсутствие хранимой в памяти программы, что обусловливалось небольшим объемом оперативной памяти, и невысокую скорость работы, вызванную низким быстродействием электромеханических релейных переключателей. Несмотря на это, в истории вычислительной техники релейные машины занимают почетное место среди первых автоматически действовавших универсальных вычислительных машин с программным управлением.