Эра электронно-вычислительных машин (ЭВМ)

       1.5 Арифмограф 

       Поскольку умножение и деление в принципе сводятся к сложению и вычитанию, то счетные машины, изначально созданные  только для двух последних операций, использовались и для остальных  арифметических действий. Известно два вида таких устройств. К первой группе относились те, сложение и вычитание на которых осуществлялись вращением рукоятки арифмометра. Первая подобная машина была создана в 1642 году знаменитым математиком и философом Паскалем. Последующие изобретения принадлежат Лейбницу (1694), Гану (1778), Мюллеру (1783), Томасу(1818)и 0днеру (1890); любопытно, что работали эти машины медленнее чем обычные счеты. Ко второй группе относились клавишные арифмометры, например, прибор Фельта и Таррана (1896).

       Поскольку элементами четырех основных арифметических действий являются сложение, вычитание  и умножение на однозначный множитель, то исследователи попытались получить готовые произведения числа на этот множитель, не прибегая к многократному  повторению операции. Так, после долгих бесплодных исканий российские изобретатели попробовали приспособить к возросшим  вычислительным требованиям упомянутые русские счеты. Например, прибор генерал-майора Ф.Свободского, предложенный им в 1828 году, состоял из нескольких счетов (обычно их было двенадцать, но в некоторых устройствах их число доходило до тридцати), объединенных в одной раме. Скорость, с которой выполнялись вычисления на счетах Свободского, конечно же, нельзя сравнивать с показателями современных ЭВМ, но для того времени она была достаточно высокой. В частности, для извлечения кубического корня из 21-значного числа требовалось всего три минуты - ровно столько времени было нужно для того, чтобы передвинуть костяшки с помощью специального прута с рукояткой.

       Двойные счеты Н. Компанейского (1882 год) состояли из счетов и валиков: оси валиков располагались параллельно проволочкам счетов, и валики могли свободно передвигаться относительно этих проволочек.

       Наконец, значительной вехой в истории  создания вычислительных средств стал арифмограф. Но это вовсе не было "открытием Америки", всего лишь очередное "изобретение колеса", поскольку в основу работы прибора легли логарифмы Непера: неперовы бруски представляли собой таблицу Пифагора, разрезанную вдоль и наклеенную на деревянные дощечки. Чтобы умножить, к примеру, 2, 3 и 1 на 1, 2 или 3, нужно было взять бруски с цифрами "2", "3" или "1 "и положить их рядом: смежные цифры двух рядом лежащих брусков представляли собой величины одного разряда, а потому складывались. Однако, несмотря на то что с умножением арифмограф справлялся достаточно быстро, для сложения и вычитания полученные результаты приходилось переносить на бумагу (именно из-за этого устройство и получило свое название), что было весьма ощутимым недостатком прибора.

       Вскоре  изобретатели решили соединить арифмограф с арифмометром для сложения и  вычитания, чтобы переносить на последний  готовые результаты умножения. Арифмометры с клавиатурой были слишком дороги и не могли служить для этой цели. Поэтому выбор снова пал на русские счеты, которые умножали и делили тем же способом, что и арифмометр с клавиатурой.

       В 1921 году Б.Компанейский создал устройство, которое объединило в себе совершенно оригинальную разновидность арифмографа  с русскими счетами, и арифмограф превратился в арифмометр. Табличная  основа для умножения и деления  чисел была совмещена с самыми обычными костяшками, скользящими в  двух взаимно перпендикулярных направлениях на раме арифмографа. Устройство отличалось от простых механических арифмометров тем, что в последних умножение осуществляется вращением рукоятки, а в новом приборе результаты произведения получались непосредственно (одновременно), так что их оставалось только перебросить на счеты. Простой и бесшумный в работе, арифмометр Компанейского, помимо стандартных четырех арифметических действий, позволял быстро вычислять проценты, оперировать с числами с десятичными знаками и простыми дробями, извлекать квадратные корни. Причем вычисления были безошибочны, чего не могли гарантировать другие арифмометры того времени. Срок его службы, как и у русских счетов, был практически неограничен. Механические повреждения быстро устранялись на месте, без обращения в мастерскую. Наконец, венцом достоинств прибора была его необычайная дешевизна.

       Техническое бюро Комитета по делам изобретений  дало устройству высокую оценку. "Признавая  пользу предложенного арифмометра, - говорилось в его постановлении, вынесенном 25 января 1921 года, - всюду, где  требуются точные расчеты, несомненно рекомендовать изобретение Б. Н. Компанейского в качестве прибора, могущего с успехом заменить механические арифмометры существующих систем". 

       1.6 Прообраз первого калькулятора 

       Калькуляторы  сейчас стали неотъемлемым атрибутом  современной жизни. Без них не обойтись не только физику (химику, строителю), но и самому обычному обывателю. Эта штуковина необходима ему как минимум для перевода цен, указанных в долларах, в рубли и обратно.

       А вот когда не было калькуляторов, в ходу был счислитель Куммера, по прихоти конструкторов превращавшийся потом в "Аддиатор", "Продукс",

"Арифметическую  линейку" или "Прогресс". Этот чудесный прибор, созданный  в середине прошлого века, по  замыслу его изобретателя мог  быть изготовлен размером с  игральную карту, а потому легко  умещался в кармане.

       Когда в сороковых годах прошлого столетия встал вопрос о выдаче патента  изобретателю Куммеру, петербургскому учителю музыки, на придуманный им счислитель, то министру финансов пришлось изрядно поломать голову: уж больно похож был этот прибор на изобретение З.Слонимского. Но последний, узнав про колебания государственного мужа, не стал препятствовать своему коллеге, и в 1847 году патент был выдан.

       Сложение  и вычитание производилось посредством  простейшего передвижения реек. Вдоль  них в верхней половине имелась  надпись "Сложение" и цифры от "1" до "9". В нижней половине, отделенной от верхней планкой для считки, помещались цифры от "9" до "1" и надпись "Вычитание". Чтобы осуществлять передвижение реек вверх и вниз, следовало вставлять специальный штырек в отверстия, расположенные на рейках около цифр.

       В России изготовлением счислителя Куммера занялся известный механик И.Э.Мильк. В Европе выпускались различные модификации под названиями "Аддиатор" и "Продукс". Не забыли о нем и в советской России. Так, в 1949 году в Днепропетровске было начато производство счетного устройства "Прогресс", по сути являвшегося видоизмененным счислителем Куммера. В шестидесятые годы известная западногерманская фирма "Фабер-Кастель" вмонтировала счислитель Куммера в логарифмическую линейку. Спустя десятилетие завод "Северный пресс" освоил выпуск в СССР "арифметической линейки" - и это, пожалуй, последняя известная модификация машины Куммера.

       Все эти устройства, появившиеся в  середине XIX века, являлись как бы промежуточным  звеном между абаком и вычислительными  машинами. В России кроме прибора  Слонимского и модификаций счислителя Куммера были достаточно популярны так называемые счетные бруски, изобретенные в 1881 году ученым Иоффе, - они были составлены так же, как и цилиндры Слонимского. Однако наиболее распространен все же был счислитель Куммера. Появившись в 1846 году, он серийно выпускался более ста лет - до семидесятых годов нашего века. 
 
 
 
 
 
 

       2. ЭРА ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ  МАШИН (ЭВМ) 

       2.1 Хронология создания ЭВМ 

       1941- первый автоматический программируемый  универсальный цифровой компьютер.  Название: Z3 Разработчик: доктор Конрад Цузе (Konrad Zuse), Германия. Приблизительный период разработки: 1938-1941.

Краткое описание: Z3 продолжил берлинские разработки Конрада Цузе -Z1 и Z2. Он управлялся перфолентой из использованной кинопленки, а ввод и вывод производился с четырехкнопочной цифровой клавиатуры и ламповой панели. Машина была основана на реле-технологии и требовала приблизительно 2600 реле: 1400 - для памяти, 600 - для арифметического модуля и оставшиеся как часть схем управления. Они были установлены в трех стойках: двух для памяти и одной для арифметики - и в блоках управления (каждый высотой приблизительно два метра и шириной один метр). Главный недостаток реле в том, что прохождение сигнала вызывает искру при замыкании и размыкании контактов. Искра была причиной износа и коррозии контактов и вызывала отказы реле. Цузе был вынужден придумывать различные ухищрения для увеличения срока службы своего устройства. Память состояла из 64 слов. Так же, как и в ранних машинах, Цузе использовал двоичные числа с плавающей точкой, но длина слова была увеличена до 22 бит: четырнадцать для мантиссы, семь для порядка и один для знака.

       Арифметический  модуль состоял из двух механизмов - для порядка и мантиссы, - которые  функционировали параллельно. Это  обеспечивало не только выполнение четырех  стандартных арифметических операций, но и позволяло вычислять квадратные корни. Имелись специальные «аппаратные» команды для умножения чисел  на - 1; 0,1; 0,5; 2 или 10. Практиковалось изготовление специальных модулей для автоматического  преобразования чисел из двоичной системы  в десятеричную, чтобы упростить  чтение и запись данных. Z3 мог выполнять три или четыре сложения в секунду и умножать два числа за 4 или 5 секунд. Но представление в Z3 чисел с плавающей точкой делало вычисления более гибкими, чем у аналогичных систем.

       Начав конструирование Z3 в 1939-м, Цузе завершил его 5 декабря 1941 года. Общая стоимость материалов составила в то время приблизительно 6500 долларов. Z3 никогда не использовался для решения серьезных проблем, потому что ограниченная память не позволяла загрузить достаточное количество информации, чтобы обеспечить решение систем линейных уравнений, для чего он и создавался. Единственная модель Z3 была разрушена во время воздушного налета в 1944 году. Z3 - первое устройство, которое можно назвать полностью сформировавшимся компьютером с автоматическим контролем над операциями.

       1943 - первый программируемый электронный  цифровой компьютер.

Название: Colossus. Разработчики: доктор Томми Флаверс (Tommy Flowers) и научно- исследовательские лаборатории Почтового департамента Англии.

Приблизительный период разработки: 1939-1943. Краткое описание: Colossus был построен в 1943 году в научно- исследовательских лабораториях Почтового департамента Англии в Dollis Hill (Северный Лондон) группой разработчиков во главе с Томми флаверсом для декодирования немецких телеграфных шифровок.

       Немецкое  командование использовало шифровальную машину Лоренца для обработки  секретных депеш как от Гитлера  к генералам, так и между генералитетом. Декодируя эти сообщения, генералы Эйзенхауэр и Монтгомери получали важнейшую  информацию, сыгравшую немаловажную роль в успешной высадке союзнических войск в 1944 году.

       1946-первый  большой универсальный электронный  цифровой компьютер. Название: ENIAC (Electronic Numerical integrator and Computer). Разработчики: Джон Мочли (John Маuchу) и Дж. ПресперЭккерт (J. Prosper Eckert). Приблизительный период разработки: 1943-1946. Краткое описание: «Электронный числовой интегратор и компьютер», полностью готовый к работе весной 1945 года, стал первым полнофункциональным цифровым компьютером. Он был произведен на свет в Школе электрической техники Moore (при университете в Пенсильвании). Время сложения - 200 мкс, умножения - 2800 мкс и деления - 24000 мкс. Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов. Общая стоимость базовой машины - 750000 долларов. Стоимость включала дополнительное оборудование, магнитные модули памяти (по цене 29706,5 доллара) и аренду у IBM (по 82,5 доллара в месяц) устройства считывания перфокарт ( 125 карт в минуту). Она также включала и арендную плату (по 77 долларов в месяц) за IBM-перфоратор (100 карт в минуту). Потребляемая мощность ENIAC -174 кВт. Занимаемое пространство - около 300 кв. м.

       1949- первый большой полнофункциональный  электронный цифровой компьютер  с сохраняемой программой. Название: EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). Разработчики: Морис Вилкес (Maurice Wilkes) и сотрудники математической лаборатории Кембриджского университета (Англия). Приблизительный период разработки: 1946-1949. Первая программа успешно прошла  6 мая 1949 года.

       1950 - первая отечественная электронная  цифровая вычислительная машина. Название: МЭСМ («Модель электронной счетной машины»). Разработчики: С. А. Лебедев, Институт электротехники АН УССР. Приблизительный период разработки: 1946-1950.

       1951-первый  коммерчески доступный компьютер.  Хранил программы и использовал  транслятор. Название: UNIVAC 1. Разработчики: Джон Мочли (John Mauchly) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert). Приблизительный период разработки: 1946-1951. Краткое описание: «Универсальный автоматический компьютер» был первым электронным цифровым компьютером общего назначения. UNIVAC, работа по созданию которого началась в 1946 году и завершилась в 1951 -м, имел время сложения 120 мкс, умножения -1800 мкс и деления - 3600 мкс. Ввод/вывод осуществлялся с магнитной ленты, перфокарт и перфоратора.