/
Автор: Майстров Л.Е. Апокин И.А.
Теги: компьютерные технологии история техники вычислительная техника
Год: 1974
Текст
ИАлПов®. яеамЙСТрой
развитие
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ
МАШИН
г
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
ИНСТИТУТ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ
И. А. АПОКИН, Л. Е. МАЙСТРОВ
РАЗВИТИЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ
МАШИН
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
МОСКВА 1974
Scan AAW
УДК 681.3
Развитие вычислительных машин. Ап о кип И. Л., Майст-
ров JI. Е. М., «Наука», 1974.
В книге впервые рассматривается история развития вычис-
лительных машин и устройств от их возникновения до наших
дней.
Приводятся следующие этапы развития вычислительной тех-
ники: домеханический, механический, электрический, электрон-
ный. Последнему этапу (электронному) уделено наибольшее
внимание; здесь прослеживается развитие цифровых вычисли-
тельных машин на электронных лампах, полупроводниковых и
магнитных дискретных элементах, интегральных схемах и под-
системах.
Издание рассчитано на читателей, интересующихся вопро-
сами развития вычислительных машин.
Илл. 95. Табл. 28. Библ. 375 назв.
Ответственный редактор
А. А. ПАПЕРНОВ
А 30502-238
А 055(02)-74 БЗ-ЗО-78-1974
© Издательство «Наука», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
История цифровой вычислительной техники, т. е. техники, ос-
нованной на использовании устройств дискретного счета, создан-
ных человеком для механизации процессов обработки информа-
ции,— одна из наименее разработанных тем в истории науки.
Исторически механизация процессов обработки информации
осуществлялась двумя путями: 1) создание устройств, в которых
числа изображаются в виде совокупности цифр, представленной
в определенной системе счисления (устройства дискретного дей-
ствия или цифровые устройства), 2) создание устройств с пред-
ставлением чисел в виде определенных физических величин
(длин, углов, электрических напряжений и т. д.). Последние по-
лучили название аналоговых, или устройств непрерывного дейст-
вия.
Существенное отличие цифрового устройства от аналогового
заключается в том, что точность вычислений, выполняемых циф-
ровым устройством, в принципе не зависит от точности изготовле-
ния элементов. В качестве примера можно привести обычные сче-
ты, технология которых, как известно, не отличается особой слож-
ностью. В аналоговых устройствах предъявляются более или ме-
нее высокие требования к точности изготовления компонентов.
Типичным примером в этом отношении является логарифмическая
линейка.
Развитие вычислительных устройств в конечном итоге приве-
ло к созданию сложных электронных систем — как цифровых, так
и аналоговых. При этом в последнее время наблюдается тенденция
к интеграции обоих направлений развития вычислительной тех-
ники путем создания комбинированных (гибридных) систем, со-
четающих свойства как аналоговых, так и цифровых устройств.
Не задаваясь целями прогнозирования дальнейшего развития
взаимосвязи обоих направлений вычислительной техники, а также
не затрагивая проблематичного вопроса о принципиальных досто-
инствах и недостатках цифровых и аналоговых устройств, отме-
тим, что в настоящее время преобладают цифровые вычислитель-
ные машины (ЦВМ), прежде всего электронные.
Преобладающая роль электронных ЦВМ в совокупности средств
вычислительной техники определяется, в частности, такими фак-
торами, как крупный объем их производства, высокая суммарная
вычислительная мощность, быстрый рост производства и т. д.
С начала 60-х годов наблюдается широкое внедрение электрон-
ной технологии в перфорационную и клавишную вычислительную
3
технику. В клавишной вычислительной технике все шире исполь-
зуются настольные и карманные ЦВМ на интегральных схемах.
Все более широко применяется электроника в перфорационных
вычислительных комплектах. По мере применения электроники в
перфорационной вычислительной технике все труднее провести
грань между электронными вычислительными перфораторами и
малыми универсальными электронными ЦВМ. Таким образом,
в настоящее время клавишная и перфорационная техника идут
по технологическому пути универсальных электронных ЦВМ, что
дает основание объединить развитие всех основных средств совре-
менной цифровой вычислительной техники единой системой
периодизации.
Данная книга является первой попыткой развернутого истори-
ческого изложения процесса развития цифровой вычислительной
техники. Основное внимание в пей уделяется вычислительным ма-
шинам, их технологии, структуре и роли в системе технических
средств современной научно-технической революции. Как извест-
но, эволюция математических машин неразрывно связана с появ-
лением новых и быстрым развитием ряда возникших ранее обла-
стей математики. Здесь имеются в виду разделы математики,
связанные как с разработкой и функционированием ЭВМ (теория
математических машин, теория программирования, вычислитель-
ная математика, алгебра логики и др.), так и с применением ЭВМ
в различных сферах человеческой деятельности (ряд разделов ком-
бинаторики, теория вероятности, математическая статистика, тео-
рия игр, математическое программирование, теория информации,
теория систем управления и др.). Поскольку перечисленный комп-
лекс теорий охватывает значительную часть всей современной
математики, авторы только в необходимых случаях приводят дан-
ные о разработке математических средств, оказавших наибольшее
влияние на развитие ЭВМ.
Первая часть книги «От абака до электронных ЦВМ» написана
Л. Е. Майстровым, вторая — «Электронные ЦВМ» — И. А. Апоки-
пым. Авторы будут признательны за критические замечания, до-
полнения, уточнения и пожелания, а также за материалы по дан-
ной теме, которые могут быть направлены па имя авторов в Инсти-
тут истории естествознания и техники АН СССР (Л. Е. Майстрову)
и Институт США АН СССР (И. А. Апокину).
Авторы выражают глубокую благодарность доктору экономиче-
ских наук Г. М. Доброву, инженеру А. Е. Афанасьеву, кандида-
ту экономических наук Т. В. Муранивскому, кандидату техниче-
ских наук А. Н. Петрову, советы и замечания которых помогли
прийти к окончательному варианту настоящей книги. Особенно
большое значение для формирования исторической концепции
развития вычислительной техники имела работа ответственного
редактора профессора А. А. Папернова, чья безвременная кончи-
на (6 марта 1974 г.) явилась крупной утратой для советской
науки.
И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
ВВЕДЕНИЕ
1. Специфика исследования
Одной из особенностей процесса исторического развития счет-
но-решающих устройств является значительное увеличение роли
вычислительной техники в жизни общества в середине XX в. в
связи с появлением электронных ЦВМ. Освещение истории элек-
тронной вычислительной техники имеет ряд специфических осо-
бенностей.
1. Развитие электронной вычислительной техники тесно свя-
зано со многими другими областями науки и техники.
2. Развитие электронной цифровой вычислительной техники
характеризуется лавинообразным нарастанием количества реша-
емых проблем (все более многочисленные варианты конструк-
ций, методов программирования, типов используемых элементов,
типов электронных схем и т. д.). Поэтому в целях сохранения
пропорциональности структуры книги каждый новый период раз-
вития электронных ЦВМ излагается с большей степенью обоб-
щения. Например, если более или менее подробно рассмотрены
основные модели первых ЦВМ на электронных лампах, то при
изложении современного периода развития электронных ЦВМ
(машины на интегральных схемах — см. гл. 7) подробно рассмот-
рено только одно семейство машин (ИБМ-360), а также несколь-
ко других моделей. В то же время большое число интересных и
оригинальных конструкций, не имевших, однако, принципиаль-
ного значения с точки зрения основного пути развития электрон-
ных ЦВМ, неизбежно выпали из поля зрения.
3. Значительная часть новых идей и усовершенствований в
области электронной вычислительной техники связана с разви-
тием ЦВМ для военных целей. Соответствующие данные либо
отсутствуют в литературе, либо носят отрывочный (зачастую
рекламный) и противоречивый характер. Не может помочь здесь
и патентный анализ, так как многие патенты и авторские свиде-
тельства не публикуются. Данные обстоятельства затрудняют оп-
ределение приоритета открытий и, следовательно, оценку вклада
отдельных ученых и соответственно вклада отдельных стран в раз-
витие электронных ЦВМ.
Рассматривая работы, предшествовавшие созданию электрон-
ных ЦВМ, следует отметить, что в СССР впервые была предло-
жена схема статического триггера (М. А. Бонч-Бруевич, 1918 г.)
5
и начата разработка метода синтеза релейных схем на основе ап-
парата математической логики (В. И. Шестаков, 1935 г.).
На этапе электронных ЦВМ советские ученые внесли суще-
ственный вклад во все основные направления развития вычисли-
тельной техники. Здесь следует отметить создание машины
БЭСМ (1952 г.), которая в течение нескольких лет была самой
быстродействующей в Европе, разработку первой в мире маши-
ны, работающей в троичной системе счисления («Сетунь»,
1959 г.), и разработки 60-х годов в области ЦВМ, использующих
систему счисления в остаточных классах [1]. Важный вклад
в развитие мировой вычислительной техники был сделан в обла-
сти программирования. Здесь прежде всего необходимо отметить
разработку операторного метода программирования в Математи-
ческом институте АН СССР им. В. А. Стеклова под руководством
А. А. Ляпунова и М. Р. Шура-Бура и работы в области теории
алгоритмов и программирования, выполненные в Институте кибер-
нетики АН УССР под руководством В. М. Глушкова.
Работы по созданию первых в СССР электронных ЦВМ выпол-
ненные коллективами ученых, инженеров и конструкторов под
руководством С. А. Лебедева, И. С. Брука, Б. Я. Базилевского и
Б. И. Рамеева, заложили основу дальнейшего развития отечест-
венной вычислительной техники. Большой вклад в дальнейшее
развитие вычислительной техники и ее применения внесли
И. Я. Акушский, А. И. Берг, В. М. Глушков, А. А. Дородницын,
Л. И. Гутенмахер, А. П. Ершов, М. А. Карцев, А. И. Китов,
Г. И. Марчук, А. А. Папернов, Н. П. Федоренко, Д. И. Юдицкий
и многие другие советские ученые, инженеры и конструкторы.
Освещение истории ЦВМ доэлектронного периода также име-
ет свои особенности. Основная из них состоит в том, что не все
машины прошлого достаточно хорошо были в свое время изуче-
ны и описаны, а экземпляры некоторых из них либо не сохрани-
лись до нашего времени, либо были нам недоступны. Кроме того,
сохранившиеся машины разбросаны по десяткам хранилищ самых
различных музеев СССР.
Поскольку в задачу авторов входило написание книги, доступ-
ной для широкого круга читателей, т. е. включая читателей, не об-
ладающих специальной подготовкой в таких областях, как конст-
руирование ЦВМ, программирование, электронная технология
и т. д., в книге имеются краткие объяснения специальных терми-
нов и понятий,
2. Выбор принципа периодизации
Периодизация, т. е. обоснованное выделение временных ин-
тервалов развития, является одной из наиболее сложных проблем
исторического исследования в области техники. Не вдаваясь в
рассмотрение различных концепций построения периодизации в
историко-технических исследованиях, отметим, что наибольшее
признание на современном этапе развития советской историче-
ской науки получила концепция построения периодизации на ос-
нове внутренней логики развития, присущей данной отрасли тех-
ники и отражающей (в рамках данной отрасли) закономерности
технического прогресса [2]. Эта концепция полностью разделя-
ется авторами, в задачу которых входило создание такой перио-
дизации развития дискретной вычислительной техники, кото-
рая способствовала бы пониманию закономерностей ее эволю-
ции.
Прежде чем приступить к рассмотрению использованного в
настоящей работе принципа периодизации, сделаем ряд предва-
рительных замечаний.
Развитие конкретной области техники может быть исследо-
вано с различных точек зрения. При этом в каждом случае воз-
можно построение своей периодизации, отражающей внутреннюю
логику развития данной отрасли техники. Например, рассматри-
вая историю универсальных электронных ЦВМ с точки зрения
эволюции их структур, можно построить периодизацию, в основе
которой лежит развитие принципа параллельной обработки ин-
формации.
Первые электронные ЦВМ с хранимой программой были ма-
шинами последовательного действия, т. е. операции над машин-
ными словами осуществлялись последовательно разряд за разря-
дом. Такая организация вычислительного процесса во многом была
связана со спецификой работы первых оперативных запоминаю-
щих устройств (ЗУ) на ртутных линиях задержки.
Создание ЗУ на электронно-лучевых трубках наряду с требо-
ваниями повышения производительности ЦВМ стимулировало
разработку ЦВМ параллельного действия, т. е. ЦВМ, в которых
операции над машинными словами осуществляются одновре-
менно по всем разрядам. Дальнейшее развитие параллель-
ного принципа обработки информации привело на рубеже
60-х годов к применению различных форм мультипрограммной
работы, т. е. одновременному выполнению машиной несколь-
ких программ или частей одной программы. Исходным момен-
том развития мультипрограммирования явилось совмещение
во времени работы устройств ввода-вывода и арифметического
устройства. Применение мультипрограммирования привело к зна-
чительно более эффективному использованию вычислительного
оборудования на основе более равномерной загрузки отдельных
устройств. Следующим важным моментом развития структур уни-
7
нереальных ЦВМ явилось создание в середине 60-х годов ЦВМ,
работающих с разделением времени между абонентами, т. е. ЦВМ
с вводом информации от абонентских пультов, связанных с цент-
ральным вычислителем линиями передачи данных. Высокое бы-
стродействие центрального устройства обработки данных позволя-
ет одновременно работать с большим количеством абонентов, т. е.
параллельно выполнять многие программы. При этом с целью
повышения вычислительных возможностей машины сравнитель-
но часто используется принцип мультипроцессирования, т. е. од-
новременной работы в составе одной ЦВМ нескольких устройств
обработки данных (процессоров).
Результирующая периодизация исторического пути универ-
сальных электронных ЦВМ, построенная на основе развития прин-
ципа параллельной обработки информации, может иметь, напри-
мер, следующий вид:
1. Однопроцессорные ЦВМ с последовательной обработкой ин-
формации — конец 40-х годов.
2. Однопроцессорные ЦВМ с параллельной обработкой инфор-
мации (без использования методов мультипрограммирования) —
50-е годы.
3. ЦВМ с мультипрограммной обработкой информации и одно-
процессорной структурой — первая половина 60-х годов.
4. ЦВМ с мультипрограммной обработкой информации и при-
менением мультипроцессирования, работающие в режиме разде-
ления времени между абонентами,— вторая половина 60-х годов.
Развитие структур универсальных машин можно рассматри-
вать также с точки зрения их эволюции в процессе последова-
тельного расширения областей применения цифровой вычисли-
тельной техники. При этом возможно построение периодизации,
учитывающей появление сначала ЦВМ для научно-технических
расчетов, затем универсальных ЦВМ для обработки больших мас-
сивов информации и, наконец, управляющих машин общего на-
значения.
Развитие структур можно рассмотреть с точки зрения разви-
тия системного подхода к конструированию средств цифровой вы-
числительной техники. При этом может быть предложена перио-
дизация по следующей схеме: цифровые вычислительные ма-
шины — цифровые вычислительные системы — многомашинные
комплексы вычислительных средств.
Разумеется, эволюция структур далеко не исчерпывает всех
аспектов развития универсальных электронных ЦВМ. Не оста-
навливаясь в дальнейшем на детальном рассмотрении возможных
схем периодизации, отметим, что они могут быть построены на
основе исследования следующих проблем:
а) развитие программирования (возможная схема периодиза-
ции: программирование на языке ЦВМ — программирование в со-
держательных обозначениях — программирование на универсаль-
ных алгоритмических языках);
8
б) развитие миниатюризации (схема периодизации: миниатю-
ризация дискретных компонентов ЦВМ — микромодули — гибрид-
ные интегральные схемы — монолитные интегральные схемы —
интегральные подсистемы);
в) эволюция взаимодействия человека с машиной;
г) роль моделирования в разработке универсальных электрон-
ных ЦВМ и т. д.
Возможность построения различных схем периодизации отра-
жает существование объективных тенденций развития электрон-
ной цифровой вычислительной техники. При специальном иссле-
довании той или иной тенденции соответствующий вариант пе-
риодизации может служить удобным инструментом системати-
зации материала. С этой точки зрения различные варианты
периодизации являются правильными (при условии, если они
объективно отражают те или иные процессы эволюции), хотя и
неравноценными с точки зрения их содержательности, т. е. с по-
зиций выявления сущности основного направления развития уни-
версальных электронных ЦВМ. Таким образом, встает задача изу-
чения развития универсальных электронных ЦВМ с целью выяв-
ления наиболее существенной черты данного процесса, чтобы
полученные результаты могли бы служить основой для построе-
ния общей (основной) схемы периодизации. Все же остальные
возможные схемы периодизации могли бы служить в качестве
вспомогательных при исследовании тех или иных сторон изучае-
мого процесса.
В этой связи заслуживает внимания вопрос о критериях пра-
вильности определения основной черты изучаемого процесса и со-
ответственно о правильности основной схемы периодизации. Здесь,
на наш взгляд, подходящим критерием является сопряжение (со-
ответствие) выявленной сущности изучаемого процесса с сущ-
ностью более общих процессов, составной частью которых явля-
ется данный процесс. Ипымп словами, основная схема периоди-
зации, например, универсальных электронных ЦВМ должна не
только отражать главную черту их развития, но и являться логи-
ческим развитием более общей схемы периодизации, например
периодизации истории всей цифровой вычислительной техники,
или (если подойти с других позиций) логическим развитием об-
щей схемы периодизации истории электроники.
Рассмотрение истории цифровой вычислительной техники по-
казывает, что важнейшей характеристикой ее развития является
систематическое расширение круга и класса практически решае-
мых задач или, иными словами, систематическое расширение вы-
числительных возможностей устройств, машин и систем дискрет-
ного счета.
Под вычислительными возможностями понимается производи-
тельность ЦВМ как устройств, перерабатывающих информацию.
Точная количественная оценка производительности связана с серь-
езными, зачастую непреодолимыми трудностями (например, при
9
сравнительной оценке различных типов ЦВМ, в том числе универ-
сальных и специализированных). В настоящее время проблема
оценки производительности ЦВМ различных типов и структур яв-
ляется весьма актуальной и решается двумя методами: аналити-
ческим и экспериментальным (на основе моделирования) [3].
Проводимые в дальнейшем в настоящей работе сравнительные
оценки производительности некоторых ЦВМ даны по шкале
К. Найта, разработавшего алгоритм вычисления производительно-
сти универсальных ЦВМ и вычислившего конкретные значения
производительности ЦВМ, выпущенных в США в 1944—1967 гг.
[4, 5]. Некоторые данные, полученные Найтом, включены в табл. 2
(см. стр. 195), иллюстрирующую качественные изменения характе-
ристик универсальных ЦВМ и стоимости выполнения вычисли-
тельных работ в 40—60-х годах.
При рассмотрении истории устройств дискретного счета с точ-
ки зрения изменения их вычислительных возможностей прежде
всего обращает на себя внимание резкий (качественный, револю-
ционный) скачок, связанный с созданием электронных ЦВМ. Этот
скачок, имевший место на рубеже 50-х годов, произошел при сле-
дующих обстоятельствах.
До середины 30-х годов XX в. цифровая вычислительная тех-
ника была представлена двумя параллельно развивающимися ти-
пами устройств: настольными счетными машинами и счетно-пер-
форационным оборудованием. Настольные машины применялись
с целью механизации выполнения элементарных арифметических
операций, а счетно-перфорационное оборудование использовалось
преимущественно для решения задач статистики и учета. Во вто-
рой половине 30-х — 40-х годов в США и других странах были
предприняты попытки создать на основе счетно-перфорационного
оборудования новый тип цифровых вычислительных устройств —
программно-управляемую автоматическую ЦВМ. Целью соответ-
ствующих проектов было создание ЦВМ для выполнения сложных
научно-технических расчетов. Такие ЦВМ на электромеханиче-
ских реле были построены и успешно работали по программам, за-
писанным на перфокартах и перфолентах.
Вскоре после начала работ над первыми программно-управля-
емыми автоматическими ЦВМ на электромеханических реле нача-
лось конструирование аналогичных ЦВМ па электронных лампах.
Именно эти работы и произвели революцию в вычислительной тех-
нике.
Применение электронных схем не только позволило на несколь-
ко порядков величины повысить скорость работы ЦВМ, но и созда-
ло потенциальные возможности для очень быстрого дальнейшего
повышения вычислительных возможностей машин. При этом ос-
новной причиной качественного изменения вычислительных
возможностей ЦВМ явилось применение электронных схем,
сочетающих высокое быстродействие с принципиально более
высокой надежностью работы, характерной для бесконтактных
10
элементов. Без быстродействующих схем структурные, програм-
мные и любые другие методы повышения производительности
ЦВМ не смогли бы совершить переворот в вычислительной техни-
ке. В то же время в сочетании с электронными схемами програм-
мно-структурные методы оказали существенное влияние на даль-
нейшее повышение эффективности ЦВМ. В этой связи прежде все-
го необходимо отметить, что вскоре после создания первой элек-
тронной ЦВМ (ЭНИАК, США) были разработаны методы
программирования и организации ЦВМ, наилучшим образом от-
вечающие специфике электронных элементов. В результате был
создан новый тип машины (ЦВМ с хранимой программой),
приспособленный для решения сложных научно-технических
задач.
Из рассмотрения обстоятельств качественного скачка в разви-
тии ЦВМ в середине 50-х годов XX в. можно сделать вывод, что
решающую роль здесь сыграли характеристики элементов, от ко-
торых преимущественно зависели вычислительные возможности
машин. Характеристики любого элемента зависят как от физиче-
ской сущности используемого явления, которая во многом опреде-
ляет параметры элемента, так и от уровня конструирования и тех-
нологии изготовления. Конструктивно-технологический уровень
определяет степень реализации потенциальных возможностей при
использовании данного физического явления, воспроизводимость
параметров при серийном изготовлении, себестоимость элементов
и, таким образом, значительно влияет на технические характери-
стики. При этом существует тесная взаимосвязь физики и техно-
логии. От технологии зависит уровень практического использова-
ния новых физических явлений и закономерностей. В свою оче-
редь использование новых физических явлений в технологии су-
щественно повышает ее уровень. Таким образом представляется
возможность рассматривать характеристики элементов как функ-
цию комплексного физико-технологического фактора.
Естественно, что выявление определяющей роли физико-техно-
логического фактора в революционном изменении вычислительных
возможностей ЦВМ в середине 50-х годов XX в. показало необхо-
димость дальнейшего исследования значения этого фактора на
всем протяжении истории устройств дискретного счета. При этом
из рассмотрения развития доэлектронной цифровой вычислитель-
ной техники видно, что качественное изменение вычислительных
возможностей устройств дискретного счета происходит в резуль-
тате как создания механических устройств, так и применения
электромеханических (электрических) устройств и машин. В этой
связи представляется целесообразным выделить следующие три
основных этапа развития доэлектронных цифровых устройств.
1. Домеханический (этап абака). Характерное свойство счет-
ных приспособлений состоит в том, что отсутствует механическая
передача чисел из низшего разряда в высший (передача десят-
ков). Числа фиксируются количеством различных предметов,
11
а разряды — их положением. Производство действий состоит в
перекладывании предметов по определенным правилам. К устрой-
ствам этого периода относятся различные счетные доски и счеты —
все, что понимается под словом «абак». В это время счетные при-
боры были основным, а часто и единственным средством для про-
изводства математических действий. Возможности абака опреде-
ляли во многом уровень математических знаний, в первую очередь
арифметических и алгебраических. При выполнении операций на
абаке п при попытках распространить уже выработанные прави-
ла действий на более общие случаи возникали проблемы и задачи,
решение которых приводило к крупнейшим математическим от-
крытиям. Абак был воплощением математических знаний. Мате-
матическая задача считалась решенной, если ее можно было вы-
полнить на абаке. Только с распространением десятичной позици-
онной системы счисления абак стал превращаться во вспомога
тельный счетный прибор.
2. Механический этап. Наиболее типичными машинами явля-
ются арифмометры различного вида. Арифмометры совершенст-
вовались в связи с требованиями, которые выдвигала практика вы-
числений. Они были лишь вспомогательными средствами вычисли-
теля и не определяли уровень математических знаний — их роль
была значительно скромнее. В этот период развития математики
постановка новых задач не возникала в результате вычислений на
арифмометре. Вычислительные машины (арифмометры) и по сво-
им вычислительным качествам не удовлетворяли математику. Роль
вычислительной машины в математике свелась к вспомогательно-
му средству вычислителя в довольно элементарных подсчетах.
Арифмометры использовались в основном при обработке статисти-
ческих данных, в бухгалтерском учете, при финансовых расче-
тах и т. п.
Основной особенностью арифмометров является автоматиче
ская передача десятков при помощи различных механических при-
способлений. Движущей силой, которая приводила в движение ме-
ханизм, была рука вычислителя. В этот период создаются арифмо-
метры, работающие на разных принципах, используемых и в на-
стоящее время: валики Лейбница, колеса Однера, непрерывная
передача десятков, пропорциональный рычаг п др.
3. Электромеханический (электрический) этап развития харак-
теризуется созданием счетно-аналитических машин (табуляторов)
и так называемых настольных счетных машин с электроприводом.
Основной особенностью всех этих машин было то, что движущей
силой стала электроэнергия, а счетчики продолжали оставаться
механическими, что резко ограничивало возможности электриче-
ских машин.
Счетно-аналитические машины впервые были применены для
обработки результатов переписи населения. В этот период делают-
ся попытки использовать счетные машины и для решения слож-
ных научных проблем.
12
Что же касается этапа электронных ЦВМ, то рассмотрение их
развития под углом зрения влияния физико-технологического фак-
тора на эволюцию вычислительных возможностей машин приво-
дит к следующим выводам:
1. Повышение производительности электронных ЦВМ дости-
гается в основном за счет четырех факторов: физико-технологиче-
ского — разработка более совершенных элементов; схемного —
эффективная организация этих элементов в схемы, устройства и
блоки; структурного — совершенствование организации совокупно-
сти схем, блоков и устройств, составляющих вычислительную ма-
шину; программного — разработка более эффективных методов
программирования.
Все эти факторы взаимосвязаны, и в ряде случаев невозможно
разделить технологический и схемный факторы, структурный и
программный факторы и т. д. Поэтому во многих конкретных слу-
чаях повышения производительности электронных ЦВМ следует
говорить о влиянии того или иного комплексного фактора (схем-
но-технологического, схемно-программного, структурно-програм-
много и т. д.).
2. Наиболее важное значение среди данных четырех факторов
имеет физико-технологический фактор. Роль остальных факторов
также велика, хотя и уступает по своему значению физико-тех-
нологическому фактору. При этом взаимосвязь физико-технологи-
ческого и других факторов во многом определяется тем, что зна-
чительная часть новых схемно-структурных решений могла быть
реализована только на базе определенных характеристик эле-
ментов.
Выявление особо важной роли физико-технологического фак-
тора определило выбор принципа периодизации развития элек-
тронных ЦВМ. Этот принцип может быть сформулирован следу-
ющим образом: периоды развития электронной цифровой вычисли-
тельной техники определяются на основе анализа изменения
вычислительных возможностей ЦВМ в зависимости от характери-
стики элементов. При этом под «элементом» понимается недели-
мая (отдельно изготавливаемая, заменяемая в случае неисправно-
сти и т. п.) деталь функциональной схемы (устройства).
Поскольку электронная ЦВМ обычно является сложным ком-
плексом как электронных, так и неэлектронных устройств, в каче-
стве ее элемента (неделимой детали) могут рассматриваться ди-
скретные пассивные и активные элементы электронных цепей (со-
противления, емкости, сердечники, лампы, транзисторы), элементы
внешних запоминающих устройств (магнитная лента, магнитные
барабаны и диски, считывающие магнитные головки), механиче-
ские, электромеханические, электронные, оптические и другие эле
менты устройств ввода-вывода и т. д.
Представляется целесообразным отметить, что даваемое выше
определение элемента не претендует на отражение специфики
электронных ЦВМ. Понятие «элемент» интерпретируется в его
13
наиболее общем значении (составная часть) и рассматривается в
технологическом аспекте. Предлагаемое определение использует-
ся только потому, что не существует единого термина, с помощью
которого можно было бы объединить все неделимые в технологи-
ческом отношении детали независимо от их функционального на-
значения. Заметим, что в электронной цифровой вычислительной
технике широко используется такое функциональное понятие, как
«система элементов ЦВМ», которое объединяет «два класса эле-
ментов: логические, с помощью которых реализуются все логиче-
ские и арифметические функции, и вспомогательные, служащие
для усиления, генерирования, формирования, фазирования сигна-
лов, т. е. для обеспечения условий, необходимых для логических
элементов» [6, стр. 432]. Во избежание терминологической пута-
ницы в дальнейшем вместо термина «логический элемент» исполь-
зуется, как правило, термин «логическая схема».
Характеристики каждого элемента оказывают влияние на вы-
числительные возможности машин. Однако степень этого влияния
для каждого из типов элементов различна. Из множества элемен-
тов, которые использовались на протяжении всего развития элек-
тронных ЦВМ, в качестве основных (т. е. наибольшим образом
влияющих на параметры машин) выбраны активные элементы
(компоненты) логических схем и элементы внутренних запоми-
нающих устройств. В целях обоснования данного выбора отметим,
что активные элементы электрических цепей (т. е. элементы, вы-
полняющие активную функцию: усиление по мощности, формиро-
вание и генерирование сигналов) являются наиболее важными с
точки зрения построения логических и арифметических схем и
устройств. Активные элементы (ламповые триоды и пентоды, тран-
зисторы) применяются во всех внутренних устройствах электрон-
ных ЦВМ и во многом определяют характеристики всех внутрен-
них устройств, в том числе и устройств памяти.
В запоминающих устройствах активные элементы применя-
ются преимущественно в схемах управления работой памяти и ока-
зывают таким образом существенное влияние на ее характеристи-
ки. Однако важнейшую роль здесь играют характеристики элемен-
тов, хранящих информацию, т. е. запоминающих элементов. На
протяжении истории универсальных электронных ЦВМ во внут-
ренних ЗУ широко использовались ртутные "линии задержки, элек-
тронно-лучевые трубки, ферритовые сердечники, магнитопленочные
элементы, а также (в сверхоперативных ЗУ) такие схемные эле-
менты, как ламповые триоды, транзисторы и туннельные диоды.
Рассмотрение процесса изменения вычислительных возможно-
стей ЦВМ в зависимости от эволюции характеристик указанных
элементов показывает, что качественные изменения производитель-
ности электронных ЦВМ связаны, во-первых, с переходом от элек-
тровакуумных приборов (лампы, электронно-лучевые трубки)
к элементам, выполненным на основе твердого тела (полупровод-
ники, ферриты), и, во-вторых, с переходом от дискретных полупро-
14
водниковых и магнитных элементов (транзисторы, сердечники)
к интегральным схемам, т. е. к интегральной технологии выпол-
нения устройств на твердом теле.
Под интегральной технологией понимается совокупность ме-
тодов, обеспечивающая слияние (интеграцию) технологических
стадий изготовления отдельных элементов и схемы в целом. В от-
личие от обычных электронных схем, состоящих из дискретных
активных и пассивных элементов и соответствующих соединений
между элементами, интегральная схема изготовляется как единое
целое в ходе определенных технологических процессов (испаре-
ние в вакууме, эпитаксиальное выращивание полупроводниковых
кристаллов, диффузия и пр.). При использовании интегральной
технологии в качестве элемента ЦВМ выступает уже не отдель-
ный транзистор или сопротивление, а интегральная схема, пред-
ставляющая собой единое целое. Например, в монолитной твердой
схеме функции сопротивлений и транзисторов выполняют отдель-
ные области миниатюрной кремниевой пластины.
Развитие технологии интегральных схем привело к созданию
новой области электроники (интегральная электроника), сущест-
венно отличающейся (с точки зрения методов проектирования схем
и характера их работы) от классической электроники, основанной
на использовании дискретных элементов.
Замена дискретных элементов интегральными схемами (точно
так же как замена ламповых схем схемами на транзисторах) при-
водит к значительному изменению параметров ЦВМ: повышается
быстродействие, уменьшаются потребляемая мощность, вес и га-
бариты, повышаются надежность и технологичность.
Одно из основных направлений развития интегральной техно-
логии состоит в систематическом повышении степени интеграции
схем. Степень интеграции можно приблизительно оценить коли-
чеством компонентов, которое потребовалось бы для создания эк-
вивалентной функциональной схемы на дискретных элементах.
На определенном этапе усложнения интегральных схем происхо-
дит новое качественное изменение параметров ЦВМ, а также из-
менение методики их проектирования и методов программирова-
ния. При этом существенное изменение характеристик ЦВМ про-
исходит на этапе создания интегральных подсистем, т. е. на таком
этапе развития интегральной технологии, когда отдельный блок
ЦВМ (например, все арифметическое устройство) выполняется на
одной миниатюрной полупроводниковой пластине. На этом этапе
в качестве элемента ЦВМ, т. е. неделимой детали, выступает уже
отдельное устройство, с технологической точки зрения представ-
ляющее собой многокомпонентную интегральную схему.
Качественные изменения характеристик универсальных элек-
тронных ЦВМ в зависимости от типа используемых элементов ил-
люстрируются данными, приведенными в табл. 2.
Производительность первой электронной ЦВМ ЭНИАК (1945 г.)
приблизительно на два порядка величины превышала производи-
15
тельность разрабатываемых одновременно таких программно-уп-
равляемых релейных систем, как МАРК-1 (1944 г.) и «Белл-V»
(1947 г.). Однако возможности электронных элементов были ис-
пользованы в ЭНИАК далеко не в полной мере. Ее структура и
примененная методика программирования (штеккерное програм-
мирование) во многом копировали электромеханические системы.
Первые универсальные электронные ЦВМ с хранимой програм-
мой-ЭДВАК, СЕАК, УНИВАК, НАС (1950-1952 гг.) - по сво-
ей производительности на один-два порядка величины превосхо-
дили производительность электронных ЦВМ со штеккерным про-
граммированием, таких как ЭНИАК и ИБМ-604 (1948 г.). По срав-
нению же с электромеханическими системами типа МАРК-1
(1944 г.) и МАРК-11 (1947 г.) производительность первых элек-
тронных ЦВМ с хранимой программой была на три-четыре поряд-
ка выше.
Следующим важным моментом развития электронных ЦВМ
явилась постепенная замена электровакуумных приборов (лампы,
электронно-лучевые трубки) схемными элементами, выполненны-
ми на основе твердого тела (ферритовые сердечники, полупровод-
никовые диоды, транзисторы). В результате производительность
первых универсальных ЦВМ, выполненных полностью на транзис-
торах, таких как «Филко-2000-210» (1958 г.) и ИБМ-7090
(1959 г.), приблизительно на два порядка величины превосходила
производительность первых ламповых ЦВМ с хранимой програм-
мой (ЭДВАК, СЕАК и др.).
Последствия дальнейшего крупного технологического сдвига —
замена дискретных компонентов интегральными схемами — в на-
стоящее время еще трудно оценить в полной мере. Все же, как
видно из табл. 2, производительность первых универсальных ЦВМ
высокого класса на интегральных схемах, таких как «Барроуз -
5500» (1964 г.) и ИБМ-360/75 (1965 г.), на один-два порядка
величины превосходит производительность первых транзи-
сторных ЦВМ того же класса («Филко-2000—210», ИБМ-7090
и др.).
Исходя из сказанного выше, представляется целесообразным
выделить следующие четыре периода развития электронных ЦВМ:
1. ЦВМ на электровакуумных приборах. Для данного периода
типичной является ЦВМ БЭСМ \ в которой функции передачи и
преобразования информации выполняются схемами на электрон-
ных лампах, а оперативная память выполнена на электронно-лу-
чевых трубках.
2. ЦВМ на дискретных полупроводниковых и магнитных эле-
ментах. Основным типом машины данного периода является вы-
полненная на полупроводниковых элементах с оперативным ЗУ на
ферритовых сердечниках (например, машина БЭСМ-6).
1 Здесь и в дальнейшем приводятся первоначальные названия машин, т. е.
БЭСМ, а не БЭСМ-1, УНИВАК, а не УНИВАК-1 и т. д.
16
3. Машины на интегральных схемах (гибридных, пленочных,
полупроводниковых и магнитных). В настоящее время этот пери-
од продолжается. Поэтому выделение основного типа машины свя-
зано с известными трудностями. Наиболее целесообразной пред-
ставляется ориентация на тенденцию ко все более широкому ис-
пользованию монолитных полупроводниковых схем (в том число
в запоминающих устройствах) по сравнению с другими типами
интегральных схем. Иными словами, целесообразно считать основ-
ным типом машины данного периода ЦВМ, все внутренние устрой-
ства которой выполнены на полупроводниковых интегральных
схемах.
4. Четвертый (перспективный) период связан с построением
ЦВМ на интегральных подсистемах.
С переходом от преимущественного использования одного из
типов элементов к другому существенно изменялись все основные
параметры ЦВМ, такие как скорость работы и емкость памяти,
надежность и технологичность, вес и габариты, стоимость оборудо-
вания и стоимость эксплуатации. Разумеется, все эти изменения
были обусловлены не только влиянием физико-технологического
фактора, но и воздействием таких факторов, как схемный, струк-
турный и программный. Применение новых схемных решений и
последовательное усложнение структуры ЦВМ в каждом из пе-
риодов их развития во многом становились возможными благодаря
последовательному повышению уровня надежности элементов,
обусловленного изменением их физико-технологических особенно-
стей. При этом уровень надежности во многом определял количе-
ство элементов, используемых в ЦВМ и ее отдельных устройствах.
Количество же элементов во многом служило основой для реали-
зации новых схемных и структурных решений (см. схему). На-
пример, создание па дискретных полупроводниковых п феррито-
вых схемных элементах машин высшего класса типа СТРЕТЧ
(США), «Атлас» (Великобритания) и БЭСМ-6 (СССР) с их зна-
чительно более сложной структурой (по сравнению с ламповыми
ЦВМ) стало возможным благодаря более высокому уровню надеж-
ности полупроводников и ферритов по сравнению с электроваку-
умными приборами. В результате в рамках одной системы оказа-
лось возможным использовать до 105 активных схемных элементов,
т. е. приблизительно на порядок выше, чем в ламповых ЦВМ.
Огромные возможности в этом отношении открываются в резуль-
тате применения интегральных схем.
В разработанной в 1972 г. системе ИЛЛИАК-4 (США) коли-
чество используемых полупроводниковых интегральных схем эк-
вивалентно около 107 дискретным транзисторам. Основной вклад
в повышение производительности здесь достигается за счет струк-
турных решений, а именно за счет одновременной работы 64 ус-
тройств обработки данных. Основой, на которой реализуется столь
сложная мультипроцессорная организация, является принципи-
ально более высокий уровень надежности интегральных схем по
17
сравнению с дискретными компонентами. При современном уров-
не технологии создание подобной системы, например, па электро-
вакуумных приборах, просто немыслимо из-за соответствующих
показателей надежности, потребляемой мощности, габаритов и
других параметров ламповых схем. Таким образом, физико-техно-
логический фактор выступает в истории электронных ЦВМ в
качестве основы для разработки новых схем и структур, которые
в свою очередь вносят существенный вклад в повышение произ-
водительности ЦВМ.
Относительно независимым является развитие программиро-
вания, вклад которого в повышение производительности ЦВМ
также весьма существен. Создание новых средств программирова-
ния и математического обеспечения в той или иной мере связано
с развитием структуры электронных ЦВМ. Важным аспектом
связи программного фактора с другими факторами повышения
производительности ЦВМ в различные периоды развития элект-
ронной цифровой вычислительной техники является изменение
соотношения программных и аппаратурных средств при решении
тех или иных вопросов проектирования ЦВМ. Здесь также про-
слеживается определенная связь между программированием и
технологией. Например, создание емких и быстродействующих
постоянных ЗУ позволяет в настоящее время широко применять
методы микропрограммного управления.
Быстрое снижение себестоимости интегральных схем, повыше-
ние уровня интеграции схем и увеличение надежности создают
перспективные возможности для реализации схемными метода-
18
ми различных функций, выполняемых программой (таких как
перевод из одной системы счисления в другую, масштабирова-
ние и т. д.). Однако в целом разработка новых средств програм-
мирования, особенно на высшем уровне (универсальные алгорит-
мические языки), значительно менее связана с конкретными
технологическими решениями, чем развитие схем и структур.
Конечная взаимосвязь программирования и физико-технологи-
ческого фактора выявляется только, если рассмотреть более дли-
тельные промежутки истории развития цифровой вычислитель-
ной техники, чем периоды развития только электронных ЦВМ.
Действительно, если рассмотреть развитие вычислительной тех-
ники на этапах электромеханические ЦВМ — электронные ЦВМ,
то нетрудно заметить, что разработка средств программирования
стала актуальной только в период создания электронных ЦВМ,
т. е. в результате применения новых (электронных) схемных
элементов в вычислительной технике. Применение электроники
привело к формированию нового типа ЦВМ (машины с храни-
мой программой), что в высшей степени стимулировало разработ-
ки в области теории алгоритмов, вычислительной математики,
средств программирования и т. д.
В целях упрощения названия отдельных периодов целесооб-
разно применить термин «поколение», часто используемый в тех-
нической литературе. При этом в соответствии с рассмотренной
выше схемой история электронной цифровой вычислительной тех-
ники делится на четыре периода:
ЦВМ первого поколения (на электровакуумных элементах);
ЦВМ второго поколения (на дискретных полупроводниковых и
магнитных элементах);
ЦВМ третьего поколения (на интегральных схемах);
ЦВМ четвертого поколения (на интегральных подсистемах).
Рассмотрев по отдельности вопросы, связанные с ролью фи-
зико-технологического фактора в развитии как доэлектронных
(домеханических, механических и электромеханических) уст-
ройств и машин дискретного счета, так и электронных ЦВМ, попы-
таемся составить общую схему периодизации развития цифровой
вычислительной техники.
В дополнение к указанным ранее этапам и периодам пред-
ставляется целесообразным выделить период перехода от элект-
ромеханических к электронным ЦВМ, характеризующийся соз-
данием первых программно управляемых автоматических ЦВМ
па электромеханических реле и первой ЦВМ на электронных лам-
пах (ЭНИАК), а также формированием идей, положенных в осно-
ву современных представлений о структуре и программировании
электронных ЦВМ.
В целях обоснования целесообразности выделения данного
переходного периода необходимо сделать ряд замечаний.
Первые автоматические ЦВМ на электромеханических реле
(типа МАРК-1) были выполнены на основе стандартного перфо-
19
рационного оборудования. В этом отношении они неразрывно
связаны с техникой последнего (электромеханического) периода
доэлектронных ЦВМ. В то же время по своим вычислительным
возможностям они 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 ней были
использованы электронные лампы. Применение электронных
ламп дало большой скачок в быстродействии, однако программно-
структурные особенности ЭНИАК не соответствовали огромным
потенциальным возможностям, связанным с использованием но-
вой технологии.
Основной структурный тип электронной ЦВМ («машина с
хранимой программой»), разработанный вскоре после создания
ЭНИАК, коренным образом отличался от структуры как ЭНИАК,
так и релейных машин. Реализация принципа хранимой про-
граммы обеспечила существенное повышение производительности
ЦВМ. При этом основная блок-схема универсальных ЦВМ, реа-
лизованная в первых машинах с хранимой программой, осталась
в принципе неизменной на протяжении всей смены поколений в
электронной цифровой вычислительной технике. Сущность по-
следующих изменений сводилась к усложнению классической
блок-схемы (включающей единичные устройства памяти, управ-
ления, ввода-вывода и арифметическое устройство) путем созда-
ния развитой иерархии запоминающих устройств, применения
принципов мультипроцессирования, усложнения системы оконеч-
ного (периферийного) оборудования и т. д.
Таким образом, существуют принципиальные различия между
ЭНИАК и первыми ЦВМ с хранимой программой, выразившиеся,
в частности, 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 электронных элементах не разделены
заметным интервалом времени. Скорее можно говорить о парал-
лельном развитии обоих направлений. Так, работы по проекту
программно-управляемой электромеханической ЦВМ МАРК-1
были закончены в 1944 г., а работы по проекту ЭНИАК —
в 1945 г.
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 па дискретных полупроводниковых и магнитных эле-
ментах (второе поколение);
4) ЦВМ па 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 при
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. Цоэтому данные критерии
можно распространить только на 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.
В доэлектронный период, когда счетную машину, как прави-
ло, изобретал один человек, началом нового этапа (или периода в
данном этапе) следует считать время изобретения нового типа
машин.
В электронный 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 или 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.
С 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 создания практи-
чески удобной и пригодной для массового производства счетной
машины;
3) начало XIX в.— 70-е годы XIX в.— господство примене-
ния ступенчатого валика в счетных машинах:
4) 70-е годы — конец XIX в.— изобретение и реализация
счетных машин на новых принципах, наиболее удачный из них —
колесо с переменным числом зубцов.
Ко нец 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 программно-уп-
равляемых 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. Серийное 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 «ИБМ» (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
программой началось в Великобритании (машина «Вллиот-402Е»), в
1956 г.— во Франции (машина «Гамма-ЗЕТ») и Японии (машина «Фуд-
жик»), в 1957 г.—-в Швеции (машина ЕДВ-2), в 1958 г.—в ФРГ (Ц-22Р) и
Нидерландах («Электрологика-XI»).
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
Начало — середина 50-х годов — первое поколение электрон-
ных ЦВМ.
Конец 50-х — середина 60-х годов — второе поколение.
Конец 60-х — начало 70-х годов — третье поколение.
Середина 70-х годов — ориентировочное начало периода чет-
вертого поколения электронных ЦВМ.
ЛИТЕРАТУРА
1. И. Я. Акушский, Д. И. Юдицкий. Машинная арифметика в остаточных
классах. М., «Советское радио», 1968.
2. С. В. Шухардин. Основы истории техники. М., Изд-во АН СССР, 1961.
3. R. F. Wickens. Radio and Electron. Engr., 1968, 36, N 5, 285—287.
4. К. E. Knight. Datamation, 1966, 12, N 9, 40-54.
5. К. E. Knight. Datamation, 1968, 14, N 1, 31—35.
6. Г. Б. Смирнов. Элементов система ЦВМ. Энциклопедия «Автоматизация
производства и промышленная электроника», т. 4. М., «Советская Энцик-
лопедия», 1965.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОТ АБАКА ДО ЭЛЕКТРОННЫХ ЦВМ
Глава I
ЭТАП ДОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
(ЭТАП АБАКА)
1. Счет на пальцах. Бирки
С 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].
1 С развитием общества счет стал совершенно необходимым, в
обиходе появились довольно большие числа, выкладки с которы-
ми все усложнялись. Возникла потребность в приборах, которые
облегчили бы счет. 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 Беда Достопочтенным (VIII в.) [6]. Описание
пальцевого счета, данное Беда, является ценнейшим историческим
наследием древней счетной культуры. Правда известный историк
математики М. Кантор указывает на противоречие в высказыва-
ниях Беда, который якобы говорит, с одной стороны, о большом
значении пальцевого счета, а с другой — относит этот счет к раз-
влечениям. Но высказывание Беда относительно пальцевого сче-
та как развлечения, которое приводит М. Кантор, относится не к
пальцевому счету, а к применению обозначений чисел пальцами
для передачи при помощи буквенной нумерации букв и слов:
1 — а, 2 — р, 3 — у и т. д. Такая передача употреблялась в основ-
ном как развлечение.
Согласно описанию, составленному Беда, различные загибы
пальцев изображали единицы, десятки, сотни и тысячи, а опре-
деленные жесты рук позволяли считать до миллиона *. Пальце-
вым счетом пользовались не только торговцы или неграмотные,
но также и 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-
ницы назывались «перстами», десятки — «составами», а все ос-
тальные числа — «сочинениями».
О происхождении шестидесятиричной системы у вавилонян
существует целый ряд гипотез. Одна из них говорит о том, что
«почти несомненно, что шестидесятиричная система счис-
ления выработалась при обыкновенном счете на пальцах» [8,
стр. 252]. В соответствии с этой теорией счет на пальцах по ос-
нованию «60» мог происходить следующим образом. Для отсчи-
тывания единиц и десятков на 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-
1 В [7, стр. 326, рис. 92] приведен счет на пальцах по книге «Summa de ari-
thmetica» 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 6X8. На одной руке загибают количество паль-
цев, превышающих пять в первом сомножителе (один палец), а
на второй руке — во втором (три пальца). Складываются загну-
тые пальцы (1+3 = 4)—это и будет число десятков произведе-
ния, а незагнутые пальцы перемножают (4X2 = 8)—это будут
единицы. Следовательно, 6X8=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 знаки вначале писались и читались сверху вниз, а затем
были повернуты на 90° против часовой стрелки.
Эта теория о происхождении шестидесятиричной системы из счета на
пальцах не общепринята. По поводу нее высказан ряд возражений. Одно
из них — невозможность загибать пальцы отдельными суставами.
27
Эстонские бирки
Связка бирок из Красноярского края
регулирования расхода воды и служили «водяные бирки», на 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. Еленьский
пишет: «Еще недавно в различных закоулках в Польше употреб-
лялись счеты в виде зарубок на 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 или 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 бирки, на которых зарубки нанесены
группами по две, три, четыре, пять, восемь, десять штук. Такие
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 и по четыре штуки.
Кроме простых счетных бирок, на которые наносятся заруб-
ки для удобства счета отдельными группами, встречаются счет-
ные бирки довольно сложного устройства. В Эстонии имеются,
например, счетные бирки особой формы, в виде квадратных в се-
чении, хорошо обструганных деревянных палочек, которые сос-
тоят из двух вилкообразных половинок, входящих друг в друга.
Эти половины, до полного разделения, могут перемещаться одна
вдоль другой, напоминая передвижение центральной линейки в
современной логарифмической линейке. Среди этих 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 половинки 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 них были следу-
ющего вида:
1 — обозначение 1, / — 5, X — 10, I — V2.
Одни зарубки нанесены более глубоко, другие менее. Более
глубокая зарубка означает число в 100 раз большее, чем такая
29
Связка чувашских бирок
же менее глубокая зарубка. Кроме того, зарубки нанесены на
разных сторонах бирки: зарубки на одной стороне обозначают
числа в 100 раз большие, чем зарубки на другой стороне. Таким
образом, поворачивая бирку, мы тем самым увеличиваем значе-
ние зарубок в 100 раз. При помощи данной системы па чуваш-
ских бирках зафиксированы результаты умножения различных
чисел: 19-3; 4,5-3; 469-4; 19-2,5; 19-1,5; 19-4; 19-5; 4,5-2,5; 4,5-
•1,5; 4,5-5,5; 49-2; 32-2; 232-3; 48,5-3; 48,5-3,5 т. п. При та-
кой системе записи на бирках встречаются довольно большие
числа вплоть до 35 000 [26].
Бирки представляют интерес как материальное свидетельство
истории развития счета и записи его результатов. Система счета
на бирках была не совсем примитивной. Бирки являлись не толь-
ко документами, на которых записывались те или иные данные,
но и своеобразным счетным прибором с разработанными прави-
лами вычислений.
Хотя бирку и можно отнести к счетным приборам, но ариф-
метические операции при помощи бирок производить было не-
удобно, поэтому бирки как счетные приборы в обиходе встреча-
лись редко, в то время как долговыми, пастушескими и другими
видами бирок широко пользовались еще в начале XX в.
* * *
Одним из видов старинного счета является счет при помощи
веревок, на которых числа отмечались завязыванием различных
узелков. Наиболее древнее свидетельство о счете при помощи
узелков мы находим у античного историка Геродота, у которого
30
Квипу, найденный вблизи развалин храма Пачакамак
есть рассказ о том, что персидский царь Дарий, отправляясь в
поход на скифов, приказал ионийцам остаться для охраны моста
через реку Истер и, завязав на ремне 60 узлов, вручил его со
словами: «Люди Ионии, возьмите этот ремень и поступите так,
как я скажу вам: как только вы увидите, что я выступил против
скифов, с того дня вы начнете ежедневно развязывать по одному
узлу, и когда найдете, что дни, обозначенные этими узлами, уже
миновали, то можете отправляться обратно к себе домой» [12,
стр. 32—33].
Счетные узелки у разных народов считались неприкосновен-
ными и священными. Тот, кто завязывал или развязывал на подоб-
ном документе, не имея на то полномочий, узел, заслуживал са-
мой жестокой кары. «В Европе вплоть до средних веков сохрани-
лись следы того, что завязанные узлы играли роль судебного до-
казательства» [17, стр. 215]. У некоторых племен Древнего Китая
сочетания узлов служили не только для счета, но и для фиксации
31
различных других сведений. Счет на веревках был распростра-
нен на острове Рюкю (Япония) [28]. Имеются сведения об узло-
вом счете у различных племен в Африке и на Гавайских остро-
вах.
В Перу и других странах Америки при помощи узлов фикси-
ровали даже различные исторические предания. Перуанские
счетные веревки назывались «квипу» [27]. Они изготовлялись из
листьев агавы или из шерсти ламы. Вначале приготовлялись нити,
которые скручивались по три или четыре, образуя шнур. Такие
шнуры длиной до 60 см подвешивались к основной веревке дли-
ной до 1 м наподобие бахромы. Неокрашенные квипу использова-
лись только для счета. Окраска указывала, о чем идет речь: жел-
тый цвет означал маис, красный — оружие и т. п. Квипу широко
использовались и по существу играли роль статистических таб-
лиц. С их помощью пастухи отмечали количество скота в стадах,
чиновники — величину налога и т. п. При этом простой узел обо-
значал 10, два рядом стоящих таких узла — 20, двойной узел —
200, тройной — 1000 и т. д.
2. Абак в античном мире
Широкое распространение еще в древности получили счетные
приборы, которые мы объединяем одним общим названием —
абак3. Под абаком мы будем понимать любой счетный прибор, на
котором отмечены места (колонки или строчки) для отдельных
разрядов чисел. Камешек, жетон, косточка и т. п., помещенные в
разных колонках, имеют различное числовое значение. Механиче-
ский перенос чисел из разряда в разряд отсутствует. Вычисления
сводятся к способу выкладывания камешков (жетонов и т. п.).
Характеризуя абак, петербургский академик В. Я. Буняков-
ский писал: «Абака. Гладкая доска, на которой древние чертили
геометрические фигуры и производили вычисления. При употреб-
лении ее покрывали весьма мелким песком или пылью». Абак —
это «счеты такого рода, какие употребляются в России и в неко-
торых странах Азии». На них возможны «всякие выкладки, зави-
сящие от других арифметических действий» [30, стр. 1].
Даже способ счета, который наблюдал русский путешествен-
ник и антрополог Н. Н. Миклухо-Маклай у туземцев Новой Гви-
неи, можно отнести к тому же принципу, что и счет на абаке:
«Папуас загибает один за другим пальцы руки, причем издает оп-
ределенный звук, например, «бе, бе, бе»... Досчитав до пяти, он
говорит «ибон-бе» (рука). Затем он загибает пальцы другой руки,
снова повторяет «бе, бе»..., пока не доходит до «ибон-али» (две
руки). Затем он идет дальше, приговаривая «бе, бе»..., пока не до-
ходит до «самба-бе» и «самба-али» (одна нога, две ноги). Если
3 Слово «абак» (счетная доска) — греческое слово, филологи считают, что
оно произошло от древнееврейского слова «пыль».
32
нужно считать дальше, папуас пользуется пальцами рук и ног
кого-нибудь другого» [29, стр. 280].
Возникновение позиционного принципа вавилонской системы
счисления связано с техникой вычислений того времени. В вави-
лонских математических текстах отсутствуют промежуточные вы-
числения. Это можно объяснить тем, что «промежуточные вычис-
ления велись на каком-нибудь счетном инструменте типа наших
счетов или средневекового абака» [8, стр. 262]. Этим объясняет-
ся то, что вавилоняне классической эпохи, введя принцип пози-
ционности, не ввели знака для нуля. При пользовании абаком та-
кой знак не нужен. Отсутствие того или иного разряда означало,
что соответствующая колонка остается пустой.
На основании сопоставления разных данных можно восстано-
вить вид вавилонского абака4. Исходя из позиционности вави-
лонского счисления, можно считать, что каждому разряду соответ-
ствовала специальная колонка (или строка) абака. Вавилонский
разряд включал 60 единиц. Поэтому колонка каждого разряда де-
лилась на две части: в одной помещались камешки, изображавшие
десятки (не более пяти), в другой — камешки, изображавшие еди-
ницы (не более девяти). Черта разделения была и в римском абаке.
Впервые об абаке упоминает историк древнего мира Геродот:
«Египтяне считают с помощью камешков, передвигая руку справа
налево, тогда как эллины ведут ее слева направо» [12, стр. 132].
Из этого можно сделать вывод, что такой абак был разделен вер-
тикальными линиями.
Советский историк математики М. Я. Выгодский по этому по-
воду пишет: «У египтян существовал и счетный прибор, аналогич-
ный нашим счетам. Вероятно, он отличался от счетов тем, что ка-
мешки, которые служили для обозначения единиц различных раз-
рядов, не передвигались по скрепляющей их нити, а клались в от-
деления счетной доски» [13, стр. 17—18].
Римляне пользовались столом или доской, расчерченными на
столбцы, с обозначениями названий разрядов: I, X, С, М и т. д.
В неаполитанском музее древностей хранится римский абак. Он
представляет собой доску с прорезанными в ней щелями, вдоль
которых передвигаются костяшки. Имеется семь длинных щелей
с четырьмя костяшками и одна длинная щель с пятью костяшка-
ми. Над каждой длинной щелью находится короткая с одной кос-
тяшкой. Кроме того, имеются еще две короткие щели с одной кос-
тяшкой и одна щель с двумя костяшками. Над длинными щелями
намечены следующие обозначения (слева направо): 1X1, что оз-
начает тысячи тысяч. czczczIzdzdzd — сотни тысяч, czczIzdzd —
десятки тысяч, оо —тысячи, <= — сотни, X — десятки; I — едини-
цы, 0 — унции, т. е. двенадцатые части.
Каждая костяшка в верхней короткой щели приравнивается к
пяти единицам соответствующей нижней щели. Исключение сос-
4 Ни одного экземпляра такого абака не сохранилось.
2 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
33
тавляет только щель, обозначенная 0, в которой находится пять
костяшек, обозначающих унции, всего 5/12. Костяшка же в верх-
ней щели означает 6 унций, т. е. 1/2. Костяшки в трех коротких
щелях, расположенных отдельно с правой стороны абака, отмече-
ны знаками: -S-; •=>•, -2-, что означает полунции, четверть ун-
ции, шестая часть унции. Число камешков в каждом столбце ука-
зывает число единиц соответствующего разряда.
* * *
Абак был известен и у греков. Геродот пишет о греках, «вы-
кладывающих на абаке камешки» (31, стр. 80). Полибий (II в.
до н. э.) говорит, что «царедворцы весьма сходны с камешками на
абаке, ибо как камешек бывает по воле играющего то халкусом,
то талантом 5, так и царедворцы по воле владыки становятся бла-
женными или злополучными» [31, стр. 80].
Ямблих в «Жизни Пифагора» указывает, что Пифагор стре-
мился ввести в изучение математики и вопросы использования
абака. На одной античной вазе изображен греческий вычисли-
тель, сидящий за абаком.
В 1846 г. на греческом острове Саламине был найден единст-
венный известный в настоящее время мраморный абак в виде
плиты размером 105X75 см. Эта мраморная таблица служила
для пятиричного счисления; об этом свидетельствуют высеченные
на ней буквенные обозначения, причем счетные камешки уклады-
вались только между линиями. Колонки слева служили для отсче-
та драхм и талантов,, справа — для долей драхмы: оболов и хал-
ков. Сохранность саламинской таблицы помогла реконструировать
другие, лишь частично сохранившиеся абаки6.
Возникает естественно вопрос: какова роль абака в развитии
математики, в частности в развитии математики в античном мире?
Принято считать, что абак был вспомогательным средством
при различных математических расчетах и вычислениях. Эта точ-
ка зрения механически переносит роль современных простейших
вычислительных устройств на древний мир. Роль абака в развитии
математики была особой. В период широкого распространения
абака он занимал фундаментальное положение в математике и во
многом определял ее лицо. Математическая задача считалась ре-
шенной только в том случае, если ее можно было решить на аба-
ке. При применении абака письменные числа нужны были в мате-
матике только для записи условий задач, промежуточных резуль-
татов и ответов.
5 Халкус — мельчайшая медная монета, талант — крупнейшая монетная еди-
ница.
6 Краткие сведения об абаке и других простейших счетных машинах име-
ются почти во всех книгах по истории математики. Часто о них упомина-
ется и в различных научно-популярных статьях (см., например, [32]).
34
В частности, абак сыграл решающую роль в Древней Греции
при переходе от аттической нумерации к алфавитной (ионий-
ской) .
Наиболее древней системой нумерации в Греции была аттиче-
ская или геродиановая нумерация. Последнее название происхо-
дит от имени Геродиан (II—III вв. н. э.), из текстов которого в
Европе впервые узнали о существовании этой нумерации. В основ-
ных чертах эта система нумерации была следующей.
Единица обозначалась вертикальной чертой |; 2, 3 и 4 записы-
вались повторением этой черты; 5 обозначалось знаком Г, 10—
А, 100 — Н, 1000 — X, 10 000 — М. Это буквы греческого алфави-
та, они являются начальными буквами соответствующих слов. Ро-
диной этих знаков была Аттика, хотя ими пользовались во всей
Греции. Числа от 6 до 9 записывались так:
Г”1 — 6, ГII — 7, Г III — 8, [ ПП — 9.Числа больше десяти за-
писывались как комбинация знаков, например,ДА — 20,| Л — 50,
| ДА — 70, | н — 500, | Х 5000 и т. д. Эта система нумерации
существовала в Аттике до начала I в. н. э. В других греческих
землях она была вытеснена алфавитной нумерацией значительно
раньше.
Греческий алфавит происходит от финикийского, в который
греки внесли ряд изменений, лучше приспособив его к своему язы-
ку. 27 знаков греческого алфави1а стали играть роль цифр в алфа-
витной нумерации древних греков. В основу этой нумерации поло-
жен десятичный (но не позиционный) принцип. Первые 9 букв бы-
ли числами от 10 до 90, а следующие — от 100 до 900. Числа от
букв отличались разными способами: точками, которые стави-
лись с двух сторон числа, чертой над числом и т. п. В древней-
ших памятниках числа более чем с тремя знаками не встреча-
ются.
В более позднее время для обозначения тысяч употреблялись
те же буквы, что и для единиц, только их еще снабжали отдель-
ным значком, чаще всего штрихом впереди буквы. 10 000 называ-
лось мириадой и обозначалось буквой М. Однообразия в записи
больших чисел не было.
Первая известная запись в ионийской нумерации относится к
V в. до н. э. Постепенно эта нумерация вытеснила аттическую.
Возникает естетственный вопрос: чем была вызвана замена атти-
ческой нумерации алфавитной? М. Кантор эту замену считает
почти необъяснимой, так как в алфавитной системе, по его мне-
нию, производить арифметические операции менее удобно, чем в
аттической. Он пишет: «Так сильна у большинства историков при-
вычка считать за прогрессивное всякое позднейшее историческое
явление, что вообразили, будто и здесь мы имеем дело с продвиже-
нием вперед» [33, стр. 129]. С точки зрения Кантора, переход к
алфавитной системе — шаг назад, так как эта система утруждает,
35
2*
при выполнении действий, память больше, чем аттическая, ибо она
имеет больше самостоятельных знаков, она требует большего нап-
ряжения при выполнении действий. Он пишет: «Сложение АА А+
+ АААА | 4 А А (30+40=70) можно слить в один псцхи-
га
ческий акт со сложением ННН+НННН= | НН (300+400=
= 700), поскольку и там и здесь три и четыре однородные единицы
соединяются в пять и две единицы того же рода. Но, имея Z + ц =
= 0, мы никак не получаем отсюда непосредственно т + v = ф
[34, стр. 256]. Правда, Кантор отмечает, что алфавитная система
обладает одним преимуществом: с ее помощью удобно записывать
числа, она значительно экономит место при письме.
М. Я. Выгодский не согласен с точкой зрения Кантора и пы-
тается доказать, что в алфавитной системе производить действия
удобнее и проще, чем в аттической. «Алфавитная система нумера-
ции представляла, несомненно очень существенный шаг вперед
именно с точки зрения вычислителя» [34, стр. 257].
В действительности же и Кантор, и Выгодский неправы. Они
исходили как из установленного факта, что в алфавитной системе
производились вычисления. Но этого как раз и не было; у нас нет
об этом ни одного свидетельства. В алфавитной системе нумера-
ции никаких действий никогда не производили. Она была создана
для записи чисел и дат, результатов вычислений и условий задач.
Кантор прав, когда говорит, что алфавитная система удобна для
записи чисел. Но эта система совсем непригодна для производства
математических операций. Ее возникновение связано с распрост-
ранением абака, на котором производились все вычисления, все
математические операции. Так было со всеми алфавитными сис-
темами — они возникали тогда, когда абак занимал господствую-
щее положение в математике.
3. Абак в Китае
В простейших счетных приборах (абаках), которые были рас-
пространены на Востоке, использовалась преимущественно пяти-
ричная система счета. Такие приборы мы находим в Японии, Ин-
дии, Пакистане и других странах. Иногда и теперь индийские
крестьяне и торговцы, считая, раскладывают камешки на расчер-
ченной на песке таблице.
В Китае и в настоящее время широкое распространение имеет
суань-пан, завершивший длинную историю развития счетного при-
бора, началом которой была счетная доска, появившаяся в конце
второго тысячелетия до нашей эры. «В истории инструментально-
го счета Китай занимает одно из почетных мест. Среди ранних
прототипов счетных приборов самым древним является китай-
ский» [35, стр. 325]. Хотя достаточно полного описания счетной
доски древних китайцев не сохранилось, но сейчас уже довольно
36
хорошо восстановлены как ее вид, так и способы работы на ней.
В Древнем Китае на счетной доске производились самые разнооб-
разные вычисления. При этом использовались небольшие палоч-
ки, при помощи которых выкладывались числа. Цифры при этом
образовывались по аддитивному принципу. Таблица чисел выгля-
дела следующим образом:
1 1 2 II 3 III 4 1111 5 IIIII 6 7 т 8 9 >
10 20 30 40 50 60 70 80 90
— = zzrz: 1 | J-
Затем обозначения повторялись, т. е. сотни обозначались так
же, как единицы; тысячи, как десятки, и т. д. Палочки, изобра-
жавшие числа, располагались то вертикально, то горизонтально.
Например, число 73 236 палочками выкладывалось так"~[Г =11 Т
Для нуля специального обозначения не было, вместо нуля был
пропуск — пустое место. На счетной доске в Древнем Китае воз-
ник и существовал позиционный принцип. Есть свидетельства, что
он обнаруживается в III в. до н. э.
В более позднее время китайский математик Сунь-цзы (III или
IV в. н. э.) писал по этому поводу: «Прежде всего [следует] по-
знакомиться с разрядами: единицы вертикальны, десятки выгля-
дят одинаково, десятки тысяч и сотни тоже» [36, стр. 23].
Как уже было отмечено, на счетной доске производились са-
мые различные операции и выкладки. Рассмотрим сложение на
следующем примере: 9876 + 5647 = 15 523.
15 523
15 510
15 400
14000
9 876
Счет на доске шел снизу вверх. На нижней строке доски вык-
ладывали слагаемые. Сложение шло от старших разрядов к млад-
шим. 9000+5000 = 14 000 — это число помещали над первым сла-
гаемым, при этом соблюдали соответствие между разрядами. В эту
же строку переносят оставшиеся цифры слагаемых (876 и 647).
Затем складывают 800 + 600 = 1400 — этот результат прибавляют
к ранее полученным 14 000 и получают 15 400. Это число помеща-
37
тот в третьей строке снизу, в этой же строке ставят и оставшиеся
числа: 76 и 47. Затем находят 70+40 = 110 и прибавляют к пре-
дыдущему результату: 15400+110 = 15510. Эту сумму ставят в
следующей строке, рядом ставят последние слагаемые 6 и 7. При-
бавляя 6 + 7 = 13 к 15 510, получают окончательный результат,
который записывают в верхней строке.
Характеризуя действия умножения и деления, Сунь-цзы дает
следующее правило: «Установи разряды [чисел] один под другим,
[так чтобы числа] в верхней и нижней [строках] были соответст-
венно расположены. В верхней [строке] разряды суть десятки, за
десятками следуют сотни, за сотнями следуют тысячи, за тысяча-
ми... Нижние [разряды] умножь на верхние. Числа, которые полу-
чаются, помести в ряд в средней строке. Как только будут десятки,
переходи [в следующий разряд, если] не превышает [десятки], то
[оставь] в собственном [разряде]. Ту [цифру] разряда в верхней
[строке], которая до конца использована при умножении, убери.
Ту [цифру] разряда в нижней [строке], которая до конца исполь-
зована при умножении, передвинь вместе со всеми остальными
вправо. Шесть не состоит из груды палочек, пять не является еди-
ничной [палочкой]. Когда в верхней и нижней [строках разряда]
перемножить, то полностью все будет выполнено. Правило, которое
[употребляется] всякий раз при делении, прямо противоположно
умножению: результат умножения находится в центре, результат
деления находится в верхней строке» [36, стр. 23].
Впервые в этом сочинении Сунь-цзы мы находим формулировку
позиционного принципа в представлении чисел на китайском счет-
ном приборе. Об отсутствии же какого-либо разряда свидетельство-
вало пустое место, так что знака для нуля не требовалось. Таким
образом, это была первая, известная нам, позиционная десятичная
система счисления.
«Китайская счетная доска сыграла особую роль в истории ки-
тайской математики. Древнекитайский ученый мог считать задачу
решенной только тогда, когда для нее было составлено правило
решения на доске. В терминах вычислительной математики это
означает составление для каждой задачи программы или алгорит-
ма ее решения, проводимого на машине» [32, стр. 10].
В виде примера Сунь-цзы рассматривает следующую задачу:
сколько получится, если перемножить 81-81?
«Установи разряды одни под другими. В верхней [строке] 8,
в нижней 8. Восемью восемь [дает] 64, т. е. внизу 6400, [это чис-
ло] занимает среднюю строку. В верхней [строке] 8, в нижней 1,
Одиножды восемь дает 8, т. е. в средней строке будет 80. Пере-
двинь вправо [цифры] на один разряд, сними в верхней строке 8
десятков. В верхней строке 1, в нижней 8, одиножды восемь дает 8,
т. е. в средней строке будет 8 десятков. В верхней [строке] 1, в
нижней 1. Одиножды один дает 1, т. е. в средней строке будет 1.
Разряды в верхней и нижней строках убраны и в средней строке
получилось 6561» [36, стр. 24—25].
38
В соответствии с этим описанием умножение на доске происхо-
дит по схеме:
8 1
8 1
1
6 4 8
8 1
1
6 5 6
1
6 5 6 1
На счетной доске можно было также производить деление, дей-
ствия с дробями, извлечение не только квадратных, но и кубиче-
ских корней. Операции на счетной доске в древнекитайской мате-
матике являлись не вспомогательными операциями — счетная
доска и действия на ней составляли сущность самой математики.
Задача считалась решенной только в том случае, если ответ можно
было получить на счетной доске, перекладывая по определенным
правилам счетные палочки. На счетной доске были сделаны фунда-
ментальные открытия математики.
Действия с числителями и знаменателями на доске привели к
понятию дроби как числа. В результате обобщения правила извле-
чения корней, разработанного на основе формулы бинома на счет-
ной доске, возник, еще до конца первого тысячелетия нашей эры,
способ вычисления корней, соответствующий способу Руфинни —
Горнера7 [37]. На счетной доске вычислялись корни систем ли-
нейных уравнений. Коэффициенты системы располагались на дос-
ке в виде таблицы, с помощью которой, по выработанным прави-
лам, можно было всегда производить вычисления однообразным
путем. При этом естественным образом появились отрицательные
числа, которые вначале были введены формально, в качестве про-
межуточных результатов при преобразовании матрицы системы.
Отрицательные числа появились в результате применения алго-
ритма решения систем линейных уравнений. Такое применение
иногда приводило к тому, что приходилось вычитать из меньшего
числа большее, т. е. в результате применения некоторого алгорит-
ма к более широкому классу задач. Это впервые в истории науки
встречается в «Математике в девяти книгах» [38]. Введение от-
рицательных чисел и правил действий с ними явилось одним из
самых крупных достижений китайских математиков. Это был пер-
вый выход за пределы области положительных чисел. Китайские
математики опередили при этом науку других стран на столетия.
Для отличия положительных и отрицательных чисел употребля-
лись различно окрашенные палочки, а также палочки разной фор-
мы поперечного сечения. Положительные числа обозначэлись па-
лочками красного цвета или с квадратным сечением, а отрица-
тельные — черного цвета или треугольного сечения.
«Доска для вычислений являлась... некоторой простейшей
счетной машиной, которая требовала создания для нее програм-
7 Описание извлечения квадратного и кубического корней в «Математике в
девяти книгах» [38] является наиболее ранним из известных истории
науки.
39
мы, т. е. алгоритма. И китайский математик стремился решение
для проблемы выразить в виде общего правила, четко определяю-
щего ход конструирования искомой величины» [39, стр 436]. Во-
обще древнекитайская математика имеет ярко выраженный вы-
числительно-алгоритмический характер 8.
Цифры-палочки употреблялись в Китае примерно с IV в.
до н. э. (а возможно и ранее) до XIII в. н. э. и позже. Нумерация
при помощи палочек — древнейшая среди десятичных позицион-
ных систем. Однако позиционный принцип при этом не доведен до
конца: в китайской нумерации при помощи палочек не былонуля-
Отсутствие знака для нуля не было недостатком при вычислении
на счетной доске: в случае необходимости соответствующие ряды
доски оставались пустыми. Большинство выкладок даже после
изобретения бумаги продолжало производиться на счетной доске,
именно это задержало совершенствование китайской позиционной
системы и введение знака для нуля. Знак нуля был введен в
Китае в VIII в. н. э.
Китайские математики достигли совершенства в вычислениях
при помощи палочек. Они легко оперировали с большими числа-
ми. Например, в «Математике в девяти книгах» встречается число
1 644 866 437 500 и его нужно умножить на 16/9.
Приблизительно к VI в. н. э. счет при помощи палочек на счет-
ной доске начал вытесняться прибором, который явился прототи-
пом суань-паня. Этот прибор состоял из прямоугольной доски, рас-
черченной на квадраты наподобие шахматной доски. На этой дос-
ке раскладывались специальные фишки (костяшки).
3 0 7 5 а
9[ I I I I | | |
8_______________________
7_________________•_
6_________________
5 •
4______________
3___________• Г“
2__________
1
0
Горизонтальных полос на доске было 10, вертикальных — раз-
личное количество. Костяшка в зависимости от того, куда она бы-
ла помещена, обозначала число единиц данного разряда. На ри-
сунке поставлено число 30 753.
8 Подробный разбор деления, извлечения корней, решение систем линейных
уравнений и других операций на счетной доске в Древнем Китае см. в
[39, 40].
40
Затем прибор был усовершенствован. Костяшки стали употреб-
лять двух цветов: желтые для чисел от 0 до 4, черные — от 5 до 9.
Доску при этом делили только на пять горизонтальных полос, что
значительно уменьшило размеры прибора.
горизонтальной перегородкой на две части. В каждом столбце ни-
же этой перегородки помещалось не более пяти костяшек, обозна-
чающих единицы данного разряда, одна костяшка над перегород-
кой означала 5 единиц.
В таком виде счетная доска существовала до VIII в. В X в.
счетный прибор принял в основном вид современного китайского
суань-паня — счетная доска была заменена рамой, в которой были
продеты прутья.
Но это был не единственный путь развития счетных приборов
в Китае. Встречаются и другие приборы, которые также впослед-
ствии унифицировались в суань-пане (историю приборов в Древ-
нем Китае см., например, [35, 41]. Внешне суань-пан похож на
наши конторские счеты. Различие состоит в том, что весь ящик
разделен перегородкой на две неравные части. На этой перегородке
иногда писались иероглифы, соответствующие значению каждого
ряда (так же как на римском абаке обозначались желобки и на
наших счетах в прошлом столетии — разряды). Суань-пан кладет-
ся длинной стороной к считающему. На всех прутьях в большей
части ящика, ближе к считающему, находится по пять костяшек
для отсчитывания единиц. На тех же прутьях, с другой стороны
перегородки, имеется по две костяшки — две пятерки.
41
Суань-пан
Чтобы положить на суань-пане какое-нибудь число, к перего-
родке с обеих сторон придвигают необходимое количество костя-
шек. Суань-пан с XVII в. не претерпел никаких изменений.
В XVI в. суань-пан, по-видимому, имел несколько другой вид.
В это время он впервые стал известен в Японии под названием
сорубан, сохранив до настоящего времени свой первоначальный
вид. На сорубане для откладывания пятерок имеется только по од-
ной костяшке. В остальном он не отличается от суань-паня. Ана-
логичный счетный прибор распространен и в Иране.
♦ ♦ ♦
Абаком пользовались и народы Древней Индии. О широком и
повсеместном распространении абака в Индии говорит само наз-
вание арифметики — патиганита (по-санскритски), которое про-
исходит от пати — доска и ганита — исчисление. Письменные
цифры, как и в Древнем Китае, использовались для записи чисел
в тексте, дат и т. п., но не для вычислений. Вычисления произво-
дились на абаке чаще всего при помощи ракушек, причем для
обозначения нуля употреблялись круглые ракушки. Именно они,
возможно, послужили прообразом современного нуля.
При позиционной системе счисления с нулем арифметические
операции производить письменно довольно удобно. В Индии по-
зиционная система счисления получила распространение сравни-
тельно рано и вытеснила из употребления абак. Считать начали
на доске, покрытой пылью, при помощи заостренной палочки. Ин-
дийские математики разработали способ умножения. Этот спо-
соб получил распространение в Европе в позднее средневековье
42
и во времена Возрождения и получил название «умножение решет-
кой».
У восточных арабов, как и у самих индийцев, абак был вскоре
вытеснен индийской нумерацией. Но зато он был в употреблении
у западных арабов, которые в конце VIII в. захватили Испанию.
4. Абак в Европе
С распространением торговли началось знакомство европейцев
с арабской культурой, прежде всего через Испанию и Сицилию.
До нас дошел ряд работ X—XII вв., посвященных вычислению
на абаке. Их авторы Герман Калеки, Рауль (Рудольф,
ум. 1131 г.), Бернелини, Ланский и др. Наиболее известным яв-
ляется сочинение французского ученого монаха Герберта
(ок. 940—1003 гг.), ставшего позднее (999—1003 гг.) папой
(Сильвестр II). Он был одним из первых ученых, посетивших
Испанию.
Сочинение Герберта об абаке представляет письмо (примерно
980 г.), которое он написал своему другу Константину (схоласту
монастыря Флери), обратившемуся к нему за разъяснением по
поводу счета на абаке. Известным русским историком Н. М. Буб-
новым в работах [42—44] подробно исследованы биография
Герберта, ранняя история абака и тщательно проанализирован
текст письма Герберта об абаке [42, 43]. Эти работы представля-
ют ценное исследование по рассматриваемым вопросам, хотя не
со всеми положениями работ Бубнова можно согласиться.
В письме к своему другу — монаху Константину Герберт пи-
шет, что он «принимается за разъяснение способов обращаться
с числами абака... Хотя уже успело пройти несколько пятилетий
с того времени, как у меня не было ни книги об этих вещах, ни
упражнения в них, все же я излагаю здесь одно по памяти в тех
же словах, другое в том же смысле» [43, стр. 122]. Из этого на-
чала письма следует, что Герберту ранее была известна книга об
абаке (подробно по этому вопросу см. [43]). Далее письмо состоит
из многочисленных правил умножения и деления для самых раз-
нообразных случаев: умножение единиц на десятки, десятков на
десятки, сотен на сотни и т. п.; деление десятков на единицы, де-
сятков на десятки, тысячи на десятки и т. п.
В 972—982 гг. Герберт жил в Реймсе и преподавал различные
предметы в реймской епископской школе, в том числе и счет на
абаке. В то время в употреблении обычно был 12-колонный абак.
Герберт предложил абак с 27 колонками, т. е. для чисел от 1 до
1027. В этом абаке, кроме того, были три дополнительные колонки
для счета денег и других мер. Внизу абака имелась справка о
монетных системах. Такая таблица (абак) описана в журнале
«Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien Phil. Hist.», KI. 116, 1888. В наше
время такая таблица Герберта была обнаружена в Швейцарии
[48].
43
Герберт и другие абакисты пропагандировали сами и через
своих учеников употребление абака. Герберту приписывают не-
сколько работ по математике, хотя точно неизвестно, является ли
он их автором; одна из них — «Правила счета на абаке», числа в
этой работе пишутся словами или римскими цифрами.
Впоследствии Герберта обвинили в том, что он продался дья-
волу, так как умеет делить любые большие числа.
Действия на абаке во времена Герберта преподавали во мно-
гих школах. Были созданы руководства для счета на абаке,
благодаря чему абак получил широкое распространение в Ев-
ропе.
Европейский абак по сравнению с древним был несколько
усовершенствован. Три столбца отводились для дробей, остальные
группировались по три. Сверху столбцов были дуги, которые на-
зывались пифагоровыми (изобретение абака в средневековой Ев-
ропе приписывалось Пифагору). Столбцы справа налево отмеча-
лись буквами S или М (латинское singularis или греческое
«монас» — единица), D (decern — десять), С (centum — сто).
Вместо камешков стали применять жетоны с записанными на них
цифрами. Эти знаки цифр (а иногда и сами жетоны) назывались
апексами.
Слово «апекс» происходит от латинского «орех», одно из зна-
чений которого — письмена. Неясно происхождение названий
отдельных апексов для 1, 2,.., 9; игин, андрас, ормис, арбас, кви-
мас, кальтис, зенис, темениас, целентис. К этим девяти добавился
со временем десятый — сипос (от греческого «псефос» — каме-
шек, жетон). Сипос изображался в виде кружка с точкой внутри.
Сипос был апексом технического назначения, его передвигали
для памяти вдоль столбцов абака по мере выполнения действий.
В изображении апексов видны черты современных цифр.
Известны многочисленные рукописи, статьи и книги, в кото-
рых излагаются правила арифметических действий на абаке (см.,
например, [45]). Одной из наиболее известных таких работ явля-
ется сочинение Бернелини (XI в.) «Liber abaci», который указы-
вает, что вместо апексов можно применять греческие буквы. Он
подробно описывает, как производились арифметические действия
на абаке, в том числе излагает действия с дробями [7, стр. 338—
339].
Подводя итоги своего анализа работы Герберта об абаке,
Н. М. Бубнов делает не вызывающий сомнения вывод: «Не толь-
ко Герберту или кому-либо из его современников, но даже и са-
мому Пифагору, имя которого в данном случае иногда тревожат,
было бы совершенно не под силу произвести работу многих поко-
лений счетчиков на счетном инструменте, называемом абаком, и
дать ту систему счисления и те правила вычислений, которые
изложены Гербертом... Мы имеем здесь не личное творчество, а
веками в повседневном счете на абаке сказавшиеся арифметиче-
ские заповеди седой старины» [42, стр. III].
44
Широкого распространения абак с апексами не получил, его
изучали в основном только в монастырских школах. Более того,
дальнейшее развитие математики шло в борьбе против примене-
ния абака. Тем не менее деятельность абакистов содействовала
проникновению индийских цифр в Европу вначале в виде аспексов.
Слово «абак» применялось как синоним математики. Именно
поэтому «Книга абака» (1202 г.) Леонардо Пизанского излагала
позиционную арифметику, а также многие другие математические
сведения.
В английском государственном казначействе абаком служила
клетчатая скатерть. Именно поэтому казначейство называлось
Палатой шахматной доски 9, название которой возникло в XII в.
В Большой Советской Энциклопедии (т. 31, стр. 568) отмечено,
что название «Палата шахматной доски» «происходит от клетча-
того сукна, которым покрывался стол заседаний в казначействе»,
но ничего не сказано, что эта скатерть служила абаком.
В средневековой Западной Европе получил распространение
так называемый счет на линиях, который в основном совпадает
со счетом костьми в России (см. далее). Этот счет был широко
распространен до конца XVIII в. Вместо счетных камешков для
счета на линиях использовались специальные металлические же-
тоны. Их изготовление особенно процветало в Нюрнберге в XVI и
XVII вв. В Эрмитаже (Ленинград) имеется большая коллекция
счетных жетонов, выпускавшихся в разных странах Западной
Европы в XV—XVI вв. Наиболее древние из них — итальянские.
Известны французские счетные жетоны середины XIII в., бель-
гийские с конца XIII в., немецкие с конца XIV в. Счетные таб-
лицы изготовлялись в виде специальных столов, досок, а также
наносились на платках, ковриках и других предметах. О попу-
лярности счета на линиях говорит хотя бы то, что «Лейбниц
предпочитал способ счета жетонами арифметическим выкладкам
на иумаге» [46, стр. 196]. Дольше всего счет на линиях сохра-
нился в Германии и Австрии. Счет на линиях излагался во мно-
гих учебниках XV—XVII вв. (см., например, [47], «Algorithmus
linealis», Лейпциг, 1490). Но возможно, что он возник значитель-
но раньше. Счет производился при помощи жетонов, которые
назывались в Германии счетными пфенигами, в других местах —
просто фишками.
Счет на линиях упоминается Шекспиром и Мольером. О ши-
роком распространении счета на линиях говорит хотя бы четверо-
стишие, которое приписывается прусскому королю Фридриху II:
«Придворные — точь-в-точь жетоны,
все их значенье в положении:
в фаворе значат миллионы,
но лишь нули — в пренебрежении» [7, стр. 360].
9 Палата шахматной доски была верховным финансовым управлением и
высшим судом по финансовым вопросам в Англии до 1873 г.
45
5. Абак в России
В допетровской Руси было два наиболее развитых приема
инструментального счета — «счет костьми» и «дощаный счет».
Об этих приемах счета мы знаем по спискам 10 «Цифирной счет-
ной мудрости», относящимся к XVII в., хотя нет сомнения, что
их содержание восходит к XVI в. Более того, существует мне-
ние, что «счет костьми... уходит своими корнями в глубокую
древность» [46, стр. 301].
«Счет костьми» или при помощи счетной доски в литературе
излагался неоднократно [46, 49, 50]. Прежде чем начать считать
при помощи счетной доски, нужно приготовить счетное поле,
разграфив горизонтальными линиями стол или специальную до-
ску. Камешек, косточка от фруктов или специальный жетон на
первой (нижней) линии означал 1, между первой и второй ли-
ниями — 5, на второй линии — 10, между второй и третьей —50,
на третьей линии — 100 и т. д.
В списках «Счетной мудрости» счет на счетной доске описы-
вается следующим образом.
«Указ како костьми считати.
Возьми перед себя стол или доску, на чем тебе пригодитца
великий счет считати. И прочерти черту мелом к себе концом, да
поперек 6 черт или 7, или боле, каков счет хошь считать и снизу
от себя отчерти 3 черты простых, а на четвертой черте на споях
накресть перечерти для памяти и буди ти ведомо первый крест
туто кладутца 1000, а на другом кресту кладутца 1000 000, а
впредь также. А кости клади по чертам или пиняги. На нижней
черте кладетца всякая кость за 1 до 4 костей, а придется положи-
те 5, и ты положи 1 кость выше первые черты под другую меж
чертами. Ту 1 кость держит 5, а на другой черте всякая кость
держит по 10, а пригодитца положити 50 и ты положи 1 кость
выше другие черты под третью меж чертами. А впредь також
клади. С черты на черту вверх ступай вдесятеро, а промеж чер-
тами впятеро наполовину. Смотри здесь в указе навосми чертах
слова ставлены азбучные и промеж чертами, где по которым ме-
стам кладутца кости счетные и противо которых слов за сколько
одна кость кладется. Противо аза всякая кость кладется за 1, а
против буки всякая кость кладется за 5» и т. д. 90 леодров. «Ка-
ков тебе счет прилучица так и черты стави. Смотри как здеси
укажу» [46, стр. 284—285].
Далее излагаются правила выполнения четырех арифметиче-
ских действий.
В списках «Счетной мудрости» имеется схема счетной доски.
Аналогичная схема, но с другими обозначениями приведена в
широко распространенной в Европе книге А. Риса «Счет на ли-
ниях». Ее часто можно встретить и в других источниках [50].
10 Список — экземпляр, написанный от руки.
46
Название «счет костьми» (вместо европейского — «счет на ли-
ниях») происходит от того, что счет производился наряду с ка-
мешками или жетонами при помощи сливовых или вишневых
косточек. Об этом имеются прямые свидетельства. Генрих Шта-
ден, находившийся в России с 1564 по 1576 г., в своих записках
отмечает: «В Русской земле счет ведут при помощи сливяных
косточек... В приказах еще были сливяные и вишневые косточки,
при помощи которых производился счет» [52, стр. 83, 123]. Счет-
ные жетоны на Руси назывались «пенязи», поэтому счет на ли-
ниях назывался еще «счет костьми или пенязи». При помощи
такой разграфленной доски выполнялись четыре арифметических
действия. Сложение производилось выкладыванием слагаемых на
линиях, учитывая только, что пять камешков на линии заменя-
ются одним между линиями, расположенным выше, а два каме-
шка между линиями — одним на линии выше. Счет удобнее
вести снизу вверх.
При выполнении вычитания вначале выкладывается умень-
шаемое, затем, если это необходимо, некоторые камешки заме-
няются более мелкими по значению (т. е. стоящими ниже), а
затем убираются камешки, соответствующие вычитаемому.
Умножение производится по схеме умножения многочлена на
многочлен:
a*b = (lO^tz/f 4"... Ю2^2 + lO^i 4~ #о) X
х (Юп&п НгЮ"-1^ 4-... -М02Ь2 + 10&! 4- 6о) =
= 1№+пакЬп 4- 4- ••. 4-
Произведения akbn, ahbn-\ и т. е. выполнялись в уме (все эти
произведения в пределах таблицы умножения от 1X1 до 9X9),
степени 10 указывали, на каких линиях их выкладывать, затем
все эти произведения складывались. Например, 66X96 = 6336.
Деление производилось при помощи раздробления остатка в
высших разрядах с постепенным переходом к единицам. Напри-
мер, 432:3 = 144.
432 100 132 140 12 144
47
Второй вид инструментального счета, который был распрост-
ранен в России, был так называемый «дощаный счет».
Почти во всех списках «Счетной мудрости» имеются статьи о
«дощаном счете» — самобытном русском инструментальном спо-
собе счисления. Изложение этой статьи в разных списках сопро-
вождается схематическими рисунками, которые отражают посте-
пенное изменение этого прибора. Наиболее полное и подробное
описание «дощаного счета» имеется в списке «Счетной мудрости»
(1691 г.) в разделе «Статия учение о дощаном счете» н.
«Дощаный счет», согласно этому описанию, состоит из двух
неглубоких ящиков, каждый из которых перегородкой разделен
на два отделения. Поперек всех четырех отделений натянуто 14
веревок или проволок. На десяти верхних проволоках, во всех
четырех отделениях, надето по 9 просверленных косточек. В каж-
дом из этих рядов средняя косточка покрашена в отличный от
остальных цвет. На четвертой снизу проволоке в крайнем левом
отделении имеется 4 косточки, в следующих отделениях — 3, 5 и 6
косточек. На остальных трех нижних проволоках во всех отделе-
ниях находится по одной косточке. Когда в ряду отложено 9 ко-
сточек и нужно прибавить еще одну, то следует сбросить эти 9
косточек и положить одну косточку на следующей сверху прово-
локе. «И на четыредесяти осми проволоках всякой счет сочтет
еще есть и под солнцем во твари сей» (т. е. на 48 проволоках
можно сосчитать все в мире) [44, стр. 307].
В остальных списках «Счетной мудрости» описания «дощано-
го счета» по содержанию совпадают с описанием 1691 г. Указы-
вается только на разное количество полных и неполных рядов, а
также разное количество косточек в некоторых рядах. Отмечается,
что в полных рядах бывает не 9, а 10 косточек. В списке 1691 г.
впервые употребляется слово «счеты», отсутствующее в более
ранних списках.
Имеются описания, в которых указывается, что перегородки
в каждой половине прибора делят только четыре нижние прово-
локи, т. е. четыре отделения сохраняются только для неполных
рядов. В рукописи 1642 г. приведен рисунок «дощаного счета»
только с двумя счетными полями без каких-либо перегородок.
Эти счеты напоминают шкатулку или складывающуюся шахмат-
ную доску. В этой же рукописи имеется рисунок счетов и с че-
тырьмя счетными полями.
В течение XVII в. «дощаный счет» постепенно упрощался.
Во всех без исключения описаниях имеется указание на возмож-
ность производить, пользуясь этим прибором, четыре арифмети-
ческих действия как с целыми числами, так и с дробями.
К начальной форме «дощаного счета» относится прибор с че-
тырьмя счетными полями, содержащий в полях ряды по 9 косто-
чек. Но такой прибор уже в первой половине XVII в. был вытес-
1 Полный текст этой статьи приведен в [46].
48
ней в основном более типичным для этого века прибором с двумя
счетными полями, в котором только нижние ряды делятся на че-
тыре отделения, а полные ряды содержат по 10 косточек. В этом
же веке встречаются приборы, которые делят неполные ряды
только в левом ящике, а также приборы с двумя совсем неразде-
ленными ящиками. В это же время наряду с названиями «доща-
ный счет» и «счетная дщица» стало употребляться слово «счеты».
Неполные ряды «дощаного счета» с разным количеством ко-
стей предназначались^ для вычислений с дробями. «Дощаный
счет» XVII в. отражает состояние учения о дробях, которое сло-
жилось в России в XV—XVI вв.
Счет целыми числами на «дощаном счете» производился так
же, как и на современных счетах. Счет велся от больших разря-
дов к меньшим в соответствии с тем, как мы произносим числа.
На «дощаном счете» из дробей рассматривались только 7г
и 7з и полученные из них другие дроби при помощи последова-
тельного деления на 2. Так, из 7г получаются дроби У4, Vs,
Vie и т. д., а из Уз —дроби ye, V12, V24 и т. д. Счет дробей
на неполных рядах производился так же, как и счет целых чисел
на полных рядах. При уменьшающихся вдвое дробях только
одна кость может находиться на данной проволоке, прибавление
еще одной кости из этого ряда переводит ее на следующую про-
волоку12. Например, пол-полчети (Vie) с пол-полчетью дают
полчети (Vs), а полчети с полчетью дают четь. В неполных ря-
дах, содержащих три и четыре кости, каждая кость означает
Уз и у4. Остатком от счета четвертями являются четыре косто-
чки на одной из проволок современных счетов.
Устройство «дощаного счета» XVII в. соответствовало принци-
пу последовательного деления на два исходя или из половины,
или из трети. Переход от четырех полных счетных полей к ко-
роткой перегородке, при которой только неполные ряды делились
на четыре поля, упростил устройство прибора, не уменьшив его
возможностей.
Для действий с дробями разных рядов (происходящих от 1 /2
и от уз) «дощаный счет» был не приспособлен. Для счета с та-
кими дробями существовали специальные таблицы, в которых
даются готовые итоги разных сочетаний дробей. Мы эти таблицы
здесь не рассматриваем (см. [4]). Приведем только пример записи
в таких таблицах: «три чети сохи, да полтрети сохи, да пол-пол-
трети сохи» составляют соху. В таблицах были зафиксированы и
результаты, не обязательно происходящие из действий с двумя
различными рядами. Например: «Три чети сохи, да полчети сохи,
да пол-полчети сохи, да пол-пол-полчети сохи, да пол-пол-пол-пол-
чети сохи, да пол-пол-пол-пол-пол-полчети сохи» составляют соху
без пол-пол-пол-пол-полчети и т. п.
2 Конечно, на проволоке может быть нанизано и две кости, так же как на
современных счетах вместо 9 косточек мы имеем 10.
49
В источниках XVII в. нет указаний, как производить при по-
мощи «дощаного счета» вычитание, умножение и деление, хотя
всюду подчеркивается выполняемость этих действий не только с
целыми числами, но и с дробями. По-видимому, эти приемы сче-
та похожи на сохранившиеся до наших дней приемы действий
на счетах. Наличие нескольких счетных полей позволяло откла-
дывать не только условие задачи, но и все необходимые проме-
жуточные результаты.
Давая общую оценку «дощаному счету», И. Г. Спасский ка-
тегорически утверждает: «Устройство наиболее старых из до-
шедших до нас в чертежах приборов неоспоримо показывает, что
«дощаный счет» возникает как инструмент древнерусской сош-
ной арифметики» [46, стр. 348]. В такой категоричности можно
усомниться, но ясно, что при помощи «дощаного счета» можно
проделать выкладки сошной арифметики.
Наиболее старыми являются счеты середины XVII в., хра-
нящиеся в Государственном историческом музее в Москве [25,
стр. 95, № 38], которые имеют четыре счетных поля для неполных
рядов 13.
В конце XVII в. счеты утратили неполные ряды с одной ко-
сточкой, но имели еще два счетных поля [25, стр. 95, № 33].
В конце века появились и однорамные счеты (с одним счетным
полем) с дном, а в начале XVIII в. счеты окончательно лиши-
лись второго счетного поля. На рамах таких счетов, как правило,
против соответствующих проволок ставили числа, указывающие
на разряд. Эти обозначения берут свое начало от обозначений
линий при «счете костьми». В это же время начинают встречать-
ся счеты, мало отличающиеся от современных, с одним счетным
полем в раме, а не в ящиках.
Счеты в своем развитии прошли своеобразный путь упроще-
ния от сложного прибора с четырьмя счетными полями в двух
складывающихся ящиках до современных однорамных счетов.
Нынешняя форма счетов выработалась в начале XVIII в.
Хотя все известные списки «Счетной мудрости» принадлежат
XVII в., описанные в них наиболее сложные счеты можно отне-
сти ко времени сложения первой редакции «Счетной мудрости» —
к концу XVI в.
Возникновение и распространение десятиричной позицион-
ной системы положило конец господству абака в математике. При
помощи новой системы письменно, на бумаге, оказалось удобнее
выполнять математические выкладки, чем при помощи абака.
С распространением десятиричной системы абак постепенно пре-
вращается из универсального инструмента во вспомогательный
счетный прибор. Этот процесс шел в острой борьбе, как тогда
считали, двух наук: одной — математики на абаке, другой —
математики без абака, на бумаге. Эта борьба в Европе известна
13 В [25] они ошибочно отнесены к XIX в.
50
«tinst Mi
I
НЩШЙ
• #«’< I
ШНН1И
Счеты с четырьмя полями (середина XVII в.)
Счеты с двумя полями (конец XVII в.)
Счеты XVIII в.
Счеты XIX в.
в истории математики как борьба абакистов и алгоритмиков. Но
она всюду сопровождала внедрение десятиричной позиционной си-
стемы. Этот исторический процесс в развитии математики проис-
ходил и в России.
В России в XVI в. десятиричная система почти не имела рас-
пространения. Числа записывались в алфавитной системе. Ариф-
метические операции или какие-либо более сложные выкладки в
алфавитной системе не производили. Эти числа употреблялись
не для выкладок, а для записи дат, различных данных, резуль-
татов и т. п. Только этим, например, можно объяснить, что числа
второго десятка записывались в обратном порядке, чем все ос-
тальные двузначные числа. Все двузначные числа записывались
так, как мы их произносим: такая запись совершенно не приспо-
соблена к производству каких-либо действий. В славянской ал-
фавитной нумерации вообще нет обозначений дробей — все они
записывались словами, хотя действия над дробями производи-
лись (на счетах). Счеты вообще были основным прибором, с по-
мощью которого осуществлялись различные математические
операции. Распространение в России в XVIII в. десятиричной
позиционной системы (цифирной арифметики) явилось основной
причиной отказа от второго счетного поля на счетах. Счеты ут-
52
рачивают значение универсального счетного прибора, они стано-
вятся вспомогательным прибором для производства сложения и
вычитания 14.
6. Палочки Непера
В Западной Европе был широко распространен счет на лини-
ях («счет костьми» в России соответствует счету на линиях).
В письменном счете был в употреблении способ умножения ре-
шеткой (или способ жалюзи), который излагался в многочислен-
ных учебниках, например в книге польского математика Я. Бро-
жека «Арифметика целых чисел» (1620 г.). Этот способ, по-види-
мому, розник в Индии, но имел широкое распространение и в
других странах Востока [53].
Умножение решеткой легко уяснить на примере. Пусть необ-
ходимо умножить 456 на 97. Рисуется прямоугольник, разбитый
на необходимое число клеток. В клетках записывают соответ-
ствующие произведения, отделяя диагональю десятки от единиц:
4-9 = 36, 5-9 — 45 и т. д. Эти произведения суммируют по нак-
лонным полоскам справа налево. Окончательный результат
475-97 = 44 232 15 *.
Шотландский математик Д. Непер создал прибор, в основу
которого был положен способ умножения, назвав его счетными
палочками. Этот прибор он описал в работе «Две книги о счете
с помощью палочек» (Rabdologiae sen numerationis per virgin as
libri duo), изданной в 1617 г. в г. Эдинбурге в Шотландии (Rab-
dos — по-гречески означает «прут», «палочка»). Позже прибор
получил название палочек Непера.
Палочки представляют собой таблицу умножения от 1X1 до
9X9, расположенную на девяти линейках. Имелась еще одна ли-
нейка, па которой были нанесены числа от 1 до 9. Эта линейка
располагалась при любом вычислении слева, по ней легко нахо-
дилась необходимая строка. Например, пусть нужно умножить
4681 на 7. Выбираем четыре линейки с номерами 1, 4, б, 8 и
14 К сожалению, относительно истории развития счетов встречаются совер-
шенно ошибочные утверждения. Доказательство несостоятельности теории
о китайском происхождении счетов см. в [46]. Довольно широко распро-
странено ошибочное представление, что счеты, возникнув в XVI в., вскоре
потребовали усовершенствования своей конструкции — «вместо одной дос-
ки стали применять две доски — двойные счеты» [52, стр. 29] и т. п.
15 Этот способ излагается во многих работах по истории математики (см.
[5, стр. 97—98; 54] и др.).
53
располагаем их рядом в необходимом порядке: 4681. Слева по-
мещаем линейку — указатель строки, по ней читаем седьмую
строку:
Складываем по наклонным поло-
скам справа налево, получаем окончательный результат 32 774.
При умножении на многозначное число такую же процедуру
нужно повторить для каждого разряда множителя. Для удобства
умножения, в особенности в том случае, когда сомножители со-
держат одинаковые цифры, нужно иметь по нескольку экземпля-
ров палочек для каждого числа. Палочки Непера можно исполь-
зовать и при делении. Конечно, они далеки от полной механиза-
ции умножения (и деления), но применение их сокращает время
выполнения этих операций, если приходится иметь дело с
большими числами. Работа с палочками неутомительна, и поэ-
тому уменьшается вероятность ошибок при вычислениях. Но па-
лочки Непера имеют и существенные недостатки: накопленные
единицы механически не переносятся в высший разряд, вычис-
лителю нужно все время производить в уме сложение однознач-
ных чисел; прибор не представляет единого целого, а состоит из
отдельных, не связанных между собой, частей, которые нужно
раскладывать в особом порядке перед каждой операцией и т. д.
Несмотря на свои недостатки, палочки Непера получили широкое
распространение16. «Хотя палочки Непера представляли собой
весьма неудовлетворительное пособие при более сложных вычис-
лениях, ими все же, по-видимому, нередко пользовались» [5,
стр 34]. Известно также много попыток усовершенствовать этот
прибор. В Парижском музее искусств и ремесел хранятся палочки
Непера, изготовленные в 1673 г., а также и в более поздние го-
ды: 1720, 1788, 1814, 1815, 1835, 1888, 1890. Краткие сведения о
палочках Непера излагаются в большом числе работ, например
[31, 55, 57] и др.
Содержание «Рабдологии» Непера не ограничивается изложе-
нием способа умножения на палочках, оно значительно шире и
включает описание операции извлечения квадратного и кубиче-
ского корней, а также некоторых тригонометрических и астроно-
мических вычислений. В своей книге Непер впервые ввел новое
написание десятичных дробей с точкой или запятой для отделе-
ния целой части от десятичных долей. Книга содержит и неко-
торый другой материал.
Книга Непера уже в XVII в. переводилась на многие языки,
в том числе и на китайский. Наряду с книгой стали известны
во многих странах и палочки Непера. Они неоднократно усовер-
шенствовались разными исследователями. 18
18 Следует отметить, что существует и противоположное мнение: «Несмот-
ря на большую простоту и дешевизну, это приспособление [палочки Непе-
ра] не нашло, однако, широкого применения» [11, стр. 424].
54
Дж. Непер
В 1668 г. Каспар Шот в книге «Organum mathematicum» пред-
ложил заменить палочки Непера цилиндрами, на поверхности
которых нанесены ленты с написанными на них числами, как и
на палочках Непера. Цилиндры помещались в ящике параллельно
друг другу и могли вращаться. Повернув каждый цилиндр так,
чтобы их верхние цифры составляли первый сомножитель, мы мо-
жем прочитать искомое произведение.
В 1673 г. Пти изготовил арифметический барабан (барабан
Пти). В XVIII в. усовершенствования делали Леопольд в 1727 г.,
М. Форпус в 1728 г. (пифагорова монзула), Праль в 1789 г. (пе-
реносная арифметика), Брюсон в 1790 г. и др.
Даже в XIX в., когда, казалось бы, имелось уже достаточно
счетных приборов, палочки Непера привлекали многих изобре-
тателей — их усовершенствовали и ими пользовались.
Так, в 1892 г. Прюво-Ле-Гюэ заменил счетные палочки счет-
ными брусками, аккуратно помещенными в ящике, имелся так-
же и ящик для выкладывания результатов. Умножение на мно-
гозначные числа сводилось к умножению на однозначные и скла-
дыванию на бумаге со сдвигом. Несмотря на примитивность уст-
ройства, действие умножения с этим прибором совершалось просто
и достаточно быстро.
55
В этом же году Эггис создал прибор для умножения, в ко-
тором вместо палочек применил узкие полосы, закрепленные в
одном футляре в виде записной книжки. Полосы передвигались
заостренной палочкой, и умножение многозначного числа на од-
нозначное после соответствующего передвижения полос своди-
лось к правильной считке. Следует иметь в виду, что во всех
приборах, основанных на палочках Непера, необходимо внима-
тельно следить за считкой, так как десятки одного произведения
нужно складывать с единицами произведения следующего разря-
да. Для избежания ошибок при считке Эггис выкрасил в красный
цвет правую половину одной полосы и левую — смежной (и так
далее через одну полосу), так что те числа, которые нужно скла-
дывать, будут стоять на частях полос, окрашенных в один цвет.
При умножении многозначных чисел частные произведения скла-
дываются на бумаге. На устройство этого прибора, кроме палочек
Непера, оказало влияние знакомство со счислителем Куммера.
Бруски для умножения предложил также в 1891 г. И. Блятер
из Вены, назвав их «Упрощенные таблицы умножения и деления».
Однако для деления бруски Блятера неудобны. При умножении
сбор брусков, выбор частных произведений и их сложение требуют
довольно много времени. При умножении двух пятизначных чисел
экономия во времени еще не ощущается по сравнению с умноже-
нием на бумаге. При шестизначных числах выигрывается около
20% времени. При еще больших числах выгода во времени уве-
личивается.
В том же 1891 г. Женайль и Мокас усовершенствовали прибор
Непера. Они исходили из того, что произведения, записанные на
палочках Непера, могут быть получены с помощью особой циф-
ровой шкалы, помещенной на каждом из десяти брусков (0, 1,
2, ..., 9), если только дать указатель того пути, который должен
проделать глаз от одного бруска к другому. Роль таких указате-
лей выполняли черные треугольники, начерченные на каждом
бруске.
На некоторых клетках имеется по два треугольника. Это соот-
ветствует тому случаю, когда при частных произведениях после
сложения с единицами предыдущего разряда может получиться
или число данного десятка, или следующего десятка. В этом слу-
чае надо следовать к вершине того из треугольников, против ос-
нования которого лежит вершина предыдущего треугольника.
При помощи этих брусков можно производить умножение одно-
значного числа на число, в котором одна и та же цифра может
повторяться четыре раза. Чтобы умножить любое число на одно-
значное, Женайль составил прибор из вращающихся цилиндров.
Если иметь 20 таких цилиндров, то мы получим прибор, при по-
мощи которого можно получить произведение однозначного числа
на любое число до 10 20.
Для умножения двух многозначных чисел вначале составля-
ются частные произведения, а затем они складываются на бумаге.
56
Самый простой прибор для сложения представлял бы собой ли-
нейку с делениями, вдоль которой может передвигаться другая
такая же линейка. Сложение двух чисел сводилось бы к двум
последовательным передвижениям линейки. Аналогично можно
осуществить сложение, вращая один круг внутри другого. Наибо-
лее известным прибором, основанным на передвижении линеек,
является прибор К. Казе. В 1720 г. он предложил использовать
несколько пар линеек и расположить их рядом. Первая пара спра-
ва служила для складывания единиц, вторая — для десятков и т. д.
Переносить десятки из разряда в разряд приходилось самому
считающему. Весь прибор был смонтирован на одной пластинке,
линейки имели зубчатый край и передвигались при помощи спе-
циально заостренной палочки. В Парижском музее искусств и
ремесел хранятся три картонных прибора Казе, которые названы
«арифметическими машинами».
Следует отметить, что прибор, основанный на таком простом
принципе, был предложен Казе значительно позже первых меха-
нических машин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ф. Энгельс. Анти-Дюринг. М., Госполитиздат, 1950.
2. Б. А. Фролов. Применение счета в палеолите и вопрос об истоках мате-
матики.— Изв. Сиб. отд. АН СССР, 1965, 9, вып. 3.
3. Л. Е. Майстров, В. К. Кузаков. Счет в палеолите.— Знание — сила, 1968,
№ 12.
4. О. Vetter. Nalez ciselnysh rnacek z doby bnonzove.— Mat. skole., 1955,5, N 7.
5. История отечественной математики, т. 1. Киев, «Наукова думка», 1966.
6. Н. М. Макляк. Из истории пальцевого счета.— В кн.: Вопросы истории фи-
зико-математических наук. М., «Высшая школа», 1963.
7. А. П. Юшкевич. История математики в средние века. М., Физматгиз, 1961.
8. И. Н. Веселовский. Вавилонская математика.— Труды Ин-та истории ес-
тествознания и техники, 1955, 5.
9. W. Me Elwain Ferd. Digital computer nonelektronic.— Math. Teadher, 1961*
54, N 4.
10. Ph. S. Jones. Tangible arithmetic IV: finger reckoning and other devices.—
Math. Teacher, 1955, 48, N 3.
И. Щ. Еленъский. По следам Пифагора. М., Детгиз, 1961.
12. Геродот. История в девяти книгах. М., 1885.
13. М. Я. Выгодский. Арифметика и алгебра в древнем мире. М., «Наука», 1967.
14. К. Штерне. Эволюция мира, т. III. М., 1910.
15. Ваха. Взыскание податей.— Сибирские вопросы, 1912, № 7-8.
16. В. Богданов. Русская бирка и древнейшие элементы бирки и ее европей-
ских сородичей.— Этнографическое обозрение, 1916, X® 1-2.
17. К. Вейле. От бирки до азбуки. М.— Пг., 1923.
18. Н. Высоцкий. Несколько слов о следах употребления у нас фигурного
письма.— Изв. Об-ва археологии, истории и этнографии. Казань, 1888, 4,
вып. 2.
19. Е. Н. Клетнова. Записки о метах и знаках собственности Вятского уез-
да.— Этнографическое обозрение, 1916, т. CIX—СХ.
20. В. Лобанов. Образцы идеографического письма из Чистопольского уезда
Казанской губернии.— Изв. Об-ва археологии, истории и этнографии. Ка-
зань, 1904, 20, вып. 6.
21. М. И. Бирки и записки долгов.— Зап. Сиб. отделения Географ, об-ва, 1857,
кн. IV.
57
22. П. П. Хороших. Бирки Иркутских бурят.— Сибирская живая старина,
1926, вып. 1 (5).
23. Щапов. Сельская община в Кудинско-Ленском крае.— Изв. Сиб. отделе-
ния Географ, об-ва, 1875, 6, № 3.
24. И. В. Ягич. Вопрос о рунах у славян.— В кн.: Энциклопедия славянской
филологии, вып. 3. СПб., 1911.
25. Научные приборы. «Приборы и инструменты исторического значе-
ния». Редактор-составитель Л. Е. Майстров. М., «Наука», 1968.
26. Л. Е. Майстров. Счетные бирки.— В кн.: Вопросы истории физико-матема-
тических наук. М., «Высшая школа», 1963.
27. Г. Н. Попов. Математическая культура древнего Перу. Пг., «Сеятель»,
1923.
28. Т. Sudo. A study of the history of mathematics in Ryu.— kyu. IL- Scient.
Papers Coll. Gen. Educ. Univ. Tokyo, 1955, N 1, 5.
29. H. Миклухо-Маклай. Путешествия, т. 1. M., Изд-во АН СССР, 1940.
30. В. Я. Буняковский. Лексикон чистой и прикладной математики, т. 1. СПб.,
1839.
31. И. Я. Депман. История арифметики. М., «Просвещение», 1965.
32. J. A. Larrivee. A history of computers I.— Math. Teacher, 1958, 51, N 6.
33. M. Cantor. Vorlesungen fiber Geschichte der Mathematik, Bd. I. Berlin, 1922.
34. M. Я. Выгодский. Арифметика и алгебра в древнем мире. М., «Наука»,
1967.
35. А. Е. Раик. Очерки по истории математики в древности. Саранск, 1967.
36. Сунь-цзы. Математический трактат.— В кн.: Из истории науки и техники
в странах Востока, вып. III. М., «Восточная литература», 1963.
37. Э. И. Березкина. О математическом труде Сунь-цзы.—Там же.
38. Математика в девяти книгах.— Историко-математические исследования,
вып. X. М., Гостехиздат, 1957.
39. Э. И. Березкина. О «Математике в девяти книгах».— Там же.
40. Э. И. Березкина. Примечания к трактату Сунь-цзы.— В кн.: Из истории
науки и техники в странах Востока, вып. III. М., «Восточная литерату-
ра», 1963.
41. Lt Shu-t’ien. Origin and development of the Chinese abacus.— J. Assoc. Com-
put. Machinery, 1959„ 6, N 1.
42. п. Бубнов. Забытая арифметика классической древности. Киев, 1916.
43. Н. М. Бубнов. Подлинное сочинение Герберта об абаке или система эле-
ментарной арифметики классической древности. Киев, 1911.
44. Н. М. Бубнов. Абак и Боэций. Лотарингский научный подлог XI века. Пг.,
1915.
45. G. Friedletn. Gerberts Regeln der Division.— Z. Math, und Phys., 1864, 9.
46. И. Г. Спасский. Происхождение и история русских счетов.— Историко-ма-
тематические исследования, вып. V. М., Гостехиздат, 1952.
47. I. Kebel. Ein Neugeordnet Rechenbiechen auf den Linien mit Rechenpfenin-
gen, 1514.
48. J. Burckhardt. Zum mittelalterlichen Rechnen in der Schweiz.— Enseign.
math., 1958, 4, N 4.
49. В. В. Бобынин. Очерки истории развития физико-математических знаний
в России, XVII в., вып. 1. М., 1886.
50. F. Deubner. Nach Adam Ries. Leipzig - Jena, 1959.
51. Г. Штаден. О Москве Ивана Грозного. Л., 1925.
52. Н. П. Юрьев. Счетная техника. М., Госстатиздат, 1950.
53. Г. П. Матвиевская. Учение о числе на средневековом ближнем и среднем
Востоке. Ташкент, 1967.
54. G. Arrighi. Regole d’abaco nei primi secoli dei numeri in «figure degli in-
di».— Boll. Unione mat. ital., 1964, 19, N 4.
55. Ph. S. Jones. Tangible arithmetic. I. Napier’s and Genaille’s Math. Teacher,
1954, 47, N 7.
56. Г. Вилейтнер. История математики от Декарта до середины XIX столе-
тия. М., Физматгиз, 1960.
57. В. Брадис. Теория и практика вычислений. М., Учпедгиз, 1933.
Глава II
МЕХАНИЧЕСКИЕ СЧЕТНЫЕ МАШИНЫ
1. Машины Шиккарда и Паскаля
Уже философы средневековья ставили вопрос о замене отдель-
ных функций деятельности мозга человека некоторым механизмом.
Одна из первых таких попыток относится не к созданию вычисли-
тельных машин, а к стремлению механически получать истинные
выводы из данных посылок. Это была мыслительная машина сред-
невекового испанского богослова и алхимика Раймонда Луллия.
Длительное время Луллий был придворным при короле Якове
Арагонском, затем стал монахом-отшельником. Свою машину он
назвал «великим искусством». Устроена она была следующим об-
разом. На довольно большом неподвижном круге по окружности
было написано девять вопросов: сколько? когда? где? какой из
двух? какого качества? и др. Внутри круга друг над другом рас-
полагалось еще шесть уменьшающихся кругов, каждый из кото-
рых мог вращаться независимо от остальных. Вся конструкция
несколько напоминала большую детскую пирамиду, состоящую из
деревянных кружков уменьшающегося диаметра на общей оси.
Каждый круг делился на девять секторов, в которых были сдела-
ны надписи. В одном круге названия девяти грехов и добродете-
лей, в другом — главных физических свойств и т. п. Вращая те
или иные круги, Луллий получал против вопросов главного непод-
вижного круга различные сочетания слов. Подавляющее большин-
ство этих сочетаний было бессмысленным. Луллий не имел ал-
горитма и правил выбора из всевозможных комбинаций суждений
истинных суждений.
В течение примерно столетия многие увлекались «вертушкой»
Луллия. Идея построить мыслительный прибор заинтересовала
крупных ученых. «Великое искусство» Луллия привлекло внима-
ние Джордано Бруно. В XVII в. «мыслительной рулеткой» зани-
мался Афанасий Кирхер. Интересовался этим вопросом также и
Г. Лейбниц.
Попытки воспроизвести механически некоторые функции чело-
веческого мозга (делать выводы, например, при помощи вертушки
Луллия) можно встретить задолго до XVII в., когда были созданы
первые механические счетные машины. XVII в. был необычным
для науки веком — в это время создается математика переменных
величин (анализ бесконечно малых), закладываются научные ос-
новы физики и механики, астрономии и химии, создаются и первые
счетные машины.
59
Схема машины Шиккарда
В 1623 г. В. Шиккард пред-
дожил первую, из известных
ныне, счетную машину. В. Шик-
кард был с 1619 г. профессором
восточных языков в Тюбинген-
ском университете, а с 1631 г.-
профессором математики и аст-
рономии. Он находился в близ-
ких отношениях с И. Кеплером.
Именно в архиве Кеплера в
1958 г. были обнаружены пись-
ма Шиккарда к Кеплеру, отно-
сящиеся к 1623 и 1624 гг., в
которых составлена схема счет-
ной машины и дано объяснение
к ней. Документы с описанием
машины Шиккарда затем были
обнаружены и в архивных фон-
дах библиотеки Штутгарта.
Принцип действия этой машины
восстановил тюбингенский про-
фессор Б. Фрейтаг-Лёрингхофф
[1] *. Машина Шиккарда была,
по-видимому, известна очень
узкому кругу лиц, о ней не сохранилось никаких упоминаний в
работах и письмах современников. Именно поэтому «до последне-
го времени считалось, что первый арифмометр изобрел в 1642 г.
Блез Паскаль [5, стр. 150]. В публикациях последних лет
часто, по традиции (теперь уже ошибочно), утверждается то же
самое.
Машина Шиккарда состояла из трех частей: суммирующего
устройства (для выполнения сложения и вычитания), множитель-
ного устройства и механизма для записи промежуточных резуль-
татов. Суммирующее устройство — 6-разрядная суммирующая
машина — представляло собой соединение зубчатых передач. На
каждой оси было по одной шестерне с десятью зубцами и по
вспомогательному однозубому колесу (палец). Этот палец служил
для того, чтобы дискретно передать десяток в следующий разряд:
чтобы поворачивать шестеренку следующего разряда на ‘/ю обо-
рота, после того как предыдущая шестерня сделает полный
оборот. Вычитание достигалось вращением шестеренок в обратную
сторону. В окошках машины (окошках считывания) было видно
выбранное число (слагаемого или уменьшаемого),, а также все
последующие результаты. Вычисление суммы (и разности) со-
1 После первой публикации последовал ряд других в различных странах
(см., например, [2—5]).
60
стояло только в наборе слагаемых (уменьшаемого и вычитаемого)
и считывания результата. Деление заменялось повторным вычи-
танием делителя из делимого.
Умножение производилось следующим образом. На параллель-
ных шести осях были навернуты таблицы умножения. В развер-
нутом виде каждая таблица выглядела следующим образом:
панель с девятью рядами окошек (шесть в каждом ряду — по
числу навернутых таблиц умножения). Каждый ряд мог откры-
ваться и закрываться при помощи специальных задвижек, ручки
которых расположены справа.
Рассмотрим на примере, как производилось умножение. Пусть
необходимо умножить 387 на 27. Все таблицы устанавливаются
вращением при помощи ручек, расположенных вверху, в такое по-
ложение, чтобы в верхнем ряду окошек появилось множимое 387
(000387). Произведение 387X7 получается открыванием окошек
седьмого ряда и считыванием результата. В этой строке будет запись
о
о
о
,что означает 2709. Произведение 387x20
о
о
о
получается открыванием второго ряда
1/
/ 6
1/
Z4
6
что означает 774; приписываем 0 (так как мы умножали на 20) и
оба произведения складываем (2709+7740) на суммирующем уст-
ройстве. Таким образом мы получаем окончательный результат:
10 449.
Третья часть машины Шиккарда состояла из шести осей с
нанесенными на них цифрами 0, 1, 2, ..., 9 и панели с шестью
окошками. Поворотом осей в окошках можно было поставить число,
которое необходимо запомнить (например, какой-нибудь проме-
жуточный результат).
61
я„ сделанные Шиккардом
Рисунки маши ’
Реконструкция машины Шиккарда (дом-музей И. Кеплера)
В доме-музее И. Кеплера, на его родине в городе Вайле, по схе-
мам Шиккарда изготовлена и экспонируется модель этой ма-
шины [6].
Как мы уже отмечали, до последнего десятилетия считалось,
что первую машину изобрел Паскаль. Что касается машины Па-
скаля, то она была широко известна еще при его жизни, о ней упо-
минается впоследствии почти во всех работах по истории мате-
матики, затрагивающих этот период. И естественно, всюду она
названа первой счетной машиной.
Возможно, что до изобретения Паскаля были и другие попытки
(кроме Шиккарда) построить счетные машины, но это никоим
образом не уменьшает заслуг Паскаля. Так, например, Иоган Цир-
манс в книге «Математические науки», изданной в Лувене в
1640 г., говорит об изобретенном им приборе, снабженном коле-
сами и позволяющим безошибочно производить умножение и де-
ление. Об этом приборе больше ничего неизвестно. В эти же годы
впервые начинают применять для умножения и деления логариф-
мическую шкалу2.
2 Логарифмическая шкала была впервые приспособлена для умножения и
деления Гюнтером, но при этом он пользовался циркулем.
У. Оутред применил уже две шкалы, скользящие одна вдоль другой.
Кроме того, он построил круговую логарифмическую шкалу, что привело
к счетному логарифмическому кругу. Свои работы, посвященные логариф-
мической лпнейке, Оутред опубликовал в 1630—1633 гг. Об истории лога-
рифмической линейки см., например, [7—9]. В дальнейшем мы этих вопро-
сов касаться не будем, так как действия с логарифмической шкалой отно-
сятся к принципам аналогового счета.
63
Б. Паскаль
В 1641 г. Б. Паскаль сконструировал свою первую счетную ма-
шину, точнее говоря, суммирующую машину. Несмотря на то, что
принцип работы машины был достаточно четким и ясным, пер-
вый экземпляр обладал большим количеством недостатков, и Па-
скаль решил построить новую машину, которую закончил через
три года. Эта модель машины была в основном окончательной: все
последующие машины, которые создавал Паскаль, мало чем отли-
чались от нее, хотя в каждую из них и вносились некоторые изме-
нения.
В одном французском журнале начала нашего столетия мы чи-
таем: «Существует более 50 экземпляров машин Паскалья... Все
эти машины различны как в отношении материала, так и в отноше-
нии формы и выполняемых ими движений» [10, стр. 100].
До настоящего времени сохранилось несколько экземпляров
машин Паскаля. Пять экземпляров хранится в Парижском музее
искусств и ремесел, одна машина находится в Дрезденском физи-
ко-математическом салоне. На внутренней стороне корпуса одной
из машин, хранящейся в Париже, имеется надпись по-латыни, в
которой указаны имя изобретателя (Блез Паскаль) и дата изго-
64
товления (1652): «Esto probati instrument! symbolum hoc: Blasi-
us Pascal arvenus, inventor, 20 may 1652».
Машина Паскаля — это небольшой ящик длиной 30—40 см,
шириной около 15 см, высотой около 10 см, чаще всего сделанный
из латуни. Верхнюю часть машины составляет латунная доска с
рядом круглых отверстий, через которые видны круги, находящи-
еся ниже. Число отверстий (и кругов) соответствует числу раз-
рядов, с которыми можно работать на машине. Чаще всего встре-
чаются 6- и 8-разрядные машины Паскаля. Каждый круг может
вращаться около своего центра. Круги имеют длинные зубцы. Пер-
вый круг справа имеет 12 таких зубцов, второй — 20, а остальные
по 10. Ввиду того что машины Паскаля были приспособлены к сче-
ту денежных сумм, такое число зубцов соответствует делению мо-
нетных единиц того времени (1 ливр=20 су; 1 су=12 денье). Ес-
тественно, что на всех остальных кругах можно было работать
как с денежными единицами (су), так и с числами. Когда машина
работает, круги вращаются по часовой стрелке. Внизу кругов име-
ются неподвижные упоры. Если между двумя зубцами вставить
штифт и вращать колесо, то оно будет вращаться до тех пор, пока
штифт не упрется в упор.
Движение круга, вращающегося в горизонтальной плоскости,
передается цилиндру, который вращается в вертикальной плос-
кости. В более поздних механизмах (а также и в современных)
эта передача чаще всего происходит при помощи конических зуб-
чатых передач. Паскаль же для этой цели использовал вертикаль-
ные и горизонтальные штыри, которые находились на круге и на
цилиндре и входили в зацепление. Горизонтальный цилиндр имеет
на своей поверхности десять цифр: 0, 1, 2, ..., 9.
На верхней доске прибора над каждым из круглых отверстий,
в которых вращаются круги, находятся четырехугольные
отверстия — окна считки. В них видны цифры, нанесенные на го-
ризонтальных цилиндрах. Выше ряда окон считки находится
планка, которая может передвигаться вверх и вниз (на рисунке
планка находится в крайнем верхнем положении). Если планку
передвинуть в крайнее нижнее положение, то она закроет окна
считки, но откроет другой ряд четырехугольных окон (также
окна считки). На планке помещены колесики со стрелками, около
каждого окна считки свое колесико. На этих колесиках находят-
ся в том же порядке те же числа, что и на кругах,— на крайнем
справа колесике 12 чисел, на следующем — 20, а на всех после-
дующих по 10. Стрелки на этих колесиках, поворачиваясь, пока-
зывают те же цифры, которые появляются в окнах считки.
В принципе для вычитания достаточно было бы вращать ко-
леса в обратную сторону, по сравнению со сложением, но механизм
nepei оса десятков не допускает такого вращения. В машине Па-
скаля при вычитании вращение колес происходит в ту же сторону,
что и при сложении, т. е. по часовой стрелке. Для того чтобы осу-
ществить вычитание, на горизонтальном цифровом цилиндре на-
3 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
65
Машина Паскаля
Надпись на одной из машин Паскаля (1652 г.)
несены упоры как в обычном порядке (о чем мы уже говорили),
так и в обратном: 9, 8, ..1, 0. При каждом повороте цилиндра на
1/10 оборота в одном окне число увеличивается на единицу, а в
другом уменьшается. Чтобы это обеспечить, цифры в прямом и
обратном порядке написаны друг над другом так, чтобы сумма
двух цифр, находящихся на одной образующей, была равна 9: вы-
ше написано 0 — ниже 9; выше 1 — ниже 8; 2 и 7 и т. д. до 9 и 0.
При сложении подвижная планка должна находиться в верх-
нем положении, и открытыми будут нижние окна считки, в кото-
рых видны цифры, написанные на нижних частях цилиндров. При
вычитании планка передвигается в нижнее положение; нижние
66
окна считки закрываются, но открываются верхние окна считки,
в которых видны цифры, написанные на верхних частях цилин-
дров.
Однозначные числа складывались в результате последователь-
ного поворота колеса на число зубьев, равное значению слагае-
мых. Многозначные числа складывались в результате поразрядной
передачи их в счетчик. Передача в следующий разряд единицы,
когда в нижнем накопилось 10 единиц (передача десятков), про-
исходила (так же как и в машине Шиккарда) при помощи шесте-
ренки с десятью зубьями, из которых один зубец длиннее осталь-
ных девяти (длинный палец). Этот палец входил в зацепление с
числовым колесом следующего разряда и поворачивал его на один
зубец, когда в предыдущем разряде накапливалось 10 единиц.
Чтобы избежать случайного поворота числовых колес, Паскаль в
своей машине применил храповое соединение. Цифровые колеса в
машине Паскаля поворачивались при помощи специального зао-
стренного стержня.
Как указано выше, машина Паскаля была суммирующим ап-
паратом. Умножение и деление на этой машине производить
нельзя. Эти действия можно было заменить только повторными
сложениями и вычитаниями 3.
Один из наиболее ранних экземпляров машины Паскаля был
описан следующим образом: «Она имеет вид латунного ящика дли-
ной 36 сантиметров, 13 сантиметров в ширину и 8 в высоту, то
есть приблизительно равна по величине коробке для перчаток, и
ее легко носить под рукою.
Это восьмиразрядная суммирующая машина. Первые два раз-
ряда предназначались для тогдашних разменных монет, осталь-
ные шесть разрядов для полноценных золотых монет, начиная от
единиц и кончая сотнями тысяч. Отдельные наружные колеса ма-
шины передвигают, в зависимости от значности разряда склады-
ваемого числа, на число зубцов, соответствующее задаваемым
цифрам. Благодаря этому колеса поворачивают цифровой диск,
находящийся внутри машины, и в результате в смотровом окне
будет вцден итог» [10, стр. 100—101].
В машине Паскаля колеса расположены так, что если сооб-
щить движение одному колесу, то это движение передается на
все остальные колеса. Поэтому сила, приводящая в движение ме-
ханизм, возрастает пропорционально числу колес, которые нахо-
дятся в прямой зависимости от количества разрядов. В результате
этого машина Паскаля должна быть ограничена в числе своих
разрядов.
В машине Паскаля установка на нуль велась последователь-
но: вначале на колесе единиц, потом десятков и т. д. Эта операция
отнимала много времени. В своей машине Паскаль использовал
3 В работах [И, 12] ошибочно указано, что на машине Паскаля можно было
производить как сложение, так и умножение.
67
3*
различные приспособления, которые затем широко применялись
в конструкции счетных машин. Одним из них является храповое
соединение. Храповое устройство соединяет два колеса таким
образом, что, когда одно колесо вращается в определенном напра-
влении, другое принуждено вращаться вместе с ним, но если пер-
вое колесо вращается в обратном направлении, второе остается
неподвижным. Достигается это благодаря закругленным зубчатым
колесам и защелки (храповика), которая прижимается к зубчато-
му колесу при помощи пружины.
В 1649 г. Паскаль получил на свою счетную машину королев-
скую привилегию, в которой, в частности, говорилось: «Главное
изобретение и существенное движение состоит в том, что каждое
колесо или стержень некоторого разряда, совершая движение на
десять арифметических цифр, заставляет двигаться следующее
только на одну цифру» [12, стр. 261].
Машина Паскаля произвела на современников огромное впечат-
ление. О ней слагались легенды и писались стихи. Множество лю-
дей приходило ее смотреть в Люксембургский дворец, где она была
выставлена.
Французский астроном и математик Бине писал по поводу ма-
шины Паскаля: «Мысль Паскаля, особенно для того времени, сле-
дует назвать необычайно смелой, так как он задался целью заме-
нить посредством чисто механических приспособлений деятель-
ность нашего соображения и памяти. Но практический вопрос все
еще остается открытым. Медленность хода механизма, придуман-
ного Паскалем, очевидна» [10, стр. 102].
Построив свою машину, Паскаль пришел к выводу, что ум че-
ловека действует автоматически и что некоторые умственные
процессы не отличаются от механических. В этих выводах видно
влияние философских взглядов Декарта. Интересно отметить,
что в Энциклопедии (1751 г.) и собрании сочинений Паскаля, из-
данных в 1779 г., описание его счетной машины сделал Д. Дидро.
Машина Паскаля оказала влияние на многие изобретения в
области счетной техники. У Паскаля были и непосредственные
преемники, которые усовершенствовали или несколько видоизме-
няли его машину. В частности, испанец Р. Перейра, известный сво-
ей системой обучения глухонемых, сконструировал две счетные
машины, которые хотя и были основаны на принципах работы
машины Паскаля, но в результате некоторых изменений оказались
более совершенными, чем она [13].
Несомненно, что машина Паскаля оказала влияние и на Лейб-
ница в его работе над счетной машиной.
2. Ступенчатый валик Лейбница
Первую счетную машину, на которой можно было не только
складывать и вычитать, но умножать и делить, сконструировал и
построил Г. Лейбниц. На Лейбница оказали влияние как работы
68
Г. Лейбниц
Паскаля, в которых последний описывает свою машину, так и не-
которое увлечение «вертушкой» Луллия. Следует также иметь в
виду, что Лейбниц всегда интересовался вопросами механического
счета.
В 1672 г. Лейбниц высказал идею механического умножения
без последовательного сложения и в том же году приступил к соз-
данию вычислительной машины. В 1673 г. он представил машину
в Парижскую академию. О ней дали восторженные отзывы Арно и
Гюйгенс. И в дальнейшем Лейбниц довольно долго занимался кон-
струированием и совершенствованием своей вычислительной ма-
шины.
Для работы над счетными машинами Лейбниц специально при-
езжал из Германии в Париж. Здесь под его руководством с 1676
по 1694 г. работал над машиной известный механик Оливер. Сколь-
ко машин было построено Лейбницем или под его руководством —
неизвестно. Две из них в свое время были на ремонте в Гелмс-
тедте, но дальнейшая их судьба неизвестна. Современники утверж-
дали, что на работы над машинами Лейбниц истратил огромную
сумму — 24 тыс. талеров.
Одну из своих машин Лейбниц собирался подарить Петру I
во время пребывания последнего во Франции. Но предназначав-
69
шаяся Петру машина требовала починки, и Лейбниц отправил ее
предварительно к механику, который, однако, не сумел ее испра-
вить.
В связи с окончанием своей работы над машиной Лейбниц пи-
сал профессору Р. Вагнеру: «Наконец я окончил свой арифметиче-
ский прибор. Подобного прибора до сих пор еще никто не видел,
так как он чрезвычайно оригинален». Другому своему корреспон-
денту, Томасу Бернету, он пишет: «Мне посчастливилось постро-
ить такую арифметическую машину, которая бесконечно отлича-
ется от машины Паскаля, так как моя машина дает возможность
совершать умножение и деление над огромными числами мгно-
венно, притом не прибегая к последовательному сложению и вы-
читанию» [14, стр. 74].
Одна из машин Лейбница находится в музее в Ганновере. Она
не совсем исправна, но принцип ее работы и устройство ясны.
Эта машина представляет собой ящик довольно больших размеров:
длиной около 1 м, шириной более 30 см и высотой около 25 см. Она
состоит из двух частей: неподвижного счетчика и подвижного
установочного механизма, который служит для ввода чисел в маши-
ну. В неподвижной части имеется 12 окон, в которых могут быть
видны цифры от 0 до 9. Эти цифры нанесены на зубчатых коле-
сах с десятью зубцами, которые вращаются под неподвижной
частью. На подвижной части находится один большой диск и
восемь маленьких кругов. Большой диск состоит из трех частей:
наружной подвижной части в виде кольца с цифрами от 0 до 9.
средней вращающейся части в виде кольца с десятью небольшими
отверстиями против цифр неподвижной части, внутренней непо-
движной части в виде круга с цифрами от 9 до 0. На восьми ма-
лых кругах нанесены в одном и том же порядке цифры от 0 до 9.
В каждом круге имеется стрелка, которую можно установить про-
тив любой цифры круга. На подвижной части прибора находится
еще большое колесо, которое с помощью системы зубчатых колес
связано с большим диском. Вся подвижная часть в результате
вращения рукоятки может перемещаться, т. е. установочный меха-
низм может перемещаться вдоль разрядов счетчика. Зубчатые
колеса, находящиеся под малыми кругами, входят в зацепление
с зубцами валиков и колес на неподвижной части прибора только
тогда, когда черточки подвижной и неподвижной частей совпа-
дают.
При сложении первое слагаемое набирают стрелками на малых
кругах. Затем подвижную часть ручкой ставят так, чтобы черта
первого справа круга подвижной части совпадала с первой чертой
неподвижной части. В отверстие большого диска против наружно-
го числа 1 вставляют специальный штифт и делают один оборот
большим колесом по часовой стрелке, в результате этого она пово-
рачивается по часовой стрелке до упора вставленного штифта в
препятствие, которое находится между наружными числами 0 и 9,
и в окнах неподвижной части (окнах считки) появится первое сла-
70
Машина Лейбница
гаемое. Каждый оборот большого
колеса поворачивает диск на одно
деление. Так же набирается и сле-
дующее слагаемое, в результате
чего в окнах считки появляется
сумма. Вычитание производится
аналогично, только большое колесо
вращают в обратную сторону.
Основу машины составляют
ступенчатые валики — цилиндри-
ки с зубцами разной длины (эти
цилиндрики и образуют валик, на
котором нанесены зубцы в виде
ступенек). Это изобретение Лейб-
ница было первым осуществлением
зубчатого колеса с переменным
числом зубцов. Именно такое чис-
ловое колесо обеспечивает выпол-
нение умножения и деления. Вто-
рое колесо, счетное, было насажено
на квадратную ось и могло пере-
мещаться вдоль этой оси. Передви-
гая счетное колесо вдоль ступен-
чатого валика, его можно было
ввести в зацепление с нужным
количеством зубцов этого валика
(числового колеса).
Для выполнения умножения
вначале устанавливают стрелка-
ми первый сомножитель. При ум-
ножении его на число единиц (на-
Ступенчатый валик Лейбница
71
пример, на 5) вставляют штифт в отверстие наружного круга на
большом диске против соответствующей цифры (цифры 5) и де-
лают обороты (пять оборотов) по часовой стрелке большим коле-
сом до тех пор, пока диск не остановится от упора штифта в
препятствие, в результате этого в окнах считки появится произве-
дение первого сомножителя на число единиц (на 5). Затем подвиж-
ную часть прибора перемещают на одно место влево, так чтобы
черта первого колеса подвижной части совпала со второй чертой
неподвижной части; вставляют штифт в отверстие, соответствую-
щее числу десятков, и делают нужное число оборотов; в окнах
считки появляется сумма произведений первого сомножителя на
единицы и десятки и т. д.
При делении поступают так же, как и при вычитании, т. е.
вращают большое колесо в обратную сторону. Делимое перено-
сится, как и при сложении, в окна неподвижной части, в этих же
окнах (окнах считки) после выполнения деления можно прочесть
остаток. Делитель набирается при помощи стрелок на малых кру-
гах. Частное записывается последовательно по одной цифре,
причем каждая из этих цифр равна числу оборотов круга, т. е.
выписываются те цифры, против которых на внутреннем диске
останавливается вставленный шрифт при одном и том же положе-
нии подвижной части. При умножении, переходя от разряда к раз-
ряду, подвижную часть передвигаем влево, при делении — вправо.
Перенесение цифр, установленных стрелками на малых кру-
гах, в окна считки происходит при помощи ступенчатых валиков.
Механизма гашения в машине Лейбница не было, каждый круг
на нуль устанавливался отдельно.
Машина Лейбница, как отмечено выше, была довольно боль-
ших размеров, поэтому для нее изготавливали специальный стол.
К сожалению, ни одного описания работы машины Лейбница,
составленного в его время, не имеется, и, кроме того, с полной
уверенностью ни про одну из сохранившихся машин нельзя ска-
зать, что именно она является машиной Лейбница. В связи с этим
существуют самые различные предположения относительно этой
машины. Утверждают, например, что Лейбниц только высказал
идею ступенчатого валика, а машину вообще никогда и не строил,
что Лейбниц построил для демонстрации только отдельные узлы
машины, а не машину целиком и т. п.
Несмотря на все эти сомнения, можно отметить, что идея сту-
пенчатого валика, бесспорно принадлежащая Лейбницу, надолго
определила пути развития счетных машин. Идея Лейбница о раз-
делении машины на подвижную и неподвижную части обеспечила
возможность умножения многозначных чисел на многозначные.
Эта идея также определила почти все конструкции счетных ма-
шин — ведь это современная подвижная каретка арифмометра.
Лейбниц, исходя из своих методологических установок, в об-
щих чертах описал то, что мы теперь назвали бы программой ав-
томатизации мышления.
72
Машина Гана
В конце XVII в. над усовершенствованием машины Лейбница
в Гелмстедте работали Р. Вагнер и механик Левин, а после смерти
Лейбница — математик Тойбер.
Машина Лейбница и его ступенчатые валики вызвали большое
число последователей. Так, в 1710 г. А. Буркхардт из Глазхюте
построил аналогичную машину. Усовершенствования в машину
Лейбница внесли М. Кнутцен — кенигсбергский профессор, учи-
тель Канта; И. Мюллер, инженер, построивший в 1783 г. счетную
машину, которая давала звонок, когда от нее требовали невыпол-
нимого действия.
В 1725 г. предложил свою машину Лепинь, а в 1730 г.—Гил-
лерин, но сведения о них не сохранились. Известно только, что
вторая машина имела такое сильное трение, что ее не всегда мож-
но было привести в движение. Свои машины также предлагали Гер-
стен (1722 г.), лорд Магон (1776 г.) и др.
Наиболее широкую известность получила машина Гана (70-е
годы XVIII в.). Вюртембергский пастор М. Ган сконструировал
машину, которая, в отличие от машин Паскаля и Лейбница, имев-
ших вид продолговатых ящиков, представляла собой цилиндр. На
верхнем основании цилиндра было расположено 14 пластинок с
цифрами от 0 до 9. Им соответствовало столько же штифтов с теми
же цифрами. В середине цилиндра была вставлена ось с ручкой.
Поворотом этой ручки приводились во вращение ступенчатые ва-
лики, которые располагались вертикально. Машина Гана произво-
дила четыре арифметических действия, при этом результат не дол-
жен был превышать 14-значного числа.
Две машины Гана были на лондонской выставке в 1876 г.
В отчете об этой выставке относительно машины Гана сказано:
73
«Прибор священника Гана в Эхтердингене (Штутгарт) изобретен
в 1770—1776 гг. Изготовлен (четвертый экземпляр) его сыном —
придворным техником в Штутгарте в 1809 г., а в 1876 г. отправ-
лен на выставку в Лондон герцогинею Урах».
На этой же выставке была еще одна счетная машина, которая
числилась как «арифметическая машина прошлого столетия».
Полагают, что это был первый экземпляр машины Гана. На вы-
ставку его привез директор Берлинской промышленной академии
профессор Рело. Он приобрел эту машину в числе других вещей,
оставшихся после кончины физика и химика Бейреса. К прибору
было приложено старинное описание его, сделанное, по-видимому,
самим Ганом.
В описании прибора, опубликованном в 1878 г. (в Швабии),
было сказано: «У одного из здешних граждан находится прибор
священника Гана, прибор этот действует вполне исправно». Об
этом приборе сам Ган говорит: «Когда я был занят вычислениями
над колесами астрономических часов, то мне пришлось иметь дело
с громаднейшими дробями и делать умножения и деления над
весьма большими числами, от которых даже мои мысли останав-
ливались, так что эта работа могла нанести ущерб моим прямым
обязанностям. Тут я вспомнил, что когда-то читал о Лейбнице,
что он занимался изобретением арифметической машины, на ко-
торую тратил много времени и денег, но удовлетворительного ре-
зультата не достиг. У меня родилась мысль также поработать в
этом направлении. Нечего говорить, что мною также потрачено
много времени и средств над различными опытами и над устране-
нием неудач и затруднений при проектировании и устройстве
прибора. Наконец мне удалось устроить прибор достаточно со-
вершенный и прочный. Более всего затруднений я встретил над
изобретением способа переноса накопившихся десяти единиц на
десятки» (цит. по [10]).
В XVIII в. в результате все возрастающего количества вычис-
лений, в первую очередь под влиянием машин Паскаля и Лейбни-
ца, появляется целый ряд счетных машин.
3. Машина Якобсона
Наиболее ранняя из сохранившихся в СССР счетных машин
находится в музее М. В. Ломоносова в Ленинграде. Конструкция
ее довольно оригинальна и представляет несомненный интерес4.
Машина выполнена в виде латунной коробки длиной 34,2 см,
шириной 21,8 см и высотой 3,4 см на четырех точеных ножках
диаметром 1,6 и высотой 1 см. На богато орнаментированной
верхней крышке машины имеется ряд надписей и цифр. Приве-
дем наиболее интересные из этих надписей.
4 Впервые эта машина описана только в 1969 г. [15, 16], теми же авторами
об этой машине был сделан доклад в 1965 г. [17].
74
Одна и та же надпись по-немецки и по-польски: Mechanische
Rechnungs Maschine; Machina Mechaniszna do Rachunku, t. e.
механическая счетная машина.
Надпись по-немецки с включением в ее текст нескольких
слов и корней латинского происхождения; она как бы дополняет
первую надпись: Zu der Aufgabe des Addirens, Subtantirens,
Multiplicirens, und Devidirens von den Nummer Eins bis zu Tausend
Millionen und ubrig bleibt von der Division und das kann man
hier in der Bruchen zertheilen, т. e. к задаче сложения, вычитания,
умножения и деления от числа один до тысячи миллионов и
остающееся от деления можно здесь же расчленить на дроби.
Наиболее интересная надпись также составлена из немецких
и латинских слов: Erfunden und verfertigen von dem Hebreer
Jewna Jacobson, Uhrmacher und Mechanicis in der Stadt Nieswiez
in Lithauen, Gouvernement Minsk, т. e. изобретена и изготовлена
Евной Якобсоном, часовым мастером и механиком в городе
Несвиже в Литве, Минское воеводство.
Время изготовления счетной машины не указано, однако его
можно установить. Характер некоторых элементов этой счетной
машины — форм отдельных ее деталей, их механической) обработ-
ки и отделки, шрифтов надписей, орнаментов декоративной гра-
вировки, форм и рисунка накладных декоративных розеток
и т. д.— все это дает основание отнести время ее изготовления к
XVIII в.
О том, что счетная машина была изготовлена в XVIII в., ука-
зывает и последняя из приведенных надписей. В ней Несвиж
назван городом Минского воеводства Литовского княжества, на
самом деле он был таковым лишь до присоединения его в 1793 г.,
во время второго раздела Польши, к России. Следовательно, ма-
шина не могла быть изготовлена позднее этой даты.
Если обратиться к истории Несвижа, то указанное время из-
готовления Якобсоном его счетной машины можно определить
еще точнее.
В 1726 г. известный польский магнат Михаил Радзивил прев-
ратил Несвиж в свою резиденцию. Большой любитель наук и
искусств, он основал здесь арсенал, библиотеку, картинную га-
лерею, типографию, где печаталась издававшаяся им газета, на-
чал группировать вокруг себя художников, граверов, оружейни-
ков и мастеров многих других специальностей). В числе последних
оказался, по-видимому, и Якобсон.
На протяжении 40—80-х годов XVIII в. все эти художники,
граверы и мастера выполнили множество ценных работ, оста-
вивших заметный след в истории искусств и ремесленного произ-
водства. В эти годы, вероятнее всего, и была построена счетная
машина Якобсона. Некоторые элементы декоративной отделки
этой счетной машины дают основание считать, что она изготов-
лена не позже 1770 г. К сожалению, биографические сведения о
Е. Якобсоне не сохранились. В конце XIX в. недалеко от Познани,
75
Верхняя крышка машины Якобсона
Механизм машины Якобсона
в местечке Гневно, в костеле имелась золотая чаша с гравиро-
ванной надписью, указывающей, что ее изготовил в 1786 г.
Ев. Якобсон [18, стр. 138]. Не исключено, что, кроме изготовле-
ния часов и других механизмов, Якобсон из Несвижа занимался
также и ювелирным делом, подобные случаи в те времена были
нередки. Если это действительно был тот же Якобсон, то время
изготовления им гнезнинской чаши (1786 г.) служило бы еще
одним подтверждением его работы в указанные выше годы, а
следовательно, и времени изготовления им счетной машины.
Механизмы машины смонтированы на верхней крышке короб-
ки с внутренней стороны, а на наружной сосредоточены все по-
водки для осуществления счетных операций и все шкалы.
Вдоль верхнего конца крышки, через специальные отверстия,
выведено девять поводков, являющихся осями расположенных
под крышкой дисков с нанесенными на них цифрами от 0 до 9.
Концевая часть каждого поводка имеет квадратное сечение, по-
этому его можно было легко поворачивать с помощью специально-
го ключа. Точно так же сделаны и все другие поводки, предназ-
наченные для разных целей. Все ли поводки счетной машины
поворачивались одним ключом (сечение у всех поводков одно и
то же — 0,2 X 0,2 см) или каждый имел свой ключ, сейчас уста-
новить трудно, так как не сохранилось ни одного ключа. Ключи,
с помощью которых осуществлялись непосредственно счетные
операции, имели стрелки, позволявшие останавливать поводки
при их вращении против определенных цифр на дуговых шкалах
(о них будет речь ниже).
Под «каждым из девяти поводков — круглое окошко, в кото-
ром можно читать любую из цифр диска при его вращении вокруг
оси. Эти диски не связаны ни друг с другом, ни с прочими частя-
ми счетного механизма. Предназначены они для фиксирования
начальных данных и промежуточных результатов вычислений.
Несколько ниже указанных поводков и окошек на крышке
расположены еще девять поводков, над каждым из них нанесена
составляющая полуокружность — дуговая шкала с награвирован-
ными на ней по часовой стрелке цифрами от 0 до 9. Под каждой
из шкал — значение ее цифр: Eins, Zehn, Hundert, Eins Tausend,
Zehn Tausend, Hundert Tausend, Eines Million, Zehn Million,
Hundert Million, т. e. единицы, десятки, сотни, тысячи и т. д. до
сотен миллионов. Расположены шкалы — по возрастанию значе-
ний их цифр справа налево.
Ниже каждого из этих поводков также имеется по окошку.
Здесь они, в отличие от первых, квадратные, хотя и расположены
в круглых лунках такого же примерно диаметра, как и окошки
первого ряда. Через них читаются цифры, нанесенные на дисках
поводков. Этот ряд предназначен для сложения любых чисел —
лишь бы их сумма была меньше 109.
Производится эта операция следующим образом. Ключом (или
ключами) со стрелкой на шкалах набирается первое слагаемое,
78
для чего на шкале единиц поворотом поводка ключом его стрелка
устанавливается на соответствующую цифру единиц, на шкале
десятков — на соответствующую цифру десятков, на шкале со-
тен — на соответствующую цифру сотен и т. д.
После того как ключ отпущен рукой, доведенный на каждой
из шкал до нужной цифры, поводок под действием специальной
пружины автоматически возвращается в исходное положение,
указывая стрелкой ключа на нуль.
В результате такого набора в квадратных окошках (окошках
считки) появляется первое слагаемое, а вся машина готова к на-
бору следующего слагаемого. Второе слагаемое набирается таким
же путем, как и первое. В результате второго набора в окошках
считки появляется сумма двух первых чисел, а машина готова к
набору следующего слагаемого и т. д.
Ниже окошек считки расположен один ряд поводков, с помо-
щью которых счетный механизм машины устанавливается в ис-
ходное положение, т. е. во всех окошках появляются нули.
Еще ниже расположен другой ряд поводков. Над каждым из
этих поводков нанесена дуговая шкала, такая же как и над по-
водками для сложения, только числа от 0 до 9 нанесены на ней
против часовой стрелки. Этот ряд предназначен для 'вычитания
любого числа или ряда чисел из числа, меньшего 109. Об этом
говорят также награвированная под второй и восьмой шкалами
надпись «Subtrahierens», что значит вычитание.
Для вычитания из любого числа, которое уже набрано при
помощи ряда сложения, необходимо вычитаемое число набрать при
помощи поводков на этом последнем ряду. После каждого набора
поводки под действием специальных пружин возвращаются в ис-
ходное положение, а результат вычитания можно прочитать в
окошках считки. Машина находится в исходном положении для
следующего сложения или вычитания, так как эти действия моЖ'
но производить в любой последовательности.
Для фиксации промежуточных результатов и первоначальных
данных, кроме первого ряда окошек с поводками, имеется еще
специальная съемная линейка, в которую вмонтировано шесть
дисков с цифрами от 0 до 9 и соответствующими поводками.
Специальный механизм для умножения чисел в машине от-
сутствует, но эту операцию с ее помощью также можно производить
путем повторного сложения. Для этого над дуговыми шкалами ря-
да вычитаний нанесена таблица умножения, которую, впрочем,
можно использовать и как таблицу деления. Около каждого по-
водка этого ряда награвирована цифра; около первого поводка ~
1, около второго — 2 и т. д. до 9, а над цифрами дуговых шкал
еще ряд чисел, свой для каждой шкалы. Например, над поводком,
у которого стоит цифра 5, у дуговой шкалы над цифрами
О, 1, 2, ..., 9 стоят такие числа: над 2 стоит 10, над 3 — 15 и т. д.
до 45 над 9. Такая таблица умножения нанесена над всеми дуго-
выми шкалами поводков этого ряда — от 1 до 9.
79
Кинематическая схема машины Якобсона
Деление выполняется как последовательное вычитание с
фиксацией количества вычитаний. Делимое устанавливается при
помощи ряда сложения, а делитель набирается последовательно
при помощи ряда вычитаний до тех пор, пока в окошках считки
либо появятся все нули, либо число меньшее, чем делитель, т. е.
остаток. Количество произведенных вычитаний, т. е. частное от
деления, читается в окошках считки ряда вычитаний. Пользуясь
кинематической схемой машины, покажем, как действует маши-
на при выполнении различных операций.
При повороте поводка единиц ряда сложений поворачивается
полудиск 1 против часовой стрелки. По краю полудиска располо-
жены зубья, подобные нарезаемым на храповых колесах. При по-
воротах полудиска они входят в зацепление с зубьями зубчатого
колеса 3 и поворачивают его на столько зубьев по часовой стрел-
ке, на сколько единиц поворачивается поводок. После того как
поводок отпускается, полудиск 1 под действием пружины 2 воз-
вращается в первоначальное положение. К зубчатому колесу 3
наглухо прикреплен диск с нанесенными на него цифрами от О
до 9, которые и читаются через окошки считки. После набора
нужного числа соответствующая цифра и окажется видимой в
окошке. При наборе второго числа происходит новый поворот зуб-
чатого колеса 3 и в окошке считки появится сумма двух набран-
ных чисел. Если эта сумма окажется больше 10, вступает в дей-
ствие механизм передачи десятков. К зубчатому колесу 3 при-
креплен длинный палец 4, входящий в зацепление с колесом 5,
когда колесо 3 повернется на 10 зубьев. В этом случае палец 4
поворачивает колесо 5 против часовой стрелки на один зуб, а ко-
80
лесо 5 поворачивает колесо 6 на один зуб по часовой стрелке.
К колесу 6 прикреплен диск десятков и в окошке считки для де-
сятков появляется единица. Узел для десятков устроен аналогич-
но с узлом единиц и соединен со следующим разрядом точно так
же, т. е. при помощи длинного пальца. Так же соединены между
собой и все последующие разряды. Описанным путем производит-
ся сложение чисел. При вычитании поворачивается по часовой
стрелке полудиск 8. Он также входит в зацепление с колесом 3
и поворачивает его на необходимое число единиц против часовой
стрелки, т. е. в противоположную сторону, чем при сложении.
При этом диск с цифрами также вращается в обратную сторону,
чем при установке слагаемого в производстве сложения. Ме-
ханизм передачи десятков остается прежний. Следовательно,
вычитание сводится к повороту колеса 3 в противоположную сто-
рону, чем при сложении.
Деление, как уже говорилось, сводится к последовательным
вычитаниям. Количество этих вычитаний подсчитывается сле-
дующим путем. При вычитании любого числа полудиск 8 повора-
чивается по часовой стрелке. При этом размещенная в нижней
части полудиска подпружиненная плоская пластинка вдавлива-
ется в полудиск одним из штырьков 10, расположенных на диске
11, с обратной стороны которого нанесены цифры от 0 до 9, они
и видны в нижнем ряду окошек. Выйдя из зацепления со
штырьком 10, пластинка 9 под действием пружины выходит из
полудиска 8. И когда под воздействием пружины полудиск воз-
вращается в первоначальное положение, пластинка своим краем
ударяет по штырьку 10 и поворачивает тем самым диск 11 на
одно деление по часовой стрелке. Такой поворот диска 11 на одно
деление происходит при каждом вычитании, поэтому в нижнем
ряду окошек можно прочесть число произведенных вычитаний,
т. е. частное деления.
В машине имеются еще некоторые детали, которые делаю г
ее работу более надежной. Так, под дуговыми шкалами в рядах
сложения и вычитания находятся небольшие углубления, позво-
ляющие точно фиксировать ключ поводка со стрелкой в требуе-
мом положении, т. е. у определенной цифры. Колеса 3, 7, 12
и т. д. снабжены специальными пружинами, предохраняющими их
от случайных поворотов.
Все детали счетного механизма, связанные с одним разрядом,
имеют свой номер (клеймо) от одного до девяти, которые выгля-
дят следующим образом: ., .., ..., ...., v, v., v.., v..., v. Нумерация
исключает случайность перестановок при чистке и ремонте ма-
шины, если машину нужно хотя бы частично разбирать.
Передача десятков при помощи длинного пальца употребля-
лась давно, начиная с Шиккарда и Паскаля, но некоторые узлы
и детали являются оригинальным изобретением. В первую оче-
редь это относится к механизму получения частного, но этот меха-
низм не лишен существенных недостатков, основной из них со-
81
стоит в том, что у него нет своей передачи десятков. Поэтому при
делении, если в частном получаются большие числа, их трудно
фиксировать. Использование полудиска со ступенчатыми зубья-
ми также оригинально решает проблему передачи и установки
чисел. Следует отметить еще компактность всего механизма — уз-
лы соседних разрядов расположены на разных уровнях, что су-
щественно уменьшает размеры счетной машины. Все это свиде-
тельствует о том, что счетная машина Якобсона была известным
шагом вперед в развитии счетной техники, а самого Якобсона
следует считать выдающимся конструктором.
Счетная машина Е. Якобсона использовалась длительное вре-
мя. Об этом свидетельствуют имеющиеся на ее крышке следы,
оставленные поворачивавшими поводки ключами со стрелками.
Причем до шестого разряда эти следы особенно глубоки, а далее
еле заметны. Это естественно, так как наиболее часто при подсче-
тах приходится оперировать первыми четырьмя разрядами.
4. Начало производства счетных машин
(машина Томаса)
К началу XIX в. все острее ощущалась необходимость в счет-
ной машине, простой и удобной в употреблении, надежной в рабо-
те. Все машины до этого времени изготовлялись в одном или, в
лучшем случае, в нескольких экземплярах. На них или совсем не
работали, или работал сам изобретатель. Часто эти машины были
несовершенны и сложны, дороги в изготовлении. В этот период
многие изобретатели и математики начали разрабатывать вопросы,
связанные со счетными машинами. Появляются различные маши-
ны — одни более, другие менее удачные.
Производство счетных машин впервые наладил эльзасский уро-
женец Карл Томас, основатель и руководитель двух парижских
страховых обществ («Феникс», «Солейль»). В 1818 г. он сконстру-
ировал, а в 1820 г. построил счетную машину, которую назвал
арифмометром. В 1821 г. в мастерских Томаса было изготовлено
15 арифмометров, затем их выпуск был доведен до 100 штук в год.
В работе [20] приведены следующие данные о выпуске арифмо-
метров Томаса во Франции:
Годы 1821—1865 1865-1870 1871—1875 1875—1878
Количество, шт. 500 300 400 300
40%' этих арифмометров оставались во Франции, 60% вывозились
в другие страны.
Томасом было положено начало счетному машиностроению.
Его арифмометры выпускались (часто под разными названиями) в
течение 100 лет и, естественно, в них вносились изменения. Но
уже первые арифмометры были удобны в обращении и работали с
довольно большой скоростью. Например, два 8-значных числа мож-
но было умножить друг на друга примерно за 15 сек., а разделить
82
Схема работы машины Томаса
16-значное число на 8-значное — за 25 сек. Счетные машины, в ко-
торых был заложен тот же принцип, что и в арифмометре Томаса,
получили название томас-машин.
В основу арифмометра Томаса был положен ступенчатый валик
Лейбница. На поверхности ступенчатого валика в машине имеет-
ся девять зубцов, причем второй зубец в два раза длиннее первого,
третий — в три и т. д. Против каждого ступенчатого валика нахо-
дится установочная зубчатка, имеющая возможность двигаться
вдоль четырехгранной оси. В машине столько ступенчатых валиков
с соответствующими установочными зубчатками, сколько знаков
имеет наибольшее число, которое можно установить на машине.
Все валики расположены рядом.
Передвижение установочной зубчатки производится с помощью
ползуна, заканчивающегося на крышке машины кнопкой и имею-
щего внизу вилку, которая с двух сторон охватывает зубчатку.
Кнопки свободно двигаются по прорезям (установочным шлицам);
связанная с кнопкой стрелка указывает на цифры шкалы. Устано-
вочные кнопки служат для установки слагаемого или множителя.
Когда, после установки слагаемого, начнут вращаться ступен-
чатые валики, то их зубцы войдут в зацепление с противолежащи-
ми зубчатками и повернут их на то или иное число зубцов, в за-
висимости от занимаемого данной зубчаткой положения на четы-
рехгранной оси. Если, например, кнопка установлена против
цифры 1 шкалы, то при этом установочная зубчатка занимает та-
кое положение на четырехгранной оси, что при вращении валика
она может быть повернута лишь одним (самым длинным) его
зубцом и повернется всего на один зубец. При установке кнопки
против цифры 2 установочная зубчатка займет такое положение
относительно валика, что будет захвачена двумя его зубцами и
повернута на два зубца и т. д.
83
На конце четырехгранной оси насажена муфта fe, передвигаю-
щаяся по оси, на концах ее имеются две конические зубчатки
G и i2, зубцы которых стоят друг против друга. Обе эти зубчатки
могут входить в зацепление с находящейся между ними третьей
конической зубчаткой к. Эта последняя неразрывно связана с циф-
ровым диском счетчика. Таким образом, четырехгранная ось вра-
щается при помощи установочной зубчатки, передает движение
муфте и коническим зубчаткам Ц и 12. Муфта с коническими зуб-
чатками может быть передвинута вдоль оси вперед или назад, так
что либо передняя коническая зубчатка либо задняя i2 входят
в зацепление с верхней конической зубчаткой к. В итоге движение
установочной зубчатки с помощью конической зубчатки к переда-
ется цифровому диску. Вращение цифрового диска может проис-
ходить в противоположных направлениях, в зависимости от того,
какая из конических зубчаток, Ц или i2, будет в зацеплении с зуб-
чаткой к. Таким образом, вращение цифрового диска будет про-
исходить либо в положительном, либо в отрицательном направле-
нии в зависимости от положения муфты h 5. Перемещение муфт
для перемены направления вращения достигается при помощи
особой планки, проходящей между зубчатками всех реверсивных
муфт. Для перемещения этой планки служит особый установоч-
ный рычажок тг, выступающий на крышке с левой стороны маши-
ны. Если установить этот рычажок на отметку «Add. u. Mult.»
(сложение и умножение), то шина движется назад и все кони-
ческие зубчатки ii сцепляются с коническими зубчатками Л, и все
цифровые диски вращаются в положительную сторону. Если же
рычажок п будет установлен на «Subtr. u. Div.» (вычитание и де-
ление), то шина передвигается вперед и в зацепление входят
задние конические зубчатки 12 и цифровые колеса вращаются в
отрицательном направлении.
Верхние конические зубчатки к со связанными с ними цифро-
выми дисками помещаются на длинной пластинке, выполняющей
роль каретки. В окнах этой каретки появляются цифры дисков.
Параллельно этому ряду окон, ниже их, имеется другой ряд
окон, в которых появляются цифры счетчика оборотов. Для пе-
ремещения каретки следует вначале вывести зубчатки к из зацеп-
ления с зубчатками ii и z2, для чего нужно приподнять каретку,
при этом она поворачивается на шарнире. Затем передвигают
каретку в сторону на расстояние между двумя соседними циф-
ровыми дисками, т. е. между двумя окнами считки. После этого
каретку вновь опускают в нижнее положение и тем самым при-
водят в зацепление конические зубчатки.
Ступенчатые валики приводятся во вращение рукояткой К.
Это происходит следующим образом. Оси валиков проходят
через стенку машины. На их концах имеются конические зуб-
5 Соединение конических зубчаток, дающее возможность менять направле-
ние вращения, называется реверсивной муфтой.
84
Результирую-
щий счетчик L
Каретка
о
Сложение и
умножение'
Установочное
приспособление
бычитание и
беление
ми
Контрольный
счетчик
Внешний вид машины Томаса
Счетчик
сбарота
П
чатки zp, которые и приходят в зацепление с такими же кониче-
скими зубчатками х, насаженными наглухо на общий вал z/, про-
ходящий вдоль всей машины. Этот горизонтальный вал в свою
очередь приводится во вращение парой зубчаток от перпендику-
лярной к нему оси, к внешнему концу которой приделана руко-
ятка К. При одном повороте рукоятки все ступенчатые валики
тоже делают один оборот. Рукоятка вращается только в одном
направлении, обратное вращение невозможно из-за действия хра-
повика. Вращение цифровых дисков в отрицательную сторону до-
стигается не обратным вращением рукоятки, а передвижением
реверсивных муфт. У машины Томаса сравнительно мягкий ход.
Однако диаметр ступенчатых валиков не может быть сделан
меньше определенного размера, потому расстояние между двумя
соседними окнами получается довольно большое, что неудобно
при считке, а также это вызывает необходимость делать машины
длинными. Если действия сложения (умножения) все время че-
редуются с вычитанием (делением), то необходимо каждый раз
переводить рычажок, что затрудняет работу на машине. Переме-
щение каретки неудобно, так как перед каждым перемещением
ее надо вначале приподнять, а затем, передвинув, опустить. Но
машина Томаса имела и много неоспоримых достоинств, ведь ею
пользовались целое столетие. Вначале машина Томаса выпуска-
лась 8-разрядной, но затем изготовлялась самой различной емко-
сти, например, в 1848 г. выпускались 10-разрядные машины и т. п.
Кроме основного принципа, на котором построена машина,
существенное значение для ее характеристики имеет устройство
передачи десятков.
85
Установочное приспособление состоит из ряда ступенчатых
валиков, причем каждый из них имеет свою отдельную ось. Имен-
но эта особенность определила конструкцию механизма передачи
десятков.
Передача десятков — двухступенчатая. Первая фаза передачи
заключается в том, что в момент перехода цифрового диска с 9
на 0 (или обратно) специальный штифт, вращающийся па кри-
вошипе валика соседнего высшего разряда, передвигается в дру-
гую плоскость и входит в зацепление с зубчаткой, которая сое-
динена (не непосредственно) с осью валика. Вторая фаза состоит
собственно в передаче десятков. При переходе цифрового диска
с 9 на 0 штифт, вошедший уже в необходимое зацепление, пово-
рачивает на один зубец установочное колесо высшего разряда,
которые передает этот поворот на соответствующий цифровой
диск. После этого штифт возвращается в свое первоначальное
положение.
В машине Томаса следует отметить еще много других суще-
ственных деталей и узлов. Например, у каждого цифрового диска
есть особая пружинка, которая тормозит вращение этих дисков
по инерции; имеется приспособление, которое останавливает ма-
шину в том случае, когда действие тормозящих пружинок поче-
му-либо окажется недостаточным и др.
Благодаря этим и другим техническим решениям машина
Томаса была наиболее распространенной счетной машиной в те-
чение многих десятилетий. Она оказала существенное влияние
на все последующее счетное машиностроение. Хотя арифмомет-
ры Томаса господствовали в вычислительной практике много
десятилетий (с 20-х годов прошлого столетия почти до конца
века), творческая мысль изобретателей стремилась создать более
удобную и совершенную машину.
Арифмометр Томаса имел ряд существенных недостатков,
укажем только некоторые из них: машина довольно громоздкая
и тяжелая; передвижение каретки очень неудобно, передвигая
ее, легко пропустить нужный разряд; специальное переключение
для изменения действий (сложения на вычитание и наоборот)
при частой смене действий неудобно; окна для считки располо-
жены друг от друга сравнительно далеко; ручка вращается в
горизонтальной плоскости. Кроме того, арифмометр был доста-
точно дорог.
Многие конструкторы и ученые занимались усовершенствова-
нием арифмометра Томаса. Появились новые приборы, в основе
которых идея арифмометра Томаса оставалась без изменения.
К таким арифмометрам относится счетная машина Бургардта,
в которой механизм работает с меньшим стуком, а при вычита-
нии и делении, когда пытаются произвести невозможные действия
(вычитать большее число из меньшего и т. п.), раздается звонок.
Арифмометр Вютнера имеет несколько меньшие размеры, чем
арифмометр Томаса. Кроме того, для перехода от сложения и
86
умножения к вычитанию и делению надо вращать рукоятку в
в противоположную сторону. Для удобства считки в арифмомет-
ре Вютнера каретка несколько наклонена и т. п.
Томас-машина «Шпитц» конструкции Людвига Шпитца вы-
пускалась в основном в Берлине. Патенты на нее получены
также и в других странах. В этом арифмометре внесены некото-
рые усовершенствования. Он имеет форму, которая несколько
напоминает форму современных арифмометров. Подвижная ка-
ретка снабжена удобной кнопкой для ее подъема и передвижения.
Каретка поднимается на небольшой угол, а не откидывается сов-
сем. Это уменьшает вероятность ошибок (пропуск разряда) при
передвижении каретки. Удобны ручки гашения (постановки при-
бора на нуль — в исходное положение). Наборные рычаги соеди-
нены со специальными числовыми колесами, которые в круглых
окошках показывают набираемое число. Стрелки и цифры на
корпусе также сохранены. Всюду числами отмечены разряды.
Ступенчатые зубчатые колеса нанесены не на валики (цилиндры),
а на часть цилиндра (менее половины), остальная часть цилинд-
ра отсутствует, это уменьшило при изготовлении расход металла
и упростило производство. Имеется звонок, который звонит, ког-
да от прибора требуется невыполнимая операция. Прибор нахо-
дится в специальном металлическом чехле. Подвижные рычажки
на корпусе арифмометра играют роль запятых при чтении чисел.
Прибор легко разбирается. Очень мягко и приятно работает.
В 1889 г. Эдмондзон в Англии создал новый прибор. Он при-
дал своему арифмометру цилиндрическую форму, назвав его
круговым арифмометром. Машина Эдмондзона помещена в пря-
моугольный ящик из красного дерева, с габаритными размерами
47,5 X 47,5 X 20 см. Ступенчатые валики расположены горизон-
тально по радиусам, а не вертикально, как в машине Гана. Ма-
шина 8-разрядная. При вращении ручки в вертикальной плоско-
сти вращается большое горизонтальное колесо с зубцами сверху
и снизу. Верхние зубцы и входят в зацепление с зубчаткой, нахо-
дящейся на одной оси с ручкой. С этим большим колесом входят
в зацепление все восемь зубчатых колес, на осях которых находят-
ся ступенчатые валики. Установочные колеса всех разрядов пе-
редвигаются при помощи наружных планок, на которых выбиты
цифры 0, 1, 2, ..., 9. Эти планки передвигаются вдоль радиусов.
Все планки двигаются под общей дуговой планкой, которая при-
жимает их к корпусу, т. е. она является скрепляющей планкой,
кроме того, с помощью этой планки фиксируют установочные чис-
ла. Фиксированное установочное число — это ближайшее число
к дуговой планке с ее- внутренней стороны. На оси (ближе к
центру) установочного колеса находится реверсивная муфта,
входящая в зацепление с зубчатками числовых колес, на которых
нанесены цифры от 0 до 9. Эти цифры видны в окнах считки,
расположенных по окружности подвижного круга, который вы-
полняет роль подвижной каретки. Имеется счетчик оборотов
87
(его окна считки также помещены на той же окружности под-
вижного круга) и контрольный счетчик оборотов. Есть рычаг для
перевода реверсивных муфт с одного положения в другое (с ум-
ножения — сложения на деление — вычитание).
Подвижной круг снабжен в центре большой кнопкой и двумя
боковыми, при помощи которых он может быть повернут в нуж-
ную сторону.
Весь механизм помещен между стойками и стенкой, сверху
закрыт металлической крышкой, на которой двигаются медные
пластинки с цифрами.
На крышке расположены два круглых окна, в которых меня-
ются знаки плюс и минус в зависимости от положения рукоятки,
которая передвигает реверсивные муфты.
Перенесение десятков осуществляется при помощи длинного
пальца, который действует на особый рычаг, тот в свою очередь
поворачивает муфту на один зубец, а следовательно, и циферблат
на одну цифру.
Действия производятся так же, как и на арифмометре Тома-
са, только вместо горизонтального передвижения каретки вра-
щается круг. На арифмометре Эдмондзона можно производить
все действия, какие допускает и арифмометр Томаса.
Арифмометр Эдмондзона отличается от арифмометра Томаса
главным образом круговым расположением частей, в связи с этим
и механизм имеет некоторые изменения. Главное упрощение состо-
ит в гашении цифр, достигающееся поворотом круга при припод-
нятом специальном рычаге, на котором нанесены зубчатки, вхо-
дящие в зацепление с числовыми колесами и поворачивающими
их на нуль. По сравнению с арифмометром Томаса этот арифмо-
метр удобств не представляет, и нельзя сказать, что он является
шагом вперед по сравнению с последним.
Машина «Рекорд», выпущенная фирмой «Линдстрем» в нача-
ле XX в. в Берлине, отличается от других томас-машин тем, что
вместо обычного горизонтального расположения ступенчатых ва-
ликов здесь валики помещены вертикально. Валики смещены
друг относительно друга и находятся не на одинаковой
высоте и не на одной прямой, а расставлены в шахматном поряд-
ке, так что каждый валик приходится над зазором двух других.
Машина имеет цифровые ролики вместо обычно применяемых
дисков. Благодаря всему этому удалось значительно уменьшить
расстояние между цифровыми окнами, что облегчает чтение ре-
зультата. Каретка поставлена наклонно для более удобного чте-
ния результата. Установка происходит при помощи клавиш. Име-
ется контрольный счетчик, вращение рукоятки происходит в вер-
тикальной плоскости, что является преимуществом перед враще-
нием в горизонтальной, как сделано в остальных томас-машинах.
Имеются и некоторые другие усовершенствования.
Счетная машина «Архимед» (конструкции Потига из Глаз-
гютте) внешне весьма отдаленно напоминает машину Томаса, но
88
основная идея в ней сохранилась та же. «Архимед»-машина, у
которой имеется контрольный счетчик, в окнах счетчика читается
поставленное на установочном приспособлении число. «Архи-
мед» изготовляется как с ползунами, так и с клавишной установ-
кой. При нажатии одной из клавиш установочная зубчатка, от-
носящаяся к тому же разряду, как и нажатая клавиша, пере-
двигается по своей четырехгранной оси и устанавливается в по-
ложение, соответствующее цифре данной клавиши. В остальном
работа происходит аналогично машине Томаса. «Архимед»,
естественно, имеет ряд усовершенствований: окна для считки
расположены сравнительно близко друг от друга, окна контроль-
ного счетчика лежат непосредственно под клавишами соответ-
ствующего разряда и т. п.
5. Простейшие счетные машины XIX в.
Как мы видели, машины Шиккарда, Паскаля, Лейбница, Гана и
даже Томаса не могли удовлетворить потребности в счетных ма-
шинах. Одни из них были несовершенны, другие имели сложное
устройство и поэтому подвергались частым поломкам, третьи гро-
моздки и дороги. Для практики нужна была машина достаточно
простая, дешевая и удобная в работе.
В XIX в. в связи с развитием экономических отношений и во-
енного дела, расширением финансовых операций, ростом промыш-
ленности и транспорта появляется довольно много разнообразных
изобретений, относящихся к производству вычислений.
Более чем двухвековой опыт работы на счетах в России и не-
достатки существующих счетных приборов привели к тому, что в
России стали приспосабливать счеты к возросшим требованиям
вычислительной практики. Известно, что А. Бок предложил в
1812—1813 гг. (в Варшаве) некоторый вид счетов. Никаких све-
дений об этих счетах мы не имеем.
В 1828 г. генерал-майор Ф. М. Свободской предложил свой
счетный прибор после многих лет работы на нем. Этот прибор со-
стоял из соединенных в общей раме нескольких счетов, чаще все-
го употреблялось 12 счетов, но встречались наборы до 30 штук.
Для передвижения костяшек служил специальный прут с рукоят-
кой. Кроме четырех арифметических действий, Свободской произ-
водил много различных операций, достигая при этом большой ско-
рости. Например, извлечение кубического корня из 21-значного
числа занимало 3 мин. Он вычислял также сложные проценты,
возводил числа в различные степени и т. п. Основное условие ско-
рости счисления па счетах Свободского — это строгое соблюдение
единообразных правил. Все операции сводились к действиям сло^
жения и вычитания.
Положительный отзыв на счеты Свободского от Петербургской
академии наук дали П. В. Тарханов и В. Я. Буняковский. Препо-
давание вычислений на счетах по методу Свободского было вве-
89
депо в петербургском (с 1829 г.), московском (с 1830 г.) и харь-
ковском (с 1830 г.) университетах. Вышел ряд книг, посвященных
этим счетам [22—24], появились статьи в разных журналах. Но,
несмотря на все это, к середине XIX в. счеты Свободского были
уже почти забыты. Они оказались слишком громоздкими, да и
сама идея вернуть счетам их универсальный характер была явно
несостоятельна.
В 1861 г. И. Бураков предложил счеты, в которых было 20
полных рядов и один с четырьмя костяшками. Кроме арифмети-
ческих действий на этих счетах возводили в степень и извлекали
корни. На счеты Буракова были похожи счеты, предложенные
Марковым.
А. Вольманом в 60-х годах были изготовлены свои счеты с 9
косточками в полных рядах. На этих счетах можно было возво-
дить в степень, извлекать корни, вычислять сложные проценты и
выполнять четыре арифметических действия.
В 1872 г. Ф. В. Езерский сконструировал счеты с машинкой
для умножения и деления. Вдоль нижней планки этих счетов по-
мещены два валика, на которых навернуты таблицы. Вращая ва-
лики, можно было получать частные произведения, которые затем
складывались на счетах.
В 1882 г. Н. Компанейский описал свои двойные счеты. Прибор
состоит из счетов и валиков, причем оси валиков шли параллель-
но проволокам счетов и, кроме того, валики могли передвигаться
относительно проволок. Это представляет удобство для правиль-
ного сдвига при сложении частных произведений.
При умножении и делении больших чисел на счетах Езерского
и Н. Компанейского скорость несколько больше, чем при произ-
водстве этих действий на бумаге.
В. Г. Фон-Бооль в своей книге [14] наряду с описанием раз-
личных счетов предложил и свои.
Усовершенствование счетов продолжалось и в XX в. А. Талалай
в 1903 г. издал вспомогательные таблицы, при помощи которых на
счетах было удобно умножать.
В 1921 г. Б. Н. Компанейский создал прибор, который пред-
ставляет собой соединение довольно удобных таблиц умножения с
обыкновенными счетами. На этом приборе кроме четырех ариф-
метических действий можно решать задачи на проценты, опериро-
вать с дробями и т. п. Относительно этого прибора техническое
бюро Комитета по делам изобретений НТО ВСНХ вынесло 25 ян-
варя 1921 г. следующее постановление: «Признавая пользу пред-
ложенного арифмометра всюду, где требуются точные расчеты,
несомненно рекомендовать изобретение Б. Н. Компанейского... в
качестве прибора, могущего с успехом заменить механические
арифмометры существующих систем» [25, стр. 16].
Попыток усовершенствовать счеты было много, но создать уни-
версальный счетный прибор на основе счетов не удалось. Отме-
тим, что сама идея в XIX в. была уже несостоятельна. Все усо-
90
вершенствованные счеты оказались в скором времени забыты, ос-
тались простые однорамные счеты, которые являются незамени-
мым вспомогательным счетным прибором во многих областях дея-
тельности человека6.
Кроме счетов в XIX в. было предложено много других простей-
ших приборов различной конструкции. Ряд изобретателей шли по
линии составления подвижных таблиц.
Во второй половине XIX в. Перский предложил прибор для ум-
ножения (его можно приспособить и для деления). В комплект
прибора входят съемные счеты, предназначенные для сложения и
вычитания, а также для сложения частных произведений при ум-
ножении. В основе прибора находится подвижная таблица, кото-
рая приводится в движение системой рычагов. На каждый разряд
(прибор 9-разрядный) имеется девять рычагов, заканчивающих-
ся кнопками с цифрами 1,2,..., 9. Панель прибора металличес-
кая с окнами считки, которые расположены в девяти столбцах, в
каждом столбце 18 окошек. Для умножения необходимо набрать
нажатием кнопок один из сомножителей и считать в окошках счит-
ки сверху вниз (числа располагаются вертикально) поразрядные
произведения, составляя при этом второй сомножитель по номе-
рам столбцов. Необходимо следить и в уме складывать единицы
высшего разряда с десятками низшего. Имеется кнопка гашения.
При наборе первого сомножителя на определенные расстояния пе-
редвигаются подвижные рейки, которые удерживает затем на
месте стопорящий рычаг. Кнопка гашения освобождает сразу все
рейки от стопорящих рычагов, и они под действием пружин воз-
вращаются в исходное положение. Из-за недостатков, основные из
которых — неудобство считки результата, прибор состоит из двух
несвязанных между собой частей, задача умножения фактически
не решена, необходимо складывать на счетах частные произведе-
ния и др.,— прибор распространения не получил.
В 1839 г. И. М. Шлифер из местечка Городыща, Гродненской
губернии, наладил в Вильнюсе печатание своих механических
таблиц, составленных для четырех арифметических действий, а
также для возведения в степень и извлечения корней для сложных
процентов и решения задач на тройное правило [27].
Ряд изобретений принадлежит Ю. И. Дьякову. В 1874 г. он
предложил подвижные бумажные таблицы в виде лент, наматыва-
ющихся на валики, для производства умножения и деления.
Результат достигался соответствующими поворотами валиков
[28].
В 1882 г. Дьяков описал свои новые таблицы умножения [29].
Его прибор представлял собой картонную пластинку в деревянной
рамке. Пластинка разделена на семь полос. На каждой полосе
девять матерчатых лент, на которых нанесены таблицы умноже-
ния (от 1X1 до 9X9). Ленты закреплены в середине прибора, так
6 Подробнее об истории счетов в XIX в. см. [14, 26]»
91
что могут перекидываться вверх и вниз. Умножение производится
открыванием соответствующих лепт и считкой частных произве-
дений. При считке нужно следить за складыванием в уме десят-
ков нижнего разряда с единицами высшего. Затем частные про-
изведения складываются на счетах конструкции Дьякова [30, 311,
получивших медаль на парижской выставке 1878 г.
Работами Дьякова интересовался Д. И. Менделеев. Он их все
хранил в своей библиотеке. Менделеев пользовался и таблицами
умножения Дьякова. В музее Д. И. Менделеева при Ленинград-
ском университете на письменном столе ученого и сейчас нахо-
дится прибор Дьякова. На экземпляре работы [29], хранящейся
в библиотеке Менделеева, имеется надпись: «Нашему общему учи-
телю Д. И. Менделееву. В знак глубокого уважения. Дьяков. 1 окт.—
83 г.».
В 1846 г. часовых дел мастер из Варшавы И. Штоффель пред-
ставил Петербургской академии наук свою арифметическую ма-
шину. Академия поручила дать отзыв об этой машине В. Я. Буня-
ковскому и Б. С. Якоби, которые оценили ее очень высоко [32].
На выставке в Варшаве в 1845 г. машина Штоффеля была награж-
дена серебряной медалью. В 1852 г. серебряной медалью второй
степени Штоффель был награжден и на выставке в Лондоне.
Машина Штоффеля 13-разрядная, на ней можно производить
четыре арифметических действия и, кроме того, извлекать квадрат-
ные корни. Академия наук даже высказалась за присуждение
Штоффелю Демидовской премии.
Штоффель предложил также второй аппарат для производства
сложения и вычитания над дробями со знаменателями 10, 12 и 15.
Этот прибор можно переделать и для действий с дробями с любыми
другими знаменателями. Хотя приборы Штоффеля получили очень
высокую оценку, они никакого распространения не имели. В
1876 г. счетная машина Штоффеля была передана автором в фи-
зический кабинет Академии наук как музейный экспонат.
В 1849 г. во Франции Морель и Жайе изобрели арифмометр,
который назвали по имени основного изобретателя — арифморель.
Он был изготовлен только в одном экземпляре. На арифмореле
можно было производить четыре действия с довольно большой
скоростью и с малыми усилиями.
Фриц Арцбергер (в Швеции) в 1866 г. предложил простой при-
бор, который применялся для сложения в большом количестве
больших чисел. Машина имеет две клавиши, при нажатии на ко-
торые поворачивается числовое колесо. При нажатии на первую
клавишу колесо поворачивается на одно деление, при нажатии на
вторую клавишу — на три деления. Сложение происходит пораз-
рядно.
Прибор для сложения был изготовлен также Максом Мейером.
Прибор имеет девять клавиш для чисел от 1 до 9. При нажатии
соответствующих клавиш вращается числовой круг. Десятки пе-
редаются при помощи длинного пальца. Емкость прибора 999.
92
В 1878 г. Оскар Лейнер изобрел прибор для сложения (стер-
жень для сложения). Прибор имеет вид толстого карандаша. При
сложении нужно надавить стержень в стол и продвинуть его на
столько, сколько единиц имеется у слагаемых. Продвигаясь, стер-
жень вращает числовое колесо, которое в окошках считки показы-
вает результат. Под действием пружины стержень приходит в ис-
ходное положение. Для набора десятков стержень нужно утопить
до упора столько раз, сколько десятков имеется у слагаемых. Пере-
дача десятков происходит при помощи длинного пальца. Емкость
прибора 999. Если придать прибору четвертое колесо, что вполне
возможно, то емкость увеличивается до 9999.
Во Франции Пететин из г. Безансона предложил в 1885 г. кар-
манный прибор для сложения. Прибор имеет три кнопки: для
единиц, десятков и сотен. Нажимая соответствующую кнопку, мы
поворачиваем числовое колесо на единицу. Десятки передаются при
помощи длинного пальца. На этом приборе действие сложения
производится очень медленно, так как для набора каждого слага-
емого кнопки надо надавливать столько раз, сколько составляет
сумма всех цифр этого числа. Емкость прибора 999.
В 1893 г. во Франции был изобретен сантиграф — прибор для
сложения с небольшой емкостью — 599. На приборе имеется пять
перенумерованных клавиш: 1, 2, 3, 4, 5. При нажатии на клави-
атуру она опускается, а при снятии пальца пружина заставляет
принять ее исходное положение. Для сложения чисел от 1 до 5
нажимают на соответствующую клавишу. Для сложения чисел
от 6 до 9 нажимают одновременно на две клавиши, сумма которых
равна данному числу. Сумма видна в окнах считки. При получении
суммы более 100 стрелка передвигается и указывает на цифру 1
и т. д. Стрелка показывает сотни, а десятки и единицы видны в
окне. Прибор имел существенные недостатки: относительная слож-
ность механизма, в частности передачи десятков, при небольшой
емкости; сложение происходит медленно; неудобство считки —
вначале идут десятки, затем единицы и только после этого сотни.
В 1845 г. в Петербургскую академию наук обратился со своими
изобретениями 3. Я. Слонимский (имя Слонимского было Хаим
Зелик, но в литературе он известен как Зиновий Яковлевич). Он
представил на рассмотрение два вычислительных прибора: один —
для сложения и вычитания, другой — для умножения и деления.
До этого (в 1844 г.) он демонстрировал свои инструменты в Гер-
мании, где получил хорошие отзывы от А. Гумбольдта, Ф. В. Бес-
селя, К. Якоби, И. Ф. Энке, А. Л. Крелле, а также премию Бер-
линской академии наук. С Гумбольдтом Слонимский поддержи-
вал связь до последних дней его жизни. В 1846 г. Крелле опубли-
ковал статью в издаваемом им «Журнале чистой и прикладной
математики», в которой дал доказательство теоремы, являющейся
теоретической основой прибора Слонимского для умножения [33].
Слонимский также опубликовал свое доказательство этой теоремы
на русском языке вместе с описанием инструмента [34].
93
Счетный прибор Слонимского для умножения
Петербургская академия наук наградила изобретателя поло-
виной Демидовской премии. Это была высокая награда, ею удоста-
ивались авторы первоклассных математических трудов.
Вначале остановимся на инструменте для умножения.
Слонимкий был приглашен на заседание физико-математиче-
ского отделения Академии наук, где «он сначала демонстрировал
свой прибор, а затем объяснял конструкцию и его действие, нако-
нец, он представил письменную формулировку своей теоремы»
[32, стр. 565] 7.
Счетный прибор Слонимского для умножения относится к тем
приборам, основой которых являются таблицы с определенными
правилами считки готовых результатов. Сам инструмент не произ-
водит операций, он выдает лишь табличные данные. Математи-
ческая теория этих инструментов различна и зависит от содержа-
ния и устройства таблиц, лежащих в основе инструмента.
Счетный прибор для умножения представляет собой продолго-
ватый и невысокий ящик размером 40X33X5 см. Внутри ящика
помещаются цилиндры, на которых нанесены цифры и буквы. Ци-
линдры имеют вращательное и, в направлении оси, поступатель-
ное движение. На верхней грани прибора имеется 11 рядов отвер-
7 В [32] помещены «Протокол заседания физико-математического отделения
4/IV 1845» и другие документы, связанные с изобретением Слонимского,
см. также [35].
94
стий. В каждом отверстии при работе машины можно прочесть
одну цифру или букву. Буквы ПОЯВЛЯЮТСЯ ТОЛЬКО во втором и
третьем рядах снизу и служат кодом выдачи результатов, т. е. ука-
зывают на порядок, в котором требуется производить «вычис-
ление». В других рядах окошечек появляются кратные данного
числа.
Физико-математическое отделение Академии наук поручило
В. Я. Буняковскому и П. Н. Фуссу дать отзыв об изобретении Сло-
нимского. Отзыв, подписанный 10/IV 1845 г., начинается следую-
щими словами: «Г-н 3. Слонимский, из Белостока, представил в
Академию наук изобретенную им арифметическую машину с под-
робным описанием ее употребления, устройства и теоретических
начал, на которых она основана... Слонимский в присутствии чле-
нов физико-математического Отделения производил (в Конференц-
зале) опыты вычисления посредством упоминаемой машины. Ост-
роумное изобретение молодого еврейского математика заслужило
всеобщее одобрение со стороны простоты и удобности приемов, ве-
дущих к искомому результату. Оставалось рассмотреть новый чис-
лительный прибор в теоретическом отношении» [32, стр. 565—
566].
В своем отзыве Буняковский и Фусс подчеркивали, что глав-
ное в приборе Слонимского не механизм, а теория, на которой при-
бор построен, что основной частью инструмента является таблица
распределения цифр на поверхности цилиндра. Это распределение
подчинено теоретико-числовой теореме, выражающей одно из
свойств фареевых чисел. Перейдем к рассмотрению математиче-
ской теории инструмента.
Последовательностью фареевых чисел Фп называется множест-
во несократимых рациональных чисел a/fe со знаменателем
принадлежащих сегменту [0,1] и расположенных в порядке их
возрастания. Например,
ф 1 1 1 а
Опираясь на теорему о числе фареевых дробей в последова-
тельности Фг-1, можно доказать следующее положение. Пусть име-
ем целое положительное число ат а2 ch в системе счисления
с основанием г. Умножим его последовательно на числа 1, 2, 3,..,
г—1, полученные произведения подпишем одно под другим с соб-
людением правила разрядов. В результате получим тп + 1 столбцов
(свободные места слева заполним нулями), каждый из которых
содержит г—1 цифр. Расположение цифр в столбце назовем пред-
ставлением столбца. Умножение на 1, 2, 3,..., г—1 всевозможных
чисел порождает бесконечное множество представлений.
Однако количество различных представлений будет конечным.
Оно определяется формулой
Л = г 2 ф (n) +1 .
95
При r= 10 получается Л =280. Систему представлений, соот-
ветствующую Ф9, назовем основной и выпишем ее:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20*21 22 23 24^25 26 27 28
000000000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0* 0 0 0^0* 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 о' 0 0000011111111111111
0000000001 1 1 1 1 1 1 1 1 1222222222
0000000111111122222223333333
000001111 1122222233333344444
0000111112222233333444445555
0001111122223333444455555666
0011111222333344445556666677
01111122233334 4 5555666777778
Эта таблица, имеющая 28 столбцов, построена следующим об-
разом. Выпишем дроби последовательности Ф9:
011111212 1 3234
1’9’8’ 7’ 6’ 5’ 9’4’ 7’ 3’ 8’ 5’ 7’ 9’
15435253745678
2 ’ 9 ’ 7 ’ 5’ 8’3’7’4’9’5’6’7’ 8’ 9*
Всего дробей, следовательно, 28. Согласно теории произведение
любой дроби, заключенной между двумя соседними фареевыми
дробями—и ~+1 на числа 1, 2, ..., 9 порождает то же представле-
Чг+1
ние, что и последовательность произведений на эти же числа фаре-
евой дроби—. Вычислим для примера значение членов 19-го столб-
71
ца основной таблицы. Девятнадцатой дробью в последовательности
5 5
Ф9 является . Умножаем последовательно на числа 1, 2, 3,...
...,9. В таблицу записываем целые части этих произведений:
4-1 = 0,...; 4-2 = 1,...; 4-3 = 1,...; 4-4 = 2,...;
4 5 = 3,...; 46 = 3>-; 4* 7 = 4»-"; 48 = 5’-’
А.9-5.
Так составлены все столбцы приведенной выше основной таб-
лицы. Однако полная таблица, которая нанесена на цилиндры, со-
стоит из 280 таких столбцов. Что представляют собой остальные
столбцы? Поясним на примере. Пусть перемножается число 7.
Кратные этого числа будут: 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63. Приба-
вим к ним числа какого-нибудь столбца основной таблицы, напри-
мер 19-го: 0, 1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5. Получим 7, 15, 22, 30, 38, 45, 53,
61, 68. Первые и вторые цифры образуют два представления двух
столбцов, которые и содержатся в этих таблицах. Нетрудно понять,
96
Чертежи к патенту второй машины Слонимского
4 И. А. Апокин, Л. К. Майстров
что общее число столбцов составит 280, т. е. 28 основных столб-
цов прибавляются к каждому столбцу, полученному после умно-
жения всех чисел от 0 до 9 включительно. Это множество столбцов
(280) и является таблицей Слонимского.
Основная теорема в бумагах академии написана так.
«1. Если какое-либо многозначное число п последовательно ум-
ножить на различные множители a, b, с, d, ..., число которых тп, и
если в т подписанных друг под другом произведениях рассматри-
вать цифры в вертикальном порядке справа налево так, чтобы г-й
вертикальный ряд всегда состоял из всех r-х мест в т произведе-
ниях, то эти ряды в отношении как значения, так и порядка пх
цифр могут иметь лишь определенное число р различных форм,
так что для каждого значения п каждый вертикальный ряд т про-
изведений может быть равен только одной из р известных форм.
2. Если одна из р известных форм для r-го места задана, то
этим уже обусловлено, какая из р очередных форм должна после-
довать на (г + 1)-м месте.
3. Из этого следует, что если чило р последовательных форм
известно раз навсегда, то по нему можно написать для каждого
многозначного числа п, последовательно справа налево, результа-
ты его умножения на a, b, с, d,..., не прибегая к умножению.
4. Пусть Q — число всех возможных различных правильных
дробей, у которых числа а, Ъ, с, d,..., могут быть числителями; тог-
да имеем всегда р = 10 ((? + 1)» [32, стр. 582—583].
Правило движения цилиндров (сообщение цилиндрам враща-
тельного движения и двух движений в направлении оси) дает воз-
можность получить в окошечках на поверхности инструмента
кратные данного числа а, т. е. а, 2л, За, ..., 9а. Это правило, отно-
сящееся к трем движениям цилиндра, довольно сложно.
Рассматривая принцип действия прибора Слонимского, видим,
что он был совершеннее многих других в том отношении, что сразу
выдает в готовом виде все произведения числа на однозначные
множители. Его «таблица умножения», использованная в приборе,
составлена оригинальным образом. Однако это изобретение не бы-
ло реализовано промышленностью, прибор не производился и ку-
старным способом. По-видимому, им никто не пользовался. Однако
это изобретение не является изолированным и имеет связь со мно-
гими изобретениями того же назначения.
В 1881 г. Иофе предложил (спустя более 30 лет после машины
Слонимского) так называемые счетные бруски (сам Иофе назвал
свои бруски арифмометром), которые были составлены так же, как
и цилиндры Слонимского. Бруски Иофе в России были довольно
широко распространены. На Всероссийской выставке 1882 г. они
получили почетный отзыв.
Прибор Иофе состоял из ящика с десятью отделениями, прону-
мерованными цифрами 0, 1, 2, ..., 9. В каждом отделении помеща-
лось семь четырехгранных брусков, обозначенных с четырех сторон
одной из цифр: 0, 1, 2 и т. д., а ниже — цифрами I, II и т. д.
98
и буквами А, В, С, D соответственно на
каждой стороне. Затем вслед за этими
обозначениями располагались столбцы
цифр из таблицы Слонимского, по одно-
му столбцу на каждой грани (на 70 че-
тырехгранных брусках как раз помеща-
ется 280 столбцов, составляющих пол-
ную таблицу Слонимского). Еще ни-
же — римские цифры и те же буквы
А, В, С и D. Римские цифры и буквы
служили для указания порядка, в кото-
ром следовало располагать бруски, что-
бы получить произведения данного
числа на однозначные множители. Рас-
смотрим пример умножения числа 325.
Для набора кратных взято четыре
бруска с цифрами 0, 3, 2, 5. Сначала бе-
рется брусок с цифрой 5 (по числу еди-
ниц) , с римской цифрой I и с буквой А.
п 0 3 2 5
11 I 1 I
В В С А
п-2 0 6 5 0
п-3 0 9 7 5
пЛ 1 3 0 0
п-5 1 6 2 5
п-5 1 9 5 0
п-7 2 2 7 5
п-8 2 6 0 0
п-$ 2 9 2 5
I II 1 I
А В В С
Внизу бруска находятся знаки 1 и С,
поэтому для цифры десятков из отделения 2 (по числу десятков)
взят тот из семи брусков, который имеет те же знаки 1 и С, но
сверху. Внизу мы видим знаки 1 и В. Для сотен берется тот из
брусков отделения 3, который сверху имеет эти же знаки: 1 и В.
Заметим, что внизу его — знаки 2 и В, поэтому из отделения 0
(для числа тысяч) взят тот из брусков, который вверху имеет эти
же знаки 2 и В. Этот порядок подбора брусков дает произведения
числа 325 на 1, 2, ..., 9.
Если, например, число 325 требуется умножить на 4569, то сле-
дует выписать произведения 325 на 4, 5, 6 и 9 сложить их в долж-
ном порядке на бумаге или на счетах.
Алгоритм выбора чрезвычайно упрощается, если составить таб-
лицу из 1000 столбцов. Расположим эту таблицу в 10 строк по 100
столбцов в каждой строке и объединим эти последние в группы
(таблички) по 10 столбцов в каждой. Таким образом получим 10 ко-
лонок по 10 табличек в каждой колонке и в каждой строке. Введем
следующие обозначения: буквами Мо, Mh М2, М3, М5, М6, M-t,
M8l Мд обозначим строки, Ко, /Л, ZG, #з, К^ К5, Кв, Ki, К8, Кд — ко-
лонки. На пересечении f-й строки и /-й колонки получим таблицу,
которую обозначим через Ац. Каждая табличка состоит из 10 столб-
цов, которые обозначим через А?., где z = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Следовательно, элементом таблицы будет столбец А?.. Зная пра-
вило выбора этих столбцов, можно получить все произведения лю-
бого числа на все однозначные числа. Это правило и выражается
символом А?., где индексы циклически перемещаются, когда мы
при перемножении какого-либо числа переходим от одной его циф-
ры к другой, начиная справа. Поясним это на примере. Пусть тре-
99
4*
буется найти кратные числа 0321. Первая цифра 1, соответствую-
щий ей столбец указывает символ Aj0, т. е. будет первым в Mi. По-
ложение столбца, соответствующего цифре 2, определяет символ
Д21, цифре 3 — Л32 и цифре 0 символ Лоз.
Выписывая найденные столбцы в ряд, получим произведение
числа 321 па все однозначные числа.
Бооль, по-видимому, не знал о существовании прибора Слоним-
ского, так как он говорит, что таблица Иофе составлена, по всей
вероятности, эмпирически [14].
На машину Слонимского для сложения и вычитания положи-
тельный отзыв дали М. В. Остроградский и Б. С. Якоби. Сложение
и вычитание в приборе Слонимского осуществлялось на простом
принципе передвижения реек, только вместо реек передвигались
дуги окружности. Для сложения двух чисел нужно было набрать
их на числовых дугах и прочитать результат в окнах считки. При
переносе десятки в следующий разряд, набирая соответствующее
слагаемое, следовало вращать дуги в другую сторону, на что ука-
зывало черное поле, на котором находились отверстия в числовых
дугах. При этом в следующем разряде числовое колесо поворачива-
лось на единицу.
Вычитание производилось аналогично на обратной стороне при-
бора, который выглядит как пластинка с соответствующими отвер-
стиями. Прибор был рассчитан на 12 разрядов.
Этот прибор Слонимского оказал влияние на целый ряд после-
дующих изобретений, в частности Куммер сконструировал свой
«счислитель» под непосредственным впечатлением от прибора Сло-
нимского.
В 1846 г. петербургский учитель музыки Куммер представил
Академии наук проект своей машины, который был рассмотрен на
заседании физико-математического отделения. В протоколе засе-
дания записано: «Непременный секретарь представил... счетную
машину, построенную неким г. Куммером, которая имеет суще-
ственные преимущества перед машиной г. Слонимского. Так как
автор желает получить о ней отзыв Академии, Отделение поручило
это г. Остроградскому, поскольку он уже рассматривал машину
Слонимского» [32, стр. 586].
Сохранился не только отзыв Остроградского, но и описание при-
бора, составленное самим Куммером.
Счетный прибор Куммера имеет вид прямоугольной доски с
фигурными рейками. Передвигая рейки, производят сложение и
вычитание. Вдоль реек в верхней половине, на которой написано
«сложение», нанесены цифры 1, 2,..., 9 (сверху вниз), а в нижней
для вычитания — 9, 8, ...,1. Верхнюю и нижнюю половины разде-
ляет планка с круглыми окнами для считки. На рейках, около
цифр, находятся отверстия, вставляя в которые специальный шты-
рек, можно передвигать рейки вверх и вниз. Отверстия бывают
круглые и квадратные — это дополнительное указание для напра-
вления движения реек.
100
Счислитель Куммера
«До начала вычисления круглые окошки ставятся на нуль...,—
писал Куммер.— Сложение происходит над этими окнами, вычита-
ние под ними. Три перпендикулярных ряда цифр справа... относят-
ся к копейкам..., остальные ряды... вместе с вырезами — к рублям»
[32, стр. 573]. Затем Куммер подробно описывает, как в счислите-
ле передаются десятки, особенно в таких случаях, например, как
999 + 1. Для выполнения умножения и деления в качестве вспомо-
гательного средства служит грифельная доска, вмонтированная в
нижнюю часть прибора. На ней записываются необходимые дан-
ные, а затем производится повторное сложение (или вычитание)
по разрядам. Сравнивая свой прибор со счетами, приборами Рота и
Слонимского, Куммер основные преимущества его видит в малых
размерах, простоте устройства и дешевизне. Подчеркнув недостат-
ки приборов Слонимского и Рота, Куммер несколько затушевал не-
достатки своего прибора. Основной из них состоит в неудобстве пе-
редачи десятков, если это нужно делать неоднократно, например,
при таком сложении: 999 + 1. Но прибор Куммера действительно
очень удобен в пользовании и дешев в изготовлении.
М. В. Остроградский дал очень похвальный отзыв от 3 октября
1846 г. на счислитель Куммера. Он пишет:
«Эта машина, предназначенная главным образом для сложения
и вычитания, служит для выполнения этих действий в любом ко-
личестве и любом порядке и производит их проще, чем какой-либо
другой прибор этого рода... Главная идея прибора г. Куммера заим-
ствована у г. Слонимского..., но г. Куммер так хорошо видоизменил
эту идею, что получилась гораздо более простая арифметическая
машина, чем у Слонимского, и превосходящая ее в некоторых дру-
гих отношениях» [32, стр. 575].
Физико-математическое отделение Академии наук одобрило со-
общение Остроградского об арифметической машине Куммера и в
своем отзыве отметило: «Хотя основная идея и была заимствована
у Слонимского, Куммер так видоизменил ее, что в результате полу-
чился счетчик или арифметическая машина, значительно более про-
стая, чем у Слонимского, и имеющая еще следующие преимуще-
ства: 1) значительно меньший объем, делающий его портативным;
2) более простой способ гашения; 3) полная уверенность в обра-
щении, что делает ошибки невозможными, если только не нарушить
основного правила, которое легко запоминается и не имеет исклю-
чений» [36, стр. 321].
Слова Остроградского по поводу того, что основная идея была
заимствована Куммером у Слонимского, и признание Куммера,
что идея его прибора была внушена ему счетчиком Слонимского и
что принцип обоих приборов один и тот же, послужили некоторым
препятствием в получении патента. Министр финансов запросил
мнение министра народного просвещения, графа Уварова, относи-
тельно того, как отнесется Слонимский к патенту Куммера. Уваров,
ссылаясь на суждение академии, ответил, что «расположение ча-
стей и внешняя форма счетчика Куммера столь существенно раз-
102
Аддпатор
нятся от прибора Слонимского, обращение с первым настолько про-
ще, благодаря его маленькому объему, а стоимость изготовления
настолько меньше, чем прибора Слонимского, что, по мнению От-
деления, этот последний не имеет никакого права протестовать про-
тив выдачи патента Куммеру» [32, стр. 576]. После некото-
рой задержки патент Куммеру был выдан на 10 лет 29 марта
1847 г.
Прибор Куммера оказался настолько удачным, что его выпус-
кают как в нашей стране, так и за рубежом. Известны различные
конструкции самых разнообразных счетчиков («Аддиатор» и др.),
которые являются небольшими видоизменениями счетчика Кумме-
ра. Так, в 1891 г. во Франции Траке изготовил арифмометр, кото-
рый отличался от счислителя Куммера только второстепенными
деталями. На Международной выставке в 1966 г. «Интерорг-
техника-66» фирма ФРГ «Фабер—Кастель» экспонировала лога-
рифмическую линейку-универсал, состоящую из обыкновенной ло-
гарифмической линейки, на обратной стороне которой вмонтиро-
ван счетчик Куммера [37].
В 1949 г. артель «Музремонт» г. Днепропетровска выпустила
счетную машину «Прогресс», которая являлась небольшой пере-
делкой счислителя Куммера. 12 декабря 1949 г. в Днепропетров-
ском инженерно-строительном институте был составлен акт о
качестве этой машины. В акте сказано, что «машина может быть
полезна инженерам-проектировщикам, научным работникам, сту-
дентам вузов и счетным работникам, так как она в значительной
степени облегчает расчетную работу» [38, стр. 19]. В последние
годы ленинградский завод «Северный пресс» выпустил счислитель
Куммера под названием арифметической линейки. Все это свиде-
тельствует об удачной конструкции счислителя, обеспечившей ему
столь долгую жизнь. Но, к большому сожалению, ни в одной из
этих счетных машин не упоминается ее изобретатель — петер-
бургский учитель Куммер. В России производил счетный прибор
Куммера механик и оптик И. Э. Мильк. Счислители производства
Милька имеются в Государственном историческом и Политехни-
ческом музеях в Москве, в Музее искусств и ремесел в Пари-
же и др.
Прибор Куммера всегда получал очень высокие оценки. Так,
Бооль писал: «Прибор представляет для действий сложения и вы-
читания такие качества, каких не имеет ни один из изобретенных
до сих пор счетных приборов и машин..., его надо признать совер-
шенным прибором для двух первоначальных действий» [14].
В 1867 г. В. Я. Буняковский предложил прибор для сложения
и вычитания, названный им самосчетами. Устройство прибора сле-
дующее. Металлический круг, по краю которого нанесены трижды
цифры от 0 до 9, может вращаться вокруг своей оси. Около каждой
цифры приделаны изогнутые стержни с шаровидными косточка-
ми на концах. При помощи любой из этих 30 косточек круг можно
поворачивать. Над верхней половиной круга имеется дугообразная
104
Самосчеты Буняковского
полоса с двумя рядами чисел: крупные числа — 1, 2, ..., 14 и более
мелкие, идущие в обратном порядке,— 14, 13, ... 2, 1. Крупные чис-
ла употребляются при сложении, мелкие — при вычитании. По ди-
аметру проходит планка с окнами считки. На планке имеются
кнопки для поворота колес считки (например, для установления
прибора в исходное положение). На цифровом колесе между циф-
рами 0 и 9 находится по зубцу (всего три зубца), которые входят
в зацепление с зубцами правого колеса считки, поворачивая его
каждый раз на один зубец. В окне считки при этом появляется со-
ответствующее число. Десятки передаются при помощи длинного
пальца.
105
Прибор помещен в деревянном ящике, в котором вмонтированы
еще маленькая грифельная доска и счеты. Непосредственно на при-
боре можно складывать и вычитать числа, не превышающие 14.
Действия с большими числами происходят поразрядно. Емкость
прибора 999. Если прибавить еще одно колесо, то легко сделать ем-
кость 9999. Буняковский разработал ряд приемов для работы на
самосчетах.
Для вычитания самосчеты удобны при вычитании из одного
числа целого ряда других. При вычитании только одного числа из
другого самосчеты не дают преимуществ в скорости по сравнению
с вычитанием на бумаге.
В. Я. Буняковский высоко оценивал русские счеты на заседа-
нии физико-математического отделения Академии наук 14 февраля
1867 г., когда обсуждались его самосчеты. В своем выступлении он
сказал: «Мы едва ли ошибаемся, утверждая, что ни один из суще-
ствующих арифметических снарядов и из тех, которые со временем
будут придуманы, не вытеснит из всеобщего у нас употребления
простых русских счетов» [39, стр. 34]. Свои самосчеты Буняков-
ский рассматривал как усовершенствованные счеты. В протоколе
заседания 14 февраля отмечалось близкое сходство нового числи-
тельного пособия с общеупотребительными счетами, поэтому его
назвали русские самосчеты. Наименование это оправдывается тем,
что, с одной стороны, в приборе постановка цифр имеет большое
сходство с перекидыванием косточек на счетах, а с другой сторо-
ны, числа как бы складываются сами.
Буняковский применил свои самосчеты для вычисления сред-
них месячных и годовых температур, а также вычитания средних
показателей барометра [40]. Самосчеты Буняковского можно ис-
пользовать для сложения большого числа малых слагаемых.
Конструктивно прибор имеет существенные недостатки. Отло-
женные числа при малейшем толчке могут быть сбиты. Нет про-
тивоинерционного приспособления. Бооль отмечает, что «Академик
Буняковский вовсе не был знаком с простым и прекрасным счисли-
телем Куммера» [14, стр. 62].
В Политехническом музее в Москве хранятся самосчеты, при-
надлежавшие В. Я. Буняковскому, о чем свидетельствует прило-
женная записка: «Самосчеты академика В. Я. Буняковского. По-
дарены Музею вдовой его Екатериной Николаевной через непре-
менного члена Императорского Общества любителей Естествозна-
ния п Астрономии Владимира Георгиевича фон-Бооль» [41].
Из-за своих недостатков самосчеты распространения не получи-
ли. Но вскоре был изготовлен компактный прибор, который явля-
ется видоизмененными самосчетамп Буняковского. Этот прибор
был недавно обнаружен 8.
О самосчетах Буняковского упоминают почти всегда, когда ка-
саются истории математики в России в XIX в. Схема работы этого
8 См. [42]. там же помещены фотография и схема работы. См. также [41,
стр. 95].
106
Видоизмененные самосчеты Буняковского
прибора также приводится очень часто. Это один из наиболее из-
вестных счетных приборов. Но при оценке самосчетов не следует
забывать, что в это время уже более 30 лет выпускались арифмо-
метры Томаса, а принцип, использованный Буняковским в само-
счетах, был известен с XVII в. Самосчеты Буняковского не были
удачным прибором, ими никто, кроме самого автора, по-видимому,
и не пользовался.
6. Чарльз Бэббидж — его идеи и машина
В XIX в. счетная техника развивалась в нескольких направле-
ниях. Первое и основное из них — это создание достаточно быстро-
действующих счетных машин, выполняющих четыре действия и
удобных в обращении (машина Томаса). Второе — изготовление
простых и дешевых машин небольшой емкости для выполнения
одного-двух действий (машины Куммера, Буняковского и др.).
107
Ч. Бэббидж
В первой половине XIX в. Чарльзом Бэббиджем была разработана
идея полностью автоматической вычислительной машины с про-
граммным управлением. Эта идея настолько опередила возможно-
сти своего времени, что была осуществлена только в XX в. при
создании электронных вычислительных машин.
Еще будучи студентом, Бэббидж вместе с Д. Гершелем обнару-
жил ряд ошибок в навигационных таблицах. Впервые навигацион-
ные таблицы были опубликованы в Англии в 1766 г. Трудоемкие
расчеты этих таблиц велись в течение многих лет. Несмотря на все
старания составителей, таблицы содержали ошибки, которые влия-
ли в первую очередь на точность ориентации кораблей в море.
Стремление избежать ошибок при составлении различных таб-
лиц привело Бэббиджа к мысли о необходимости расчета таблиц
на машине. Так, еще в студенческие годы определились основные
интересы Бэббиджа, связанные с созданием вычислительных ма-
шин, которым он посвятил всю свою долгую жизнь.
Бэббидж был очень энергичным и деятельным человеком. Он
брался за исследование разных предметов, но многие его работы так
и остались незавершенными. Он начал писать грамматику и состав-
лять словарь мирового универсального языка. Кроме того, Бэббидж
108
составил целую Серию словарей для самых различных целей. Он,
например, однажды написал статью «Об искуссстве открывания
всех замков», а затем сделал рисунок, отрицающий это открытие.
В течение всех своих поездок и путешествий Бэббидж никогда не
пропускал возможности измерить пульс и частоту дыхания живот-
ных, с которыми он сталкивался. В результате этих наблюдений
он подготовил «Таблицу констант класса млекопитающих». Бэб-
бидж был большим специалистом по составлению и расшифровке
различных кодов и шифров. Он предложил динамометрическую те-
лежку (вагон) и испытывал ее при быстрой езде по железным до-
рогам. Он даже предложил свой способ приучения лошадей к сед-
лу, кстати сказать, ничем не лучший, чем обычный, и т. п.
Бэббидж был крупным и известным математиком. В 1816 г. он
становится членом Лондонского королевского общества. В 1828 г.
Бэббидж был избран на одну из самых почетных должностей —
профессором математики Люкасовской кафедры Кембриджского
университета. Первым профессором этой кафедры был И. Барроу,
вторым — И. Ньютон; в паше время (с 1932 г.) ее занимал П. Ди-
рак.
При всей этой разнообразной деятельности основные силы и
устремления Бэббиджа были направлены па создание счетпых ма-
шин.
В период начала работы над вычислительными машинами на
Бэббиджа произвела большое впечатление организация труда при
составлении таблиц по Франции в конце XVIII в. В связи с введе-
нием метрической системы французское правительство решило
ввести принцип десятичности и в математику.
Была сделана попытка делить окружность не на 360°, а на 400
частей, т. е. каждый квадрант делить не на 90°, а на 100 частей, а
каждую сотую часть квадранта делить не на 60х, а также на 100 ча-
стей. Для такой перестройки требовалось пересчитать громадное
число таблиц, в первую очередь тригонометрических и связанных с
ними логарифмических. М. Прони было поручено руководить эти-
ми сложными и крупными расчетами. Работа под руководством
Прони, которая была начата в 1784 г., полностью отвечающая вы-
соким научным требованиям, была выполнена в удивительно ко-
роткий срок.
В это время в Париже были две вычислительные мастерские, в
которых производились одни и те же расчеты для взаимной про-
верки. Прони реорганизовал все расчетное дело. Всех вычислите-
лей из двух мастерских он разбил на три группы. В первую группу
входило пять-шесть математиков, задача которых состояла в под-
боре необходимых и удобных аналитических выражений. После вы-
полнения этой задачи ученые первой группы переходили во вто-
рую группу, состоявшую из девяти-десяти человек, достаточно хо-
рошо владевшими математикой. Задача второй группы состояла в
преобразовании формул, полученных первой группой, к такому ви-
ду, чтобы они были удобны для работы с числами. Кроме того, вто-
109
Часть машины Бэббиджа
рая группа вычисляла значение функций, отстоящих по значению
аргумента па 5 или 10 интервалов. Эти значения входили в окон-
чательную таблицу как ее основные значения.
Затем формулы передавались третьей, наиболее многочислен-
ной группе, состоящей примерно из 100 человек. Сотрудники тре-
тьей группы получали от второй вместе с формулами и исходные
числа. Используя только сложение и вычитание в той последова-
тельности, какая была указана в формулах, переданных из второй
группы, третья группа получала окончательные числовые резуль-
таты. Таков был путь расчета таблиц.
Следует отметить, что 90 % сотрудников третьей группы не зна-
ли математики далее двух первых действий арифметики. Но в рас-
четах они ошибались значительно реже, чем те, кто лучше знал
математику и больше понимал существо задачи. Вычислители тре-
тьей группы не знали общей задачи, да это им и не было нужно.
Умея довольно хорошо складывать и вычитать, они работали меха-
нически.
110
Таблицы, подсчитанные под руководством Прони, никогда не
были опубликованы. Они были изготовлены в двух экземплярах.
Каждый экземпляр содержал 17 рукописных томов большого фор-
мата.
После ознакомления с организацией работы над составлением
таблиц под руководством Прони у Бэббиджа возникла идея соз-
дать машину, которая вычисляла бы таблицы так же, как это де-
лали вычислители у Прони. Точнее говоря, машина должна была
заменить третью группу вычислителей, которая выполняла почти
всю счетную работу.
Бэббидж решил в основу работы своей машины положить из-
вестное свойство, состоящее в том, что конечные разности много-
членов соответствующих порядков (зависящие от степени много-
члена) равны нулю. Машину, которая будет работать па этом прин-
ципе, он назвал разностной.
Бэббидж предполагал использовать разностную машину для
вычисления любых функций, у которых разности высших поряд-
ков постоянны, а также для проверки ранее составленных таблиц.
Характеризуя возможности машины, он писал: «Все таблицы чи-
сел, которые следуют любому закону, хотя бы и сложному, могут
быть получены в большей или меньшей степени только соответ-
ственными операциями последовательного сложения и вычитания
чисел, входящих в каждую таблицу» [51, стр. 8].
В разностной машине для каждого порядка разности необхо-
дим отдельный регистр, в котором хранились бы числа и который
содержал бы устройство для последовательного складывания чисел
в соседних регистрах. Например, разностная машина, предназна-
ченная для табулирования полиномов второй степени, должна
иметь три регистра. Предположим, что табулируемая функция
у=х\ т. е. необходимо составить таблицу квадратов. Для этого
вычислим несколько квадратов последовательных целых чисел, на-
чиная с нуля: 0, 1, 4, 9; составим первые разности Д': 1, 3, 5, за-
тем вторые: 2, 2, т. е. все вторые разности равны двум. Введем в
регистры первые значащие числа из трех полученных рядов: 1, 1,
2. Во время первого цикла к числу во втором регистре прибавили
число из третьего регистра. В результате получим в регистрах чис-
ла 1, 3, 2. Во втором цикле к числу в первом регистре — единице —
прибавили число из второго регистра и числа в регистрах станут
4, 3, 2. После повторения двух циклов числа станут 9, 5, 2, затем
16, 7, 2 п т. д. Числа, полученные таким образом в первом регист-
ре, образуют последовательность квадратов чисел натурального
ряда. Если взять соответствующие начальные данные, то таким
образом можно табулировать любой многочлен.
Разностная машина предназначалась для расчета полинома
и(х), п-я конечная разность которого равна нулю (\пи(х) =0).
Такой полином был п — 1 степени. Для получения значения функ-
ции u(xj) необходимо было знать ее предыдущее значение
и диагональ конечных разностей Д1, Д2,..., Дп-1. Все эти значения
111
в разностной машине Бэббиджа могли устанавливаться на п реги-
страх из зубчатых колес, связанных друг с другом.
Принцип, положенный в основу разностной машины, мог быть
использован для расчета кубов чисел, логарифмических, тригоно-
метрических и многих других таблиц. При этом во многих случаях
следовало брать довольно большое число разностей, прежде чем до-
стигнуть их постоянного значения, а это в свою очередь означало,
что на машине необходимо произвести достаточно много действий,
чтобы получить табличное значение функции. Получение таблич-
ных значений функций при помощи полинома и конечных разно-
стей называется табулированием.
Бэббидж считал, что разностную машину можно использовать
для расчета таблиц с неизвестными аналитическими законами; он
высказывал также мысль о том, что на разностной машине можно
рассчитывать некоторые ряды, не имеющие постоянных разно-
стей.
Работать над созданием разностной машины Бэббидж начал
зскоре после 1812 г. Разработка и постройка механической вычис-
лительной машины в то время представляли довольно сложную
проблему. Бэббидж сам изобретал не только отдельные узлы, но и
некоторые машины, чтобы делать эти узлы. Инженерную помощь
получить было трудно. При всех этих сложностях Бэббидж сумел к
1822 г. построить небольшую действующую разностную машину с
тремя регистрами, каждый из которых имел шесть секций. В каж-
дой секции находилось по одному цифровому колесу, которые, в
соответствии с числом зубьев, имели по периметру числа от 0 до 9.
На нижнем колесе отмечались единицы, на следующем — десятки
и т. д. На этой машине можно было производить расчеты до
пяти знаков. Бэббидж рассчитывал на этой машине таблицу
квадратов, таблицу значений функции z/=rr2+^+41 и ряд дру-
гих таблиц.
После окончания первой разностной машины Бэббидж в 1822 г.
обратился с письмом к президенту Лондонского королевского об-
щества Г. Деви, в котором предлагал построить разностную маши-
ну значительно больших размеров, чем первая, для расчета глав-
ным образом астрономических и навигационных таблиц. В частно-
сти, в своем письме он пишет о причинах, которые побудили его к
работе над созданием вычислительных машин: «Невыносимая мо-
нотонная работа и усталость при непрерывном повторении простых
арифметических действий сначала вызвали желание, а затем под-
сказали идею машины, которая при помощи силы тяжести или лю-
бой другой движущей силы должна была заменить человека в вы-
полнении одной из самых медленных операций его ума» [43].
Новая машина должна была работать с 20-разрядными числами
и разностями шестого порядка (в ней должно было быть семь
20-разрядных регистров) и иметь печатающее устройство. При со-
действии Королевского общества Бэббидж получил от правитель-
ства финансовую помощь и в 1823 г. начал работать над созданием
112
машины. Он считал, что машина должна была весить после изго-
товления примерно 2 т, построена в течение двух-трех лет, стои-
мость ее составит 3—5 тыс. фунтов стерлингов. Но прошло 10 лет,
а машина еще не была построена, хотя на ее изготовление было
истрачено 17 тыс. фунтов казенных и 13 тыс. собственных денег.
В основном это произошло потому, что развитие техники того
времени и, в частности, производство точных механизмов, необхо-
димых при изготовлении разностной машины, были на достаточно
низком уровне. Кроме того, Бэббидж все время вносил поправки в
конструкцию своей машины.
В процессе работы над машиной Бэббидж выдвигал много но-
вых проблем перед машиностроением. Временами ему удавалось
привлечь к работе над разностной машиной высококвалифициро-
ванных и способных инженеров. Так, например, одно время над
разностной машиной работал один из крупнейших английских ин-
женеров Дж. Витворт.
При разработке разностной машины Бэббидж очепь мпого вни-
мания уделял отдельным важным вопросам. Так, например, он не-
однократно перерабатывал узлы машины, чтобы сократить время
переноса при сложепии (соответственно и умножении). В резуль-
тате оп добился, что время переноса было уменьшено в четыре раза
по сравнению с первой машиной.
Нехватка механизмов, квалифицированных людей, денег, бес-
конечные поправки и изменения в конструкции машины — все это
привело к многочисленным конфликтам, и работа над созданием
машины продвигалась вперед крайне медленно. Энтузиазм окру-
жающих, в том числе и ученых, сменился недоверием. От его ра-
боты почти все отвернулись. К 1832 г. Бэббидж, по существу, ос-
тался один с неоконченной машиной. С этого времени работа над
машиной продвигалась медленно.
В начале 1833 г. небольшая часть машины была построена, и
она работала с запланированной точностью. Несмотря на это, даль-
нейшая работа над машиной прекратилась.
В 1834 г. Бэббидж обратился к премьер-министру Ч. Грею за
дополнительной финансовой помощью. Но прежде чем Грей вы-
сказал свое отношение к продолжению работ Бэббиджа, возглавля-
емое им правительство подало в отставку. В течение последующих
восьми лет Бэббидж еще надеялся получить поддержку от прави-
тельства, но в 1842 г. премьер-министр Р. Пиль сообщил, что пра-
вительство не может оказать ему финансовой поддержки.
Незаконченная разностная машина вместе со всеми чертежами
была сдана на хранение в 1843 г. в музей Королевского колледжа
в Лондоне. Часть машины была закончена в 1862 г., она хранится
в научном музее в Лондоне. Кроме того, из частей разностной ма-
шины была построена демонстрационная модель, находящаяся в
настоящее время в Кембридже.
Таким образом Бэббиджем впервые была предложена машина,
которая могла, в отличие от всех предшествующих машин, не толь-
113
ко производить один раз заданное действие, но и осуществлять це-
лую программу вычислений.
Имя Бэббиджа связано в первую очередь с разработкой идеи
автоматической вычислительной машины общего назначения с
программным устройством. Работая над разностной машиной, он
увидел возможность создать новую машину, которая должна была
значительно превзойти разностную. Эту будущую машину он на-
звал аналитической машиной.
Первый рисунок аналитической машины Бэббидж сделал в сен-
тябре 1834 г. Эта машина была задумана им как чисто механиче-
ское устройство. Несмотря на это, мы говорим, что аналитическая
машина Бэббиджа явилась предшественником современных элект-
ронных вычислительных машин. Применение электрических и
электронных средств не изменило теоретических построений и ос-
новных установок Бэббиджа. То, что машина Бэббиджа была ме-
ханической, мы ни в коей мере не можем ставить ему в упрек.
В то время работы в области электричества только начинались, в
частности, электромеханическое реле, без которого нельзя предста-
вить развитие вычислительных машин, было изобретено Д. Генри
только в 1835 г. и Бэббиджу было неизвестно.
Поражает то, что Бэббидж сумел предвидеть все основные части
современных вычислительных машин и все основные задачи, кото-
рые она может решать, хотя осуществлено это было только через
100 лет.
В настоящее время цифровые вычислительные машины с про-
граммным управлением связывают с электрическими средствами,
но это не имеет принципиального значения. Использование элект-
ричества и электронных схем позволило намного увеличить быст-
родействие и надежность машины.
В 1835 г. Бэббидж в письме президенту Брюссельской акаде-
мии наук Стассарту останавливается на возможностях своей ма-
шины. Это письмо было представлено на общее собрание акаде-
мии 7—8 мая 1835 г. Приведем выдержку из этого письма (в пере-
воде В. Я. Буняковского):
«Я сам удивляюсь могуществу составляемой мною машины, за
год перед сим я не поверил бы возможности такого результата.
Эта машина может производить действия над ста переменными
(числами, которые могут изменяться); каждое число может состо-
ять из 25 цифр. Если изобразить через vt, v2,..., vn какие угодно
числа, где п менее ста, и предположим, что имеем какую ни есть
функцию / (vi, v2..., vn), которая составляется посредством сложе-
ния, вычитания, умножения, деления, извлечения корней и возвы-
шения в степени, то машина определит численную величину этой
функции. Она произведет подставление сей величины на место
v или иной переменной и вычислит новую функцию относительно
Vi. При пособии этой машины почти все уравнения в конечных раз-
ностях могут быть приведены в таблицы. Положим, что посредст-
вом наблюдений получили до тысячи величин a, b, с, d, и желаем
114
вычислить их по формуле р ’ спеРва приготовляют ма-
шину к вычислению этой формулы и располагают первый ряд ве-
личин а, Ъ, с, d\ потом машина вычислит их, напечатает и уравнит
нулю; наконец зазвонит колокольчик и тем самым даст знать, что
надобно расположить второй ряд постоянных. Когда, между ка-
ким ни есть числом последовательных коэффициентов ряда суще-
ствует отношение, выражающееся, как сказано было выше, то ма-
шина вычислит их и определит последовательно члены того ряда;
после того можно будет расположить машину так, что опа даст
сумму ряда для каких угодно значений переменного количества»
[45, стр. 90—91]. В конце письма Бэббидж говорит, что он уже
сумел преодолеть самые большие трудности в своем изобретении
и что чертежи машины будут закончены через несколько месяцев.
В 1840 г. Бэббидж едет в Италию, где он читает лекции и прово-
дит (в Турине) ряд заседаний, на которых впервые подробно изла-
гает свои взгляды на вычислительные машины.
Один из участников этих заседаний Л. Ф. Менабреа подробно
записывал содержания лекций и бесед Бэббиджа. Будучи способ-
ным математиком, Менабреа усвоил и оценил новаторские идеи
Бэббиджа, разобрался в устройстве его машины. В октябре 1842 г.
появилась статья Менабреа, в которой впервые дано описание ма-
шины Бэббиджа и изложение его идей («Bibliotheque Universelie
de Geneve», 1842, N 82). Впоследствии Менабреа получил звание
профессора прикладной математики. Участвуя в освободитель-
ной борьбе, он стал одним из генералов Д. Гарибальди и сыграл
существенную роль в объединении Италии. В 1867 г. он был изб-
ран премьер-министром объединенной Италии.
Вскоре после появления статьи Менабреа графиня Лавлейс,
единственная дочь поэта Дж. Байрона, сообщила Бэббиджу, что
она ее перевела на английский язык. В беседе с Лавлейс, в конце
нюня 1843 г., Бэббидж посоветовал ей, чтобы она наряду с перево-
дом написала и свою оригинальную работу. Следуя этому совету,
Лавлейс сделала примечания к тексту Менабреа, и в конце августа
1843 г. перевод с примечаниями был издан под названием «Замет-
ки об аналитической машине, изобретенной г. Бэббиджем» [46].
В своих примечаниях Лавлейс отмечала особенности структу-
ры и возможности аналитической машины, попутно высказывая
много глубоких п интересных мыслей, относящихся к общим воп-
росам теории вычислительных машин. Но основная ее заслуга
состоит в том, что она разработала первые программы для анали-
тической машины, заложив основы программирования. Лавлейс
принадлежала к тем немногочисленным современникам Бэббиджа,
которые разобрались в его идеях и оценили их значение.
Из примечаний Лавлейс часто приводят следующее высказыва-
ние: «Аналитическая машина не претендует на то, чтобы созда-
вать что-то действительно новое. Машина может выполнять все
то, что мы умеем ей предписать» [48, стр. 43]. Мы не будем
115
останавливаться на этом вопросе, он неоднократно обсуждался в ли-
тературе. Приведем только соображения А. Тьюринга: «Мнение о
том, что машины не могут чем-либо удивить человека, основывает-
ся, как я полагаю, на одном заблуждении, которому в особенности
подвержены математики и философы. Я имею в виду предположе-
ние о том, что коль скоро какой-то факт стал достоянием разума,
тотчас же достоянием разума становятся все следствия из этого
факта. Во многих случаях это предположение может быть весьма
полезно, но слишком часто забывают, что оно ложно. Естественным
следствием из него является взгляд, что якобы нет ничего особен-
ного в умении выводить следствия из имеющихся данных, руко-
водствуясь общими принципами» [48, стр. 45].
Остановимся кратко на примечаниях Лавлейс. Вначале она
сравнивает разностную и аналитическую машины, говоря о том,
что аналитическая машина по отношению к разностной играет та-
кую же роль, какую играет анализ по отношению к арифметике.
Характеризуя разностную машину, Лавлейс говорит, что фактичес-
ки машина может быть описана как материальное выражение
функций любой степени общности и сложности, например
Р (х, у, z, log х, sin у, хр, ...), где F является функцией всевозмож-
ных функций любого числа переменных. Лавлейс очень высоко
оценивала значение перфокарт, которые ранее использовались в
ткацком производстве Жаккаром при получении сложных рисун-
ков. Лавлейс подробно описывает использование перфокарт раз-
личных типов: карт данных, рабочих карт и карт результатов.
Затем Лавлейс переходит к расчету на машине различных
функций. Менабреа для расчета функции (а-\-Ъх) (A+# cos х)
приводит почти без пояснений таблицу. Лавлейс дает подробные
объяснения этого примера. Затем она приводит примеры вычисле-
ния тригонометрического ряда и умножений таких рядов. Наиболее
сложным примером, который рассматривает Лавлейс, является
расчет чисел Бернулли. Для всех этих примеров она не только
составляет программы, но и вводит для них ряд усовершенствова-
ний, поступая как опытный и искусный программист.
Даже при использовании современных методов программирова-
ния на трехадресной машине, какой была аналитическая машина,
не представляется возможным сократить более длину программы,
составленную Лавлейс.
В своих примечаниях Лавлейс касается многих вопросов,
относящихся как к расчетам на машине, так и к общим проблемам,
связанным с задачами и возможностями машины.
Эти примечания Лавлейс были первой работой по программи-
рованию, в ней были заложены многие идеи современного про-
граммирования.
С 1842 по 1848 г. Бэббидж занимался исключительно конструи-
рованием аналитической машины. В эти годы он разработал ее
теоретические основы и уяснил огромные возможности, присущие
подобным устройствам. Без финансовой поддержки от правитель-
116
ства Бэббидж работал, используя свои собственные средства, ко-
торые постепенно таяли. Он нашел инженеров, чертежников и
работников, которые работали у него дома. В процессе работы над
машиной Бэббидж все время ставил эксперименты п вносил бес-
конечные изменения в конструкции машины.
Описание машины Бэббиджа не сохранилось, но по его запис-
кам, письмам, чертежам, высказываниям можно проследить ход
его мыслей и восстановить процесс работы над машиной.
Аналитическая машина должна была включать три основных
блока:
1. Устройство, в котором цифровая информация должна была
храниться на регистрах из колес.
В современных машинах аналогичный блок называется запо-
минающим устройством, иногда он называется накопителем пли
памятью. Бэббидж назвал эту часть машины «складом». Числа,
которые хранились и регистрировались на складе, вводились (на-
бирались) при помощи счетчиков, состоящих из зубчатых колес.
2. Устройство, в котором могут осуществляться различные
операции с числами, взятыми из склада. В настоящее время такая
часть машины называется арифметическим устройством. Бэббидж
назвал эту часть «фабрикой».
3. Устройство для управления последовательностью операций,
выборкой чисел, с которыми производятся операции, и выводом
результатов. У Бэббиджа для этой части машины не было специ-
ального названия. В настоящее время аналогичный блок машины
называется устройством управления.
В конструкцию аналитической машины входило также устрой-
ство для ввода и вывода.
Вое устройства в машине Бэббиджа были задуманы как чисто
механические с использованием перфокарт.
Эффективность машины как вычислительного устройства во
многом зависит от количества информации, которая может хра-
ниться в ее памяти, т. е. от объема памяти. Бэббидж планировал
память для своей машины из 100 колонок до 50 цифровых колес в
каждой колонке, т. е. на 100 чисел длиной в 50 десятичных разря-
дов, что соответствует 150 000 двоичных знаков — величина, впол-
не приемлемая и для современных машин. Машины с таким объе-
мом памяти начали выпускать только с 1946 г. Кроме того, маши-
на должна была содержать логарифмические и другие таблицы.
Позже Бэббидж предполагал иметь в памяти 200 чисел по 25 де-
сятичных знаков.
Для памяти Бэббидж предложил использовать регистр из зуб-
чатых колес, каждое из них могло останавливаться в одном из де-
сяти положений, т. е. «запомнить» один десятичный знак. Для пе-
реноса чисел из памяти в другие части машины предполагалось
применить зубчатые рейки и перфокарты.
В арифметическое устройство для ускорения вычислений Бэб-
бидж ввел специальный механизм предварительного переноса. Он
117
считал его одной из наиболее важных частей аналитической маши-
ны, начертил около 30 различных вариантов его конструкции.
В случае последовательного переноса, если он, например, имеется
во всех пятидесяти разрядах, время, затраченное на эту операцию,
может на много превысить время основного цикла — сложения.
В современных арифмометрах требуется в среднем столько же
времени для фазы переноса, сколько и для фазы сложения.
С помощью механизма предварительного переноса при сложе-
нии 90% времени затрачивается на чистое сложение и только
10% — на перенос.
Считая, что скорость движущихся частей машины не превыша-
ет 40 фут/мин (12 м/мин), Бэббидж дал такую оценку быстродей-
ствия своей машины. Сложение или вычитание — 60 операций в
минуту или 1 операция в секунду; умножение двух 50-разрядных
чисел — 1 операция в минуту; деление 100-разрядного числа на
50-разрядное — 1 операция в минуту. Это примерно в 100 раз
медленнее, чем в первых электронных вычислительных машинах.
Время на производство умножения и деления резко уменьшалось,
если числа содержали меньше знаков.
Для устройства управления Бэббидж использовал разновид-
ность карт Жаккара 9, применяемых в ткацком станке для произ-
водства тканей со сложным узором. Наличие большого числа пер-
фокарт, идущих одна за другой, дает возможность изготовлять до-
вольно сложные узоры. Так, например, знамя с двуглавым орлом
изготовлялось на станке с 14 000 карт. Следует отметить, что сама
операция изготовления карт довольно сложная. При большом ко-
личестве карт на их изготовление уходило очень много времени.
Идея управления работой ткацкого станка при помощи перфо-
карт высказывалась и ранее (в 1728 г.— Фальконом, в 1745 г.—
Вокансоном и др.). Но только Жаккару удалось осуществить эту
идею в работающем ткацком станке. Его конструкция станка
(1804 г.) быстро получила широкое распространение во Франции;
с 1824 г. она вошла в употребление в Англии [50].
После изобретения Жаккара перфорационный принцип управле-
ния (при помощи отверстий на карточке или ленте) получил ши-
рокое распространение в тех машинах, где требовалось согласо-
вание различных действий многих механизмов. Этот принцип ис-
пользовали в музыкальных аппаратах, наборных машинах и в не-
которых других случаях. Бэббидж первый использовал перфокарты
в счетных машинах.
Все применяемые в машине перфокарты Бэббидж разделил по
назначению на несколько массивов. Карты для записи перемен-
ных предназначались для выборки чисел из памяти в арифмети-
ческое устройство и соответственно для обратного переноса (уп-
9 Ж. М. Жаккар — французский ткач и механик, внесший много усовершен-
ствований в ткацкое дело. В 1799 г. он построил свой первый ткацкий
станок, который на выставке в Париже в 1801 г. получил бронзовую ме-
даль.
118
Ж. М. Жаккар
равляющие карты), карты операций — для определения типа опе-
раций и подготовки арифметического устройства (операционные
карты). Щупы, проходящие в отверстия перфокарт, должны были
приводить в движение механизмы.
Бэббидж предполагал операционные карты пробивать следую-
щим образом. Для сложения карта должна была иметь ООО >
вычитания О О О , умножения |о О О , деления
. Предусматривалось, что ввод чисел в машину будет
Для
ООО
также происходить при помощи перфокарт. Таким образом в ма-
шину могли подаваться различные таблицы (например, логариф-
мические и др.).
В письме к Лавлейс от 2 июня 1843 г. Бэббидж указывал, что
с помощью одной карты нельзя заказать более одной переменной
или одной операции, так как механизм не приспособлен для этого.
Интересно отметить, что практически только с 60-х годов XX в.
стало возможным вести многопрограммную обработку данных;
ранее в машине одновременно выполнялась только одна команда.
119
По поводу использования таблиц Бэббидж отмечает, что опера-
ции на машине проводятся так быстро, что часто время на вычи-
сление нужного числа затрачивается меньше, чем отыскание его в
таблицах. Это замечание Бэббиджа справедливо и для современ-
ных машин.
В машине Бэббиджа карты собирались вместе и затем направ-
лялись в память в надлежащей последовательности для про-
ведения операций над соответствующими переменными. Организа-
ция управления с помощью карт свидетельствовала, что в машине
Бэббиджа была применена одноадресная система команд. Для
проведения отдельной операции требовалась одна карта и три
карты для записи чисел, причем две из них фиксировали числа,
с которыми производятся операции, а третья предназначалась для
указания колонки, где должен быть помещен арифметический
результат операции.
Лавлейс очень образно писала о назначении перфокарт: «Кар-
ты только указывают сущность операций, которые должны быть
совершены, и адреса переменных, на которые эти действия на-
правлены. Машина ткет алгебраический узор, как ткацкий станок
Жаккара — цветы и листья» [51, стр. 252].
В машине предусматривались три способа вывода результатов:
1) печатание одной или двух копий результатов; 2) изготовле-
ние стереотипного отпечатка; 3) пробивка цифровых результатов
на перфокартах или металлических пластинках. Современные ма-
шины используют для устройства ввода-вывода перфокарты, пер-
фоленты, магнитные диски — Бэббидж, как мы видим, предусмот-
рел подобные элементы.
Для хранения информации в памяти Бэббидж собирался ис-
пользовать наряду с перфокартами металлические диски. В этом
устройстве легко увидеть прообраз магнитной ленты в современ
ном запоминающем устройстве.
Приведем один из примеров программирования на машине
Бэббиджа. Пусть необходимо рассчитать выражение (a&4~c)d.
Последовательность операций представлена в таблице (см.
стр. 121).
При проведении данного расчета в машине используются че-
тыре перфокарты для ввода исходных величин, три карты опера-
ций и четырнадцать управляющих карт. Нужный комплект карт
при работе устанавливается на вращающийся цилиндр, с каждым
шагом которого вводится новая карта. Система работает синхрон-
но, и поворот цилиндра обеспечивается управляющими картами.
В своей машине Бэббидж предложил идею программного уп-
равления ходом вычислений и предусмотрел команду, которая в
настоящее время называется командой условного перехода (УП).
Выполняя разнообразные функции, команда УП является основ-
ной в современных вычислительных машинах. Благодаря ей ма-
шина выбирает, по какому пути вести вычисления в случае
появления того или иного признака; может быть предусмотрено
120
Управляющие карты Операцион- ные карты Существо операции
1 Установить а на колонке 1 памяти
2 » Ъ » 2 »
3 » с » 3 »
4 » d » 4 »
5 Вызвать а из памяти в арифметическое устройство
6 » Ъ » » »
1 а X Ъ = рг
7 Установить pi на колонке 5, где хранить для
дальнейшего использования
8 Вызвать pi в арифметическое устройство
9 » с » »
2 Pi + с = к
10 Установить к па колонке 6 памяти
И Вызвать d в арифметическое устройство
12 » к » »
3 d X к = ръ
13 Установить ръ на колонке 7
14 Вывод ръ одним из предусмотренных способов
продолжение программы, переход к другой ее части, пропуск
определенного количества инструкций, попеременный переход к
разным частям программы и т. п. Бэббидж показал, что решение
вопроса на его аналитической машине о принятии одного из двух
путей зависит от знака, принимаемого некоторой вычисляемой
величиной. Бэббидж рассматривает такой пример: 423—511
00000 00000 00000 00423
00000 00000 00000 00511
99999 99999 99999 99912
Процесс переноса десятков в этом примере приведет к тому,
что на всех местах слева от значащих цифр появляются девятки,
которые будут распространяться до крайней левой части регистра.
Движение механизма переноса, который заставил бы девятку по-
явиться в следующем регистре (если бы он существовал), можно
использовать для пуска любой цепи действий. В данном примере
соответствующий механизм приходит в движение только в случае
предварительного отрицательного результата. Лавлейс приводит
более сложный пример, в котором число, изменяющее знак, вво-
дится для этого специально.
Бэббидж выделял один из регистров только для счета количе-
ства операций, что является важной особенностью современных
машин, так как, например, возможно программировать вычисле-
ния даже в том случае, когда число операций не может быть оп-
ределено до проведения части вычислений.
121
С вводом в машину команды УП Бэббиджем сделана попытка
совершенно нового использования машины. Введение команды
УП ознаменовало собой начало замены машиной не только вычис-
лительной работы человека, а замены и логических операций,
которые производит человек. С кодом УП в вычислительных
машинах связан и принцип обратной связи. Обратная связь осу-
ществляется между арифметическим устройством (АУ) и уст-
ройством управления (УУ) — изменение признака результата
в АУ обусловливает выбор УУ той или иной команды для даль-
нейшего выполнения.
У Бэббиджа было около 30 различных вариантов и модифика-
ций аналитической машины. Для всех них Бэббиджем были со-
ставлены чертежи и рисунки, а для многих были изготовлены
различные узлы. Несмотря на такое обилие вариантов, все они
были подчинены новым и необычным принципам. В машине
должно было быть осуществлено полное управление арифмети-
ческими операциями независимо от величины чисел, над кото-
рыми производятся операции; кроме того, должно было быть
полное управление комбинациями алгебраических символов не-
зависимо от их количества и длины ряда операций, в которых
они участвуют.
При работе машины могли быть использованы таблицы значе-
ний различных функций: логарифмической, тригонометрических
и др. Эти таблицы должны были быть отперфорированы на кар-
тах — это так называемые цифровые карты. При необходимости
найти величину табличной функции предполагалось, что в соот-
ветствующем окошке машины будет показан ее аргумент и про-
звенит предупредительный звонок. Вычислитель должен был вы-
брать карточку, в которой пробиты значения этого аргумента и
функции, и вставить ее в машину. Машина проводит проверку
считыванием полученного аргумента. Аналогичную проверку вы-
полняют и современные цифровые вычислительные машины. Ус-
ловием дальнейшей работы машины является равная нулю раз-
ность двух аргументов, в противном случае карточка отбрасыва-
ется, дается звонок и машина требует «точной интеллектуальной
пищи Ь’
В результате работы над аналитической машиной Бэббиджем
было сделано свыше 200 подробных, выполненных в масштабе,
чертежей машйн и ее отдельных узлов. В общей сложности на
чертежах было изображено 50 000 деталей. План № 25, датирован-
ный 6 августа 1840 г., был размножен литографированным спосо-
бом. Большое число всевозможных вариантов затрудняет устано-
вить, какая комбинация узлов может быть признана наилучшей
для общего плана. К отдельным частям машины было написано
свыше четырехсот замечаний.
Сын Ч. Бэббиджа, генерал-майор Г. П. Бэббидж, оценивая
аналитическую машину, писал: «Я вполне уверен в том, что при-
дет время, когда подобная машина будет построена и станет мощ-
122
ным средством распространения не только чистой математической
науки, но и других областей знания. И я хочу, как бы далеко оно
не было, ускорить приближение этого времени и помочь общей
оценке работ моего отца, так мало известного или понятого мас-
сами даже образованных людей» [52].
Бэббидж предполагал применить свою машину для вычисле-
ния различных математических и морских таблиц, для проверки
таблиц логарифмов, для вычисления средней продолжительности
жизни в Англии и для решения многих других задач.
Основные идеи Бэббиджа относительно работы математиче-
ской машины и ее логической структуры удалось реализовать
лишь в современных вычислительных машинах. Простое перечис-
ление проблем, которые поставил Бэббидж и которые он пытался
решить в своей аналитической машпне, поражает своей глубиной
и предвидением современного состояния развития счетных
машин.
Прежде всего нужно отметить его идею создания цифровой
вычислительной машины для выполнения научно-технических
расчетов, которая должна работать автоматически в соответствии
с заданной программой. Ему принадлежит и разработка структу-
ры подобной машины [67].
7. Арифмометр Чебышева
В XIX в. в связи с развитием науки и техники потребность
в счетных машинах все время возрастала. Мы видели, что было
предложено большое количество самых разнообразных машин.
После арифмометра Томаса и работ Бэббиджа обращает на себя
внимание арифмометр П. Л. Чебышева.
В 1878 г. П. Л. Чебышев передал в Парижский музей искусств
и ремесел свой арифмометр, точнее, суммирующую машину. На
XI сессии Французской ассоциации содействия преуспеванию
наук в 1882 г. П. Л. Чебышев сделал доклад «О новой счетной
машине». Содержание доклада не сохранилось, но, по-видимому,
оно изложено в заметке «Счетная машина с непрерывным движе-
нием», опубликованной впервые в «Revue Scientifique», 1882,
№ 13 (см. [58]). Это была первая публикация об арифмометре
Чебышева. Затем появилась заметка М. Оканя, профессора Поли-
технической школы, впоследствии члена Парижской академии, в
«Annales de conservatoire des Arts et Metiers», 1893, V, serie 2.
Окань, после смерти Э. Люка, занимался коллекцией счетных ма-
шин Музея искусств и ремесел в Париже. В письме к Чебышеву он
писал: «В моем распоряжении нет сколько-нибудь полного опи-
сания машины, изобретенной Вами... Я буду Вам чрезвычайно
обязан, если Вы соблаговолите мне сказать, где я мог бы найти
такие указания, и, более того, в случае если таковые никогда не
были опубликованы, не были бы Вы любезны сообщить их непо-
средственно мне?» [59, стр. 448]. Удивляет, что Окань искал опи-
123
сание того арифмометра, который был у него. Кроме заметки Оканя
имеется статья [60], вошедшая в книгу [14].
В статье Бооля приводится описание арифмометра Чебышева
и принципа его работы, фотографии арифмометра получены Бо-
олем от самого Чебышева. Эти фотографии приводились затем
неоднократно. В статье Бооля имеется и рисунок, поясняющий
устройство арифмометра. По статье Бооля нами составлена схема
работы этого арифмометра.
Чебышев в своем письме к Боолю писал: «Вашим сообщением
разъясняется многое, что темно у Окань, и он сам воспользуется
этим при предстоящих конференциях в консерватории [т. е. в Му-
зее искусств и ремесел]» [59, стр. 456].
Однако были некоторые источники, которые указывали на
существование более раннего экземпляра арифмометра П. Л. Че-
бышева, точнее, суммирующей машины с непрерывным переносом
десятков.
Так, на V сессии Французской ассоциации содействия преус-
певанию наук в 1876 г. Чебышев сделал доклад «Суммирующая
машина с непрерывным движением». В [59] относительно этого
доклада сказано: «Содержание доклада неизвестно. Можно пред-
полагать, что речь шла об одной из первых моделей известного
арифмометра П. Л. Чебышева» (стр. 164). Если еще учесть, что
доклад Чебышева на XI сессии той же ассоциации в 1882 г. назы-
вался «О новой счетной машине», то естественно предположить, что
первый арифмометр был построен Чебышевым до 1878 г. Это
предположение подтверждается в работе [61], в которой сказано:
«Экземпляр арифмометра хранится в Conservatoire des Arts et
Metiers в Париже. Кроме этого сохранился один из ранних экзем-
пляров арифмометра, обнаруженный нами среди других архивных
материалов» (стр. 72).
После длительных поисков нам удалось этот арифмометр
найти. Он хранится сейчас в музее истории г. Ленинграда (подроб-
нее об этом см. [62]).
Арифмометр Чебышева — это суммирующая машина с непре-
рывной передачей десятков. В машинах с прерывной (дискрет-
ной) передачей колесо высшего разряда продвигается сразу на
одно деление, в то время как колесо низшего разряда переходит
с 9 на 0. При непрерывной передаче десятков соседнее колесо
(а вместе с ним и все остальные) постепенно поворачивается на
одно деление, пока колесо младшего разряда совершает полный
оборот. Чебышев этого достигает применением планетарной пе-
редачи. Арифмометр Чебышева был построен как 10-разрядная
суммирующая машина.
Сложение на этом приборе выполняется просто. С помощью
наборных колес набираются поочередно слагаемые и результат
считывается в окнах считки. На наборных колесах имеются спе-
циальные зубцы, с помощью которых поворачиваются колеса. На
корпусе арифмометра, рядом с наборными колесами, для удобства
124
П. Л. Чебышев
набора написаны цифры. При вычитании набирается уменьшае-
мое, а вычитаемое нужно набирать, вращая наборные колеса в
обратную сторону.
В связи с непрерывной передачей десятков «чтение цифр
становится более трудным» [58, стр. 158]. Единицы всегда стоят
в середине окошка и считываются без затруднений. Окошко для
единиц узкое (1,5 еж), в нем помещается только одна цифра.
Начиная с десятков, окошки широкие (2,5 см), в них могут
поместиться две цифры. Какую из них считывать, указывает
белая полоса, на которой написаны цифры. Необходимо про-
следить, начиная с единиц, как идет полоса. До пяти считывают-
ся те цифры, которые лучше видны, если же в ответе есть цифры
5 и более пяти, то иногда приходится считывать цифры, которые
почти не видны, вместо хорошо видимых. При некотором навыке
числа всегда можно считывать правильно.
Наиболее существенные отличия арифмометра Чебышева
(1878 г.), хранящегося в Париже, от арифмометра (не позже
1876 г.), имеющегося в Ленинграде, состоят в следующем.
1. У парижского арифмометра наборное колесо имеет 27
гнезд, у ленинградского — 30. В связи с этим первое числовое
125
Арифмометр Чебышева (суммирующая машина)
колесо у парижского арифмометра, содержащее 30 цифр (три ра-
за от 0 до 9), поворачивается на 10/9 оборота, когда наборное
колесо повернется на один оборот. В ленинградском арифмометре
наборное колесо содержит 30 гнезд, а числовое 10 (от 0 до 9);
числовое колесо поворачивается на три оборота, когда наборное
делает один.
2. Изменена система передач. У парижского арифмометра она
проще: на один разряд приходится четыре зубчатых колеса, у
ленинградского — шесть.
3. Наборные колеса у парижского арифмометра очень узкие
в отличие от ленинградского. Все это значительно уменьшило дли-
126
ну прибора при тех же десяти разрядах. У ленинградского ариф-
мометра длина 54 см, ширина 13 см, высота 14,5 см, у парижского
соответственно 24,3; 13,5, 18 см.
У парижского арифмометра имеется ручка гашения резуль-
татов. У ленинградского установка на нуль производится для
каждого разряда отдельно, начиная с единиц.
Мы видим, что более поздний, парижский, арифмометр отли-
чается от ленинградского некоторыми конструктивными усовер-
шенствованиями, которые не коснулись основной идеи — непре-
рывной передачи десятков.
Кратко общепринятая оценка значения арифмометра Чебы-
шева в развитии вычислительных машин сводится к следующему.
Во времена П. Л. Чебышева вычислительные машины обладали
существенными недостатками, в том числе и конструктивными.
Это побудило его заняться конструированием вычислительной
машины, в результате чего им был создан арифмометр с непре-
рывной передачей десятков, который значительно превосходил
по своим качествам имевшиеся вычислительные машины и был
удобным для практического применения. Приведем некоторые
высказывания по этому поводу. «Во времена Чебышева счетные
машины с прерывным изменением цифр суммы обладали еще
значительными конструктивными недостатками (арифмометр
Однера появился позднее), и это, очевидно, побудило Чебышева
к созданию счетной машины с непрерывным движением» [61,
стр. 72]. «Машина Чебышева выгодно отличалась от существо-
вавших в то время счетных машин с прерывным изменением цифр
от разряда к разряду, которые имели значительные конструктив-
ные недостатки» [68, стр. 238]. «Арифмометр Чебышева считался
наиболее совершенной из существовавших машин этого рода»
[69, стр. 141] и т. п. По-видимому, такая оценка восходит к
В. Г. Боолю: «Русский математик и академик П. Л. Чебышев
изобрел арифмометр оригинального типа... Прибор этот имеет
выдающиеся достоинства и во многих отношениях стоит выше
всех существующих приборов этого рода» [14, стр. 60]. В другом
месте Бооль говорит, «что это лучший прибор для действия сло-
жения и вычитания из всех существующих приборов» [14]
и т. д.
Мы не останавливаемся на ошибочных утверждениях относи-
тельно арифмометра Чебышева. Например, что это был «первый
прибор русского прикладного происхождения» [69, стр. 143], что
мысль об устройстве арифмометра возникла у П. Л. Чебышева и
связи с сообщением В. Я. Буняковского о своих самосчетах [14]
и др.
Как мы видели, до появления арифмометра Чебышева наи-
большее распространение имел арифмометр Томаса, который со-
вершенствовался от выпуска к выпуску и был в широком упот-
реблении во многих странах, в том числе и в России, что говорит
о его несомненно хороших качествах. Арифмометр Томаса был
127
довольно быстродействующей машиной при выполнении четырех
арифметических действий. Он оказал существенное влияние на
все производство вычислительных машин.
Из суммирующих машин этого времени следует выделить
счислитель Куммера и вычислительный прибор Слонимского.
Получили известность, в том числе и в России, некоторые идеи
Бэббиджа. Разностная машина Шейцов демонстрировалась в
Лондоне и Париже. При помощи аналогичной машины составля-
лись и обрабатывались английские таблицы смертности, опубли-
кованные в 1864 г.
До работы П. Л. Чебышева над арифмометром было построено
много счетных приборов, было высказано много идей относитель-
но их конструкции и устройства. Естественно, что все это было
хорошо известно П. Л. Чебышеву.
К 70-м годам XIX в. были выработаны некоторые общие тре-
бования, которые ставились перед вычислительными машинами.
Считалось, например, что должна быть общая ручка для прош
водства действий, ручка для гашения результатов, что машина
должна работать точно независимо от скорости выполнения дей-
ствий, что ошибки, происходящие от неправильного обращения,
должны быть исключены и др.
Во второй половине XIX в. над усовершенствованием вычи-
слительной техники работали многие изобретатели и конструкто-
ры. В основном их усилия сводились к увеличению быстродейст-
вия и надежности машин. На повестке дня стояло применение в
вычислительных машинах в качестве движущей силы электриче-
ства, замена рычагов клавишами, применение записывающих
устройств и т. п. В это время разрабатываются новые принципы,
на основании которых могут работать вычислительные машины.
В первую очередь это относится к работам Болле, Болдуина, Од-
нера и др.
Возникает естественный вопрос: являлась ли машина Чебы-
шева лучше и надежнее всех ранее изготовленных машин, как об
этом принято писать? Конечно, нет. На суммирующей машине
Чебышева складывать числа неудобно, а вычитать фактически
нельзя. Считывать правильно результаты, в особенности, если это
приходится делать часто, очень трудно, а во многих случаях поч-
ти невозможно. Машина тяжелая и громоздкая. У нее нет ручки
гашения результатов, ставить машину в исходное положение нуж-
но для каждого разряда отдельно и обязательно начиная с мень-
ших разрядов. Во время поворота числового колеса единиц число-
вое колесо десятков поворачивается в десять раз медленнее, а чис-
ловое колесо сотен — медленнее в сто раз и т. д. Таким образом,
во время набора единиц вся суммирующая машина приходит в дви-
жение. В результате этого для поворота числовых колес требуются
значительные усилия. Можно указать еще целый ряд неудобств,
возникающих при пользовании этой машиной. На суммирующей
машине Чебышева никто не считал, ею никто не пользовался. Нет
128
Арифмометр Чебышева вместе с приставкой для умножения и деления
ни одного свидетельства о том, что на ней кто-нибудь считал, в
том числе и сам П. Л. Чебышев.
П. Л. Чебышев не ставил перед собой задачу создать удобную
для пользования суммирующую машину, он ставил перед собой
значительно более существенную проблему: найти другой, новый
принцип, на котором могут строиться вычислительные машины.
Эту проблему он блестяще решил.
П. Л. Чебышев доказал, что вычислительные машины могут
быть построены на принципе непрерывной передачи десятков. Но
суммирующая машина явилась только первым шагом в этом до-
казательстве. В докладе «О новой счетной машине» (1882 г.) го-
ворилось, по-видимому, о приставке к суммирующей машине.
Эта приставка давала возможность производить умножение и де-
ление. Она была изготовлена с учетом размеров суммирующей
машины, хранящейся в Парижском музее и передана в тот же
музей в 1881 г., где она находится в комплекте с суммирующей
машиной и в настоящее время. При помощи этой приставки так-
же никто никогда не производил вычислений. Но ее созданием
П. Л. Чебышев доказал, что возможны вычислительные машины,
построенные на новом принципе — на принципе непрерывной
передачи десятков.
Арифмометр Чебышева оказал существенное влияние на даль-
нейшее развитие счетной техники. Принцип непрерывной пере-
дачи после Чебышева стал применяться во многих счетчиках
(например, в спидометрах Тесла) и счетных машинах. Но широ-
кое распространение этот принцип получил начиная с 40-х годов
XX столетия.
В связи с применением электропривода увеличились скорости
работы малых вычислительных машин. При дискретной переда-
че десятков при этом неизбежно появляются толчки. При непре-
рывной передаче — ход машины плавный, что позволяет, без
опасений поломок, увеличивать скорость работы механических
вычислительных устройств. Принцип передачи десятков, предло-
5 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
129
женный П. Л. Чебышевым, используется в американской счетной
машине «Мерченд», швейцарской «Директ» и др.
Нужно сказать, что П. Л. Чебышев и при создании ряда дру-
гих механизмов также не преследовал непосредственных практи-
ческих целей. Их постройкой он доказывал возможность преоб-
разования данными средствами одного движения в другое. Эти
механизмы, как и его арифмометр, явились материальным вопло-
щением его теоретических выводов и идей [70].
Все рассмотренные нами арифмометры, на которых можно
производить умножение, выполняли это действие заменой умно-
жения сложением, причем число производимых сложений состав-
ляет сумму цифр множителя. Например, чтобы умножить какое-
нибудь число А на 283, надо А взять слагаемым сперва 3 раза,
потом передвинуть подвижную часть машины и взять А слагае-
мым 8 раз, передвинуть еще на одно место и А взять слагаемым
2 раза. Еще Лейбниц стремился найти другой принцип умноже-
ния, позволяющий производить его на однозначное число одним
поворотом рукоятки.
В 1889 г. на парижской выставке был представлен арифмометр
Л. Болле. Для рассмотренного выше случая на арифмометре Бол-
ле число А берется слагаемым 3 раза всего одним поворотом руч-
ки. Затем передвигают каретку и одним оборотом рукоятки А
умножается на 8, передвинув еще каретку, число А одним оборо-
том рукоятки умножается на 2. При умножении число оборо-
тов рукоятки в арифмометре Болле равно числу цифр множи-
теля, а не сумме его цифр, как это было в предыдущих арифмо-
метрах.
Основной деталью прибора являются счетные пластинки, ко-
торые все имеют одинаковый вид. На каждой пластинке находят-
ся вертикальные стальные столбики различной длины. Они веще-
ственно изображают таблицу умножения. Произведение 2-2 вы-
ражается столбиком, длина которого равна 4, произведение 2-3 —
столбиком длиной, равной 6, и т. д. Если произведение состоит из
двух цифр, например 3-7 = 21, то для его изображения ставятся
два столбика: в одном ряду столбик длиной в 1, а в другом — стол-
бик длиной в 2. Рассмотрим, например, пятый горизонтальный
ряд. Здесь слева направо идут столбики следующей длины: 5, 0,
5, 0, 5, 0, 5, 0, 5 (отсутствие столбика означает нуль), а рядом с
ним (между рядами 5 и 6) столбики 0, 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4. Все
произведения на 5 находятся в двойном горизонтальном ряду —
единицы лежат в пятом ряду, а десятки — немного выше. Если
читать эти произведения по длине столбиков, то получим: 5, 10,
15, 20, 25, 30, 35, 40, 45.
Если кнопку счетчика поставить против определенного числа
(например, 4), то соответствующая счетная пластинка располо-
жится так, что ее столбики горизонтального ряда (ряда 4) будут
лежать в одной вертикальной плоскости с зубчатыми поло-
сами.
130
Машина Болле
При вращении рукоятки вся рама вместе со счетчиком дви-
жется вверх и вниз (с амплитудой около 3 см). При этом движе-
нии столбики толкают зубчатые полосы, с которыми сцеплены
циферблаты. Все счетные пластинки, кнопки которых стоят на
нуле, не сцеплены с зубчатыми полосами и потому на цифербла-
ты не действуют. Те же пластинки, кнопки которых стоят на ка-
кой-нибудь цифре, толкают зубчатые полосы. Например, если
кнопка пластинки единиц стоит на 4, а установленная рукоятка
на цифре 2, то с первой зубчатой полосой сцеплен столбик, имею-
щий длину 8, и при обороте рукоятки циферблат единиц повора-
чивается на 8/10 своего поворота, т. е. в окпе единиц появляется
цифра 8.
Машина Болле может производить четыре арифметических
действия, хотя на ней можно и возводить числа в степень, извле-
кать корни и т. п., так же как это делается и на других арифмо-
метрах.
На приборе Болле значительно сокращается время при выпол-
нении умножения и отчасти деления. При выполнении сложения
и вычитания он не имеет преимуществ перед другими арифмо-
метрами, поэтому арифмометр Болле часто называют множитель-
ной машиной. Но арифмометр Болле имеет к свои недостатки:
у пего довольно сложное устройство, он громоздок и тяжел, уста-
навливается па особом столе. В результате этого он был довольно
дорог.
131
5*
Болле объявил, что, кроме этого арифмометра, он выпустит
более компактный, с меньшей емкостью. Но этого обещания он
не выполнил. С принципиальной точки зрения машина Болле име-
ла существенное значение, это отмечают многие исследователи.
Например, В. Ф. Каган писал: «Арифмометр Болле представляет
переход к настоящей счетной машине» [63].
Арифмометр, который также производил умножение на одноз-
начное число при помощи одного оборота рукоятки, построил
профессор математики и астрономии Вюрцбургского университе-
та — Зеллинг. В 1886 г. в Мюнхене ему был выдан патент
№ 39654. Передача десятков в арифмометре Зеллинга такая же,
как и в арифмометре Чебышева, — непрерывная. На это обратил
внимание сам Чебышев. Болль это описывает следующим образом:
«Зеллинг даже ни одним словом не упоминает о том, что он за-
имствовал эту часть машины от Чебышева, и говорит, что спо-
соб этот составляет оригинальную особенность его машины. Сам
П. Л. Чебышев, познакомившись с моим описанием машины Зел-
линга (в Записке Моск. отд. Имп. русск.-техн. общества), спра-
шивал меня: «Кто из нас, я или Зеллинг, раньше применил эту
систему перенесения десятков». Так как машина Чебышева
(часть для сложения) изобретена в 1878 г., а машина Зеллинга в
1886 г., т. е. спустя 8 лет, то не может быть никакого спора о пер-
венстве изобретения, тем более, что эти 8 лет машина Чебышева
находилась на выставке в Париже в Conservatoire der Arts et
Metiers, где находится и теперь. Впрочем, можно допустить, что
Зеллинг, не будучи знаком с машиной Чебышева, сам придумал
такую же систему» [14, стр. 141].
Вопрос этот настолько очевиден, что он никогда и не вызывал
никаких возражений.
На арифмометре Зеллинга довольно быстро можно произво-
дить четыре арифметических операции, но им можно пользоваться
также и при более сложных вычислениях. Арифмометр Зеллинга
обладает многими достоинствами: движения его плавные и бес
шумные; набор чисел происходит нажатием клавиш; рукоятку
не вращают, а двигают вперед или назад; удобная установка на
нуль — одним движением; число разрядов может быть увеличено
почти без изменения усилий при работе; прибор может быть при-
способлен для печатания результатов, его размеры 40 X 30 X
X 15 см; емкость его разрешает умножать 9-значные числа на 7-
значные и получать произведения до 16 цифр. Арифмометр Зел-
линга большого распространения не получил.
После арифмометров Болле и Зеллинга множительные маши-
ны не были забыты. Наиболее распространенной машиной этого
типа является машина Штейгера, известная под названием «Мил-
лионер».
8. Колесо с переменным числом зубцов.
Арифмометр Однера
Как было отмечено, множительные машины типа арифмомет-
ра Болле не получили распространения ввиду сложного устрой-
ства, а следовательно и сложности изготовления. Основным на-
правлением в создании арифмометров для четырех арифметиче-
ских действий продолжало оставаться использование ступенчато-
го валика Лейбница, а также применение подвижной каретки.
Широкое распространение получили арифмометры Томаса,
Бургхарда (70-е годы) и другие томас-машины. Все машины с
валиком Лейбница громоздкие, в первую очередь потому, что на
каждый разряд нужно поместить отдельный валик (цилиндр с на-
несенными на нем зубцами разной протяженности). Для уменьше-
ния размера стремились изготовлять не пилиндры, а их половин-
ки и т. п. Но это принципиально не решало проблемы.
Еще в 1709 г. венецианец Полени построил счетную машину,
работающую при помощи зубчаток с переменным числом зубцов.
Узнав, что Паскалем была изготовлена арифметическая машина
значительно раньше, Полени (по легенде) разбил свою машину.
В 1872 г. Ф. Болдуин в США предложил зубчатку с перемен-
ным числом зубцов и получил на свое изобретение патент в Ва-
шингтоне.
Широкое распространение арифмометры с зубчаткой с перемен-
ным числом зубцов получили только после конструкций В. Т. Од-
нера, биография которого до настоящего времени мало изучена.
Однер начал работать над своим арифмометром примерно в
1874 г. Об этом он пишет в 1890 г.: «После пятнадцатилетнего
труда и постоянных улучшений мне ждалось устроить аппарат,
превосходящий значительно изобретенные моими предшественни-
ками» [64, стр. 48].
Не имея возможности наладить самостоятельно производство
арифмометров, Однер вступает в контакт с петербургской фирмой
«Кенигсбергер и К°», с которой он совместно собирается выпус-
кать свой арифмометр. Эта фирма получила ряд патентов на
арифмометр Однера: в 1878 г. в Германии (№ 7393), в 1879 г.
в России, а также в других странах. Однако производство ариф-
мометров по этим патентам не было налажено. Фирма изготовила
только несколько экземпляров, один из них в настоящее время
хранится в Политехническом музее в Москве.
Основная особенность арифмометра Однера состоит в приме-
нении зубчатых колес с переменным числом зубцов (сейчас такое
колесо называется колесом Однера) вместо ступенчатых валиков
Лейбница. Колесо имеет очень простую конструкцию и небольшие
размеры по сравнению со ступенчатым валиком. Применение ко-
лес Однера вызвало и изменение формы арифмометра: в первом
варианте арифмометр Однера имеет хорошо знакомые формы со-
временных арифмометров, ему присущи и свои особенности.
133
Ввиду того что в нем не было промежуточных колес между число-
выми колесами (наборными) и колесами для получения резуль-
татов, ручку при производстве действий нужно вращать в не-
обычном направлении — при умножении и сложении на себя,
а при делении и вычитании от себя. Цифры написаны не на корпу-
се арифмометра, как это делается теперь, а непосредственно на
колесах Однера. Установочные числа появлялись в системе око-
шек, вырезанных в кожухе прибора. Частное считывалось не там,
где результаты всех остальных действий, а па ряде маленьких ци-
линдрических пуговок п т. п.
Все последующие годы Однер работал над усовершенствова-
нием своего арифмометра. В 1890 г. оп расторг свое соглашение
с Кеипгсбергером, который так и не наладил производство ариф-
мометров, и приступил самостоятельно к их изготовлению. Отно-
сительно этого сохранился документ:
Удостоверение
1890-го года июня месяца 9-го дня мы, нижеподписавшиеся
Кенигсбергер и К°, сим удостоверяем, что счетная машина под
названием «Арифмометр», на которую нами взяты привилегии в
России в 1879 году и за границею в 1878, 1879 и 1880 годах, есть
изобретение господина Вильгодта Однера в С.-Петербурге, с ко-
торым мы хотели эксплуатировать его изобретение, но так как в
настоящее время г-н Однер желает самостоятельно приступить
к эксплуатации своего теперь улучшенного изобретения, то мы
передали ему взятые нами привилегии на его счетную маши-
ну, вообще отступаем от этого дела и свидетельствуем, что мы к
г-ну Однер никаких претензий по этому делу не имеем и впо-
следствии заявлять таковых не будем. С.-Петербургский первой
гильдии купец Карл Августович Кенигсбергер, торгующий под
фирмой Кенигсбергер и К°». Далее идет адрес нотариальной кон-
торы и подпись нотариуса, а также адрес Кенигсбергера. Через
несколько дней Однер обращается с просьбой выдать ему «при-
вилегию» на арифмометр:
«В Департамент Торговли п Мануфактур Шведского поддан-
ного Вильгодта Теофиловича Однер.
Прошение
В 1879 году выдана Департаментом Торговли и Мануфактур
господам Кенигсбергер и К° 3-х летняя привилегия на изобретен-
ную мною счетную машину, и так как это изобретение до сих пор
еще не приведено к исполнению и эксплуатация его теперь пред-
ставлена мне господами Кенигсбергером и К°, согласно прилагае-
мому при сем нотариальному удостоверению, то покорнейше про-
шу Департамент Торговли и Мануфактур выдать мне, как изобре-
тателю этой счетной машинки, 10-ти летнюю привилегию на тако-
вую. Вследствие сделанных мною значительных улучшений и из-
менений в конструкции этой машинки прилагаю при сем новые
134
В. Т. Однер
чертежи и описание оной. Вильгодт Теофилович Однер. С.-Петер-
бург 21-го Июня 1890 года. Жительство имею: в С.-Петербурге
по Рижскому проспекту, д. № 26» 10 11. В 1891 г. Однер на свой вто-
рой арифмометр получил патент в Германии (№ 64925).
Арифмометр Однера 1890 г. почти ничем не отличается от
современных арифмометров. Основная идея Однера — зубчатка
с переменным числом зубов — уже в первом арифмометре была
настолько совершенна, что не претерпела принципиальных из-
менений до наших дней.
С начала 90-х годов XIX в. начинается триумфальное шест-
вие арифмометра Однера. В Петербурге Однер совместно с пред-
принимателем Ф. Гилем наладил выпуск своих арифмометров
(по 500 штук в год). В 1897 г. он становится единоличным хозяи-
ном предприятия, которое называлось «Механический и медно-
литейный завод» и.
10 Этот документ без начальных слов опубликован в [64].
11 Кроме арифмометров это предприятие изготовляло печатные станки, неко-
торые точные аппараты, производило художественное литье и отливки.
Число работающих достигало 100 человек.
135
Первый вариант арифмометра Однера
Чертеж к патенту Однера 1879 г. в России
Колесо Однера
В 90-х годах производство однер-машин было налажено в
Браншвейге. В Европе эти машины известны под названием
«Брунсвига». Арифмометр «Брунсвига» имеет много моделей,
которые все время усовершенствовались: были предложены длин-
ные установочные рычаги, которые остаются неподвижными во
время вращения рукоятки; контрольный счетчик (ниже устано-
вочных рычагов) и т. п.
В XX в. однер-машины под разными названиями выпускают-
ся во всем мире. В 1914 г. в России насчитывалось более 22 тыс.
арифмометров Однера. Известен арифмометр «Триумфатор», вы-
пускавшийся в Лейпциге, у которого контрольный счетчик нахо-
дится над установочными рычагами. Производится очень много
арифмометров других названий. В СССР наибольшее распростра-
нение получил арифмометр «Феликс». В арифмометре Однера име-
ется специальное приспособление для передачи десятков. Эта
передача распадается на две фазы — двухступенчатая передача.
В результате первой фазы фиксируются те цифровые колеса, ко-
торые сделали один оборот и более, в течение второй фазы проис-
ходит подсчет десятков, т. е. осуществляется сама передача де-
сятков.
Изобретение Однера имело большое значение для развития
счетных машин. Однер-машины в первой четверти XX в. были
основными математическими машинами, которые широко при-
менялись во многих областях деятельности человека.
137
Чертеж к патенту Однера 1890 г.
Арифмометр «Феликс»
В России изобретение Однера открыло путь к зарождению
новой отрасли промышленности — производству счетных машин.
Однер был первым организатором массового выпуска счетной
техники в России. Счетные машины всегда оказывали сильное
впечатление па всех, кто с ними сталкивался. Арифмометр Одпе-
ра хотя и получил распространение уже в XX в., когда наука и
техника бурно развивались, он поражал многих современников.
Для иллюстрации приведем только один пример. Ф. Клейн в
1907/08 учебном году в Геттингене прочел курс лекций для бу-
дущих учителей математики средних учебных заведений. В своих
лекциях он останавливается на счетной машине «Брунсвига»:
«В первоначальном своем виде она была изобретена русским мате-
матиком Одпером» [65, стр. 25]. Описав устройство арифмомет-
ра и приемы работы на нем, Клейн переходит к общим замечани-
ям. Он говорит, «что теоретический принцип этой машины совер-
шенно элементарен и представляет только практическое осуще-
ствление правил, которыми мы обычно пользуемся при механи-
ческом вычислении» (стр. 30—31). Он обращает внимание на то,
«что действительно существуют счетные машины, которые осво-
бождают математика от чисто механических вычислении»
(стр. 31). Машина выполняет эти вычисления быстрее и точнее
человека. Но счетная машина не умаляет «значение математиче-
ской мысли, а между тем такого рода выводы иногда приходится
слышать» (стр. 31). Человек «изобрел счетную машину только
для того, чтобы освободить себя от некоторых операций, постоян-
но повторяющихся в однообразной последовательности; и что
139
нужно менее всего забывать, математик ее изобрел, и математик
постоянно ставит ей на разрешение задачи» (стр. 32). Читая эти
строки, не следует забывать, что речь идет только о предке наше-
го арифмометра, а насколько рассуждения и возражения совпада-
ют с современными, когда они были вызваны появлением элект-
ронных вычислительных машин. Воздействие на математиков во
многом совпадает. Кончается лекция Клейна пожеланием, чтобы
каждый ученик в старшем классе средней школы имел возмож-
ность хоть раз посмотреть эту машину (стр. 32) — пожелание
более чем скромное.
9. Состояние счетной техники
перед переходом к электромеханическим машинам
Как мы видели, крупнейшими достижениями в счетной тех-
нике рассматриваемого периода механических счетных машин бы-
ло изобретение Лейбницем ступенчатого валика, широко исполь-
зовавшегося в томас-машинах, и изобретение колеса с переменным
числом зубцов (колеса Однера). В этот период было очень много
и других изобретений, сыгравших видную роль в развитии вычи-
слительных машин.
В первую очередь сюда следует отнести суммирующую машину
П. Л. Чебышева с непрерывной передачей десятков, затем отме-
тить машину прямого умножения Болле, машину с пропорцио-
нальным рычагом и др.
В 1855 г. Шейц в Швеции предложил записывающую счетную
машину. Запись производилась на специальной свинцовой пла-
стинке; фактически это была не запись, а чеканка результатов.
Естественно, что такой несовершенный способ записи не получил
распространения, но он подтолкнул творческую мысль многих
исследователей в этом направлении. В 1888 г. К. Барроуз в США
получает первый патент на суммирующую записывающую машину,
которую он строит в 1892 г. Эта машина была уже клавишной.
Рычажный набор чисел, который существовал почти во всех счет-
ных машинах, имеет свои недостатки. Основной из них состоит
в том, что, набирая числа, легко допустить ошибку, не доведя
или переведя рычаг относительно нужной цифры. Значительно
удобнее клавишный набор чисел.
В 1896 г. Фельт и Тарран из Чикаго сконструировали клавиш-
ную счетную машину для четырех арифметических действий. Она
принципиально отличалась от всех предшествующих. Ее размеры
35X25X12 см. На верхней крышке ящика находится восемь го-
ризонтальных и девять вертикальных рядов пронумерованных
клавишей. На всех клавишах первого горизонтального ряда стоят
цифры 1 и 8, причем первая более крупная; на всех клавишах
второго ряда — 2 и 7, далее 3 и 6 и т. д. до 9 и 0. При нажатии
на клавишу в соответствующем окне считки появляется нужная
цифра. Все девять клавишей одного и того же вертикального
140
ряда при опускании надавливают на один и тот же рычаг. На
конце рычага находится зубчатая полоса с девятью зубцами,
которые соединены с цифровым колесом. После нажатия клавиша
под действием пружины возвращается в исходное положение. Пе-
редача десятков осуществляется при помощи длинного пальца.
Сложение сводится к набору слагаемых на клавишах. Умно-
жение производится как ряд последовательных сложений. Вычи-
тание заменяется сложением с дополнением к вычитаемому, для
этого на каждой клавише и имеется вторая цифра меньшего
размера (которая с основной цифрой в сумме дает 9). Деление
сводится к ряду вычитаний.
Прибор Фельта и Таррана по сравнению с другими арифмо-
метрами получает результат при сложении и вычитании значи-
тельно быстрее. При умножении не очень больших чисел выиг-
рыш в скорости также существует, который исчезает, если числа
велики. При делении этот прибор никаких преимуществ не дает.
Недостатком прибора является то, что сомножители нигде не
фиксируются и нет уверенности в правильности их набора. Ошиб-
ки, допущенные в нажатии клавиши: клавиша нажата слишком
слабо, нажата не та клавиша и т. п.,— ничем не обнаруживаются.
В приборе много пружин, которые со временем ослабевают, и это
ведет к ошибкам. К достоинствам следует отнести простоту
устройства.
Фельт и Тарран предложили еще одну машину, которая от-
личается от первой тем, что в ней на бумажной ленте получается
отпечаток всех слагаемых, можно получить на ленте и все ча-
стные суммы. Емкость машины девять знаков.
В скором времени клавишный набор чисел стал наиболее
распространенным. Его стали использовать во всех существующих
типах машин, как с валиком Лейбница, так и с колесом Однера.
Наряду с полной клавиатурой начали выпускаться машины и с
десятиклавишной клавиатурой установочного механизма. Десяти-
клавишные установочные механизмы оказались наиболее удобны-
ми в суммирующих машинах. В 1902 г. Г. Гопкинс в США пред-
ложил десятиклавишную суммирующую машину «Дальтон».
Широкое распространение получила суммирующая записывающая
машина с десятью клавишами «Сендстранд», которую начали вы-
пускать в США в 1914 г. Аналогичная машина появилась в 1922 г.
в Германии («Астра»). С 1932 г. начали производиться десяти-
клавишные суммирующие машины (ДСМ) в СССР, с 1935 г.
выпускаются машины марки КСМ (клавишная суммирующая
машина).
Как мы уже отмечали, клавишный набор чисел может быть
приспособлен к любому типу с другим способом набора. Но в
1905 г. Г. Гаманн в Германии предложил новый принцип работы
машины, который специально был приспособлен к клавишному
набору. Этот принцип получил название пропорционального
рычага.
141
Часть механизма машины Гаманна с пропорциональным рычагом
Пропорциональные механизмы служат вообще для уменьшения
величины х в некотором постоянном отношении, т. е. для решения
задач вида z = Кх. Эта идея пропорционального механизма и была
использована Гаманном в созданной им машине. В качестве пере-
дающего механизма в машине Гаманна применяется 10 парал-
лельных зубчатых реек, перемещающихся вдоль своих направляю-
щих. С одного конца эти рейки имеют штифты, которые входят
в паз пропорционального рычага, расположенного перпендикуляр-
но зубчатым рейкам. Пропорциональный рычаг может поворачи-
ваться вокруг одной из концевых точек. При сложении и умноже-
нии закрепляется задняя точка, а при вычитании — нижняя.
В первом случае задняя зубчатая рейка остается неподвижной,
следующая движется на 1/10 часть, последующая на 2/10 и т. д.
перемещения передней рейки. Зубчатые рейки выполняют, следо-
вательно, движения на 0, 1, 2, ..., 9 единиц, т. е. они передвигаются
в отношениях как 0:1:2...: 9. Таким образом, в машине Гаманна
используется пропорциональный механизм.
Для производства вычислений нужно движение этой рейки,
перемещение которой соответствует числу, установленному в дан-
ном разряде, передать в счетный механизм. Для выполнения это-
го перпендикулярно зубчатым рейкам расположены четырех-
угольные оси, число которых равно числу разрядов результирую-
щего механизма. На каждой из этих осей имеются шестеренки
с 10 зубьями, которые могут перемещаться вдоль оси. При по-
мощи установочного механизма эти шестеренки входят в зацеп-
142
ление с необходимыми рейками и при соответствующем повороте
пропорционального рычага производят необходимый перепое в
счетный механизм.
При вращении ведущего вала зубчатые рейки, а с ними и уста-
новочные колеса, насаженные на четырехугольные оси, движутся
вначале в одном, а затем в противоположном направлении. Пере-
дача же в счетный механизм происходит только при прямом дви-
жении, что достигается специальным механизмом.
Гаманн сконструировал свою машину с рычажной установкой
чисел для производства четырех арифметических действий. Он
назвал ее «Мерседес — Евклид» [66].
Умножение и деление производятся при помощи подвижной
каретки, так же как и у других арифмометров, т. е. каретка после
совершения требуемого числа оборотов должна каждый раз пере-
двигаться на следующий разряд.
При делении на других арифмометрах нужно следить за сиг-
нальным звонком, который указывает, что делитель был вычтен
лишний раз, после этого поворотом рукоятки в положительную
сторону необходимо прибавить лишнее вычтенное количество.
Только после этого каретку можно передвинуть на следующий
разряд. На машинах же «Мерседес — Евклид» не нужно следить
за звонком. Рукоятка здесь вращается до тех пор, пока она не
будет заторможена особыми механизмами, которые вступают в
действие, когда вычитаемое становится меньше вычитаемого.
После этого каретка автоматически передвигается на один раз-
ряд и вращение рукоятки возобновляется до следующей останов-
ки и т. д.
Со временем эта машина получила всеобщее признание и вы-
пускалась в течение многих лет, причем в нее вносились все вре-
мя некоторые усовершенствования. Так, начиная с модели 8
«Мерседес — Евклид» выпускается с клавишной установкой чисел.
В машинах «Мерседес — Евклид» вычитание производится
путем суммирования с дополнением числа. Например, разность
4071 — 1832 вычисляется по следующей схеме:
, 4071
+ ... 9998167
... 0002238 + 1 = 2239
Передача десятков в счетном механизме осуществляется при
помощи специального ползуна со скошенной поверхностью. Деся-
тичное переключение всегда начинается в низших разрядах счет-
ного механизма и распространяется равномерно на все разряды.
В томас- и однер-машинах разобщение зубцов ведущего меха-
низма с зубцами счетчика происходит в тот момент, когда циф-
ровые ролики или диски находятся в движении. В результате
инерции последние стремятся продолжать движение, т. е. проска-
кивать. Их нужно задерживать в нужном положении различными
затормаживающими приспособлениями (защепками, мальтийскими
' 143
крестами и т. п.). В «Мерседес — Евклиде» такое разобщение про-
исходит в момент покоя, а именно в момент, когда пропорциональ-
ный рычаг достиг своего крайнего положения перед возвратом
его в исходное положение. Поэтому здесь излишни затормажи-
вающие приспособления. Машина Гаманна имеет в результате это-
го спокойный и бесшумный ход. Со временем машины «Мерсе-
дес — Евклид» стали одними из самых распространенных.
Наряду с машинами для четырех действий, с полной клавиату-
рой, продолжали создаваться и выпускаться простые счетные ма-
шины, предназначенные в первую очередь для сложения. Пот-
ребность в простой и дешевой суммирующей машине всегда была
велика, в особенности за рубежом, где не было прибора, анало-
гичного нашим счетам.
В 1893 г. во Франции появился прибор для сложения, состо-
ящий из подвижных лент, которые передвигаются при помощи
заостренного стержня. Емкость прибора 3-109, причем каждое
слагаемое должно быть не больше 107. Ленты, на которых были
нанесены цифры, наматывались на горизонтальную ось. В окнах
считки, находящихся внизу, в результате работы появляются
числа, показывающие, на сколько отверстий опущена лента. Ког-
да доходят до десятого отверстия, то внизу, в окне считки, появ-
ляется нуль, а в верхнем окне единица, которая указывает на
необходимость переноса в следующий десяток, затем появляется
цифра 2 и т. д. Когда набор слагаемых на лентах окончен, необ-
ходимо в следующем высшем разряде (как указывают вверху
стрелки) опустить ленту на то число отверстий, какое показано
в верхнем окне переноса. Этим сложение заканчивается, и в ок-
нах считки появляется окончательная сумма. В приборе имеется
приспособление для гашения результатов.
Одной из причин возникновения такого рода машин после
построения целого ряда удачных арифмометров было то, что на
арифмометрах сложение выполнять не очень удобно.
Различные машины для сложения строились значительно поз-
же. Так, например, в 1921 г. в США был взят патент на сумми-
рующую машину Тодда. Это 9-разрядная машина с контрольным
счетчиком, в окнах которого видно предыдущее слагаемое. Уста-
новка слагаемых производится поворотом наборных колес при
помощи рычажков (так же как и в однер-машинах). После после-
довательного набора слагаемых результат появляется в окнах
считки. Имеются кнопки для гашения по разрядам и общая
кнопка для приведения прибора в исходное положение. Десятки
передаются в следующий разряд при помощи длинного пальца.
При небольшом навыке на этом приборе складывать удобнее и
быстрее, чем на обычных счетах. Суммирующие машины Тодда
выпускались в большом количестве, было налажено массовое
производство.
Создаются пишущие счетные машины, которые являются ком-
бинацией счетной и пишущей машин, причем печатание и вы-
144
числения могут чередоваться в любой последовательности.
В этих машинах иногда главной частью является пишущая маши-
на (например, «Урания — Вега», выпускавшаяся в Дрездене),
иногда — это равноправные части (например, американская ма-
шина «Эллис»), а иногда на первом месте стоит счетная машина
(впервые такую машину предложил еще в 1903 г. Гопкинс —
«Мун — Гопкинс»). Пишущие счетные машины стали широко
применяться в торговых организациях.
Несмотря на разнообразие машин, развитие науки и техники
требовало увеличения скорости работы и меньшей утомляемости
вычислителей. Арифмометры уже не удовлетворяли возросшим
требованиям. Так, например, в работе [65] отмечаются следую-
щие недостатки всех арифмометров: 1) необходимость вращать
ручку; 2) сложение и вычитание производятся медленно; 3) на-
личие большого количества пружин, которые ослабевают и ло-
маются, и др.
Актуальным стал вопрос о применении электричества в счет-
ных машинах.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. von Freytag-Loringhoff. Uber die erste Rechenmaschins.— Phys. BL, 1958,
14, N 8.
2. F. Hammer. Nicht Paskal sondern der Tubinger Professor Wilhelm Schic-
kard erfand die Rechenmaschine — Buromarkt, 1958, 13, N 20.
3. J. P. Flad. Evolution et tendances du calkul mecanique en 1623 et en 1958.
Methodes (France), 1959, 27, N 154.
4. Byl Pascal scutecne prvni? Vypocetni a organiz. techn., 1962, N 3.
5. К. А. Рыбников. История математики, ч. I. МГУ, 1960.
6. Johanes Kepler — Fuhrer durch sein Geburtschaus in Weil der Stadt. 1966
(Schriften der Kepler-Gesellschaft Weil der Stadt e. V. Verfasser: W. Ger-
lach und M. List).
7. W. Sutter. Aus der Geschichte des Rechenschiebers.— Eisenbahnfachmann,
1953, 27, N 8.
8. Ф. П. Жирнов. Логарифмические шкалы и логарифмические линейки и
их развитие в XVII—XVIII веках.—Уч. зап. Свердл. пед. ин-та, сб. 78,
1969.
9. Н. Д. Беспамятных. Основные этапы развития счетной логарифмической
линейки. Труды 2-й республиканской конференции математиков Белорус-
сии. Минск, БГУ, 1969, стр. 341—344.
10. Н. Кобринский, В. Пекелис. Быстрее мысли. М., «Молодая гвардия», 1959.
И. Л. Теплое. Очерки о кибернетике. М., «Московский рабочий», 1959.
12. Е. М. Кляус. Блез Паскаль.— В кн.: У истоков классической науки. М.,
«Наука», 1968.
13. V. Quintas Castans. Jacobe Rodrigues Fereira jun precursor espanol? — Rev.
Calculo automat, у cibernet., 1954, 3, N 8.
14. В. Г. Фон-Бооль. Приборы и механизмы для механического производства
арифметических действий. М., 1896.
15. Л. Е. Майстров, В. Л. Ченакал. Счетная машина Евны Якобсона из Несви-
жа.— Вопросы истории естествознания и техники, 1969, вып. 1 (26).
16. L. Maistrovas, V. Cenakalas. Jevnos Jakobseno is Nesvyzians skaiciavimo
masina. Mokslas ir techmika, Vilnius, 1968, N 11.
17. Л. E. Майстров, В. Л. Ченакал. Счетная машина Евны Якобсона из Не-
свижа.— В кн.: Материалы VI конференции по истории науки в Прибал-
тике. Вильнюс, 1965.
145
18. Verzeichnis der Kunstdenkmaler der Provinz Posen, Bd. I. Berlin, 1898.
19. M. В. Уилкс. Автоматические цифровые вычислительные машины. Л., Суд-
промгиз, 1960.
20. Е. А. Исакович. Машинизация учета. М.—Л., Госпланиздат, 1939.
21. Ленц. Счетные машины. М.— Л., Госиздат, 1928.
22. П. Тихомиров. Арифметика на счетах. СПб., 1830 (4-е изд., 1847). Перев.
на польск. язык: Р. Tychomirok. Arytmetyka па szczotach. Wilno, 1838.
23. П. Н. Погорельский. Опыт изложения способов решать числовые задачи
на счетах. М., 1830.
24. М. А. Байков. Пояснение на способ генерал-майора Свободского делать
. вычисления на счетах. Харьков, 1831.
25. Арифмометр-счеты системы Компанейского. М., 1922.
26. И. Г. Спасский. Происхождение и история русских счетов.— Историко-
математические исследования, вып. V. М., Гостехиздат, 1952.
27. О изобретении мещанином Гродненской губернии Новогрудского уезда,
м. Городыща евреем Иоселем Менделиовичем Шлифером механических
таблиц.— Гродненские губернские ведомости № 6, 10/11 1839. Прибавле-
ния.
28. Ю. Дьяков. Описание устройства вновь предлагаемого снаряда, служаще-
го для обеспечения производства арифметических действий: умножения
и деления. СПб., 1874 (литогр. изд.).
29. IO. Дьяков. Объяснение к «Новой таблице умножения». СПб., 1882.
30. Дьяков. Новые привилегированные русские счеты. СПб., 1882.
31. В. П. Маленький фельетон.— Газ. «Новое время» № 2136, 1882.
32. Из истории вычислительных устройств.— Историко-математические ис-
следования, вып, XIV. М., Физматгиз, 1961.
33. A. Crelle. Demonstration d’un theoreme de M. Slonimsky sur les nombres,
avec une application de cettheoreme an calcul de chiffres.— J. reine und
angew. Math., 1846, 30.
34. 3. Слонимский. Описание нового числительного инструмента, 1845.
35. М. И. Радовский. Изобретатель арифметической машины 3. С. Слоним-
ский.— Вестник АН СССР, 1952.
36. М. В. Остроградский. Педагогическое наследие. М., Физматгиз, 1961.
37. И конструктору, и директору, и продавцу.— Наука и жизнь, 1967, № 1.
38. Инструкция для пользования счетной машиной «Прогресс». Днепропет-
ровск, 1950.
39. В. Е. Прудников. В. Я. Буняковский — ученый и педагог. М., Учпедгиз,
1954.
40. В. Я. Буняковский. О самосчетах и о новом их применении. СПб., 1876
(Записки Академии наук, 25, приложение № 4).
41. Научные приборы. Приборы и инструменты исторического значения. М.,
«Наука», 1968.
42. Н. Д. Беспамятных. Описание счетного инструмента краеведческого музея
города Петрозаводска.— Уч. зап. Карельск. пед. ин-та. Петрозаводск, 1963,
14.
43. В. Adler. Mr. Babbage’s calculating.— Machine Desing, 1958, 13.
44. Ch. Babbage. On the theoretical principles of the machinery for calculating
tables.— Brewster J. Sci., 1822, 6.
45. В. Я. Буняковский. Лексикон чистой и прикладной математики, т. 1. СПб.5
1839.
46. L. F. Menabrea. Sketch of the analytical engine, invented by Ch. Babbage.
With notes upon the memoir by the translator, Ada Augusta countess of
Lovelace (from the Bibliotheque Universelie de Geneve, N 82, Oktober,
1842).— Scientific memoirs, R. Taylor. Londin, 1843, 3, 666.
47. В. V. Bowden. Faster than Thought. A Symposium on Digital Computing
Machines. Chapter I. London, 1953.
48. А. Тьюринг. Может ли машина мыслить? М., Физматгиз, 1960.
49. Ch. Babbage. Passages from the life of a philosopher. London, Longmans,
1864.
146
50. A. H. Державин. Из истории великих изобретений. Изобретение машины
для узорчатого тканья. М-, 1899.
51. Ch. Babbage and his calculating engines. Selected worikings by Ch. Babba-
ge and others. P. Morrison (Ed.). N. Y., 1961.
52. H. P. Babbage. The analytical engine.— Proc. Brit. Assoc., 1888.
53. H. P. Babbage. Babbage’s calculating engines. London, Sponia Co., 1889.
54. H. Винер. Я — математик. M., «Наука», 1967.
55. А. Л. Самуэль. Запретить бумажную работу.— В кн.: Кибернетика ожи-
даемая и кибернетика неожиданная. М., «Наука», 1968.
56. И. С. Эдлин. Из истории развития вычислительных устройств.— В кн.:
Труды X научной конференции истории естествознания и техники АН
СССР (секция истории, энергетики и радиоэлектроники). М., 1968.
57. D. Turher. Charles Babbage. Father of the computer. New scientist. Decem-
ber, 1958.
58. П. Л. Чебышев. Полное собрание сочинений, т. IV. М.—Л., Изд-во АН
СССР, 1948.
59. П. Л. Чебышев. Полное собрание сочинений, т. V. М.— Л., Изд-во АН
СССР, 1951.
60. В. Г. Боолъ. Арифмометр Чебышева.— Труды Отд. физ. паук Об-ва лю-
бит. естествознания, 1894, 7, вып. 1.
61. И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский. Механизмы П. Л. Чебышева.—
В кн.: Научное наследие П. Л. Чебышева, вып. II. М.—Л., Изд-во АН
СССР, 1945.
62. Л. Е. Майстров. Первый арифмометр П. Л. Чебышева.— Историко-мате-
матические исследования, вып. XIV. М., Физматгиз, 1961.
63. В. Каган. Счетные аппараты и пособия.— Энциклопедический словарь
«Гранат», т. 12. М.
64. Н. Д. Беспамятных. К истории счетных инструментов в России в XIX в.—
Уч. зап. Гродненск. пед. ин-та, вып. II. Минск. 1957.
65. Ф. Клейн. Элементарная математика с точки зрения высшей, т. 1. М.— Л.,
ОНТИ — Гостехиздат, 1933.
66. О. Sust. Die Hamannsche Rechenmaschine Mercedes.— Euklid. Z. Instru-
mentenkunde, 1910, 30.
67. P. С. Гутер, Ю. Л. Полунов. Чарльз Бэббидж. М., «Знание», 1973.
68. История отечественной математики, т. 2. Киев, «Наукова думка», 1967.
69. В. Е. Прудников. П. Л. Чебышев — ученый и педагог. М., «Просвещение»,
1964.
70. Л. Е. Майстров. Об оценке арифмометра П. Л. Чебышева.— «Историко-ма-
тематические исследования, вып. XVIII. М., «Наука», 1973.
Глава III
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ (ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ)
МАШИНЫ
1. Первые табуляторы. Табулятор Голлерита
В конце XIX в. в связи с развитием науки и техники потреб-
ность в счетных машинах возросла настолько, что ее не стали
полностью удовлетворять ни арифмометры Однера (со всеми его
разновидностями), ни другие типы машин.
Счетная техника не развивается изолированно, на ее движе-
ние вперед всегда влияло состояние техники и технологии изго-
товления точных механизмов вообще, состояние смежных наук,
таких как механика, физика и др., и, конечно, потребности в та-
ких машинах. Математическая теория машин до XX в. играла
второстепенную роль; так, почти все машины, с точки зрения ма-
тематической теории, отражали позиционный десятиричный прин-
цип и правила действий с целыми числами и дробями. Некото-
рые случаи (например, в машине Слонимского) требовали и бо-
лее сложной теории, но не они определяли развитие счетной
техники в механический период.
С развитием теории электричества, а также и техники, в осо-
бенности слабых токов, возникла естественная идея применить
эти токи к счетной технике. Вначале электроэнергию в счетных
машинах применяли только как движущую силу, которая вместо
руки счетчика приводила в движение механизм, сам же счетчик
оставался прежним, т. е. это были привычные зубчатые колеса с
обычной передачей десятков. Такие машины получили название
электромеханических машин, хотя их можно было бы назвать и
электрическими машинами. Существенным практическим толчком
к введению электромеханических машин была потребность в обра-
ботке переписей населения, которые с конца XIX в. стали прово-
диться более или менее регулярно.
Существенную роль в этом отношении сыграла счетная маши-
на Голлерита. Сотрудник Бюро цензов в США1 Голлерит в
1888 г. разработал конструкцию машины, которая была впервые
применена при обработке материалов переписи населения США
в 1890 г. Голлерит назвал свою машину табулятором.
При переписях населения в США данные о каждом лице впи-
сывались в отдельную строчку переписного листа. Затем эти
1 Бюро цензов — статистическая организация США, ведающая проведением
переписей и обработкой их материалов.
148
Г. Голлерит
данные переносились на отдельную карточку с заранее напеча-
танными вариантами ответов, нужный вариант отмечался «птич-
кой». Ответы о возрасте, например, имели 10 вариантов: до 5 лет,
6—10, 11—20, 21—30 и т. д. до более 80 лет.
В дальнейшем обработка материалов переписи состояла в
том, что карточки с ответами раскладывались вручную на груп-
пы в соответствии с целью группировки, затем подсчитывалось
количество карточек в каждой группе и результаты подсчета за-
носились в соответствующее место заполняемой таблицы.
С учетом этой ручной техники Голлеритом была создана сис-
тема для механизированной обработки материалов переписи. Как
и при ручной обработке, на каждое лицо, проходящее перепись,
заводилась счетная карточка. Она была разделена на колонки,
отвечающие определенным вопросам. В каждой такой колонке
пробивалась дырочка на месте, которое соответствовало ответу на
интересующий вопрос. Было предусмотрено десять позиций для
пробивания дырочек, т. е. дырочки пробивались вместо отметок
«птичкой». Используя две колонки для одного вопроса, можно
было при помощи дырочек фиксировать 100 ответов. Это было
удобно, например, для фиксации возраста. Пробивка отверстий
149
производилась на специальном устройстве, построеппом на прин-
ципе пантографа. Скорость пробивки отверстий на этом перфо-
раторе— пантографе была невелика. За час можно было подго-
товить примерно 80 карточек, столько же можно было выписать
карточек и для ручной обработки. Пробитые карточки (перфо-
карты) позволяли провести механизированный подсчет данных
переписи. Для такого подсчета Голлеритом была сконструирова-
на машина, состоящая из следующих главных частей: 1) воспри-
нимающий пресс; 2) реле; 3) счетчики; 4) сортировальный
ящик; 5) источник энергии — электрические батареи.
Работа па машине Голлерита происходила следующим обра-
зом. Перфокарты укладывались на неподвижную нижнюю часть
пресса над чашечками с ртутью. Количество чашечек соответст-
вовало количеству возможных отверстий в карточке. К ртутным
чашечкам подводился электроток. При помощи рукоятки верхняя
подвижная часть пресса опускалась до соприкосновения с перфо-
картой . В верхней части пресса находились металлические
стержни, снабженные пружинами, благодаря чему стержни от-
ходили вверх, когда они встречали препятствие. Если препятст-
вия не было и стержень проходил через отверстие, пробитое в
карточке, цепь замыкалась через чашечку с ртутью и на счетчи-
ке, соответствующем данному признаку, происходит отсчет еди-
ницы. В тех же местах, где отверстий в карточке не было, стерж-
ни не замыкали цепь и на счетчиках, связанных с этими стерж-
нями, отсчетов не происходило.
Машина позволяла также подсчитывать сочетания различных
признаков.
Количество счетчиков в машине Голлерита составляло от 40
до 80 штук. В случае необходимости можно было установить до-
полнительную раму со счетчиками и довести их число до 120.
Каждый счетчик имел две стрелки — для единиц и сотен. За один
пропуск на машине Голлерита с 80 счетчиками подсчитывалось
распределение населения по восьми признакам, имеющим каж-
дый до десяти вариантов ответа.
Сортировальный ящик, служащий для сортировки пропуска-
емых карточек по вариантам ответа, соединен с основной частью
машины электрическими проводами. Каждая ячейка сортироваль-
ного ящика закрыта крышкой, которая удерживается пружиной,
управляемой электромагнитом. При пропуске через пресс карточ-
ки, на которой уже пробит признак, цепь замыкается и крышка
соответствующего ящика открывается. Карточка снимается с
пресса и опускается в открытый ящик. Крышка ящика закры-
вается рукой.
Один человек на машине Голлерита может пропустить через
машину 600—1000 карточек в час. При этом данные кар-
точек могли подсчитываться сразу по нескольким (не более де-
вяти) таблицам; кроме того, карточки были разложены по ячей-
кам для следующего пропуска. В 1890 г. на испытаниях машина
150
Машина Голлерита
Голлерита выполнила за 77 час ту работу, которая при ручной
обработке была исполнена за 150 час.
Машина Голлерита, кроме обработки результатов американ-
ской переписи населения на 1 апреля 1890 г., использовалась при
переписи в Австрии (перепись 31 декабря 1890 г.), Канаде (пе-
репись 1 апреля 1891 г.), Норвегии; в 1900 г. она применялась
при сельскохозяйственной переписи в США. С небольшими пе-
ределками машина Голлерита использовалась при первой Все-
российской переписи населения в 1897 г. В России применялась
машина с 70 счетчиками и 24 ячейками. Материалы об исполь-
зовании машины Голлерита в России можно найти в работах [1,2].
Голлерит при конструировании своей машины использовал
успехи в технике слабых токов. Он создал машину, работающую
на электромеханическом принципе. Счетчики в ней были механи-
ческими, а управление осуществлялось электрическими импуль-
сами, возникающими при замыкании цепи, когда стержни попа-
дали в отверстие перфокарты. Эти импульсы использовались для
ввода чисел и управления работой машины. Машина Голлерита
была счетно-аналитической машиной, соединявшей принцип ме-
ханического счета с методами автоматического сопоставления п
анализа информации. Машина Голлерита, названная им табулято-
ром, много лет, вплоть до второй мировой войны, употреблялась
для различных целей. Табулятором Голлерита «в развитии вы-
числительной техники открылась новая страница» [3, стр. 131].
151
Машины с перфорационными картами удобно применять для
подсчетов, связанных с большим количеством цифровых данных,
каждое из которых употребляется много раз. Использование циф-
ровых данных в таких машинах предполагает, что все они нане-
сены на карточки в виде отверстий, пробитых в соответствующих
местах. Процесс пробивки отверстий более трудоемкий, чем ввод
чисел другим способом, но это компенсируется тем, что перфо-
карта может быть использована неоднократно.
Развитие принципов, заложенных в конструкции первых ма-
шин Голлерита, явилось основой для последующих разработок в
области перфорационных вычислительных машин.
В 1904 г. счетно-аналитические машины стали применяться
в заводской бухгалтерии на сталелитейном заводе в Пенсильва-
нии. Вскоре и в Германии стали использоваться такие машины в
крупных бухгалтериях. После первой мировой войны Германия
резко увеличила это применение. Основные дальнейшие усовер-
шенствования машины Голлерита состояли в следующем:
1) вначале пробивка на перфокарте означала только качествен-
ный учетный признак и суммирование происходило затем только
как складывание единиц; затем пробивками стали фиксировать
любые числа, с которыми затем производили необходимые опера-
ции; 2) в комплект счетно-аналитической машины введена спе-
циальная машина для сортировки перфокарт по определенным
признакам; в сортировке имеется свой счетчик; 3) в отличие от
почти полностью ручной раскладки перфокарт, в более поздних
машинах карточки укладываются пачками по нескольку сотен
штук, а затем автоматически подаются в необходимое место;
4) машина снабжена печатающим механизмом.
В дальнейшем табулятор превращается в счетно-пишущий
автомат, в который укладывается пачка сгруппированных на сор-
тировке перфокарт, и автомат производит необходимый подсчет
с записью слагаемых и итогов на постепенно разворачивающемся
рулоне. Счетно-аналитические машины в своем развитом виде
представляют комплект, состоящий из ряда отдельных машин,
выполняющих массовые, специализированные операции по обра-
ботке перфокарт.
После машин Голлерита появились другие машины с анало-
гичными задачами и во многом сходные с первыми. Естественно,
что в них вносились некоторые упрощения и усовершенствова-
ния. Наиболее известные из них — машины Пауэрса. Некоторое
распространение получили машины Лангфорда, позже — Буля, нор-
вежского инженера, начавшего выпускать свои машины в 1931 г.
Машины Пауэрса (так же как и Голлерита) выпускались в
различных вариантах. Существуют машины клавишные и без
клавиш, печатающие и не печатающие, с горизонтальной и вер-
тикальной сортировкой.
В более поздних выпусках пробивка перфокарт осуществля-
лась при помощи электромагнита, вычислителю необходимо толь-
152
ко замкнуть контакт. Сравнение различных данных и подробное
рассмотрение машин Голлерита и Пауэрса можно найти в ра-
боте [4].
В СССР счетно-аналитические машины были впервые приме-
нены в 1925 г. в Харькове — это была машина Пауэрса. В 1927 г.
были установлены такие машины в ЦСУ и в Наркомате путей
сообщения. В 1930 г. в СССР было установлено 62 машины:
40 Пауэрса и 22 Голлерита, из них четыре применялись для уче-
та на производстве в Москве (2), Ленинграде и Харькове, осталь-
ные использовались в различных организациях — Госбанке, Цен-
тросоюзе, Союзтрансе, ОГИЗе и др. В это же время в США было
400 установок, в Германии — несколько сотен.
В 1935 г. было налажено отечественное производство счетно-
аналитических машин, и до 1939 г. их было выпущено около 200
комплектов (о первых советских счетно-аналитических машинах
см. [4—6]).
Йесмотря на такое широкое распространение счетно-анали-
тических машин (Т-I), они обладали рядом существенных недо-
статков. Их работа в основном производится с перфокартами. Пер-
фокарта является документом, который служит целям многократ-
ного воспроизведения и подсчета зафиксированных на нем, при
помощи отверстий, показателей. В связи с этим счетно-аналитиче-
ские машины требуют, кроме основных автоматов, целый ряд
вспомогательных машин (пробивки, контроль и т. п.), например
пробивка является совершенно отдельным процессом, не связан-
ным с основной машиной. Это пытался устранить Лангфорд —
пробивка в его системе происходит одновременно с выпиской пер-
вичного документа.
Но основной их недостаток — медленность проведения опе-
раций из-за механического принципа работы счетчиков, этот же
механический принцип порождал и большие размеры таких
машин. Механический принцип, господствовавший в счетных ма-
шинах в течение 200 лет, перестал удовлетворять растущим тре-
бованиям. Фактически счетно-аналитическими машинами меха-
нический принцип себя исчерпал. Для дальнейшего развития
счетной техники необходимо было применить новый принцип, ко-
торый подсказывало развитие науки и техники,— электронный
принцип.
2. Использование электрической энергии
в работе механических счетчиков
Наряду со счетно-аналитическими машинами (Голлерит,
Пауэрс и др.) электричество начинают применять и в машинах,
в основе которых лежат старые конструкции, вначале приспособ-
ленные к чисто механическим вычислениям. Применение элек-
тричества в первую очередь относится к использованию электро-
приводов.
153
Вращать ручку во всех рассмотренных ранее машинах утоми-
тельно, кроме того, это довольно медленный процесс. Поэтому
вначале в счетных машинах заменяют ручку, которую должен
вращать вычислитель, электроприводом.
Так, широкое распространение получила машина, выпуска-
емая фирмой «С. Вальтер». Это машина с колесами Однера, с
рычажной установкой чисел и с электрическим приводом. Она во
многом похожа на арифмометр Однера. Имеются и некоторые
усовершенствования. Для гашения результатов служит ручка на
левой стороне каретки. Установочный механизм гасится с по-
мощью расположенной под ним планки. Каретка передвигается
при нажатии клавиш. При умножении и делении, после нажима
соответствующей клавиши, нужно считать на слух число оборотов
вала. Правда, существует специальный рычаг, устанавливая ко-
торый на отдельные цифры, можно фиксировать число оборотов
вала. Но эта установка требует дополнительного внимания и
времени, поэтому вычислители им почти никогда не пользуются
и работают на слух. Такое полуавтоматическое умножение и де-
ление, при некотором навыке, производится довольно быстро.
Более совершенными являются клавишные машины с колеса-
ми Однера с электрическим приводом. Они выпускаются как
с полной, так и с десятиклавишной клавиатурой установоч-
ного механизма (например, машина «Фацит»). В этих машинах
при производстве действий число оборотов ведущего вала счи-
тается на слух. Машина останавливается, если от нее требуется
невыполнимое действие.
Электрический привод (или моторный) применяется и в ма-
шинах со ступенчатым валиком. До этого, как правило, сущест-
вовали аналогичные модели с ручным приводом. Почти все они
имеют в установочном механизме полную клавиатуру, с нуле-
вой клавишей для гашения чисел, установленных в этом ряду.
Итак, существуют три типа установочных приспособлений:
1. Установочный механизм с пазами, использовавшийся в меха-
нических томас-машинах. Это наименее удобный способ установ-
ки чисел. Поэтому при переходе к электроприводам его сразу за-
менили на клавишную установку. 2. Рычажная установка, при-
меняющаяся в механических однер-машинах, осуществляется
значительно быстрее, чем установка в механизме с пазами. При
рычажной установке движение механизма соответствует естест-
венному движению руки. Машины с колесами Однера и с полной
клавиатурой дают небольшой выигрыш во времени. Поэтому при
переходе на электропривод однер-машины часто оставляют с
рычажной установкой. 3. Наибольшими преимуществами облада-
ет клавишная установка, со временем почти полностью вытеснив-
шая все другие виды установок.
Моторный привод в томас-машинах, включающийся нажати-
ем клавиши, придает механизму машины 400—500 об/мин. Тако-
вы машины «Рейнметалл», «Архимед», «Монроэ» и др.
154
Дальнейшее развитие счетных машин шло в направлении
создания автоматически работающей машины, которая после ус-
тановки чисел работала бы без дальнейшего вмешательства вы-
числителя. Вначале была разработана конструкция машин, авто-
матически выполняющих деление. Автоматическое умножение
сразу не удавалось. Был создан лишь специальный установочный
механизм для однозначного множителя. С помощью нажима со-
ответствующей клавиши установленное множимое умножалось
на однозначное число и каретка передвигалась на один разряд, да-
лее на клавиатуре устанавливалась следующая цифра множителя
и т. д. От этого устройства затем перешли к полностью автомати-
ческому умножению, при котором оба множителя устанавлива-
ются перед проведением вычислений. После нажима па множи-
тельную клавишу производится последовательно умножение па
разряды множителя, причем каретка перемещается автоматически.
Наиболее распространенными машинами такого типа являются
«Архимед», модель М, «Рейнметалл» и др.
«Архимед» (модель М) — автоматическая счетная машина с
общим установочным механизмом в виде полной клавиатуры для
множимого и множителя. В «Рейнметалле» такая установка про-
изводится раздельно: для множимого служит полная клавиатура,
а для установки множителя — 10 клавиш.
В машинах с пропорциональным рычагом также широко при-
меняется электрический привод. Наибольшее распространение
получила автоматическая счетная машина «Мерседес — Евклид».
Она обладает полной клавиатурой установочного механизма, а
также имеется механизм дополнения, в котором появляется до-
полнение числа, стоящего в результате. Для удобства производ-
ства умножения установочный механизм разделен на две полови-
ны по шесть, а в больших машинах по восемь разрядов в каждой.
Множимое устанавливается в правой половине клавиатуры, мно-
житель — в левой. Для выполнения деления делимое устанавлива-
ется в левой половине клавиатуры, делитель — в правой.
В 1925 г. Гаманн создал машину с переключающей защелкой.
Эта машина по внешнему виду похожа на однер-машину, однако
имеет одно существенное отличие от предшествующих: ручка
привода все время вращается в одном направлении; переключе-
ние на сложение и вычитание производится с помощью рычага,
расположенного непосредственно под ручкой; рычаг переставля-
ется той же рукой, которой вращают ручку привода; в качестве
передающего элемента используется колесо с переключающей за-
щелкой; установка выполняется с помощью выступающего из
прорези установочного рычага, более длинного, чем в однер-
машинах, и остающегося неподвижным при вращении меха-
низма.
Создаются конструкции автоматических машин с переключа-
ющей защелкой (например, «Гаманн — Селекта»). Такие маши-
ны имеют электрический привод и две полные клавиатуры: пра-
155
Десятиклавишная полуавтоматическая машина ВК-2
вую для установки множимого и левую — для множителя. Обе
клавиатуры снабжены рядом клавиш с гасящими кнопками. Эти
машины, а также и другие могут иметь включающееся или выклю-
чающееся в процессе работы округляющее устройство, которое
при переносе числа из результатного механизма в собирающий
выполняет округления в определенном разряде, т. е. если в пред-
шествующем низшем разряде стоит какое-либо число от 5 до 9,
то показания данного разряда увеличиваются на 1. Если в низших
разрядах стоит от 0 до 4, то увеличения не происходит. Иногда
имеется еще счетчик установленных чисел, который указывает
количество установленных чисел, переданных из результатного
механизма в собирающий.
Мы остановимся еще на нескольких типах машин. В СССР
была создана десятиклавишная вычислительная машина ВК-1.
Она представляла собой усовершенствованный арифмометр, ра-
ботающий на принципе колес Однера, и предназначалась для вы-
полнения четырех арифметических действий. Для ускорения ра-
боты следует набирать числа на установочной клавиатуре из де-
сяти клавиш слепым способом. Дальнейшим шагом развития ВК-1
стала вычислительная машина ВК-2, которая является десяти-
клавишным полуавтоматом для четырех арифметических дейст-
вий, на ней выполняется автоматически только деление. Машина
ВК-2 работает от переменного тока с напряжением 110 или 220 в,
производя до 350 об/мин.
156
Полноклавишная полуавтоматическая машина КСМ-2
Полноклавишная автоматическая машина ВММ-2
Наряду с десятиклавишными машинами появились и полно-
клавишные полуавтоматические вычислительные машины. В пол-
ноклавишных электрических машинах КСМ-1 и КСМ-2 исполь-
зуются (с некоторым изменением) ступенчатые валики. На них
можно выполнять все четыре арифметических действия, но они
наиболее удобны для умножения и деления. Они работают от
сети и делают 300 об/мин. В полуавтоматической вычислительной
машине КЕВ-2с установлен универсальный электромотор, кото-
рый можно переключать па работу от переменного пли постоян-
ного тока напряжением ИО—220 в. Она уже производит 500 об!мин.
Происходило и дальнейшее усовершенствование полноклавиш-
пых полуавтоматических машин (КЕЛ-2с, КЕЛР-2с и др.).
Пыли созданы и полноклавпшные автоматические вычисли-
тельные машины, которые в основном работают па принципе пли
ступенчатого валика, или пропорционального рычага. При вычис-
лениях на автоматических вычислительных машинах участие вы-
числителя сводится к установке исходных данных и нажатию
соответствующих клавишей управления. На таких машинах мож-
но производить все арифметические действия, но наиболее удоб-
ны они для умножения, деления и комбинированных вычислений
(САЛ-2С, САЛС-2с, САР, ВМА-2, ВММ-2 и др.).
Наиболее медленным и трудоемким действием па всех вы-
числительных машинах является деление. Например, па арифмо-
метре «Феликс» (с электроприводом или без него) для деления
требуется на 60—100% времени больше, чем на умножение таких
же чисел, а на автомате САЛ-2С — на 40%. Поэтому при вы-
числениях необходимо преобразовать формулы так, чтобы по воз-
можности деление заменять умножением. Например, деление за-
менять умножением на величину, обратную делителю, а при вы-
числениях с тригонометрическими функциями деление на sin а,
tg а и cos а заменять умножением на cosec a, etg а, sec а. При
работе па машинах нужно следить за необходимой степенью точ-
ности, так как при увеличении числа па один знак время для
выполнения с пим действия увеличивается на 10—15%, при уве-
личении в частном знаков от двух до шести время увеличивает-
ся па 40%.
На полуавтоматических машинах умножение выполняется
быстрее, чем на полных автоматах, так как на полуавтоматах
можно применять различные сокращенные способы этих дейст-
вий, чего, как правило, нельзя делать на автоматах. Деление на
автоматах, наоборот производится несколько быстрее, чем на по-
луавтоматах.
Период электрических (электромеханических) машин сменил-
ся периодом электронных машин, необычайно бурный прогресс
которых продолжается п в настоящее время.
158
3. Состояние счетной техники
перед переходом к электронным вычислительным машинам
Мы уже останавливались на том, как оценивал арифмометры
Ф. Клейн. Еще более удивляет, с одной стороны, восторженность,
а с другой — неправильность и скромность в оценке задач и
возможностей счетных машин. В 1928 г. Н. И Идельсон писал:
«Современный арифмометр представляет собой достойный удив-
ления инструмент: быстро и механически-безошибочно выпол-
няет он ту работу, которая, казалось бы, должна была навсегда
остаться привилегией человеческого мозга» [8, стр. 7]. Следует
иметь в виду, что речь идет об арифмометрах типа арифмометра
Однера.
В книге [8] выдвигаются требования, которые можно предъ-
явить к счетным машинам с учетом состояния техники в 20-е
годы нашего столетия, а именно:
1. Передача десятков должна всегда быть равномерной, даже
если необходимо выполнить, например, действия: 999 999 + 1 или
1 000 000 — 1. Усилия при вращении рукоятки не должны чрез-
мерно при этом увеличиваться.
2. Машина должна работать точно, независимо от скорости
движения рабочих частей. При увеличении скорости должны
вступать в действие различные противоинерционные и тормозя-
щие устройства.
3. Ошибки, возникающие в результате неправильного обра-
щения, должны быть исключены. К ним относятся ошибки, по-
являющиеся, например, при неполном нажатии клавиши, непол-
ном повороте ручки, при установке рычагов между отметками
цифр, при нажатии двух клавиш одного разряда (вместо одной)
и т. п. Для устранения возможности неправильного обращения
с машиной она должна быть снабжена предохранительными при-
способлениями, которые называются затормаживающими.
4. Должны быть созданы машины с печатающим приспособ-
лением. Результат необходимо печатать автоматически, так как
при печатании результатов вычислителем могут появиться раз-
личные ошибки.
Далее автор пишет о том, какая, с его точки зрения, должна
быть идеальная машина, хотя «сомнительно, чтобы когда-нибудь
удалось сконструировать такую идеальную машину» [8, стр. 133].
Эта идеальная машина должна удовлетворять следующим
требованиям:
1. Четыре арифметических действия, после установки чисел,
должны выполняться автоматически, при этом машиной должен
указываться порядок чисел (запятая должна передвигаться авто-
матически). Это все предполагает автоматическое перемещение
каретки и электропривода.
2. Машина должна быть клавишной. Оба числа при выполне
нпн умножения и деления должны устанавливаться одповремен-
159
но и целиком. Установочные механизмы должны позволять уста-
новку одного из чисел следующего умножения или деления во
время работы машины. Это ускорит процесс вычисления.
3. «Машина должна работать достаточно быстро» [8, стр.
132].
4. Машина должна быть с печатающим приспособлением, ко-
торое должно легко выключаться при получении промежуточных
вычислений, запись которых не требуется. Счетчик также должен
легко выключаться тогда, когда нужно только печатать.
5. Машина должна работать бесшумно.
6. Машина должна иметь два результирующих счетчика с
возможностью переноса результата с одного счетчика на другой
для получения промежуточных результатов и для работы с эти-
ми промежуточными вычислениями.
7. Машина должна быть сравнительно проста, так как веро-
ятность повреждений будет тем больше, чем сложнее механизм.
Устранять повреждения также будет труднее, чем механизм слож-
нее. Автор далее пишет, что современные машины далеки еще
от такой идеальной машины, и в «ближайшее время придется
довольствоваться решением только некоторых из поставленных
задач» [8, стр. 133].
Эти рассуждения приведены для того, чтобы показать, что
даже специалисты не видели (или плохо видели) истинные тен-
денции развития счетных машин. А в рассматриваемый период
уже складывались условия, которые привели к созданию элек-
тронных вычислительных машин.
В XX в. цифровая вычислительная техника развивалась в двух
направлениях. Первое из них — это малые счетные машины
(иногда их называют настольными) или то, что принято назы-
вать неопределенным словом арифмометр. Арифмометров до 30-х
годов выпускалось, как мы видели, большое количество (в Со-
ветском Союзе выпуск арифмометров возобновился в 1924 г.).
Малые вычислительные машины применялись для механизации
выполнения элементарных арифметических операций в различ-
ных комбинациях.
Второе направление в развитии цифровых вычислительных
машин — это счетно-перфорационные или счетно-аналитические
машины. Их также было выпущено большое число конструкций.
Начиная с 1929 г., советская промышленность начала изготовле-
ние счетных машин более сложной конструкции, чем простой
арифмометр. Счетно-аналитические машины использовались в
первую очередь для решения задач статистики и учета. В СССР
к 1932 г. было создано 12 МСС (машинно-счетных станций), обо-
рудованных счетно-аналитическими машинами, на крупных пред-
приятиях, в том числе на Московском и Горьковском автомобиль-
ных заводах.
К 1939 г. отечественная промышленность освоила производ-
ство всех основных типов счетных машин. Наша страна избави-
160
лась от необходимости импортировать или арендовать (как это
делалось до этого времени) «Голлерит», «Пауэрс» и другие си-
стемы у иностранных, в первую очередь американских, фирм.
Многие МСС были полностью оснащены машинами отечествен-
ного производства. В 1932—1938 гг. на базе отечественных счет-
но-аналитических машин были созданы МСС на 40 промышлен-
ных предприятиях. В этот период строятся новые и ре-
конструируются старые заводы. Так, в 1937 г. приступили к
расширению и реконструкции одного из крупнейших заводов в на-
шей стране — завода «САМ» (счетно-аналитические машины).
Мы привели только отдельные примеры быстрого роста про-
мышленности выпуска вычислительных машин в нашей стране.
Бурный рост вычислительной техники в 30-е годы наблюдается
во всех промышленно развитых странах, в первую очередь в США
и Германии. Расширялось применение машин, росли и требова-
ния, предъявляемые к ним в отношении быстродействия и авто-
матического управления.
Широкое распространение табуляторов было связано с теми
преимуществами, которые имеют перфорационные машины по
сравнению с арифмометрами. Эти преимущества сводятся в ос-
новном к увеличению скорости и уменьшению вероятности оши-
бок при вычислениях. Уменьшение количества ошибок достига-
ется здесь за счет механизации вычислений. После того как ис-
ходные данные были пробиты в виде отверстий на перфокартах,
вся остальная работа производилась машинами, входящими в со-
став вычислительного комплекса. Такой комплекс включал сле-
дующие машины: 1) входной перфоратор; 2) контрольник; 3) сор-
тировальную (или раскладочную) машину; 4) табулятор. Первые
три машины являются подготовительными, арифметические же
действия выполняются на табуляторе, преимущественно это сло-
жение и вычитание. В такой машинный комплекс входит и ав-
томатическое печатание результатов.
Наряду с производством табуляторов, выполнявших в основ-
ном сложение и вычитание, в начале 30-х годов были разработа-
ны множительные перфораторы (для сложения, вычитания и
умножения), а также вычислительные перфораторы (для четы-
рех арифметических действий). Существенным шагом в развитии
таких машин явились разработки Брайса (США) и его сотруд-
ников. В результате этих разработок в 1929 г. фирмой «ИВМ»
была построена вычислительная машина для Колумбийского уни-
верситета. Идеи, позволившие реализовать эту машину, повлия-
ли на разработку серии из 600 множительных устройств, выпу-
щенных той же фирмой в 1931 г. В дальнейшем в 30-х годах та
же фирма разработала ряд устройств, способствовавших расши-
рению применения перфорационных машин. Были введены лен-
точные перфораторы, вводные устройства для автоматической за-
писи показаний различных приборов на перфокарты, итоговые
перфокарты и т. п.
6 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
161
Несмотря на все эти усовершенствования и распространение
перфорационных машин, они не могли удовлетворить все возра-
стающие требования к вычислительным машинам.
Вскоре после начала работ над программно-управляемыми ав-
томатическими ЦВМ на электромеханических реле начались ра-
боты по созданию аналитических ЦВМ на электронных лампах.
Так постепенно осуществлялся переход к современному этапу в
развитии счетной техники. Несмотря на то, что возникновение
электронных ЦВМ было подготовлено всем предшествующим раз-
витием счетных машин, а также развитием и состоянием соот-
ветствующих отраслей техники, их осуществление оказалось ре-
волюционным переворотом не только в счетной технике. Элек-
тронные вычислительные машины стали во многом определять
лицо различных отраслей техники и целых математических
дисциплин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Д. К. Жак. Механизированная разработка материалов переписей населе-
ния СССР. М., Госстатиздат, 1958.
2. С. П. Плешко. Электрическая машина Голлерита, ее применение при раз-
работке данных первой Всероссийской переписи населения, 1897 г. Пг.,
1917.
3. Н. Кобринский, В. Пекелис. Быстрее мысли. М., «Молодая гвардия», 1959.
4. С. К. Неслуховский. Энциклопедия счетных машин, вып. 1. М.— Л., 1931.
5. В. Н. Рязанских, В. В. Коноплев, Л. Ю. Добецкий. Советские счетно-анали-
тические машины. М., 1954.
6. Е. А. Исакович. Машинизация учета. М.— Л., Госпланиздат, 1939.
7. Ф. Клейн. Элементарная математика с точки зрения высшей, т. 1. М.— Л.,
ОНТИ — Гостехиздат, 1933.
8. Ленц. Счетные машины. М.— Л., Госиздат, 1928.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ЭЛЕКТРОННЫЕ ЦВМ
Глава IV
ЗАРОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
1. Исторические предпосылки создания электронных ЦВМ
Развитие электроники
Основными техническими предпосылками создания электрон-
ной цифровой вычислительной техники являются развитие элек-
троники и опыт, накопленный в процессе разработки счетно-ана-
литических машин на перфорированных картах.
Работы, приведшие к созданию новой отрасли техники — элек-
троники, были начаты в конце XIX в. учеными различных стран.'
В 1884 г. в статье «Явление в лампочке Эдисона» Т. Эдисон
описал открытое им в процессе работы над усовершенствованием
угольной осветительной лампы явление термоэлектронной эмис-
сии. В 1897 г. немецким физиком Брауном была изобретена элек-
тронно-лучевая трубка. В 1904 г. английский инженер Дж. Фле-
минг взял патент на применение электронно-лампового диода в
качестве детектора радиотелеграфного приемника. Триод был изо-
бретен в 1906 г. американским исследователем Ли де Форестом.
В 1913 г. немецкий физик А. Мейснер запатентовал ламповый ге-
нератор незатухающих колебаний. В 1918 г. советский ученый
М. А. Бонч-Бруевич изобрел ламповый триггер, сыгравший впо-
следствии огромную роль в развитии вычислительной техники 1 [ 1 ].
Схема, предложенная Бонч-Бруевичем, представляет собой
двухкаскадный апериодический усилитель на электронных лам-
пах с положительной обратной связью. Варианты этой схемы
нашли широкое применение в электронике (счет импульсов, запо-
минание информации, переключение и релейная коммутация, фор-
мирование прямоугольных импульсов и т. д.). В основе различ-
ных модификаций этой схемы, для обозначения которой в настоя-
щее время используется ряд терминов (статический триггер с
двумя устойчивыми состояниями, полупериодический мультиви-
братор, реостатная спусковая схема, электронное реле и др.), ле-
жит схема (см. рисунок).
Независимо от Бонч-Бруевича триггерная схема была разработана
У. Икклзом и Ф. Джорданом в 1919 г. [2].
163
6*
Реостатная триггерная схема
на триодах с анодно-сеточны-
ми связями
Показанный на рисунке двухкаскадный усилитель представ-
ляет собой симметричную схему с положительной обратной связью,
которая обеспечивается передачей изменений на аноде одной из
ламп на сетку другой лампы. Теоретически в идеально симмет-
ричной схеме после включения напряжений питания должен уста-
новиться один и тот же режим в обоих триодах. Однако в реаль-
ных схемах всегда возникает некоторая асимметрия анодных
токов, которая при наличии положительной обратной связи лави-
нообразно нарастает и приводит к запиранию одной из ламп. По-
скольку потенциал сетки запертого триода определяется делите-
лем напряжения ИЛс2 (или 7?2-Rgi), данное состояние устойчиво
и может быть изменено только внешним импульсом напряжения,
достаточным для появления тока в закрытой лампе или уменьше-
ния тока в открытой лампе. В этом случае происходит переброс
триггера в новое устойчивое состояние.
Триггеры позволяют сравнительно легко реализовать различ-
ные типы цифровых схем, в том числе для запоминания и счета
информации. Так, одна триггерная схема может быть использо-
вана для запоминания одного разряда двоичного числа. Соответ-
ственно из некоторого количества триггерных схем может быть
образован регистр, т. е. запоминающее устройство на одно число.
Последовательное соединение триггеров (таким образом, чтобы
сигнал с выхода одного триггера использовался в качестве вход-
ного сигнала для следующей триггерной схемы) позволяет реа-
лизовать счетчик, т. е. схему для счета последовательно посту-
пающих импульсов.
Первые электронные счетчики появились в 30-х годах и нашли
широкое применение в ядерной физике в устройствах для счета
заряженных частиц, где они использовались в качестве пересчет-
ных схем, т. е. схем, у которых число импульсов на выходе в п
раз меньше числа импульсов на входе. Необходимость разработ-
ки пересчетных схем была обусловлена тем, что в ряде случаев
частота следования импульсов, зависящая от количества детек-
164
тируемых заряженных частиц, так велика, что механический
счетчик не может регистрировать их без просчета.
С исторической точки зрения данное обстоятельство представ-
ляет особый интерес: впервые на практике механические методы
счета, оказавшиеся неудовлетворительными, были заменены
электронными методами. Первые электронные счетчики были вы-
полнены на газоразрядных лампах. В 1930—1931 гг. в Англии
Винн-Вильямсом были разработаны электронные счетчики на ти-
ратронах. В дальнейшем наряду с тиратронными схемами стали
использоваться схемы на вакуумных лампах. Счетчики на ваку-
умных лампах обеспечивали значительно более высокую скорость
счета по сравнению с тиратронными схемами, что и обусловило их
последующее применение в электронных ЦВМ.
Наряду с созданием газоразрядных ламп продолжались совер-
шенствование и разработка новых типов вакуумных приборов.
В 1924 г. была разработана экранированная лампа с двумя сет-
ками (тетрод), а в 1930—1931 гг.— пятиэлектродные лампы с
тремя сетками (пентод). Стремление уменьшить количество
ламп в радиотехнических схемах, а также повысить экономич-
ность аппаратуры привело к разработке комбинированных ламп.
К началу 40-х годов, т. е. ко времени появления первых про-
ектов автоматических вычислительных систем, получила развитие
теория электронных цепей, причем электронные схемы широко
применялись во многих областях техники, прежде всего в радио-
технике. Зарождались телевидение и радиолокация, развивалась
электронная контрольно-измерительная техника. Таким образом,
был накоплен существенный опыт в области проектирования
электронных схем и появились потенциальные возможности при-
менения электронных приборов в вычислительных устройствах.
Универсальные ЦВМ с программным управлением,
выполненные на электромеханических элементах
Развитие перфорационной вычислительной техники, а также
успехи в области применения электромеханических реле (напри-
мер, в автоматических телефонных станциях) позволили в 30—
40-х годах осуществить проекты, адекватные по своим масшта-
бам проекту Ч. Бэббиджа. Иными словами, в первой трети XX в.
были созданы технические условия для реализации проектов уни-
версальных электромеханических ЦВМ, предназначенных для вы-
полнения сложных научно-технических расчетов. Заметим, что
приблизительно к тому же времени появились технические воз-
можности реализации ЦВМ на электронных лампах. Более того,
проектирование первых электромеханических и электронных
ЦВМ с программным управлением происходило почти параллель-
но. Однако хронологически первыми появились все же электро-
механические машины, причем опыт, полученный в ходе их раз-
165
работки и эксплуатации, сыграл значительную роль в разработ-
ке первой электронной ЦВМ.
Первые универсальные электромеханические ЦВМ с программ-
ным управлением были созданы в Германии и США в первой
половине 40-х годов. Наиболее значительная роль в разработке
данных проектов принадлежит немецкому инженеру К. Цузе и
американским ученым Г. Айкену и Дж. Стибицу. При этом ра-
боты К. Цузе, несколько опередившие проекты американских уче-
ных, не были известны в США.
Работа по первому проекту Цузе (модель Ц-1) была нача-
та в 1936 г. и продолжалась в течение двух лет. Машина Ц-1
была выполнена полностью на механических элементах, что яви-
лось причиной ее неудовлетворительной работы. В следующем ва-
рианте (Ц-2), который Цузе стал разрабатывать сразу после за-
вершения модели Ц-1, в качестве схемных элементов были
использованы электромагнитные реле. Работа над Ц-2 не была
завершена. В сентябре 1939 г. гитлеровская Германия, напав на
Польшу, развязала вторую мировую войну. В этих условиях са-
мостоятельная научно-исследовательская работа (разработка мо-
делей Ц-1 и Ц-2 велась Цузе по собственной инициативе и на
собственные средства) была практически невозможна. Но рабо-
той Цузе заинтересовались в армии. Исследовательский центр ВВС
финансировал работу Цузе над проектом автоматической ЦВМ.
В 1941 г. Цузе закончил работу над машиной Ц-3. Эта машина,
выполненная полностью на электромагнитных реле, явилась пер-
вой в мире универсальной автоматической ЦВМ с программ-
ным управлением. Рабочая программа задавалась на 8-каналь-
ной перфорированной ленте, в качестве которой использовалась
обычная кинолента. Машина выполняла восемь команд, в состав
которых входили четыре арифметических действия (в том числе
пять команд умножения) и извлечение квадратного корня. Все
вычисления производились в двоичной системе счисления с пла-
вающей запятой. Длина машинного слова составляла 22 двоичных
разряда (включая 14 разрядов мантиссы, 7 разрядов порядка и
1 разряд, отводимый на знак числа). Операция сложения выпол-
нялась за 0,3 сек, умножения — за 4—5 сек. Всего в машине ис-
пользовалось 2600 реле, в том числе 600 — в арифметическом уст-
ройстве. Емкость памяти, выполненной на релейных схемах, со-
ставляла 64 числа. В начале 1945 г. Цузе закончил разработку
усовершенствованного варианта машины Ц-3 (модель Ц-4). Бла-
годаря высокой надежности эта модель находилась в эксплуата-
ции вплоть до 1959 г. (в 1950—1954 гг. в Швейцарском техноло-
гическом институте, в 1955—1958 гг.— в министерстве обороны
Франции) [3,4].
Реализация проекта Г. Айкена началась в 1939 г. на базе
стандартных деталей перфорационных устройств, выпускавшихся
фирмой «ИВМ» (США). В августе 1944 г. разработки были за-
вершены, машина МАРК-1 была передана заказчику (Гарвард-
166
Машина Ц-3
скому университету) и эксплуатировалась в дальнейшем в тече-
ние 15 лет. Устройство управления машиной состояло из зубча-
того колеса, которое перематывало «управляющую» перфоленту.
Для записи одной команды использовался один ряд пробивок
на перфоленте (24 отверстия). В число пяти основных операций
входили четыре арифметических действия и операция отыскания
в таблицах требуемых величин. Скорость движения перфоленты
составляла 200 шагов в 1 мин. За один шаг перфоленты выпол-
нялись операции сложения и вычитания (0,3 сек.). Умножение
и деление производились соответственно за 5,7 и 15,3 сек. Все
операции выполнялись в десятичной системе счисления. Сложе-
ние и вычитание осуществлялись накапливающим сумматором,
состоящим из 72 электромеханических счетчиков, в каждом из
которых использовались 24 цифровых колеса (23 колеса — для
одного десятичного числа и одно — для знака числа). Наряду с
сумматором в машине применялись устройства для выполнения
различных математических действий (множительно-делительное
устройство, функциональные счетчики для вычисления логариф-
мических и тригонометрических функций и три интерполятора).
Для запоминания данных служили 72 счетчика сумматора и па-
мять на релейных схемах с ручной установкой данных емкостей
60 чисел. Все переключатели, примененные в машине, были вы-
полнены на электромагнитных реле. Для пересылки данных из
одного устройства в другое использовались электрические им-
167
пульсы амплитудой 50 в, передаваемые по одноканальной число-
вой шине. Привод механических устройств (устройство управле-
ния, цифровые колеса сумматора, интерполяторы) осуществлял-
ся через систему зубчатых передач от одного мотора мощностью
5 л. с. [5,6].
Сравнивая МАРК-1 с машиной Ц-3, следует отметить, что
машина Цузе с точки зрения схемно-структурных решений пре-
восходила машину Айкена. Ц-3 была выполнена полностью на
электромагнитных реле, в то время как в МАРК-1 использовались
как релейные, так и механические элементы. Операции в машине
Ц-3 выполнялись в двоичной системе счисления, причем маши-
на имела встроенное устройство для перевода исходных десятич-
ных чисел в двоичный код. Применение плавающей запятой в
Ц-3 обеспечивало более широкий диапазон представимых чисел.
Однако влияние обоих проектов на развитие вычислительной тех-
ники было различным. Хотя работы Цузе хронологически пред-
шествовали работам Айкена и по ряду идей были передовыми,
проект МАРК-1, широко известный как в США, так и за их пре-
делами, оказал значительно более существенное влияние на даль-
нейшее развитие вычислительной техники, прежде всего на по-
следующие проекты релейных ЦВМ. Работы Цузе ряд лет остава-
лись неизвестными за пределами Германии. Единственной ма-
шиной Цузе, сохранившейся после окончания войны, явилась
упоминавшаяся выше модель Ц-4, установленная в 1954 г. в
Швейцарском технологическом институте (Цюрих). Машина
Ц-3, так же как и первые модели (Ц-1 и Ц-2), не сохранилась.
К тому времени, когда Цузе возобновил свои исследования
(в 1953 г. была создана новая релейная модель Ц-5), вычисли-
тельная техника сделала огромный шаг вперед. Были созданы
первые электронные ЦВМ, серийное производство которых стало
налаживаться в США, СССР и Великобритании. Таким образом,
вторая мировая война явилась основной причиной того, что ра-
боты Цузе не сыграли существенной роли в развитии вычисли-
тельной техники, а идеи конструкции Ц-3 не получили должной
оценки. В подавляющем большинстве специальных исследований
по истории ЦВМ и исторических справок в монографиях по вы-
числительной технике авторы после рассмотрения или упомина-
ния работ Бэббиджа переходят сразу к работам Айкена, причем
МАРК-1 рассматривается как первая в мире программно-управ-
ляемая автоматическая ЦВМ.
Наряду с работами Цузе и Айкена существенную роль в со-
здании первых автоматических ЦВМ, предназначенных для вы-
полнения сложных научно-технических расчетов, сыграли работы
американского ученого Дж. Стибица [7]. После получения в
1930 г. докторской степени за исследования по математике Сти-
биц поступил на работу в компанию «Белл телефон лабораториз».
В 1937 г. он заинтересовался проблемой конструирования вычис-
лительных устройств на электромагнитных реле и в 1938 г. раз-
168
Г. Айкен
работал вычислительную машину («Белл-I»), способную опери-
ровать с комплексными числами. Эта машина не имела устройств
автоматического управления и по производительности ее можно
сравнить с малыми вычислительными машинами. В 1940 г. ди-
станционное управление машиной «Белл-I» было продемонстри-
ровано на заседании Американского математического общества
в г. Дартмуте. Эта демонстрация состояла во введении в машину
двух комплексных чисел, передаваемых в Нью-Йорк по телеграфу,
и в получении произведения этих чисел на телетайпе, установлен-
ном в зале заседания. Демонстрация имела большой успех среди
участников заседания, в числе которых были Н. Винер и Дж. Ма-
учли, будущий конструктор первой электронной ЦВМ [8].
В 1942 г. под руководством Стибица был сконструирован ре-
лейный интерполятор (машина «Белл-П»), насчитывающий око-
ло 500 реле и автоматически управляемый программой, записан-
ной на перфоленте. Эта машина имела объем памяти в пять
пятизначных десятичных чисел. В машинах «Белл-I» и «Белл-П»
были использованы стандартные детали, аппаратура и схемы,
применяемые в автоматических телефонных станциях. В машине
«Белл-П» впервые была применена разработанная Стибицем
16Й
Машина Марк-I
встроенная схема обнаружения ошибок : если не срабатывало тре-
буемое реле, машина останавливалась.
В 1944 г. Стибиц приступил к разработке мощной универсаль-
ной ЦВМ с программным управлением (машина «Белл-V»), вы-
полненной на электромагнитных реле. Эта машина, изготовленная
в двух экземплярах, была закончена в 1947 г., т. е. уже после со-
здания первой ЭВМ ЭНИАК. Машина «Белл-V» содержала более
9 тыс. реле и около 50 устройств из числа применяемых в теле-
тайпной связи. Машина весила около 10 т (вдвое больше, чем
МАРК-1) и занимала площадь около 90 ж2. В том же 1947 г. вы-
числительная лаборатория Гарвардского университета закончила
постройку большой программно-управляемой ЦВМ МАРК-П, вы-
полненной на электромагнитных реле (13 тыс. шестиполюсных
быстродействующих реле, специально сконструированных для
МАРК-П; время срабатывания реле 6—10 мсек). В машинах
МАРК-П и «Белл-V» была использована плавающая запятая
[9, Ю].
С помощью программно-управляемых релейных машин, раз-
работанных в 40-х годах, можно было выполнять широкий круг
математических операций: составление математических таблиц,
дифференцирование любого порядка, интерполирование с учетом
разностей первого, второго и высшего порядков, численное ин-
тегрирование, гармонический анализ, суммирование и умножение
рядов, вычисления по методу наименьших квадратов, вычисления
методом последовательных приближений, подбор эксперименталь-
ных формул и т. д.
170
Однако скорость выполнения операций была сравнительно
низкой. Так, машина «Белл-V» производила арифметические дей-
ствия над 7-разрядными десятичными числами со следующими
скоростями: сложение и вычитание — 0,3 сек, умножение — 1 сек,
деление — 2,2 сек., извлечение квадратного корня — 4,3 сек.
Машина МАРК-11 при работе с 10-разрядными десятичными
числами выполняла операцию сложения за 0,2 сек, а умноже-
ние — за 0,7 сек.
ЦВМ с таким порядком быстродействия не могли стать ос-
новой для революционных изменений в областях техники, разви-
тие которых существенным образом зависит от объема вычисле-
ний, выполняемых при конструировании и функционировании со-
ответствующих систем (атомная техника, космическая техника,
реактивная авиация и т. д.). Повышение скорости работы ЦВМ
могло произойти только в результате качественного технологи-
ческого скачка, созданного применением электронных элементов.
Соответствующие условия для этого были подготовлены всем
предшествующим развитием электроники. Поэтому практически
одновременно с началом работ над проектами автоматических ре-
лейных ЦВМ возникают идеи использовать электронные схемы
вместо электромеханических.
Интересный вопрос, который возникает в этой связи, заключа-
ется в следующем: сознавали ли Цузе, Айкен и другие конструк-
торы первых автоматических ЦВМ принципиальные преимуще-
ства электронных схем и почему они стремились решить новую
проблему (создание автоматических ЦВМ) старыми методами —
па основе механических и релейно-контактных элементов? Одно-
значный ответ на данный вопрос дает Н. Винер, хорошо знако-
мый с обстоятельствами развития вычислительной техники в
США: «Меня очень удивило, что Айкен в качестве основных эле-
ментов своей машины выбрал сравнительно медленно действую-
щие механические реле, не придав особого значения громадному
увеличению скорости вычислений, которого можно было бы до-
стигнуть, используя электронные реле. Порочность этой точки
зрения в настоящее время очевидна, в частности, благодаря са-
мому Айкену, ставшему одним из наиболее энергичных и ориги-
нальных изобретателей и конструкторов электронных вычисли-
тельных машин2. Но тогда у него была какая-то странная причу-
да, заставлявшая его считать работу с механическими реле нрав-
ственной и разумной, а использование электронных реле — делом,
никому не нужным и морально нечистоплотным. В этой связи
мне хочется напомнить об одном чрезвычайно опасном свойстве,
которым часто отличаются наиболее талантливые и целеустрем-
ленные изобретатели. Люди такого склада обычно стремятся на-
веки законсервировать технические приемы своей области на том
2 Заметим, что Цузе в 50-х годах также перешел к конструированию элект-
ронных ЦВМ и, в частности, разработал первую в ФРГ серийную универ-
сальную ЦВМ на электронных лампах (модель Ц-22Р, 1958 г.).
171
уровне, которого они сами достигли, и проявляют чудеса мораль-
ной и интеллектуальной изворотливости, сопротивляясь, а иной
раз даже воздвигая непреодолимые препятствия на пути новых
работ, основанных на новых оригинальных принципах» [И,
стр. 254—255]. Действительно, с точки зрения преодоления тех-
нических трудностей такая машина, как МАРК-1, была выдаю-
щимся достижением. Не менее сложные проблемы были решены
Цузе в его моделях Ц-3 и Ц-4. Единственно, чего не удалось пре-
одолеть Цузе, Айкену и другим ученым, это — традиционного скла-
да мышления, на формирование которого наложил отпечаток мно-
голетний опыт их предшественников.
2. Первые проекты электронных ЦВМ
Проект Атанасова
Одна из первых попыток использовать электронные элементы
в ЦВМ была предпринята в США в 1939—1941 гг. в колледже
штата Айова (в настоящее время университет штата Айова). Эта
работа была прервана войной, и результаты ее нигде не публи-
ковались, если не считать двух репортерских заметок в газете
«Де Мойн Трибюн»3. Из-за отсутствия публикаций эта работа
осталась неизвестной для большинства специалистов в области
вычислительной техники. В то же время она сыграла определен-
ную роль в истории развития ЦВМ. Конструктор первой элек-
тронной ЦВМ ЭНИАК Дж. Маучли в 1941 г. посетил колледж
Айовы с целью ознакомления с результатами работ по реализа-
ции проекта Атанасова.
Р. Ричардс, учившийся в то время в колледже Айовы, дает
краткое описание машины в книге [12]. По конструкции машина
являлась специализированной расчетной ЦВМ, предназначенной
для решения систем алгебраических уравнений с 30 не-
известными. Исходные данные вводились на стандартных перфо-
3 Одна из заметок, напечатанная 15 января 1941 г., представляет интерес
как первое опубликованное сообщение о конструировании электронной
ЦВМ. Заметка содержала фотографию электронного блока с надписью
«Гигантская вычислительная машина, которая строится в колледже штата
Айова, имеет «память» на 45 электронных лампах. Изобретатель — доктор
Джон В. Атанасов» и текст следующего содержания: «Д-р Джон Атанасов,
профессор физики колледжа Айовы, строит электрическую вычислитель-
ную машину, которая по принципу своей работы ближе человеческому
мозгу, чем любая другая машина. По словам д-ра Атанасова, машина бу-
дет содержать более 300 вакуумных ламп и будет использована для реше-
ния сложных алгебраических уравнений. Для ее размещения потребуется
примерно столько же площади, сколько для большого канцелярского сто-
ла. Машина целиком выполнена на электрических деталях и будет исполь-
зована в научных исследованиях. Д-р Атанасов работает над машиной
уже несколько лет и закончит работу примерно через год».
Следует отметить, что на фото в действительности был изображен не
блок памяти, а часть устройства управления (на 45 электронных лампах).
172
картах фирмы «ИБМ» в десятичной форме. Затем осуществлялось
преобразование из десятичного кода в двоичный (каждое число
состояло из 50 двоичных разрядов, и все вычисления выполня-
лись в двоичном коде). Для запоминания информации использо-
вались конденсаторы (значение двоичной единицы определялось
знаком заряда конденсатора). Запоминающее устройство пред-
ставляло собой барабан, на котором было размещено 1632 кон-
денсатора (по 51 элементу на каждой из 32 дорожек) и смонти-
рована матрица медных контактов для соединения запоминающе-
го устройства со схемной частью машины. Промежуточные резуль-
таты записывались на перфокарты, для чего разрабатывалось
специальное устройство для перфорации и считывания карт.
К моменту вступления США в войну (7 декабря 1941 г.) были
закончены все основные блоки машины, за исключением специа-
лизированного устройства на перфокартах. В 1942 г. работы были
прекращены, а несколько лет спустя машина была разобрана.
Единственный блок, сохранившийся до настоящего времени (запо-
минающее устройство на конденсаторах), хранится в университете
штата Айова.
Небезынтересно отметить, что в 1973 г. приоритет Атанасова,
как автора первого проекта электронной ЦВМ, был подтвержден
в США решением федерального окружного суда. Суд объявил не-
действительным патент Маучли и Эккерта на автоматическую
электронную ЦВМ, мотивируя это тем, что данная концепция
заимствована из проекта Атанасова.
Машина ЭНИАК
Проект электронной ЦВМ ЭНИАК был предложен в 1942 г.
Дж. Маучли. Проблема механизации вычислений заинтересовала
Маучли в начале 30-х годов. В 1932 г. он получил докторскую
степень за исследования по физике и в течение ряда лет препо-
давал физику в нескольких колледжах. В 30-х годах Маучли раз-
работал аналоговое вычислительное устройство (анализатор гар-
моник) и небольшую специализированную ЦВМ. К началу 40-х
годов он пришел к выводу о необходимости использования в вы-
числительных устройствах электронных ламп. В 1941 г. он по-
ступил на работу в Электротехническую школу Мура при Пен-
сильванском университете, а в августе 1942 г. представил проект
ЭНИАК. Около года проект лежал без движения, пока им не за-
интересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория
Армии США. Лаборатории было поручено составить баллистиче-
ские таблицы для различных видов оружия. Быстродействие ма-
шины, предложенной Маучли, наилучшим образом отвечало зада-
чам лаборатории. В 1943 г. было принято решение о развертыва-
нии значительных по масштабу работ по реализации проекта. Для
работ (по контракту на сумму 400 тыс. долл., заключенному Ар-
173
мией США с Пенсильванским университетом) было привлечено
около двухсот человек4 [8]. Работой руководили Маучли и
д;р Дж. Эккерт. Наряду с Маучли и Эккертом значительный вклад
в реализацию проекта внесли Г. Голдстайн, Дж. Брайнерд5,
а также около 30 инженеров и математиков, участвовавших в ра-
боте. В конце 1945 г. работы были завершены. В феврале 1946 г.
состоялась первая публичная демонстрация машины, а в 1947 г.
она была переведена в Абердин, где размещалась Баллистическая
исследовательская лаборатория. В Абердине ЭНИАК использова-
лась в качестве универсальной ЦВМ расчетного типа. Примером
наиболее сложной задачи, которую решала машина, является ре-
шение системы из пяти гиперболических дифференциальных урав-
нений в частных производных, описывающих поток вокруг тела
вращения. Для каждого конкретного случая (т. е. для заданного
числа Маха и заданных значений ряда параметров, определяю-
щих вид тела вращения) решение этой задачи требовало около
1 часа машинного времени. Впоследствии машина ЭНИАК была
демонтирована; ее отдельные блоки переданы в музеи США.
Роль ЭНИАК в развитии вычислительной техники определя-
ется прежде всего тем, что это была первая действующая маши-
на, в которой для выполнения арифметических и логических опе-
раций, а также для запоминания информации использовались
электронные схемы. Несмотря на недостатки конструкции маши-
ны, применение электронных ламп позволило достичь скоростей,
о которых нельзя было и мечтать при использовании механиче-
ских или электромеханических элементов. Сравнение быстродей-
ствия ЭНИАК и других автоматических ЦВМ (табл. 1) показы-
вает, что применение новой электровакуумной технологии позво-
лило выполнять операции приблизительно в 1000 раз быстрее.
Последствия столь феноменального достижения практически не-
исчислимы. В конечном итоге они привели к тому, что вычисли-
тельная техника из второстепенной отрасли производства пре-
вратилась в один из наиболее мощных и универсальных рычагов
научно-технического прогресса, созданных человечеством за всю
его историю.
В машине ЭНИАК были использованы три типа электронных
схем.
1. Схемы совпадения, т. е. схемы, сигнал на выходе которых
появляется только в том случае, если поступав! сигнал на все
4 Небезынтересно отметить различные судьбы проектов Атанасова и Мауч-
ли, обусловленные различной финансовой поддержкой. Проект Атанасова
финансировался экспериментальной сельскохозяйственной станцией кол-
ле джа Айовы (предполагавшей использовать машину для решения сель-
скохозяйственных задач), а проект Маучли — Армией США. В условиях
войны первый проект был оставлен, а второму уделялось первостепенное
внимание, причем работы были засекречены.
5 Эккерт, Маучли, Голдстайн и Брайнерд — авторы отчета о работе над про-
ектом, который датирован 30 ноября 1945 г. Этот отчет является официаль-
ным документом о завершении работ по проекту ЭНИАК [13].
174
Таблица 1
Быстродействие автоматических ЦВМ
Машина Год выпуска Основные элементы Длина числа, дес. разр. Скорость выполне- ния арифметических операций, мсек
сложение умноже- ние
МАРК-1 1944 Электромеханические 23 300 5700
МАРК-П 1947 » 10 200 700
«Белл-V» 1947 » 7 300 1000
ЭНИАК 1945 Электронные 10 0,2 2,8
входы схемы. В ЭНИАК использовались схемы совпадения на два
входа (вентили), выполненные на пентодах.
2. Собирательные (разделительные) схемы, сигнал на выхо-
де которых появляется в том случае, если поступает сигнал хотя
бы на один из входов схемы. Собирательные схемы ЭНИАК име-
ют два входа и формируются из двух триодов.
3. Триггеры, выполненные на двойных триодах. Схемы совпа-
дения применялись в ЭНИАК в качестве электронных переклю-
чателей, собирательные схемы — для комбинирования импульсов
от различных источников, а триггеры — для счета и запоминания
данных.
Триггерные ячейки использовались во всех блоках, которые
совершали арифметические действия: сложение, вычитание, ум-
ножение, деление и извлечение корня. Для выполнения операций
сложения и вычитания, а также для запоминания информации
применялось 20 сумматоров, представляющих собой декадные
кольцевые счетчики. Каждый сумматор был рассчитан на хране-
ние одного 10-разрядного десятичного числа (машина работала в
десятичной системе счисления) и состоял из десяти триггерных
колец (по десять триггеров в каждом) и двух триггеров для зна-
ка числа. Каждый триггер бы соединен с неоновой индикаторной
лампой. Операции сложения и вычитания производились путем
передачи в счетчик числа (или его десятичного дополнения) из
другого блока машины (в том числе из другого сумматора). Каж-
дый сумматор имел пять каналов ввода и два выводных канала.
Передача чисел осуществлялась с помощью групп из одиннадца-
ти проводников, по одному для каждого десятичного разряда и
одного — для знака числа. Число импульсов в каждом проводе
равно значению передаваемой цифры.
Для выполнения других арифметических операций применя-
лись два блока: множительное устройство и устройство деления
и извлечения корня. Для перемножения 10-разрядных чисел в
множительном устройстве использовалось до шести декадных
счетчиков (максимальное количество счетчиков применялось,
175
если из соображений точности требовалось произведение дли-
ной 20 разрядов). Интересно отметить, что умножение выполня-
лось не обычным методом последовательных сложений, а на ос-
нове специально разработанного метода, сущность которого со-
стоит в том, что при перемножении каждого разряда множимого
и множителя цифры единиц получаемых частных произведений
поступают в один счетчик, а цифры десятков — в другой. Ко-
нечный результат получается суммированием частных произве-
дений.
Устройство деления и извлечения квадратного корня также
состояло из шести счетчиков: в одном помещалось делимое (или
подкоренное выражение), в другом — делитель (или удвоенный
квадратный корень), в третьем — частное, а четвертый использо-
вался для операции сдвига. В процессе деления делитель вычи-
тается из делимого до тех пор, пока разность не сделается отри-
цательной. Затем остаток сдвигается на один разряд и делитель
прибавляется до тех пор, пока не получится положительная сум-
ма. При каждой такой операции счетчик частного подсчитывает
количество циклов. Процесс извлечения корня производился пу-
тем комбинирования последовательного вычитания и сложения
нечетных чисел.
В процессе вычислений происходил обмен информацией между
арифметическими устройствами, которые могли также получать
данные от двух других устройств: трех блоков функциональных
таблиц и блока констант. Благодаря наличию 20 сумматоров ма-
шина ЭНИАК обладала важным достоинством: возможностью
одновременного выполнения нескольких операций сложения или
вычитания. Ценность данного способа работы заключается в пред-
восхищении идей мультипроцессорных систем (ЦВМ с несколь-
кими устройствами обработки данных, получившие развитие в
60-х годах; см. гл. 6).
Проблему программирования конструкторы ЭНИАК разреши-
ли способом, потребовавшим разработки сложных схем управле-
ния для арифметических устройств. Программа задавалась по
так называемой внешней коммутационной схеме, состоящей из
соединительных проводов со штепсельными разъемами и пере-
ключателей. Для решения каждой новой задачи требовалась но-
вая схема соединений, для реализации которой затрачивалось
(в зависимости от сложности задачи) от 30 мин до 8 час. Разу-
меется, даже для машины, которая предназначалась для решения
более или менее однотипных задач, данный метод программиро-
вания (штеккерный метод) был малоэффективен.
Другим важным недостатком машины являлась малая емкость
памяти (20 чисел). Следует отметить, что оба недостатка взаимо-
связаны: при наличии емкого запоминающего устройства оно
могло бы быть использовано для записи программы. Как следует
из отчета по проекту ЭНИАК, конструкторы машины сознавали
эту взаимосвязь, однако к моменту начала опытно-конструктор-
176
ских работ (1943 г.) в их распоряжении не было емкой и быстро-
действующей памяти, а применять триггеры для этой цели было
нерационально из-за большого количества требуемых ламп6
[14, 15].
3. Утверждение новых концепций организации
электронных ЦВМ
Основные идеи отчетов Неймана
Непосредственным результатом успешного завершения рабо-
ты над машиной ЭНИАК явилось подтверждение на практике
высокой эффективности применения в вычислительной технике
электровакуумной технологии. Интерес, проявленный к машине,
свидетельствовал о важности и своевременности дальнейшего
развития нового технического направления. Перед конструктора-
ми ЦВМ встала задача максимальной реализации огромных пре-
имуществ, обеспечиваемых применением электроники. Необходи-
мо было, в частности, проанализировать сильные и слабые
стороны проекта ЭНИАК и дать соответствующие рекомендации.
Блестящее решение этой задачи было дано в отчете Прин-
стонского института перспективных исследований «Предвари-
тельное обсуждение логического конструирования электронного
вычислительного устройства» (июнь 1946 г.). Этот отчет, состав-
ленный выдающимся математиком Джоном Нейманом7 и его
коллегами по Принстонскому институту Г. Голдстайном и А. Берк-
сом 8, представлял собой проект новой электронной ЦВМ (маши-
на НАС) и содержал обоснование выбора конструкции [18].
Идеи, высказанные в отчете, оказали серьезное влияние на раз-
витие вычислительной техники. Сравнительно скоро после озна-
6 В машине ЭНИАК в каждом из декадных кольцевых счетчиков применя-
лось около 600 электронных ламп, в том числе 204 триода для запомина-
ния десяти десятичных разрядов и знака числа; остальные лампы исполь-
зовались для таких вспомогательных действий, как формирование сигна-
лов, вывод результатов, полученных при сложении и вычитании, установ-
ка нулей.
Необходимо отметить, что конструкция электронных схем ЭНИАК (на-
пример, конструкция тех же декадных кольцевых счетчиков) не отлича-
ется стремлением в минимизации электронных элементов. Конструкторы
ЭНИАК объясняли это жесткими сроками разработки: «Условия военного
времени обязывали конструировать ЭНИАК на основе обычных схем и
элементов с минимальной переделкой их» [16, стр. 15].
7 Отчет 1946 г. является развернутым и детальным изложением новых идей
построения электронных ЦВМ и программирования. Краткое изложение
этих концепций содержалось в более раннем и менее известном отчете
Дж. Неймана, напечатанном (на множительном аппарате) в июне 1945 г.
и содержащем общее описание разработанного им проекта электронной
ЦВМ ЭДВАК [17]. Этой же теме была посвящена одна из глав отчета по
проекту ЭНИАК (глава «Замечания по поводу конструирования электрон-
ных вычислительных машин»), составленного в ноябре 1945 г.
8 Г. Голдстайн и А. Беркс принимали участие в разработке проекта ЭНИАК.
177
комления с отчетом широких научных кругов9 исследования в
области электронных ЦВМ начали ряд институтов и фирм США.
Сущность основных рекомендаций, изложенных в отчете Ней-
мана, заключалась в следующем:
1. Машины на электронных элементах должны работать не
в десятичной, а в двоичной системе счисления.
2. Программа должна размещаться в одном из блоков маши-
ны — в запоминающем устройстве, обладающем достаточной ем-
костью и соответствующими скоростями выборки и записи ко-
манд программы.
3. Программа, так же как и числа, с которыми оперирует
машина, записывается в двоичном коде. Таким образом по форме
представления команды и числа однотипны. Это обстоятельство
приводит к следующим важным последствиям:
а) промежуточные результаты вычислений, константы и дру-
гие числа могут размещаться в том же запоминающем устрой-
стве, что и программа;
б) числовая форма записи программы позволяет машине про-
изводить операции над величинами, которыми закодированы
команды программы.
4. Трудности физической реализации запоминающего устрой-
ства, быстродействие которого соответствует скорости работы
логических схем, требует иерархической организации памяти.
5. Арифметическое устройство машины конструируется на
основе схем, выполняющих операцию сложения; создание спе-
циальных устройств для выполнения других операций нецелесо-
образно.
6. В машине используется параллельный принцип организа-
ции вычислительного процесса (операции над словами произво-
дятся одновременно по всем разрядам).
Необходимо отметить, что некоторые идеи, приближающиеся
к концепциям Неймана, были высказаны ранее. Так, еще в про-
екте Бэббиджа предусматривалось специальное запоминающее
устройство («склад»), в котором хранились числа (но не коман-
ды!). Целесообразность выполнения вычислений в двоичном
коде (при построении ЦВМ на электронных элементах) была
показана в одной из работ Н. Винера (докладной записке, на-
правленной в 1940 г. известному американскому конструктору
аналоговых вычислительных машин В. Бушу) [И]. Известно
также, что в проектах Цузе и Атанасова предусматривалось
выполнение операций в двоичном коде. Заслуга Неймана заклю-
чалась не только в том, что он сформулировал и обосновал не-
которые новые концепции, но и в том, что он разработал методы
их практической реализации (проекты машин ЭДВАК и ИАС).
Первый отчет Неймана (1945 г.) содержал характеристику проек-
та ЭДВАК, второй — детальную характеристику основных узлов
9 Материал отчета был распространен на летней сессии Пенсильванского
университета (1946 г.).
178
Дж. Нейман
(устройств управления, ввода-вывода, запоминающего и арифме-
тического устройств) вычислительной машины ИАС. Заметим,
что последующий опыт разработки ЦВМ показал правильность
всех выводов Неймана, за исключением единственной рекоменда-
ции использовать программные, а не схемные методы для пред-
ставления чисел в форме с плавающей запятой. В целом отчеты
Неймана явились крупнейшим вкладом в разработку схемно-
структурных решений универсальных электронных ЦВМ.
Роль двоичной системы счисления
Идея Неймана использовать двоичную систему счисления
была обусловлена как присущими ей достоинствами, так и спе-
цификой электронных элементов.
Двоичная система счисления, точно так же, как и наиболее
распространенная в настоящее время десятичная система, отно-
сится к классу позиционных систем, т. е. таких систем счисления,
в которых знаки (цифры), используемые для изображения чисел,
принимают различные значения в зависимости от их положения
179
в данной записи. Название систем (десятичная, двоичная) про-
изошло от количества знаков для изображения чисел. В двоичной
системе этими знаками являются две цифры 0 и 1, численное
значение которых то же, что и в десятичной системе.
Начало исследований в области двоичной системы счисления
относится к XVII в. [19]. Впервые двоичная форма чисел встре-
чается в неопубликованном трактате (около 1600 г.) Т. Гарриота
(1560—1621 гг.). В 1658 г. Блез Паскаль показал, что любое
положительное число может быть использовано в качестве осно-
вания системы счисления. Паскаль впервые обратил внимание на
то, что с точки зрения удобства и простоты выполнения ариф-
метических операций десятичная система счисления значительно
уступает некоторым другим системам счисления, например две-
надцатиричной. В 1670 г. испанский епископ Лобковиц впервые
рассмотрел способы записи чисел в различных системах счисле-
ния, включая двоичную. В 1703 г. Лейбниц впервые описал ариф-
метические действия в двоичной системе и показал полезность ее
применения в некоторых теоретических исследованиях. Широкое
практическое применение двоичной системы связано с возникно-
вением электронной вычислительной техники и обусловлено
прежде всего такими обстоятельствами, как двухпозиционный
характер работы электронных элементов, высокая экономичность
двоичной системы счисления и простота выполнения арифмети-
ческих операций с двоичными числами. В то же время она наи-
лучшим образом соответствует характеру работы элементов ЦВМ.
«Наш основной блок памяти,— писал Нейман,— по своей при-
роде приспособлен к двоичной системе... Триггер в сущности —
опять-таки двоичное устройство. В запоминающих устройствах
на магнитной проволоке или лентах и в запоминающих устрой-
ствах на акустических линиях задержки также используются два
различных состояния: наличие или отсутствие импульса (при
использовании несущей частоты — серии импульсов) или же по-
лярность импульса... Следовательно, если предполагается исполь-
зовать десятичную систему..., десятичные числа приходится
кодировать в двоичной системе, причем каждая десятичная циф-
ра представляется по крайней мере тетрадой двоичных цифр. Та-
ким образом, для представления с одинаковой степенью точности
десяти десятичных цифр требуется по крайней мере 40 двоичных
цифр. При двоичном же представлении чисел достаточно пример-
но 33 цифры для достижения точности порядка 10“10. Поэтому
применение двоичной системы более экономично в отношении
используемого оборудования.
Основное же преимущество двоичной системы по сравнению
с десятичной состоит в большей простоте и быстродействии, с ко-
торыми могут выполняться элементарные операции... Дополни-
тельное замечание, которое заслуживает упоминания, состоит в
том, что основная часть машины по своему характеру является
не арифметической, а логической. Новая логика, будучи системой
180
Дж. Буль
типа «да — нет», в основном двоична. Поэтому двоичное построе-
ние арифметических устройств существенно содействует построе-
нию более однородной машины, которая может быть лучше ском-
понована и более эффективна» [18, стр. 28].
Последний аргумент Неймана в пользу двоичной системы за-
служивает особого внимания. Применение двоичной системы
счисления ориентировало на использование бинарной логики,
позволяющей уменьшить количество оборудования и упростить
логическую схему машины, а также облегчить проектирование
машины путем применения аппарата алгебры логики для анализа
и синтеза логических схем ЦВМ.
Применение алгебры логики
Алгебра логики была разработана в середине прошлого века
английским математиком и философом Дж. Булем и рассматри-
валась им в качестве метода математизации формальной логи-
ки 10. XX в. показал, что аппарат математической логики может
10 Работа Буля «Исследование законов мысли» была опубликована в 1854 г.
Впервые идея математизации логики была высказана Лейбницем.
181
быть с успехом применен для решения некоторых технических
проблем. В 1910 г. П. С. Эренфест впервые высказал идею ис-
пользовать алгебру логики в качестве математического метода
анализа и синтеза релейных схем [20]. В 1923 г. советский спе-
циалист по гидротехническим сооружениям Н. М. Герсеванов по-
казал, что можно использовать аппарат алгебры логики при вы-
полнении расчетов сооружений [21]. Систематическое исследо-
вание вопросов, связанных с применением алгебры логики для
расчета электрических сетей, было начато во второй половине 30-х
годов японскими инженерами Накашима и Ханзава, советским
ученым В. И. Шестаковым [22] и американским ученым К. Шен-
ноном [23]. Разработка вычислительных машин на двухпозици-
онных электронных элементах создала возможности для широкого
применения алгебры логики при конструировании электронных
схем. Эти возможности были обусловлены тем, что алгебра логики
оперирует с бинарными функциями, т. е. с функциями, которые
принимают лишь два значения («истинно» и «ложно», 0 и 1).
Применение алгебры логики, как и предвидел Нейман, стало
важным инструментом проектирования электронных ЦВМ. Нема-
ловажное место в теории проектирования ЭВМ заняли универ-
сальные электронные элементы, такие как элемент Шеффера
(схема «НЕ — И») и элемент, реализующий операцию Пирса
(схема «НЕ — ИЛИ»), т. е. элементы, позволяющие конструиро-
вать логическую часть машины из однотипных схем. Большое
внимание стало уделяться применению алгебры логики для мини-
мизации количества используемых логических схем. Как отмеча-
ет М. Бреуер, «по части упрощения булевых функций, пожалуй,
имеется гораздо больше работ, чем по любому другому вопросу
проектирования вычислительных устройств» [24, стр. 1711]. Заме-
тим, что алгебра логики нашла применение также и в области
программирования (составление логических схем программ).
В первых ламповых ЦВМ с хранимой программой были при-
менены основные типы логических схем, используемых в насто-
ящее время в вычислительной технике. В дальнейшем изменялись
только технологические методы реализации логических схем (ста-
ли применяться транзисторы, ферриты, интегральные схемы
и т. д.) и совершенствовались методы анализа логических цепей.
Проект ЭДВАК
Как отмечалось выше, отчеты Дж. Неймана содержали не
только обоснование новых идей, но и конкретный план их реа-
лизации — проекты машин ЭДВАК и НАС. Методы реализации
обоих проектов оказали глубокое влияние на развитие электрон-
ной цифровой вычислительной техники. Прежде всего это отно-
сится к более раннему проекту (ЭДВАК), работы по которому
были начаты в 1945 г. (по контракту с министерством обороны
182
Машина ЭДВАК
США) и выполнялись Муровской электротехнической школой
Пенсильванского университета, т. е. там же, где была построена
машина ЭНИАК 11 [25, 26].
Роль проекта ЭДВАК в истории вычислительной техники оп-
ределяется в значительной степени тем обстоятельством, что ход
реализации проекта освещался в периодически выпускаемых от-
четах, данные которых послужили отправной точкой для работ
над рядом проектов электронных ЦВМ в США и Великобритании
во второй половине 40-х годов. Некоторые из этих ЦВМ были
построены в весьма сжатые сроки и по дате ввода в эксплуата-
цию опередили машину ЭДВАК. Так, первой введенной в экс-
плуатацию машиной с хранимой программой явилась рассмотрен-
ная в следующей главе английская ЦВМ ЭДСАК (1949 г.), на
разработку проекта которой значительное влияние оказали идеи
проекта ЭДВАК. В 1950 г. основные опытно-конструкторские
работы по проекту ЭД ВАК были завершены. В 1952 г. были за-
кончены последние испытания и началась систематическая экс-
плуатация машины на Абердинском артиллерийском полигоне
Армии США.
11 Работами по проекту ЭДВАК руководили Маучли, Эккерт и Нейман.
183
По техническим параметрам ЭДВАК выгодно отличается от
машины ЭНИАК. При более высоком быстродействии 12 в машине
ЭДВАК использовались 3500 электронных ламп, т. е. в пять раз
меньше, чем в ЭНИАК. Уменьшение количества электронных
ламп было достигнуто как за счет широкого использования полу-
проводниковых диодов, так и за счет построения памяти не на
триггерных ячейках (ЭНИАК), а на ртутных ультразвуковых
линиях задержки13. Емкость памяти составляла 1024 числа по
44 разряда, т. е. была достаточной для реализации принципа за-
писи программы в запоминающее устройство. По своим размерам
ЭДВАК значительно меньше ЭНИАК и состоит из панелей высо-
той 2,14 м, занимающих площадь около 13 м2.
Развертывание опытно-конструкторских работ по проекту
ЭДВАК наряду с параллельным развитием научно-исследователь-
ских и опытно-конструкторских работ по ряду других проектов
электронных ЦВМ (см. гл. 6) знаменует завершение периода
зарождения электронной цифровой вычислительной техники.
Хронологически рамки этого периода включают начало работ по
проекту Атанасова (1939 г.) и начало опытно-конструкторских
работ по проекту Неймана (1946 г.). Важными вехами этого пе-
риода явились докладная записка Маучли (1942 г.), предложив-
шего проект ЭНИАК, успешное завершение работ по проекту
ЭНИАК (1945 г.) и отчеты Неймана, особенно отчет 1946 г., внес-
ший фундаментальный вклад в развитие идей конструирования
электронных ЦВМ и программирования.
Важным итогом данного периода является убедительный по-
каз преимуществ применения электроники в цифровой вычисли-
тельной технике. Именно в этом состоит основное значение про-
екта ЭНИАК. Вторым важным итогом является формирование
идей конструирования ЦВМ, наилучшим образом отвечающих
специфике электронных элементов.
4. Обобщенная схема периода зарождения электронных ЦВМ
Нетрудно заметить, что одной из основных идей отчетов
Дж. Неймана был принцип хранимой программы, большинство
других идей явилось равитием этого принципа. Действительно,
если программа работы запоминается машиной, то:
12 Операции сложения и умножения двух 10-разрядных десятичных чисел
выполнялись машиной ЭНИАК со скоростью 0,2 и 2,8 мсек соответствен-
но. Машина ЭДВАК, оперируя с двоичными числами длиной 44 разряда,
выполняла операцию сложения за 0,86 мсек и операцию умножения за
2,9 мсек. Таким образом, машины близки друг другу по номинальному
быстродействию. Однако наличие значительно более емкой внутренней
памяти и другие особенности конструкции существенно повышали вычис-
лительные возможности ЭДВАК. По оценке К. Найта, реальное быстродей-
ствие машины ЭДВАК при решении научно-технических задач превосхо-
дило быстродействие ЭНИАК в 4,2 раза [27].
13 Идея использовать в памяти ЦВМ акустические линии задержки была
предложена Эккертом.
184
1) наиболее удобно представить как числа, с которыми опери-
рует машина, так и команды программы в одной и той же числовой
форме; .. '
2) целесообразно использовать для хранения как чисел, так и
команд программы одно и то же устройство;
3) обеспечивается возможность полной автоматизации работы
машины за счет предварительного составления программы, пре-
дусматривающей возможность изменения путей решения задачи
в зависимости от значений промежуточных результатов вычи-
слений.
В то же время реализация концепции хранимой программы
была связана с преодолением существенных технических труд-
ностей (создание быстродействующей и экономичной памяти, раз-
работка электронных схем управления, практическая разработка
методики программирования и т. п.). Поэтому первые электрон-
ные ЦВМ с хранимой программой были разработаны только
спустя несколько лет после появления отчетов Неймана — в
1949—1952 гг., хотя работа над соответствующими проектами бы-
ла начата в большинстве случаев в 1945—1946 гг.
В то же время потребность в создании вычислительных уст-
ройств для решения научно-технических задач обусловила разра-
ботку и выпуск во второй половине 40-х годов ряда марок универ-
сальных автоматических ЦВМ, не использующих принцип хра-
нимой программы и выполненных как на электромеханических
реле, так и на электронных лампах.
Подробное рассмотрение этих машин, не оказавших заметного
влияния на развитие вычислительной техники, не входит в нашу
задачу. В то же время некоторые из данных ЦВМ заслужива-
ют упоминания, поскольку в свое время (вторая половина 40-х
годов) они нашли широкое практическое применение.
В 1947 г. фирма «ИВМ» (США) закончила разработку машины
SSEC 14. По характеру используемых элементов эта машина долж-
на быть отнесена к смешанному релейно-электронному. типу: в
машине использовалось 23 тыс. реле и 13 тыс. вакуумных ламп.
Эта гигантская по своим размерам машина получила широкую
известность, в частности, благодаря тому, что она была установ-
лена в Нью-Йорке (в здании корпорации «ИВМ») и открыта для
осмотра посетителями.
Емкость внутренней памяти, выполненной на триггерных ячей-
ках, составляла всего восемь десятичных чисел по 19 разрядов.
Имелось также запоминающее устройство на реле емкостью
150 чисел. Кроме того, была предусмотрена сложная система за-
поминающих устройств на перфолентах суммарной емкостью
20 тыс. чисел. Система состояла из трех блоков, каждый из
которых содержал один перфоратор и десять устройств для счи-
14 Введена в эксплуатацию в январе 1948 г.
185
тывания с ленты. При этом была использована очень широкая
перфолента, допускающая 80 поперечных пробивок (ширина
ленты соответствовала длине стандартных перфокарт). Один ряд
пробивок позволял фиксировать одно число длиной 19 десятичных
разрядов, и, естественно, создавалась возможность параллельно-
го считывания всех разрядов одного числа.
В арифметическом устройстве машины использовалось более
ста электронных счетчиков. Операция сложения (вычитания) двух
9-разрядных десятичных чисел выполнялась за 10 мсек, опера-
ция умножения двух 14-разрядных чисел — за 20 мсек. Вывод
данных осуществлялся на перфокарты и широкую перфо-
ленту [28].
В 1948 г. фирма «ИВМ» выпустила модель 604, выполненную
полностью на электронных элементах (использовалось 100 ваку-
умных ламп). В машине был применен тот же способ программи-
рования, что и в ЭНИАК: штеккерное программирование, осуще-
ствлялось путем ручного соединения с помощью коммутационной
панели отдельных блоков машины в последовательности, необхо-
димой для решения данной задачи. Машина имела внутреннее
запоминающее устройство емкостью 45 десятичных разрядов,
выполненное на триггерных ячейках. Простота конструкции и не-
высокая стоимость обусловили чрезвычайно широкую популяр-
ность машины. Она закупалась фирмами и правительственными
организациями вместо счетных перфорационных машин и исполь-
зовалась преимущественно для тех же целей (статистика, учет
и т. д.). Всего было выпущено свыше 4000 экземпляров этой
машины.
В дальнейшем фирма «ИВМ» разработала еще несколько
электронных ЦВМ со штеккерным программированием (модели
607, 608 и 609). Только с 1954 г., после создания популярной
серийной модели ИБМ-650, фирма перешла на преимуществен-
ный выпуск машин с хранимой программой 15.
Заканчивая рассмотрение периода зарождения электронной
вычислительной техники, наметим на основе приведенных выше
данных обобщенную схему его развития (см. схему). Как видно
из схемы, созданию электронных ЦВМ предшествовал сравни-
тельно высокий уровень развития электроники и перфорационной
вычислительной техники. Было налажено серийное производство
таких приборов, как, например, электронные счетчики для счета
частиц в ядерней физике, и таких устройств, как различные типы
табуляторов.
Заметим также, что во второй половине 30-х годов появились
математические работы, в которых была доказана принципиальная
возможность решения с помощью автоматов любой проблемы, под-
5 Первая серийная модель с хранимой программой (ИБМ-701) была выпу-
щена фирмой в 1953 г.
186
дающейся алгоритмической обработке. Данное доказательство со-
держалось в опубликованных в 1936 г. работах английского мате-
матика А. Тьюринга и американского математика Э. Поста [29, 30].
Хотя данные работы, явившиеся крупным вкладом в развитие тео-
рии алгоритмов, не оказали непосредственного влияния на конст-
руирование первых автоматических ЦВМ, все же их появление
свидетельствовало о том, что проблема механизации любых по
уровню сложности вычислений с помощью автоматов стала акту-
альной в рассматриваемый период. Более того, некоторые ученые
пришли к выводу, что решение данной проблемы может быть най-
дено только на основе электронной техники, применение которой
потребует создать машину с новой структурой, отвечающей специ-
фике работы электронных схем. По свидетельству Н. Винера, «эти
мысли почти носились тогда в воздухе» [31, стр. 47]. Известным
препятствием на пути реализации подобных идей являлась тради-
ционность мышления ряда талантливых специалистов в области
вычислительной техники, работавших с механическими и электро-
механическими устройствами и стремившихся создать на их основе
ЦВМ для выполнения сложных научно-технических расчетов. Поэ-
тому в создании автоматических ЦВМ наметились два пути: при-
менение электронных схем и использование релейно-контактных
элементов. Разумеется, лучшее понимание проблемы конструиро-
вания автоматических ЦВМ проявили ученые, избравшие пер-
вый путь (Атанасов, Маучли, Нейман и др.). Однако было
бы неправильным отрицать выдающийся вклад Цузе, Айкена и дру-
гих конструкторов релейных ЦВМ, так как им первым удалось
создать автоматические программируемые машины и, таким обра-
зом, доказать практическую возможность реализации подобных
проектов.
После создания ЭНИАК преимущества, обеспечиваемые элек-
тронными схемами, стали очевидными. Однако конструкция
«ЭНИАК» во многом повторяла электромеханические системы.
Задача детальной разработки новых схемно-структурных реше-
ний была выполнена Дж. Нейманом и его коллегами по проектам
ЭДВАК и ИАС. По этому пути пошли Дж. Форрестер, Дж. Ма-
учли, Дж. Эккерт (США), А. Тьюринг, М. Уилкс, Ф. Вильямс
(Великобритания), С. А. Лебедев, Б. И. Рамеев (СССР) и мно-
гие другие конструкторы первых ЦВМ с хранимой программой.
Однако некоторые конструкторы продолжали отстаивать старые
принципы. В результате параллельно продолжалось развитие уни-
версальных релейных машин, релейно-электронных и электрон-
ных ЦВМ со штеккерным программированием. При этом следует
отметить, что в данных условиях, т. е. после создания ЭНИАК,
разработка универсальных релейных машин (типа МАРК-П)
являлась бесперспективным направлением и продолжалась по
инерции. Что же касается разработки универсальных электрон-
ных ЦВМ со штеккерным программированием, то их появление
было обусловлено тем, что реализация принципов хранимой прог-
188
А. Тьюринг
раммы была связана с преодолением значительных технических
трудностей, в результате чего разработка соответствующих проек-
тов требовала определенного времени. Например, проект ЭДВАК,
начатый в 1945 г., был завершен только в 1952 г. Между тем
возрастающие потребности промышленности, науки и техники
удовлетворялись за счет внедрения систем со штеккерным про-
граммированием (типа ИБМ-604). Окончательный переход к
конструированию универсальных ЦВМ на основе принципов хра-
нимой программы связан с серийным производством подобных си-
стем, т. е. с серийным выпуском универсальных машин первого
поколения, рассматриваемых в следующей главе.
ЛИТЕРАТУРА
1. М. А. Бонч-Бруевич. Телеграфия и телефония без проводов, 1918, 1, № 2.
2. W. Н. Eccles, F. W. Jordan. Radio Rev, 1919, 1, N 3.
3. К. Штейнбух. Автомат и человек. М, «Советское радио», 1967.
4. W. Н. Desmonde, К. J. Berkling. Datamation, 1966, 1, N 9.
5. Н. Aiken. IEEE Spectrum, 1964, 1, N 8.
6. H. H. Aiken, G. M. Hopper. Electr. Engr, 1946, 65, N 8, 10, 11.
7. E. G. Andrews. Bell Syst. Techn. J., 1967, 42, N 2.
189
8. J. M. Rosenberg. The Computer Prophets. London, Macmillan, 1969.
9. F. L. Alt. Math. Tables and Other Aides Comput., 1948, 3, N 21, 1—13; N 22,
69—84.
10. R. V. D. Campbell. Ann. Comput. Lab. Harvard Univ., 1948, 16, 69—79.
И. H. Винер. Я —математик. M., «Наука», 1967.
12. R. К. Richards. Electronic digital systems. N. Y.— London, John Wiley and
Sons, 1966.
13. J. P. Eckert a. oth. Description of the ENIAC and comments on electronic
digital computing machines. Philadelphia, Univ. Pennsylvania, 1945.
14. A. W. Burks. Proc. IRE, 1947, 35, N 8, 756—767.
15. R. H. Goldstine, A. K. Goldstine. Math. Tables and Other Aides Comput.,
1946, 2, N 15, 97-110.
16. P. К. Ричардс. Элементы и схемы цифровых вычислительных машин. М.,
ИЛ, 1961.
17. J. von Neumann. First draft of a report on the EDVAC. Philadelphia, Univ.
Pennsylvania, 1945.
18. A. W. Burks, H. JL Goldstine, J. von Neumann. Preliminary discussion of
the logical design of an electronic computing instrument. Princeton, 1946;
J. von Neumann. Collected Works, v. 5. Oxford, Pergamon Press, 1963.
19. D. E. Knuth. The art of computer programming, v. 2. Seminumerical algo-
rithms. Addison — Wesley, 1969.
20. П. Эренфест. Журнал Русск. физ.-хим. об-ва, физ. отдел, 1910, 42, отд. 2,
вып. 10, 382—387.
21. Н. М. Герсеванов. Собрание сочинений, т. 1. М., Стройвоенмориздат, 1948,
стр. 123—204.
22. В. И. Шестков. ЖТФ, 1941, И, № 6, 532—549.
23. С. Е. Shannon. Trans. AIEE, 1938, 57, 713—723.
24. М. A. Breder. Proc. IEEE, 1966, 54, N 12, 1708—1721.
25. The EDVAC: a preliminary report on logic and design. Philadelphia, Univ.
Pennsylvania, 1949.
26. A functional description of the EDVAC, v. 1, 2. Philadelphia, Univ. Pennsyl-
vania, 1949.
27. К. E. Knight. Datamation, 1966, 12, N 9, 40—54.
28. Business Machines, 1948, 30, N 11, 1—12.
29. A. M. Turing. Proc. London Math. Soc., ser. 2, 42, 1936, 230—265; 43, 1937,
544-546.
30. E. L. Post. J. Symbol. Logic, 1936, 1, 103—105.
31. H. Винер. Кибернетика. M., «Советское радио», 1968.
Глава V
ЦВМ НА ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
1. Общая характеристика
Десятилетний период преимущественного применения элек-
тровакуумных приборов в универсальных ЦВМ (50-е годы) ха-
рактеризуется развертыванием серийного производства ЦВМ с
хранимой программой, выделением электронной вычислительной
техники в самостоятельную область техники, оказывающую влия-
ние на развитие других областей научно-технического прогресса,
и созданием электронной вычислительной промышленности в ряде
экономически развитых стран.
Первая электронная вычислительная машина ЭНИАК была
построена в США, хотя технические предпосылки для создания
электронно-вычислительных машин имелись во многих странах с
высокоразвитой промышленностью, в том числе и в СССР. Но в
результате военных действий второй мировой войны промышлен-
ность почти всех высокоразвитых государств сильно пострадала.
Ущерб, нанесенный фашистскими захватчиками нашей стране,
был колоссальным. Для США же годы второй мировой войны были
годами бурного экономического развития. Обладая мощной про-
мышленной базой, США имели возможность проводить разносто-
ронние научные и технические исследования. Хотя большинство
этих исследований было прямо или косвенно связано с военными
нуждами, однако диапазон и размах научно-исследовательской
работы были значительно шире, чем в других странах. Наиболее
ярким примером может служить огромный объем работ по проек-
ту «Манхеттен» (создание атомной бомбы). Постройка первой
электронной ЦВМ также целиком финансировалась за счет воен-
ных ассигнований. Разумеется, это нисколько не умаляет выдаю-
щегося вклада конструкторов ЭНИАК в развитие вычислительной
техники, хотя и показывает, что в США в тот период времени
имелись наиболее благоприятные условия для реализации подоб-
ных проектов.
После окончания второй мировой войны исследования в обла-
сти электронной цифровой вычислительной техники развертывают-
ся во всех промышленно развитых странах. Особо здесь следует
отметить успех ученых Великобритании, которые приблизитель-
но на год раньше, чем их коллеги из США, ввели в эксплуатацию
первые электронные ЦВМ с хранимой программой (машина
ЭДСАК г ЦВМ Манчестерского университета), т. е. впервые ре-
191
ализовали на практике идеи, выдвинутые Дж. Нейманом и дру-
гими учеными США. Существенную роль здесь сыграли работы
Ф. Вильямса, создавшего первую электронно-лучевую память [1],
М. Уилкса, под руководством которого был впервые разработан на
практике метод библиотечных подпрограмм [2], и А. Тьюринга,
разработавшего ряд программ для первых электронных ЦВМ.
Развитие электронной вычислительной техники в Великобри-
тании происходило в условиях широкого обмена информацией с
научными коллективами США, т. е. страны, в которой в то время
имелись наилучшие объективные условия для развития электрон-
ных ЦВМ (большой размах научно-исследовательских работ,
мощная электронная промышленность, высокоразвитая экономика,
обеспечивающая емкий внутренний рынок, финансирование со
стороны военных организаций и т. д.).
Несмотря на то, что исследования в области электронной
вычислительной техники в Советском Союзе были начаты на
несколько лет позже, чем в США и Великобритании, в сжа-
тые сроки был разработан и реализован ряд проектов элект-
ронных ЦВМ. В 1952 г. в СССР была введена в эксплуатацию са-
мая быстродействующая ЦВМ в Европе (БЭСМ), а в 1953 г. соз-
дана машина «Стрела», явившаяся первой в Европе серийной ЦВМ
высокого класса. Наряду с С. А. Лебедевым, Б. Я. Базилевским,
И. С. Бруком, Б. И. Рамеевым и другими учеными, руководивши-
ми работой над проектами первых отечественных электронных
ЦВМ, значительный вклад в развитие мировой вычислительной
техники внесли советские математики. Операторный метод про-
граммирования, разработанный под руководством А. А. Ляпунова
и М. Р. Шура-Бура, стал одной из основ дальнейшего развития
идей в области программирования [3].
Вслед за США, Великобританией и СССР теоретические и
практические исследования в области электронной цифровой вы-
числительной техники были начаты в других европейских странах
и Японии. Прежде всего здесь необходимо отметить исследования,
развернувшиеся во Франции и Швеции. В обеих странах име-
лась солидная промышленная база для проведения соответствую-
щих исследований. Так, во Франции фирма «Булль», основанная
в 1931 г., являлась наиболее крупной европейской фирмой в об-
ласти счетно-аналитической техники. Именно эта фирма и начала
широкие исследования в области электронных ЦВМ. Однако пер-
вые ее разработки были привязаны к выпускаемым фирмой счет-
но-перфорационным машинам и по существу являлись электрон-
ными приставками к электромеханическим перфораторам. Так, в
1951 г. фирма разработала электронную ЦВМ «Гамма-3», пред-
назначенную для работы в комплексе с электромеханическим пер-
форационным оборудованием и не имевшую внутренней памяти
для записи программы. В дальнейшем на базе «Гамма-3» (путем
добавления запоминающего устройства на магнитном барабане,
устройства управления и т. д.) было разработано несколько моде-
192
лей серийных ЦВМ с хранимой программой («Гамма-ЗЕТ, «Гамма-
ординатор» и др.).
Начало разработок в области электронных ЦВМ в Швеции
связано с деятельностью фирмы «Атвидабергс индустриер», кото-
рая с 1921 г. (после приобретения завода вычислительных машин)
стала одной из крупнейших европейских фирм по производству
и экспорту клавишных и перфорационных машин. В 1950 г. фир-
ма построила универсальную ЦВМ БАРК на электромеханических
реле. В том же году по правительственному заказу была начата
разработка универсальной электронной ЦВМ БЭСК с памятью на
электронно-лучевых трубках. В работе над проектом принимали
участие научно-исследовательские институты Швеции и Дании.
В 1953 г. машина была введена в постоянную эксплуатацию в вы-
числительном центре в Стокгольме. Несколько машин типа БЭСК
было затем построено правительственными организациями и фир-
мами Швеции. При этом первоначальный вариант подвергся неко-
торой модификации. В частности, в состав машины было включено
оперативное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках
емкостью 1024 40-разрядных двоичных числа. С 1957 г. на базе
БЭСК было начато серийное производство ЦВМ «Фацит —ЕДБ»,
оригинальной особенностью которой являлась внешняя память на
магнитной ленте с квазипроизвольной выборкой (система типа
«Карусель»).
Несколько позже развитие электронной вычислительной тех-
ники началось в Японии, ФРГ и Италии. До второй половины 50-х
годов работы в данной области ограничивались преимущественно
теоретическими и экспериментальными исследованиями.
Начало исследований в Японии в области автоматических ЦВМ
связано с деятельностью электротехнической лаборатории минис-
терства внешней торговли и промышленности. В 1952 г. была разра-
ботана релейная машина ЭТЛ МАРК-1, а в 1955 г.— релейная
ЦВМ ЭТЛ МАРК-П. Первая электронная ЦВМ в Японии (машина
«Фуджик» с памятью на ультразвуковых линиях задержки) была
разработана фирмой «Фуджи Филм» и введена в эксплуатацию в
1956 г. Эта же машина явилась первой серийной ЦВМ японского
производства.
В ФРГ исследования в области электронной вычислительной
техники были начаты в 50-х годах рядом институтов (Институт
прикладной математики Дармштадской высшей технической шко-
лы, Институт связи и измерительной техники в Мюнхене, Прибор-
ный институт общества Планка в Геттингене) и фирм («Цузе, «Си-
менс унд Гальске», «Телефункен», «Стандарт Электрик Лоренц»).
В результате было спроектировано и построено несколько экспе-
риментальных электронных ЦВМ. Серийное производство началось
только в 1958 г.
Характерной особенностью развития электронных ЦВМ в Япо-
нии и ФРГ является то, что периоды электровакуумных элементов
и элементов на твердом теле не отделены заметным интервалом
7 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
193
времени. Так, в ФРГ в одном и том же году (1958) были выпуще-
ны первая серийная ламповая ЦВМ («Цузе-22Р») и первая серий-
ная ЦВМ на полупроводниках («Симепс-2002»). В Японии в 1956 г.
наряду с первой ламповой ЦВМ «Фуджик» была разработана ма-
шина ЭТЛ МАРК-Ш, выполненная преимущественно па полу-
проводниковых схемах.
Аналогичная ситуация наблюдалась в Италии, где серийный
выпуск электронных ЦВМ был начат с полупроводниковых моде-
лей (ЭЛЕА-9003 п ЭЛЕА-6001), разработанных крупнейшей
итальянской фирмой в области вычислительной техники «Оливет-
ти» (основана в 1908 г.).
Наряду с рассмотренными выше странами исследования в об-
ласти электронных ЦВМ были начаты и в других промышленно
развитых странах Европы. В Голландии они были начаты Матема-
тическим центром, организованным в 1946 г. В Математическом
центре в 1954 г. была разработана ламповая ЦВМ «Арра» с па-
мятью на магнитном барабане, а в 1956 г. машина «Армак» с па-
мятью на ферритовых сердечниках. Серийное производство было
налажено в 1958 г. (машина Х-1 фирмы «Электрологика»). Пер-
вая электронная ЦВМ в Дании (машина «Даек») была разработа-
на в 1958 г. Институтом математических машин, созданным в
1953 г. По структуре и характеристикам эта ламповая машина
явилась вариантом шведской машины БЭСК. В 1960 г. институт
разработал полупроводниковую ЦВМ ЖИЕР с памятью на фер-
ритовых сердечниках. В Швейцарии первая ЦВМ «Эрмет» была
построена фирмой «Хаслер» в 1955 г. Эта машина, установлен-
ная в федеральном технологическом институте в Цюрихе, имела
запоминающее устройство на магнитном барабане и была выпол-
нена на 1700 электронных лампах и 7000 германиевых дио-
дах [4, 5].
Краткое рассмотрение начала развития электронной цифровой
вычислительной техники в различных странах показывает, что
наибольшее значение для эволюции машин первого поколения
имели результаты работ, проводимых в США, Советском Союзе
и Великобритании. В других промышленно развитых странах,
таких как Франция, ФРГ и Япония, период ЦВМ первого поколе-
ния не получил существенного развития. Во всяком случае пер-
вые оригинальные проекты, оказавшие влияние на развитие ми-
ровой вычислительной техники (например, проект французской
машины «Гамма-60»), и первые крупные достижения в области
разработки новых элементов, ориентированных на применение в
ЦВМ (например, создание параметронов и туннельных диодов в
Японии), связаны в этих странах с развитием машин на полу-
проводниках и других элементах, выполненных на основе твер-
дого тела. Данное обстоятельство определило схему дальнейшего
изложения. В следующем разделе рассмотрены наиболее важные
с исторической точки зрения проекты ЦВМ с хранимой програм-
мой, разработанные США, СССР и Великобритании. В послед-
194
нем разделе данной главы рассматривается основная схема раз-
вития универсальных электронных ЦВМ первого поколения с
точки зрения эволюции их технологических и структурных осо-
бенностей.
2. Важнейшие проекты ламповых ЦВМ
с хранимой программой
Теоретическая разработка принципа хранимой программы и
начало работ по проекту ЭДВАК (1945—1946 гг.) оказали су-
щественное влияние на развитие электронных ЦВМ. В 1945—
1946 гг. ряд научно-исследовательских институтов США и Вели-
кобритании начал проектирование электронных ЦВМ с хранимой
программой. При этом одной из наиболее существенных труднос-
тей, с которыми пришлось столкнуться, являлось создание запо-
минающего устройства.
«На ранней стадии развития вычислительной техники,— отме-
чает американский ученый Н. Найсеноф,— решающий момент в
проектировании электронных ЦВМ был связан с установлением
возможности построить или наладить изготовление какого-либо
определенного запоминающего устройства; как только это выяс-
нялось, можно было приступать к конструированию машины»
[6, стр. 1822]. Данная ситуация объясняется тем, что при разра-
ботке электронных схем конструкторы первых ЦВМ могли ис-
пользовать богатый опыт смежных областей техники (например,
радиолокационной импульсной техники). В то же время опыт
предшествующей разработки быстродействующих запоминающих
устройств был значительно более скромен и, по существу, ограни-
чивался некоторыми исследованиями в области радиолокации
(ультразвуковые линии задержки) и опытом, накопленным в об-
ласти магнитной записи звука.
Между тем разработка достаточно быстродействующей и ем-
кой памяти являлась необходимым условием для реализации прин-
ципа хранимой программы, т. е. одного из основных принципов
конструирования электронных ЦВМ. Поэтому каждое достиже-
ние в области создания запоминающих элементов существенно по-
вышало вычислительные возможности машин. Для ЦВМ первого
поколения значительные изменения их производительности свя-
заны, во-первых, с разработкой различных типов электронно-лу-
чевой памяти и, во-вторых, с заменой электронно-лучевых трубок
памятью на ферритовых сердечниках. Изменения производитель-
ности машин первого поколения иллюстрируются данными, приве-
денными в табл. 2. В таблице дан ряд характеристик ЦВМ США,
в том числе оценка их производительности по методу Найта.
В первой электронной ЦВМ ЭНИАК для запоминания инфор-
мации использовались статические триггеры на ламповых триодах,
т. е. была сделана попытка построить все внутренние устройства
машины на элементах одного типа. Несмотря на всю привлекатель-
7*
195
ность этой идеи, она не могла быть реализована при данном уров-
не технологии \ Достаточно емкое устройство на статических
триггерах потребовало бы огромного количества электронных ламп
(двух триодов для запоминания одной двоичной единицы) при
условии непрерывного потребления энергии. Таким образом, соот-
ветствующее устройство было бы неэкономичным, громоздким, не-
надежным и очень дорогим. Учитывая это, в 1944 г. один из конст-
рукторов ЭНИАК Дж. Эккерт предложил новый тип запоминаю-
щего устройства — на ультразвуковых ртутных линиях задержки 1 2.
Впервые память на ультразвуковых линиях задержки была при-
менена в английской машине ЭДСАК, разработанной в математи-
ческой лаборатории Кембриджского университета под руководством
М. В. Уилкса. По дате ввода в эксплуатацию (май 1949 г.) машина
ЭДСАК опередила все другие электронные ЦВМ с хранимой про-
граммой, которые разрабатывались в США и Великобритании, и,
таким образом, явилась первой ЦВМ нового типа. Запоминающее
устройство машины ЭДСАК состояло из 32 ртутных трубок ем-
костью 576 дв. ед. (32 17-разрядных слова) каждая. Частота син-
хронизирующих импульсов составляла 526 кгц, несущая частота —
13,5 Мгц. Среднее время выборки одного слова равнялось 550 мксек.
С целью поддержания постоянной температуры ЗУ было помещено
в термостат [7].
Характеристики памяти на ультразвуковых линиях задержки
во многом определяли вычислительные возможности машины.
«Появление запоминающих устройств на электроакустических
трубках,— отмечает С. А. Лебедев,— привело к созданию ряда ма-
шин последовательного действия как с точки зрения выборки са-
мих чисел последовательно из запоминающего устройства, так и с
точки зрения выполнения арифметического устройства последова-
тельного действия. Это обусловливалось темп соображениями, что
при данном виде памяти основное время в работе машины уходило
на выборку чисел из запоминающего устройства. Поэтому не было
никакого смысла увеличивать скорость выполнения арифметичес-
ких действий, так как скорость машины от этого существенно не
повысилась бы. Примером машин такого класса может служить
английская машина ЭДСАК... Машины этого класса имеют ско-
рость порядка 1—2 тыс. операций в секунду» [8, стр. 32].
По способу согласования работы отдельных устройств машина
ЭДСАК являлась синхронной ЦВМ. Все операции в машине вы-
полнялись в двоичной системе счисления над числами, представ-
1 Потенциальные возможности реализации всех внутренних устройств ма-
шины на однотипных элементах появились только в конце 60-х годов в
связи с разработкой многокомпонентных интегральных схем. Практиче-
ская реализация этой возможности является одной из задач проектирова-
ния машин четвертого поколения.
2 В 40-х годах ультразвуковые ртутные линии задержки были применены в
радиолокации.
196
Таблица 2
Производительность универсальных ЦВМ, введенных в эксплуатацию в США в 1944—1968 гг.
Тип ЦВМ Модель Фирма или организация- изготовитель Год ввода в эксплуа- тацию Длина машин- ного слова (дво- ичные разряды, десятичные раз- ряды, знаки)* Время вы- полнения опе- рации сложе- ния двух чи- сел, мксек Оперативное запоминающее устройство Производительность, относительные единицы (Р) Машинное время в сек за 1 долл, арендной платы (С) Производительность в пересчете на 1 долл, арендной платы (С х Р) Класс ЦВМ ♦♦
Тип носителя Емкость К (К-1024 слова) Решение на- учно-техни- ческих задач (Pi) Обработка коммерчес- кой инфор- мации (Р2) С X Pi С X Pt
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14
Релейные МАРК-1 Гарвардский университет 1944 23 дес. разр. 300 000 Электромеханические 72 слова 3,790-10-2 4,060-10-1 5,094-10 1,931 2,068-10 А
счетчики
Белл-V Белл 1947 7 дес. разр. 300000 Реле 30 6,740-10'2 2,960-10’1 8,483-10 5,718 2,511-10
МАРК-П Гарвардский университет 1947 10 дес. разр. 200 000 » 100 1,712-10-1 7,740-10’1 5,094-10 8,721 3,943-10
Ламповые со штек- ЭНИАК Пенсильванский универ- 1945 10 дес. разр. 200 Электронные лампы 20 7,448 4,465-10 3,181-10 2,369-102 1,420-Ю4 А
керным програм- ситет
мированием ИВМ-604 ИБМ 1948 13 дес. разр. 500 То же 45 дес. разр. 2,766 2,019-10 9,743-102 2,695-Юз 1,967-Ю4 А
Ламповые с хра- СЕАК Национальное бюро стан- 1950 45 дв. разр. 900 Ртутные линии задержки 0,5 1,028-Ю2 2,538-Ю2 5,094-10 5,237-Юз 1,293-104 А
нимой программой дартов
УНИВАК Эккерт—Маучли 1951 11 знаков 282 То же 1 1,401-102 2,714-102 2,494-10 3,494-Юз 6,769-Ю3 А
ИАС Принстонский институт 1952 40 дв. разр. 52 Электронно-лучевые трубки 1 4,670-102 3,050-102 8,483-10 3,962-Ю4 2,587-Ю4 А
ЭДВАК Пенсильванский универ- 1952 44 дв. разр. 360 Ртутные линии задержки 1 3,156-10 1,486-10 5,422-10 1,711-Ю3 8,057-102
ситет
ИБМ-701 ИБМ 1953 36 дв. разр. 62,5 Электронно-лучевые трубки 2 9,927-Ю2 6,157-Ю2 1,834-10 1,821-104 1,129-104 А
ИБМ-650 ИБМ 1954 10 дес. разр. 700 Магнитный барабан 2 1,108-102 2,911-Ю2 1,559-102 1,727-104 4,538-Ю4 Б
АЛВАК-ШЕ ЭЛ-ТРОНИКС 1955 33 дв. разр. 1000 То же 4—8 4,150-10 9,015-10 2,494-102 1,035-104 2,248-Ю4 Б
УНИВАК-1103А Сперри Рэнд 1956 36 дв. разр. 44 Ферритовые сердечники 4-12 2,295-Ю3 1,460-Юз 1,949-10 4,473-Ю4 2,846-Ю4 А
ИБМ-704 ИБМ 1956 36 дв. разр. 24 То же 4-32 1,067-101 3,785-103 1,318-10 1,406-105 4,889-104 А
УНИВАК-П Сперри Рэнд 1957 12 знаков 200 » 2 1,155-103 2,363-Юз 2,227-10 2,572-Ю4 5,262-Ю4 А
ИБМ-705Ш ИБМ 1957 5 знаков 86 » 4-16 2,379-Юз 7,473-Ю3 1,327-10 3,157-104 9,917-Ю4 А
ИБМ-709 ИБМ 1958 36 дв. разр. 24 » 4—32 1,869-Юз 1,023-10^ 8,882 1,660-104 9,086-104 А
У1П1ВАК 1105 Сперри Рэнд 1958 36 дв. разр. 44 4—32 4,433-Юз 5,527-103 1,450-10 6,428-Ю4 8,014-Ю4 А
Транзисторные Фи лко-2000-210 Филко 1958 45 дв. разр. 15 » 8—32 2,997-101 2,874-104 1,781-10 5,338-105 5,119-105 А
ИБМ-7090 ИБМ 1959 36 дв. разр. 4,4 » 32 9,735-104 4,547-Ю4 9,742 9,484-105 4,430-105 А
У НИ ВАК-Л АРК Сперри Рэнд 1960 12 дес. разр. 4 » 10—97 1,426-105 4,045-Ю4 4,619 6,587-105 1,868-105 А
ИБМ-1401 ИБМ 1960 5 знаков 402 » 4—16 4,967-Ю2 1,626-Ю3 8,314-10 4,130-Ю4 1,352-Ю5 Б
СТРЕТЧ ИБМ 1961 64 дв. разр. 1,5 » 16—262 3,717-105 6,312-105 2,078 7,724-105 1,312-10б А
ИБМ-70941 ИБМ 1962 36 дв. разр. 4 » 32 1,759-105 9,590-Ю4 8,780 1,542-106 8,420-105 А
Контрол Дейта 3600 Контрол Дейта 1963 48 дв. разр. 2,07 32—262 4,591-105 1,564-105 1,247-10 5,725-106 1,950-Ю6 А
Контрол Дейта 6600 » 1964 60 дв. разр. 0,3 » 32—131 7,022-Ю6 4,091-106 8,310 5,835- Ю7 3,400-10’ А
НаТ интегральных В-5500 Барроуз 1964 48 дв. разр. 2 4—32 3,763-105 5,442-105 2,078-10 7,820-Ю6 1,131-10’ А
схемах ИБМ-360/40 ИБМ 1965 4 знака 11,88 16—262 3,444-101 5,007-Ю4 5,408-10 1,863-Ю6 2,708-Ю6 Б
НКР-315-РМС Нейшнл Кэш Реджистер 1965 6 знаков 6,5 Тонкие магнитные пленки 20-40 1,321-105 1,538-105 6,235-10 8,236-Ю6 9,589-Ю6 Б
УНИВАК-1108Н Сперри Рэнд 1965 36 дв. разр. 0,75 Ферритовые сердечники 62—262 2,075-Ю6 2,088-Ю6 1,039-10 2,156-10’ 2,169-10’ А
ИБМ-360/75 ИБМ 1965 4 знака 0,8 То же 262—1048 3,561-106 1,438-Ю6 1,181-10 4,206-10’ 1,698-10’ А
ИБМ-360/65 ИБМ 1966 4 знака 1,3 » 131—1048 1,386-106 8,097-105 1,386-10 1,921-10’ 1,122-10’ А
Сцектра-70/55 Рейдио Корпорейшн 1966 4 знака 2,58 65—524 1,341-Ю6 1,224-Ю6 1,948-10 2,612-Ю7 2,384-10’ А
Сигма-7 Сайэнтифик Дейта Сис- 1966 32 дв. разр. 2,0 » 4-131 8,946-105 5,543-105 4,157-10 3,719-10’ 2,304-10*
тема
ПДП-9 Диджитал Экуипмент 1966 18 дв. разр. 2,0 8—32 1,077-105 3,525-105 1,247-103 1,343-103 4,396-108 Б
УНИВАК-9300 Сперри Рэнд 1967 5 знаков 52 » 8—32 4,350-Юз 1,842-104 1,386-102 6,029-105 2,553.10е В
Б-3500 Барроуз 1967 48 дв. разр. 32 5—250 1,548-105 1,303-105 6,931-10 1,073-10’ 9,031.10е Б
В-6500 » 1968 48 дв. разр. 0,4 Тонкие магнитные пленки 16—106 3,127-106 2,756-106 1,559-10 4,875-10’ 4,297-10’ А
• Длина одного буквенно-цифрового знака — от 6 до 8 двоичных разрядов (в зависимости от используемых методов контроля, системы адресации и т. д.).
• К высшему классу (классу А) отнесены машины с наиболее высокой производительностью (для своего времени), к группе Б — машины среднего класса, к
группе В — малые ЦВМ.
И. А. Анокин
Машина ЭД САК
ленными в форме с фиксированной запятой. Система команд вклю-
чала 19 операций. Команды имели одноадресную структуру. Для
ввода команд и исходных чисел использовалась 5-канальная пер-
фолента. Ввод данных с перфоленты производился с помощью фо-
тоэлектрического устройства. Арифметическое устройство последо-
вательного действия состояло из одноразрядного сумматора и ре-
гистров, выполненных на ртутных линиях задержки. Всего в ма-
шине использовалось около 24500 электронных ламп.
В процессе эксплуатации машины ЭДСАК был впервые освоен
на практике метод библиотечных подпрограмм, детально разрабо-
танный М. Уилксом, Д. Уиллером и С. Гиллом [2,7].
Вскоре после ввода в эксплуатацию машины ЭДСАК была за-
вершена работа над проектом электронной ЦВМ Манчестерского
университета, разработанного под руководством Ф. Вильямса. Су-
щественный вклад в разработку математической части проекта
внес выдающийся английский математик А. Тьюринг. Им были со-
ставлены первые рабочие программы. Эксплуатация машины на-
чалась летом 1949 г. [9]. Созданию машины Манчестерского уни-
верситета предшествовала разработка прототипа машины (1948 г.)
[10]. Целью создания прототипа была экспериментальная провер-
ка возможности использовать для построения памяти электронно-
лучевую трубку, разработанную Ф. Вильямсом и представляющую
собой модификацию стандартной осциллографической трубки [1].
Применение электронно-лучевых трубок в запоминающем уст-
ройстве существенно повышало производительность ЦВМ, по-
скольку создавалась возможность параллельной передачи и обра-
ботки машинных слов. Трубки Вильямса были применены в ЦВМ
197
Манчестерского университета для построения оперативной памя-
ти емкостью 128 чисел по 40 двоичных разрядов. Поскольку ем-
кость оперативной памяти была мала для записи программы, в
машине использовалось также ЗУ на магнитном барабане емкостью
1024 числа. Таким образом в ЦВМ Манчестерского университета
была впервые реализована иерархическая структура памяти, т. е.
использование в одной машине нескольких ЗУ, существенно от-
личающихся по емкости и быстродействию. Разумеется, иерархи-
ческое решение проблемы построения памяти усложняло структу-
ру машины. Однако в то же время оно было единственно возмож-
ным, поскольку уровень техники не позволял (и до сих пор не поз-
воляет) создать память на одном типе носителя информации, в
которой большая (в идеале — неограниченная) емкость сочеталась
бы со скоростью записи и считывания, соответствующей скорости
работы электронных арифметических, логических и управляющих
схем.
ЦВМ Манчестерского университета была первой машиной, в
которой использовался метод модификации адресов с помощью ин-
дексных регистров. Применение индексных регистров оказалось
весьма плодотворным и до сих пор является одним из основных
методов машинного изменения программы. Дальнейшее развитие
этого метода шло по пути увеличения количества индексных ре-
гистров, используемых в машине, и привело к созданию в ряде
быстродействующих ЦВМ второго поколения сложных систем,
включающих комплекс индексных регистров с различными фун-
кциями.
В США первые ЦВМ с хранимой программой были введены в
эксплуатацию в 1950 г. В мае этого года началась эксплуата-
ция машины СЕАК, разработанной лабораторией электронных
вычислительных машин Национального бюро стандартов. Машина
СЕАК проектировалась с таким расчетом, чтобы в процессе эксплу-
атации ее можно было усовершенствовать путем замены устройств
на более эффективные и производительные. В первом варианте
(май 1950 г.) машина состояла из следующих блоков: арифмети-
ческого устройства последовательного действия, рассчитанного
на работу с двоичными числами длиной 45 разрядов; устройства
управления, обеспечивающего частоту синхронизирующих импуль-
сов 1 Мгц; запоминающего устройства на 64 ртутных линиях за-
держки емкостью 512 чисел по 45 разрядов; наборной клавиатуры
для непосредственного ввода и телетайпного печатающего устрой-
ства; устройств ввода и вывода на перфоленте. Перечисленные
выше устройства содержали в общей сложности 750 электронных
ламп и 10 500 германиевых диодов [И].
В дальнейшем конструкция машины претерпела существенные
изменения. Емкость памяти на ртутных линиях задержки была
увеличена вдвое, и, кроме того, в состав машины была включена
память на трубках Вильямса емкостью 1024 числа. Для ввода и
вывода данных были применены электрические пишущие машинки
198
Машина СЕАК
Запоминающее устройство
на ртутных линиях задерж-
ки машины СЕАК
с управлением от перфоленты. В окончательном варианте машина
содержала 2300 ламп и 24 000 диодов. По данным за 1962 г. [12],
машина продолжала успешно эксплуатироваться в Национальном
бюро стандартов США.
Роль проекта СЕАК в истории цифровой вычислительной тех-
ники определяется прежде всего тем, что в машине был исполь-
зован динамический способ представления информации. Вместо
статических триггеров в СЕАК были применены динамические
триггеры с линиями задержки. Характеристики и описание элек-
тронных схем были опубликованы еще до того, как машина была
введена в эксплуатацию. Эти данные наряду с информацией, по-
лученной в процессе эксплуатации машины, оказали определенное
влияние на некоторые проекты ЦВМ, в том числе на первые про-
екты ЦВМ на полупроводниковых элементах.
Приблизительно в одно время с машиной СЕАК была введена
в эксплуатацию машина БИНАК, разработанная по проекту
Дж. Эккерта и Дж. Маучли [13]. Целью проекта было создание
машины с высокой надежностью вычислений. Эта цель была до-
стигнута путем дублирования внутренних устройств машины
(арифметического блока и блока оперативной памяти). Каждый
блок выполнял одновременно одну и ту же программу, причем про-
верка правильности вычислений осуществлялась сравнением им-
пульсов на выходе устройств. При такой работе вероятность непра-
вильного решения задачи сводилась к минимуму и практически за-
висела от правильности составленной программы. В то же время
очевидным недостатком такого способа контроля являлись чрез-
мерные затраты оборудования.
Цифровая вычислительная машина БИНАК работала в двоич-
ной системе счисления, использовала команды с одноадресной стру-
ктурой и по принципу работы была машиной последовательного дей-
ствия с памятью на ртутных линиях задержки. Отличительная
черта БИНАК — высокая тактовая частота (4 Мгц). Принципы
построения некоторых схем машины БИНАК нашли в дальней-
шем применение в некоторых элекронных ЦВМ. Прежде всего это
относится к схеме одноразрядного сумматора комбинационного
типа [14].
Значительное влияние на развитие конструкций электронных
ЦВМ оказал проект машины НАС, разработанный и осуществлен-
ный под руководством Дж. Неймана. Машина была построена в
Принстонском институте перспективных исследований по заказу
Управления вооружения Армии США. Еще до того как машина
была введена в эксплуатацию (январь 1952 г.), подробные данные
об ее схемах и методах программирования были опубликованы в
отчетах Принстонского института [15] и послужили основой для
создания ряда аналогичных по структуре машин3.
3 В том числе машины, названной в честь Дж. Неймана («Джонниак») и
введенной в эксплуатацию в 1954 г.
200
Машина БИНАК
Машина ИАС
В машине ИАС впервые был реализован разработанный Дж.
Нейманом асинхронный принцип работы устройства управления.
Сущность асинхронного принципа работы заключается в том, что
время выполнения машиной рабочих операций определяется не
длительностью основного такта машины, а реальным временем,
затрачиваемым конкретным устройством для выполнения данной
операции. При этом каждая новая команда начинается после
получения от соответствующего устройства сигнала об окончании
предыдущей операции. Таким образом, в отличие от постоянного
такта работы, характерного для синхронных ЦВМ, асинхронные
машипы работают с переменным («плавающим») тактом. В ре-
зультате асинхронная машина в принципе более быстродействую-
щая, чем синхронная. Преимуществами асинхронных машин
являются также простота согласования работы устройств с раз-
личным быстродействием и обеспечение дополнительного конт-
роля (в случае неполучения сигнала о выполнении операции ма-
шина останавливается). В процессе последующего развития элект-
ронной вычислительной техники асинхронный принцип работы на-
шел широкое применение в электронных ЦВМ, прежде всего в
машинах высокого класса.
Применение арифметического и запоминающего устройств па-
раллельного действия наряду с использованием асинхронного
принципа работы устройства управления обеспечило высокую ско-
рость работы машины ИАС. Операции сложения и вычитания
40-разрядных двоичных чисел выполнялись за 52 мксек, а опера-
ция умножения — за 790—990 мксек. Вплоть до 1956 г., когда
была введена в эксплуатацию быстродействующая ЦВМ ИБМ-704
с памятью на ферритовых сердечниках, машина ИАС входила в
число нескольких наиболее быстродействующих ЦВМ в мире4.
Отличительная особенность машины — чрезвычайно компактная
и экономичная конструкция. Всего в машине использовалось 2300
электронных ламп (главным образом двойных триодов). Без уст-
ройств ввода и вывода машина занимала объем 0,61Х 2,44 X
X 2,44 ж [16].
В 1945 г. лаборатория сервомеханизмов Массачусетского техно-
логического института (Кембридж, штат Мэриленд) начала иссле-
дования в области применения вычислительной техники для моде-
лирования работы самолетов. В процессе исследований в 1947 г.
был разработан проект электронной ЦВМ «Вихрь». Основные опыт-
но-конструкторские работы были завершены в 1950 г. Машина бы-
ла введена в эксплуатацию в марте 1951 г. [17, 18].
Одной из целей проекта «Вихрь» было создание машины с мак-
симальным быстродействием. Применение параллельного принципе!
работы наряду с некоторыми схемно-структурными особенностями
(частичная асинхронность работы, применение дополнительных
4 В это число входили некоторые американские ЦВМ (см. табл. 2) и совет-
ская ЦВМ БЭСМ.
202
схем, ускоряющих процесс выполнения операции сложения)
позволили достичь высокого номинального быстродействия
(20 тыс. on/сек), но вычислительные возможности машины
«Вихрь» были ограничены небольшой длиной чисел, с которыми
оперировала машина (16 двоичных разрядов).
Особенностью машины явилось применение в запоминающем
устройстве электронно-лучевых трубок новой конструкции, разра-
ботанных в 1947 г. Дж. Форрестером и А. Хэфом [9]. В отличие от
трубок Вильямса, использованные в машине «Вихрь» электронно-
лучевые трубки с поддерживающим лучом не требовали периоди-
ческой регенерации электростатического разряда. Длительное хра-
нение информации в трубке обеспечивалось использованием допол-
нительной электронной пушки. Емкость запоминающего устройства
составляла 1024 числа по 16 разрядов.
В процессе эксплуатации запоминающее устройство на элек-
тронно-лучевых трубках было заменено памятью с новым типом
носителя — магнитными сердечниками. Оперативная память на
магнитных сердечниках, организованная по схеме с совпадением
токов, была разработана Дж. Форрестером и У. Папяном и введена
в эксплуатацию в 1953 г. В результате машина «Вихрь» стала пер-
вой электронной ЦВМ с запоминающим устройством на магнитных
сердечниках. Конструктивно память на сердечниках состояла из
двух кубов, каждый из которых содержал 32 X 32 X 17 сердечни-
ков. Емкость одного куба составляла 1024 числа по 17 разрядов
(один разряд использовался для контроля на четность).
Матричная схема организации памяти была разработана Дж,
Форрестером в 1951 г. применительно к ЗУ на ленточных сердечни-
ках [20]. В дальнейшем она была применена в большинстве ЗУ на
ферритовых сердечниках, и до сих пор является наиболее распро-
страненной схемой организации магнитной оперативной памяти
большой емкости.
14 июня 1951 г. в США была введена в эксплуатацию первая
серийная электронная ЦВМ с хранимой программой — машина
УНИВАК, проект которой разрабатывался с 1947 г. под руковод-
ством Эккерта и Маучли. К моменту ввода в эксплуатацию в по-
стройке находилось еще пять экземпляров данной ЦВМ. Всего бы-
ло выпущено 48 машин 5.
В отличие от рассмотренных выше электронных ЦВМ с хра-
нимой программой, ориентированных на выполнение научно-
5 Машина УНИВАК приобрела широкую известность после того, как в 1952 г.
она была использована для предсказания результата президентских выбо-
ров в США на основе первых поступивших сведений о предварительных
итогах голосования по различным избирательным округам. Благодаря при-
сущей электронным ЦВМ высокой скорости вычислений обработка этих
результатов была произведена очень быстро, и машина предсказала побе-
ду кандидата республиканской партии Эйзенхауэра почти сразу же после
получения первых сведений о результатах голосования в различных
штатах.
203
Машина УНИВАК
Запоминающее устройство на
магнитных сердечниках маши-
ны «Вихрь»
технических расчетов, машина УНИВАК предназначалась в
основном для обработки больших массивов коммерческой инфор-
мации. Машина работала не в двоичной, а в двоично-кодированной
системе счисления. Для представления информации использовался
семиразрядный двоичный код. При этом шесть разрядов служили
для кодирования десятичных цифр, букв английского алфавита,
знаков препинания и т. д. Один разряд кода предназначался для
контроля на четность. Применение двоично-кодированной системы
счисления вместо двоичной было обусловлено спецификой обра-
батываемой информации (большое количество вводпмой-выводи-
мой информации при относительно небольшом количестве опера-
ций над числами).
Машинное слово ЦВМ УНИВАК состояло из И семиразряд-
ных кодов и одного разряда, отведенного на знак числа. Оператив-
ная память имела емкость 1000 слов, для запоминания которых
использовалось 100 ртутных линий задержки.
Машина УНИВАК — одна из первых электронных ЦВМ с раз-
витой системой контроля правильности передачи и обработки ин-
формации. Из примененных методов контроля наиболее важными
были два метода: проверка на четность и дублирование схем. В
отличие от БИНАК, в машине УНИВАК дублировались не устрой-
ства, а отдельные схемы (счетчик команд, регистр арифметичес-
кого устройства и т. д.). Задублированные схемы одновременно вы-
полняли одни и те же операции. Контроль осуществлялся сравне-
нием выходных импульсов. Поскольку в УНИВАК был применен
последовательный принцип работы, соответствующие схемы конт-
роля были весьма просты и их применение не приводило к сущест-
венному увеличению количества аппаратуры. В дальнейшем дан-
ный метод контроля был использован в ряде электронных ЦВМ по-
следовательного действия.
Быстродействие машины определялось следующими характе-
ристиками: операция сложения (вычитания) выполнялась за
0,5 мсек, операция умножения — за 2,5 мсек. Всего в машине
использовалось более 5000 электронных ламп [21].
Серийный выпуск машины УНИВАК явился заметной вехой
в развитии электронных ЦВМ. Все рассмотренные ранее машины
с хранимой программой разрабатывались научно-исследователь-
скими институтами и выпускались (за исключением ИАС) в одном
экземпляре. Заказчиками часто выступали военные организации,
которые использовали ЦВМ для выполнения научно-технических
расчетов при проектировании новых средств военной техники
(моделирование работы самолетов, расчет баллистических траекто-
рий и т. д.).
Коммерческий успех УНИВАК, обеспечивший ее серийный
выпуск, оказал определенное влияние на техническую политику
ряда ведущих зарубежных фирм в области вычислительной тех-
ники. В первой половине 50-х годов налаживается серийное
производство ЦВМ с хранимой программой, причем наряду
205
с заказами военных организаций все большее значение начинают
приобретать заказы промышленных и торговых фирм, правитель-
ственных учреждений, высших учебных заведений, научно-иссле-
довательских институтов и т. д.
Машина УНИВАК была разработана небольшой фирмой «Эк-
керт-Маучли Компьютер», основанной в 1947 г. В 1950 г. прои-
зошло слияние этой фирмы с крупной фирмой в области контор-
ского машиностроения «Ремингтон Рэнд», которая организовала
серийное производство машины УНИВАК. В 1953 г. серийное
производство универсальных ЦВМ с хранимой программой начала
одна из крупнейших фирм США в области вычислительной тех-
ники — фирма «ИВМ» (основана в 1911 г.). В 1953 г. была выпу-
щена серийная модель высокого класса ИБМ-701 с памятью на
трубах Вильямса емкостью 2048 слов по 36 двоичных разрядов. По
своей структуре ИБМ-701 — одноадресная синхронная машина
параллельного действия, работающая в двоичной системе счисле-
ния с фиксированной запятой. Всего было выпущено девять эк-
земпляров данной модели [22].
Наибольшее распространение за рубежом среди машин перво-
го поколения получила модель ИБМ-650, первый экземпляр кото-
рой был выпущен в 1954 г. Разработка этой машины велась с
1949 г. и преследовала цель создания недорогой и падежной уни-
версальной ЦВМ для выполнения научно-технических расчетов.
Удачная конструкция машины способствовала ее широкому приме-
нению как в качестве расчетной ЦВМ, так и для обработки боль-
ших массивов информации. Всего было выпущено около 1625 эк-
земпляров данной машины, т. е. более одной трети всех изгото-
вленных за рубежом универсальных ламповых ЦВМ с хранимой
программой.
Вычислительные возможности ИБМ-650 во многом зависели от
характеристик ее оперативной памяти, выполненной на магнитном
барабане емкостью 2000 слов (по 10 десятичных разрядов) и ско-
ростью вращения 12 500 об!мин. Одна из зон барабана выполняла
функции буферного ЗУ, что позволяло одновременно производить
перфокарточный ввод-вывод данных и выполнять вычисления. Ра-
бочие операции в машине выполнялись в двоично-пятеричном ко-
де. Время операции сложения составляло 800 мксек. Тактовая час-
тота машины — 125 кгц [23].
Одной из особенностей машины являлась развитая система
периферийных устройств, в состав которых входили устройства
ввода-вывода на перфокартах, перфоленточные устройства, бло-
ки с магнитной лентой, печатающее устройство и т. д. В процессе
последующей модификации набор внешних устройств был допол-
нен памятью на магнитных дисках. Внутренние устройства ма-
шины также подверглись модификации: были применены схе-
мы, обеспечивающие выполнение операций с плавающей запя-
той, индексные регистры и память на сердечниках емкостью
60 слов.
206
Важнейшими особенностями зарубежных ламповых моделей,
выпущенных во второй половине 50-х годов, являлись замена элек-
тронно-лучевых трубок ферритовыми сердечниками в качестве эле-
ментов оперативной памяти п повышение скорости работы за счет
совмещения во времени операций ввода-вывода с вычислениями,
производимыми машиной.
В апреле 1956 г. фирмой «ИВМ» была выпущена модель
ИБМ-704, представляющая собой модификацию машины ИБМ-701.
В ИБМ-704 использовались память на ферритовых сердечниках
емкостью 4096 слов по 36 двоичных разрядов, индексные регист-
ры и встроенная арифметика с плавающей запятой [24]. Всего
было изготовлено 130 экземпляров данной модели. Через два года
(август 1958 г.) был выпущен первый экземпляр машины
ИБМ-709, отличительной особенностью которой являлось наличие
нескольких каналов ввода-вывода с буферным накоплением в па-
мяти, т. е. работающих параллельно с центральным вычислителем.
Оперативная память машины, выполненная на ферритовых сер-
дечниках, состояла из восьми модулей емкостью 4096 слов каждый
[12]. Всего было выпущено около 50 экземпляров данной мо-
дели.
Вторая половина 50-х годов ознаменовалась важными изобре-
тениями, нашедшими практическое применение в следующий пе-
риод развития универсальных ЦВМ — в машинах второго поколе-
ния. В 1956 г. фирмой «ИБМ» были разработаны плавающие маг-
нитные головки на воздушной подушке. Изобретение плавающих
головок позволило создать новый тип внешней памяти (ЗУ на маг-
нитных дисках), нашедший широкое применение в машинах 60-х
годов [25]. В 1957 г. в Великобритании была введена в эксплуата-
цию первая машина с микропрограммным управлением ЭДСАК-П,
разработанная по проекту М. В. Уилкса [26]. Идея микропро-
граммирования, предложенная М. В. Уилксом еще в 1951 г., на-
шла широкое применение в машинах второго и, особенно, треть-
его поколений.
Первые машины второго поколения, т. е. машины на дискрет-
ных полупроводниковых и магнитных элементах, были разрабо-
таны для военных целей в середине 50-х годов, а первые универ-
сальные серийные ЦВМ гражданского назначения — в 1958 г.
(см. гл. 6). Однако выпуск новых моделей ламповых машин не
прекращался вплоть до 1961 г., а эксплуатация их — вплоть до
середины 60-х годов.
Как было отмечено выше, ЦВМ на электронных лампах наибо-
лее широкое применение (за рубежом) нашли в США и Велико-
британии. При этом в США было введено в эксплуатацию около
4000 универсальных ламповых ЦВМ с хранимой программой, а
в Великобритании — около 200. Кроме того, в США, Великобри-
тании, Франции и других странах эксплуатировались электронные
ЦВМ со штеккерным программированием, использовавшиеся в со-
ставе перфорационных вычислительных комплектов. Всего в США
207
было введено в эксплуатацию около 6700 электронных вычисли-
тельных перфораторов, а в Великобритании — около 700 [27, 28].
В СССР первые проекты электронных ЦВМ были предложены
в 1948 г. С. А. Лебедевым п Б. И. Рамеевым. Проект Малой элек-
тронной счетной машины (МЭСМ) был разработан в Институте
электротехники АН УССР (г. Киев) под руководством С. А. Ле-
бедева. В 1950 г. проведены были основные опытно-конструктор-
ские работы, монтаж и испытания машины. В течение 1951 г. в
конструкцию машины был внесен ряд усовершенствований, и в
октябре этого же года машина была введена в эксплуатацию. Как
и всякая первая разработка в новой области техники, разработка
МЭСМ носила во многом экспериментальный характер. Тем не
менее машина нашла широкое практическое применение. Одной
из наиболее важных задач, решенных с помощью МЭСМ, явился
расчет устойчивости работы магистральной линии электропередачи
Куйбышев — Москва (1951 г.).
Основным элементом МЭСМ был статический триггер на лам-
повых триодах, который использовался во всех внутренних уст
ройствах: арифметическом блоке, блоке управления и оператив-
ной памяти. Емкость памяти, выполненной на триггерах, состав-
ляла 94 слова, в том числе 31 число длиной 17 двоичных разрядоь
и 64 команды длиной 20 двоичных разрядов. Команды имели трех-
адресную структуру. Всего машина выполняла 12 команд. Ско-
рость выполнения команд определялась преимущественно неболь-
шой частотой синхронизирующих импульсов (5 кгц). Номиналь-
ное быстродействие машины составляло 50 on/сек. Цри этом опе-
рации сложения, вычитания и умножения двух 17-разрядных чи-
сел выполнялись за 17,6 мсек. Операция деления длилась от 17,6
до 20,8 мсек.
Наряду с оперативной памятью на триггерах в машине исполь-
зовались еще два типа памяти: штеккерное и магнитное запомина-
ющие устройства. Штеккерное устройство емкостью 94 слова при-
менялось для ручного ввода чисел н команд. Оно состояло нз го-
ризонтальных и вертикальных шин, соединение которых осущест-
влялось штеккерами через диоды. Магнитное запоминающее уст-
ройство, разработанное в Институте физики АН УССР под руко-
водством А. А. Харкевича, было выполнено на барабане и магнит-
ной ленте. Магнитный барабан служил для записи чисел и команд,
которые не могли быть размещены в оперативной памяти. Емкость
барабана составляла 5000 слов. Магнитная лента предназначалась
для ввода-вывода данных.
Построение оперативной памяти на триггерах требовало боль-
шого количества электронных ламп. Всего в машине использова-
лось 6000 ламп (3500 триодов и 2500 диодов), в том числе 4000
ламп в запоминающем устройстве. Потребляемая мощность со-
ставляла 25 кет.
Основные недостатки МЭСМ — малая емкость оперативной па-
мяти, небольшая разрядность чисел и низкая тактовая частота.
208
Блок-схема машины МЭСМ
Блок-схема машины представлена на схеме. На пей приведены
тедующие элементы:
ДИ — датчик главных импульсов и импульсов смещения подает им-
пульсы во все управляющие цепи машины. Частота импульсов
5 кгц. Главные импульсы и импульсы смещения сдвинуты один
относительно другого на половину периода. Амплитуда импуль-
сов 40 в. Продолжительность импульсов 10 мксек. Пауза между
импульсами около 200 мксек;
МДИ — магнитный датчик главных импульсов и импульсов смещения
предусмотрен для обеспечения работы машины совместно с маг-
нитным запоминающим устройством. Параметры генерируемых
импульсов те же, что и для блока ДИ;
ЦУ — блок центрального управления управляет всеми операциями в
машине и определяет моменты времени, когда надо включить
ту пли иную цепь;
УК — блок управления командами возбуждается от блока центрально-
го управления и посылает управляющие импульсы в устройства
управления командами;
БЗК — блок запоминания команд принимает код команды и, в зависи-
мости от работы блока управления командами, посылает коды
отдельных адресов команды в соответствующие устройства;
УКОп — блок управления коммутатором операций получает в соответст-
вующий момент (определяемый работой ЦУ и УК) код операции
с блока запоминания команд и передает его па коммутатор опе-
раций;
КОп — коммутатор операций получает код операции от блока управле-
ния коммутатором операций и возбуждает одну из своих выход-
ных цепей, соответствующую заданной операции;
У On— блок управления операциями определяет последовательность вы-
полнения отдельных элементарных операций па арифметическом
устройстве в соответствии с работой блока центрального управ-
ления;
А У—арифметическое устройство принимает коды чисел по кодовой
шине от запоминающего устройства, производит арифметические
операции в соответствии с работой блока управления операция-
ми и передает результат по кодовой шипе в элементы запомина-
ния. Арифметическое устройство состоит из следующих блоков:
БЗАУ— блок запоминания арифметического устройства служит для при-
ема кодов чисел от запоминающего устройства;
См — сумматор арифметического устройства производит все арифме-
тические операции с кодами чисел;
ВЧ — блок вывода кодов чисел осуществляет передачу результатов в
запоминающее устройство;
УЦК — блок управления центральным коммутатором получает в соот-
ветствующие моменты времени (определяемые работой ЦУ и
УК) коды команд с адресов блока запоминания команд и пере-
дает их па центральный коммутатор;
ЦК — Центральный коммутатор получает код соответствующего адре-
210
са от блока управления центральным коммутатором, возбуждает
одну из своих выходных цепей и выбирает, таким образом, вы-
ходную плп входную цепь ячейки запоминания, соответствую-
щую заданному коду;
ЭЗЧ—электронное запоминающее устройство кодов чисел, в ячейках
которого хранятся коды чисел. При получении соответствующе-
го управляющего напряжения от центрального коммутатора эти
коды чисел передаются па коммутационную шину плп, наоборот,
принимаются с коммутационной шины;
УКК — блок управления коммутатором команд, в соответствующий мо-
мент времени (определяемый работой ЦУ и УК) изменяет код
номера команды на «1» или принимает код номера команды от
третьего адреса блока запоминания команд;
УМК — блок местного управления командами аналогичен блоку УКК и
используется при местном управлении командами, а также при
работе машины совместно с магнитным запоминающим устрой-
ством;
УККОп — блок оперативного управления коммутатором команд получает
коды номеров команд от блоков УКК пли УМК или непосредст-
венно от третьего адреса БЗК и передает их па коммутатор ко-
манд;
КК — коммутатор команд получает код номера команды с блока опера-
тивного управления коммутатором команд, возбуждает одну из
своих выходных цепей и выбирает, таким образом, входную или
выходную цепь ячейки запоминания команд, соответствующую
заданному коду номера команды;
ЭЗК — электронное запоминающее устройство кодов команд, в ячейках
которого хранятся коды команд. При получении соответствующе-
го управляющего напряжения от коммутатора команд эти коды
передаются на коммутационную шину плп, наоборот, принима-
ются с этой шипы;
ШЗЧ — штеккерное запоминающее устройство для кодов чисел. В этом
блоке набираются штеккерамп значения коэффициентов. Выбор-
ка требуемого коэффициента определяется центральным комму-
татором;
БЗШЗЧ — блок запоминания штеккерного запоминающего устройства для
чисел принимает коды коэффициентов от штеккерного запоми-
нающего устройства и передает их на кодовую шину;
ШЗК — штеккерное запоминающее устройство для кодов команд. В этом
блоке набираются штеккерамп коды стандартных подпрограмм.
Выборка требуемой команды определяется коммутатором команд;
БЗШЗК — блок запоминания штеккерного запоминающего устройства для
команд. Принимает коды команд от штеккерного запоминающе-
го устройства и передает пх на кодовую шину;
УШЗ — блок управления штеккерными запоминающими устройствами.
Управляет выдачей кодов из штеккерных запоминающих ус-
тройств на кодовую шину;
211
MB -— магнитное запоминающее устройство на барабане служит для
хранения большого количества кодов чисел и команд. Оти коды
могут передаваться в ячейки электронных запоминающих ус-
тройств или приниматься от них;
УКМЗ — блок управления коммутатором магнитной записи принимает
код номера дорожки от блока запоминания команд и передается
на коммутатор магнитной записи;
КМЗ — коммутатор магнитной записи выбирает соответствующую до-
рожку на магнитном барабане;
ВЗМЗ — блок запоминания магнитной записи принимает код номера чис-
ла на выбранной дорожке от блока запоминания команд;
УСп — устройство совпадения определяет момент выборки заданного
числа на дорожке;
УЗпЧт — блок управления записью и чтением с магнитного барабана уп-
равляет записью или считыванием кодов и в нужный момент
времени (определяемый устройством совпадения) передает код
с магнитного барабана на кодовую шину пли принимает код для
записи на магнитный барабан.
Неосуществленным остался проект, разработанный в 1948 г.
Б. И. Рамеевым [29]. В нем предусматривались два варианта по-
строения быстродействующей (до 2000 on/сек} ЦВМ: на элек-
тронных лампах и на магнитных элементах. В первом варианте
предполагалось использовать 3500 электронных ламп, во втором —
1000. В машине предполагалось применить несколько блоков об-
работки данных (два сумматора, интерполятор, множительное и
делительное устройства) и ЗУ на магнитных триггерах с ячей-
ками длиной 34 двоичных разряда.
В начале 50-х годов конструирование электронных ЦВМ ве-
дется в ряде научно-исследовательских организаций страны.
Осенью 1952 г. вступила в строй машина БЭСМ, разработанная
в Институте точной механики и вычислительной техники АН
СССР под руководством С. А. Лебедева. Значительный вклад в
разработку и реализацию проекта, а также в последующую модер-
низацию машины внесли П. П. Головистиков, В. А. Зимин,
А. Н. Зимарев, В. А. Мельников, К. С. Неслуховский, А. С. Федо-
ров и другие конструкторы БЭСМ. Создание машины БЭСМ было
значительным явлением в области развития отечественной вычис-
лительной техники. В момент ввода в эксплуатацию и в течение
нескольких последующих лет машина была самой быстродейству-
ющей в Европе.
Существенной особенностью БЭСМ является представление
чисел в форме с плавающей запятой. Применение плавающей за-
пятой обеспечивало ряд преимуществ, наиболее важные из которых
упрощепие программирования и увеличение диапазона представи-
мых чисел.
По своей структуре БЭСМ — машина параллельного дейст-
вия. Арифметическое устройство параллельного действия выпол-
нено на статических триггерах. Работа с числами, представлен-
212
С. А. Лебедев
ними в форме плавающей запятой, требовала соответствующей
организации арифметического блока. Этот блок состоял из двух
частей: арифметического устройства чисел и арифметического
устройства порядков. Каждое из этих устройств содержало по
сумматору и по два регистра — для приема кодов двух чисел,
с которыми производилось заданное действие [30].
Оперативное запоминающее устройство параллельного действия
было выполнено на электронно-лучевых трубках с барьерной сет-
кой. Емкость памяти составляла 1023 слова длиной 39 разрядов,
время выборки—10 мксек [31]. В 1956 г. в качестве основного
вида оперативной памяти было введено запоминающее устройство
на ферритовых сердечниках. При том же быстродействии устрой-
ство на ферритовых сердечниках имело значительно меньшие
размеры, большую емкость (2047 слов), более простую схему уп-
равления и более высокий уровень надежности [32].
Наряду с оперативной памятью в машине использовались два
типа внешних запоминающих устройств: на магнитном барабане
и магнитных лентах (см. табл. 3). Для упрощения структуры об-
мен данными между барабаном и лентами производился через
оперативную память.
213
По способу согласования устройства БЭСМ — синхронная ма-
шина с переменным тактом работы. Система команд машины вклю-
чала 32 операции, большинство из которых выполнялось за время
основного рабочего такта (165 мксек), формируемого центральным
устройством управления. Время выполнения операций умножения,
деления и некоторых других складывалось из основного рабочего
такта и времени, определяемого блоком местного управления опе-
рациями. Во время работы этого блока центральное устройство
управления приостанавливалось.
Серийное производство электронных ЦВМ в СССР было нача-
то в 1953 г. В этом году был изготовлен первый экземпляр машины
«Стрела», разработанной по проекту и под руководством Ю. Я. Ба-
зилевского. Целью проекта было создание машины для выполне-
ния сложных научно-технических расчетов, т. е. машины высоко-
го класса с развитой логикой и системой команд [33].
В отличие от БЭСМ, в машине «Стрела» была использована
двоично-десятичная система счисления. Команды «Стрелы» име-
ют трехадресную структуру. Арифметическое устройство парал-
лельного типа рассчитано на работу с числами с плавающей запя-
той. Длина числа — 43 двоичных разряда, из которых 35 состав-
ляют цифровую часть мантиссы, один разряд используется для
кодирования знака мантиссы, пять разрядов отводятся на порядок
числа и один разряд — на знак порядка. При такой длине и струк-
туре числа диапазон представимых чисел достаточно высок — от
IO"19 до 1019.
При выполнении арифметических и логических операций вре-
мя действия оперативной памяти и центрального устройства
управления составляет за каждый такт 160 мксек. Это время вме-
сте со временем, затрачиваемым на выполнение арифметических
или логических операций (340 мксек), определяет длительность
основного такта машины (500 мксек). Номинальное быстродейст-
вие машины — около 2000 on/сек.
Оперативная память «Стрелы» выполнена на 43 электронно-лу-
чевых трубках с барьерной сеткой. Емкость каждой трубки 2048
двоичных единиц. Внешняя память выполнена на магнитной
ленте.
Всего в машине используется 6400 электронных ламп и 60 тыс.
полупроводниковых диодов.
Наряду с машинами высокого класса (БЭСМ и «Стрела») в
первой половине 50-х годов в СССР было разработано несколько
моделей универсальных ЦВМ среднего класса и малых ЦВМ. Наи-
больший интерес представляют серийные модели, среди которых
большой популярностью пользовалась малая универсальная элек-
тронная ЦВМ «Урал». Существенный вклад в развитие отечест-
венной электронной вычислительной техники внесли ранние раз-
работки Лаборатории управляющих машин и систем АН СССР,
в числе которых прежде всего необходимо отметить машины М-2
п М-3 6.
214
Машина М-2
Разработка проектов обеих машин велась под руководством
И. С. Брука.
В течение 1952 г. работы по проекту машины М-2 были выпол-
нены. В 1954—1955 гг. машина была модернизирована. Целью
проекта было создание универсальной ЦВМ для решения широ-
кого круга научно-технических задач. Особое внимание было обра-
щено на минимизацию количества электронных ламп с результи-
рующим повышением надежности, уменьшением габаритов и
потребляемой мощности. Всего в машине использовалось
1676 электронных ламп, т. е. почти в пять раз меньше, чем в ма-
шине «Стрела». При этом машина М-2 характеризуется достаточно
высокими вычислительными возможностями: ее номинальное
быстродействие составляло 2000 оп!сек.
Особенностью машины являлась возможность работы как с пла-
вающей, так и с фиксированной запятой. Машина работала в
двоичной системе счисления и имела трехадресную структуру
команд. В машине М-2, так же как и в БЭСМ, использовалось три
типа памяти: оперативное запоминающее устройство на электрон-
но-лучевых трубках Вильямса емкостью 512 чисел и два внеш-
них запоминающих устройства — на магнитном барабане (емко-
стью 512 чисел) и магнитной ленте (емкостью 50 тыс. чисел).
6 Весной 1952 г. Лабораторией управляющих машин и систем была скон-
струирована малая электронная ЦВМ М-1, разработка которой носила экс-
периментальный характер и являлась необходимым предварительным эта-
пом для создания серийной модели М-2.
215
В качестве аппаратуры ввода-вывода служило телетайпное обору-
дование [34],
Машина М-3 (1955—1956 гг.) относится к классу малых машин.
Ее быстродействие составляет 30 арифметических операций в
1 сек и определяется характеристиками оперативной памяти, вы-
полненной на магнитном барабане со скоростью вращения
3000 об/мин 7.
Наиболее важной особенностью машины является то, что в
ней (впервые в отечественной вычислительной технике) был при-
менен асинхронный принцип работы центрального устройства
управления.
Емкость оперативной памяти машины составляет 2048 чисел
по 18 разрядов. Серьезный недостаток машины — отсутствие внеш-
ней памяти. В результате все данные, необходимые для выполне-
ния вычислений, могут вводиться только в оперативное запомина-
ющее устройство.
Машина выполнена на стандартных одно-, двух- и четырех-
ламповых ячейках. Всего в М-3 используется 770 электронных
ламп и 3000 диодов. По сравнению с другими машинами, выпу-
щенными в первой половине 50-х годов, М-3 весьма компактна.
Все устройства машины размещаются в трех шкафах, занимаю-
щих площадь 3 ж2 [35].
1954 г. группой конструкторов под руководством Б. И. Рамеева
была разработана малая ЦВМ «Урал». Удачная конструкция ма-
шины обусловила ее широкое применение в конструкторских бю-
ро, научно-исследовательских институтах, на заводах, в высших
учебных заведениях и т. д. При проектировании машины значи-
тельное внимание уделялось таким факторам, как простота об-
служивания, экономичность, стоимость при серийном изготовле-
нии и т. д. Машина «Урал» построена на одноламповых типовых
ячейках. Всего в машине используется 800 электронных ламп и
3000 полупроводниковых приборов [36]. Основные характеристи-
ки машины приведены в табл. 3.
Разработка пяти рассмотренных выше машин (БЭСМ, «Стре-
ла», «Урал», М-2 и М-3) заложила основы дальнейшего развития
отечественных универсальных ЦВМ. Были созданы различные ти-
пы универсальных машин для научно-технических расчетов,
в том числе машины высокого класса (БЭСМ, «Стрела») и малые
ЦВМ (М-3, «Урал»). За исключением БЭСМ, все эти машины ста-
ли выпускаться серийно. В результате была создана необходимая
промышленная база для дальнейшего развития вычислительной
техники. Разработка и эксплуатация этих машин позволили оце-
нить на практике различные типы внутренних и внешних уст-
ройств, различные типы структур и т. д. Как видно из табл. 3, в ма-
шинах были использованы различные системы счисления
7 Замена магнитного барабана памятью на ферритовых сердечниках позво-
ляла повысить скорость до 1500 on/сек.
216
Машина «Урал»
(двоичная и двоично-десятичная), различные формы представления
числа (с фиксированной и плавающей запятой), различные струк-
туры команд (одно-, двух- и трехадресная), способы согласования
работы устройств (синхронная и асинхронная работа) и т. д. Были
разработаны два типа оперативной памяти (на электронно-луче-
вых трубках и на магнитном барабане) и несколько типов уст-
ройств ввода-вывода (на перфокартах и перфоленте), в том числе
устройства фотооптического считывания с перфоленты.
Важной вехой на пути развития отечественной вычислитель-
ной техники явилась первая в СССР общесоюзная научно-техни-
ческая конференция, посвященная данной тематике. Конференция
«Пути развития советского математического машиностроения и
приборостроения» состоялась в Москве 12—17 марта 1956 г. В до-
кладах, представленных на конференцию, были подведены итоги
развития ЭВМ в первой половине 50-х годов и намечены дальней-
шие перспективы 8 [37].
Во второй половине 50-х годов в СССР развивается серийное
производство средств электронной вычислительной техники и
существенно повышается эффективность их применения. Так,
в 1958 г. экономия, полученная от автоматизации вычислитель-
ных работ с помощью ЭВМ, достигла 1 млрд. руб. (в текущих
8 Необходимо отметить, что в одном из докладов на конференции была сде-
лана первая в отечественной науке попытка анализа исторического пути
развития электронной вычислительной техники. Этой теме был посвящен
доклад Д. Ю. Панова «История и развитие электронных вычислительных
машин».
217
Таблица 3
Характеристики первых отечественных универсальных ЦВМ на электронных лампах
Модель Год выпус- ка Быстродей- ствие, оп/сек Система счисления Длина числа, дв. раз. Форма пред- ставления чисел Коли- чество команд Количе- ство адре- сов в команде | Принцип ра- боты арифме- тического устройства Принцип ра- боты цент- рального устройства управления Оперативная память
Тип носителя Емкость числа
БЭСМ 1952 8000-10 000 Двоичная 39 С плаваю- щей запя- той 32 3 Параллель- ный Синхрон- ный Электронно- лучевые трубки 1023
Стрела 1953 2000 Двоично- десятичная 43 То же 30 3 То же То же То же 2048
М-2 1952 2000 Двоичная 34 С фиксиро- ванной и плавающей запятой 30 3 » » 512
М-3 1956 30 » 31 С фиксиро- ванной запятой 48 2 » Асинхрон- ный Магнитный барабан 2048 (18 разрядов в числе)
Урал 1954 100 » 36 То же 29 1 Последова- тельно па- раллельный Синхрон- ный То же 1023
Таблица 3 (окончание)
Модель Внешняя память Устройство ввода Устройство вывода Количество основных элементов Потребляемая мощность, кет Охлаждение Занимаемая площадь, At2
Тип носителя Количест- во блоков Емкость одного блока Тип Скорость вывода, число/лшн Тип Скорость вывода, час/мин электрон- ные лам- пы полупро- воднико- вые диоды
БЭСМ Магнитный барабан Магнитная лента 2 4 512 30 000 Перфолента 1200 Печатающее устройство 1200 4000 5000 80 Искусствен- ное 170
Стрела То же 2 100 000 Перфокарты 1100-1200 Перфокарты Печатающее устройство 600 100 8000 3500 150 То же 150
М-2 Магнитный барабан Магнитная лента 1 1 512 50 000 Перфолента, фотооптиче- ское счи- тывание 1800 Телетайп 24 1670 29 Естествен- ное 22
М-3 — — — То же Перфолента, электроме- ханическое считывание 1800 J 420 То же 33 770 3000 8 То же 20
Урал То же 1 40 000 Перфолента Печатающее устройство Перфолента 100 150 800 3000 7,5 Искусствен- ное 60
Машина БЭСМ-2
Машина «Урал-2»
ценах). В 1958 г. была закончена разработка первого экземпляра
наиболее мощной отечественной универсальной ЦВМ первого
поколения — машины «М-20». Номинальное быстродействие ма-
шины составляло 20 000 on/сек. При работе с 45-разрядными
двоичными числами и трехадресной структуре команд операция
сложения в плавающей запятой выполнялась за 28,5 мксек, опе-
рация умножения — за 65,5 мксек. В машине использовалось
оперативное ЗУ на ферритовых сердечниках (два блока на 2048
220
45-разрядных слов) и два типа внешней памяти (три магнитных
барабана емкостью по 4096 слов и четыре блока магнитной лен-
ты по 100 тыс. слов). В 1959 г. были изготовлены первые экземп-
ляры двух моделей высокого класса — БЭСМ-2 (8000—
10 000 оп!сек) и «Киев» (6000—10000 оп!сек). В 1959—1961 гг.
были разработаны машины «Урал-2», «Урал-3» и «Урал-4»
(5000—6000 on/сек), в 1960—1962 гг.— машины «Минск-1»,
«Минск-11» и «Минск-12» (2000—3000 оп!сек).
В середине 50-х годов в СССР началась разработка ЦВМ на
полупроводниках и магнитных элементах. Первой безламповой
моделью явилась одна из наиболее оригинальных разработок
советских конструкторов — машина «Сетунь» (1959 г.), выпол-
ненная на магнитных элементах [38]. В 1960 г. была изготовле-
на первая универсальная ЦВМ на транзисторах — машина «Раз-
дан», а в 1961 г. — первый экземпляр серийной ЦВМ «Раздан-2».
Некоторое время (1962—1963 гг.) в СССР продолжался парал-
лельный выпуск ламповых и транзисторных ЦВМ. В 1964 г.
производство ламповых ЦВМ было прекращено [39].
3. Основная схема развития универсальных ЦВМ
первого поколения
Как было показано в гл. 4, применение электронных ламп
позволило резко повысить вычислительные возможности машин,
что и обусловило очень быстрый переход от автоматических релей-
ных ЦВМ к электронным. В то же время использование электрон-
ных ламп было связано с рядом существенных трудностей.
«Интересно отметить,— пишет Р. Ричардс,— что в истории
развития элементов вычислительных машин наблюдался период
в несколько лет, когда техническая пригодность электронных
ламп ставилась под сомнение. Во многих цифровых схемах лампы
могут находиться в состоянии отсечки в течение длительного пе-
риода времени. Было обнаружено, что катоды ламп в таких усло-
виях имеют тенденцию очень быстро терять свои эмиссионные свой-
ства. Изучение показало, что при этом между никелевой подлож-
кой и оксидным покрытием катода образуется прослойка с боль-
шим сопротивлением. По неизвестной причине непрерывный или
частый отбор тока с катода препятствует образованию этой про-
слойки, поскольку большинство схем, разработанных для техни-
ки связи, не находится в течение заметного промежутка времени
в состоянии отсечки, с этим явлением раньше не встречались.
Проблема широко исследовалась около 1950 г. В то время по
этому вопросу появилось несколько технических статей. Объяс-
нить это явление не удалось, однако было определено, что его
можно избежать, тщательно устраняя примеси в конструктив-
ных деталях ламп. Влияние оказывают различные виды приме-
сей, однако особенно важно, чтобы никель подложек не содержал
кремния» [40, стр. 19—20].
221
Необходимость изготовления катодов со строго ограниченным
содержанием примесей привела к тому, что стали выпускать лам-
пы, специально предназначенные для применения в электрон-
ных ЦВМ. Таким образом, уже в самом начале развития элект-
ронной вычислительной техники появилась необходимость в
специальной технологии, ориентированной на электронные
ЦВМ.
Основные трудности, связанные с применением электронных
дамп, были обусловлены их характеристиками, такими как по-
требляемая мощность, надежность, габариты и стоимость. Элект-
ронные лампы являются наименее надежным элементом почти
любой электронной аппаратуры. Средний срок их службы в 50-х
годах составлял 103—104 час по сравнению со сроком службы
порядка 105 час, характерным для таких пассивных элементов,
как сопротивления и конденсаторы.
Применение электронных ламп требует значительных расхо-
дов, связанных с установкой и эксплуатацией ЦВМ. Помимо
затрат на постоянную смену выходящих из строя ламп, требова-
лись затраты, обусловленные высоким уровнем мощности, по-
требляемой электронными лампами: на систему охлаждения воз-
духа, устройства электропитания, подводку силовых шин к зда-
нию, где работает машина, и, наконец, затраты, связанные с
расходом электроэнергии.
Габариты электронных ламп во многом определяли габариты
внутренних устройств ЦВМ. Даже при небольшом количестве
используемых ламп (порядка 103) внутренние устройства ЦВМ
требовали для своего размещения нескольких квадратных мет-
ров площади, что, в частности, служило серьезным препятствием
для применения ЦВМ в случаях, когда вес и размеры аппарату-
ры строго ограничены (например, в авиации).
Все эти обстоятельства имели следствием стремление к мини-
мизации количества электронных ламп, являющееся одной из
важнейших особенностей рассматриваемого периода.
В начале развития электронных ЦВМ была сделана попытка
построить на электронных лампах все внутренние устройства
машины. Примерами являются первая электронная ЦВМ
ЭНИАК, а также первая советская электронная ЦВМ МЭСМ
с памятью, выполненной на ламповых триггерных ячейках. Реа-
лизация принципа хранимой программы требовала применения
достаточно емкой памяти. Поэтому прежде всего пришлось от-
казаться от идеи использовать электронные лампы для построе-
ния запоминающего устройства. Даже небольшое запоминающее
устройство, например емкостью 512 чисел по 30 двоичных раз-
рядов, потребовало бы применения нескольких десятков тысяч
ламповых диодов и триодов,
Важным шагом на пути минимизации количества электрон-
ных ламп явилась замена ламповых диодов полупроводниковы-
ми, преимущественно германиевыми диодами. В отличие от пер-
222
вой электронной ЦВМ с хранимой программой (ЭДСАК, Вели-
кобритания, 1949 г.), в первой ЦВМ с хранимой программой,
введенной в эксплуатацию в США (СЕАК, 1950 г.), вместо дио-
дов на лампах было применено 10 500 германиевых диодов.
В результате общее количество электронных ламп в машине было
сокращено до 7509.
Параллельно шло развитие элементов для внутренних запо-
минающих устройств. В первых ЦВМ с хранимой программой
использовались в основном два типа внутренней памяти — на
ультразвуковых линиях задержки и электронно-лучевых труб-
ках. При этом наиболее высокие вычислительные возможности
ЦВМ обеспечивались применением электронно-лучевой памяти.
В этой связи ранее отмечалось, что наиболее характерным типом
машины первого поколения является ЦВМ на электронных лам-
пах и электронно-лучевых трубках. Электронно-лучевым трубкам
присущи те же рассмотренные выше недостатки, что и электроп.-
пым лампам. Поэтому наряду с совершенствованием электронно-
лучевой памяти проводились интенсивные исследования, направ-
ленные на разработку запоминающих элементов на твердом теле.
Одно время большие надежды возлагались на разработку памяти
на ферроэлектриках [41]. Однако успехи, достигнутые в области
технологии ферритов, привели к тому, что запоминающие
устройства на ферритовых сердечниках сравнительно быстро
стали господствующим типом памяти, заменив таким образом
электронно-лучевые трубки.
Применение ферритовых сердечников — следующий важный
шаг на пути совершенствования электронных ЦВМ. Наряду с
применением во внутренней памяти ферритовые сердечники в
сочетании с германиевыми диодами стали использоваться для
реализации логических функций. Были разработаны различные
типы феррит-диодных ячеек для применения в арифметических
устройствах и схемах управления.
Ниже представлена в обобщенном виде основная технологи-
ческая схема развития электронных ЦВМ (до замены вакуум-
Зарождение элект- ронной вычисли- тельной техники 1 1
ЦВМ на лам- повых и релейных схемах -> АУ па ЭЛ -
ОЗУ на ртут- ных ЛЗ и ЭЛТ
ЦВМ первого поколения
1 1
АУ на ЭЛ и ПД АУ на ЭЛ и ПД
ОЗУ на ЭЛТ ОЗУ на ФС
9 Имеется в виду первоначальный вариант машины (май 1950 г.). В оконча-
тельном варианте использовалось 2300 электронных ламп и 24 000 герма-
ниевых диодов [12].
223
ных триодов и пентодов транзисторами). В схеме использованы
следующие обозначения: АУ — арифметическое устройство; ЛЗ —
линии задержки; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство;
ПД — полупроводниковые диоды; ФС — ферритовые сердечники;
ЭЛТ — электронно-лучевые трубки; ЭЛ — электронные лампы.
Суть этой схемы заключается в постепенной замене электро-
вакуумных приборов элементами на твердом теле.
Основная структурная схема ЦВМ с хранимой программой не
претерпела особых изменений на протяжении всего периода при-
менения ламповой техники. Только в конце данного периода,
т. е. во второй половине 50-х годов, начинается постепенный
переход к более совершенному типу структуры, для обозначения
которого Д. Стайн и Дж. Гласье предложили термин «второе
структурное поколение» [42].
В первых ЦВМ с хранимой программой все каналы передачи
информации проходили через арифметическое устройство. В ре-
зультате оперативное ЗУ работало со скоростью арифметического
устройства при выполнении вычислений и со скоростью устройств
ввода-вывода при приеме и выдаче информации. Поскольку
скорость ввода-вывода значительно меньше времени срабатывания
арифметического устройства, оперативное ЗУ простаивало
значительную часть времени. Поэтому с целью повышения
быстродействия в ряде последних л. ^повых моделей, таких как
ИБМ-705 и ИБМ-709, было предусмотрено временное распреде-
ление памяти между арифметическим устройством и устройством
ввода-вывода. Блок-схемы ИБМ-705 и ИБМ-709 (см. схему б)
отличаются от блок-схем подавляюще! о большинства универсаль-
ных ламповых ЦВМ с хранимой программой (см. схему а) тем,
что каналы связи проходят через запоминающее устройство. Это
дает существенный выигрыш в быстродействии. Временное рас-
пределение памяти между арифметическим устройством и уст-
224
рбйством ввода-вывода явилось исходным моментом мультипро-
граммирования, нашедшего широкое применение в транзистор-
ных ЦВМ, особенно в машинах высокого класса.
Другим аспектом развития структур машин первого поколе-
ния явилась их частичная дифференциация на машины для выпол-
нения научно-технических расчетов и машины для обработки
больших массивов информации (информационно-ло! ические
ЦВМ). При этом основные отличия одних машин от других за-
ключались в том, что ЦВМ для обработки информации имели
развитую систему устройств ввода-вывода, использовали не двоич-
ную, а двоично-кодированную (часто двоично-десятичную)
систему счисления, имели в наборе команд развитый комплекс
логических операций и т. д. В результате, как видно из табл. 2,
некоторые из выпущенных в середине и второй половине 50-х
годов ЦВМ с большей эффективностью могли быть использованы
для выполнения научно-технических расчетов, а другие — для
обработки информации.
Интересно отметить, что стремление ориентировать проекти-
рование универсальных ЦВМ на определенную область примене-
ния (научно-технические расчеты, обработка информации)
нередко приводило к неожиданным результатам. Например, маши-
на ИБМ-650 проектировалась как универсальная ЦВМ для вы-
полнения научно-технип^вкх расчетов. Однако она оказалась
лучше приспособленной для обработки коммерческой информа-
ции [43]. Как видно из табл. 2, машина ИБМ-709 также лучше
приспособлена для обработки информации, хотя она проектиро-
валась и рекламировалась фирмой «ИБМ» как ЦВМ для выпол-
нения научно-технических расчетов.
Как было показано выше, важнейшей чертой развития ЦВМ
с хранимой программой является переход:
а) от выпуска единичных экземпляров машин к выпуску се-
рийных моделей;
б) от экспериментального изготовления элементов и узлов
электронных ЦВМ к серийному изготовлению элементов, узлов
и блоков, ориентированных на применение в электронной вычис-
лительной технике.
Причина данного перехода заключалась в росте потребностей
общества в быстродействующих устройствах для решения слож-
ных научно-технических задач и обработки больших массивов
информации, а его результатом явилось создание электронной
вычислительной промышленности.
Как отмечалось ранее, в некоторых странах, прежде всего в
США, выпуск большинства первых моделей ЦВМ с хранимой
программой финансировался военными организациями. В даль-
нейшем потребности военной техники, в частности необходимость
разработки UBM дтя военной авиации, продолжали оказывать
значительное влияние на эволюцию электронных ЦВМ, особенно
в области их миниатюризации. В то же время все большее влия-
8 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
225
ние на производство электронных ЦВМ стали оказывать потреб-
ности науки и народного хозяйства. Данная тенденция, харак-
терная для периода машин первого поколения, еще более ярко
проявилась в последующие периоды.
В США выпуск электронных ЦВМ по заказам военных орга-
низаций до 1962 г. превышал выпуск гражданских ЦВМ.
Так, в 1955 г. две ведущие фирмы («ИВМ» и «Сперри Рэнд»)
поставили для гражданских нужд машины и программы на сумму
100 млн. долл., а для военных целей — на сумму 300 млн. долл.
По данным восьми крупнейших компаний США в области вы-
числительной техники в 1960 г., т. е. в начале периода машин
второго поколения, выпуск для военных и гражданских нужд
составил 900 и 600 млн. долл, соответственно. В 1962 г. потребле-
ние гражданской сферы сравнялось с выпуском по военным
заказам (1,5 млрд, долл.), а в 1963 г. превысило его (1,7 и
1,12 млрд. долл, соответственно) [44]. В европейских странах
и особенно в Японии удельный вес военных заказов в производ-
стве электронной вычислительной техники всегда был ниже, чем
в США.
Налаживание серийного производства имело также следстви-
ем переход от конструирования машин из щестандартизованных
элементов, узлов и блоков к компоновке ЦВМ из ограниченного
набора стандартизованных блоков, т. е. развитие блочного прин-
ципа конструирования.
Увеличение количества используемых универсальных ЦВМ
и расширение сферы их применения предъявили новые требова-
ния к средствам программирования. Основные направления
развития программирования в 50-х годах заключаются в совершен-
ствовании методов ручного программирования с целью уменьше-
ния трудоемкости процессов составления программ и постепен-
ном переходе ко все более широкому использованию машинного
программирования, т. е. к использованию вычислительных ма-
шин для автоматизации некоторых этапов составления про-
граммы.
Наиболее важными достижениями в области совершенство-
вания ручного программирования явилась разработка метода
библиотечных подпрограмм и операторного метода программи-
рования. Как отмечалось ранее, метод библиотечных подпрограмм
был детально разработан английскими учеными М. Уилксом,
Д. Уиллером и С. Гиллом в процессе эксплуатации первой элект-
ронной ЦВМ с хранимой программой ЭДСАК [2]. Небезынте-
ресно отметить, что впервые идея использовать библиотеку под-
программ была выдвинута Ч. Бэббиджем [45]. В настоящее вре-
мя метод библиотечных подпрограмм полностью сохраняет свое
значение в качестве составной части более совершенных спосо-
бов программирования.
Существенную роль в последующем развитии программиро-
вания сыграл операторный метод, предложенный в 1952—
226
1953 it. советским ученым А. А. Ляпуновым и разработанный
в Математическом институте АН СССР им. В. А. Стектова под
руководством А. А. Ляпунова и М. Р. Шура-Бура [3]. Значение
операторного метода заключается прежде всего в том, что он
расчленил и формализовал процесс составления программы. Не-
посредственным результатом этого явилось упрощение методики
составления и отладки программы. Далее операторный метод
программирования стал основой разработки формальных методов
изучения программы, в частности методов преобразования логи-
ческих схем решающих алгоритмов.
Наряду с совершенствованием методов ручного программи-
рования, в первой половине 50-х годов была начата разработка
методов автоматизации составления программ на ЦВМ по инфор-
мации, записанной в сокращенном виде на некотором формаль-
ном языке. Составление программ для первых электронных
ЦВМ производилось непосредственно на языке команд конкрет-
ной машины. Возрастание сложности решаемых задач в процес-
се расширения областей применения ЦВМ показало непригод-
ность языка команд для непосредственного описания сложных
алгоритмов. Не останавливаясь на изложении различных мето-
дов формализации записи решающего алгоритма (с последую-
щим машинным переводом на язык команд), отметим, что наи-
более общим и удачным подходом к задаче создания удобного
языка для описания алгоритмов явился операторный метод,
основные идеи которого были использованы при разработке ал-
горитмических языков, ориентированных на решение широкого
класса задач.
В 50-х годах был разработан ряд алгоритмических языков,
в том числе получившие широкое распространение в 60-х годах
языки АЛГОЛ, КОБОЛ и ФОРТРАН (см. разд. 3, гл. 6).
Широкое применение проблемно-ориентированных алгорит-
мических языков и соответственно различных методов автома-
тического перевода составляемых программ на язык машинных
команд хронологически связано с последующими периодами раз-
вития электронных ЦВМ.
ЛИТЕРАТУРА
1. F. С. Williams, Т. Kilburn. Proc. IRE, 1949, 96, pt 3, N 40, 81—100.
2. M. Уилкс, Д. Уилер, С. Гилл. Составление программ для электронных ма-
шин. М., ИЛ, 1950.
3. А. А. Ляпунов. В сб.: Проблемы кибернетики, вып. 1. М., Физматгиз, 1958,
стр. 46—74.
4. А. С. Вавилов, И. С. Жевелева. Электронные вычислительные машины за
рубежом. М., Машгиз, 1962.
5. I. L. Auerbach. Proc. IRE, 1961, 49, N 1, 330—348.
6. N. Nisenoff. Proc. IEEE, 1966, 54, N 12, 1820—1835.
7. M. В. Уилкс. Автоматические цифровые вычислительные машины. М.,
Судпромгиз, 1960.
8. С. А. Лебедев. В кн.: Конференция «Пути развития советского математи-
ческого машиностроения и приборостроения», пленарные заседания. М.,
ВИНИТИ, 1956, стр. 31—43.
9. Т. Kilburn. Nature, 1949, 164, N 4173, 684—687.
10. F. S. Williams, T. Kilburn, G. C. Toothill. Proc. IEE, 1951, 98, pt 2, N 61,
13.
И. Вычислительные машины (СЕАК и ДИСЕАК) Национального бюро стан-
дартов США. М., Машгиз, 1958.
12. В. Serrel sl. oth. Proc. IRE, 1962, 50, N 5, 1039-1058.
13. A. A. Auerbach a. oth. Proc. IRE, 1952, 40, N 1, 12—29. <
14. M. А. Карцев. Арифметика цифровых машин. М., «Наука», 1969.
15. Н. Н. Goldstine, J. von Neumann. Planning and coding of problems for an
electronic instrument (report). Princeton, Institute for Advanced Study, v. 1,
1947, v. 2, 3, 1948.
16. G. Estrin. Math. Tables and Other Aides Comput., 1953, 7, N 4, 108—114.
17. R. R. Everett. Rev. Electronic Digital Computers. Joint AIEE — IRE Compu-
ter Conf., Philadelphia, 1951. N. Y, AIEE, 1952, p. 70—74.
18. N. H. Taylor. Rev. Electronic Digital Computeis. Joint AIEE— IRE Compu-
ter Conf., Philadelphia, 1951. N. Y, AIEE, 1952, p. 75—78.
19. A. V. Haeff. Electronics, 1947, 20, N 9, 80-83.
20. J. W. Forrester. J. Appl. Phys., 1951, 22, N 1, 44—48.
21. J. P. Eckert a. oth. Rev. Electronic Digital Computers. Joint AIEE — IRE
Computer Conf., Philadelphia, 1951. N. Y., AIEE, 1952, p. 6—14.
22. W. Buchhols. Proc. IRE, 1953, 41, N 10, 1262—1275.
23. F. E. Hamilton, E. C. Kubic. J. ACM, 1954, 1, N 1, 13—20.
24. M. Пелегрен. Электронные вычислительные машины. М., «Машинострое-
ние», 1954.
25. А. Хогленд. Цифровая магнитная запись. М., «Советское радио», 1967.
26. М. V. Wilkes. Proc. 1958. Eastern Joint Computer Conf. N. Y., AIEE, 1959,
p. 18-20.
27. «ADP Service Newsletter», 4, N 17, Jan. 11, 1960; 5, N 4, July 25, 1960.
28. British commercial computer digest. Enfield, Computer Consultants,
1961.
29. Б. И. Рамеев, И. С. Брук. Автоматическая цифровая вычислительная ма-
шина (краткое описание). М., 1948 (технический отчет).
30. С. А. Лебедев, В. А. Мельников. Общее описание БЭСМ и методика выпол-
нения операций. М., Физматгиз, 1959.
31. В. И. Лаут, Л. А. Любович. Запоминающее устройство на электронно-лу-
чевых трубках быстродействующей счетной машины Академии наук
СССР. М., Изд-во АН СССР, 1951.
32. А. А. Павликов. Быстродействующая электронная счетная машина
АН СССР. Магнитное запоминающее устройство. М., Изд-во АН СССР,
1957.
33. А. И. Китов, Н. А. Криницкий. Электронные цифровые машины и про-
граммирование. М., Физматгиз, 1961.
34. Быстродействующая вычислительная машина М-2. М., Гостехиздат, 1951.
228
35. В. В. Белинский. Малогабаритная электронная вычислительная машина
М-3. М., Изд-во АН СССР, 1957.
36. Техническое описание универсальной автоматической цифровой вычисли-
тельной машины «Урал». М., ГОСИНТИ, 1958.
37. Конференция «Пути развития советского математического машинострое-
ния и приборостроения». М., ВИНИТИ, 1965.
38. И. П. Брусенцов и др. Малая цифровая вычислительная машина «Се-
тунь». Изд. МГУ, 1965.
39. В. И. Лоскутов. Вычислительные центры. М., «Статистика», 1956.
40. Р. К. Ричардс. Элементы и схемы цифровых вычислительных машин. М.,
ИЛ, 1961.
41. М. М. Червинский. Сегнетоэлектрики и перспективы пх применения в
вычислительной технике. М., Госэнергоиздат, 1962.
42. D. L. Stein, J. L. Glasier. «WESCON-67», Techn. Papers, pt 2, session 16,
1967.
43. Проектирование сверхбыстродействующих систем. Комплекс СТРЕТЧ. М.,
«Мир», 1965.
44. В. И. Фролкин. Управленческая техника капиталистических стран. «Меж-
дународные отношения», 1968.
45. Н. Р. Babbage. Babbage’s calculating engines. London, Sponia Co., 1889.
Г л а в a VI
ЦВМ ПА ДИСКРЕТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
И МАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
1. Общая характеристика
Создание и совершенствование машин второго поколения,
т. е. машин, выполненных на дискретных полупроводниковых и
магнитных элементах, явилось качественно новым шагом на пу-
ти развития электронной цифровой вычислительной техники.
Производительность универсальных машин большой вычис-
лительной мощности, машин среднего класса и малых электрон-
ных ЦВМ возросла по сравнению с соответствующими типами
ламповых ЦВМ приблизительно на два порядка величины. Одно-
временно с этим на несколько порядков величины улучшились
показатели надежности и приблизительно на порядок величины
Таблица 4
Эволюция типовых характеристик универсальных электронных ЦВМ
Характеристика ЦВМ на электровакуумных элементах ЦВМ на дискретных полу- проводниковых и магнит- ных элементах
1950 г. 1955 г. 1960 г. 1965 г.
Скорость выполнения операции сложения двух чисел, мксек 240 15 4 0,8
Емкость оперативной па- мяти, дв. ед. 1,5-104 1,5-105 1,5-103 6-10®
Полный цикл оператив- ной памяти, мксек 282 12 4 0,5
Стоимость одного разря- да оперативной памяти на ферритовых сердечни- ках, долл. 0,5—0,1 0,5-0,001 0,1—0,001
Плотность монтажа ЦВМ, количество элементов в 1 nt3 130-180 2,9-103 2,9-104 4,4-Ю4
возросла плотность монтажа. Значительно уменьшились относи-
тельная стоимость, т. е. стоимость в пересчете на производи-
тельность, и потребляемая мощность, а также улучшились усло-
вия эксплуатации. Соответствующие типовые данные тля уни-
версальных ЦВМ представлены в табл. 2 и 4 [1].
230
В целях иллюстрации значительного повышения производи-
тельности машин, связанного только с заменой ламп транзисто-
рами (без каких-либо существенных схемно-структурно-програм-
мных усовершенствований), рассмотрим две серийные универ-
сальные ЦВМ, выпущенные фирмой «ИБМ»: модель 709 и
модель 7090. Обе модели — ЦВМ высокого класса, предназначен-
ные для выполнения расчетов как научно-технического, так и
коммерческого характера. Интервал времени, отделяющий даты
ввода в эксплуатацию первых экземпляров данных моделей, со-
ставляет 21 месяц: август 1958 г. (ИБМ-709) — июнь 1960 г.
(ИБМ-7090) [1]. По своей структуре модель 7090 — полупро-
водниковый вариант ламповой модели 709 п по производитель-
ности превосходит ее приблизительно на порядок величины1.
При работе с двоичными числами длиной 36 разрядов операция
сложения выполнялась машиной ИБМ-7090 за 4,4 мксек, а ма-
шиной ИБМ-709 за 24 мксек. Машины имели сопоставимую ем-
кость оперативной памяти на ферритовых сердечниках: модель
709 — от 4 до 32 тыс. чисел в зависимости от количества исполь-
зуемых блоков, модель 7090 — 32 тыс. чисел. При этом время
полного цикла запоминающего устройства составляло для моде-
ли 709 12 мксек, а для модели 7090 — 2,2 мксек.
Изменение характеристик привело к существенному расши-
рению областей применения электронных ЦВМ как за счет по-
вышения их быстродействия, т. е. расширения класса решаемых
задач, так и за счет снижения веса, габаритов п потребляемой
мощности с результирующим применением в авиации, космиче-
ской технике, управляющих системах, работающих в действи-
тельном масштабе времени, и т. д. В свою очередь расширение
областей применения оказалось мощным фактором, стимулирую-
щим рост парка электронных ЦВМ и соответственно масштабы
их производства.
Рассматривая роль постулированных в первой главе факто-
ров повышения производительности электронных ЦВМ, необхо-
димо отметить следующее. В процессе создания и совершенст-
вования машин второго поколения огромную роль сыграли из-
менения в структуре ЦВМ, в частности развитие различных
форм параллельной работы, т. е. совмещение во времени процес-
сов выполнения частей одной машинной команды, последова-
тельности нескольких машинных команд и участков одной или
нескольких программ. Роль структурного, точнее структурно-
программного, фактора возросла, и его удельный вес в повыше-
1 Приведем две имеющиеся в нашем распоряжении сравнительные оценки
производительности данных ЦВМ. По оценке специалистов «ИБМ», модель
7090 превосходила по быстродействию модель 709 в шесть раз [2]. По шка-
ле К. Найта эффективное быстродействие модели 7090 превышало быстро-
действие модели 709 в 52,1 раза при выполнении научно-технических рас-
четов и в 4,4 раза при выполнении расчетов коммерческого характера [3].
231
пии производительности машин стал сопоставим с удельным
весом физико-технологического фактора, т. е. фактора, обуслов-
ленного совершенствованием технологии и разработкой элемен-
тов на новых физических принципах. В этом отношении показа-
тельна разработка одного из наиболее крупных проектов ЦВМ
второго поколения — проекта СТРЕТЧ (фирма «ИБМ», США).
Важнейшей задачей проекта было создание универсальной
ЦВМ, производительность которой была бы в 100 раз выше, чем
Рост количества и мощности
парка электронных ЦВМ в
США
1 — количество ЦВМ;
2 — мощность парка (млн. оп/сек)
производительность машины ИБМ-704, т. е. самой быстродейст-
вующей ЦВМ в мире по состоянию на 1956 г. (см. табл. 2). В на-
чале работы над проектом (1955 г.) учитывались перспективы
совершенствования элементов ЦВМ, в частности переход на
транзисторную технику. В то же время предварительная оценка
ближайших (на 3—4 года вперед) перспектив показала, что за
счет применения новых схем и новой технологии удастся выпол-
нить только часть задачи, а именно повысить производительность
на порядок величины по сравнению с ИБМ-704. Один из авторов
проекта Ф. Брукс мл. следующим образом описывает возникшую
ситуацию: «Предполагалось, что ожидавшиеся технические усо-
вершенствования позволят строить разработку, используя новые
запоминающие устройства на магнитных сердечниках с циклом
2 мксек, новые транзисторные схемы с задержками 10—20 нсек
на каскад и соответствующие новые методы монтажа и компо-
новки схем. Новая транзисторная техника обеспечивала не толь-
ко высокие скорости работы, но и новый уровень надежности,
который делал небезосновательным рассмотрение машины с сот-
нями тысяч элементов. Для того чтобы завершить создание ма-
шины к заданному сроку, было решено пойти на риск, связан-
ный с разработкой компонентов и отдельных устройств машины
одновременно с ее проктированием в целом. По сравнению с ма-
шиной ИБМ-704 быстродействие новых схемных элементов мог-
ло быть повышено только в 10—20 раз, а новых запоминающих
устройств — только в шесть раз. Для достижения значительного
быстродействия требовалась новая организация системы»
232
[2, стр. 20]. Именно новые структурные решения обеспечили в ко-
нечном итоге приближение к поставленной цели 2 * *.
В то же время необходимо подчеркнуть, что развитие структур
универсальных ЦВМ, а также новые схемотехнические реьчепия,
тоже оказавшие влияние на повышение производительности
машин, осуществлялись на базе транзисторной техники, т. е. эле-
ментов с лучшими характеристиками, в частности со значитель-
но более высоким сроком службы, чем электронные лампы. Имен-
но основные параметры транзисторов, включая надежность, со-
поставимую с надежностью таких пассивных элементов, как сопро-
тивления и конденсаторы, во многом обеспечивали реализа-
цию новых структурных и схемотехнических решений. В отно-
шении структурных решений роль характеристик используемых
элементов становится очевидной, например, при рассмотрении
наиболее мощных вычислительных систем второго поколения,
таких как СТРЕТЧ (США, 1961 г.), «Атлас» (Великобритания,
1962 г.), БЭСМ-6 (СССР, 1966 г.) и др. Построение подобных
систем, содержащих около 105 активных элементов, на основе
электровакуумной техники было бы весьма затруднительным,
прежде всего из-за невысокой надежности электронных ламп.
Таким образом, ведущая роль физико-технологического фактора
в развитии электронных ЦВМ продолжала сохраняться.
В комплексе элементов на твердом теле, использованных в
ЦВМ второго поколения, важнейшую роль, с точки зреппя совер-
шенствования характеристик ЦВМ, сыграло применение транзи-
стора. Если использование полупроводниковых диодов позволило
значительно сократить количество электронных ламп в ЦВМ,
а замена электронно-лучевых трубок ферритовыми сердечника-
ми обеспечила ведущую роль дискретных элементов на твердом
теле в качестве носителей информации, то применение транзи-
сторов позволило полностью отказаться от использования элект-
ронных ламп во всех устройствах машин. Из-за широкого при-
менения транзисторов понятие «транзисторная ЦВМ» стало си-
нонимом понятия «ЦВМ второго поколения», несмотря па то, что
в машинах второго поколения были использованы и другие типы
активных элементов электронных схем (магнитные элементы,
параметроны, туннельные диоды). Улучшение характеристик
транзисторов в процессе совершенствования их технологии стало
мощным фактором развития ЦВМ второго поколения.
Первые транзисторы, нашедшие практическое применение,
были разработаны в США в конце 40-х годов. В 1947 г. амери-
канские ученые У. Браттейн и Дж. Бардин, проводившие иссле-
дования под руководством физика У. Шокли, открыли транзи-
сторный эффект в процессе экспериментов над германиевыми
2 По шкале К. Найта производительность системы СТРЕТЧ при решении
научно-технических задач превышала производительность ИБМ-704 в 34,7
раза и при решении задач, связанных с обработкой больших массивов ин-
формации,— в 162 раза [3].
233
кристаллическими детекторами (см. рисунок). При установке
зондирующей иглы вблизи основного контакта детектора и пода-
че на зонд отрицательного напряжения ток в цепи зонда возра-
стал на несколько порядков величины, следуя за изменениями
входного тока. В 1948 г. было опубликовано сообщение о сделан-
ном открытии и разработаны первые точечно-контактные герма-
ниевые транзисторы [4].
Основной
контант
Схема опыта, приведшего к от-
крытию транзисторного эф-
фекта в кристалле германия
Не задаваясь целями подробного ссвещения предшествовав-
ших исследований в области полупроводников, позволивших в
конечном итоге создать активные полупроводниковые элементы,
отметим, что эти исследования проводились учеными многих
стран. Изучение детекторных свойств точечного контакта метал-
лической пружины с полупроводниковыми кристаллами было
начато в 900-х годах в России и за рубежом. В 1922 г. советский
радпофпзик О. В. Лосев, работая с малыми напряжениями — по-
рядка 4 в, впервые показал возможность применения полупро-
водниковых детекторов для генерирования и усиления электро-
магнитных колебаний за счет использования падающих участков
их вольт-амперных характеристик. Дальнейшие исследования в
данном направлении привели в конечном итоге к созданию в
1958 г. туннельного диода, нашедшего в 60-х годах применение
в электронных ЦВМ.
В 30-х годах теоретические и экспериментальные исследова-
ния в области полупроводников были развернуты в Ленинград-
ском физико-техническом институте под руководством А. Ф. Иоф-
фе. В 1938 г. Б. И. Давыдов и другие советские ученые разработа-
ли диффузионную теорию выпрямления переменного электриче-
ского тока кристаллическими детекторами. В соответствии с
теорией Давыдова выпрямление происходит на границе двух
полупроводниковых слоев, один из которых обладает электронной
проводимостью, а другой — дырочной проводимостью. Качествен-
ное подтверждение теории было получено в 1941 г. в работах со-
ветского ученого В. Е. Лашерова. В современном виде теория
электронно-дырочного (р — п) -перехода была развита в 40-х годах
в США У. Шокли,
234
В 20—30-х годах немецкие ученые изобрели транзисторы на
основе сульфида меди и бромида галлия. Трехэлектродпый уси-
литель на основе пленки сульфида меди был запатентован в
1925 г. Ю. Лилиенфельдом, а в конце 30-х годов был изобретен
усилитель на монокристалле бромида галлия (Р. Хильш и
Р. Поль). Однако практического применения эти открытия не
получили. В СССР первые образцы германиевых точечных
транзисторов были изготовлены в 1949 г. А. В. Красиловым и
С. Т. Мадоян [5].
Основные причины, обусловившие замену электронных ЦВМ
ламповых схем схемами па транзисторах, заключаются в сле-
дующем.
1. Нить накала электронной лампы теряет со временем эмис-
сионные свойства и перегорает. Средний срок службы транзисто-
ра в 102—103 раза выше, чем срок службы лампы, и сопоставим
со средним сроком службы сопротивлений и конденсаторов. На-
дежность устройств, работа которых нарушается при выходе из
строя хотя бы одного из компонентов, находится в прямой зави-
симости от их срока службы. При этом надежность компонентов
(например, электронных ламп) определяет их максимальное
количество в данном устройстве. Если отношение К/п, где п —
количество элементов, a Z — средний срок их службы, составит,
например, 1 час, то это значит, что ламповая ЦВМ при кругло-
суточной работе будет выходить из строя чаще, чем 24 раза в
сутки (учитывая выходы из строя по причинам, не зависящим
от электронных ламп). Разумеется, за счет профилактического
контроля, резервирования и других методов повышения работо-
способности можно добиться значительно более длительных сро-
ков непрерывной работы. Тем не менее очевидно, что эксплуата-
ция системы, содержащей около 105 ламп со средним сроком
службы порядка 104 час, связана с серьезными трудностями.
Таким образом, вакуумная лампа ставила предел увеличению
количества электронной аппаратуры и, следовательно, препятст-
вовала повышению вычислительных возможностей ЦВМ.
2. Электронные лампы работают при значительных токах и
напряжениях и соответственно требуют мощных источников пи-
тания. При этом существенную роль играют тепловые потери
(до 75% потребляемой мощности). В маломощных схемах элект-
ронная лампа потребляет около 0,1 вт, т. е. на порядок величины
больше, чем однотипный транзистор 3. Заметим также, что при-
менение схем на транзисторах позволяет значительно снизить
требования к вентиляции и охлаждению ЦВМ.
3. Габариты электронных ламп, несмотря на все попытки их
миниатюризации, значительно превышают размеры дискретных
транзисторов. Типичная плотность монтажа маломощной элект-
3 Типичные значения потребляемой мощности в электронных схемах ЦВМ
составляют: для электровакуумной лампы 1 вт и для транзистора 10—
100 мет.
235
ронной аппаратуры составляет 102 деталей в 1 дм3 для обычных
радиоламп и пассивных элементов и до 103 деталей — для сверх-
миниатюрных ламп в сочетании с миниатюрными пассивными
компонентами. Применение дискретных транзисторов в сочета-
нии с миниатюрными пассивными элементами позволяет еще на
порядок величины повысить среднюю плотность монтажа.
4. Более высокая механическая прочность транзистора не
только повышает его надежность, но и делает его более техноло-
гичным элементом по сравнению с электронной лампой. Монтаж
схем на транзисторах значительно легче поддается механиза-
ции и автоматизации, чем монтаж ламповых схем. Результатом
является соответствующее снижение себестоимости полупровод-
никовых устройств.
Таким образом, преимущества транзистора создавали потен-
циальные возможности для замены электронной лампы. Для
превращения возможности в действительность было необходимо,
в частности, снизить себестоимость транзисторов со стабильными
характеристиками до уровня, сопоставимого с себестоимостью
электронных ламп. В конечном счете повышение воспроизводи-
мости параметров транзисторов при серийном производстве было
достигнуто за счет внедрения’ новых технологических методов
изготовления полупроводниковых приборов, а также за счет ав-
томатизации производства.
Наиболее крупные успехи в технологии и соответственно в
процессе совершенствования характеристик транзисторов связа-
ны с переходом от точечно-контактных к плоскостным и от пло-
скостных к планарным диффузионным транзисторам. Как отме-
чалось выше, первые германиевые транзисторы были точечно-
контактными. «Первые транзисторы обладали ограниченными
возможностями (предельные рабочие частоты порядка сотни
килогерц и мощности рассеяния порядка 100—200 мет) и могли
выполнять лишь некоторые функции электронных ламп» [6,
стр. 7]. В 1949 г. У. Шокли теоретически доказал возможность
получения эффектов выпрямления и усиления путем использо-
вания р — n-переходов в объеме полупроводникового материала
[7]. В начале 50-х годов в США были разработаны первые герма-
ниевые плоскостные транзисторы. Для их изготовления исполь-
зовались два метода: вытягивание монокристалла германия из
расплава с контролируемым добавлением примесей и вплавление
примесей в пластинку германиевого монокристалла. Первые тя-
нутые плоскостные транзисторы (типа п — р) были изготовлены
в 1950 г. Тилом и Спарксом [8]. В том же году Холл и Данлэп
получили одиночный р — гс-пе реход методом сплавления [9], а
несколько позднее Сэби, используя данный метод, разработал
первые сплавные плоскостные транзисторы (типа р — п — р)
[10]. Наряду с методами вытягивания и сплавления в первой по-
ловине 50-х годов в США был разработан электрохимический
метод (струйное травление пластинки германия), с помощью
236
которого в 1953 г. были получены первые поверхностно-барьерные
транзисторы [11, 12]. Применение данных технологических мето-
дов позволило в конечном итоге повысить предельную частоту
усиления по току до 20—80 Мгц.
Следующим крупным шагом на пути разработки высокочастот-
ных транзисторов явилось применение диффузионной технологии,
т. е. технологии формирования р — n-переходов путем диффузии
примесей в полупроводниковый кристалл. Первые исследования
база
п Пленка
Эмиттер Я окисла
ЧШИШЯ ъйшииа.
Структура диффузионно-сплав-
ного дрейфового транзистора
коллектор
в этой области были проведены в середине 50-х годов Фуллером
и Данлэпом (США). «Диффузионные методы оказались луч-
шими из управляемых методов создания р — n-переходов. Так как
обыкновенные примеси диффундируют в полупроводник очень
медленно, то их скорости можно менять регулированием темпе-
ратуры. При этом процесс хорошо контролировался и в результа-
те можно было получать достаточно хорошую воспроизводимость
распределений примесей. Следовательно, можно было контроли-
ровать электрические параметры изготовляемых приборов. Воз-
можность получения базовых областей с толщиной всего лишь в
доли микрона позволяет изготавливать транзисторы, работающие
на очень высоких частотах» [13, стр. 1029].
В середине 50-х годов диффузионная технология была приме-
нена в сочетании с другими ранее разработанными методами (вы-
тягивание, сплавление, струйное травление) для получения раз-
личных типов высокочастотных транзисторов. При этом широкое
распространение получил диффузионно-сплавной метод изготов-
ления маломощных дрейфовых транзисторов на основе германия
с предельной частотой усиления по току 100—500 Мгц, Комбини-
рованное применение различных технологических методов (вклю-
чая испарение в вакууме) позволило в 1956 г. создать первые
дрейфовые транзисторы4 с мезаструктурой (мезатранзисторы),
4 Возможность повышения рабочей частоты за счет создания ускоряющего
поля (дрейфового механизма переноса носителей заряда от эмиттера к
коллектору) было предсказано Крёмером в статье «Дрейфовый транзи-
стор», опубликованной в 1953 г. [14]. Разработка диффузионной техноло-
гии, позволяющей получать контролируемое распределение примесей, соз-
дала необходимые предпосылки для практического использования данного
эффекта.
237
характеризующиеся уменьшенной площадью электродов и мень-
шим объемом пассивной части базовой области [15, 16]. Важной
особенностью данной технологии явилась возможность изготовле-
ния сотен мезатранзисторов на одной пластине.
Одним из важнейших методов повышения надежности и эко-
номичности аппаратуры, а также дальнейшего расширения ча-
стотного диапазона явилась разработка в начале 60-х годов пла-
нарной технологии. В отличие от предшествовавших технологи-
ческих методов, примененных преимущественно при изготовлении
Эмиттер база
Структура кремниевого пла-
нарного транзистора
транзисторов из германия, планарная технология была разработа-
на применительно к полупроводниковым приборам на основе
кремния. Одним из существенных преимуществ кремниевых
транзисторов является их больший температурный диапазон.
Другое преимущество определялось более высокой технологич-
ностью кремния, обусловленной возможностью образования на
поверхности кристалла химически стойкой и механически прочной
пленки двуокиси кремния. Последнее обстоятельство было исполь-
зовано при разработке планарной технологии, основанной полно-
стью на применении диффузионных методов. При использовании
планарной технологии все выводы транзистора располагаются в
одной плоскости. При этом пленка двуокиси кремния служит за-
щитным покрытием кристалла. Кроме того, она используется в
процессе изготовления транзисторов в качестве маски для фор-
мирования диффузионных областей заданной конфигурации5.
Применение планарной диффузионной технологии позволило
выйти в гигагерцовый диапазон частот и создать эксперименталь-
ные образцы транзисторов с предельной рабочей частотой до
10 Ггц. Наряду с диффузионной технологией в 60-х годах стали
применяться другие технологические методы производства высо-
кочастотных транзисторов: легирование кристалла в процессе
ионной бомбардировки, использование электронно-лучевой техно-
логии и т. д.
Следует отметить, что каждый шаг на пути совершенствования
технологии был, как правило, связан с серьезным повышением
5 Метод защитного покрытия кремния окислом был разработан Ч. Фрошем
(США) в 1957 г. [17].
238
требований к стабильности параметров соответствующих произ-
водственных процессов. Так, например, переход к планарной
технологии потребовал разработки исключительно точных процес-
сов обработки полупроводниковых кристаллов. Основными мето-
дами здесь являются несколько раз повторяющиеся процессы
фотолитографии и диффузии примесей. Разрешающая способность
фотолитографического процесса, используемого для создания
«окон» заданной конфигурации в пленке двуокиси кремния с
целью последующей диффузии примесей, составляет около
500 линий/мм. Процессы диффузии требуют поддержания темпе-
ратуры на уровне 1350° С с точностью ±0,2—0,5°.
В середине 50-х годов уровень разработок в области полупро-
водниковой техники позволил начать проектирование серийных
транзисторных универсальных ЦВМ невоенного назначения и
перейти на рубеже 60-х годов преимущественно к выпуску соот-
ветствующих моделей. Что же касается военного применения
ЦВМ (военная авиация, ракетная техника и т. д.), то здесь фак-
тор стоимости не играл решающей роли и практическое использо-
вание транзисторов началось несколькими годами раньше. При
этом первые полупроводниковые бортовые ЦВМ были введены в
эксплуатацию не позднее 1955 г. Так, в 1955 г. фирма «Американ
Бош Арма» (США) выпустила первый экземпляр бортовой ЦВМ
для установки на межконтинентальной баллистической ракете
«Атлас». В машине использовалось 20 тыс. полупроводниковых
диодов и триодов, причем ее объем составлял 226 дм3, а потреб-
ляемая мощность 1 кет. Для сравнения интересно отметить, что
выпущенная в 1954 г. самолетная ЦВМ «Джекомп-Ц» (фирма
«Джекобс», США), в схемах которой использовалось около 800
сверхминиатюрных электронных ламп, занимала объем 240 дм3 и
потребляла 4 кет.
Первые серийные универсальные транзисторные ЦВМ невоен-
ного назначения были выпущены в 1958 г. одновременно в не-
скольких странах (США, ФРГ и Японии). В ноябре 1958 г. в
США были введены в эксплуатацию первые экземпляры серийных
моделей универсальной ЦВМ высокого класса «Филко-2000—210»
(корпорация «Филко») и малой ЦВМ «Рекомп-П» (отделение
«Аутонетикс» компании «Норт Американ Авиэйшн»), По своим
вычислительным возможностям ЦВМ «Филко 2000—210» превос-
ходила все ранее выпущенные ламповые машины [3]. Работая с
двоичными числами длиной 48 разрядов, машина выполняла опе-
рацию сложения за 15 мксек. Время полного цикла оперативной
памяти на ферритовых сердечниках (емкостью от 8 до 32 тыс.
чисел) составило 10 мксек.
В октябре 1958 г. в Японии были введены в эксплуатацию две
малые серийные транзисторные ЦВМ Н-I (компания «Хокушин
Электрик Уоркс») и НЕАК-2201 (компания «Ниппон Электрик»).
Малое быстродействие этих моделей (несколько сотен операций
в 1 сек) было обусловлено применением магнитного барабана в
239
качестве оперативной памяти. Оперативное запоминающее
устройство на магнитном барабане было использовано также в
несерийной машине ЭТЛ MAPK-IV (Электротехническая лабо-
ратория), введенной в эксплуатацию на год раньше (ноябрь
1957 г.) и явившейся первой ЦВМ японского производства, вы-
полненной полностью на полупроводниках (470 транзисторов,
4400 германиевых диодов). Первой серийной полупроводниковой
ЦВМ западногерманского производства явилась машина «Сименс-
2002», построенная фирмой «Сименс унд Гальске» (1958 г.).
В машине использовалась оперативная память на ферритовых
сердечниках емкостью 1000 слов (по 12 десятичных разрядов) и
временем выборки 5 мксек,
В Великобритании в 1958 г. была выпущена серийная машина
«Эллиот-802», в схемах которой применялись как транзисторы,
так и электронные лампы. Серийный выпуск безламповой модели
«Эллиот-803» был начат в 1959 г. Во Франции и Италии серийный
выпуск полупроводниковых ЦВМ был налажен в 1960 г. В том
же году в СССР группой конструкторов под руководством
Е. Я. Брусиловского была завершена разработка универсальной
полупроводниковой ЦВМ среднего класса «Раздан» 6.
Интересно отметить, что смена ламповых ЦВМ транзисторны-
ми в выпуске новых серийных моделей происходила очень бы-
стро — за один-два года. Так, в США в 1958 г. были предложены
потпебителям новые модели универсальных ЦВМ как на лампах
(ИБМ-709, УНИВАК-1103, «Унивак-Файл» и др.), так и на полу-
проводниках («Филко-2000—201», «Рекомп-П»). В 1959 г. подав-
ляющее большинство новых моделей было представлено полупро-
водниковыми машинами (ИБМ-7090, НКР-304, РКА-501 и др.).
В то же время необходимо отметить, что наиболее популярные
из выпущенных ранее серийных моделей на электронных
лампах продолжали изготовляться заводами и покупались потре-
бителями.
Наряду с полупроводниковыми машинами в некоторых стра-
нах был начат серийный выпуск других типов машин второго по-
коления. Так, в Японии в 1958 г. были выпущены первая серийная
ЦВМ на параметоонах СЕНАК-1, изготовленная фирмой «Нип-
пон Электрик», в СССР и Франции были выпущены универсальные
серийные безламповые модели на магнитных элементах. Машина
«Сетунь», изготовленная в Московском университете, была выпу-
щена в 1959 г. Она явилась первой машиной, работающей в троич-
ной системе счисления (наиболее экономичной из позиционных
систем счисления с целочисленным основанием). Всего в «Сету-
ни» используется около 7000 фероитовых сердечников (в логиче-
ских ячейках и оперативной памяти емкостью 162 числа длиной
9 троичных разрядов), 4800 полупроводниковых диодов, 320 тран-
зисторов и 37 ламп. Быстродействие машины 1000—2000 onjcen.
6 Серийное производство было налажено в 1961 г. (модель «Раздан-2»).
240
Машина «Сетунь»
Французская машина КАБ-500, разработанная фирмой
«Сосьетэ д’электроник д’аутоматисм», начала выпускаться в 1960 г.
Однако неполупроводниковые машины не получили в дальней-
шем заметного развития. Одна из основных причин — технологиче-
ская. Полупроводниковые схемы в гораздо большей степени оказа-
лись приспособленными для миниатюризации в рамках интеграль-
ной технологии.
2. Развитие структуры универсальных ЦВМ
Наиболее существенное влияние на структуру машин второго
поколения оказало применение мультипрограммирования, т. е.
многопрограммного принципа работы. При работе в режиме муль-
типрограммирования вычислительная машина одновременно (па-
раллельно) выполняет различные команды одной и той же или раз-
ных программ, хранящихся в запоминающем устройстве. Первона-
чально мультипрограммирование было использовано с целью
обеспечения более производительной совместной работы устройств,
входящих в состав машины и имеющих различное быстродействие.
В ходе применения мультипрограммирования выявилось другое
важное преимущество данного метода — возможность создания
более тесного контакта между человеком и машиной в процессе
выполнения программы. В результате развитие мультипрограмми-
рования позволило не только повысить реальное быстродействие
ЦВМ за счет одновременной работы устройств машины, но и подго-
товить необходимые условия для появления в середине 60-х годов
вычислительных машин, ориентированных на работу с автоматиче-
241
ским распределением машинного времени (АРМВ) между абонен-
тами.
Таким образом можно говорить о двухаспектной историчес-
кой роли мультипрограммирования: являясь мощным средством
повышения производительности машин, оно в то же время создало
условия для более эффективной формы использования ЦВМ —
работе в режиме АРМВ.
Первым шагом на пути развития мультипрограммирования яви-
лось совмещение работы устройства ввода-вывода и центрального
устройства обработки данных в нескольких моделях ламповых
ЦВМ, таких как ИБМ-704 и ИБМ-709. Дальнейшее развитие идеи
мультипрограммирования получили в процессе разработки мощ-
ных вычислительных систем второго поколения типа «ЛАРК»
(1960 г., США, фирма «Сперри Рэнд»), СТРЕТЧ (1961 г, США,
фирма «ИБМ») и «Атлас» (1962 г., Великобритания, фирма «Фер-
ранти»), С точки зрения области применения данные машины ха-
рактеризуются высокой степенью универсальности и могут быть
приблизительно с одинаковой эффективностью использованы в ка-
честве ЦВМ для выполнения научно-технических расчетов и для
обработки больших массивов информации. В то же время при ре-
шении одной конкретной задачи вычислительные возможности
машины используются не полностью и отдельные ее устройства
оказываются недогруженными. Например, некоторые задачи тре-
буют выполнения большого объема вычислений при небольшом ко-
личестве исходных данных. При решении таких задач не загруже-
ны оконечные устройства. Другие задачи требуют обработки боль-
шого объема информации при небольшом объеме вычислений.
В этом случае простаивает устройство обработки данных. Необхо-
димо отметить также, что в некоторых случаях определение данных,
которые потребуются при решении задачи, может быть сделано
только в процессе выполнения, и поэтому команды на ввод новых
данных не могут быть выданы заранее.
В этих обстоятельствах мультипрограммирование было приме-
нено как средство повышения производительности за счет «разде-
ления времени» устройств вычислительной машины, т. е. за счет
такого способа работы какого-либо устройства ЦВМ, при котором
устройство попеременно используется несколькими программами
или несколькими частями одной программы, благодаря чему дости-
гается его максимальная загрузка. В машинах первого поколения
разделение времени использовалось в очень малой степени, в ре-
зультате чего загрузка устройств была весьма низкой. По оценке
Б. Райла [18], максимальная загрузка устройств в машине, испол-
няющей одну программу без использования или с ма-
лым использованием разделения времени, составляла (в %):
память на ферритовых сердечниках — 10,
средняя ячейка памяти — 0,001,
арифметическое устройство — 20,
средний регистр управления — 25—30.
242
Таким образом, применение идей мультипрограммирования со-
здавало широкие возможности повышения производительности
машин за счет максимальной (в идеале стопроцентной) загрузки
устройств.
Для реализации этих возможностей необходимо было разрабо-
тать новый подход к архитектуре вычислительных машин, отве-
чающий требованиям наиболее эффективной работы в режиме
мультипрограммирования.
Одной из первых попыток рассмотрения новых концепций
явилась работа С. Гилла [19]. В работе Б. Райла [18] следующим
образом был систематизирован оптимальный набор требований,
предъявляемых к многопрограммной вычислительной системе:
1. Хранящиеся в памяти или вводимые в машину рабочие про-
граммы должны быть независимы от абсолютных машинных ад-
ресов, таких как адреса ячеек памяти, регистров управления или
любых других адресов в системе.
2. Должна иметься система приоритета (очередности) про-
грамм, с помощью которой можно с минимальной задержкой выби-
рать соответствующую программу, когда появляется возможность
выбора между несколькими программами.
3. Должна быть предусмотрена система, которая сохраняла бы
текущее состояние каждой исполняемой программы.
4. Любой регистр (управления или памяти) или любой другой
элемент системы, не используемый в данный момент времени,
должен быть доступен для исполнения командой из любой другой
параллельно выполняемой программы.
5. Должна быть обеспечена система прерывания выполняемой
программы методом опроса (устройство управления переключает-
ся в соответствии с состоянием опрашиваемых устройств) и (или)
методом приостановки (сигналы из других устройств или из внеш-
него источника, например посылаемые вручную с пульта управле-
ния, поступают в устройство управления и вызывают соответствую-
щую передачу управления другой программе).
6. Должны существовать прямые связи между двумя любыми
устройствами системы, которые могут обмениваться информацией.
Не следует использовать некоторое третье устройство в качестве
временной промежуточной памяти для информации, выработанной
в одном устройстве и предназначенной для передачи в другое.
7. Должна быть обеспечена достаточная возможность микро-
программирования 7, для того чтобы получить минимум избыточ-
ности и максимум содержащейся в каждой команде информации,
и прежде всего для того, чтобы иметь возможность использовать
различные регистры и логические блоки таким образом, чтобы поз-
волить одной команде занимать свободную часть цикла другой
команды.
7 См. данный раздел, стр. 247.
243
8. Система должна быть организована таким образом, чтобы
осуществление наблюдения и управления, необходимых для выпол-
нения нескольких программ, не требовало бы совсем или требовало
бы минимум дополнительного времени.
9. Объем преобразования и пересылок данных внутри системы
должен быть сведен к минимуму.
10. Работа программиста не должна усложняться или затруд-
няться.
Методы выполнения данного обширного комплекса требований,
примененные в машинах второго поколения, оказали решающее
влияние на развитие структур универсальных ЦВМ. Во-первых,
при разработке вычислительных машин предусматривались необ-
ходимые схемно-программные средства, обеспечивающие принци-
пиальную возможность мультипрограммной работы8. Во-вторых,
с целью создания ЦВМ, оптимальным образом отвечающим требо-
ваниям мультипрограммной работы, были разработаны новые типы
структур вычислительных машин, существенно отличающиеся от
основного типа структуры машин первого поколения.
Классическая структура ЦВМ первого поколения включала
оперативную память, устройство управления, арифметическое
устройство и набор периферийных устройств (внешние запоминаю-
щие устройства, устройства ввода-вывода). В 60-х годах в СССР,
США, Великобритании, Франции и других странах проектируются
новые более сложные структуры машин, причем разработка их
неразрывно связана с реализацией идей мультипрограммирования.
Различный подход к методам построения мультипрограмм привел
к созданию следующих типов структур:
1. Одна центральная память и несколько устройств управления.
Одна из первых серийных ЦВМ подобного типа была разработана
во Франции («Гамма-60» фирмы «Булль», 1960 г.).
8 Мультипрограммная работа вычислительной машины реализуется в значи-
тельной степени специальной программой-диспетчером, которая постоян-
но находится в запоминающем устройстве. В принципе с помощью только
программных средств возможно полное обеспечение работы в режиме
мультипрограммирования. Однако на практике это далеко не всегда целе-
сообразно (работа соответствующей программы-диспетчера будет отнимать
слишком много времени). Поэтому наряду с программой-диспетчером в
ЦВМ используются схемные методы, реализующие логику мультипрограм-
мирования. Обычно схемным путем реализуются система прерывания
программ и система защиты памяти. Система прерывания программ реа-
гирует на все произвольно поступающие сигналы перехода к другим про-
граммам на основе определенной шкалы приоритета тех или иных сигна-
лов. В соответствии с уровнем приоритета поступающего сигнала либо
продолжается выполнение текущей программы, либо происходит переход
к новой программе. Система защиты памяти служит для контроля всех
обращений к оперативному запоминающему устройству и не допускает об-
ращения в «защищенные» области (области памяти, занятые другими про-
граммами, или области, хотя и принадлежащие текущей программе, но
временно недоступные ей, например из-за ввода в эти области новой ин-
формации) .
244
2. Одно центральное устройство управления и несколько авто-
номных устройств оперативной памяти. Различные варианты по-
добного типа структуры получили широкое распространение в
60-х годах. Одна из первых серийных ЦВМ данного типа была раз-
работана в США («Ханиуэлл-800» фирмы «Ханиуэлл», 1960 г.).
3. Несколько устройств памяти и несколько устройств управ-
ления. Как показано в работе [18], машины со структурой данного
типа оптимальным образом удовлетворяют требованиям мульти-
программной работы. Одна из первых машин с подобной структу-
рой была разработана в США фирмой «Рамо Вулдридж» в 1960 г.
(ЦВМ RW-400).
Таким образом, стремление оптимально использовать возможно-
сти многопрограммной работы привело к созданию ЦВМ, в состав
которых входит несколько устройств, выполняющих одну и ту же
функцию (управление, хранение оперативной информации, выпол-
нение арифметических операций). При этом совокупность
устройств, выполняющих одну и ту же функцию (например, ариф-
метические операции), может включать как однотипные автоном-
ные устройства (например, несколько однотипных вычислителей),
так и иерархический комплекс устройств (например, один цент-
ральный и несколько вспомогательных вычислителей).
Применение нескольких вычислителей (процессоров) в составе
одной системы получило название мультипроцессирования. В вы-
числительной технике 60-х годов мультипроцессирование стало
действенным методом повышения реального быстродействия ЦВМ.
Несмотря на быстрый рост быстродействия за счет перехода в кон-
це 50-х годов к дискретным полупроводниковым и магнитным
элементам (машины второго поколения) с последующим переходом
в середине 60-х годов к интегральным схемам (машины третьего
поколения), повышение производительности ЦВМ продолжает
оставаться одной из важнейших целей проектирования новых вы-
числительных систем. В этих условиях мультипроцессирование (на
основе многопрограммной работы) является наиболее эффективным
методом повышения быстродействия. В мультипроцессорных си-
стемах реализуется параллельная работа нескольких вычислителей
(процессоров), выполняющих одновременно или несколько про-
грамм, или различные части одной большой программы.
В период машин второго поколения был создан ряд мультипро-
цессорных систем, среди которых необходимо отметить две серии
машин, выпущенные фирмой «Контрол Дейта» (США): серия 3000
с моделями 3600 (1963 г.), 3200, 3400 (1964 г.), 3100, 3300, 3800
(1965 г.), 3150 и 3500 (1967 г.) и серия 6000 с моделями 6600
(1964 г.), 6400 и 6500 (1966 г.). Организация наиболее мощной мо-
дели данных серий (ЦВМ «Контрол Дейта 6600») рассмотрена ниже
в разд. 5.
Дальнейшим развитием идей многопрограммной работы муль-
типроцессорных вычислительных систем являются современные
разработки в области многомашинных комплексов вычислительных
245
средств, т. е. сетей географически удаленных вычислительных
центров, связанных линиями передачи цифровой информации. По
оценке советского специалиста в области многомашинных ком-
плексов Ю. С. Голубева-Новожилова, их создание представляет
собой «логическое следствие эволюции двух общих тенденций, су-
ществующих в области конструирования цифровых вычислитель-
ных машин,— стремление к модульной конструкции и стремление
к организации одновременной (параллельной) работы различных
устройств машины. Эти две тенденции и привели к перераста-
нию системы модулей отдельной ЦВМ в систему самостоятель-
ных вычислительных средств, которые могут выполнять одно-
временно различные вычислительные задачи одной системы»
[20, стр. 14].
Необходимо отметить, что первые разработки в области много-
машинных комплексов не были связаны с применением мульти-
программирования. Например, первый получивший известность
многомашинный комплекс вычислительных средств (система про-
тивовоздушной обороны американского континента «Сейдж»,
1955—1961 гг.) представлял собой систему, состоящую из соеди-
ненных линиями связи пятнадцати вычислительных центров, в
кащдом из которых используются две однотипные ЦВМ, причем
одна из них является резервной [21].
В 60-х годах применение принципов мультипрограммирования
оказало существенное влияние на повышение производительности,
гибкость и надежность работы многомашинных комплексов. При
этом наряду со специализированными сетями ЭВМ (противоракет-
ная оборона, обработка космической информации, продажа билетов
на авиалиниях и т. д.) в конце 60-х годов в СССР, США, Великобри-
тании и других странах была начата реализация проектов по
созданию универсальных сетей вычислительных центров, т. е.
многомашинных комплексов вычислительных средств общего на-
значения.
Итак, важнейшим следствием применения идей мультипрограм-
мирования явилось повышение производительности средств вы-
числительной техники за счет параллельной работы устройств,
выполняющих различные функции в составе ЦВМ (например,
арифметическое устройство и устройство ввода-вывода), устройств,
выполняющих одну и ту же функцию (например, процессоры в со-
ставе мультипроцессорной системы), и, наконец, нескольких ЦВМ,
входящих в многомашинный комплекс. Стремление к проектиро-
ванию вычислительных машин, наилучшим образом отвечающих
принципу мультипрограммной работы, в значительной степени
повлияло на структуру ЦВМ и явилось одной из причин создания
мультипроцессорных систем.
Однако роль мультипрограммирования в вычислительной тех-
нике не исчерпывается повышением производительности за счет
совмещения во времени работы компонентов системы. Другой
важный аспект мультипрограммирования заключается в том, что
246
оно в принципе облегчает взаимосвязь человека с машиной. «По-
скольку в настоящее время,— писали в 1961 г. Ф. Бекман, Ф. Брукс
и У. Лоулес,— вычислительные машины стали работать много бы-
стрее, то стоимость времени простоя машины становится все более
высокой. Это вынуждает потребителя все меньше вмешиваться в
работу машины. В современных машинах нет и тени той возможно-
сти свободного ознакомления с любыми промежуточными результа-
тами вычислений, которая имела место в работе на настольных
счетно-решающих устройствах и так ценилась потребителями. В то
же время задачи, возникающие сегодня, являются не менее, а более
сложными и поэтому, возможно, менее понимаемыми заказчиком.
В результате такого отделения машины от потребителя машине
приходится выполнять много лишней работы, которая увеличива-
ет объем печатного материала, содержащего ненужную информа-
цию, объем не представляющих интереса результатов, вызывает не-
обходимость продолжения длинных расчетов, бесполезность кото-
рых была бы с самого начала очевидна для потребителя, и, наконец,
удлиняет процесс отладки программ и математических моделей, что
связано с невозможностью частого изменения программ и моделей
в процессе наладки. Многопрограммность позволяет потребителю
по желанию приостановить решение его задачи, не вызывая при
этом дорогостоящего простоя машины. Такое экономическое реше-
ние проблемы обеспечивает более тесный контакт машины и чело-
века в процессе ее работы» [22, стр. 112].
Таким образом мультипрограммирование обеспечило возмож-
ность непосредственного вмешательства человека в процесс вы-
полнения программы. Разумеется, такая возможность существо-
вала всегда, однако при однопрограммном способе работы она была
экономически невыгодной. При параллельном выполнении про-
грамм работа над каждой из них может быть прекращена в любой
момент времени без всякого ущерба. Использование на практике
этого принципиального преимущества мультипрограммирования
привело к разработке серийных ЦВМ, работающих в режиме раз-
деления времени между абонентами (потребителями, заказчика-
ми) . Анализ возможностей открываемых данной формой организа-
ции и использования ЦВМ показывает, что работа в режиме
АРМВ между абонентами является одной из наиболее важных и
перспективных тенденций современной вычислительной техни-
ки [23]. Более подробно вопросы, связанные с ролью АРМВ в вы-
числительной технике, рассмотрены в следующей главе, посвящен-
ной машинам третьего поколения.
Важной структурной особенностью ряда машин второго поко-
ления явилось использование микропрограммирования, т. е. мето-
да схемной реализации машинных команд с помощью постоянного
запоминающего устройства. Идеи микропрограммного управления
были разработаны и впервые осуществлены на практике англий-
ским ученым М. Уилксом. В 1957 г. была введена в эксплуатацию
первая машина с микропрограммным управлением ЭДСАК-П, раз-
247
работанная по проекту Уилкса. В дальнейшем микропрограммиро-
вание было применено как в специализированных, так и в универ-
сальных ЦВМ, в частности в сверхбыстродействующей машине
«Атлас».
Сущность микропрограммного управления заключается в том,
что каждая машинная операция (например, операция умножение)
выполняется специальной микропрограммой, хранящейся в долго-
временном запоминающем устройстве, которое является источни-
ком управляющих сигналов и таким образом выполняет функции
устройства управления. Одна из целей подобной организации
управления машиной заключается в том, что создается возмож-
ность менять состав операций (набор команд), выполняемых маши-
ной путем простой замены матриц долговременного (обычно по-
стоянного) запоминающего устройства. В результате ЦВМ с микро-
программным управлением является в принципе более
производительной по сравнению с ЦВМ, рассчитанной на выпол-
нение фиксированного набора операций. Повышение производи-
тельности достигается за счет того, что при решении задач откры-
вается возможность создания микропрограмм, оптимальным
образом учитывающих специфику алгоритмов выполнения слож-
ных операций. Немаловажна также возможность исправления
просчетов конструктора машины, в задачу которого входило
установление набора и содержимого микропрограмм, т. е. уста-
новление состава операций, выполняемых ЦВМ. Дополнительным
преимуществом микропрограммирования часто является более
низкая стоимость системы управления машиной. Фактор, ограни-
чивающий быстродействие микропрограммной машины,— ско-
рость работы запоминающего устройства для хранения микро-
программ.
Возможности широкого применения средств микропрограмми-
рования в конечном счете определяются быстродействием и сто-
имостью аппаратуры микропрограммного управления. Переход к
интегральной технологии во второй половине 60-х годов создал
объективные условия для более эффективного использования ми-
кропрограммного способа управления и расширения функций,
решаемых средствами микропрограммирования (см. разд. 5 гл. 7).
3. Развитие средств программирования
Основные особенности развития программирования в период
машин второго поколения обусловлены расширением областей
применения ЦВМ и усложнением их структуры.
Расширение областей применения — одна из важнейших при-
чин разработки большого количества алгоритмических языков.
По состоянию на 1967 г. во всем мире использовалось около 1000
алгоритмических языков, включая специализированные языки и
языки, ориентированные на запись широкого класса алгоритмов,
248
т. е. универсальные применительно к данной достаточно широкой
области применения (вычислительные задачи, обработка экономи-
ческой информации, информационно-логические задачи, управле-
ние в реальном масштабе времени). В то же время, начиная с
середины 50-х годов, предпринимались попытки создания единого
универсального алгоритмического языка.
Широкий международный характер приняли работы по созда-
нию и совершенствованию языка АЛГОЛ, ориентированного на
применение в научно-технических расчетах. Первый вариант язы-
ка АЛГОЛ был разработан группой ученых из ФРГ и Швейцарии
и в 1957 г. одобрен Германским техническим обществом [24]. Цель
разработки заключалась в создании универсального международ-
ного языка, который был бы пригоден для всех выпускаемых мо-
делей универсальных ЦВМ. В переработке первого варианта
АЛГОЛА участвовали ученые ряда стран, собравшиеся в январе
1960 г. на Объединенную конференцию в Париже. Представители
США, Великобритании, Франции, ФРГ, Швейцарии и Дании
одобрили переработанный вариант АЛГОЛА (АЛГОЛ-60) и ре-
комендовали его для применения в качестве универсального язы-
ка [25]. «Не будет преувеличением утверждать,— писал в 1965 г.
М. Р. Шура-Бура,— что появление пять лет назад сообщения об
АЛГОЛ-60 стало важной вехой в развитии языков программиро-
вания... АЛГОЛ-60, как язык для описания алгоритмов численно-
го анализа, сконцентрировал в себе значительную часть наиболее
удачных сторон ранее известных языков программирования, пред-
назначенных для тех же целей» [26, стр. 5].
Недостатком АЛГОЛА-60 явилось отсутствие в языке каких-
либо канонизированных средств для задания вводачвывода инфор-
мации, что существенно затрудняло разработку трансляторов9.
Поэтому ряд зарубежных фирм, выпускающих универсальные
ЦВМ, предпочли ориентироваться на собственные разработки.
В 1957 г. группа специалистов фирмы «ИБМ» под руководством
Дж. Бакуса закончила разработку языка ФОРТРАН. Целью работ,
проводившихся в течение трех лет (1954—1957 гг.), было создание
алгоритмического языка, ориентированного на задачи численного
анализа и транслятора с этого языка на язык команд маши-
ны ИБМ-704. По сравнению с АЛГОЛОМ язык ФОРТРАН более
ориентирован на машину и конкретные способы трансляции, что и
послужило одной из причин его широкого распространения в США
и других странах [27, 28].
Очень широкое распространение получил также язык «КО-
БОЛ», разработанный в США в 1958—1960 гг. и ориентированный
на описание алгоритмов экономических задач. Поскольку науч-
но-технические и экономико-статистические задачи составляют
значительное большинство всех задач, решаемых с помощью
у Транслятор — программа перевода записи алгоритма с одного алгоритми-
ческого языка на другой.
249
ЦВМ, языки КОБОЛ, АЛГОЛ и ФОРТРАН получили весьма ши-
рокое распространение в 60-х годах [27, 28]. Трансляторы с этих
трех языков, как правило, входят в набор средств математическо-
го обеспечения, которыми оснащаются выпускаемые за рубежом
универсальные ЦВМ. В СССР сравнительно широкое применение
получил язык АЛГОЛ, который «положен в основу различных си-
стем автоматизации программирования, содержащих в своем со-
ставе трансляторы для конкретных машин» [26, стр. 7]. Наряду
с языками АЛГОЛ, КОБОЛ и ФОРТРАН в СССР и за рубежом в
первой половине 60-х годов были разработаны и получили прак-
тическое применение другие специализированные и обобщенные
алгоритмические языки, среди которых необходимо отметить
языки, созданные для описания алгоритмов решения неарифме-
тических задач (ИПЛ, ЛИСП, КОМИТ и др.) и языки для управ-
ления в реальном масштабе времени [27, 29].
В 1963 г. в США была начата работа по созданию алгорит-
мического языка, сочетающего наиболее ценные свойства языков
для записи алгоритмов численного анализа (ФОРТРАН и АЛ-
ГОЛ), обработки экономической информации (КОБОЛ) и инфор-
мационно-логических задач (ИПЛ). Результатом исследований,
проведенных комитетом из специалистов фирмы «ИБМ» и ассо-
циации «ШЕАР», явилась разработка языка ПЛ-1 [30]. В настоя-
щее время ПЛ-1 является одним из наиболее мощных средств про-
граммирования.
Рассмотрение обстоятельств создания алгоритмических язы-
ков позволяет наметить некоторую общую схему их развития.
В целом развитие языков связано с расширением областей при-
менения ЦВМ. Тенденция к созданию единого универсального
языка приводит к разработке одного или нескольких языков, при-
годных для описания значительного большинства задач, решае-
мых в данный момент времени средствами цифровой вычислитель-
ной техники. Именно такими соображениями руководствовались
создатели АЛГОЛА и ФОРТРАНА, начавшие разработку данных
языков в то время, когда научно-технические задачи составляли
абсолютное большинство задач, решаемых на ЦВМ.
В последующие годы область применения электронных ЦВМ
существенно расширилась, прежде всего за счет задач, связанных
с обработкой больших объемов информации. Наряду с этим про-
изошло существенное усложнение структуры ЦВМ, прежде всего
в результате применения различных форм мультипрограммной
работы. Новым шагом на пути создания универсального языка
явилась разработка ПЛ-1, приспособленного для описания алго-
ритмов решения подавляющего большинства задач (по- состоянию
на середину 60-х годов) и учитывающего архитектурные особен-
ности наиболее распространенной серии вычислительных ма-
шин (ИБМ-360 — см. разд. 1 гл. 7). Однако процесс расширения
областей применения ЦВМ, естественно, не закончился в середи-
не 60-х годов. В настоящее время, например, интенсивно разви-
250
ваются такие направления, как обработка графоаналитической
информации и машинное проектирование. Новые области приме-
нения неизбежно вызывают появление новых алгоритмических
языков и соответственно тенденции к их обобщению на более вы-
соком уровне. Поэтому в дальнейшем можно ожидать новых раз-
работок в области универсального алгоритмического языка, на-
пример за счет усовершенствования ПЛ-1.
Разработка алгоритмических языков имела существенное зна-
чение для формирования в 60-х годах нового подхода к разработ-
ке универсальных ЦВМ. Как отмечает А. Оплер, в первой поло-
вине 60-х годов «произошла техническая революция, в результате
которой средства математического обеспечения превратились из
полезного вспомогательного средства при программировании и
эксплуатации вычислительных машин в равноправного партнера
аппаратуры с точки зрения их значения для вычислительной тех-
ники» [31, стр. 1757]. При этом подход к разработке вычислитель-
ных машин претерпел существенную эволюцию: вместо незави-
симой разработки аппаратуры и некоторых средств математиче-
ского обеспечения стала разрабатываться система, состоящая из со-
вокупности аппаратурных средств и средств программирования.
На протяжении 60-х годов сложилась современная система средств
математического обеспечения, которой, как правило, оснащаются
выпускаемые универсальные ЦВМ и от которой в решающей сте-
пени зависят возможности их практического применения. В состав
системы средств математического обеспечения, как правило,
входят:
а) одна или несколько операционных систем, обеспечивающих
работу машины в том или ином режиме и содержащих такие про-
граммные средства, как управляющие программы (управление по-
током заданий, управление процессом решения задач, управление
обменом данными между запоминающими устройствами и т. и.),
трансляторы с наиболее распространенных алгоритмических язы-
ков и сервисные программы (текущая модификация данных: сорти-
ровка, объединение, редактирование и т. и.);
б) набор программ технического обслуживания машины (нала-
дочные, проверочные, диагностические тесты);
в) пакеты прикладных программ (для решения типовых науч-
ных, экономических, инженерных, информационно-поисковых и
других задач).
При этом сравнительно часто для записи программ, входящих
в состав операционной системы, используется символический ва-
риант языка данной машины, расширенный за счет введения в
него некоторых команд и операторов (автокод). Таким образом
создается двухступенчатая структура трансляции: с обобщенно-
го алгоритмического языка на автокод и с автокода на язык ма-
шины. Применение автокодов обусловлено как неудобством (гро-
моздкостью) машинных языков для описания операционных си-
стем, так и непригодностью для данной цели таких языков, как
251
АЛГОЛ. КОБОЛ и ФОРТРАН. Попытка упростить трансляцию
была предпринята при создании языка ПЛ-1, который может
быть использован как для описания алгоритмов решаемых задач,
так и для описания операционных систем [30].
4. Расширение сферы применения ЦВМ
Временем перехода к выпуску ЦВМ второго поколения для
большинства стран-производителей универсальных ЦВМ явились
1959—1960 гг. Через 3—4 года (в 1962—1963 гг.) полупроводни-
ковые машины стали преобладать в мировом парке эксплуатируе-
мых универсальных ЦВМ. В табл. 5 приведены данные о росте пар-
ка универсальных ЦВМ с хранимой программой в США, Японии
и некоторых странах Западной Европы. Как видно из таблицы, пе-
риод ЦВМ второго поколения характеризуется серьезным расшире-
нием географии применения универсальных ЦВМ. В предыдущей
главе отмечалось, что универсальные ЦВМ с хранимой програм-
мой, выполненные па электровакуумных приборах, наиболее ши-
роко применялись в трех странах (СССР, США и Великобрита-
нии), наладивших серийное производство машин высокого клас-
са, среднего класса и малых ЦВМ. Следующий период развития
вычислительной техники — период машин второго поко-
ления — характеризуется широким применением электронных
ЦВМ во всех промышленно развитых странах [32]. Наряду с эко-
номически развитыми странами электронная вычислительная тех-
ника начинает применяться в народном хозяйстве развивающихся
стран. Так, по состоянию на 1967 г. электронные ЦВМ (преиму-
щественно машины второго поколения) эксплуатировались в стра-
нах Африки (520 ЦВМ), Центральной Америки (180), Южной
Америки (480) и Азии (675 во всех странах, кроме Японии)
[33].
Таблица 5
Парк электронных ЦВМ в капиталистических странах
(на начало года), шт.
Страна 1959 г. 1961 г. 1963 г. 1965 г. 1967 г. 1969 г.
США 2034 4528 11078 22 495 39 516 55606
Япония* 11 103 459 1497 2 978 4 870
ФРГ 94 308 734 1657 2 963 5007
В е ликобритани я 110 207 405 1 160 2'252 3 413
Франция 20 146 524 1058 2 323 5010
Италия 16 78 302 712 1360 3 200
Страны Бенилюкса 25 83 219 446 960 1 760
• Данные по Японии приведены по состоянию на 1 апреля соответствующего года.
252
Некоторые данные о масштабах применения вычислительной
техники в промышленно развитых странах приведены в табл. 6.
В таблице количество универсальных ЦВМ пересчитано на коли-
чество населения. Как видно, наиболее высокий уровень примене-
ния вычислительной техники (среди зарубежных стран) был до-
стигнут в США.
Таблица 6
Количество универсальных ЦВМ в пересчете на 1 млн. населения
(на начало года)
Страна 1959 г. 1961 г. 1963 г. 1965 г. 1967 г. 1969 г.
США 11,6 24,8 59,1 117 201 276
Великобритания 2,11 3,92 7,57 21,5 40,8 61,2
Франция 0,44 3,17 11,12 22,1 47,5 100,2
ФРГ 1,81 5,74 13,5 29,1 50,5 82,6
Италия 0,33 1,57 5,98 13,8 26,1 60,3
Страны Бенилюкса 1,21 3,93 10,2 20,3 42,8 77,3
Япония 0,12 1,08 4,63 15,2 29,7 47,8
Рост парка универсальных ЦВМ непосредственно связан с рас-
ширением областей науки, техники и экономики, в которых стала
использоваться электронная вычислительная техника. Как отме-
чалось в предыдущей главе, первые электронные ЦВМ были соз-
даны для выполнения научно-технических расчетов, т. е. в той
области, которая была достаточно хорошо подготовлена для при-
менения ЦВМ в результате разработки численных методов реше-
ния задач математической физики, небесной механики, баллисти-
ки и т. д. Использование первых электронных ЦВМ позволило рез-
ко сократить затраты на экспериментальные работы и повысить
темпы исследований.
В начале 50-х годов начинается освоение второй важной сферы
применения универсальных ЦВМ — обработки экономической ин-
формации в различных областях народного хозяйства. В период
машин второго поколения обработка экономической информации
становится доминирующей сферой применения универсаль-
ных ЦВМ. Наиболее отчетливо эта тенденция заметна в промыш-
ленно развитых капиталистических странах, в которых по состоя-
нию на 1967 г. около 80% универсальных ЦВМ использовалось в
составе различных информационных систем. Универсальные ЦВМ
нашли применение в промышленности, на транспорте, в торговле,
сфере обслуживания и т. д. Среди наиболее важных областей при-
менения информационных систем, построенных на основе универ-
сальных ЦВМ, следует отметить планирование производства, ана-
лиз спроса и бухгалтерские расчеты (промышленность), продажа
253
билетов и диспетчерская служба (транспорт), учет товаров, обра-
ботка и выполнение заказов (торговля), учет чеков и ведение сче-
тов (финансово-кредитные учреждения) и т. д.
Применение ЦВМ для обработки экономической информации
оказало существенное влияние на разработку универсальных ЦВМ
и соответствующего оборудования.
Во-первых, фирмы, выпускающие ЦВМ, в 60-х годах стали
уделять серьезное внимание разработке стандартных программ
решения экономико-статистических задач. Несмотря на разнооб-
разие постановки задач в различных отраслях народного хозяйст-
ва, большинство задач решается с помощью типовых алгоритмов
и программ.
Таблица 7
Соотношение стоимости центрального устройства обработки данных
и периферийного оборудования (США), %
i960 г. 1962 г. 1964 г. 1966 г. 1968 г. 1970 г.
Центральное устройство обра- ботки данных 70 50 40 37 34 32
Периферийное обо- рудование 30 50 60 63 66 68
Во-вторых, произошло серьезное расширение ассортимента пе-
риферийного оборудования. Применение универсальных ЦВМ для
решения экономических задач, которые, в отличие от научно-тех-
нических задач, требуют обработки больших объемов информа-
ции, явилось одной из важнейших причин повышения роли пери-
фирейного оборудования в разработке вычислительной аппарату-
ры. В 1960 г., т. е. в начале периода ЦВМ второго поколения, зат-
раты на разработку центрального устройства обработки данных
составляли в среднем 70% всех затрат на разработку оборудова-
ния для ЦВМ. Как видно пз табл. 7, с каждым годом происходило
повышение удельного веса затрат на периферийное оборудование.
При этом существенное внимание уделялось разработке аппарату-
ры, обеспечивающей ввод информации с первичных документов и
вывод данных в форме, пригодной для дальнейшего использования
без необходимости ручной дешифровки, перекодировки и редакти-
рования. Наряду с этим значительное внимание уделялось разра-
ботке емких внешних запоминающих устройств, аппаратуры свя-
зи с внешними устройствами и т. д.
В-третьих, ориентация на решение экономических задач во
многом обусловила расширение видов обработки информации в
универсальных ЦВМ. Если для выполнения научно-технических
расчетов наиболее удобной являлась двоичная арифметика с пла-
вающей запятой, то для обработки деловой информации сущест-
254
венное значение имело применение десятичной арифметики й
операций с числами переменной разрядности (работа с полями
переменной длины).
Следующей важной сферой применения универсальных ЦВМ,
получившей заметное развитие в 60-х годах, явилось использова-
ние ЦВМ в системах управления, работающих в реальном мас-
штабе времени, в том числе в системах аэрокосмического назначе-
ния и системах управления непрерывными технологическими про-
цессами.
Начало применения средств электронной цифровой вычисли-
тельной техники для управления в реальном масштабе времени
связано с разработкой бортовых ЦВМ для военной авиации. Пер-
вые образцы бортовых ЦВМ, разработанные в начале 50-х годов,
были выполнены на электронных лампах и предназначались для
использования в системах управления полетом, навигации, бомбо-
метания и воздушной стрельбы. В качестве примера приведем
данные об одной из первых самолетных ЦВМ — машине «Диджи-
так», разработанной фирмой «Хьюз» (США) в 1952 г. Машина
предназначалась для автоматического управления полетом и по-
садкой самолета, решения навигационных задач и тактического
бомбометания. Номинальное быстродействие машины составляло
около 500 оп!сек. В машине использовалось около 260 субминиа-
тюрных электронных ламп и 1300 полупроводниковых диодов. ЗУ
емкостью 1024 слова по 17 двоичных разрядов было выполнено на
магнитном барабане. Машина занимала объем 150 дм3 и весила
150 кг [34].
Значительное влияние на применение электронных ЦВМ в
бортовых системах управления оказали разработки 50-х годов в
области военной техники (совершенствование реактивной авиа-
ции, создание межконтинентальных баллистических ракет, атом-
ных подводных лодок и т. д.), а также развитие космической тех-
ники. Одной из важнейших особенностей применения ЦВМ в бор-
товых системах управления является необходимость удовлетворе-
ния таких требований, как высокая надежность работы в сложных
внешних условиях (вибрация, ударные перегрузки, перепады тем-
ператур и т. д.) и ограничение габаритов, веса и потребляемой
мощности. Методы реализации бортовых систем управления, удов-
летворяющих данным требованиям, оказали определенное влия-
ние на общее развитие вычислительной техники, прежде всего с
точки зрения внедрения наиболее передовых технологических ре-
шений. В середине 50-х годов были разработаны первые бортовые
ЦВМ на транзисторах, а в начале 60-х годов — первые ЦВМ на
интегральных схемах (см. разд. 1 гл. 7).
Результаты работ в области технологии были использованы при
создании универсальных ЦВМ гражданского назначения второго
и третьего поколений.
Наряду с разработками в области бортовых систем управления
в период машин второго поколения начинается применение уни-
255
Вербальных ЦВМ в системах управления непрерывными техноло-
гическими процессами. Впервые для данных целей универсальная
ЦВМ (полупроводниковая машина RW-300 американской фирмы
«Рамо Вулдридж») была использована в апреле 1959 г. Машина
была применена в системе автоматического управления аммиачным
производством на заводе в г. Люлинг (США). В системе был ис-
пользован каскадный принцип управления, т. е. управляющие воз-
действия, вырабатываемые машиной, преобразовывались из циф-
ровой формы в аналоговую и поступали на регуляторы исполни-
тельных механизмов. Непосредственное цифровое управление не-
прерывным технологическим процессом впервые было применено
в 1962 г. в Советском Союзе (система управления «Автооператор»,
установленная на Лисичанском химическом комбинате) [35, 36]
и в Великобритании (система управления на базе машины «Аргус-
221», установленная на содовом заводе в г. Флитвуде).
Широкое применение универсальных ЦВМ в системах управле-
ния производственными процессами в реальном масштабе времени
стало практически возможным и экономически целесообразным на
определенном этапе развития вычислительной техники, а именно
на этапе машин второго поколения. Работа универсальных ЦВМ в
реальном масштабе времени в рамках систем как каскадного типа,
так и, особенно, систем с непрерывным цифровым управлением ха-
рактеризуется определенной спецификой по сравнению с работой в
рамках информационных систем или при выполнении научно-тех-
нических расчетов. К наиболее важным особенностям этой работы
следует отнести:
а) непрерывность процесса управления, требующая высокой на-
дежности;
б) жесткий цикл управления, требующий достаточного быстро-
действия для решения задач и выдачи управляющих воздействий
в заданные моменты времени;
в) сравнительно частое использование в составе системы боль-
шого количества датчиков, передающих информацию о состоянии
управляемого объекта в произвольные моменты времени; соответ-
ственно требуется развитая многоканальная система связи маши-
ны с объектом управления.
Для реализации систем с перечисленными выше особенностя-
ми существенное значение имел переход от ламповой техники к по-
лупроводниковым и магнитным элементам с результирующим по-
вышением надежности и быстродействия. Существенное значение
имело также развитие структуры универсальных ЦВМ, в том числе
применение методов мультипрограммной работы. На базе техноло-
гических и структурных достижений машин второго поколения соз-
дание систем управления непрерывными технологическими процес-
сами стало экономически целесообразным и получило в 60-х годах
сравнительно широкое распространение.
По состоянию на январь 1961 г. в капиталистических странах
насчитывалось всего 35 универсальных ЦВМ, используемых в сис-
256
темах автоматического регулирования непрерывных производст-
венных процессов. За 4 года (к январю 1965 г.) количество эксплу-
атируемых управляющих ЦВМ возросло в 15 раз (526 машин)
[37], а их удельный вес в общем парке универсальных ЦВМ уве-
личился до 1,4%• В середине 60-х годов, т. е. в период перехода к
выпуску машин третьего поколения, выпуск управляющих ЦВМ
продолжал расти весьма высокими темпами. Например, в США в
1966 г. производство универсальных ЦВМ, ориентированных на
управление производственными процессами, возросло с 48 до
75 млн. долл. (т. е. на 56%), а производство универсальных ЦВМ,
ориентированных на обработку информации и научно-технические
расчеты,— с 1499 до 1700 млн. долл. (т. е. на 13%) [38]. В резуль-
тате к декабрю 1966 г. парк управляющих ЦВМ капиталистичес-
ких стран возрос до 1352 машин [40] и составил 3,5% общего пар-
ка универсальных ЦВМ.
5. Развитие производства универсальных ЦВМ.
Важнейшие проекты машин второго поколения
Высокие темпы роста производства вычислительной техники
характерны для всех стран, наладивших серийный выпуск универ-
сальных ЦВМ. При этом темпы роста производства универ-
сальных ЦВМ существенно превышают как общие темпы увели-
чения промышленного производства, так и темпы увеличения
выпуска продукции машиностроения и приборостроения.
В 1960—1965 гг. в СССР валовая продукция промышленности
возросла на 51%, в том числе продукция машиностроения — на
83%. Производство приборов и средств автоматизации (в рамках
этой отрасли учитывается производство средств вычислительной
техники) увеличилось на 77%. За этот же период производство
средств вычислительной техники возросло с 79,9 до 245,3 млн. руб.,
т. е. на 206%. В 1966, 1967 и 1968 гг. производство средств вычис-
лительной техники составило соответственно 288, 376 и
519 млн. руб.10, т. е. за три года увеличилось на 120%. За этот же
период объем промышленного производства в стране возрос на
27%, объем машиностроительной продукции — на 42%, производ-
ство приборов и средств автоматизации — на 51 % [39].
С опережением (по сравнению с другими отраслями промыш-
ленности) и в значительных масштабах росло производство элект-
ронной вычислительной техники в США и других промыш-
ленно развитых капиталистических странах. В 1958 г. суммарное
производство универсальных ЦВМ в США, Великобритании, Фран-
ции, ФРГ и Японии составило 463 млн. долл. В 1964 г. оно возросло
до 1852 млн. долл., т. е. увеличилось на 300%. За этот же период
суммарный выпуск машиностроительной продукции в данных
10 В оптовых ценах предприятий на 1 июля 1955 г.
9 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
257
странах увеличился на 55%, а общий выпуск промышленной про-
дукции — на 46%. В 1965—1968 гг. выпуск универсальных ЦВМ в
США возрос с 1547 до 3318 млн. долл., т. е. на 115%. Быстрыми
темпами увеличивалось также производство сопутствующего обо-
рудования (аппаратура для передачи цифровой информации, ЗУ
большой емкости, продаваемые отдельно от ЦВМ, индикаторные
устройства и т. д.). В 1965—1968 гг. выпуск сопутствующего обо-
рудования увеличился с 528 до 911 млн. долл, (рост на 72%). За
этот же период промышленное производство США возросло менее
чем на 21% (в том числе продукция машиностроительной про-
мышленности — на 19 %).
Опережающие темпы роста производства универсальных ЦВМ
привели к тому, что во второй половине 60-х годов вычислительная
промышленность стала играть существенную роль в общем выпус-
ке промышленной продукции в рамках таких отраслей, как при-
боростроение и радиоэлектроника. В 1960 г. выпуск средств вычис-
лительной техники составлял 8% в объеме производства прибо-
ров и средств автоматизации в СССР, а в 1968 г. возрос до 16,4%
[39].
В США производство универсальных ЦВМ и сопутствующего
оборудования в 1968 г. составило 4229 млн. долл., т. е. около 17%
общего производства радиоэлектронной аппаратуры. С учетом про-
изводства специализированных ЦВМ военного и аэрокосмического
назначения (около 2,5 млрд. долл, в 1968 г.) общее производство
электронной цифровой вычислительной техники составило 26%
производства радиоэлектронной аппаратуры [40].
При рассмотрении особенностей производства универсальных
ЦВМ второго поколения в различных странах целесообразно по
отдельности рассмотреть производство в промышленно развитых
социалистических и капиталистических странах. Промышленно
развитые капиталистические страны и страны, входящие в СЭВ,
образуют две группы государств с еще недостаточно развитыми
взаимными связями в области экспорта-импорта вычислительного
оборудования, технического сотрудничества и т. д. Раздельное рас-
смотрение производства универсальных ЦВМ в странах СЭВ и ка-
питалистических странах целесообразно также в связи с различ-
ными путями развития национальной вычислительной промыш-
ленности.
В 60-е годы национальная вычислительная промышленность
(на базе полупроводниковой техники) в больших или меньших мас-
штабах стала развиваться в каждой из стран, входящих в СЭВ.
В капиталистических странах национальная вычислительная про-
мышленность развивается лишь в нескольких наиболее мощных в
экономическом отношении странах, причем в условиях постоянной
конкуренции с фирмами США.
Как отмечалось в гл. 5, серийное производство универсальных
ЦВМ на электронных лампах получило наибольшее развитие в
США и Великобритании (среди капиталистических стран), причем
258
масштабы производства в США на порядок величины превосхо-
дили масштабы производства ламповых ЦВМ в Великобри-
тании.
В последующие периоды развития вычислительной техники
доминирующая роль США в капиталистическом мире полностью
сохраняется, что может быть объяснено следующими обстоятель-
ствами:
1. Наличие к началу 60-х годов, т. е. к моменту перехода к вы-
пуску ЦВМ второго поколения, сравнительно развитой вычисли-
тельной промышленности.
2. Более высокий уровень электронной технологии в США, в
частности в связи с высокими затратами на применение электрон-
ной техники в военных целях и аэрокосмических исследованиях.
3. Значительно больший размах научно-исследовательских ра-
бот.
4. Высокий уровень развития экономики, способствующий ши-
рокому внедрению универсальных ЦВМ и, следовательно, значи-
тельным масштабам их серийного производства. Большие масшта-
бы серийного производства способствуют снижению себестоимости
ЦВМ и соответственно повышают их конкурентоспособность на
внешних рынках.
Данные обстоятельства обеспечили, во-первых, более широкие
масштабы внутреннего производства США по сравнению с внут-
ренним производством в любой другой капиталистической стране,
во-вторых, высокий удельный вес США в мировом капиталистичес-
ком экспорте универсальных ЦВМ и, в-третьих, доминирующую
роль США во внутреннем производстве таких стран, как Фран-
ция, ФРГ и Италия (в результате строительства заводов во Фран-
ции, в ФРГ, а также в результате финансового подчинения неко-
торых французских и итальянских фирм).
Показателем роли США в производстве универсальных ЦВМ
в капиталистическом мире является доля машин американского
производства в общем количестве эксплуатируемых ЦВМ. По
оценке на 10 января 1966 г., из 38 тыс. универсальных ЦВМ, ис-
пользуемых в капиталистических странах, 31,4 тыс. (т. е. 83%)
были изготовлены фирмами США и их зарубежными филиа-
лами [41].
Серийное производство универсальных ЦВМ второго поколе-
ния было налажено в нескольких странах Западной Европы и Япо-
нии. Данные о соотношении внутреннего производства и импорта
в этих странах приведены в табл. 8 [42] и 9 [43]. Как видно из
таблиц, по состоянию на 1966 г. единственной страной, в которой
парк универсальных ЦВМ внутреннего производства превышал
парк импортных машин, являлась Великобритания. С каждым го-
дом повышается также доля внутреннего производства в Японии.
Эти две страны в 60-е годы характеризуются сравнительно высоким
уровнем развития национальной вычислительной промышленности.
В остальных капиталистических странах внутреннее производст-
во
9е
во либо отсутствовало, либо развивалось преимущественно за счет
деятельности филиалов американских фирм («ИБМ-Франс»,
«ИБМ-Дейчланд», «ИБМ-Италия» и др.). В результате по состоя-
нию на 1965 г. 90% рынка универсальных ЦВМ во Франции при-
надлежало двум компаниям, контролируемым американскими фир-
мами «ИБМ» и «Дженерал Электрик» («ИБМ-Франс» и «Булль-
Дженерал Электрик»). В ФРГ в 1965 г. американским фирмам и их
филиалам принадлежало 88% рынка универсальных ЦВМ, в Ита-
лии — 97%.
В остальных западноевропейских странах, как видно из
табл. 8, внутреннее производство универсальных ЦВМ практи-
чески отсутствовало.
Таким образом, особенностью развития производства универ-
сальных ЦВМ в капиталистических странах является доминиру-
ющая роль фирм США. В условиях систематического роста произ-
водства ЦВМ, расширения областей их применения и повышения
их роли в развитии науки, техники и народного хозяйства зависи-
мость от американских фирм представляет определенную опас-
ность для развития национальной экономики. Осознание такой опас
ности в 60-х годах явилось причиной ряда правительственных
мероприятий в некоторых наиболее мощных в экономическом отно-
шении странах, направленных на укрепление национальной вы-
числительной промышленности. В широких масштабах соответст-
вующая политика проводится в Японии (с 1962 г.), Великобрита-
нии (с 1965 г.) и Франции (с 1967 г.) и включает такие мероприя-
тия, как субсидии национальным фирмам, поощрение слияний
национальных фирм с целью создания достаточно мощных корпо-
раций, способных конкурировать с фирмами США, отказы в выда-
че разрешений на организацию филиалов иностранных фирм (Япо-
ния) и т. д.
Характерной чертой развития производства универсальных
ЦВМ в капиталистических странах является высокий уровень моно-
полизации производства. С начала 50-х годов и вплоть до настоящего
времени ведущую роль как в производстве универсальных ЦВМ
США (табл. 10), так и в суммарном производстве в капиталистиче-
ских странах играет фирма «ИБМ», на долю которой приходится бо-
лее двух третей универсальных ЦВМ, эксплуатируемых в капита-
листическом мире [44]. Развитие фирмы «ИБМ» во второй половине
50-х годов и в 60-х годах неразрывно связано с ориентацией на
коммерческое применение универсальных Цв|М (77% оборота по
состоянию на 1965 г. ). Кроме того, фирма «ИБМ» выполняет ряд
правительственных заказов по разработке специализирован-
ных ЦВМ военного и аэрокосмического назначения. На примере
фирмы «ИБМ» особенно заметно повышение роли производства
универсальных ЦВМ в совокупном промышленном производстве.
Выпуская на протяжении 60-х годов свыше 70% универсальных
ЦВМ, производимых в США, фирма «ИБМ» стала одной из наибо-
лее могущественных корпораций. В 1959 г. фирма «ИБМ» занимала
260
Таблица 8
Соотношение импорта и внутреннего производства универсальных
ЦВМ в странах Западной Европы
Страна Парк универсальных ЦВМ (май 1966 г.)
Штуки Стоимость, млН. ф. ст.
Всего За счет им- порта За счет внут- реннего про- изводства
Великобритания 1905 231,2 111,9 119,3
ФРГ 1826 189,7 109,2 80,5
Франция 1532 179,3 110,0 69,3
Италия 877 114,4 88,1 26,3
Швейцария 339 41,2 41,2 ——
Нидерланды 336 38,1 35,7 2,4
Швеция 332 35,8 33,6 2,2
Бельгия 319 31,5 31,5 —
Норвегия 144 15,3 15,3 —
Дания 143 14,7 14,0 0,7
Австрия 142 11,7 11,7 —
Испания 74 7,7 7,7 —
Финляндия 73 6,9 6,9 —
Греция 53 5,1 5,1 —
Португалия 47 5,5 5,5 —
Ирландия 27 2,7 2,7 —
Таблица 9
Соотношение импорта и внутреннего производства универсальных ЦВМ
в Японии
Доля импорта, %
по стоимости ЦВМ по количеству ЦВМ
Годы ЦВМ вы- ЦВМ сред- Малые В це- ЦВМ вы- ЦВМ сред- Малые В це-
сокого класса него клас- са ЦВМ лом сокого класса него клас- са ЦВМ лом
1959 100 100 44 93 100 100 40 62
1960 100 76 37 79 100 69 50 65
1961 100 69 13 73 100 68 10 53
1962 100 71 43 82 100 68 41 61
1963 83 65 21 67 83 53 18 39
1964 94 48 70 70 92 38 68 41
1965 75 49 76 48 74 50 75 43
1966 51 47 70 48 44 45 66 37
1967 60 43 39 46 60 42 34 32
Таблица 10
Удельный вес производства восьми фирм в общей стоимости
установленных в США универсальных ЦВМ (%)
Фирма 1962 г. 1966 г.
Интернэшнл Бизнес Машинз (ИБМ) 79,2 71,3
Сперри Рэнд 8,5 6,6
Рейдио Корпорейшн (РКА)* 2,3 3,2
Контрол Дейта Корпорейшн (КДК) 2,0 4,3
Ханиуэлл 1,9 5,4
Дженерал Электрик* 1,2 3,2
Нейшнл Кэш Реджистер (НКР) 1,2 1,7
Барроуз 1,0 2,7
Прочие 2,7 1,6
* В начале 70-х годов прекратили выпуск ЦВМ.
27-е место среди промышленных фирм США и насчитывала 87 тыс.
рабочих и служащих. В 1965 г. число занятых увеличилось до
150 тыс. человек, а рост оборота вывел «ИБМ» на 9-е место среди
корпораций США [45].
Машины, разработанные фирмой «ИБМ», оказали существен-
ное влияние на развитие универсальных ЦВМ во второй половине
50 и 60-х годах. Среди проектов ЦВМ второго поколения особен-
но глубокое влияние на развитие структуры универсальных ЦВМ
оказал проект СТРЕТЧ. Как отмечает А. Китов, в системе
СТРЕТЧ «были воплощены все известные к 1960 г. структурные
принципы повыщения производительности машин» [2, стр. 6].
Основным моментом новой организации машины явилось широ-
кое применение мультипрограммной работы. В| системе СТРЕТЧ
были использованы все три уровня совмещения операций, харак-
терные для мультипрограммирования:
1) разделение времени блоков и устройств в процессе выпол-
нения одной команды;
2) совмещение подготовки и выполнения нескольких последо-
вательных команд одной программы;
3) параллельное выполнение нескольких независимых про-
грамм.
Наибольшее развитие получило совмещение во времени процес-
са выполнения нескольких последовательных команд одной про-
граммы, осуществляемое с помощью спепиального буферного уст-
ройства («опережающее устройство»), согласующего работу
оперативного ЗУ и арифметическою блока. Система регистров опе-
режающего устройства получает команды и операнды из опера-
262
тивного ЗУ заранее, до их выполнения арифметическим устрой-
ством, а также результаты операций из арифметического уст-
ройства. Всего в опережающем устройстве может находить-
ся (на разных стадиях выполнения) до 11 последовательных
команд.
В широких масштабах используется также независимая работа
отдельных устройств по различным программам. По независимым
программам могут работать центральное устройство обработки дан-
ных, каналы ввода-вывода устройства обмена и устройство управ-
ления внешней памятью на магнитных диаках. Широко исполь-
зуется также одновременная работа модулей оперативной памяти.
Типовая структурная схема машины СТРЕТЧ включает шесть мо-
дулей оперативного ЗУ на ферритовых сердечниках емкостью по
16 384 слова (по 64 разряда) и полным циклом 2,1 мксек. Каждый
модуль (количество которых может быть увеличено до 16) имеет
свои собственные цепи синхронизации, цепи контроля и регистры
данных. С целью перекрытия времени выполнения операций при
обращении к различным модулям используется чередование адре-
сов ячеек памяти: последовательно возрастающие адреса соответ-
ствуют различным модулям.
Наряду с применением мультипрограммной работы важной осо-
бенностью СТРЕТЧ являются организация и состав системы
команд, включающей чрезвычайно богатый набор операций (свы-
ше шестисот), что обеспечивает максимальную эффективность каж-
дого обращения к памяти и максимально широкий круг решае-
мых задач (научно-технические расчеты, обработка больших мас-
сивов информации, управление в реальном масштабе времени).
В состав системы команд входят, в частности, широкий набор
команд индексации, команды для обработки чисел с переменной
разрядностью и команды для работы со списками величин, исполь-
зуемые для организации обработки массивов данных, размещен-
ных во внешней памяти. При этом была разработана система мо-
дификации одного сравнительно небольшого набора команд, суще-
ственно облегчающая ручное программирование.
По количеству активных схемных элементов система «СТРЕТЧ»
существенно превосходит все ранее разработанные универсальные
ЦВМ. Всею в схемах машины используется 169 тыс. транзисто-
ров. Основным компонентом схем является дрейфовый транзистор
с граничной частотой 100 Мгц.
Для обеспечения высокой скорости переключения используется
ненасыщенный режим работы транзисторов. В качестве основного
типа схем применены токовые ключи с временем переключения
20 нсек, выполненные на транзисторах р—п—р и п—р—п. С целью
повышения быстродействия в некоторых узлах машины примене-
ны схемы на эмиттерных повторителях с временем переключения
10 нсек.
Применение высокочастотных транзисторов, используемые схе-
мотехнические решения и рассмотренная выше организация систе-
263
Оперативные ЗУ
Центральное
устройство
обработни
данных
Блок-схема машины СТРЕТЧ
мы позволили достичь высокого уровня быстродействия (см.
табл. 2). Операция сложения с плавающей запятой 64-разрядных
двоичных чисел выполняется за 1,5 мксек, операция умножения —
за 2,7 мксек. Существенному расширению вычислительных возмож-
ностей машины (особенно при обработке больших массивов ин-
формации) способствовало применение емкой и быстродействую-
щей внешней памяти на магнитных дисках. Как отмечалось выше,
была обеспечена независимая работа устройства управления диско-
вой памятью, с помощью которого обмен данными производился со
скоростью 125 тыс. слов в 1 сек (в 90 раз быстрее, чем обмен дан-
ными внешней памятью на магнитных лентах в машине ИБМ-704).
Типовая структура машины включала два устройства дисковой па-
мяти. Емкость каждого из устройств составляла 2 млн. слов, а
среднее время доступа к любой ячейке — 150 мсек.
264
Машина СТРЕТЧ — наиболее мощная вычислительная система
второго поколения, изготовленная фирмой «ИБМ». Всего было вы-
пущено пять экземпляров данной модели [46].
Наибольшее распространение среди серийных моделей универ-
сальных ЦВМ второго поколения получила машина среднего клас-
са ИБМ-1401, первый экземпляр которой был выпущен в 1960 г.
Всего было изготовлено более 4 тыс. машин данной модели [46].
Как видно из табл. 2, производительность ИБМ-1401 на порядок ве-
личины превышала производительность наиболее распространен-
ной модели первого поколения ИБМ-650. Увеличение производи-
тельности было достигнуто преимущественно за счет:
а) применения транзисторных схем;
б более емкой и быстродействующей оперативной памяти;
в) развитого набора внешних устройств, обладающих более вы-
сокой скоростью работы;
г) совмещения во времени операций ввода-вывода и вычислений.
Особенностью машины является переменная длина слова, фор-
мируемого из алфавитно-цифровых знаков длиной шесть двоичных
разрядов (включая один контрольный разряд). Максимальная ем-
кость оперативной памяти, выполненной на ферритовых сердечни-
ках, составляет 16 тыс. знаков, а полный цикл записи — считыва-
ния одного знака — 11,5 мксек. Важным элементом системы запо-
минающих устройств является внешняя память на магнитных
дисках, в качестве которой обычно использовалось устройство
ИБМ-1405 (емкость до 20 млн. знаков, среднее время выборки
150 мсек). Наиболее емкий элемент иерархии ЗУ —память на
магнитных лентах. В зависимости от используемого типа ленточ-
ной памяти (ИБМ-729, ИБМ-7330, ИБМ-7340) скорость передачи
данных при обмене с оперативными ЗУ составляет от 7,2 до 62 тыс.
знаков в 1 сек. Существенными чертами устройств ввода-вывода
являются, во-первых, сравнительно высокая скорость печатающе-
го устройства (600 строк/мин) и устройств на перфокартах (счи-
тывание со скоростью 800 карт/мин, пробивка со скоростью
250 карт/мин) и, во-вторых, возможность подключения к машине
устройств оптического считывания текста, напечатанного специ-
альным шрифтом (устройств ИБМ-1413 и ИБМ-1428). Для срав-
нения отметим, что скорость печати в ИБМ-650 составляла
150 строк/мин, а скорость ввода с перфокарт — 250 карт/мин.
Важное значение имела также возможность подключения к
ИБМ-1401 дополнительных устройств, обеспечивающих связь с
другими машинами, наличие устройств перезаписи данных с пер-
фокарт на магнитную ленту и с магнитной ленты на перфокарты,
ввод в печатающее устройство с магнитной ленты и т. д.
Развитый набор периферийного оборудования, значительная ем-
кость внешней памяти, возможность работы с полями переменной
длины способствовали широкому применению машины, прежде все-
го в сфере обработки экономической информации. Определенное
значение имели выпуск различных модификаций модели, отлича-
265
ющихся по составу используемого оборудования, и включение в
операционную систему трансляторов с наиболее распространенных
в США языков и т. д.
Две рассмотренные выше машины СТРЕТЧ и ИБМ-1401 — ти-
пичные универсальные ЦВМ второго поколения как с точки зре-
ния комплексного использования различных методов повышения
производительности, характерного для сверхмощных систем
(СТРЕТЧ), так и с точки зрения ориентации на максимально ши-
рокий круг потребителей, прежде всего потребителей, заинтересо-
ванных в механизации обработки экономической информации
(ИБМ-1401). Наряду с данными ЦВМ в первой половине 60-х го-
дов фирма «ИБМ» выпустила ряд моделей среднего и высокого
классов. В состав серии машин среднего класса входили рассмот-
ренная выше модель 1401 (1960 г.), а также модели 1410 (1961 г.),
1440 и 1460 (1963 г.). Серию 7000 составляли модели высокого
класса 7090 (1960 г.), 7094-1 (1962 г.), 7094-П (1964 г.), 7080
(1961 г.), 7070 (1960 г.), 7072 (1962 г.), 7074 (1961 г.), 7040
(1963 г.), 7044 (1963 г.), 7010 (1963 г.). Система СТРЕТЧ
(ИБМ-7030) также входила в состав этой серии [1]. Разработка
большого количества моделей, предпринятая для удовлетворения
запросов потребителей, заставила обратить особое внимание на до-
стижение программной совместимости выпускаемых машин, а так-
же на разработку унифицированного набора внешних устройств.
Наиболее полно и последовательно данные идеи были реализованы
при разработке серий ЦВМ на интегральных схемах, выпущенных
фирмой «ИБМ» и другими фирмами в середине и второй половине
60-х годов (см. разд. 2, гл. 7).
Наряду с машинами фирмы «ИБМ» определенное влияние на
развитие транзисторных ЦВМ оказали разработки других фирм
США, таких как «Сперри Рэнд», «Контрол Дейта», «Хаппуэлл» и
др. Наиболее мощной вычислительной системой, разработанной до
1965 г., т. е. до ввода в эксплуатацию первых серийных универ-
сальных ЦВМ на интегральных схемах, явилась машина «Контрол
Дейта 6600».
Разработка этой системы была начата в 1957 г. по заказу Ко-
миссии по атомной энергии США. Особенностью машины 6600 по
сравнению с другими мощными вычислительными системами вто-
рого поколения является развитая мультипроцессорная организа-
ция. В состав системы входят 11 устройств обработки данных, в
том числе центральный процессор, работающий с центральным опе-
ративным ЗУ емкостью 131 тыс. слов длиной 60 двоичных разря-
дов, и 10 машин-спутников, в составе каждой из которых имеется
оперативное ЗУ емкостью 4096 слов по 12 двоичных разрядов.
Мультипроцессорная организация и структурные особенности
различных устройств позволяют в широких масштабах осуществ-
лять совмещение во времени работы отдельных компонентов систе-
мы. Центральное оперативное ЗУ с временем обращения 1 мксек
состоит из 32 блоков по 4096 60-разрядных слов. Блоки объедине-
266
Машины «Контрол Дейта 6600»
ны таким образом, что возможна одновременная выборка 10 слов,
что равноценно снижению времени обращения к ЗУ до 100 нсек.
Совмещение во времени работы внешних устройств с центральны-
ми осуществляется с помощью запоминающих устройств машин-
спутников. В состав центрального процессора входят 10 независи-
мых функциональных блоков, каждый из которых предназначен
для выполнения строго определенного класса операций (суммиро-
вание, умножение, деление, логические операции и т. д.). Функ-
циональные блоки могут работать параллельно, увеличивая таким
образом производительность системы. Существенную роль в обес-
печении параллельной работы функциональных блоков играет
сверхоперативное ЗУ, входящее в состав центрального процессора
и выполненное на полупроводниковых триодах. Сверхоперативное
267
ЗУ состоит из 32 регистров для хранения команд и 24 регистров
для хранения адресов, операндов и промежуточных результатов
вычислений [47]. е
Мультипроцессорная организация позволяет применять различ-
ные сочетания компонентов системы в зависимости от характера
решаемых задач. Для решения сложных задач может использо-
ваться сочетание нескольких машин-спутников, центрального про-
цессора и центрального оперативного ЗУ.
Мультипроцессорная организация обеспечивает очень высокое
номинальное быстродействие системы (3 млн. on/сек). По оценке
К. Найта (см. табл. 2), производительность системы 6600 при реше-
нии научно-технических задач приблизительно в 20 раз превосхо-
дит производительность СТРЕТЧ. Высокая производительность си-
стемы 6600 при решении научно-технических задач способствовала
ее применению в научных исследованиях, прежде всего в области
ядерной физики. Первый экземпляр системы 6600 был установлен
вычислительным центром «Контрол Дейта» в августе 1964 г. в Лос-
Анджелесе.
К середине 1965 г. было введено в эксплуатацию еще три эк-
земпляра данной модели, в том числе в Европейском центре ядер-
ных исследований. В дальнейшем пять систем 6600 было установ-
лено в крупнейших атомных научных центрах США: Лоуренсов-
ская лаборатория в Беркли, Брукхевенская национальная лабора-
тория, атомные лаборатории в Альбукерке, Беттисе и Ноулесе
[48].
Наряду с проектами серийных ЦВМ определенный историчес-
кий интерес представляют некоторые несерийные разработки, вы-
полненные научно-исследовательскими институтами США и ока-
завшие влияние на последующее развитие универсальных ЦВМ.
Прежде всего здесь следует отметить разработку машины FX-1 в
Линкольновской лаборатории Массачусетского технологического
института [49]. х
Разработка FX-1, введенной в эксплуатацию в апреле 1961 г.,
носила экспериментальный характер и была подчинена идее дости-
жения максимальных вычислительных возможностей за счет ис-
пользования наиболее передовых в технологическом отношении
элементов. В машине впервые в качестве основного ЗУ была при-
менена память на тонких магнитных пленках. Емкость памяти, ор-
ганизованной по схеме Z, составляла 1024 числа из 13 двоичных
разрядов, полный цикл — 0,37 мксек, В качестве носителя информа-
ции использовались планарные пленки Ni—Fe, полученные испа-
рением в вакууме на стеклянную подложку.
Другой важной особенностью машины явилась демонстрация
возможностей высокочастотных транзисторов, применение которых
обеспечило тактовую частоту 50 Мгц, т. е. на порядок выше, чем
в наиболее быстродействующих серийных транзисторных ЦВМ вто-
рого поколения. Для сравнения отметим, что тактовая частота
СТРЕТЧ составляла 10 Мгц [2], а тактовая частота такой мощной
268
транзисторной системы, как «УНИВАК-ЛАРК» (см. табл. 2),—
всего 2 Мгц, т. е. была на уровне быстродействующих серийных мо-
делей первого поколения [50].
Среди серийных моделей универсальных ЦВМ, разработанных
в Западной Европе и оказавших влияние на последующее разви-
тие машин второго поколения, необходимо отметить машины «Гам-
ма-60» и «Атлас».
Машина «Гамма-60» — одна из первых ЦВМ в мире, разработ-
ка структуры которой была подчинена идее максимальной реали-
зации возможностей мультипрограммной работы. Опытный обра-
зец машины был построен французской фирмой «Булль» в 1959 г.
Функционально машина состоит из центрального блока и набора
автономных устройств, не связанных друг с другом и соединенных
только с центральным блоком.
Набор автономных устройств включает четыре устройства об-
работки данных (арифметическое, логическое, устройство сравне-
ния и устройство преобразования кодов), внешние запоминающие
устройства на магнитных барабанах и лентах, устройства ввода с
перфокарт и перфолент и устройства вывода на перфокарты и пе-
чать. В состав каждого автономного устройства входит устройство
местного управления, которое посылает центральному блоку зап-
росы на выдачу команд, запросы на обмен информацией с опера-
тивным ЗУ и выполняет последнюю фазу дешифрации полу-
чаемых команд. В состав местных устройств управления входят ре-
гистр для хранения адреса следующей команды, от одного до че-
тырех регистров для хранения адресов исходных чисел и регистр
связи с оперативным ЗУ.
Центральный блок состоит из оперативного ЗУ и центрального
устройства управления. Устройство управления («распределитель
программ») получает сигналы об окончании выполнения текущей
команды тем или иным автономным устройством. Эти сигналы яв-
ляются запросами на выдачу новых команд. В случае одновремен-
ного поступления запросов срабатывает схема приоритета. Основ-
ные функции центрального устройства управления заключаются в
считывании команды из оперативного ЗУ, частичной дешифрации
команды и передаче ее в соответствующее автономное устройство.
Важной особенностью работы центрального блока является опере-
жающая обработка запросов, в результате которой в оперативном
ЗУ накопляется очередь команд к тому или иному автономному
устройству.
Оперативное ЗУ на ферритовых сердечниках рассчитано на
хранение 32 тыс. слов по 27 разрядов (включая три контрольных
разряда). Время выборки (записи) составляет 11 мксек. В состав
устройства оперативной памяти входит «распределитель передач»,
программа работы которого предусматривает определенную очеред-
ность удовлетворения одновременных запросов автономных
устройств и устройства управления на выборку информации и за-
просов автономных устройств на запись информации.
269
(из автономных устройств показаны только устройства обработки данных)
АУ — арифметическое устройство; ЛУ — логическое устройство; УС — устройство
сравнения; УПК — устройство преобразования кодов
Организация машины «Гамма-60» позволяет достичь сравни-
тельно высокого номинального быстродействия (до 100 тыс. оп/сек)
при сравнительно низкой скорости работы отдельных устройств
и без чрезмерных аппаратурных затрат (в машине используется
около 15 тыс. транзисторов, 200 тыс. германиевых диодов и 400
ламп). «Гамма-60» явилась одной из первых машин высокого клас-
са, достаточно хорошо приспособленных как для выполнения на-
учно-технических расчетов, так и для обработки экономической ин-
формации. Эффективности использования машины при обработ-
ке экономической информации способствовали такие ее особен-
ности:
а) возможность использования до четырех внешних ЗУ на маг-
нитных барабанах и до 48 магнитоленточных устройств;
б) возможность работы с полями переменной длины, которые
формируются из слов длиной 24 двоичных разряда;
в) возможность обработки как цифровой, так и буквенно-циф-
ровой информации, причем для представления цифровой информа-
ции, обрабатываемой в арифметическом устройстве, используется
двоично-десятичная система счисления [51].
Возможности машины при обработке экономической информа-
ции иллюстрируются следующим примером. Первый экземпляр
«Гамма-60» в 1960 г. был установлен в вычислительном центре
270
Национального объединения французских железных дорог и стал
использоваться для расчета заработной платы для 250 тыс. рабо-
чих и служащих. Ранее подобная работа выполнялась пятью ма-
шиносчетными станциями, в состав оборудования которых входи-
ли 40—50 перфорационных вычислительных комплектов и несколь-
ко ламповых ЦВМ типа «Гамма-ЗБ».
Наиболее крупным проектом в области универсальных ЦВМ
второго поколения, разработанным в Западной Европе, явился
проект «Атлас». Разработка проекта началась в 1956 г. под руко-
водством Т. Килбурна и осуществлялась совместно английской
фирмой «Ферранти» и Манчестерским университетом. Первый про-
мышленный образец «Атласа» был изготовлен фирмой «Ферранти»
и установлен в 1961 г. в Манчестерском университете.
В машине «Атлас» впервые была применена страничная орга-
низация машинной памяти, нашедшая в 60-х годах широкое при-
менение в универсальных ЦВМ. Объем массива данных, образую-
щих одну страницу, составлял 512 слов по 60 двоичных разрядов.
Для хранения постранично организованных массивов данных ис-
пользовались оперативное ЗУ, выполненное на ферритовых сер-
дечниках и состоящее из модулей емкостью по 4096 слов, ЗУ на
магнитных барабанах, емкость каждого из которых составляла
24 576 слов (48 страниц), и накопители на магнитных лентах.
С целью повышения быстродействия оперативного ЗУ использу-
ется парная организация модулей (четный модуль содержит все
регистры с четными адресами). Полный цикл одного модуля со-
ставляет 2 мксек. Всего к машине может быть подключено до 64
модулей оперативной памяти, до 16 магнитных барабанов и до 32
блоков магнитной ленты.
Другой важной особенностью машины является постоянное ЗУ
на ферритовых стержнях, максимальная емкость которого состав-
ляет 64 модуля по 8192 слова. Так же как и в других типах ЗУ, в
постоянпой памяти используется страничная организация данных.
Эффективность применения постоянной памяти во многом была
обусловлена высокой скоростью ее работы: время выборки одного
слова (при считывании массива) составляет 0,3 мксек.
Высокое номинальное быстродействие машины (700—900
тыс. on/сек) было достигнуто преимущественно за счет использо-
вания мультипрограммной работы (в машине могут одновременно
выполняться до четырех команд), применения высокочастотных
транзисторов (с предельной частотой усиления по току 70 Мгц) и
высокой скорости работы арифметического устройства, внутрен-
них ЗУ и внешних устройств. Так, средняя скорость выполнения
операции сложения с плавающей запятой двух 48-разрядных чи-
сел составляет 1,1 мксек, скорость обмена данными с памятью на
магнитных лентах — 90 тыс. знаков)сек, скорость работы печата-
ющего устройства — 1000 строк/мин. В первом экземпляре маши-
ны «Атлас», установленном в Манчестерском университете и со-
держащем ограниченный набор внутренних и внешних устройств
271
(четыре модуля оперативного ЗУ, четыре магнитных барабана, во-
семь лентопротяжных механизмов и т. д.), использовалось 50 тыс
транзисторов и 250 тыс. диодов [52].
В отличие от стран Западной Европы, где производство полу
проводниковых универсальных ЦВМ получило развитие лишь в
нескольких странах, в основном в Великобритании, Франции и
ФРГ, большинство стран, входящих в СЭВ, наладили собственное
серийное производство машин второго поколения/ Вслед за Совет-
ским Союзом, где первые безламповые машины («Сетунь», «Раз-
дан», «Раздан-2») были созданы в 1959—1961 гг., разработка и се-
рийное производство универсальных транзисторных ЦВМ были
начаты в Венгрии, Германской Демократической Республике, Ру-
мыни, Польше и Чехословакии.
В СССР в 60-х годах было разработано около 30 моделей полу-
проводниковых ЦВМ, большинство которых стало выпускаться
серийно. Первая серийная универсальная ЦВМ на транзисторах
«Раздан-2» (номинальное быстродействие 5000 on/сек) была изго-
товлена в 1961 г. [53]. В 1962 г. были выпущены первые экземп-
ляры малой ЦВМ «Проминь» (номинальное быстродействие
100 on]сек) [54]. В 1963 г. был начат выпуск машин серии «Минск»
с номинальным быстродействием 5000—7000 on!сек, («Минск-2
в 1963 г., «Минск-22» в 1964 г., «Минск-22М» и «Минск-23» в
1966 г.), среди которых наибольшее распространение получили
модели 22 и 22М. Наиболее мощная ЦВМ «Минск-32» с номи-
нальным быстродействием 65 000 on/сек была выпущена в
1968 г. [55].
Серия «Минск», в разработку которой значительный вклад
внесли Г. П. Лопато и В. В. Пржиялковский, в течение ряда лет
(до появления ЕС ЭВМ) играла ведущую роль в процессе внедре-
ния вычислительной техники в народное хозяйство СССР.
В 1964 г. был начат выпуск серии полупроводниковых машин
«Урал», в состав которой вошли три модели: «Урал-11», «Урал-14»
(1965 г.) и «Урал-16» (1967 г.). Отличительной особенностью ма-
шин данной серии (главный конструктор Б. И. Рамеев) является
единая архитектура всех моделей, унифицированный набор внеш-
них устройств и применение однотипных технологических, схемных
и конструкторских решений. Основные технические характеристи-
ки машин полупроводниковой серии «Урал», среди которых наи-
большее распространение получила модель «Урал-11», представле-
ны в табл. 11.
Широкое применение среди машин среднего класса нашла
также универсальная ЦВМ БЭСМ-4 (18 тыс. on!сек), выпущен-
ная в 1964 г. и явившаяся полупроводниковым вариантом лампо-
вой машины М-20.
К числу наиболее значительных достижений в области разра-
ботки отечественных универсальных ЦВМ в 60-х годах относится
создание мощной вычислительной системы БЭСМ-6 и малых ЦВМ
«Мир-1» и «Мир-2».
272
Машина «Урал-14»
Машина БЭСМ-6, сконструированная в 1966 г. в Институте
точной механики и вычислительной техники (Москва) под руковод-
ством С. А. Лебедева, до 1973 г. являлась наиболее производитель-
ной универсальной ЦВМ, разработанной в СССР, и входила в
число наиболее производительных систем в мире, имеющих одно-
процессорную организацию. По номинальному быстродействию
(1 млн. on/сек) БЭСМ-6 приблизительно на два порядка вели-
чины превосходит наиболее мощные отечественные ЦВМ первого
поколения (БЭСМ-2 и М-20).
Высокое быстродействие БЭСМ-6 достигнуто при сравнительно
умеренных аппаратурных затратах (в типовом варианте машины
используются 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. диодов) и обеспечи-
вается преимущественно за счет различных форм мультипрограм-
мной работы. В машине используется совмещение во времени ра-
боты внешних ЗУ и центрального устройства обработки данных,
перекрытие циклов работы модулей оперативных ЗУ, предвари-
тельная (опережающая) подготовка арифметических команд в уст-
ройстве управления и соответственно совмещение во времени вы-
борки из оперативного ЗУ с работой арифметического устрой-
ства.
В БЭСМ-6 применена страничная организация машинной па-
мяти (основной формат массива 1024 слова). Оперативное ЗУ со-
стоит из восьми модулей по 4096 слов длиной 50 двоичных разрядов
(включая два контрольных разряда). Обращение к модулям произ-
273
Таблица И
Характеристики полупроводниковых машин серии «Урал»
Основные данные «Урал-11» «Урал-14» «Урал-16»
Система счисления Двоичная, десятичная Двоичная, десятичная | । Двоичная
Форма представления чисел С фиксированной и плавающей запятой
Разрядность чисел:
с фиксированной запятой 12,24 и 48 | 1,2,3...,241 1,2,3. . . ,48
с плавающей запятой Мантисса—39, порядок—7
десятичный Система команд 3 и более | 1 и более Одноадресная —
Количество команд 150 230 300
Быстродействие, on/сек 50 000 ' 45000 100 000
Среднее время выполнения опера- ций, мксек: сложение"^ фиксированной за- пятой (длина числа 24
двоичных разряда) 20 22 10
сложение с плавающей запятой 40 40 10
Емкости ЗУ, тыс. слов (длиной 24 разряда):
оперативное ЗУ 8—16 16-65 131-524
постоянное ЗУ 8 и более 8 и более 16 и более
Т?У на магнитных барабанах 180-1440 180—1440 360-1440
ЗУ на магнитных дисках 5000—40000 5000—40000 5000—40000
ЗУ на магнитных лентах 1000—48000 1000—48000 8000—48000
Скорость обмена информацией меж- ду оперативным ЗУ и внешними ЗУ, тчлс. дв. ед./сек:
ЗУ на магнитном барабане До 1500 До 1500 До 1500
ЗУ на магнитных дисках 400—800 400-700 130-700
ЗУ на магнитной ленте 130-700 130—700 130—700
все одновременно работающие До 2800
устройства До 2200 До 2200
Скорость ввода информации*:
с перфокарт, кар1п/мин 700 700 700
с перфолент, строк/сек 1000 1000 1000
Скорость вывода информации *:
на печать, строк/мин 400 400 400
на перфокарты, карт/мин 110 НО НО
на перфоленту, строк/сек 80 80 80
Потребляемая мощность, кет 12 32 До 150
Занимаемая площадь, м2 30-40 80 и более 150 и более
подключения дополнительных
♦ Скорости ввода-вывода могут быть увеличены за счет
перфокар точных, нерфоленточных и печатающих устройств.
В. М. Глушков
водится последовательно с минимально возможным сдвигом во
времени (0,3 мксек), в результате чего среднее время обращения
составляет около 2 мксек. Связь с внешними ЗУ (на магнитных
барабанах и лентах) производится по шести параллельным кана-
лам без прерывания процесса вычислений. Управление связью с
устройствами ввода-вывода (38 каналов) осуществляется програм-
мой-диспетчером, которая при необходимости ввода новых данных
прерывает процесс вычислений на несколько десятков микросекунд
(через интервалы около 1 мсек). В состав устройств ввода-вывода
наряду с обычными ленточными, карточными и печатающими уст-
ройствами входят четыре телеграфных аппарата. Машина обору-
дована также четырьмя независимыми дистанционными пультами
управления.
Среди малых универсальных ЦВМ, выпущенных в Советском
Союзе, наибольший интерес представляют машины «Мир» (1966 г.)
и «Мир-2» (1969 г.), разработанные в Институте кибернетики
АН УССР под руководством В. М. Глушкова. Непосредственным
предшественником машин серии «Мир» явилась машина «Про-
минь» (1962 г.). Машины «Проминь», «Мир» и «Мир-2» характе-
ризует высокая эффективность при выполнении инженерных
275
расчетов, достигнутая за счет оригинальной разработки системы
микропрограммного управления и упрощения взаимодействия че-
ловека с машиной.
В машинах серии «Мир» впервые в мировой практике было при-
менено ступенчатое микропрограммирование, позволяющее исполь-
зовать небольшой объем памяти для записи сложных программ и
существенно повысить производительность машин.
Другой важной особенностью машин «Проминь», «Мир» и
«Мир-2» является подход к проблеме программирования. Так же
как и в ряде других малых универсальных ЦВМ, выпущенных за
рубежом, для автоматизации программирования используется не
трансляция, а интерпретация входного алгоритмического языка,
обеспечивающая более близкий контакт с машиной в процессе ре-
шения задачи. При этом впервые была достигнута высокая степень
объединения (совмещения) входного алгоритмического языка с
языком машины. Входной алгоритмический язык максимально
приближен к «разговорному» языку инженерных расчетов, что су-
щественно упрощает методику программирования [55].
Последняя модель («Мир-2») отличается от предшествующих
машин более развитым языком, более емкой памятью (12 тыс.
символов) и соответственно более высокими вычислительными воз-
можностями. Важной особенностью ЦВМ «Мир-2» является при-
менение устройства визуального отображения информации, в со-
ставе которого используются световое перо и экран на электронно-
лучевой трубке. Световое перо впервые используется для визуаль-
ного контроля преобразований с помощью математических формул,
изображенных на экране ЦВМ. По оценке В. М. Глушкова [56],
применение данного устройства особенно эффективно при взаимо-
действии с машиной в режиме диалога и позволяет на 20—30% по-
высить ее производительность.
Существенное развитие в СССР получила также разработка
универсальных ЦВМ, ориентированных на применение в систе-
мах управления непрерывными процессами. Важным моментом
в развитии отечественных управляющих ЦВМ явилось создание
первой полупроводниковой машины многоцелевого назначения
«Днепр», разработанной в 1962 г. в Институте кибернетики
АН СССР. Универсальная ЦВМ «Днепр» относится к машинам
среднего класса (номинальное быстродействие 10000 on/сек) и
может быть использована как для выполнения научно-техниче-
ских расчетов и обработки экономической информации, так и для
управления в реальном масштабе времени [57]. В аналогичных
целях может использоваться получившая распространение маши-
на «Днепр-2» (50 000 on/сек), выпущенная в 1967 г. и состоя-
щая из центрального устройства обработки данных («Днепр-21»),
управляющего комплекса («Днепр-22») и комплекса периферий-
ных устройств. Управляющий комплекс предназначен для приема
информации от управляемого объекта, выдачи управляющих воз-
действий на объект, а также первичной обработки информации.
276
Машина «Мир»
При компоновке системы из устройства «Днепр-21» и комплекса
периферийных устройств ЦВМ «Днепр-2» может использоваться
для научно-технических расчетов и обработки информации [55].
Наряду с машинами среднего класса (серия «Днепр»,
ВНИИЭМ-1, ВНИИЭМ-3 и др.) в СССР было разработано также
несколько моделей малых управляющих ЦВМ, в числе которых осо-
бо следует отметить машину УМ-1-НХ (номинальное быстродей-
ствие 1000 оп!сек). Отличительными особенностями машины
(главный конструктор Ф. Г. Старое) являются компактность (га-
бариты машины без блока питания 83,2X53X33,5 см), малая
потребляемая мощность (150 вт) и высокие эксплуатационные ха-
рактеристики [35].
Исследование этих и других моделей отечественных управля-
ющих ЦВМ позволяет отметить важную тенденцию, наметившу-
юся в середине 60-х годов,— переход от выпуска единичных се-
рийных моделей к выпуску комплексов средств вычислительной
техники для управления производством. Первой попыткой созда-
ния комплекса универсальных ЦВМ для целей управления яви-
лась начатая в 1963 г. в Институте управляющих вычислительных
машин (г. Северодонецк) работа по проектированию машин для
иерархической системы СОУ-1 (система оперативного управления
производством) [58]. Для систем СОУ-1 были разработаны и стали
серийно выпускаться три машины: МППИ-1 (1963) г.), предназ-
наченная для первичной обработки информации, машина УМ-1
(1965 г.), ориентированная на управление в реальном масштабе
времени, и КВМ-1 (координирующая вычислительная машина),
являющаяся верхней ступенью иерархической системы управле-
277
ния и отличающаяся высокой производительностью (100 тыс.
оп!сек). В состав машины входит комплекс устройств связи с
объектом (КВУ-3), обеспечивающий обмен информацией по
4096 каналам ввода-вывода. Отличительными особенностями
центрального устройства обработки данных (комплекс ВК-3) явля-
ются емкая оперативная память (127 тыс. слов по 50 двоичных
разрядов), развитая система команд (256 операций) и применение
мультипрограммирования [ 55 ].
Важным моментом развития отечественных управляющих
ЦВМ является разработка комплекса AGBT (агрегатная система
вычислительной техники), начатая в 1966 г. Северодонецким
институтом управляющих вычислительных машин совместно с
другими институтами СССР [58]. В разработке комплекса АСВТ
получили развитие тенденции, характерные для современных
ЦВМ третьего поколения, а именно, создание серии машин с еди-
ной архитектурой, совместимым набором периферийного оборудо-
вания, едиными схемами, технологическими и конструкторскими
решениями. В 1969 г. был начат серийный выпуск первой модели,
входящей в данный комплекс (М-1000), с номинальным быстро-
действием 20 тыс. оп/сек [55].
Рассмотренные выше модели отечественных универсальных
ЦВМ второго поколения сыграли важную роль в развитии вычис-
лительной техники не только в СССР, но и в других странах СЭВ,
в которые систематически поставлялись советское вычислитель-
ное оборудование (модели серий «Минск», «Урал» и др.) и доку-
ментация. Параллельно развивалось национальное производство
полупроводниковых ЦВМ в странах СЭВ, прежде всего в Поль-
ше, которая во второй половине 60-х годов экспортировала 60%
продукции универсальных ЦВМ в СССР, Чехословакию и
Венгрию.
Разработанные в Польше серийные модели универсальных
ЦВМ выпускаются электронными заводами ЭЛВРО (Вроцлав),
созданными в 1959 г. Первая польская серийная универсальная
ЦВМ УМЦ-1 на электронных лампах была выпущена заводами
ЭЛВ)РО в 1962 г. В последующие годы был изготовлен ряд се-
рийных полупроводниковых ЦВМ марки ОДРА, в том числе мо-
дели 1003 и 1013 с небольшими оперативными ЗУ (ОЗУ) на
ферритовых сердечниках (256 слов по 39 двоичных разрядов) и
основным ЗУ на магнитном барабане, а также модель 1103, пред-
назначенная для совместной работы с перфорационным вычисли-
тельным комплектом типа САМ.
Наиболее производительной моделью, серийно выпускаемой
на заводах ЭЛВРО, является машина ОДРА-1204, ориентирован-
ная на выполнение научно-технических расчетов. В машине ис-
пользуется ОЗУ емкостью 16 тыс. слов по 24 разряда, время об-
ращения к которому составляет 6 мксек. При работе с
фиксированной запятой машина выполняет операцию сложения
за 16 мксек и операцию умножения за 80 мксек. Те же харак-
278
Машина «Роботрон-300»
теристики внутренних устройств имеет модель 1304, серийное
производство которой было начато в 1969 г. Отличительными осо-
бенностями машины являются возможность работы в режиме
мультипрограммирования, наличие развитой операционной систе-
мы и ориентация на обработку экономической информации [59].
Во второй половине 60-х годов серийное производство уни-
версальных ЦВМ было налажено в Чехословакии (модели
МСП-2, ЗПА-600, ТЕСЛА-200 и др.) и Германской Демократи-
ческой Республике (малые ЦВМ «Целлатрон 8106» и «Целлатрои
8205» и ЦВМ среднего класса «Роботрон-300»). Наибольший
интерес среди данных моделей представляет «Роботрон-300», раз-
работанный Институтом электронных вычислительных машин в
Карл-Маркс-Штадте. Серийный выпуск машины был начат в ав-
густе 1967 г., причем в течение двух лет (к октябрю 1969 г.)
было изготовлено 100 экземпляров данной модели. «Роботрон-
300» хорошо приспособлен для применения в информационных
системах и системах управления непрерывными технологически-
ми процессами. Машина оперирует словами переменной длины,
формируемыми из алфавитно-цифровых знаков длиной восемь
двоичных разрядов, может выполнять одновременно две програм-
мы и содержит развитый набор периферийных устройств (в том
числе устройство ДФЕ-550 для передачи цифровой информации
по телефонной сети), подключаемых к центральному блоку через
три канала ввода-вывода данных. Система ЗУ включает оператив-
ную память на ферритовых сердечниках (емкость от 10 до 40 тыс.
279
знаков, время выборки 10 мксек) и ЗУ на магнитных лентах.
К машине может быть подключено также дополнительное ЗУ на
ферритовых сердечниках и до четырех ЗУ на магнитных бараба-
нах. Несмотря на низкую тактовую частоту (100 кгц), номиналь-
ное быстродействие машины составляет 5000 оп/сек [60].
В 60-х годах несколько типов универсальных ЦВМ было разра-
ботано также в Венгрии и Румынии. Особо следует отметить ма-
лую универсальную ЦВМ 810-СИ 10010, разработанную в 1968 г.
венгерским заводом ЭМГ. Машина выполнена на интегральных
схемах и выпускается в двух основных модификациях с оператив-
ными ЗУ емкостью 1024 и 4096 16-разрядных слов [61]. В Венг-
рии налажено также серийное производство различных типов пе-
риферийной аппаратуры.
Некоторые специфические особенности развития универсаль-
ных ЦВМ второго поколения в странах СЭВ) обусловлены характе-
ром их применения.
В СССР и других социалистических странах, особенно в первой
половине 60-х годов, преобладало локальное (вне рамок некото-
рых, например информационных или управляющих, систем) ис-
пользование ЦВМ. В результате такие тенденции, как системати-
ческое повышение роли периферийного оборудования и математи-
ческого обеспечения при разработке ЦВМ, не получили сущест-
венного развития в первой половине 60-х годов. Во второй половине
60-х годов применение ЦВМ в автоматизированных системах
управления (АСУ), а также в системах управления непрерывны-
ми технологическими процессами значительно расширяется. Так,
в СССР в 1966—1970 гг. было введено в действие 370 АСУ и 174
системы управления технологическими процессами в реальном
масштабе времени [62]. Существенное развитие в конце 60-х го-
дов получила также тенденция к повышению роли математичес-
кого обеспечения при разработке ЦВМ.
Значительное внимание во второй половине 60-х годов стало
уделяться разработкам в области микроэлектроники, в том числе
интегральных логических схем и устройств памяти на тонких маг-
нитных пленках. Исследования в области интегральной техноло-
гии явились необходимым этапом на пути организации серийного
производства микроэлектронных элементов и выпуска в 70-х годах
универсальных ЦВМ на интегральных схемах.
Завершая рассмотрение производства машин второго поколе-
ния в странах СЭВ, следует отметить высокий уровень потен-
циальных возможностей для более интенсивного серийного выпус-
ка и применения ЦВМ. Эти возможности обеспечиваются такими
факторами, как высокие темпы развития народного хозяйства,
курс на комплексную механизацию и автоматизацию производст-
ва, техническое сотрудничество в рамках СЭВ, отсутствие социаль-
ных конфликтов, связанных с автоматизацией производства, го-
сударственное планирование производства и внедрения средств
вычислительной техники.
280
6. Взаимосвязь тенденции развития
Рассмотренные выше некоторые особенности и тенденции
развития универсальных ЦВМ на дискретных полупроводниковых
и магнитных элементах касаются различных аспектов их эволю-
ции (рост производства и областей применения, структура ма-
шин, развитие средств программирования и т. д.). Представляет-
ся целесообразным попытаться найти взаимосвязь различных
особенностей и тенденций и, таким образом, наметить обобщен-
ную схему развития.
Некоторые из рассмотренных выше тенденций являются об-
щими как для данного периода, так и для предшествовавших пе-
риодов развития универсальных ЦВМ. Сюда относятся такие
направления развития, как повышение производительности ЦВМ,
снижение себестоимости (в пересчете на производительность),
повышение надежности, увеличение плотности компоновки
и т. д.
Все эти тенденции могут быть объединены понятием «совер-
шенствование характеристик» и связаны прежде всего с эво-
люцией физико-технологических особенностей вычислительной ап-
паратуры. Как было отмечено во Введении, важнейшая тенденция
развития универсальных ЦВМ — повышение их производитель-
ности — во многом определяется совершенствованием технологии
изготовления схемных элементов, на базе характеристик которых
разрабатываются новые схемотехнические и структурные решения.
Выше было показано также влияние применения транзисторов на
такие характеристики машин, как надежность, плотность компо-
новки схем, потребляемая мощность и т. д.
Наряду с данными тенденциями в период машин второго по-
коления выявились некоторые новые направления эволюции
универсальных ЦВМ, не наблюдавшиеся или не получившие су-
щественного развития в предшествующие периоды. Сюда относят-
ся такие явления:
1) интенсивное развитие проблемно-ориентированных алго-
ритмических языков;
2) систематическое повышение затрат на математическое обес-
печение в общей совокупности затрат на разработку универсаль-
ных ЦВ)М;
3) развитие системного подхода к проектированию ЦВМ;
4) систематическое повышение доли затрат на периферийное
оборудование в суммарной стоимости производства вычислитель-
ной аппаратуры;
5) развитие модульного принципа конструирования;
6) интенсивное использование универсальных ЦВМ для обра-
ботки экономической информации, а также развитие такой сферы
применения, как управление в реальном масштабе времени;
7) развитие мультипрограммирования;
8) развитие систем контроля и диагностики ЦВМ и т. д.
281
Рассматривая взаимосвязь данных тенденций, необходимо
отметить их зависимость от процесса расширения областей при-
менения ЦВМ, т. е. от расширения круга решаемых задач и по-
вышения их сложности. В разд. 4 гл. 6 отмечались три основные
сферы использования универсальных ЦВМ второго поколения:
научно-технические расчеты, обработка экономической информа-
ции и управление в реальном масштабе времени. Масштабы при-
менения универсальных ЦВМ в данных областях оказали сущест-
венное влияние на развитие перечисленных выше тенденций в
каждой из промышленно развитых стран. Например, ориентация
на преимущественное применение ЦВМ для решения научно-
технических задач, характерная для СССР, явилась причиной то-
го, что такие тенденции, как повышение роли периферийного
оборудования и математического обеспечения при разработке
универсальных ЦВМ, не получили такого развития, как, напри-
мер, в США.
Одной из наиболее существенных черт использования универ-
сальных ЦВМ в США, а также в ряде западноевропейских стран
является широкое распространение информационных систем, обра-
батывающих экономическую информацию. Специфика обработки
экономической информации заключается, в частности, в больших
объемах вводимых-выводимых данных. Соответственно повышают-
ся требования к пропускной способности устройств ввода-вывода,
их ассортименту, емкости внутренних ЗУ, аппаратуре, осуществ-
ляющей связь процессора с внешними устройствами, и т. д. В ре-
зультате растет доля расходов на /периферийную аппаратуру в сум-
марной себестоимости ЦВМ.
Разработка большого количества алгоритмических языков в
60-х годах явилась следствием расширения областей применения
ЦВМ и трудностями программирования на языке машинных ко-
манд. Значительная часть разработанных языков ориентирована
на запись алгоритмов решения экономических и информационно-
логических задач.
Развитие проблемно-ориентированных алгоритмических язы-
ков явилось одной из причин повышения роли математического
обеспечения при разработке универсальных ЦВМ. Важное значе-
ние имело также стремление фирм заинтересовать потенциальных
потребителей в использовании универсальных ЦВМ. В частности,
с этой целью была налажена разработка стандартных программ
для решения различных типов задач, которыми стали оснащать-
ся выпускаемые ЦВМ. Наконец, на развитие операционных сис-
тем существенно повлияло усложнение структуры ЦВМ, в част-
ности применение методов мультипрограммирования. Повышение
роли средств математического обеспечения привело к развитию
системного подхода к разработке ЦВМ, а стремление удовлетво-
рить запросы максимально широкого круга потребителей явилось
одной из важнейших причин развития модульного принципа кон-
струирования, позволяющего в определенных рамках варьиро-
282
вать состав оборудования в зависимости от предъявляемых тре-
бований.
Исходный момент развития мультипрограммирования — сов-
мещение во времени работы устройств ввода-вывода и централь-
ного процессора. Это имело особое значение в условиях большого
объема вводимой-выводимой информации и интенсивного обмена
между оперативными ЗУ и внешней памятью. Развитие мульти-
программирования позволило повысить интенсивность исполь-
зования оборудования и таким образом снизить стоимость ре-
шения задач, что способствовало расширению круга потребите-
лей.
Развитие систем контроля и диагностики явилось следствием
усложнения структуры машин, в частности за счет применения
методов мультипрограммной работы, а также результатом расши-
рения состава оборудования и увеличения объема передачи ин-
формации внутри системы.
Таким образом, развитие ряда тенденций, характерных для
машин второго поколения, может быть связано с расширением
сферы их применения, прежде всего сферы обработки экономико-
статистической информации. При этом в ряде стран, прежде все-
го в США, существенную роль сыграли как техническая полити-
ка фирм-производителей универсальных ЦВМ, так и развитие
вычислительной сферы обслуживания, в том числе широкое рас-
пространение фирм-консультантов, способствовавших интенсив-
ному внедрению информационных систем в различные области
экономики. Наряду с информационными системами некоторое раз-
витие в СССР, США и других странах получили системы управ-
ления в реальном масштабе времени. Как было показано ранее,
управление в реальном масштабе времени предъявляет ряд спе-
цифических требований к структуре и параметрам ЦВМ. Очевид-
но, что масштабы и специфика применения систем управления
могут оказать определенное влияние на особенности дальнейшей
эволюпии универсальных ЦВМ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Computer Characteristics Quarterly, March 1963.
2. Проектирование сверхбыстродействующих систем. Комплекс «Стретч».
М., «Мир», 1965.
3. К. Е. Knight. Datamation, 1966, 12, N 9, 40—54.
4. J. Bardin, W. H. Brattain. Phys. Rev., ser. 2, 1949, 75, N 4, 1208—1225.
5. А. Ю. Клейман. Транзистору 20 лет. M., «Знание», 1968.
6. Ю. В. Виноградов. Основы электронной и полупроводниковой техники.
М., «Энергия», 1968.
7. W. L. Shockley. Bell Syst. Techn. J., 1949, 28, N 3, 435-485.
8. W. Shockly, M. Sparks, G. K. Teal. Phys. Rev., 1951, ser. 2, 83, N 1, 151—162.
9. R. N. Hall, W. C. Dunlap. Phys. Rev., 1950, 80, N 3, 467-468.
10. J. S. Saby. Proc. IRE, 1952, 40, N 11, 1358-1360.
11. W. E. Bradley. Proc. IRE, 1953, 41, N 12, 1702—1706.
12. J. N. Tiley, R. A. Dilliams. Proc. IRE, 1953, 41, N 12, 1706—1708.
283
13. R. L. Petritz. Proc. IRE, 1962, 50, N 5, pt 2, 1025—1038.
14. H. Kromer, Naturwissenschaften, 1953. 40, N 22, 518—579.
15. Ch. Lee. Bell Syst. Techn. J., 1956, 35, N 1, 23—24.
16. M. Tanenbaum, D. E. Thomas. Bell Syst. Techn. J., 1956, 35, N 1, 1—22.
17. C. J. Frosh, L. Derick. J. Electrochem. Soc., 1957, 104, N 9, 547—552.
18. B. L. Ryle. Communs ACM, 1961, 4, N 2, 99—101.
19. S. Gill. Computer J., 1958, 1, N 1, 2—10.
20. Ю. С. Голубев-Новожилов. Многомашинные комплексы вычислительных
средств. М., «Советское радио», 1967.
21. R. R. Everett, С. A. Zraket, Н. D. Bennington. Proc. 1957 Eastern Joint Com-
. puter Conf. N. Y., IRE, 1958, p. 148-155.
22. F. S. Beckman, F. D. Brooks, W. I. Lowbless. Proc. IRE, 1961, 49, N 1, 53—
66.
23. D. F. Parkhill. The challenge of the computer utility, Reding — Palo Alto —
London, Addison — Wesley, 1966.
24. Communs ACM, 1958, 1, N 12, 8—22.
25. Ж. вычислит, матем. и матем. физики, 1961, 1, № 2, 308—342.
26. Алгоритмический язык АЛГОЛ-60. Пересмотренное сообщение. М.,
«Мир», 1965.
27. В. Higman. A comparative study of programming languages. London, Mac-
donald, 1967.
28. J. E. Sammet. Computers and Automat., 1967, 16, N 3, 32—34, 38.
29. M. H. Ефимова. Алгоритмические языки. M., «Советское радио», 1967.
30. W. Н. Burkhardt. Datamation, 1966, 12, N И, 31—34, 37, 39.
31. A. Opler. Proc. IEEE, 1966, 54, N 12, 1757—1763.
32. Экономическое положение капиталистических и развивающихся стран..
М., изд. «Правда», 1969.
33. Computers and Automat., 1967, 16, N 6, 77.
34. M. H. Гончаренко. Кибернетика в военном деле. М., изд. ДОСААФ, 1963.
35. А, А. Белостоцкий, Ю. С. Вальденберг, Л. И. Меркурьев. Применение вы-
числительных машин для автоматизации производственных процессов.
М., «Энергия», 1964.
36. В. И. Грубов, А. Г. Ивахненко, Б. 10. Мандровский-Соколов. Промышлен-
ная кибернетика. Киев, «Наукова думка», 1966.
37. Ю. А. Савинов. Бюлл. иностр, коммерческой информации, 1967, № 97, 6.
38. Electronics, 1966, 39, N 1, 111—116; 1967, 40, N 1, 123—128.
39. Народное хозяйство СССР в 1968 г. Статистический ежегодник. М., «Ста-
тистика», 1969.
40. Electronics, 1970, 43, N 1, 111—142.
41. Computers and Automat., 1966, 15, N 2, 56—57.
42. Ю. А. Савинов. Бюлл. иностр, коммерческой информации, 1967, Приложе-
ние № 13, стр. 81—117.
43. М. Syoti. Computers and electronic systems. Electronics in Japan today,
Tokyo, 1967, p. 161—178.
44. Ю. И. Инъков. Электронная вычислительная техника и капиталистическая
экономика. М., «Мысль», 1968.
45. В. И. Фролкин. Управленческая техника капиталистических стран. «Меж-
дународные отношения», 1968.
46. Computers and Automat., 1969, 18, N 7, 190—194.
47. Computer Yearbook and Directory. Detroit, Amer. Data Process, 1966, p. 450—
457.
48. А. П. Ершов. Вычислительное дело в США. Отчет. Новосибирск, Ин-т ма-
тематики СО АН СССР, 1966.
49. J. Kessler. Computers and Automat., 1961, 10, N 10, 18—88.
50. J. P. Eckert. Proc. 1957. Eastern Joint Computer Conf. N. Y., IRE, 1958,
p. 16-20.
51. Курс программирования для ГАММА-60. М., ИЛ, 1962.
52. Предварительное описание вычислительной машины «Атлас» фирмы
«Ферранти» и Манчестерского университета, ч. 1, 2. Изд. ИТМ и ВТ АН
СССР, 1962.
284
53. Н. А. Криницкий, Г. А. Миронов, Г. Д. Фролов. Программирование. Изд.
2. М., «Наука», 1966.
54. Международная выставка «Средства механизации инженерно-техниче-
ских и административно-управленческих работ». Советские экспонаты.
Каталог, Внешторгиздат, 1966.
55. Международная выставка «Современные средства автоматизации произ-
водственных процессов». Советские экспонаты, Внешторгиздат, 1969.
56. Электронный инженер. «Правда», 8 ноября 1969 г.
57. Е. Л. Ющенко и др. Управляющая машина широкого назначения Днипро
и программирующая программа к ней. Киев, «Паукова думка», 1964.
58. А. А. Новохатний. Приборы и средства автоматизации, 1967, вып. 9, 28—
33.
59. Т. Камбурелис. Обзор польской техники, 1968, № 2, 34—36.
60. G. Schubert u. a. Elektron. Datenverarb., 1968, 10, N 1, 38—48.
61. А. Клиштмани. Вычислительная машина ЭМГ 810-СИ 10010, построенная
на интегральных схемах.— Доклады в Моск, доме науч.-техн. пропаган-
ды им. Ф. Э. Дзержинского, 10—12 сентября 1968, М., 1968.
62. Автоматизированные системы управления. М., «Экономика», 1968.
Глава VII
ЦВМ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ
И ПОДСИСТЕМАХ
1. Применение интегральной технологии
В настоящее время период ЦВМ на интегральных схемах про-
должается. Поэтому приводимая ниже характеристика этого пе-
риода не может быть исчерпывающей и охватить все аспекты его
развития. Тем не менее рассмотрение основных направлений раз-
вития универсальных электронных ЦВМ во второй половине 60-х
и начале 70-х годов позволяет наметить некоторые перспективы
на ближайшие годы.
Технологической основой современных универсальных ЦВМ
является технология изготовления интегральных схем (интеграль-
ная технология). Возникновение интегральной технологии — ло-
гическое следствие тенденции к созданию миниатюрных компо-
нентов, схем и приборов. Огромное влияние на развитие миниа-
тюризации электронной аппаратуры оказали потребности воен-
ной авиации и, особенно, космической техники. В большинстве
случаев первые микроминиатюрные электронные устройства, в
том числе первые микроминиатюрные электронные ЦВМ, разра-
батывались с целью применения в авиации и космической тех-
нике, т. е. в тех условиях, когда габариты, вес и потребляемая
мощность аппаратуры строго ограниченны. Однако было бы не-
верным объяснять тенденцию к миниатюризации электронных
ЦВМ только потребностями аэрокосмической техники. В основе
этой тенденции лежат более глубокие причины, а именно, конеч-
ная зависимость вычислительных возможностей машин от физи-
ко-технологических особенностей их элементов. Роль физико-тех-
нологического фактора рассматривалась во Введении. Здесь
представляется целесообразным рассмотреть этот вопрос
применительно к влиянию интегральной технологии на вычисли-
тельные возможности ЦВМ.
1. Одной из важнейших причин применения интегральной
технологии является то, что она обеспечивает более высокий уро-
вень надежности по сравнению с технологией дискретных полу-
проводниковых элементов. Уровень надежности в конечном счете
определяет количество элементов в современных электронных
ЦВМ, а количество элементов, в свою очередь, их вычислитель-
ные возможности. «Именно надежность является тем фактором,
который обеспечивает, с одной стороны, создание все более слож-
ных ЦВМ, обладающих большим быстродействием и объемом
286
памяти, а с другой стороны, возможность применения ЦВМ в
сложных и ответственных управляющих системах, работающих
в масштабе реального времени, в том числе и в аэрокосмических
системах» [1, стр. 6].
Принципиально более высокая надежность устройств на ин-
тегральных схемах по сравнению с устройствами на дискретных
компонентах обусловлена уменьшением количества паяных, свар-
ных и разъемных межсхемных соединений. Стремление к повы-
шению надежности за счет уменьшения числа соединений яви-
лось одной из причин перехода к интегральной технологии и
перехода от преимущественного применения гибридных интег-
ральных схем к монолитным полупроводниковым интегральным
схемам.
Интенсивность отказов современных серийных полупроводни-
ковых интегральных схем близка к интенсивности отказов диск-
ретных транзисторов (0,1% за 1000 час работы) [2] и приблизи-
тельно на порядок величины ниже интенсивности отказов
эквивалентных схем на дискретных компонентах [3]. Из этого
следует, что при одинаковом уровне надежности электронное
устройство па интегральных схемах может выполнять более слож-
ные функции по сравнению с устройством на дискретных тран-
зисторах.
2. Другим важным следствием применения интегральной тех-
нологии является повышение быстродействия ЦВМ за счет уве-
личения плотности упаковки электронных схем и соответственно
уменьшения времени задержки при передаче сигналов по провод-
никам.
3. В целом повышение возможностей ЦВМ как средств обра-
ботки информации тесно связано с расширением области их при-
менения. Здесь важную роль играют такие показатели, как
себестоимость ЦВМ при серийном изготовлении, стоимость
эксплуатации и физические размеры системы. Роль интегральной
технологии заключается здесь в резком уменьшении себестоимо-
сти технологического процесса и в существенном уменьшении
весов, габаритов и потребляемой мощности. Как видно из рисун-
ка, применение интегральной технологии позволяет приблизитель-
но на три порядка величины повысить плотность монтажа
электронных схем (в пересчете на эквивалентное количество
дискретных элементов) по сравнению с плотностью монтажа, ти-
пичной для транзисторных схем.
Как отмечалось выше, переход к интегральной технологии
явился логическим следствием предшествовавших работ в обла-
сти миниатюризации ЦВМ. Необходимо отметить, что, несмотря
на большое количество работ, освещающих различные вопросы
терминологии и классификации в области микроминиатюриза-
ции (см., например, [4—7]), до сих пор не сложилась единая
точка зрения на данные вопросы. В этой связи представляется
целесообразным дать некоторые пояснения классификационно-
287
ю8
IB7
\ и6
V"
£
| ю4
I
ё ’°z
|> ю
1
ю~’
Теоре_тически_й__предел_ для__
полупроводниковых —/риЗоров~
----------------Головной мозг
3 Полупроводниковые
интегральнь/е
схемы
□ Тонное магнитные пленки
пленочные микросхеме/ с навесными
активными элементами
Микромодули
Транзисторные
схемы
Субминиатюрные
лампы
Плотность монтажа электронных схем для различных методов
миниатюризации
терминологического характера применительно к задачам настоя-
щего исследования.
Общая классификация методов миниатюризации электронных
ЦВМ представлена на схеме. Два основных направления миниа-
тюризации связаны с миниатюризацией дискретных элементов и
технологией интегральных схем. При этом под интегральной схе-
мой понимается «микроминиатюрный функциональный узел
электронной аппаратуры, в котором элементы и соединительные
проводники, входящие в схему узла, изготавливаются в едином
технологическом цикле на поверхности (или в объеме) материала
основания (подложки) и имеют общую герметизацию и защиту
от механических воздействий» [6, стр. 364]. В основе технологии
современных интегральных схем лежат два метода: пленочная
технология и технология формирования электронных компонентов
в объеме (и на поверхности) полупроводниковой подложки, т. е.
технология изготовления транзисторов, используемая для созда-
ния функциональных схем. Ввиду того что пленочные активные
элементы еще не вышли из стадии экспериментальной разработ-
ки, пленочный метод используется на практике преимущественно
в сочетании с другими методами миниатюризации. Пленочная
технология получила в вычислительной технике широкое приме-
нение для создания оперативных запоминающих устройств (тон-
кие магнитные пленки) и для изготовления пассивных элементов
288
О И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
микросхем. Наряду с этим ведутся работы в области пленочных
активных элементов и криогенных пленочных устройств.
Пунктирной линией на схеме показаны два, получивших наи-
более широкое применение в вычислительной технике, типа
интегральных схем: гибридные и полупроводниковые. Как видно
из схемы, для создания гибридных интегральных схем исполь-
зуются методы, характерные как для интегральной технологии,
так и для технологии дискретных электронных элементов. Исклю-
чительно методами интегральной технологии выполняются полу-
проводниковые интегральные схемы, отличительной особенностью
которых является наличие активной подложки, представляющей
собой пластину полупроводникового материала (обычно крем-
ния), отдельные области которой выполняют функции диодов и
транзисторов. Пассивные компоненты таких схем могут быть
выполнены методами пленочной технологии (совмещенные схе-
мы) и методами полупроводниковой технологии (твердые
схемы).
Отличительной особенностью предлагаемой классификации,
при разработке которой были использованы терминологические
определения, содержащиеся в работе [6], является ограничение
понятия «гибридная интегральная схема» только комбинацией
методов интегральной технологии и технологии миниатюризации
дискретных элементов. В ряде зарубежных классификаций [4, 7]
гибридная интегральная схема рассматривается (с технологиче-
ской точки зрения) как любое сочетание современных методов
микроминиатюризации, что, на наш взгляд, представляет опреде-
ленные трудности с классификационной точки зрения и не отра-
жает специфики исторического развития микроминиатюризации.
ЦВМ ЦВМ ЦВМ
Развитие миниатюризации происходило в каждом из периодов
эволюции электронных ЦВМ (см. схему). При этом в первую
очередь объектом миниатюризации являлись ЦВМ, ориентирован-
ные на применение в бортовых системах управления самолетов,
ракет, спутников и космических кораблей. При разработке ЦВМ
аэрокосмического назначения использовались новейшие техноло-
гические достижения, большинство которых через несколько лет
находило широкое применение в универсальных ЦВМ граждан-
290
ского назначения. Основным фактором здесь являлась экономи-
ческая целесообразность, определяемая параметрами и себестои-
мостью новых элементов при их серийном изготовлении.
Примером развития методов миниатюризации аэрокосмических
вычислительных машин могут служить бортовые ЦВМ межкон-
тинентальной баллистической ракеты «Атлас», которые разраба-
тывались в США в 1954—1965 гг.
Таблица 12
Эволюция характеристик бортовых ЦВМ для межконтинентальной
баллистической ракеты «Атлас»
Годы Активные элементы Относительные единицы
вес объем I потребляемая 1 мощность
1954 Миниатюрные электрон- ные лампы 100 100 100
1957 Транзисторы и полупро- водниковые диоды, пе- чатный монтаж 29 20 14
1959 Субминиатюрные полу- проводниковые приборы и радиодетали 10 3,2 0,7
1962 Микромодули 2 0,8 0,8
1965 Интегральные схемы 1 0,3 0,3
Как видно из табл. 12, в 1954—1965 гг. было достигнуто отно-
сительное уменьшение веса ЦВМ в 100 раз, а объема и потребляе-
мой мощности — в 330 раз.
Из различных методов миниатюризации наибольшее влияние
на развитие универсальных ЦВМ оказало применение интеграль-
ных схем, особенно монолитных полупроводниковых схем, с по-
вышением степени интеграции которых связаны ближайшие
перспективы развития вычислительной техники. Впервые идея
создания монолитной полупроводниковой интегральной схемы
была предложена в 1952 г. английским ученым Даммером, сот-
рудником Института радиолокации в Малверне, в работе [8],
представленной на симпозиум по электронным компонентам (Ва-
шингтон, 6 мая 1952 г.). «В настоящее время,— писал Даммер,—
с появлением транзисторов и вообще работ в области полупро-
водников представляется возможным разработать электронное
устройство в виде монолитного блока без соединительных монтаж-
ных проводов. Блок может состоять из слоев изолирующего, про-
водящего, выпрямляющего и усиливающего материалов; удаление
некоторых областей в различных слоях обеспечивает выполнение
электрических функций устройства» [8, стр. 19].
Технологической основой разработки полупроводниковых ин-
тегральных схем явилась планарная диффузионная технология
291
Ю*
Миниатюризация электронных схем
а — схема на лампах; б — схема на транзисторах; в — интегральная схема
изготовления кремниевых транзисторов (см. разд. 1 гл. 6). В США
и Великобритании первые кремниевые интегральные схемы были
разработаны в 1957—1958 гг. В 1957 г. английская фирма
«Плесси», проводившая исследования по контракту с Институтом
радиолокации в Малверне, разработала триггерную схему, вы-
полненную на кремниевом кристалле размером 6,3X6,3X3,15 мм.
Результаты исследований были доложены Даммером на Между-
народном симпозиуме по электронным компонентам в октябре
1957 г. [9]. В США первая полупроводниковая интегральная схе-
ма была разработана Дж. Килби (фирма «Тексас Инструменте»)
летом 1958 г. [2]. Серийный выпуск полупроводниковых интег-
ральных схем был налажен в США в 1961 г. (серия «Микролод-
жик» фирмы «Фэрчайлд» и серия 51 фирмы «Тексас Инстру-
менте»).
Первая экспериментальная ЦВМ на интегральных схемах бы-
ла создана фирмой «Тексас Инструменте» по контракту с В|ВС
США. Разработка машины длилась девять месяцев п была завер-
292
шена в 1961 г. Основные характеристики машины приведены
ниже:
Принцип работы Последовательный син- хронный
Количество команд 15
Адресность Одноадресная
Тактовая частота, кгц 100
Форма представления чисел С фиксированной запятой
Емкость ЗУ, количество чисел 30
Длина числа, дв. разр. 10 + 1 знаковый разряд
Количество интегральных схем 587
Потребляемая мощность, вт 16
Вес, г 285
Объем, смА 100
В 1962 г. в США были разработаны первые серийные борто-
вые ЦВМ на полупроводниковых интегральных схемах («Пико»
фирмы «Ханиуэлл», «Маджик» фирмы «Дженерал Моторе», Л-90
фирмы «Лайбраскоп», «Микротроник» фирмы «Сперри Рэнд»
и др.). Особое внимание при проектировании данных машин было
обращено на миниатюризацию оперативных ЗУ, где были исполь-
зованы преимущественно новые магнитные элементы, разработка
которых была начата во второй половине 50-х годов. Так, ЗУ ма-
шины «Пико» было выполнено на биаксах, ЗУ машины «Мад-
жик» — на трасфлюксорах, ЗУ машины «Микротроник» — на
плоских магнитных пленках. В машине Л-90 были применены
стеклянные ультразвуковые линии задержки [ 1 ].
В числе первых серийных бортовых ЦВМ на интегральных
схемах было разработано несколько моделей со сравнительно вы-
сокими вычислительными возможностями. В качестве примера
приведем некоторые данные о машине УНИВАК-1824, явившейся
усовершенствованным вариантом машины «Микротроник» и раз-
работанной фирмой «Сперри Рэнд» в 1963 г. [10, 11].
Технические характеристики машины УНИВАК-1824 являют-
ся типичной иллюстрацией возможностей, достигнутых за счет
перехода от технологии дискретных элементов к интегральной тех-
нологии. Машина, состоящая из центрального вычислителя, запо-
минающего устройства, устройства питания и устройства ввода-
вывода, занимает объем 4,1 дм3 (15,2 X 15,2 X 17,8 см ), весит
около 7 «г и потребляет мощность 53 вт. При этом не требуется
какой-либо системы охлаждения или вентиляции. Особенно высо-
кая степень миниатюризации достигнута при проектировании
центрального вычислителя (6,35 X 6,35 X 3,8 см), состоящего из
арифметического устройства параллельного действия и устрой-
ства управления и выполненного на кремниевых интегральных
схемах.
293
Машина УНИВАК-1824
Всего в устройствах машины (в том числе в схемах управления
памятью) используются 1243 интегральные схемы, эквивалентные
18 тыс. дискретных активных и пассивных компонентов. В качестве
носителя информации в ЗУ применяются тонкие магнитные плен-
ки, полученные испарением в вакууме на стеклянную подложку
(плотность записи 35 дв. ед./см^. Основное ЗУ изготовлено на
двухпленочных элементах типа бикор, работающих в режиме счи-
тывания без разрушения информации; оперативное ЗУ выполне-
но на однопленочных элементах с разрушающим считыванием.
Типовой блок ЗУ, включающий основную память емкостью 4096
слов по 24 двоичных разряда и оперативную память емкостью
512—1024 слова, занимает объем 10,2 X 10,2 X 10,2 см и потреб-
ляет мощность 1 вт. Модульная конструкция ЗУ позволяет увели-
чить емкость основной памяти до 14 336 слов.
Длина машинных команд, имеющих одноадресную структуру,
составляет 16 двоичных разрядов. Система команд включает 41
операцию, в том числе операции над числами стандартной длины
(24 двоичных разряда) и удвоенной длины (48 разрядов), представ-
ленными в форме с фиксированной запятой. Время выполнения
операции сложения 8 мксек, операции умножения 36 мксек. По-
вышению производительности машины способствует развитая
система .ввода-вывода (до 156 каналов), ориентированная на при-
менение машины в бортовых аэрокосмических системах управле-
ния. Использование интегральной технологии обеспечило высокий
уровень надежности (около 20 тыс. час безотказной работы).
294
Разработка в США в первой половине 60-х годов микроми-
ниатюрных аэрокосмических ЦВМ выявила такие существенные
преимущества применения интегральных схем, как повышение
надежности аппаратуры, уменьшение потребляемой мощности,
снижение весов и габаритов. Решающим фактором, обусловившим
последующее применение микроминиатюрных элементов в уни-
версальных ЦВМ гражданского назначения, явилось системати-
ческое снижение стоимости интегральных схем, обусловленное
принципиально более высоким уровнем их технологичности (по
сравнению со схемами на дискретных компонентах) и развитием
серийного производства.
Как отмечается в работе [12], одна из первых интегральных
схем, изготовленная в США в марте 1960 г., стоила 450 долл.
В 1963 г. средняя стоимостьинтегральнойсхемы в США составляла
23,6 долл, (в стране было выпущено 915 тыс. интегральных схем
суммарной стоимостью 21,4 млн. долл.) и приблизилась к уровню
стоимости эквивалентных схем на миниатюрных компонентах.
В 1964 г. стоимость цифровых схем, ориентированных на примене-
ние в аппаратуре гражданского назначения и выполненных на
дискретных компонентах, уже превышала стоимость эквивалент-
ных интегральных схем [12]. И уже в том же 1964 г. ведущие
фирмы США объявили о выпуске первых серийных универсаль-
ных ЦВМ гражданского назначения на интегральных схемах.
В апреле 1964 г. фирма «ИБМ» объявила о выпуске серии ма-
шин ИБМ-360, выполненных на гибридных интегральных схемах
[13—15]. Разработка ЦВМ данной серии оказала значительное
влияние на развитие вычислительной техники во второй половине
60-годов. Роль ЦВМ серии ИБМ-360 в эволюции универсальных
ЦВМ определяется преимущественно двумя обстоятельствами:
1. Серия универсальных ЦВ|М коммерческого типа была
выполнена на микроэлектронных схемах, причем машины имели
не только более высокие технические характеристики, но и мень-
шую себестоимость по сравнению с ранее выпущенными универ-
сальными ЦВМ на дискретных компонентах.
2. Было создано семейство совместимых ЦВМ с широким
диапазоном производительности. Модульная структура и разнооб-
разный ассортимент внешних устройств позволили в значитель-
ных масштабах варьировать набор аппаратуры, входящей в состав
конкретной модели. Таким образом удовлетворялись различные
запросы потребителей, обусловленные спецификой предполагае-
мой области применения, классом решаемых задач и т. д.
Серия ЦВМ ИБМ-360 была разработана по рекомендации спе-
циального комитета, созданного в октябре 1961 г. для определения
технической политики фирмы. В январе 1962 г. комитет предста-
вил доклад, в котором сохранение лидирующего положения фир-
мы «ИБМ» в производстве универсальных ЦВМ связывалось с
необходимостью разработки серии совместимых ЦВМ различного
назначения и мощности, выполненных на микроэлектронных схе-
295
Таблица 13
Характеристики машин серии ИБМ-360
Модель Дата первой установки Время выполне- ния опера- ции сло- жения с фиксиро- ванной запятой, лстссек* Среднее время переклю- чения логичес- ких схем, нсек Емкость опе- ративного ЗУ, К (1 К=1024 байта; 1 байт — 8 дв. разр.) Полный цикл оператив- ного ЗУ, лсксек** Скорость обмена данными с внешни- ми устрой- ствами, тыс. байт/сек
20 Январь 1966 г. 206 4-16 7,2 30
30 Май 1965 г. 39 30 8-65 2,5 400
40 Май 1965 г. 11,88 30 16-262 1,5 800
44 Октябрь 1966 г. 1,75 32—262 1,75 500
50 Сентябрь 1965 г. 4 30 65—262 2,0 1200
65 Март 1966 г. 1,3 10 131-1048 0,75 1200
67 Октябрь 1966 г. 1,3 10 131-1048 0,75 1200
75 Ноябрь 1965 г. 0,8 6 262-1048 0,75 1200
90 Февраль 1967 г. 0,18 1,7 512-16384 0,75 1200
* В модели 20 — для чисел длиной 16 двоичных разрядовл в остальных моделях —
для чисел длиной 32 двоичных разряда.
** Для слов длиной один^байт (модели 20 и 30), два байта (модель 40), четыре байта
(модели 44 и 50) и восемь байтов (модели 65, 67, 75 и 90).
мах. Исследования, разработка и производство ЦВМ серии
ИБМ-360 потребовали значительных затрат. Только на научно-
исследовательские и опытно-конструкторские работы фирма из-
расходовала свыше 500 млн. долл. В 1964—1967 гг. на строи-
тельство пяти новых заводов в США и за границей было
затрачено около 4,5 млрд. долл.
Как отмечает А. П. Ершов, «на долю серии ИБМ-360 выпали
все преимущества и упущения, характерные для пионерской ра-
боты» [16]. К числу недостатков серии, объявленной в апреле
1964 г. и включавшей шесть моделей [17], следует отнести:
1) отсутствие малых и сверхмощных машин;
2) недостаточная приспособленность машин к работе в режи-
ме АРМВ между абонентами;
3) применение гибридных интегральных схем вместо моно-
литных.
В пределах возможного эти недостатки были устранены в
1966—1967 гг. В состав серии были введены малая машина моде-
ли 20 (1966 г.), мощная модель 90 (1967 г.), модель 67 (1966 г.),
ориентированная на применение в режиме АРМВ, и модель 44
(1966 г.), в которой наряду с гибридными были использованы
монолитные интегральные схемы. По состоянию на конец 1967 г.
серия включала девять машин [18], основные характеристики
которых приведены в табл. 13. В конце 60-х годов состав серии
296
Производительность, отн. ед. (Р) Машинное время в сек за 1 долл, арендной платы (С) Производительность в пе- ресчете на 1 долл, аренд- ной платы (СхР) Количество установлен- ных машин (по состоя- нию на 15 июня 1969 г.)
Решение научно-тех- нических задач (Р0 Обработка коммерчес- кой инфор- мации (Р2) CXPi СХР»
1,93.10s 4,5 -IO3 240 4,632-Ю5 1,08 -Ю6 7966
7,49.10s 1,71.10* 72,9 5,46 -105 1,247.10е 8219
3,34-lC)4 5,0 -10* 54,1 1,807-108 2,705-Ю3 1758
1,03-10= 8,59-Ю5 62,4 6,427-Ю7 5,36 -507 78
1,87.10е 1,49-Ю5 27,5 5,142-Ю6 4,097.10е 589
1,39.10е 8,1 -Ю5 13,9 1,932-Ю7 1,126-107 206
3,56.10е 1,44-10* 11,8 4,201-107 1,7 -IO’ 17 5
был дополнен малой моделью 25 (1968 г.) и машиной высокого
класса модели 85 (1969 г.), в отдельных узлах которых использо-
вались монолитные интегральные схемы. В 1969 г. было объявле-
но о выпуске в 1971 г. мощной модели 195 (15 млн. оп/сек), вы-
полненной полностью на монолитных интегральных схемах [19].
С 1971 г. фирма «ИБМ» начала выпуск нового семейства ма-
шин (ИБМ-370). По сравнению с ИБМ-360 не только улучшены
технические характеристики и элементная база (в частности, в
нескольких моделях используются полупроводниковые оператив-
ные ЗУ), но и обеспечена возможность эффективной работы в ре-
жиме АРМВ (см. раздел 3). По оценке специалистов, создание
этой серии обеспечило фирме «ИБМ» в 70-х годах сохранение ли-
дирующего положения на капиталистическом рынке ЭВМ.
Первой серией универсальных ЦВМ, в большинстве моделей
которой применялись монолитные интегральные схемы, явилось
семейство машин «Спектра-70» фирмы «Рейдио Корпорейшн»
(США) [20, 21]. По своим вычислительным возможностям маши-
ны данной серии (модели 15, 25, 35, 45 и 55) приблизительно соот-
ветствуют малым и средним машинам серии ИБМ-360 (модели 20,
30, 40, 50, 65). О предстоящем выпуске серии «Спектра-70» было
объявлено в конце 1964 г. Первые машины моделей 15 и 25, вы-
полненные на гибридных интегральных схемах, были введены в
эксплуатацию в конце 1965 г. Эксплуатация первых машин бо-
297
лее мощных моделей 35, 45 и 55, выполненных на монолитных
интегральных схемах, была начата во второй половине 1966 г.
В 1966 г. большинство новых моделей универсальных ЦВМ,
выпущенных в США, было изготовлено на основе интегральной
технологии. Таким образом, в соответствии с критерием выпуска
новых серийных моделей 1966 г. явился для США первым годом
нового периода — периода ЦВМ третьего поколения.
Как отмечалось в предыдущей главе, значительное большин-
ство универсальных ЦВМ, выпускаемых за рубежом, изготавли-
вается фирмами США и их западноевропейскими филиалами.
Переход фирм США к преимущественному выпуску ЦВМ на ин-
тегральных схемах оказал существенное влияние на формирова-
ние парка ЦВМ в капиталистических странах. Как видно из
табл. 14 [22], по состоянию на май 1966 г. большая часть заказов
на универсальные ЦВМ в западноевропейских странах приходи-
лась на машины, выполненные на интегральных схемах.
В 1966—1967 гг. серии универсальных ЦВМ на интегральных
схемах были выпущены фирмами Великобритании, ФРГ и Япо-
нии. В 1966 г. были введены в эксплуатацию первые машины се-
Таблица 14
Изменения в портфеле заказов на универсальные электронные ЦВМ
в западноевропейских странах (шт.)
Страна Декабрь 1964 г. Май 1966 г.
Объем порт- феля заказов В том числе ЦВМ на ин- тегральных схемах Объем порт- феля заказов В том числе ЦВМ на ин- тегральных схемах
Великобритания 754 370 714 495
ФРГ 867 201 532 373
Франция 526 85 322 176
Италия 295 53 192 158
Голландия 188 120 132 70
Швеция 120 39 96 51
Дания 57 42 58 39
Швейцария 147 54 103 34
Бельгия и Люксембург 127 63 81 32
Австрия 68 42 50 32
Финляндия 59 46 32 20
Ирландия 37 И 21 20
Норвегия 78 38 33 14
Испания 78 43 45 13
Греция 47 39 12 6
Португалия 37 18 И 6
Всего 3485 1264 2434 1539
298
Машина «Систем-4» (модель 75)
рии 4004, разработанной западногерманской фирмой «Сименс», и
серии ХИТАК-8000, разработанной японской фирмой «Хитачи».
Серия 4004 полностью копировала серию «Спектра-70», а машины
серии ХИТАК являлись модификацией соответствующих моделей
данной серии. Наряду с фирмой «Хитачи» в 1966—1967 гг. к пре-
имущественному применению интегральных схем в новых сериях
машин перешли другие крупнейшие японские фирмы-производи-
тели универсальных ЦВМ («Ниппон Электрик», «Фудзицу», «То-
сиба», «Мицубиси» и «Оки Электрик») [23]. В 1967 г. были вве-
дены в эксплуатацию первые машины серии «Систем-4», разрабо-
танные английской фирмой «Инглиш Электрик» [24].
В СССР первой серийной ЦВМ на интегральных схемах яви-
лась малая машина «Наири-3», разработанная в Ереванском
научно-исследовательском институте математических машин груп-
пой инженеров под руководством Г. Е. Овсепяна. Первый экзем-
пляр машины был изготовлен в 1970 г. В том же году было нача-
то серийное производство «Наири-3».
Во второй половине 60-х годов СССР совместно с другими
странами СЭВ начал разработку семейства универсальных ЦВМ,
близких по своим характеристикам, технологии и структуре
299
Таблица 15
Характеристики машин серии ЕС ЭВМ
ЕС-1010 ЕС-1020А ЕС-1020 ЕС-1030 ЕС-1040 ЕС-1050 ЕС-1060
Стран a-производите ль ВНР ;чсср СССР, НРБ СССР, ПНР ГДР СССР СССР
Начало серийного производства, год 1973 1973 1972 1973 1973 1973 1974
Быстродействие, тыс. on/сек (по статистике ГИБСОН-1) 10 40 20 100 350 500 2000
Время выполнения операций,
мксек:
короткие операции 15 20—30 5-8 0,9—1,8 1 0,5
сложение с плавающей запя- той 50—70 7—10 2,5-3,5 1,5 0,5
умножение 80-120 400 30 7 3 1
Емкость оперативного ЗУ, кбайт 8—16 16—64 64-256 128-512 128-1024 128—1024 256—2048
Скорость передачи информации, кбайт[сек\
по мультиплексному каналу 160 35—220 25 40 50—200 100—450 ЮО-450
по селекторным каналам 240 120 200 600
Количество селекторных каналов 1 2 2 3 6 6 6
Тип интегральных схем Транзисторно-транзисторная логика Логика с эмиттерными
связями
Принцип управления Микропрограммное Жесткое
Особенности состава команд Специальный состав I Полная программная совместимость
команд 1
системе ИБМ-360. Конечной целью разработок являлось создание
серии универсальных ЦВМ третьего поколения, призванных по-
степенно заменить подавляющее большинство моделей второго
поколения, изготовленных в странах СЭВ. В 1972 г. было начато
серийное производство модели «ЕС 1020» нового семейства, полу-
чившего название Единая система электронных вычислительных
машин (ЕС ЭВ|М). В 1973—1974 гг. начался выпуск пяти дру-
гих моделей ЕС ЭВМ, характеристики которых приведены в
табл. 15.
Из несерийных разработок наиболее крупным проектом в исто-
рии машин третьего поколения является проект ИЛЛИАК-4,
разработанный группой сотрудников Иллинойского университета
(США) во главе с Д. Слотником [25]. С технологической и струк-
турной точек зрения проект ИЛЛИАК-4 является примером
использования наиболее передовых решений, направленных на
достижение максимальной производительности. Основная цель
проекта заключается в создании системы с производительностью
на один-два порядка величины выше, чем производительность
наиболее мощных вычислительных систем, введенных в эксплуа-
тацию во второй половине 60-х годов: «Барроуз-8500» (август
1967 г.), модель 90 серии ИБМ-360 (ноябрь 1967 г.) и «Контрол
Дейта 7600» (январь 1969 г.). В этом отношении проект
ИЛЛИАК-4 близок проекту СТРЕТЧ (1955—1961 гг.), при раз-
работке которого также была поставлена цель создания машины,
быстродействие которой на два порядка величины превосходило
бы быстродействие машины ИБМ-704 (наиболее производительной
универсальной ЦВМ по состоянию на 1956 г.). Рассмотрение
проекта ИЛЛИАК-4 представляет существенный интерес с точки
зрения прогресса, достигнутого за десятилетие, разделяющее во
времени проекты СТРЕТЧ и ИЛЛИАК-4.
Основными методами достижения высокого уровня произво-
дительности системы ИЛЛИАК-4 являются:
1) развитая мультипроцессорная организация;
2) высокая степень миниатюризации системы с целью умень-
шения времени прохождения сигналов;
3) применение наиболее быстродействующих схемных эле-
ментов, выполненных методами интегральной технологии.
В процессе реализации проект ИЛЛИАК-4 подвергся сущест-
венным изменениям. Первый вариант проекта, разработанный в
1966 г., предусматривал использование в составе системы восьми
вычислительных комплексов, каждый из которых состоит из 16
устройств обработки данных, параллельно подключаемых к об-
щему оперативному ЗУ. Во втором варианте структуры
ИЛЛИАК-4, разработанном в 1967 г., в состав системы должно
было войти 256 устройств обработки данных, состоящих из процес-
соров, выполненных на монолитных полупроводниковых интег-
ральных схемах, и оперативных ЗУ. В качестве носителя инфор-
мации в оперативных ЗУ предполагалось использовать либо тон-
301
64 дв. разр.
Квадрант 1
Квадрант в
внешняя
память
\нт 4
ЦВМ
управле-
ния
Квадрант
входнрй-
выходной
буфер
К четырем
квадрантам
Блок-схема системы ИЛЛИАК-4 (по проекту 1967 г.)
а- схема массива («квадранта»), состоящего из 64 устройств обработки данных;
б —. общая схема
кие магнитные пленки, либо полупроводниковые интегральные
схемы. Емкость оперативного ЗУ, входящего в состав каждого уст-
ройства обработки данных, составляет 2048 слов по 64 двоичных
разряда, полный цикл — 200 — 250 нсек, При выполнении опе-
рации сложения с плавающей запятой время сложения двух 64-
разрядных двоичных чисел — 240 нсек, время умножения —
400 нсек. Номинальное быстродействие устройства обработки
данных — около 4 млн. on/сек. Как видно, совокупность устройств
обработки данных, входящих в состав системы, разделена на четы-
ре массива (квадранта) по 64 устройства в каждом, причем лю-
бой массив может работать как в качестве самостоятельной вы-
числительной машины, так и в различных сочетаниях с другими
массивами. Общее управление работой системы осуществляется
мощной вычислительной машиной, в качестве которой предпола-
галось использовать ЦВМ «Барроуз-8500».
В соответствии с проектом номинальное быстродействие
ИЛЛИАК-4 должно было составить 1 млрд, оп/сек [26, 27].
Однако в процессе реализации проекта выяснилось, что его стои-
мость (16 млн. долл.) значительно занижена. Это и явилось ос-
новной причиной существенного пересмотра проекта, а именно
сокращения количества устройств обработки данных с 256 до 64,
302
Таким образом было решено построить только один массив про-
цессоров. Далее, в процессе реализации проекта было принято
решение (1969 г.) отказаться от применения схем.со средней сте-
пенью интеграции (в связи с трудностями их разработки в требуе-
мые сроки) и использовать стандартные интегральные схемы с
малой степенью интеграции (три логических вентиля в одном
кремниевом кристалле) на токовых переключателях [28]. Сокра-
щенный вариант проекта ИЛЛИАК-4 был завершен весной 1972 г.
Стоимость работ превысила 20 млн. долл. Номинальное быстро-
действие системы — 200 млн. on/сек.
В 1973 г. в США были введены в эксплуатацию сверхмощные
системы ASC (до 100 млн. on/сек) и СТАРАН (до 500 млн. оп/сек).
Структура ИЛЛИАК-4 (матрица идентичных процессоров), ASC
(комплекс функциональных модулей) и СТАРАН (комплекс
устройств ассоциативной памяти) представляют интерес с пози-
ций проектирования ЭВМ следующего, четвертого поколения.
Наряду с выпуском серий ЦВМ, включающих модели традици-
онных классов (большие, средние и малые) и созданием сверх-
мощных систем (типа ИЛЛИАК-4) к числу наиболее значитель-
ных явлений периода машин третьего поколения относится широ-
кое распространение минимашин («мини ЭВМ»), производитель-
ность которых приблизительно соответствует ЦВМ среднего
класса второго поколения. Название «мини» характеризует не вы-
числительные возможности, а габариты и стоимость ЭВМ. Хотя
выпуск минимашин в 1974 г. составлял менее 10% стоимости ми-
рового объема производства ЦВ|М, количественно мини ЭВМ зани-
мают ведущее положение как в производстве, так и в парке
эксплуатируемых машин.
2. Архитектурный подход к проектированию ЦВМ
К наиболее важным тенденциям, получившим развитие в пе-
риод машин третьего поколения, следует отнести:
а) применение единого (архитектурного) подхода к проекти-
рованию серий ЦВМ;
б) создание на базе универсальных ЦВМ систем, работающих
в режиме автоматического распределения машинного времени
между абонентами.
Создание серий ЦВМ с единой архитектурой явилось логичес-
ким развитием системного подхода к проектированию вычисли-
тельных машин. Как отмечалось в разд. 3 гл. 6, в основе систем-
ного подхода лежит одновременная разработка средств математи-
ческого обеспечения и аппаратуры. Дальнейшим развитием си-
стемного подхода явилось распространение данного принципа на
разработку серий (семейств) универсальных ЦВМ, обладающих
единой архитектурой, т. е. единой структурой с точки зрения
программирования.
303
Важнейший элемент такого подхода — обеспечение програм-
мной совместимости выпускаемых машин. Первые разработки
универсальных ЦВМ, при проектировании которых предусматри-
валась программная совместимость с ранее выпущенными моде-
лями, относятся к концу 50-х годов. Так, при проектировании
машины ИБМ-709, выпущенной в США в 1958 г., была преду-
смотрена программная совместимость с изготовленной в 1955 г.
машиной ИБМ-704. В 1960—1963 гг. в США была выпущена се-
рия программно-совместимых ЦВМ среднего класса ИБМ-1400
(модели 1401, 1410, 1440, 1460). Значительное влияние на форми-
рование архитектурного подхода к проектированию оказала раз-
работка серии ЦВМ ИБМ-360. Программная совместимость
была достигнута в процессе одновременной разработки серии
машин, совокупность которых включала ЦВМ высокого класса,
среднего класса и малые ЦВМ. В СССР идея создания серии ЦВМ
с единой архитектурой впервые была предложена Б. И. Раме-
евым, по проекту которого в 1959 г. началась разработка семейст-
ва полупроводниковых машин «Урал» (модели «Урал-11»,
«Урал-14» и «Урал-16»).
В середине и второй половине 60-х годов создание серий ЦВМ,
имеющих общую архитектуру, стало господствующим направле-
нием в проектировании универсальных ЦВМ. Как правило, каж-
дая выпускаемая в настоящее время универсальная ЦВМ явля-
ется элементом некоторого программно-совместимого ряда машин,
разработанного данной фирмой или заводом. При разработке
новой серии ЦВМ обычно предусматривается программная сов-
местимость с машинами предыдущей серии.
Наряду с разработкой совместимой системы команд при про-
ектировании серий ЦВМ с общей архитектурой предусматрива-
ется единый подход к таким вопросам, как формат данных, кото-
рые обрабатываются в машине, система адресации, принцип
организации ввода-вывода, вопросы, связанные с разработкой
операционной системы (прерывания, защита памяти и т. д.).
Применение архитектурного подхода к разработке ЦВМ поз-
воляет достичь многократной экономии по сравнению с независи-
мой разработкой отдельных моделей. Во-первых, первоначальный
этап проектирования является единым для нескольких моделей,
входящих в данную серию. Во-вторых, при одновременной разра-
ботке нескольких моделей создаются возможности использовать во
всей серии машин один и тот же набор элементов, одни и те же
технологические и конструкторские методы и т. д. В-третьих,
достигается существенная экономия при разработке операцион-
ных систем. Кроме того, архитектурный подход упрощает неко-
торые эксплуатационные проблемы, в частности подготовку кад-
ров для эксплуатации ЦВМ.
304
3. Работа в режиме автоматического распределения
машинного времени между абонентами
Во второй половине 60-х годов сравнительно широкое распро-
странение получили системы, работающие в режиме автоматиче-
ского распределения машинного времени между абонентами. Как
показано в разд. 2 гл. 6, создание данных систем было подготов-
лено развитием мультипрограммирования. По существу работа
в режиме АРМВ является работой в режиме «дистанционного муль-
типрограммирования»: вычислительная система осуществляет мно-
гопрограммную обработку в реальном масштабе времени абонен-
тов, связанных с машиной линиями передачи цифровой информации.
Важнейшими преимуществами подобной организации выпол-
нения вычислительных работ являются:
1. Непосредственная связь («диалог») абонента с вычисли-
тельной машиной в процессе решения задачи. Высокое быстро-
действие центрального вычислителя позволяет вести подобный
диалог со всеми подключенными к машине абонентами в реальном
масштабе времени каждого абонента.
2. Возможность подключения абонента к машине в любой
удобный для абонента момент времени и с любого абонентского
пульта. Абонентские пульты могут быть установлены, например,
на дому у абонента или на его рабочем месте. Таким образом ма-
шина находится в распоряжении любого абонента в любое время,
что практически равносильно обеспечению каждого абонента
мощной индивидуальной ЦВМ.
3. Возможность обмена информацией между абонентами, в
ходе которой может использоваться весь запас сведений, храня-
щийся в ЗУ машины. Возможность объединения группы исследо-
вателей для совместного решения конкретной задачи.
4. Более эффективное использование оборудования с резуль-
тирующим уменьшением стоимости времени для абонентов.
Впервые идея работы в режиме АРМВ между абонентами
была предложена в 1959 г. американским ученым К. Стрейчи [29].
Как отмечается в работе [30], «вычислительный центр при
Массачусетском технологическом институте быстро принял пред-
ложение Стрейчи». В 1960 г. специальный комитет Массачусет-
ского технологического института (МТИ), созданный для опре-
деления путей использования универсальных ЦВМ, пришел к
выводу, что наиболее перспективной является реализация идей
АРМВ. Под руководством проф. Ф. Корбато в МТИ была разра-
ботана «Совместимая система АРМВ», первоначальный вариант
которой демонстрировался в ноябре 1961 г. Следующим эта-
пом работ МТИ в данной области явился проект МАК \ разрабо-
МАК расшифровывается тремя способами: multiple-access computer (вы-
числительная машина с многоканальным доступом), machine-aided cogni-
tion (познавание с помощью вычислительной машины), man and computer
(человек и вычислительная машина).
305
тайный под руководством Р. Фано и Ф. Корбато. Работы по про-
екту МАК были начаты весной 1963 г., а в ноябре была введена
в эксплуатацию первая очередь системы.
Первая очередь системы МАК была выполнена на базе моди-
фицированной машины ИБМ-7094 с двумя модулями оперативно-
го ЗУ емкостью 32 тыс. слов (по 36 двоичных разрядов) каж-
дый. Первый модуль используется для хранения программы-
диспетчера, управляющей работой системы, второй — для хране-
ния рабочих программ абонентов. ЗУ на магнитном барабане
применяется для оперативного хранения текущего состояния
процессора и рабочей части оперативной памяти. Процедура вза-
имного обмена содержания оперативной памяти и памяти на
магнитном барабане, происходящая при переходе к новой прог-
рамме (процедура «своппинг»), занимает в среднем 10% рабоче-
го времени системы. Емкость ЗУ на магнитном барабане модели
«7320 А» (установленном в сентябре 1964 г.) — 208,6 тыс. слов,
скорость передачи — 9 мксек/слово. Для хранения информацион-
ных массивов, принадлежащих абонентам, используется ЗУ на
магнитных дисках емкостью 20 млн. слов (время доступа
185 мсек, скорость передачи — 66,5 мксек/слово).
Система рассчитана на одновременное взаимодействие с три-
дцатью абонентами. Связное оборудование системы включает
устройство управления каналами связи (специализированная ма-
шина ИБМ-7750), линии связи и абонентские пульты, в качестве
которых используется более ста телетайпов фирмы «ИБМ». Основ-
ная часть этих телетайпов находится в лабораториях и других
служебных помещениях Массачусетского технологического инсти-
тута и небольшая часть — в частных домах [16, 30].
Система МАК, оборудование которой систематически модифи-
цировалось и расширялось, сыграла значительную роль в иссле-
дованиях, связанных с разработкой систем АРМВ. В 1963—1964 гг.
был введен в эксплуатацию еще ряд экспериментальных
систем некоммерческого назначения: система ДЖОСС, разра-
ботанная компанией «Рэнд» на базе ламповой машины
«Джонниак»; система Дартмутского колледжа, разработанная на
основе машины модели 235 фирмы «Дженерал Электрик»; систе-
ма, разработанная фирмой «Системз Девелопмент» на базе маши-
ны AN/FSQ-32 (модифицированная машина ИБМ-7090), и др.
В 1965 г. были введены в эксплуатацию первые коммерчес-
кие системы, работающие в режиме АРМВ между абонентами.
В июне 1965 г. началась эксплуатация системы КВИКТРАН, разра-
ботанной фирмой «ИБМ» на базе машины ИБМ-7040/7044, уста-
новленной в нью-йоркском вычислительном центре фирмы.
Система КВИКТРАН рассчитана на подключение до 40 або-
нентских пультов. В июле 1965 г. в г. Кембридж была введена
в строй система КЕЙДЕЙТА, разработанная на базе машины
ПДП-6 и первоначально рассчитанная на подключение 16 або-
нентских пультов. Всего в 1965 г. в США было разработано и
306
введено в эксплуатацию не менее десяти новых систем АРМВ,
в том числе шесть коммерческих [16].
В СССР исследования в области систем APMBi были начаты
в 1966 г. в Вычислительном центре Сибирского отделения
АН СССР (г. Новосибирск). Конечной целью работ по проекту
АИСТ (Автоматическая информационная станция) является со-
здание систем АРМВ средней и большой мощности на базе отечест-
венных полупроводниковых машин (М-220, «Минск-22» и БЭСМ-6).
Первые экспериментальные и коммерческие системы АРМВ
были разработаны на основе ранее выпущенных универсальных
ЦВМ, недостаточно приспособленных для работы в режиме раз-
деления времени между абонентами. Опыт проектирования и
эксплуатации данных систем показал, что универсальные ЦВМ,
ориентированные на использование в системах АРМВ, должны
отвечать основным требованиям работы в режиме мультипрограм-
мирования, а также некоторым специфическим требованиям:
1. Максимально высокая скорость обмена информацией между
оперативным ЗУ и внешними ЗУ. Особо важное значение повы-
шение скорости обмена приобретает в связи с высокой частотой
процедуры «своппинг» (переход к новой программе).
2) . Наличие у процессора нескольких режимов работы, в том
числе режима системы и режима абонентов.
3. Большой запас разрядов, используемых для прямой адре-
сации к оперативной памяти. Значительная длина адреса (около
20 двоичных разрядов) обусловлена большим объемом информа-
ции, размещаемой в оперативном ЗУ, в том числе команд про-
граммы-диспетчера и информации, хранящейся в рабочих участ-
ках памяти.
Первыми универсальными ЦВМ, спроектированными специ-
ально для систем АРМВ, явились машины серии 600 фирмы
«Дженерал Электрик», о предстоящем выпуске которых было
объявлено летом 1964 г. Вслед за этим фирма «ИБМ» объявила
о выпуске в рамках серии 360 модели 67. Первые машины серии
«Дженерал Электрик-600» были введены в эксплуатацию в апре-
ле — мае 1965 г., а машина ИБМ-360/67 — в марте 1966 г. Другие
фирмы США в 1964—1965 гг. также объявили о выпуске новых
моделей, ориентированных на применение в системах АРМВ.
В 1966 г. выпуск ЦВМ, приспособленных для работы в режиме
АРМВ, составил 1% суммарного производства универсальных
ЦВМ в США, а число полностью введенных в эксплуатацию си-
стем АРМВ увеличилось до 40.
В 1967 г. в США были начаты работы по созданию большой
вычислительной сети, работающей в режиме АРМВ между або-
нентами 2. Проект АРПАНЕТ, разработанный управлением пла-
2 Концепция всеобщего информационно-вычислительного обслуживания с
помощью разветвленной сети ЦВМ, работающей в режиме АРМВ, была
впервые выдвинута профессором МТИ Дж. Маккарти в 1961 г. [33].
307
пирования перспективных научно-исследовательских работ Мини-
стерства обороны США, предусматривал использование в единой
системе АРМВ универсальных ЦВМ, размещенных в И городах
страны. По состоянию на 1972 г. к сети было подключено 33 ЦВ|М
(в том числе система ИЛЛИАК-4) суммарной производитель-
ностью 235 млн. оп!сек [31].
В конце 60-х годов работы по созданию вычислительных се-
тей, работающих в режиме АРМВ, развернулись в США и (в
меньших масштабах) в Западной Европе. Из наиболее крупных
разработок отметим международную сеть ТИМНЕТ (введена
в эксплуатацию в 1970 г.), которая объединяет 37 ЦВМ, соеди-
ненных линиями связи (арендованные телефонные линии, вклю-
чая трансатлантический кабель) с абонентскими пультами в 54
городах США и Западной Европы [32].
По своему значению в эволюции применения средств вычис-
лительной техники создание систем и вычислительных сетей
АРМВ сопоставимо с созданием электронных ЦВМ. Упрощение
связи человека с машиной, являющееся важнейшей особенностью
систем АРМВ, в высшей степени стимулирует расширение сферы
применения универсальных ЦВМ. «Развитие систем разделения
времени, —писал в 1966 г. А. Й. Ершов в отчете «Вычислительное
дело в США»,— проходит под лозунгом: в пределах ближайших
десяти лет предоставить любому желающему индивидуальные
средства связи с национальной информационно-вычислительной
сетью с разовой стоимостью подключения не выше 500—600 дол-
ларов и представляющей в любое время вычислительные мощно-
сти на уровне ИБМ-7090 и информационные мощности до милли-
она слов со стоимостью сеанса связи, не превышающей стоимо-
сти телефонного разговора. Реализация этой программы, по
единодушному мнению всех, с кем обсуждался этот тезис, не толь-
ко увеличит на порядки продуктивность научной и другой интел-
лектуальной работы, но и приведет к социальным сдвигам, сопо-
ставимым по своей значимости с последствиями таких достижений,
как коммунальные системы энергоснабжения или индивидуаль-
ный автомобильный транспорт» [16, стр. 66—67].
По состоянию на 1972 г. в США около 37% парка универсаль-
ных ЦВМ использовалось в составе локальных систем АРМВ и
вычислительных сетей. В| 1973 г. на различных стадиях разработки
и функционирования находилось более 200 сетей ЭВМ. По оценке
на 1980 г. системы АРМВ будут обслуживать около 4 млн. дистан-
ционных терминалов. Наряду с США интенсивные исследования
и разработки в области АРМВ проводятся в СССР, Великобрита-
нии, Франции, ФРГ и Японии. В СССР разработки систем АРМВ
осуществляются в рамках Государственной сети вычислительных
центров.
308
4. Развитие вычислительной промышленности
Если 60-е годы были периодом становления вычислительной
индустрии в промышленно развитых странах, то 70-е годы явля-
ются временем, когда производство ЭВМ стало важнейшим фак-
тором развития приборостроения и радиоэлектронной промышлен-
ности. В СССР доля вычислительной техники в объеме производ-
ства приборов и средств автоматизации возросла с 1968 по 1972 г.
в 2,5 раза (с 16,4 до 40,1%)- В 1972 г. объем производства средств
вычислительной техники составил 1,2 млрд. руб. [34]. В 1973 г.
объем производства возрос на 33% и достиг 1,6 млрд, руб., а доля
вычислительной техники в производстве приборов и средств ав-
томатизации увеличилась до 48% [35]. В США за 1968—1972 гг.
доля производства электронных ЦВМ гражданского назначения
и сопутствующей аппаратуры в выпуске радиоэлектронного обо-
рудования возросла с 17 до 34%. В 1973 г. объем производства
достиг 12,9 млрд. долл. (табл. 16).
Приведенные выше данные характеризуют только одну сто-
рону развития индустрии ЭВМ — выпуск оборудования. Между
тем в период машин третьего поколения не меньшее значение
приобретают средства математического обеспечения. Затраты на
средства программирования быстро растут и в 70-х годах превы-
шают затраты на разработку и производство вычислительного
оборудования. Данное обстоятельство объясняется двумя причи-
нами: усложнением структуры вычислительных систем и разви-
тием сферы их применения. Таким образом, более точное пред-
ставление об индустрии ЭВМ дают суммарные сведения о выпуске
оборудования и разработке средств программирования. Однако
оценка затрат на подготовку программ представляет определен-
ные трудности из-за того, что средства математического обеспе-
чения разрабатываются, во-первых, изготовителями ЦВМ3,
во-вторых, пользователями машин и, в-третьих, фирмами-консуль-
тантами и вычислительными центрами, которые специализируются
на оказании различных услуг потребителям (основной вид услуг —
разработка программ, далее — установка и техническое обслужи-
вание машин, обучение программированию и работе на ЭВМ,
консультирование по вопросам системотехники и оптимального
использования ЭВМ и т. п.). В капиталистических странах в пе-
риод машин третьего поколения затраты пользователей ЦВМ
складываются из трех приблизительно равных по стоимости ча-
стей: оплата оборудования (обычно на условиях помесячной
арендной платы), расходы на функционирование оборудования
(заработная плата обслуживающего персонала, ремонт аппаратуры,
3 Изготовители ЦВМ продают средства математического обеспечения либо
совместно с выпускаемым оборудованием (и тогда их стоимость входит в
стоимость машин), либо отдельно от оборудования. Отдельная продажа
средств математического обеспечения впервые была введена в практику
корпорацией «ИБМ» в 1969 г.
309
Таблица 16
Выпуск электронных ЦВМ гражданского назначения и сопутствующего
оборудования в США (в млн. долл.) * [36]
1971 г. 1972 г. 1973 г. 1974 г. (оценка) 1977 г. (прогноз)
Универсальные электронные ЦВМ, всего 4300 5575 6605 6938 8120
Минимашины (стоимостью до 59 тыс. дол.) 280 350 420 513 925
Малые ЭВМ (от 59 до 420 тыс. долл.) 850 620 685 710 1120
Средние ЭВМ (от 420 до 840 тыс. долл.) 1150 675 1600 1400 1200
Средние ЭВМ связного назначе- ния (от 840 до 1680 тыс. долл.) 900 1980 1390 1410 1000
Большие ЭВМ (от 1689 до 3360 тыс. долл.) 800 1000 1500 1700 2200
Сверхбольшие ЭВМ (свыше 3360 тыс. долл.) 320 950 1010 1200 1675
Цифровые системы управления про- изводственными процессами 202 250 290 343 516
Настольные ЦВМ, всего 322 330 383 438 595
П рограммируемые 110 155 188 228 330
Непрограммируемые 212 175 195 210 265
Счетные машины индивидуального пользования (на четыре арифметиче- ских действия) 10 105 260 270 300
Вспомогательные ЗУ, всего 178 275 325 415 800
ЗУ на магнитных сердечниках 170 190 175 165 125
Полупроводниковые ЗУ 8 85 150 250 675
Накопители данных, всего 1298 1817 2149 2752 3880
Дисковые ЗУ 620 875 1000 1160 1810
ЗУ на магнитном барабане 30 90 103 119 80
ЗУ на магнитной ленте 620 800 985 1400 1900
Ленточные и дисковые кассет- ные ЗУ 28 52 61 73 90
Устройства ввода-вывод а, всего (по- ставки независимо от ЭВМ) 794 945 1133 1312 1902
Перфокарточное оборудование 160 165 230 260 380
Перфоленточное оборудование 12 17 22 29 45
Строкопечатающие устройства контактного типа 350 409 460 524 786
Печатающие устройства некон- тактного типа 10 11 10 21 48
Устройства оптического считыва- ния 170 238 285 350 525
Оценки редакции журнала «Электронике» (США). Данные представлены в заводских
ценах и относятся к изделиям фирм, базирующихся в США. Включены данные по
продукции зарубежных заводов американских фирм, импортируемой в США.
Таблица 16 (окончание)
1971 г. 1972 г. 1973 г. 1974 г. (оценка) 1977 г. (прогноз)
Устройства считывания знаков, написанных магнитными черни- лами 33 35 37 38 20
Устройства ввода-вывода на мик- рофильмы 26 28 35 40 50
Электромеханические графопо- строители 33 42 48 50 48
Клавишные устройства ввода, всего 414 514 518 550 436
Ввод на перфоратор и коитроль- ники 260 325 295 265 138
Ввод на магнитную ленту 108 110 108 95 50
Ввод на магнитный диск 36 59 75 110 90
Ввод в кассетные и магазинные ЗУ 10 20 40 80 150
Терминалы, всего 452 626 805 966 1374
Клавишные печатающие устрой- ства 186 220 275 268 275
Пульты с экраном 100 165 225 245 260
Дистанционные пульты, осна- щенные средствами для пакетной обработки 132 200 255 375 650
Графические терминалы (со све- товым пером) 30 35 42 68 175
Звуковые терминалы 4 6 8 10 14
Аппаратура цифровой связи (входные процессоры, модемы, дистанционные концентраторы, мультиплексоры, системы коммутации сообщений) 196 290 445 614 925
Итого 8166 10 837 12 913 13 598 18 848
аренда помещения, оплата электроэнергии и т. п.), затраты
на средства математического обеспечения и разработку систем на
базе ЦВМ. Сумма данных затрат пользователей, а также количе-
ство занятых разработкой и производством, техническим и мате-
матическим обслуживанием ЭВМ дают достаточно полное представ-
ление о масштабах применения вычислительной техники. В США
в 1972 г. затраты всех групп потребителей (включая правитель-
ственные организации) на оплату вычислительного оборудования,
математического обеспечения и различного рода услуг составили
20,6 млрд, долл., а количество занятых в данных областях превы-
сило 1 млн. человек. В 1973 г. (по предварительной оценке) зат-
раты достигли 23 млрд, долл., т. е. составили 1,8% валового на-
ционального продукта [37].
В предыдущей главе отмечались различные пути развития
вычислительной промышленности в социалистических и капитали-
311
стических странах. Период машин третьего поколения характе-
ризуется развитием вычислительной промышленности во всех
европейских социалистических странах, входящих в состав СЭВ.
Значительную роль в развитии вычислительной промышленности
в странах СЭВ сыграла разработка Единой системы ЭВМ, в кото-
рой приняли участие НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР.
В странах капиталистического мира период машин третьего
поколения характеризуется усилением конкурентной борьбы
между корпорациями США и фирмами Западной Европы и Япо-
нии. В процессе конкурентной борьбы ряд крупных фирм были
вынуждены либо отказаться от производства ЭВМ, либо объеди-
нить свои возможности в данной области. Так, в 1968 г. было
осуществлено объединение производственных мощностей основ-
ных фирм Великобритании, изготовляющих универсальные ЦВМ.
В результате была создана компания «Интернейшнл Компью-
тера». В 1970—1971 гг. прекратили производство ЭВМ такие
крупные фифмы США, как «Дженерал Электрик» и «РКА». Опре-
деленное влияние на ход конкурентной борьбы между фирмами
капиталистических стран оказывает политика Великобритании,
Франции, ФРГ и Японии, направленная на развитие националь-
ной вычислительной промышленности. Наличие собственной вы-
числительной промышленности во все большей степени осознает-
ся государственными деятелями этих стран как необходимое
условие экономической независимости. Однако успехи, достигну-
тые ведущими западноевропейскими странами в области нацио-
нальной вычислительной промышленности, весьма скромны.
Ценою значительных субсидий, выделенных национальным фир-
мам 4, в целом удалось лишь до известной степени стабилизиро-
вать положение, сложившееся в период машин второго поколения
и характеризующееся преобладанием американских компаний на
западноевропейских рынках вычислительной техники^. В отличие
от планов стран СЭВ, планы совместных разработок стран ЕЭС в
области вычислительной техники до сих пор не принесли замет-
ных результатов. Более эффективной оказалась правительствен-
ная политика Японии, направленная на ограничение деятельно-
сти иностранных компаний5. В результате японские фирмы в
настоящее время обеспечивают большую часть потребностей на-
4 Правительство Великобритании систематически оказывает помощь фирме
«Интернейшнл Компьютерз». Так, в 1972 г. фирме была выдана субсидия
в размере 14 млн. ф. ст. и принято решение о дальнейших ежегодных суб-
сидиях на разработку средств математического обеспечения в сумме 3 млн.
ф. ст. Французское правительство в соответствии с планом расширения
производства и использования ЭВМ ассигновало на 1971—1975 гг. 1,4 млрд,
фр. Правительство ФРГ в 1972 г. приняло второй план развития производ-
ства и использования ЭВМ (первый осуществлялся с 1967 по 1970 г.). Об-
щая сумма ассигнований — 2,4 млрд, марок.
5 В 1972 г. правительство Японии решило продлить срок жесткого контроля
над иностранными инвестициями в вычислительную промышленность до
августа 1974 г.
312
ционального рынка ЭВМ. Однако им еще не удалось достичь пол-
ной технологической независимости от американских компаний.
Фирмы Японии связаны рядом лицензионных соглашений с кор-
порацией «ИБМ» и другими американскими компаниями.
Основные причины преобладающей роли вычислительной
промышленности США в капиталистическом мире были рассмот-
рены в предыдущей главе. Здесь необходимо отметить, что в пе-
риод машин третьего поколения особо важную роль сыграли
исследования и разработки американских фирм в области интег-
ральной технологии. Эти исследования и разработки, первоначаль-
но проводившиеся для аэрокосмических и военных целей, в конеч-
ном счете обеспечили американским фирмам более высокий уро-
вень электронной технологии. В результате ведущие компании
Японии и Западной Европы были вынуждены заключить с аме-
риканскими фирмами лицензионные соглашения.
Таблица 17
Позиции основных фирм в парке установленных в США электронных
ЦВМ (на 1 января 1972 г.)
Фирма Количество ЦВМ Стоимость ЦВМ
штук % млн. долл. %
ИБМ 37 265 42,5 19104 68,6
Ханиуэлл 7106 8,1 2 315 8,3
Спери Рэнд 6176 7,1 2192 7,9
Барроуз 2 253 2,5 1180 4,2
Контрол Дейта Корпорейшн 2 217 2,5 1070 3,9
Нейшнл Кэш Раджистер 3 837 4,3 530 1,9
Ксерокс Дейта Системз 1 216 1,4 368 1,3
Диджитэл Экуипмент 12 314 13,9 348 1,3
Хьюлет Пакард 2 510 2,8 87 0,3
Верайен 2 293 2,6 47 0,2
Дейта Дженерал 1734 2,0 18
Джеперал Отомэйшн 1 165 1,3 25 0,2
Компьютер Отомэйшн 571 0,7 6
Прочие формы 6 594 7,5 544 1,9
Итого 87 991 100,0 27 847 100,0
Как видно из табл. 17 и 18, в начале 70-х годов на долю фирм
США приходилось около 89% электронных ЦВМ, установленных
в странах капиталистического мира. При этом из 56,8 тыс. ЦВМ,
эксплуатировавшихся в конце 1971 г. за пределами США, 42,2 тыс.
(73%) было изготовлено американскими фирмами (преимущест-
венно их зарубежными филиалами). Деятельность зарубежных
филиалов обеспечивает высокие прибыли (в частности, за счет
313
Таблица 18
Позиции основных фирм в парке электронных ЦВМ, установленных
в капиталистических странах (исключая США, на конец 1971 г.)
Фирма Количество ЦВМ Стоимость ЦВМ
штук % млн. долл. %
Фирмы США 42 200 73,0 14 270 76,7
в том числе:
ИБМ 20 340 35,2 9 880 53,1
Ханиуэлл 7440 12,9 1410 7,6
Сперри Рэнд 4 040 7,0 1100 5,9
Контрол Дейта Корпорейшн 725 1,3 620 3,4
Барроуз 1020 1,8 485 2,6
Нейшнл Кэш Реджистер 3 510 6,1 385 2,1
Диджитэл Экуипмент 3 030 5,2 120 0,6
Фирмы Западной Европы 7 000 12,1 1940 10,4
в том числе:
Интернейшнл Компьютера (Ве- 4 240 7,3 1190 6,4
ликобритания)
Сименс (ФРГ) 860 1,5 390 2,1
Филипс (Нидерланды) 795 1,4 105 0,6
Компани Энтернасьональ пур 335 0,6 65 0,3
л’Энформатик (Франция)
Телефункеп (ФРГ) 90 0,2 65 0,3
Фирмы Японии 6100 10,6 1615 8,7
в том числе:
Фудзицу — Хитати 3 035 5,3 880 4,8
Ниппон Электрик — Тосиба 2 545 4,1 574 3,0
Оки Электрик — Мицубиси 820 1,2 170 0,9
Фирмы остальных капиталистиче- 2 500 4,3 775 4,2
ских стран
Итого 57 800 100,0 18 600 100,0
более низкой заработной платы за пределами США). Так, норма
прибыли от зарубежных операций у корпорации «ИБМ» составила
в 1971 г. 28,5% по сравнению с 11% внутри страны. Соответствую-
щие данные для «Ханиуэлл» — 14,7 и 6,5%, для «Диджитэл Экуип-
мент» — 16,6 и 6,9% [38].
Несмотря на отставание вычислительной промышленности ве-
дущих канит мистических стран от вычислительной промышлен-
ности США, в период машин третьего поколения имеет место
сближение между этими странами по уровню и масштабам приме-
нения ЭВМ. В этом отношении показательно сравнение данных,
приведенных в табл. 5 и 19. В начале 1965 г. количество электрон-
314
Таблица 19
Парк электронных ЦВМ в капиталистических странах
(на конец 1971 г.) [40 J
Страна Количество ЦВМ Стоимость ЦВМ
штук % млн. долл. %
США 84 600 64,4 28 900 64,5
Япония 8680 6,6 2 860 6,4
ФРГ 7 800 5,9 2 890 6,4
Великобритания 7 600 5,8 2 754 5,5
Франция 6 700 5,1 2150 4,8
Канада 3 800 2,9 1295 2,9
Италия 3 300 2,5 1040 2,3
Нидерланды 1680 1,3 530 1,2
Австралия 1340 1,0 415 0,9
Бельгия 1050 0,8 355 0,8
Швеция 800 0,6 405 0,9
Швейцария 755 0,6 345 0,8
Бразилия 730 0,6 250 0,6
Испания 720 0,5 255 0,6
ЮАР 480 0,4 145 0,3
Дания 390 0,3 175 0,4
Мексика 360 0,3 130 0,3
Норвегия 270 0,2 100 0,2
Финляндия 255 0,2 105 0,2
Итого 131310 100,0 44 820 100,0
ных ЦВМ, установленных в Великобритании, Франции, ФРГ и
Японии, составляло 5,4 тыс., т. е. 23,9% от количества ЦВМ в
США. Соответствующие подсчеты по состоянию на конец 1971 г.
дают цифру 36,4%. Данные краткосрочных прогнозов свидетель-
ствуют о дальнейшем постепенном сближении масштабов приме-
нения вычислительной техники в США и других промышленно
развитых капиталистических странах. По некоторым оценкам в
1975 г. парк электронных ЦВМ США составит 130 тыс. машин
по сравнению с 74,5 тыс. ЦВМ в Западной Европе и 25 тыс.— в
Японии.
5. ЦВМ на интегральных подсистемах
Одной из важнейших тенденций развития интегральных схем
является тенденция к интеграции. Показателем степени интегра-
ции обычно служит количество дискретных компонентов, которое
заменяет данную интегральную схему. В качестве показателя сте-
315
пени интеграции цифровых схем часто используется также коли-
чество логических элементов и триггеров, которое заменяет дан-
ная интегральная схема.
Повышение степени интеграции становится возможным в про-
цессе развития интегральной технологии и в конечном счете обус-
ловлено экономическими соображениями — себестоимостью интег-
ральных схем. Полная себестоимость интегральной схемы связана
сложной зависимостью с рядом параметров, в том числе с затра-
тами на проектирование, изготовление и контроль. До определен-
ного момента затраты на изготовление интегральной схемы (в пе-
ресчете на один дискретный компонент) падают с ростом числа
компонентов. Однако на некотором этапе усложнения схемы сто-
имость одного компонента начинает возрастать из-за уменьшения
выхода годных схем. Как показали исследования специалистов
фирмы «Сайнетикс» (США), для каждого определенного момента
времени (которому соответствует некоторый уровень развития ин-
тегральной технологии в данной стране) существует оптимальный
уровень интеграпии, определяемый минимальной стоимостью одно-
го компонента интегральной схемы. Из зарубежных стран наибо-
лее высокий уровень развития интегральной технологии достигнут
в США. Анализ себестоимости интегпальных схем, выпускаемых
фирмами США, показывает, что в 1962 г. наиболее выгодно было
выпускать интегральные схемы с очень малым уровнем интегра-
ции (схемы, эквивалентные десяти дискретным компонентам). В
1967 г. развитие интегральной технологии достигло такого уровня,
когда наиболее выгодно стало изготовлять интегральные схемы,
эквивалентные 70 дискретным компонентам. При этом затраты,
приходящиеся на один компонент такой схемы, за пять лет умень-
шились приблизительно в 30 раз по сравнению с соответствующи-
ми затратами на выпущенные в 1962 г. 10-компонентные схемы
[411.
Таким образом развитие интегральной технологии объективно
приводит к систематическому повышению уровня интеграпии схем.
Для развития универсальных ЦВМ данное обстоятельство имеет
чрезвычайно важное значение. Во-первых, повышение степени ин-
теграции неизбежно приводит к улучшению параметров ЦВМ.
Улучшение параметров обусловлено теми же причинами, которые
обусловили переход от дискретных элементов к интегральным
схемам. Наиболее существенное значение здесь имеют такие фак-
торы, как повышение надежности в результате уменьшения меж-
схемного монтажа в ЦВМ (все большая часть монтажа переносит-
ся на полупроводниковый кристалл интегральной схемы), увели-
чение быстродействия за счет повышения плотности монтажа и
снижение себестоимости. Во-вторых, на определенном этапе по-
вышение степени интеграции является причиной серьезных изме-
нений в структуре ЦВМ, методике их проектирования и методах
программирования. Анализ существующих тенденций показывает,
что есть все основания рассматривать ЦВМ на схемах с высокой сте-
316
пенью интеграции (интегральных подсистемах ®) в качестве машин
нового, четвертого поколения. При этом современный уровень раз-
вития интегральной технологии позволяет с высокой степенью ве-
роятности предсказать некоторые особенности следующего перио-
да развития универсальных ЦВМ, технологической основой кото-
рого является методика изготовления интегральных подсистем.
В конце 60-х годов развитие интегральной технологии в США
достигло уровня, позволяющего разрабатывать несерийные моде-
ли специализированных (аэрокосмических) ЦВМ на интеграль-
ных подсистемах. Первые экспериментальные машины на интег-
ральных подсистемах были созданы в 1967—1969 гг. и предназна-
чались для использования в военной авиации в качестве бортовых
вычислительных устройств. Естественно, что опубликованные дан-
ные содержат лишь краткую характеристику данных ЦВМ, при из-
готовлении которых были использованы различные технологичес-
кие методы создания интегральных подсистем, в том числе полупро-
водниковая технология получения интегральных схем на бипо-
лярных транзисторах и униполярных полевых транзисторов со
структурой металл — окисел — полупроводник (МОП-структу-
рой), а также пленочная технология получения интегральных
схем, основанная на гетероэпитаксиальном выращивании моно-
кристаллической пленки кремния на монокристаллической сап-
фировой подложке.
В 1967 г. фирма «Рэйдио Корпорэйшн» разработала бортовую
ЦВМ ЛИМАК, предназначенную для решения навигационных
задач. Логическая часть машины изготовлена из интегральных
подсистем на биполярных транзисторах. Всего используется два
типа интегральных подсистем, содержащих 72 и 144 вентиля.
Интегральные подсистемы на МОП-транзисторах применены в
буферном ЗУ емкостью 256 16-разрядных чисел и циклом
80 нсек.
В марте 1969 г. фирма «Аутонетикс» завершила разработку
опытного образца бортовой ЦВМ Д-200 (тактовая частота 250 кгц,
время выполнения операций умножения и деления 108 и
112 мксек соответственно). Интегральные подсистемы машины
выполнены на полевых транзисторах с МОП-структурой. Цент-
ральный процессор состоит из 24 интегральных подсистем, каж-
дая из которых содержит от 142 до 1053 транзисторов. Отличи-
тельными особенностями машины являются очень малые размеры
(12,5X15,0X17,5 см} и потребляемая мощность (10 вт}.
В| апреле 1969 г. разработку экспериментальной бортовой ЦВМ
на интегральных подсистемах завершила фирма «Тексас Инстру-
менте». Для изготовления интегральных подсистем на биполяр-
ных транзисторах был использован обычный метод получения
8 Для обозначения схем с высокой степенью интеграции в научно-техниче-
ской литературе применяются различные термины: «большие интеграль-
ные схемы», «интегральные решетки», «интегральные подсистемы» и т. д.
В дальнейшем будем использовать термин «интегральная подсистема».
317
полупроводниковых интегральных схем — диффузионная пла-
нарная технология. При этом был достигнут высокий уровень
интеграции — в среднем каждая интегральная подсистема содер-
жит 250 логических вентилей. Всего в машине используются 34
интегральные подсистемы 14 различных типов, в том числе 16
однотипных интегральных подсистем в арифметическом устрой-
стве, 6 — в устройстве ввода-вывода и 12 — в устройстве управ-
ления.
Опыт разработки первых аэрокосмических ЦВМ на дискрет-
ных транзисторах и интегральных схемах показывает, что созда-
ние таких ЦВМ на несколько лет опережает создание первых
серийных моделей универсальных ЦВМ гражданского назначе-
ния. Исходя из этого, можно ожидать появления первых серий-
ных универсальных ЦВМ на интегральных подсистемах в сере-
дине 70-х годов 7. В конце 60-х годов вопросы структуры и проек-
тирования универсальных ЦВМ на интегральных подсистемах
становятся объектом теоретических и практических исследова-
ний. Анализ тенденций, выявленных в процессе данных исследо-
ваний, позволяет определить некоторые особенности ЦВМ на
интегральных подсистемах. Прежде всего следует отметить су-
щественное повышение роли машинного проектирования в комп-
лексе работ по проектированию ЦВМ.
Как показали исследования специалистов фирмы «Фэрчайлд»
(США), выполнение заказов потребителей требует разработки
большого количества нестандартных интегральных подсистем. На-
пример, обеспечение ста конструкторских программ в год потребо-
вало бы разработки приблизительно 320 различных интегральных
подсистем еженедельно [43]. Очевидно, что проектирование, про-
ведение экономических расчетов и испытание такого количества
интегральных подсистем становятся невозможными без помощи
вычислительной машины.
В настоящее время машинное проектирование используется
на различных этапах создания электронной ЦВМ и широко при-
меняется в СССР, США, Японии и других странах. Только еже-
годные затраты на разработку программ машинного проектиро-
вания составляют в США 50—100 млн. долл. [44]. Детальное
изложение истории автоматизации проектирования ЦВМ не вхо-
дит в нашу задачу. Тем не менее, с точки зрения перспектив
разработки универсальных ЦВМ на интегральных подсистемах,
представляется целесообразным рассмотреть основное направле-
7 По состоянию на 1974 г. наиболее быстро растущей областью применения
интегральных подсистем в гражданской вычислительной технике являют-
ся микро-ЭВМ, процессоры которых, выполненные на одном-двух кристал-
лах с МОП-структурой, содержат оперативную память и постоянное ЗУ
для записи микропрограмм.
В микро-ЭВМ используются серийные МОП-схемы с высокой степенью
интеграции (на одном кристалле размещается около 104 логических и за-
поминающих элементов). Диапазон применения микро-ЭВМ в настоящее
время ограничен скоростью работы серийных МОП-схем (тактовая часто-
та микропроцессоров — до 1 Мгц).
318
ние современного развития машинного проектирования. Как
отмечается в работе [42], до 1962 г. развитие машинного проек-
тирования шло преимущественно в трех направлениях:
1) создание специализированных машин (либо приставок к
универсальным вычислительным машинам), позволяющих авто-
матизировать решение отдельных задач на различных этапах
синтеза устройств ЦВМ;
2) создание программ машинного проектирования для реше-
ния отдельных задач на универсальных ЦВМ;
3) моделирование работы устройств.
В то время как первое направление не получило дальнейшего
развития (из-за трудностей решения сложных и трудоемких задач
проектирования на специализированных устройствах), второе
и особенно третье направления успешно развиваются. При этом
особенностью развития машинного проектирования ЦВМ в сере-
дине 60-х годов является начало применения системного подхода
к автоматизации проектирования. «При системном подходе раз-
рабатываются не отдельные алгоритмы программы, а целая сово-
купность средств, обеспечивающих максимальное использование
вычислительных машин на всех этапах проектирования» [42,
стр. 4]. Развитие системного подхода связано, во-первых, с при-
менением новых технических средств, обеспечивающих более
эффективную связь человека с машиной в процессе проектирова-
ния, и, во-вторых, с созданием развитой системы математических
средств (включающей специализированные алгоритмические
языки, трансляторы и библиотеки подпрограмм), с помощью ко-
торой возможно решение разнообразных задач, возникающих
на всех этапах проектирования. В настоящее время системный
подход к проблеме машинного проектирования ЦВМ находит
все более широкое применение в СССР и за рубежом. Из работ,
выполненных в СССР, необходимо отметить разработку малой
системы автоматизации синтеза цифровых автоматов в Институ-
те кибернетики АН УССР [45]. Система состоит из 17 программ
(в общей сложности 25 тыс. команд), с помощью которых пол-
ностью автоматизируется процесс синтеза цифрового автомата
из потенциальных схем типа элементов Шеффера и триггеров
со счетным входом. Область применения системы ограничена
автоматами, произведение числа которых на количество входных
сигналов не превышает 106. На практике это соответствует схе-
мам, содержащим не более 10—12 двоичных запоминающих эле-
ментов.
Значительную роль в развитии системного подхода к пробле-
ме машинного проектирования ЦВМ играет применение методов
графической связи человека с машиной. Разработка методов гра-
фической связи была начата в США в начале 60-х годов. Первой
печатной работой, в которой рассматривалась идея графического
метода машинного проектирования, явился доклад А. Сазерлен-
да (1963 г.), посвященный системе «Скетчпэд», реализованной
319
на вычислительной машине ТХ-2 [46]. В 1963 г. в Массачусет-
ском технологическом институте были начаты работы по проек-
ту МАК [47]. Программа работ включала использование в ре-
жиме разделения во времени дистанционных оконечных печатаю-
щих устройств, а позднее — индикаторных пультов. Частью
проекта МАК явилась разработка компилирующего языка АЕД,
начатая Д. Россом в 1963 г. [48]. Небезынтересно, что анало-
гичная программа работ в 1959 г. выполнялась фирмой «Джене-
рал Моторе», причем вплоть до осени 1964 г. разработки прово-
дились в обстановке полной секретности [49, 50]. В настоящее
время графопостроительная аппаратура и программы машинного
проектирования разрабатываются рядом зарубежных фирм [51].
Соответствующие разработки проводятся в Советском Союзе.
Для реализации графической связи человек — машина при
проектировании с помощью ЦВМ обычно используются индика-
тор на электронно-лучевой трубке и световое перо, реагирующее
на световое пятно («следящее перекрестие») на экране трубки
[52]. В качестве светочувствительных элементов светового пера
обычно применяются две пары миниатюрных фототранзисторов.
В пере помещаются также дифференциальные усилители, выпол-
ненные на интегральных схемах. Всякое смещение пера относи-
тельно светового пятна луча вызывает появление на координат-
ных регистрах импульсов приращений соответствующего знака,
что в свою очередь приводит к изменению отклоняющих напря-
жений электронно-лучевой трубки и совмещению центра пере-
крестия с пером. Таким образом следящее перекрестие следует
за пером в любую точку экрана. Координаты следящего перекре-
стия известны машине все время и в любой момент могут быть
выбраны для использования. Таким способом оператор задает в
машину концевые точки прямых и положение других составных
элементов изображения, формируемого на экране.
Наряду с выбором положения точек с помощью следящего
перекрестия световое перо может применяться и в так называе-
мом «режиме выборки». После того как изображение нанесено
оператором или получено по данным вычислений, оператору
может потребоваться выбрать определенную кривую, деталь,
строку текста или другой отдельный элемент, являющийся
частью изображения. Для этого световое перо направляется на
соответствующий элемент; в момент прохождения пера через
элемент фотоумножитель генерирует импульс, поступающий в
ЦВМ. Поскольку адрес элемента известен машине, то после
идентификации над ним могут быть произведены операции, оп-
ределяемые программой, например стирание, перемещение и
поворот.
Наряду со светлым пером для графического ввода использу-
ются и другие устройства: пластинка «Рэнд», световой карандаш,
лучевое перо и т. д. Все эти устройства могут применяться для
перемещения следящего перекрестия по экрану и, следователь-
320
Ввод графической информации с помощью светового пера
но, для указания точек. Кроме того, путем установки следящего
перекрестия у нужного элемента могут выполняться операции
в режиме выборки.
Следует отметить, что создание устройств, обеспечивающих
графоаналитическую связь человека с машиной, имеет значение,
выходящее за пределы проблем машинного проектирования ЦВМ.
«Так, например,— отмечает Сазерленд,— возможность задавать
топологическую информацию позволит создать новое поколение
языков машинного программирования, основанных на изображе-
ниях, а не на письменных текстах. Пока еще неизвестны все воз-
можности графических устройств ввода и вывода, однако уже
сейчас можно сказать, что благодаря их применению мы придем
к решению новых важных проблем... Широкое совместное ис-
пользование графических устройств ввода-вывода и вычисли-
тельных машин приведет к значительному увеличению произво-
дительности труда в науке, технике и обучении» [53, стр. 67—68].
Важный аспект применения интегральных подсистем связан
с систематическим снижением их себестоимости в процессе раз-
вития интегральной технологии. Как отмечалось в гл. 5 и 6,
систематическое снижение себестоимости (в пересчете на произво-
дительность) наблюдалось на всем протяжении истории элект-
ронных ЦВМ. При этом наиболее серьезное значение для сниже-
ния себестоимости имело применение полупроводников и
ферритов (т. е. переход к машинам второго поколения) и далее
11 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
321
Снижение себестоимости интеграль-
ной подсистемы, содержащей 1000
логических схем
Удельный вес стоимости средств
программирования в общей стоимо-
сти ЦВМ
1 — стоимость средств программирования;
2 — стоимость машины
интегральных схем. Использование интегральных подсистем
приводит к дальнейшему снижению себестоимости за счет луч-
ших возможностей для автоматизации технологического процес-
са. Таким образом, есть все основания предполагать, что тенден-
ция к снижению себестоимости оборудования для ЦВМ сохра-
нится в ближайшие годы, причем значительный вклад в сниже-
ние себестоимости будет внесен снижением относительных
затрат на производство интегральных подсистем.
С тенденцией к снижению себестоимости вычислительной
машины частично связана тенденция к повышению относитель-
ной доли затрат на программирование в общем комплексе рас-
ходов на производство и эксплуатацию универсальных ЦВМ.
В условиях систематического снижения затрат на оборудование
наиболее целесообразным средством уменьшения затрат на сред-
ства программирования является передача некоторых функций
программы специальной аппаратуре со специализированной ло-
гикой. В качестве примера функций, выполняемых такой аппа-
ратурой, можно привести преобразование чисел из двоичной
системы счисления в десятичную, управление форматом числа, опе-
рацию просмотра таблиц, операции извлечения квадратного кор-
ня, вычисления тригонометрических функций и т. д. Схемная
реализация некоторых функций программы связана с сущест-
венным повышением емкости постоянных ЗУ и широким внед-
рением методов микропрограммирования. При обсуждении
структурных особенностей ЦВМ на интегральных подсистемах
возник новый термин «блок-программа» (firmware) 8, который
8 По аналогии с «hardware» (аппаратура, оборудование) и «software» (сред-
ства программирования).
322
определяют как набор микропрограмм в ЗУ устройства управле-
ния. Одним из возможных вариантов реализации микропрограм-
много управления в машинах 70-х годов является метод пикопро-
граммирования, разработанный в 1967 г. фирмой «Отомэтик Элект-
рик» (США). При использовании данного метода вместо обыч-
ного постоянного ЗУ применяются отдельные сменные карты с
печатными схемами для задания различных программ. Как по-
казали исследования специалистов Стэнфордского института
(США), в ЦВМ на интегральных подсистемах целесообразны
функциональные ЗУ, способные решать задачи ассоциативного
поиска, сравнения, классификации, выполнять операции над
матрицами, подготавливать компилиоующие программы и управ-
лять работой программы-диспетчера [54].
Решение некоторых функций программы схемными средства-
ми приводит к определенным изменениям в структуре универ-
сальных ЦВМ. Применение интегральных подсистем, по-видимо-
му, вызовет пересмотр одной из основных концепций построения
электронных ЦВМ, обоснованной Нейманом и заключающейся
в том, что схемными средствами целесообразно выполнять только
одну арифметическую операцию (сложение).
Подводя итоги рассмотрению особенностей развития универ-
сальных ЦВМ в начале 70-х годов, представляется целесообраз-
ным отметить общую черту двух важнейших тенденций, наметив-
шихся в данный период:
1) повышение степени интеграции микроэлектронных схем;
2) использование универсальных ЦВМ в системах АРМВ,
объединенных в вычислительные сети.
Общим звеном, связывающим эти столь различные по своему
характеру тенденции, является взаимодополняемая тождествен-
ность результатов, получаемая в процессе их развития, а именно
чрезвычайно широкое, массовое, всеобщее внедрение и исполь-
зование средств цифровой вычислительной техники.
Систематическое повышение степени интеграции монолитных
полупроводниковых схем, достигаемое в процессе совершенство-
вания интегральной технологии, приводит к быстрому снижению
себестоимости схем и соответственно себестоимости электронной
аппаратуры. В конечном счете создаются условия для массового
производства аппаратуры, имеющей высокие вычислительные
возможности и очень низкую себестоимость. Развитие систем,
работающих в режиме АРМВ и объединенных в вычислительные
сети, существенно облегчает процесс взаимодействия человека с
машиной и также способствует максимально широкому исполь-
зованию средств вычислительной техники.
Взаимодополняемое развитие данных тенденций является,
на наш взгляд, основной перспективой развития универсальных
ЦВМ в ближайшие 7—10 лет.
323
11*
ЛИТЕРАТУРА
1. В. М. Долкарт, Г. X. Новик, И. С. Колтыпин. Микроминиатюрные аэро-
космические цифровые вычислительные машины. М., «Советское радио»,
1967.
2. Г. Р. Фирдман. Интегральные схемы. М., «Знание», 1969.
3. Т. Наго. Эрэкутороникусу, 1968, 13, № 7, 760—766.
4. Микроэлектроника. Теория, конструирование и производство. М., «Совет-
ское радио», 1966.
5. М. Alonge. Electron. News, 1962, 7, N 352, 1, 10.
6. H. А. Барканов и др. В сб.: Микроэлектроника, вып. 1. М., «Советское ра-
дио», 1967, стр. 363—365.
7. J. Rose. Electron. Design News, 1967, N 11, 22—27.
8. G. W. A. Dummer. Proc. Electron. Components Sympos. Washington, May,
1952, p. 19.
9. G. W. A. Dummer. Proc. Internal. Sympos. on Electronic Components, Mal-
vern, R. R. E., Sept., 1957.
10. D. Brown. Electron. News, 1962, 7, N 352, 22.
11. Datamation, 1963, 9, N 3, 79.
12. И. В. Прангишвили и др. Микроэлектроника и однородные структуры для
построения логических вычислительных устройств. М., «Наука», 1967.
13. G. М. Amdahl, G. A. Blaauw, F. Р. Brooks. IBM J. Res. and Developm., 1964,
8, N 2, 87—101.
14. P. W. Case a. oth. IBM J. Res. and Developm., 1964, 8, N 2, 127—140.
15. T. A. Wise. Fortune, 1966, 74, N 4, 118-123, 138-143.
16. А. П. Ершов. Вычислительное дело в США. Отчет. Новосибирск, Ин-т ма-
тематики СО АН СССР, 1966.
17. Computer Yearbook and Directory. Detroit, Amer. Data Process., 1966, 493—
499.
18. Computer Characteristics Quart., 1967, 7, N 3, 1—84.
19. R. A. Mclaughlin. Datamation, 1969, 15, N 10, 119—122.
20. Computer Yearbook and Directory. Detroit, Amer. Data Process., 1966,
p. 516-532.
21. J. B. Totaro. Data Process. Mag., 1966, 8, N 6, 54—61.
22. Ю. А. Савинов. Бюлл. иностр, коммерческой информации. Приложение
№ 13, 1967, стр. 81-117.
23. Ниппон-но кэйсанки, Токио, Ниппон дэнси когё синко кёкай, 1968.
24. Data Process Mag., 1967, 9, N 5, 258—266.
25. W. В. Riley. Electronics, 1967, 40, N 10, 141—144.
26. G. H. Barnes a. oth. IEEE Trans. Electron. Comput., 1968, 17, N 8, 746—757.
27. D. J. Kuck. IEEE Trans. Electron. Comput., 1968, 17, N 8, 758-770.
28. Electronics, 1969, 42, N 8, 47—48.
29. C. Strachey. Information Processing.— Proc. Internal. Conf, on Inform. Pro-
cess. Paris, 15—20 June, 1959. Paris, UNESCO, 1960, p. 336-341.
30. P. M. Фано, Ф. Дж. Корбато. В сб.: Информация. М., «Мир», 1968, стр. 83—
101.
31. Р. Dickson. Electronics, 1968, 41, N 20, 131—134.
32. В. Combs. Datamation, 1973, 19, N 7, 40—43.
33. J. McCarthy. In: Management and the Computer of the Future (ed. by M.
Greenberger). Cambridge, MIT Press, 1962, p. 221—236.
34. СССР в цифрах в 1973 году. М., «Статистика», 1974.
35. «Правда» 26 января 1974 г., стр. 2.
36. Electronics, 1974, 47, N 1, 117—118.
37. Electronic News, 26.11, 1973, р. 22.
38. Ю. Савинов, С. Медведев. Мировая экономика и международные отноше-
ния, 1973, № 1, 125-130.
39. EDP Industry Report, 28.IV, 1972, р. 4.
40. EDP Industry Report, 17.XII, 1971, р. 2.
41. J. Н. Wolf, К. Greenough. Second Internal. Sympos. on Microelectronics.
Munich, 1966.
324
42. В. М. Глушков, Ю. В. Капитонова, А. А. Летичевский. Кибернетика, 1967
№ 5, 2-14.
43. S. Weber. Electronics, 1967, 40, N 4, 123—129.
44. Electronics, 1969, 42, N 6, 33.
45. В. M. Глушков, Ю. В Капитонова, А. А. Летичевский. Об одной методике
проектирования устройств вычислительных машин. Тезисы доклада на
Всесоюзном коллоквиуме по автоматизации синтеза дискретных вычисли-
тельных устройств. Новосибирск, 1966.
46. I. Е. Sutherland. Proc. 1963 Spring Joint Computer Conf., Washington, Spar-
tan Books, 1963, p. 329—346.
47. R. M. Fano. IEEE Spectrum, 1965, 2, N 1, 56-64.
48. D. T. Ross, J. E. Rodriques. Proc. 1963 Spring Joint Computer Conf., Wa-
shington, Spartan Books, 1963, p. 305—322.
49. G. S. Devere, B. Hargreaves, D. M. Walker. Datamation, 1966, 12, N 6, 37-
47.
50. E. L. Jacks. Proc. 1964 Fall Joint Computer Conf., Baltimore, Spartan Books
1964, p. 343—350.
51. В. В. Соколов, В. А. Позин. Зарубежная радиоэлектроника, 1968, № 9, 57-**
101.
52. М. D. Prince. Proc. IEEE, 1966, 54, N 12, 1698—1708.
53. А. Сазерленд. В сб.: Информация. М., «Мир», 1968, стр. 47—68.
54. W. В. Riley. Electronics, 1967, 40, N 6, 165—168.
Глава VIII
РОЛЬ ЦВМ В СОВРЕМЕННОЙ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ
1. Периодизация научно-технической революции
Изучение характера и особенностей современной научно-тех-
нической революции является темой многочисленных исследова-
ний, ведущихся в СССР и за рубежом. Характеристика наиболее
важных исследований дана в работе [1]. Одной из основных про-
блем исследований в области современной научно-технической ре-
волюции является выявление основной черты (сущности) данного
процесса и, в частности, его основного отличия от технической
революции XVIII в. Впервые данная проблема была детально ис-
следована Н. Винером в 1950 г. в работе «Кибернетика и обще-
ство» [2]. В главе «Первая и вторая промышленные революции»
Винер дал удивительно точный по содержанию, хотя и несколько
оптимистический по срокам, прогноз изменений в промышлен-
ном производстве, характерных для эпохи «второй промышленной
революции». Содержание прогноза Винера заключается в следую-
щем:
1. Управление производством осуществляется с помощью бы-
стродействующих вычислительных машин, которые используются
как для непосредственного управления исполнительными меха-
низмами, так и для обработки деловой информации.
2. В отличие от первой промышленной революции, «которая
имела дело с машиной исключительно в качестве альтернативы
человеческим мускулам» [2, стр. 142 ], вторая промышленная ре-
волюция проникает в очень широкий круг областей, связанных с
механизацией процессов умственного труда.
Таким образом в то время, когда универсальные ЦВМ еще не
выпускались серийно и использовались исключительно в научных
исследованиях, Винер предсказывал, что «данные машины или
подобные им устройства» явятся основой переворота в промыш-
ленном производстве, причем «новым машинам потребуется от 10
до 20 лет, чтобы занять подобающее им место» [2, стр. 164].
Заметим, что прогноз Винера касался не научно-технической,
а промышленной революции. Впервые четкое разделение этих по-
нятий было дано в работе «Современная научно-техническая ре-
волюция», написанной коллективом сотрудников Института исто-
рии естествознания и техники Академии наук СССР (под редак-
цией С. В. Шухардина) и опубликованной (первое издание) в
1967 г. Здесь же было дано одно из первых в отечественной лите-
326
ратуре 1 четких определений сущности современной научно-тех-
нической революции: «Важнейшей отличительной чертой совре-
менного прогресса является применение электронных вычислитель-
ных машин (ЭВМ). В условиях непосредственного производства
ЭВМ позволяют заменить часть умственного труда человека и в
особенности его логические функции. Возможность замены функ-
ций человеческого мозга машиной является важной предпосылкой
для создания полностью автоматизированного производства и со-
ставляет сущность происходящей сейчас научно-технической рево-
люции» [1, стр. 191].
В докладе автора настоящей работы на конференции ИИЕТ АН
СССР в январе 1968 г. была предпринята попытка построения пе-
риодизации развития современной научно-технической революции,
причем были выявлены определенные параллели в процессах раз-
вития технической революции, приведшей к промышленному
перевороту XVIII—XIX вв., и современной научно-технической
революции.
Ниже приводятся основные результаты работы в данной об-
ласти.
В различных исследованиях, посвященных тем или иным аспек-
там развития современного общества, научно-техническую рево-
люцию связывают с комплексом качественных изменений в разви-
тии ряда отраслей науки и техники. К этим отраслям обычно
относят атомную энергетику, космонавтику, кибернетику, ракетную
технику, автоматику, радиоэлектронику, химию и ряд других обла-
стей, в которых в последние годы наблюдается резкое убыстрение
темпов научного и технического прогресса (см., например, [3—4]).
В этой связи представляется целесообразным рассмотрение воп-
роса о причинах столь быстрого и практически одновременного
прогресса в различных областях науки и техники.
Рассмотрение совокупности областей, в которых происходят
революционные изменения, приводит к выводу, что их современ-
ное состояние и в особенности дальнейшее развитие в значитель-
ной (зачастую решающей) степени обусловлены механизацией
процессов умственного труда на базе электронной вычислительной
техники. При этом представляется целесообразным выделить
следующие три линии развития механизации умственного труда:
1) выполнение научно-технических расчетов;
2) обработка больших массивов информации;
3) механизация процессов управления.
Применение электронной вычислительной техники в каждой
из этих областей механизации умственного труда во многом опре-
делило современный уровень развития науки и техники.
1 В 1964 г. в выступлении на конференции, посвященной проблемам совре-
менной научно-технической революции, Б. М. Кедров отметил, что «сущ-
ностью современной научно-технической революции является замена логи-
ческих функций производителя машиной» [1, стр. 108].
327
И. Винер
Использование ЭВМ позволило достичь быстрого прогресса
прежде всего в тех отраслях, развитие которых во многом зависит
от объема требуемых расчетов и вычислений. «Трудность, а под-
час и практическая невозможность выполнения большого коли-
чества вычислений,— отмечал видный советский специалист в
области вычислительной техники А. А. Папернов,— еще недав-
но приводила к тому, что явления, подлежащие математическому
исследованию, идеализировались с целью упрощения описываю-
щих их дифференциальных уравнений. При этом, естественно, не
учитывалось влияние большого количества факторов, в результа-
те чего научный уровень исследования снижался. При техниче-
ских расчетах сопоставлялось малое количество вариантов реше-
ния и в результате принимался просто приемлемый, но не опти-
мальный вариант решения. Применение высокопроизводительных
вычислительных машин позволяет резко повысить уровень науч-
ных исследований и технического проектирования. Развитие та-
ких отраслей современной науки и техники, как атомная энерге-
тика и реактивная техника, было бы невозможно без современных
цифровых машин» [5, стр. 5].
Использование ЦВМ для обработки больших объемов инфор-
мации во многом определило возможность проведения современ-
328
ных космических исследований. Огромный объем телеметрической
информации, поступающей со спутников и космических кораблей,
практически невозможно обработать в приемлемые сроки без ис-
пользования вычислительных машин. Обработка больших масси-
вов информации с помощью ЦВМ является необходимым условием
создания современных автоматизированных систем управления
народным хозяйством на различных уровнях (в масштабе отдель-
ных предприятий, отдельных отраслей и общегосударственного
планирования). Современный уровень развития автоматики в зна-
чительной степени обусловлен применением ЭВМ в системах ав-
томатического управления. Прежде всего здесь следует отметить
использование систем автоматического управления на промыш-
ленных предприятиях (управление непрерывными технологиче-
скими процессами в реальном масштабе времени), в космической
технике (бортовые системы управления космических кораблей) и
военной технике (бортовые системы управления баллистическими
ракетами, самолетами, атомными подводными лодками и т. д.).
Таким образом, механизация процессов умственного труда в
настоящее время является своеобразным катализатором развития
различных областей науки и техники, определяющих лицо
современной научно-технической революции. Основным сред-
ством механизации умственного труда в настоящее время слу-
жит вычислительная техника, развивающаяся на базе электрон-
ной технологии. Соответственно роль ЦВМ в механизации процес-
сов умственного труда определяется их значением в совокупности
средств электронной вычислительной техники (табл. 20).
Таблица 20
Производство средств цифровой вычислительной техники в США
(млн. долл.)
Годы Суммирующие и вычислительные клавишные ЦВ<Д1 Перфорационные ЦВМ, бухгалтерские клавиш- ные ЦВМ и кассовые аппараты Электронные ЦВМ (гражданского назначения) Всего
1953 101,4 245,7 — 347,1
1954 87,7 283,9 — 371,7
1955 105,0 256,6 47,0 408,6
1956 116,3 303,0 93,6 512,9
1957 114,0 320,8 145,1 579,9
1958 98,0 298,4 319,1 710,5
1959 109,3 317,8 317,7 744,8
1960 106,9 321,2 472,5 900,6
1961 101,6 304,5 543,9 950,0
1962 102,7 324,8 646,6 1074,1
1963 110,0 350,0 760,0 1220,0
1968 609 4329 4938
1970 525 5671 6196
329
В совокупности электронных ЦВМ доминирующую роль игра-
ют универсальные ЦВМ, используемые в настоящее время для
выполнения научно-технических расчетов, обработки больших
объемов информации и управления в реальном масштабе време-
ни. В этой связи представляется целесообразным использовать
данные о развитии универсальных электронных ЦВМ, получен-
ные в гл. 4—7, в качестве исходного материала для построения
периодизации развития современной научно-технической револю-
ции и ее перерастания в производственную революцию. Предла-
гаемая периодизация имеет следующий вид:
1. Период бурного развития ряда областей науки и техники,
связанного с применением универсальных ЦВМ в научных ис-
следованиях.
Хронологические рамки данного периода совпадают с перио-
дами зарождения электронной вычислительной техники и перио-
дом ЦВМ первого поколения, т. е. охватывают вторую половину
40-х и 50-е годы. Исходным моментом данного периода представ-
ляется целесообразным считать создание первых электронных
ЦВМ.
2. Период интенсивного внедрения процессов механизации ум-
ственного труда в различные сферы жизни общества (планирова-
ние народного хозяйства, промышленность, транспорт, торговля,
образование, здравоохранение и т. д.).
Основными чертами данного периода являются:
а) дальнейшее расширение применения вычислительных ма-
шин в сфере научно-технических расчетов, широкое использование
ЦВМ для обработки больших массивов информации, начало и
заметное развитие применения ЦВМ в системах автоматического
управления, работающих в реальном масштабе времени;
б) создание в промышленно развитых странах вычислитель-
ных сетей, охватывающих вычислительные центры, расположен-
ные на территории всей страны;
в) преимущественное использование универсальных ЦВМ в
системах, работающих в режиме АРМВ между абонентами;
г) интенсивное развитие устройств и средств программирова-
ния, обеспечивающих непосредственную связь человека с вычи-
слительной машиной;
д) развитие полупроводниковой техники по линии дискретные
транзисторы — интегральные схемы — интегральные подсистемы;
внедрение интегральных подсистем с результирующим резким
снижением себестоимости электронной аппаратуры.
Хронологические рамки данного периода в основном совпада-
ют с периодами ЦВМ второго — четвертого поколений, т. е. охва-
тывают 60—80-е годы.
Исходным моментом этого периода представляется целесооб-
разным считать ввод в эксплуатацию первых вычислительных сис-
тем и информационно-вычислительных сетей, эффективно рабо-
тающих в режиме АРМВ между абонентами. Формальным пока-
330
зателем решения основных задач данного периода может служить
создание национальных и международных вычислительных сетей
с установкой абонентских пультов на рабочих местах и в кварти-
рах на уровне современного распространения таких средств ин-
формации и связи, как радио, телевидение и телефон. По предва-
рительным оценкам [6], в промышленно развитых странах указан-
ный уровень применения вычислительной техники может быть
достигнут до конца XX в.
3. Период завершения комплексной автоматизации сферы
производства и комплексной механизации сферы управления на
базе средств вычислительной техники.
В настоящее время трудно судить о том, в каких конкретных
формах будет развиваться данный период научно-технической
революции. В качестве типичной оценки уровня производства,
характерного для этого периода, можно привести следующую
оценку: «От автоматизации технологических процессов, через ав-
томатические цехи п заводы осуществляется переход к комплекс-
ному автоматизированному производству, что и будет характе-
ризовать технологический уровень коммунистического способа
производства. В результате будет создана система автоматических
машин, которая будет выполнять целевое назначение (получение
материальных благ) без какого-либо непосредственного участия
человека в процессе всего производственного цикла» [1, стр. 230].
Прообразом систем комплексного автоматизированного производ-
ства, характерного для данного периода, являются современные
системы управления непрерывными технологическими процесса-
ми. ЦВМ, управляющие работой таких систем, замкнуты на объ-
ект в контуре управления. В результате процесс управления пол-
ностью автоматизируется, а роль обслуживающего персонала сво-
дится к наблюдению за работой системы.
Весьма важно отметить, что приведенная выше оценка учи-
тывает лишь одну сторону перерастания научно-технической ре-
волюции в производственную, а именно автоматизацию производ-
ственных процессов. Однако, как будет показано в дальнейшем
(разд. 2 гл. 8), возрастание сложности задач в сфере управления
производством происходит более высокими темпами, чем увеличе-
ние масштабов производства. Из этого следует, что сфера управ-
ления производством как во втором, так и в третьем периоде
научно-технической революции явится объектом механизации и
(возможно) автоматизации, причем материальные затраты, свя-
занные с развитием сферы управления, будут сопоставимы с за-
тратами на автоматизацию производственных процессов. Более
того, можно предположить, что «центр тяжести» в сфере автома-
тизации общественного производства постепенно сместится в об-
ласть управления производством как на высшем уровне (плани-
рование в национальном, международном и глобальном масшта-
бах), так и в среднем звене (отраслевое управление). Весьма
важное внимание будет уделено сфере управления наукой. Коро-
331
че говоря, любое рассмотрение комплексной автоматизации произ-
водства должно неизбежно включать рассмотрение сферы управ-
ления.
Что же касается принципиально новых особенностей научно-
технической революции, которые собственно и являются основой
для выделения ее третьего, заключительного периода, то здесь
необходимо отметить следующее. Автоматизация производствен-
ных процессов и механизация сферы управления требуют разра-
ботки сложных систем (автоматического и автоматизированного
управления). В настоящее время процесс разработки данных си-
стем является одним из наиболее трудоемких. При этом, как было
показано в гл. 7, на определенном этапе развития вычислитель-
ной техники (на этапе интегральных подсистем) процесс разра-
ботки электронных ЦВМ в принципе не может быть осуществлен
исключительно «ручными» методами проектирования. Уже в
конце 50-х годов возникла потребность в механизации и автомати-
зации процесса разработки и изготовления ЦВМ. К началу 70-х
годов данная потребность превратилась в настоятельную необхо-
димость. Во втором периоде научно-технической революции по-
степенно возрастает уровень применения вычислительной техни-
ки при создании новых вычислительных систем. Третий, заклю-
чительный период научно-технической революции связан с соз-
данием:
а) либо автоматизированных систем управления комплексным
процессом научных исследований, опытно-конструкторских и про-
изводственных работ по созданию вычислительных систем;
б) либо автоматических систем управления данными процес-
сами.
Отличие автоматизированной от автоматической системы уп-
равления заключается, как известно, в том, что в первом случае
ответственность за наиболее важные решения возлагается на
человека. Не рассматривая здесь не являющегося в настоящее
время актуальным вопроса о том, каким путем (либо путем «со-
четания возможностей» человека и машины, либо путем созда-
ния систем, превосходящих эвристические возможности человека)
пойдет дальнейшее (в 90-х годах XX — начале XXI в.) развитие
вычислительных машин, отметим, что на любом пути будут соз-
даны системы, «продуцирующие» новые средства вычислительной
техники. Создание подобных систем и станет исходным пунктом
третьего периода научно-технической революции. Первыми шага-
ми в данном направлении являются современные работы в обла-
сти машинного проектирования, включая работы по созданию ап-
паратуры и средств программирования, используемых в системах
графоаналитической связи человека с машиной.
Итак, в основе предлагаемой периодизации лежит последова-
тельное расширение сферы применения средств вычислительной
техники, т. е. средств механизации умственного труда. Представ-
ляется целесообразным сопоставить процесс развития современ-
332
пой научно-технической революции (и ее перерастания в произ-
водственную революцию) и процесс развития начавшейся в
XVIII в. промышленной революции, в основе которой лежит по-
следовательное расширение сферы применения рабочих машин,
т. е. средств механизации физического труда. Анализ промышлен-
ной революции, данный К. Марксом в XIII главе «Капитала»
(т. I), показал, что основные исходные моменты промышленного
переворота связаны с последовательным внедрением трех круп-
ных технических изобретений XVIII в.:
1) прядильных и ткацких машин;
2) универсального теплового двигателя (паровой машины);
3) резцедержателя (суппорта), изобретение которого явилось
исходным моментом развития машиностроения.
Таким образом, процесс развития технической революции и
ее перерастания в промышленную революцию шел по пути после-
довательного применения рабочих машин:
1) в одной из отраслей производства (текстильной промыш-
ленности) ;
2) во всех основных отраслях производства (в результате
применения парового двигателя);
3) в наиболее сложной отрасли производства (машинострое-
нии).
Как видно из приведенной выше схемы периодизации, в изве-
стной степени аналогичным путем (на основе последовательного
расширения областей применения вычислительных машин) идет
процесс развития современной научно-технической революции и
ее перерастания в производственную революцию.
2. Роль электронных ЦВМ в первом и втором
периодах научно-технической революции
Конкретизация общей схемы периодизации современной науч-
но-технической революции, предложенной в предыдущем разделе,
представляет существенный интерес с точки зрения изменения
роли электронных ЦВМ в каждом из периодов. Рассмотрим дан-
ный вопрос применительно к первому и второму периодам совре-
менной научно-технической революции.
Как было отмечено в предыдущем разделе, первый период
научно-технической революции является периодом бурного раз-
вития ряда наиболее передовых (перспективных) областей научно-
технического прогресса, причем темп развития во многом опре-
деляется степенью применения вычислительной техники для ре-
шения задач расчетного типа.
Ядерная физика и атомная энергетика, реактивная авиация и
космонавтика, химия полимеров и молекулярная биология — все
эти и многие другие области, определяющие лицо современной
научно-технической революции, возникли независимо от вычи-
слительной техники. Однако во все большей степени уровень их
333
развития определяется степенью применения вычислительной тех-
ники для выполнения научно-технических расчетов. Причина этого
заключается в существенно более высокой сложности научно-тех-
нических расчетов в данных областях по сравнению с теми обла-
стями, которые определяли научно-технический прогресс в более
ранние периоды, например в конце XIX или начале XX в. Если
при проектировании самолета с поршневым двигателем можно
было ограничиться средствами ручного счета и механическими
моделями, то при проектировании сверхзвукового пассажирского
лайнера или атомной подводной лодки-ракетоносца требуется
выполнение существенно более сложных вычислений, необходимо
математическое моделирование объекта на быстродействующей
вычислительной машине. Именно по этой причине в предыдущем
разделе было предложено считать исходным моментом (началом)
современной научно-технической революции создание первой
электронной ЦВМ (1945 г.). С появлением электронных ЦВМ че-
ловечество получило универсальное средство для выполнения
сложных научно-технических расчетов, что позволило существен-
но ускорить темпы научно-технического прогресса. Заметим, что
именно резкое убыстрение темпов прогресса является количествен-
ным показателем «революции», «переворота» и т. д. Итак, не сам
факт возникновения перспективных областей научно-техническо-
го прогресса, а появление условий для их бурного, революционного
развития является, на наш взгляд, решающим фактором с точки
зрения выявления исходного момента современной научно-техни-
ческой революции.
Первый период научно-технической революции можно рас-
сматривать как ее пролог. «Человечество вступает в период науч-
но-технического переворота, связанного с овладением ядерной
энергией, освоением космоса, с развитием химии, автоматизации
производства и другими крупнейшими достижениями науки и тех-
ники» 2. Следующая за данным периодом «основная», «централь-
ная» часть процесса современной научно-технической революции
(основная — в смысле масштабов развития научно-технической ре-
волюции, существенного увеличения ее влияния на жизнь общества,
наконец с точки зрения длительности данного периода) развивается
на основе внедрения вычислительной техники в различные стороны
жизни общества. Рассмотрим данный вопрос более детально. Как
в настоящее время, так и в обозримом будущем применение ЦВМ
в сфере научно-технических расчетов является чрезвычайно важ-
ным, во многом определяющим темпы создания новых техниче-
ских средств и результативность научных исследований. Однако
удельный вес использования ЦВМ для научно-технических расче-
тов постепенно уменьшается. На рубеже 50-х и 60-х годов в струк-
туре сфер применения ЦВМ на первое место выходит сфера обра-
ботки больших объемов информации. Достигнуто это было, разу-
2 Программа Коммунистической партии Советского Союза. М., 1972, стр. 27.
334
меется, не за счет уменьшения абсолютного количества ЦВМ,
применяемых для научно-технических расчетов. Наоборот, их
количество увеличивалось из года в год, но еще более быстрыми
темпами увеличивалось количество машин, используемых в сфере
обработки информации, преимущественно информации экономи-
ческого характера.
Так, в США в 1958 г. в сфере научных исследований исполь-
зовалось 38%, для обработки коммерческой информации 58% и
для контроля и регулирования технологических процессов 4%
ЦВМ3. За десятилетие (1958—1968 гг.) парк универсальных
ЦВМ США вырос в 36 раз, причем процент машин, используемых
в сфере научных исследований, снизился до 15, а процент ЦВМ,
используемых в сфере обработки коммерческой информации,
увеличился до 74. Аналогичный процесс происходит в СССР. Так,
в 1964 г. в общем объеме выполненных на ЦВМ работ научно-
технические расчеты составляли 42,5%, большая часть приходи-
лась на сферу обработки информации и управление (оперативное
управление и регулирование производства — 23,5% вычислитель-
ных работ, учет и статистика — 19%, планирование и материально-
техническое снабжение — 9,5%, подготовка производства —
5,5%) [7].
О чем говорят эти данные? Очевидно, прежде всего, как это
отмечают некоторые исследователи, о двух этапах применения вы-
числительной техники. «На первых этапах развития вычислитель-
ной техники,— писали в 1967 г. 3. Б. Голембо и Г. В. Веников,—
ЦВМ применялись главным образом для решения задач вычисли-
тельной математики. Это в значительной степени определило не
только специфику структурно-логической и конструктивно-схем-
ной реализации ЦВМ, но и особенности самого развития средств
цифровой вычислительной техники: первоначально создавался
класс ЦВМ, а затем подбирались алгоритмы, которые могли быть
эффективно реализованы на этих ЦВМ. В настоящее время начи-
нается новый этап применения ЦВМ, характеризующийся широ-
ким их использованием для обработки и хранения больших мас-
сивов информации при решении разнообразных невычислитель-
пых задач (например, информационно-поисковых задач, задач
автоматического управления)... Для этого этапа характерно каче-
_____ „ -isa
3 Заметим, что понятие «применение ЦВМ в научных исследованиях» не-
сколько более широкое, чем используемое нами понятие «научно-техниче-
ские расчеты на ЦВМ». Кроме того, точное разграничение сфер «расчеты»
и «обработка информации» невозможно (при решении задач обработки ин-
формации нередко выполняются сравнительно сложные расчеты). Нако-
нец, применение ЦВМ для обработки коммерческой информации (напри-
мер, в рамках коммерческого вычислительного центра) не исключает вы-
полнения на данных ЦВМ научно-технических расчетов по заказам потре-
бителей. Аналогичная ситуация возникает при использовании некоторой
машины в режиме АРМВ. Однако даже с учетом подобных замечаний при-
водимые статистические данные в достаточной степени отражают тенден-
цию — повышение роли сферы обработки информации.
335
ственное изменение методов проектирования ЦВМ: вначале со-
ставляются алгоритмы, подлежащие реализации на ЦВМ, а затем
в соответствии с данным классом алгоритмов создаются вычисли-
тельные машины, наиболее эффективные с точки зрения реали-
зации этих алгоритмов» [8, стр. 13]. Однако значение приведен-
ных данных выходит за рамки собственно вычислительной техни-
ки и связано с сущностью современной научно-технической рево-
люции.
Ранее неоднократно отмечалось, что преимущественной обла-
стью применения электронных ЦВМ в сфере обработки информа-
ции является обработка информации для управления экономикой.
Причина этого заключается в существенном усложнении про-
цесса управления экономикой на всех уровнях: от единичных
технических систем и отдельных предприятий и до наиболее круп-
ных экономических систем (в социалистических странах — отрас-
ли народного хозяйства и все народное хозяйство в целом, в ка-
питалистических странах — отдельные корпорации и отдельные,
принадлежащие государству отрасли экономики).
Как отмечал К. Маркс, «всякий непосредственно обществен-
ный или совместный труд, осуществляемый в сравнительно круп-
ном масштабе, нуждается в большей или меньшей степени в уп-
равлении, которое устанавливает согласованность между индиви-
дуальными работами и выполняет общие функции, возникающие
из движения всего производственного организма в отличие от дви-
жения его самостоятельных органов» 4. На рубеже 50—60-х годов
в промышленно развитых странах отчетливо выявилось одно важ-
ное обстоятельство: масштабы производства стали настолько
крупными, что возникла необходимость переложить значительную
часть работ по управлению (т. е. значительную часть умственного
труда, затрачиваемого на управление) на технические устройства,
которые могли бы выполнить этот труд, а именно на автоматиче-
ские и автоматизированные системы управления, использующие
средства вычислительной техники, прежде всего универсальные
ЦВМ. Рассмотрим более подробно вопрос о такой необходимости.
1. Как показано в работе [9], на рубеже 50—60-х годов проис-
ходит существенное укрупнение мощностей единичных техниче-
ских агрегатов и систем. На графиках, характеризующих рост
мощности, производительности и других параметров отдельных
агрегатов и систем (таких как турбины электростанций, домен-
ные печи, нефтеналивные суда, самолеты и пр.), наблюдается
«крутой излом траектории развития» [9, стр. 28], а именно из-
лом в первых производственных кривых, соответствующий резко-
му убыстрению темпов роста. Заметим, что данные явления на-
блюдаются не только в сфере промышленного производства и транс-
порта, но и в военной технике (например, переход от дозвуковых
бомбардировщиков к сверхзвуковым бомбардировщикам-ракетонос-
4 К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т. 23, стр. 342.
цам) и в области научных исследований (например, эволюция
параметров ускорителей частиц).
2. Наряду с усложнением единичных агрегатов и систем во
второй половине 50-х и первой половине 60-х годов наблюдается
существенное усложнение комплексов технических агрегатов и
систем. Создаются такие крупные технические комплексы5, как
объединенные энергосистемы, системы сбора и обработки косми-
ческой информации, системы противовоздушной обороны и т. д.
3. В 50—60-х годах существенно возрастает сложность управ-
ления отдельными экономическими системами и комплексами.
В капиталистических странах, прежде всего в США и Японии,
существенно увеличиваются и достигают гигантских размеров
отдельные фирмы и концерны. Например, объем продаж крупней-
шей фирмы США («Дженерал Моторе») превышает националь-
ный доход таких стран, как Австрия, Бельгия, Нидерланды. На-
ряду с ростом отдельных фирм в капиталистическом мире суще-
ственно усложняются процессы управления:
а) в рамках отдельных отраслей, принадлежащих государству,
таких как сталелитейная и угольная промышленность (Велико-
британия), энергетика (Италия) и т. д.;
б) в сфере управления стратегическими вооруженными сила-
ми, оснащенными ракетно-ядерным оружием; так, в США ведутся
разработки по созданию автоматизированных систем управления
на уровне как отдельных родов войск, так и всех стратегических
вооруженных сил;
в) в сфере организации науки и информационно-справочной
работы (в связи с резким повышением государственных расходов
на развитие науки и научно-техническую информацию).
Наконец, наряду с проблемами управления в рамках отдель-
ных фирм и отдельных отраслей в капиталистическом мире в
конце 50-х — начале 60-х годов ставятся проблемы «программиро-
вания» экономики в рамках как отдельных государств, так и эконо-
мических регионов (например, стран, входящих в Общий рынок).
Разумеется, в условиях капиталистического способа производства
масштабы возможностей в данной области ограниченны. Тем не ме-
нее любые попытки решить данные проблемы связаны с необхо-
димостью обработки весьма больших объемов информации.
Еще более сложные проблемы управления экономикой возник-
ли в 50—60-х годах в социалистических странах. Точнее, в СССР
проблемы управления на самом высоком уровне (в масштабе
всей страны) возникли еще в 20-х годах. Аналогичные проблемы
появились также во всех государствах, входящих в социалистиче-
скую систему. Заметим, что по своей сложности эти проблемы в
целом выше, чем рассмотренные ранее проблемы управления эко-
5 Понятие «технический комплекс» в отличие от понятия «техническая си-
стема» используется нами для обозначения технической системы, отдель-
ные компоненты которой находятся на значительном расстоянии друг от
друга.
номикой в капиталистических странах. Например, как отмечалось
в статье [10], в СССР в 1964 г. для составления сбалансированно-
го плана развития народного хозяйства требовалось выполнить не
менее 10 16 арифметических операций с пяти-шестизначными чи-
слами. Для выполнения данного объема вычислений с помощью
клавишных вычислительных машин потребуется около 30 млрд,
человеко-лет. Такого уровня потребностей в вычислительных ра-
ботах для управления экономикой не знает ни одна капиталисти-
ческая страна.
Наряду с задачами планирования в рамках народного хозяй-
ства страны в социалистической системе государств на рубеже
50—60-х годов возникают проблемы управления в рамках эконо-
мических регионов. По рекомендации состоявшейся в 1956 г. в
Берлине VII сессии СЭВ были разработаны совместные планы
развития экономики до 1960 г. На VIII сессии СЭВ (1957 г.) было
принято решение о разработке и координации перспективных пла-
нов развития экономики (до 1975 и 1980 гг.). «Объективно это
означало,— отмечает Г. И. Кархин,— усилие социалистической
интернационализации в условиях развертывающейся научно-тех-
нической революции» [9, стр. 100].
4. Отражением растущей сложности управления на всех уров-
нях явился существенный рост управленческого персонала. На-
пример, в США в 50-х годах ежегодный рост управленческого
персонала составлял 11% [7, стр. 33]. Разумеется, такой рост уп-
равленческого персонала, существенно превышающий темны ро-
ста народонаселения, не может продолжаться сколь угодно долго.
Между тем сложность задач в сфере управления возрастала со
скоростью, значительно превышающей скорость роста управлен-
ческого персонала.
5. Легко показать, что трудоемкость процессов управления
возрастает значительно быстрее, чем количество управляемых
объектов. Действительно, если для управления работой п свя-
занных между собой объектов (например, цехов, заводов, НИИ)
требуется учет т связей = с? = 2"| 2)г) ’ то для УпРавле“
ния 2п объектами потребуется уже учет 2т ^1 + п 2. i у связей,
что при достаточно большом количестве объектов приводит
к увеличению связей приблизительно в четыре раза. Таким
образом, сложность управления растет приблизительно пропорцио-
нально квадрату числа объектов, управление которыми произво-
дится в рамках некоторой системы. Из этого, в частности, следует:
а) в социалистических странах, т. е. в странах с планирова-
нием экономики в масштабе всей страны, сложность процессов
управления (при прочих равных условиях) существенно выше,
чем в странах с капиталистическим способом производства;
б) после достижения некоторого «критического уровня слож-
ности», требующего применения методов оптимизации управле-
338
ния, в свою очередь требующих использования быстродействую-
щих вычислительных машин, темпы дальнейшего развития эко-
номики не могут не зависеть от степени и уровня применения
ЦВМ.
Итак, как видно из рассмотренных выше пунктов 1—5, на ру-
беже 50—60-х годов сфера управления (прежде всего сфера уп-
равления экономикой) в промышленно развитых странах достиг-
ла «критического уровня сложности», т. е. стала настолько
сложной, что многократное повышение производительности труда
управленческого персонала стало настоятельно необходимым.
Именно эта настоятельная необходимость и послужила причиной
перераспределения сфер применения универсальных ЦВМ на ру-
беже 50—60-х годов, что явилось показателем перехода к новому
периоду научно-технической революции.
В чем основные особенности этого периода? Наиболее общий
ответ — в значительном развитии сферы обработки больших объе-
мов информации и соответственно внедрении вычислительной
техники в различные стороны жизни общества (прежде всего в
сферу экономики и, далее, в такие области, как образование,
здравоохранение, управление научными исследованиями и т. д.).
Итак первое (основное) отличие заключается в широте охвата
процессов умственного труда, механизируемого с помощью ЭВМ.
Второе отличие заключается в средствах механизации. Если
в первом периоде научно-технической революции основным сред-
ством механизации умственного труда служила вычислительная
машина, то во втором периоде — уже не отдельная машина,
а некоторая информационная система или система управления, ис-
пользующая вычислительную машину: автоматическая система
управления (управление с помощью ЭВМ непрерывным техноло-
гическим процессом, полетом ракеты, маневром корабля и т. д.);
автоматизированная система управления (АСУ) производством в
рамках цеха, завода, фирмы, отрасли и т. д.; информационно-
справочная система (например, для библиотек и информацион-
ных служб); автоматизированная система обучения и т. д. Таким
образом, второе отличие может быть рассмотрено с позиций си-
стемного подхода: во втором периоде научно-технической револю-
ции появляются и постепенно начинают играть все более важную
роль в различных областях деятельности человека системы, уп-
равляемые вычислительной машиной, в том числе:
а) системы человек — вычислительная машина (например,
автоматизированная система обучения);
б) системы вычислительная машина — технический объект
(например, автоматическая система управления полетом ракеты);
в) смешанные системы, сочетающие признаки а) и б); приме-
ром смешанной системы может служить АСУ, управляющая не-
которой экономической единицей (завод, фирма, отрасль и т. д.).
Третье отличие заключается в изменении характера автомати-
зации производственных процессов. Автоматические и автомати-
339
зированные системы управления (на базе ЭВМ) представляют со-
бой основное техническое средство перехода от частичной авто-
матизации к полной автоматизации. Различия в характере труда
при частичной и полной автоматизации рассмотрены, например,
в работе [11]. Как отмечает А. И. Черепнев, «следует четко раз-
делять полную автоматизацию, цде производственный процесс про-
текает, не прерываясь вмешательством людей, и частичную, где
человек встраивается в систему, прерывая автоматизированно
осуществляющийся технологический процесс. В последнем слу-
чае характер труда рабочего существенно иной, нежели в первом.
Частичная автоматизация, как правило, ведет к деквалификации
рабочего... На станке-полуавтомате, на конвейере, или встроенный
в автоматическую линию, рабочий выполняет одну или несколько
простых операций, на которые разделен весь технологический
процесс» [11, стр. 29].
Полная автоматизация производства, наоборот, требует суще-
ственного развития творческих способностей рабочего, превращая
его в наладчика автоматической линии, оператора вычислительной
машины и т. д. Таким образом, применение ЭВМ в принципе
призвано изменить характер труда. «Внедрение в производство
электронно-вычислительных устройств... — пишет Г. И. Кархин,—
отличается от всех других технических (революционных) ново-
введений (ядерной энергетики и новейшей химии, биологии и
космической техники) одной принципиальной особенностью:
электронно-вычислительная техника как ничто другое изменяет
положение человека в производственном процессе... Меняется ха-
рактер труда» [9,стр. 69].
Заметим, что изменение характера труда достигается не толь-
ко в результате применения на производстве ЭВМ, но и в более
общем случае — в случае полной автоматизации производства.
Однако возможности полной автоматизации производства без
использования средств вычислительной техники весьма ограничен-
ны, поскольку отсутствие вычислительной машины существенно
уменьшает возможность изменения параметров управляемого
процесса. Например, при любом изменении параметров выпускае-
мой продукции требуется более или менее существенная передел-
ка автоматической линии, цеха-автомата и т. д. При управлении с
помощью ЭВМ изменение параметров выпускаемой продукции
требует либо изменения программы работы машины, либо изме-
нений в исполнительных механизмах; последнее существенно про-
ще, чем, например, переналадка автоматической линии. Отметим
в этой связи, что непосредственными предшественниками ЭВМ в
сфере управления производственными процессами следует счи-
тать не автоматические линии, цехи-автоматы и заводы-автома-
ты 6, а станки с программным управлением.
6 Имеются в виду цехи-автоматы и заводы-автоматы, процесс работы кото
рых не управляется вычислительной машиной.
340
Итак, применение ЭВМ является основой нового этапа авто-
матизации (полная автоматизация) с результирующим измене-
нием характера труда (с переходом к преимущественно творчес-
кому труду). Заметим, что именно на этом пути будет сделан
шаг в ликвидации различий между умственным и физическим
трудом. Точнее, область различий постепенно перейдет в сферу
уровней умственного труда, выполняемого тем или иным членом
общества в зависимости от его способностей.
Четвертое отличие заключается в том, что во втором перио-
де научно-технической революции существенно возрастает роль
науки как непосредственной производительной силы обще-
ства.
Вопрос о роли науки в современной научно-технической рево-
люции является предметом ряда исследований как в СССР, так и
за рубежом. Краткое изложение различных точек зрения на дан-
ную проблему содержится в работе [1], в которой предложена сле-
дующая концепция:
1. «Смысл и содержание становления науки непосредствен-
ной производительной силой заключается ни в «единстве науки
и труда», ни в применении в процессе труда все большего объема
науки, а в диаметрально противоположном процессе — в полном
отделении науки от живого труда... Аппараты и приборы, кибер-
нетические устройства, которые при помощи обратной связи и
других своих звеньев способны исполнять логические производ-
ственные функции..., являются вместо человека материальными
носителями духовного элемента производства (науки), и послед-
няя действует непосредственно, помимо живого труда человека»
[1, стр. 165].
2. «Наука воздействует на производство как определяющая
сила тем, что на ее основе вырабатываются рациональные формы
организации и эффективные методы управления как внутри каж-
дого предприятия, так и в рамках всего народного хозяйства.
Больше того, в результате исследований возникают, с одной сто-
роны, новые предметы в самой науке, а с другой — создаются но-
вые средства познания. Поэтому наука выступает как сила и для
развития самой науки» [1, стр. 167].
Данная концепция, в целом разделяемая нами, заслуживает все
же некоторого уточнения. На наш взгляд, недостатками этой кон-
цепции являются, во-первых, разделение положений 1 и 2,
во-вторых, некоторое сужение сферы воздействия науки (в каче-
стве области воздействия названы производство, управление на
родным хозяйством и, наконец, сама наука). В действительности
в рамках современной научно-технической революции име-
ется единый процесс механизации умственного труда в сфере уп-
равления, причем частными случаями данного процесса явля-
ются:
а) автоматизация производственных процессов на базе управ-
ляющих вычислительных машин;
341
б) механизация управления производством и экономикой с
помощью АСУ;
в) механизация управления научными исследованиями на
основе, например, систем, управляющих ходом эксперимента.
Однако механизация и автоматизация умственного труда не
ограничиваются указанными пунктами. Объектом механизации
умственного труда является, например, информационно-справоч-
ное обслуживание во всех мыслимых областях применения, преж-
де всего в области научно-технической информации, закономерно
перерастающее в «информационно-консультативное» обслужива-
ние, т. е. не только с выдачей справок (с помощью ЭВМ), но и с
обработкой информации по заданию потребителя и результирую-
щей выдачей «советов», вариантов решения, моделей ситуации
и т. д. Поэтому лучше не перечислять конкретные области механи-
зации и автоматизации переработки информации, а использовать
более общую формулировку: механизация и автоматизация обра-
ботки больших объемов информации, прежде всего в сфере управ-
ления, имея в виду, что именно в данной сфере наиболее ярко про-
является процесс превращения науки в непосредственную произ-
водительную силу.
Таковы основные отличия второго периода научно-технической
революции от первого. Что же можно считать исходным пунктом
(моментом) второго периода научно-технической революции?
Отметим, что под исходным пунктом того или иного периода тех-
нического развития нами понимается появление (и первое успеш-
ное применение на практике) некоторого изобретения (или ком-
плекса изобретений), оказавшего наиболее глубокое влияние на
развитие техники. Для первого периода современной научно-тех-
нической революции таким изобретением явилось создание элек-
тронных ЦВМ. В свете некоторых высказанных ранее замечаний
об особенностях второго периода научно-технической революции
можно было бы ожидать, что в качестве исходного момента будет
выбрано создание некоторой системы автоматического (или авто-
матизированного) управления, выполненной на основе электрон-
ной ЦВМ, или создание некоторой управляющей ЦВМ. Однако
такой подход представляется нам неправильным, и вот по какой
причине. Создание управляющих ЦВМ трудно рассматривать как
выдающееся техническое изобретение, поскольку все техническое
развитие управляющих ЦВМ является не чем иным, как модифи-
кацией (приспособлением) тех или иных технических достижений,
полученных в ходе эволюции универсальных электронных ЦВМ
для научно-технических расчетов и обработки информации. Ины-
ми словами, развитие управляющих ЦВ]М происходит на основе
развития более мощных машин другого типа (для научно-техни-
ческих расчетов и обработки информации). Поэтому, на наш
взгляд, более правильно выявить в общем развитии вычислитель-
ной техники такие перспективные открытия, которые должны
оказать наибольшее влияние на процесс внедрения вычислитель-
342
Таблица 21
Характеристики первого и второго периодов современной
научно-технической революции
Первый период Второй период
Исходный момент Хронологи- ческие рам- ки Сопряжен- ность хроно- логических рамок с пе- риодами раз- вития элек- тронных ЦВМ Основная черта Особенности периодов Создание первых электронных ЦВМ 40—50-е годы Период зарождения электрон- ных ЦВМ. Период ЦВМ на электровакуумных приборах Механизация вычислительных процессов путем использования ЭВМ для выполнения научно- технических расчетов с ре- зультирующим ускорением раз- вития ряда перспективных об- ластей научно-технического прогресса 1. Развитие научно-техниче- ской революции в рамках одной сферы—сферы научно- исследовательских и опыт- но-конструкторских работ 2. Важнейшее техническое средство, выступающее в ро- ли катализатора прогресса: электронная вычислитель- ная машина 3. Автоматизация производства без применения ЭВМ, т. е. автоматизация, возможности которой ограничены необхо- димостью жесткого програм- мирования работы управ- ляемого объекта 4. Повышение темпа научных исследований Создание первых вычислитель- ных систем и сетей, работаю- щих в режиме АРМВ Начало — первая половина 60-х годов Период ЦВМ на дискретных полупроводниковых и магнит- ных элементах. Период ЦВМ на интегральных схемах Период ЦВМ на интегральных подсистемах Механизация и автоматизация процессов обработки информа- ции путем использования ЭВМ в информационных системах и системах управления с ре- зультирующим внедрением вы- числительной техники в раз- личные стороны жизни общест- ва 1. Развитие научно-технической революции в рамках всех мыслимых сфер жизни об- щества, прежде всего в рам- ках сферы управления 2. Важнейшее техническое средство, выступающее в ро- ли катализатора прогресса: автоматическая или автома- тизированная система, уп- равляемая электронной вы- числительной машиной 3. Автоматизация производства на основе управляющих ЭВМ 4. Существенное повышение роли науки как непосред- ственной производительной силы общества
343
пой техники в различные стороны жизни общества, т. е., как отме-
чалось выше, наиболее общую черту второго периода научно-тех-
нической революции.
В предыдущем разделе было предложено считать исходным
моментом второго периода научно-технической революции созда-
ние вычислительных систем и сетей, работающих в режиме АРМВ
между абонентами. Важным шагом на данном пути явилась реали-
зация проекта «МАК» (см. гл. 7), сочетающая использование двух
перспективных изобретений: организация работы машины в режи-
ме автоматического распределения машинного времени между
абонентами и создание систем графоаналитического взаимодейст-
вия человека с машиной. Оба этих изобретения могут быть обоб-
щены с позиций изменения характера взаимодействия человека с
вычислительной машиной. Изменение характера взаимодействия
при использовании данных изобретений происходит путем;
а) реализации взаимодействия, в принципе не ограниченного
расстоянием между компонентами системы (человеком и маши-
ной) ; техническая основа — средства передачи цифровой инфор-
мации;
б) реализации взаимодействия одновременно с большим коли-
чеством абонентов, подключающихся к машине практически в
любое время и на любой срок времени; технической основой здесь
являются средства мультипрограммной работы;
в) существенного упрощения процесса взаимодействия (режим
«диалога» в реальном масштабе времени абонента); одна из тех-
нических основ — устройства и программы графоаналитической
связи с машиной.
Заметим, что в комплексе изобретений, способствующих изме-
нению характера взаимодействия человека с машиной, существен-
ный вклад внесли советские ученые. Прежде всего здесь имеется
в виду разработка в Институте кибернетики УССР под руковод-
ством В. М. Глушкова методов интерпретации, реализованных в
машине «МИР-2» (1969 г.) [12].
Рассмотренные в настоящем разделе особенности первого и
второго периодов современной научно-технической революции
представлены в систематизированном виде в табл. 21. Заметим, что
процессы, характерные для первого периода научно-технической
революции, продолжают успешно развиваться во втором периоде,
однако либо отступая на второе место по масштабам распростра-
нения, либо развиваясь в рамках более сложных процессов. В по-
следнем случае характерным примером может служить процесс
развития автоматизации производства. Во втором периоде науч-
но-технической революции, так же как и в первом, на предприя-
тиях широко применяются станки с программным управлением,
автоматические линии и т. д. Однако использование данных
средств автоматизации происходит уже в рамках процесса более
высокого уровня, а именно, в рамках механизации и автоматиза-
ции процесса управления предприятием с помощью АСУ.
344
3. Проблемы расширения масштабов применения
электронных ЦВМ
При рассмотрении эволюции электронных ЦВМ существен-
ный интерес представляет вопрос о возможностях (и трудностях)
дальнейшего расширения сферы применения вычислительной тех-
ники. Рассмотрим расширение масштабов внедрения электронных
ЦВМ с точки зрения факторов, влияющих на данный процесс.
Комплекс факторов, от которых зависит развитие применения
электронных ЦВМ, включает:
а) уровень потребностей общества в механизации умственно-
го труда;
б) отличительные особенности электронных ЦВМ в системе
всех известных средств механизации процессов умственного
труда;
в) уровень развития электронных ЦВМ (с точки зрения их
применимости в той или иной области).
Рассмотрим данные факторы с целью получения ответа на сле-
дующие вопросы:
1. Какие компоненты современного уровня развития ЦВМ
наиболее «критичны» (объективно требуют существенного раз-
вития) с точки зрения перспектив применения ЦВМ?
2. В каких областях (или при каких условиях) применение
ЦВМ является наиболее эффективным?
Необходимо отметить, что рассмотрение вопроса о практиче-
ских потребностях общества в некотором техническом устройстве
правомерно лишь при условии появления технических предпосы-
лок для создания данного устройства. Таким образом, вопрос о
практических потребностях общества в применении ЦВМ в той
или иной области связан с предварительным рассмотрением вопро-
са об особенностях ЦВМ (в системе всех средств вычислительной
техники) и анализом уровня их развития.
Вопрос об особенностях ЦВМ с программным управлением
рассмотрен, например, в работе [8]. Как отмечается в данной ра-
боте, «универсальность ЦВМ, отличающая их от всех иных су-
ществующих средств автоматики, обусловливается следующими
факторами:
1) принципиальной возможностью представления информации
любого вида в цифровой форме (т. е. путем записи словом конеч-
ной длины в некотором конечном алфавите);
2) принципиальной возможностью автоматического преобразо-
вания информации любого вида из цифровой (дискретной) фор-
мы в непрерывную и обратно;
3) принципиальной возможностью представления процесса
преобразования информации из одной числовой формы в другую
в виде конечной последовательности ограниченного числа элемен-
тарных правил преобразования информации (операций), образую-
щих некоторый (в общем случае произвольный) алгоритм обра-
ботки информации;
345
4) алгоритмической универсальностью ЦВМ как преобразова-
телей информации (любой алгоритм обработки информации прин-
ципиально может быть представлен в виде совокупности элемен-
тарных операций, специфических для применяемого типа ЦВМ)»
[8, стр. 10—11].
Наличие факторов 1—4 позволяет утверждать, что любая об-
ласть деятельности человека, связанная с переработкой информа-
ции, может в принципе стать объектом применения ЦВМ. При
этом важное преимущество универсальных электронных ЦВМ
над любыми другими известными человечеству средствами меха-
низации умственного труда: арифмометрами, табуляторами, ана-
логовыми вычислительными машинами, аналоговыми и дискрет-
ными приборами струйной техники — заключается в существенно
лучших возможностях выполнения программ, содержащих боль-
шое количество команд. Возможность автоматического выполне-
ния сравнительно длинных программ обеспечивается наличием
достаточно емкой внутренней памяти. Именно это обстоятельство
является одной пз важнейших причин несравненно более широко-
го распространения универсальных ЦВМ по сравнению со всеми
другими типами вычислительных устройств.
Что же определяет масштабы внедрения ЦВМ? Очевидно,
прежде всего уровень развития ЦВМ. На основе изложенного
в гл. 5—7 определим следующие компоненты современного уров-
ня развития электронных ЦВМ:
1. Технические и технико-экономические характеристики про-
цессоров: а) быстродействие; б) емкость памяти; в) надежность;
г) вес и габариты; д) потребляемая мощность; е) себестоимость.
2. Характеристики взаимодействия процессора с техническими
устройствами:
а) с периферийным оборудованием данной вычислительной си-
стемы (важнейшая техническая характеристика — скорость обме-
на информацией);
б) с периферийным оборудованием других вычислительных
систем с помощью аппаратуры передачи цифровой информации;
в) с исполнительными механизмами (при использовании ЦВМ
в рамках системы автоматического управления).
3. Уровень взаимодействия процессора с человеком, включая:
а) уровень развития входных алгоритмических языков;
б) уровень автоматизации программирования;
в) уровень архитектуры ЦВМ, в том числе уровень машин-
ных языков;
г) способ ввода информации7;
7 Существующие способы ввода могут быть подразделены на:
а) способы непосредственного ввода, т. е. с автоматическим (про-
граммным) кодированием информации в форму, приемлемую для процес-
сора: ввод с помощью устройств типа «световое перо», оптический ввод
текста и т. д.;
б) способы, требующие ручного кодирования при вводе: ввод с по-
мощью перфокарт, перфолент и т. п.
346
д) технические и технико-экономические характеристики
устройств ввода-вывода;
е) уровень взаимодействия в процессе решения задачи.
4. Развитие алгоритмизации процессов переработки информа-
ции, определяемое уровнем познания природы, общества и про-
цессов мышления.
Предлагая данный перечень компонентов, отметим, что неко-
торые компоненты (например, Зв и Зе) частично перекрывают
ДРУГ друга. Причина этого заключается в том, что уровень разви-
тия ЦВМ представляет собой систему не изолированных, а взаи-
мовлияющих компонентов. Заметим, что задача отыскания не
имеющих связи друг с другом компонентов уровня развития неко-
торой области техники не может быть решена в принципе по той
простой причине, что любая отрасль техники развивается как ре-
зультат общего уровня знаний и общего уровня техники. Соответ-
ственно предложенное выше разделение уровня на некоторые
составляющие имеет исключительно прикладное значение, а имен-
но ориентировано на рассмотрение перспектив применения элект-
ронных ЦВМ.
Каждый из перечисленных компонентов оказывает определен-
ное влияние на развитие применения ЦВМ. При этом условия для
внедрения вычислительной техники в ту или иную область со-
здаются по мере разработки соответствующих алгоритмов, т. е. оп-
ределяются уровнем математического моделирования как окружа-
ющей человека действительности, так и процессов мышления.
Масштабы внедрения ЦВМ в ту или иную область обусловлены
как потребностями общества, так и уровнем развития компонен-
тов, перечисленных выше в пунктах 1—3. Подчеркнем следующие
важные обстоятельства, вытекающие из рассмотренных в преды-
дущих главах процессов развития электронных ЦВМ:
1. Как показано в гл. 7, проблемы существенного улучшения
технических характеристик процессоров, таких как быстродейст-
вие, емкость памяти, надежность и т. д., находят удовлетворитель-
ное решение на пути использования интегральной технологии,
особенно на пути перехода от интегральных схем к интегральным
подсистемам. Повышение степени интеграции схем не только не-
посредственно влияет на параметры процессоров, но и создает
условия для их совершенствования на пути усложнения структу-
ры (например, применение мультипроцессирования), обеспечивае-
мого в конечном итоге повышением надежности интегральных
схем. Можно утверждать, что на уровне применения интегральных
подсистем создаются условия для удовлетворения современных
потребностей науки и техники в повышении быстродействия уни-
версальных ЦВМ, увеличении емкости их памяти и т. д., т. е. соз-
даются условия для решения основных проблем развития харак-
теристик процессоров. Автоматизация процессов изготовления ин-
тегральных схем и подсистем создает возможности для резкого
снижения себестоимости процессоров, что является важным усло-
347
вием расширения масштабов применения вычислительной тех-
ники.
2. Наиболее критичными (с точки зрения ближайших перспек-
тив применения электронных ЦВ|М) являются проблемы взаимо-
действия человека с машиной. «Критичность» данных проблем
объясняется более медленными темпами совершенствования ха-
рактеристик периферийного оборудования, а также существенно
более медленными темпами роста производительности труда при
программировании по сравнению с темпами совершенствования
характеристик процессоров. Данное обстоятельство, являющееся,
на наш взгляд, одной из важнейших характеристик процесса
развития универсальных ЦВМ, заслуживает детального рассмот-
рения.
За двадцатилетний период развития универсальных ЦВМ
(1949—1969 гг.) производительность машин возросла приблизи-
тельно в 105 раз. Основанием для такого вывода могут служить
данные, приведенные в табл. 2 и свидетельствующие о росте про-
изводительности универсальных ЦВМ в 1950—1967 гг. приблизи-
тельно в 104 раз, а также данные о введенных в эксплуатацию в
1967—1969 гг. мощных универсальных ЦВМ, таких как американ-
ские машины «Барроуз-8500» (август 1967 г.), модель 90 серии
ИБМ-360 (ноябрь 1967 г.) и «Контрол Дейта 7600» (январь
1969 г.). Производительность этих машин приблизительно на по-
рядок величины превышает производительность наиболее мощных
машин на интегральных схемах, выпущенных в 1964—1967 гг. и
включенных в табл. 2.
Полученная в результате величипа роста производительности
отражает повышение производительности как центральных
устройств обработки данных (т. е. внутренних устройств), так и
периферийного (внешнего) оборудования ЦВМ. Заметим, что оно
может быть достигнуто:
1) увеличением скорости работы отдельных функциональных
устройств, таких как арифметическое устройство, модуль опера-
тивного ЗУ, печатающее устройство, перфоратор и т. д.;
2) более эффективной организацией использования различ-
ных функциональных устройств, в частности совмещением во вре-
мени их работы;
3) увеличением количества однотипных устройств, параллель-
но работающих в составе вычислительной машипы.
Как показано в гл. 5—7, за минувшее двадцатилетие совер-
шенствование центрального устройства обработки данных проис-
ходило преимущественно за счет использования более совершен-
ных электронных элементов, схем и структурных решений. Толь-
ко во второй половине 60-х годов все большее значение стал
приобретать третий путь, т. е. применительно к центральному
устройству обработки данных путь мультипроцессорной органи-
зации. Что же касается периферийного оборудования, то повы-
шение скорости работы отдельных внешних устройств происходило
348
Таблица 22
Эволюция характеристик процессоров и периферийного оборудования
серийных универсальных ЦВМ высокого класса*
Устройство и их характеристика Начало 50-х годов (А) Конец 60-х годов (В) Показатель улучшения характери- стик (С) 2*
Процессор: время выполнения операции 282—72 1,2-0,1 720
сложения, мксек 3* Оперативное ЗУ: максимальная емкость v, дв. зн. 4-104—7-10 I^-IO3—ЗЛО7 428,5
время цикла Z, мксек 242-12 2-0,5 48
информационная мощность 1,7.102-М03 7,5.105—4- Ю7 4 Л О4
K=v/t, дв.зн/мксек ЗУ на магнитных барабанах и дисках4*: линейная плотность записи по 3-4 32-43 10,7
одной дорожке, дв.зн/мм емкость одного устройства г?, 2.105—3.105 1,6Л0е-1,8Л09 6000
дв. зн. среднее время обращения t, мсек 50-40 180-20 2
информационная мощность 5-103—6-103 8 Л О4—107 1600
К = v/i, дв. зн/мсек ЗУ па магнитной ленте: линейная плотность записи на 2-8 8—120 15
одной дорожке, дв.зн/мм емкость одного блока, дв. зн. 1,2.106ч-107 4,8Л07—5-10» 50
Устройства ввода-вывода на перфокартах и перфоленте: скорость работы входного кар- 150—240 700—1400 5,8
точного перфоратора, карт/мин скорость работы выходного кар’ 100-120 100-500 4,1
точного перфоратора, карт/мин скорость работы входного лен- 200 500—1000 5,0
точного перфоратора, ст рок/еек скорость работы выходного лен- 20-50 20-150 3,0
точного перфоратора, строк/сек Печатающее устройство: скорость печати, строк/мин Ю0-600 400—1040 1,7
* Данные приведены по машинам СССР и США: УНИВАК (1951 г.), БЭСМ (1952 г.),
ИБМ-701 (1953 г.), БЭСМ-6 (1966 г.), ИБМ-360/90 (1967 г.), «Барроуз-8500» (1967 г.)
и «Контрол Дейта 7600» (1969 г.)- вмакс
** Для случая роста значений приводимых характеристик С =—------. Для случая
Амин. макс
уменьшения значений характеристик 0=-^-----.
В мин.
з* В случае работы машины как с фиксированной, так и с плавающей запятой при-
ведены данные по времени сложения с фиксированной запятой.
*♦ Специализированные фирмы-изготовители периферийного оборудования к концу
60-х годов достигли в ряде случаев несколько более высоких показателей выпус-
каемой аппаратуры по сравнению с ведущими фирмами-изготовителями универ-
сальных ЦВМ. Приведем некоторые наиболее высокие характеристики
серийной аппаратуры, выпускавшейся в 1969 г. в США:
емкость ЗУ на магнитных дисках — 1,25.101® дв. зн. (среднее время обращения
500 мсек); линейная плотность записи на магнитном диске—120 дв, зн/мм; скорость
печати — 2000 строк/мин.
значительно медленнее, чем повышение скорости работы цент-
рального устройства обработки данных. При этом диспропорция
в темпах совершенствования характеристик внутреннего и внеш-
него оборудования обусловила необходимость подключать к про-
цессору все большее количество параллельно работающих одно-
типных внешних устройств.
В табл. 22 приведены данные об эсволюции некоторых харак-
теристик ЦВМ и их отдельных устройств в 50—60-х годах. Как
видно из таблицы, производительность процессора и его отдельных
устройств возросла на три — пять порядков величины, в то время
как производительность внешних устройств увеличилась на один —
три порядка величины. Основная причина существенно более
медленного повышения производительности периферийного обору-
дования заключается в принципиальных трудностях совершенст-
вования механических узлов, играющих важную роль в работе
значительного большинства внешних устройств. Вплоть до послед-
него времени только в некоторых устройствах периферийного
оборудования не использовались механические детали. К числу
таких устройств следует отнести, например, устройства визуаль-
ного вывода на электронно-лучевых трубках. Совершенствование
периферийного оборудования было во многом связано с совер-
шенствованием механических узлов и созданием сложных (и до-
рогостоящих) устройств на механическом принципе, имеющих
сравнительно высокие рабочие характеристики (например, быстро-
действующие печатающие устройства). Технические трудности
на этом пути, а также такие факторы, как необходимость исполь-
зования многих однотипных внешних устройств в рамках одной
вычислительной системы и систематическое снижение себестои-
мости электронных схем, явились причиной значительного повы-
шения удельного веса стоимости периферийной аппаратуры в
стоимости всего оборудования вычислительной машины
(см. табл. 7) 8. В результате к 1970 г. сложилась явная диспропор-
ция в соотношении стоимости оборудования ЦВМ, а именно
устройства, ответственные за «основную» часть работы машин,
т. е. собственно за решение задачи по некоторой программе, стоят
существенно меньше, чем комплекс устройств, ответственных за
преобразование информации в форму, удобную для работы внут-
ренних устройств, и преобразование выходных данных в форму,
удобную для человеческого восприятия.
Перспективное решение данной проблемы заключается в пере-
ходе от устройств, использующих механические детали, к устрой-
ствам, выполненным полностью на бесконтактных элементах.
Важным шагом на данном пути явилось создание графоаналити-
ческих устройств ввода-вывода. Однако в целом, с точки зрения
расширения масштабов применения универсальных ЦВМ, проб-
8 Важную роль сыграло также изменение количества обрабатываемой ин-
формации, т. е. переход к обработке больших массивов информации.
350
лема совершенствования периферийного оборудования в настоя-
щее время весьма актуальна, но-видимому даже более актуальна,
чем проблема дальнейшего совершенствования внутренних
устройств. Действительно, ближайшие перспективы повышения
интеграции схем (см. гл. 7) связаны со значительным (на один-
два порядка величины) снижением себестоимости электронных
схем (в пересчете на один вентиль). Однако если себестоимость
периферийного оборудования (в пересчете на производительность)
будет по-прежнему снижаться сравнительно медленными темпа-
ми, то использование интегральных подсистем не приведет к та-
кому резкому расширению масштабов примененпя универсальных
ЦВМ, которое логически следует из резкого снижения себестои-
мости электронной аппаратуры. Иными словами, замедляющим
фактором процесса расширения масштабов применения ЦВМ как
в настоящее время, так п особенно в ближайшие годы является
периферийное оборудование, использующее механические узлы и
детали.
Еще более важное значение, с точки зрения возможностей
дальнейшего расширения масштабов применения универсальных
ЦВМ, имеет производительность труда при программирова-
нии, которая растет существенно более медленными темпами по
сравнению с ростом производительности универсальных ЦВМ.
Типичные данные о диспропорциях роста могут быть получены
из табл. 23, в которой приведены некоторые характеристики про-
цесса решения однотипной задачи (расчет траектории ракеты) в
1949—1965 гг. Данные получены в ходе эксплуатации четырех
универсальных ЦВМ первого — третьего поколений, которые по-
следовательно использовались американской корпорацией «Рэнд»
в указанный период времени [13].
Как видно из таблицы, за 16 лет машинное время, требуемое
для решения некоторой задачи, уменьшилось на шесть порядков
Таблица 23
Затраты времени и средств на решение однотипной задачи сотрудниками
корпорации «Рэнд» (США) в 1949—1965 гг.
Год Используемое техническое средство Время, затраченное на вычисле- ния Стоимость вычислений, долл. Коэффи- циент ошибки Программирова- ние и отладка программы
время, дни стои- мость, долл.
1949 Арифмометр 6 мес. 5000 ю-3
1949 ЭВМ 3 час 100 10-5 14 500
1956 ЭВМ 1 мин 5 10-9 2 300
1961 ЭВМ 0,5 сек 0,25 10-12 1 200
1965 ЭВМ 5 мсек 0,01 10-16 1 100
351
величины (в 2,16• 106 раз), а стоимость данного машинного
времени — на четыре порядка величины. При этом время, затра-
чиваемое на составление программы и ее отладку на машине,
уменьшилось лишь на один порядок величины (точнее, в 14 раз),
а стоимость данного процесса — лишь в пять раз. Если в 1949 г.
отношение машинного времени к времени написания и отладки
программы составляло 1:112, то в 1965 г.— 1 :17 280 000. Отноше-
ние стоимости данных процессов в 1949 г. было 1:5, а в 1965 г.—
1:10 000.
Если сопоставить суммарное время, затрачиваемое на подго-
товку и решение задачи в 1949 и 1965 гг., то получится поразитель-
ная картина. В 1949 г. корпорация «Рэнд» решила некоторую за-
дачу за две недели (программирование и отладка) и 3 час (машин-
ное время). В 1965 г. аналогичная задача была решена за один день
(программирование и отладка) и 5 мсек (машинное время). Та-
ким образом, несмотря на чрезвычайно быстрый рост производи-
тельности используемых машин (в 106 раз), суммарное вре-
мя уменьшилось лишь в 14,1 раза, т. е. практически целиком оп-
ределялось ростом производительности при программировании.
Суммарная стоимость решения в 1949 г. составляла 600 долл.
(500 дол.— стоимость программирования и отладки, 100 долл.—
стоимость машинного времени). В 1965 г. суммарная стоимость
решения составила 100,01 долл. (100 долл.— стоимость програм-
мирования и отладки и 1 цент — стоимость машинного времени),
т. е. практически полностью определялась стоимостью програм-
мирования.
Легко показать, что при сохранении современных темпов роста
производительности машин и темпов роста производительности
труда при программировании темпы роста производства универсаль-
ных ЦВМ (измеряемые в суммарной вычислительной мощности
выпускаемых машин) должны неизбежно замедляться из-за
невозможности адекватного количественного роста обслуживающе-
го персонала, прежде всего математиков и программистов. В США
в 1968 г. в сфере вычислительной техники работало около 150 тыс.
математиков-аналитиков и 175 тыс. программистов. Данные спе-
циалисты были заняты преимущественно в сфере производства и
эксплуатации универсальных ЦВМ, парк которых в январе 1968 г.
насчитывал 47,6 тыс. машин суммарной мощностью 1,9 млрд.
оп!сек. По оценке экономистов США, до середины 70-х годов в
стране возникнут трудности с обеспечением машин необходимым
персоналом, прежде всего математиками и программистами. Если
предположить, что увеличению мощности парка универсальных
ЦВМ в п раз соответствует необходимость увеличения количества
П , п 9
математиков и программистов вуоо-т" Jq Раз , то для уровня разви-
9 Отметим важное следствие увеличения сложности решаемых с помощью
ЦВМ задач — более быстрый темп роста количества математиков-аналити-
ков по сравнению с программистами. Например, в сфере вычислительной
352
тия, вычислительной техники, соответствующей парку машин мощ-
ностью 1012 оп/сек, потребуется уже от 1,4 до 14 млн. математиков
и программистов. Между тем при современных темпах
роста производительности универсальных ЦВМ и увеличения
их выпуска повышение мощности парка США до 1012 оп/сек (т. е.
в 500 раз по сравнению с 1968 г.) может быть достигнуто в конце
70-х — начале 80-х годов. Отметим, что за десятилетие
(1958—1968 гг.) мощность парка США выросла приблизительно в
320 раз (от 6 млн. до 1,9 млрд, оп/сек).
Итак, в развитии универсальных ЦВМ наметилась опасная
диспропорция между возможностями переработки информации
внутри машины и аппаратными и программными возможностями
переработки информации с целью ее ввода в машину. Отметим
следующие основные (для современного уровня развития вычисли-
тельной техники) пути решения данной проблемы.
1. По-видимому, важнейшими из технических средств, полу-
чивших заметное применение на практике и направленных па
уменьшение данной диспропорции, являются средства графоанали-
тического взаимодействия человека с машиной, т. е. устройства
ввода типа «световое перо» и соответствующие языки и програм-
мы графоаналитической связи. Наряду с применением методов гра-
фоаналитической связи существенную роль в уменьшении
отмеченной диспропорции призваны сыграть оптические устрой-
ства ввода печатного и рукописного текста, а также разрабатыва-
емые в настоящее время устройства звукового ввода-вывода. В
целом данное направление развития универсальных ЦВМ может
быть охарактеризовано как путь совершенствования устройств,
отвечающих за связь человека с процессором.
2. Проблема упрощения взаимодействия человека с машиной в
настоящее время решается также путем ликвидации ограничений
территориального и временного порядка при необходимости обра-
щения человека к машине. Крупнейшим достижением на данном
пути является создание систем, работающих в режиме АРМВ.
Заметим, что развитие систем АРМВ может быть условно раз-
делено на два процесса:
а) количественный процесс расширения сети вычислительных
центров, оборудованных машинами, работающими в режиме АРМВ
между абонентами;
б) качественный процесс совершенствования абонентских
пультов. С учетом использования в абонентских пультах таких
устройств, как устройства графоаналитической связи, оптического
ввода текста и т. д., представляется целесообразным говорить о
синтезе данных процессов улучшения взаимодействия человека и
машины.
техники США в 1965 г. работало 60 тыс. математиков-аналитиков и 120 тыс.
программистов. К 1968 г. количество математиков-аналитиков возросло на
150%, а количество программистов — на 46%.
1 2 И. А. Апокин, Л. Е. Майстпов 353
3. Важное значение в настоящее время имеет также преиму-
щественно программный, точнее, программно-структурный путь
совершенствования связи человека с машиной. Очевидным на-
правлением работ в данной области является совершенствование
входных алгоритмических языков, а также методов трансляции.
Не менее важное значение имеет развитие машинных языков,
обусловленное совершенствованием структуры процессора. Поль-
зуясь терминологией В. М. Глушкова, назовем данный метод упро-
щения взаимодействия с машиной «повышением интеллектуаль-
ности машины» [14]. Примером работ в данном направлении мо-
гут служить исследования в области ступенчатого микропрограм-
мирования в Институте кибернетики УССР, нашедшие практи-
ческое приложение в машинах серии «Мир».
Итак, проблемы взаимодействия человека с машиной являются
в настоящее время наиболее критичными с точки зрения расшире-
ния масштабов применения универсальных ЦВМ и соответственно
проблемами первостепенной важности с точки зрения планирова-
ния научных исследований в области вычислительной техники.
* * *
Рассмотрим теперь вопрос о расширении масштабов внедрения
универсальных ЦВМ с точки зрения эффективности их примене-
ния. Анализ имеющихся данных об эффективности использования
ЭВМ позволяет сформулировать следующий весьма важный
вывод: повышение эффективности применения ЭВМ происходит по
мере повышения сложности задач, решаемых с помощью ЭВМ.
Отметим, что уровень сложности решаемой задачи нетрудно
выразить в некоторых единицах, например в количестве операций
над словами некоторой длины. Разумеется, точная количественная
оценка уровня сложности затруднена такими факторами, как воз-
можность использования в ряде случаев различных методов ре-
шения, искусство программирования, уровень взаимодействия че-
ловека с машиной и т. д. Однако в целом уровень сложности в
любом конкретном случае все же может быть оценен и сопоставлен
с таким показателем, как стоимость машинного времени.
Применительно к некоторой области использования электрон-
ных ЦВМ приведенная выше общая формулировка эффективности
применения вычислительных машин может быть конкретизирова-
на. Например, для применения ЦВМ в сфере управления эконо-
микой в работе [15] предложена следующая формулировка: «Чем
больше экономический организм, тем больший эффект дает
применение новой технологии управления и планирования на базе
электронных вычислительных машин» (стр. 5). В данной работе
была приведена следующая оценка эффективности ЭВМ при
решении задач различной сложности в сфере управления: «Если
речь идет о решении отдельных задач планирования, то эффект
редко достигает 10%. Так, например, «машинное» решение зада-
чи о перевозке угля будет экономичнее «ручного» на 5—7%. Оп-
354
тимальный путь плавания корабля будет короче того, который
рассчитает штурман, пользуясь традиционными приемами, на
3—4% и т. д. Использование новой технологии управления пред-
приятием дает эффект, уже редко бывающий меньше 10%. Ее ис-
пользование в масштабах крупных фирм (отрасли) уже дает эф-
фект порядка десятков процентов. Можно думать (высказать ги-
потезу), что применение новой технологии управления в масштабе
страны может дать эффект порядка 100%» [15, стр. 5].
К аналогичным выводам об эффективности современного и
перспективного применения ЭВМ в сфере управления пришел
В. М. Глушков. Например, в статье «Машины в сфере управления»
отмечалось, что «глобальная система обработки информации, ис-
пользующая ЭВМ в масштабе всего народного хозяйства страны,
и основанная на ней система управления принесут эффект не менее
100 процентов. А это значит, что темп нашего движения вперед бу-
дет ускорен вдвое при тех же заданных пропорциях деления
национального дохода» [16, стр. 4]. Заметим, что исследования в
данной области (количественные оценки эффективности примене-
ния ЭВМ в сфере управления в зависимости от уровня сложности
решаемых задач) являются чрезвычайно важными для СССР и
всей социалистической системы государств, поскольку, как было
отмечено в предыдущем разделе, в странах с плановой экономикой
уровень сложности задач в сфере управления существенно выше,
чем в капиталистических странах.
4. Эволюция областей применения ЦВМ
Рассмотрев некоторые общие проблемы, связанные с использо-
ванием ЦВМ, перейдем к эволюции областей применения. Общин
ход эволюции исследуется на основе разделения всей совокупности
областей на некоторые группы, выделенные нами по принципу по-
явления критических потребностей общества в механизации ум-
ственного труда. Таким образом, предлагаемая ниже систематиза-
ция отличается от известных нам систематизаций (см., например,
[8]) рассмотрением областей применения в определенной времен-
ной последовательности. В гл. 4—6 отмечались следующие три
сферы использования ЦВМ: научно-технические расчеты, обработ-
ка больших массивов информации и автоматическое управление
в реальном масштабе времени. Рассмотрим развитие данных сфер
в порядке появления критических потребностей общества на дос-
таточно высоком уровне, а именно на уровне, когда отсутствие
механизации умственного труда является серьезным препятствием
на пути дальнейшего прогресса.
Сфера научно-технических расчетов
Практические потребности общества в механизации труда при
выполнении научно-технических расчетов достигли к моменту
создания электронных ЦВМ весьма высокого уровня.
12*
355
А. А. Дородницын
По-видимому, первой сложной технической системой, в созда-
нии которой электронная вычислительная техника сыграла значи-
тельную роль, явилось термоядерное оружие. Как известно, термо-
ядерное оружие было создано в 1953 г. в СССР и несколько позже
в США [17]. В США на этапе предварительных исследований
(в 1950 г.) использовалась единственная действующая в то время
электронная ЦВМ ЭНИАК. Однако главные трудности возникли
в 1951 г. на этапе опытно-конструкторских работ. К середине
1951 г., отмечает Р. Юнг, «путь к созданию супербомбы стал
известен, но в самом же начале он оказался блокированным еще
одной непреодолимой горой, а именно горой цифр. Точное опреде-
ление всего того, что связано с термоядерным взрывом, представ-
лялось труднейшей задачей, поскольку приходилось иметь дело со
сложнейшей последовательностью физических процессов, про-
текающих в долю секунды... Положение спас Джон фон Нейман,
сообщивший Теллеру, что через несколько месяцев надеется закон-
чить изготовление новой электронной вычислительной машины,
несравненно более эффективной, чем ЭНИАК» [18, стр. 250—251].
Этой «более эффективной машиной» была машина МАНИАК
(вариант машины ИАС — см. гл. 5), производительность которой
356
при выполнении научно-технических расчетов превосходила
производительность ЭНИАК в 40,3 раза 10.
Наряду с термоядерным оружием к числу наиболее сложных
технических систем, в развитие которых в 50-е годы универсаль-
ные ЦВМ внесли существенный вклад, следует отнести атомные
подводные лодки, сверхзвуковые бомбардировщики, межконтинен-
тальные баллистические ракеты и ракеты-носители искусственных
спутников Земли. «Атомная физика, динамика полета и управле-
ния летательными аппаратами и аэродинамика больших скорос-
тей,— отмечает А. А. Дородницын,— были первыми областями, в
которых электронные вычислительные машины нашли широкое
применение» [19, стр. 381]. Во второй половине 50-х и в 60-х го-
дах количество областей применения универсальных ЦВ;М (в рам-
ках сферы научно-технических расчетов) растет чрезвычайно
быстрыми темпами.
Перечень областей применения ЭВМ, составляемый редакцией
журнала «Компьютере энд Отомейшн» (США), включал в 1960 г.
по разделу «Наука и техника» около ста пятидесяти, в 1963 г.—
около трехсот и в 1967 г. — около шестисот наименований. В пе-
речне 1967 г. раздел «Наука и техника» включал 23 подраздела,
(астрономия, математика, физика, химия, биология, геология, кос-
мические исследования, военная техника, строительство, электро-
техника и т. д.), каждый из которых содержал в среднем 26 облас-
тей применения. Несмотря на всю условность подобных подсче-
тов, они все же дают грубую количественную оценку расширения
сферы применения универсальных ЦВМ.
Сфера обработки массивов информации
Рассматриваемая сфера применения ЦВМ исключительно раз-
нообразна. Прежде всего отметим, что четкой границы, во-пер-
вых, между сферой обработки массивов информации и сферой
научно-технических расчетов и, во-вторых, между сферой обра-
ботки информации и сферой применения ЦВМ в автоматических
системах управления не существует. В общем случае использо-
вание ЦВМ для обработки информации отличается от применения
в сфере научно-технических расчетов четырьмя признаками:
1) значительно большее количество вводимой-выводимой ин-
формации;
2) необходимость преобразования исходной информации при
вводе из нечисловой в числовую форму;
3) использование вычислительной машины в рамках некото-
рой системы технических средств (системы обработки информа-
ции) ;
4) применение для решения задач обработки информации спе-
цифического математического аппарата (теория массового обслу-
10 Оценка К. Найта [20].
357
живания, теория вероятностей, теория игр, линейное программи-
рование и т. д.).
Заметим, что один или более из перечисленных признаков
могут отсутствовать в некотором конкретном случае. Поэтому
условимся относить к сфере обработки информации (в отличие
от сферы научно-технических расчетов) те области применения
универсальных ЦВМ, в которых налицо первый из перечислен-
ных, наиболее общий признак: большой объем вводимых-выводи-
мых данных, точнее, сравнительно большое количество исходных
данных по отношению к количеству операций, выполняемых над
ними.
’Как мы увидим в дальнейшем, развитие применения ЦВМ в
сфере обработки информации происходит по линии повышения
роли машины как в сфере принятия решений, так и в сфере ре-
ализации принятых решений. Предельный случай, т. е. когда от-
ветственность как за принятие решений, так и за их выполнение
полностью возлагается на вычислительную машину, представляет-
ся целесообразным выделить в отдельную сферу применения ЦВМ,
а именно в сферу автоматического управления в реальном мас-
штабе времени. В этом случае вычислительная машина использует-
ся в контуре обратной связи некоторой автоматической системы
управления, т. е. вмешательство человека в процесс управления
полностью исключается. Таким образом, с позиций роли челове-
ка в области управления сфера обработки массивов информации
может рассматриваться как промежуточная между сферой научно-
технических расчетов и сферой автоматического управления.
При этом в зависимости от распределения функций между
человеком и машиной представляется целесообразным вы-
делить три уровня обработки информации или, иными сло-
вами, три степени перехода от сферы научно-технических
расчетов к сфере автоматического управления. Заметим, что
область применения ЦВМ на каждом из уровней может быть
одна и та же, например планирование работы промышленного
предприятия. Отличие заключается прежде всего в соотношении
функций человека и машины па каждом из уровней.
1. Уровень взаимодействия человека с вычислительной маши-
ной. Человек вводит информацию в машину и получает от нее
выходные данные. Такое использование машины отличается от
ее обычного применения в сфере научно-технических расчетов
прежде всего характеристиками вводимой информации. Принад-
лежность данного уровня к сфере обработки информации опреде-
ляется преимущественно объемом и (или) формой исходной ин-
формации, а также спецификой используемого математического
аппарата.
2. Уровень систем обработки данных. Основное отличие от
предыдущего уровня заключается в том, что ЦВМ используется
не изолированно, а в рамках некоторой системы технических
средств. Главное отличие от последующих, более высоких уров-
358
ней применения ЦВМ состоит в том, что информация на выходе
машины поступает к человеку, причем использование выходной
информации полностью зависит от человека: в принципе человек
может как учитывать полученные результаты в своей деятельно-
сти, так и не учитывать их. В этом заключается общая черта
данного (второго) уровня обработки информации как с рассмот-
ренным выше первым уровнем, так и со сферой научно-техниче-
ских расчетов. Основное же отличие состоит в том, что ЦВМ ис-
пользуется в рамках системы технических средств. Конкретные
примеры: система обработки метеорологической информации,
библиотечная система информационно-справочного обслуживания,
система автоматического обучения и т. д. Данный уровень в на-
стоящее время является основным, наиболее развитым уровнем
сферы обработки информации. Выше этого уровня — уже пере-
ходная ступень к автоматическим системам управления.
Применительно к некоторым областям использования данный
уровень может быть разделен по крайней мере на два подуровня.
Например, в рамках автоматизированных систем управления
(АСУ) промышленными предприятиями может быть выделен под-
уровень информационно-справочных АСУ и информационно-со-
ветующих АСУ (см., например, [21]).
3. Третий уровень сферы обработки информации — переход-
ный от предыдущего уровня к сфере автоматического управления.
Третий уровень — это уровень информационно-управляющих си-
стем. На этом уровне машина не только выдает справочные дан-
ные и «советы», но и вырабатывает конкретные управляющие
предписания (на основе обработки информации в соответствии с
некоторым алгоритмом управления). При работе с данной систе-
мой человек более или менее тесно связан с необходимостью либо
выполнить сделанное предписание, либо принять иное решение
в ограниченный срок времени. Типичный пример — боевая инфор-
мационно-управляющая система подводной лодки. В ситуации,
когда система на основе обработки гидроакустической информа-
ции сделала вывод о необходимости изменения курса, человек
должен в ограниченный срок времени принять конкретное реше-
ние. Таким образом, отличием данного уровня от предыдущего
является повышение роли машины, более жесткая зависимость
человека от результатов обработки информации. Разумеется, та-
кие понятия, как «более жесткая зависимость», носят расплывча-
тый характер. Однако другие определения вряд ли будут более
точными, поскольку данный уровень, как уже отмечалось, явля-
ется переходным от уровня систем обработки информации к уров-
ню систем автоматического управления. От уровня систем авто-
матического управления данный уровень отличается тем, что в
качестве звеньев контура обратной связи системы управления
используется не только вычислительная машина, но и человек.
Можно было бы сказать, что на данном уровне машина осущест-
вляет управление исполнительными механизмами через человека.
359
Однако это верно лишь для некоторых частных случаев. В общем
случае на данном уровне применения ЦВМ окончательное реше-
ние остается за человеком, однако он жестко связан предписанием
машины.
Перейдем далее к основным областям применения, среди ко-
торых выделим следующие три основные группы:
а) управление большими системами (экономика, наука,
вооруженные силы и т. д. ) 11;
б) информационное обслуживание;
в) обучение и творческая деятельность (в таких областях,
как наука, искусство, конструкторская работа п т. д.).
Управление большими системами. Первые по-
пытки управления большими системами с помощью электронных
ЦВМ были во многом связаны с управлением вооруженными сила-
ми. Так, например, еще в начале 50-х годов в США сравнительно
широкое распространение получило математическое моделирова-
ние процессов принятия решений военного характера. Классиче-
ские военные игры, имеющие многовековую историю, стали мо-
делироваться на ЭВМ, а полученные результаты использоваться
на практике. Отметим, что, начиная с 50-х годов, на основе мате-
матического моделирования предполагаемого хода военных дей-
ствий в США принимались существенно важные решения, вклю-
чая решения политического характера (см., например, [18]),
Однако на данном пути был допущен ряд крупных просчетов,,
обусловленных принципиальной невозможностью на современном
уровне науки детально прогнозировать развитие столь сложных
систем, как международные отношения, войны и т. д.
Значительно более ценные результаты были получены в та-
ких областях военного применения ЦВМ, как планирование воен-
ных разработок, боевые информационные управляющие системы
для локальных объектов (например, кораблей ВМС), автоматизи-
рованные системы управления на основе многомашинных комп-
лексов (например, системы противовоздушной обороны) и т. д.
При этом результаты, полученные в ходе соответствующих раз-
работок, оказали определенное влияние на применение универ-
сальных ЦВМ в невоенных областях. Так, в 1957—1958 гг. в США
с целью управления программой создания атомных подводных
лодок, вооруженных баллистическими ракетами «Поларис», была
разработана система планирования «ПЕРТ». В настоящее время
в различных странах разработано более десяти вариантов этой
системы, применение которой позволило достичь значительных
11 Под «большой системой» понимается система, «анализ которой невозмо-
жен без применения эвристических методов» [15, стр. 39]. Таким образом,
как отмечает Н. Н. Моисеев, «это понятие связано с уровнем вычислитель-
ной техники и эффективностью математических методов» [15, стр. 39].
Иными словами, под большой системой понимается система, управление
которой на данном уровне развития науки и техники не может явиться
объектом полной автоматизации, т. е. осуществляться без участия чело-
века.
360
экономических выгод, сократить сроки планирования и механи
зировать планирование разработок в различных областях (проек-
тирование электростанций, конструирование электронных ЦВМ,
производство строительных работ и т. д.).
Наибольшее распространение среди всех областей применения
универсальных ЦВМ получило управление экономикой. Как от-
мечалось в предыдущем разделе, данная область использования
ЦВМ заняла доминирующее положение на рубеже 50-х и 60-х
годов. В настоящее время большинство (более 75%) вычислитель-
ных работ, выполняемых в промышленно развитых странах, свя-
зано с управлением экономикой.
С течением времени решаются все более трудоемкие задачщ
а процесс управления автоматизируется. Оба пути взаимосвязаны,
а необходимость их развития диктуется растущими трудностями
управления экономикой.
На раннем этапе применения универсальных ЦВМ в области
экономики, а именно в первой половине 50-х годов, вычислитель-
ные машины использовались примерно так же, как они использу-
ются для решения задач расчетного типа. Такое применение ЦВМ
в сфере обработки информации было кратко рассмотрено выше и
отнесено к уровню «взаимодействие человека с машиной».
Определенной вехой на пути применения универсальных
ЦВМ в сфере экономики явилась разработка американской ма-
шины среднего класса ИБМ-650 (1954 г.; см. гл. 4). Около полу-
тора тысяч экземпляров данной модели в течение 50-х годов былс^
закуплено или арендовано промышленными и торговыми фирма-
ми США и западноевропейских стран. В СССР в 50-е годы для
экономических расчетов сравнительно широко использовались ма-
шины серии «Урал», БЭСМ и др. К середине 60-х годов наиболь-
шее распространение получили машины, достаточно хорошо при-
способленные для решения как расчетных, так и информацион-
ных задач: ИБМ-1401 (1960 г.), ИБМ-360/20 и 360/30
(1965 г.) и др.
К наиболее важным моментам эволюции применения универ-
сальных ЦВМ для управления экономикой следует отнести пере-
ход от преимущественного использования машин для решения
отдельных экономических задач к их применению в рамках АСУ.
Как показано в разд. 2 гл. 8, переход к использованию ЭВМ в
рамках некоторых систем (информационных, управляющих) яв-
ляется одним из основных признаков перехода ко второму перио-
ду современной научно-технической революции. В области управ-
ления экономикой данный переход является показателем не толь-
ко уровня механизации сферы управления, но и общей культуры
производства.
Внедрение АСУ связано с серьезными изменениями в эконо-
мике — изменяются характер и методы подготовки всей первич-
ной документации, а также стиль, психология и методы управ-
ления.
361
Заметим, что изменение подготовки первичной документации
для удобства ее ввода в машину является далеко не простой за-
дачей. В общем виде данная проблема связана с решением задачи
такой фиксации первичных данных, при которой:
а) были бы сведены к минимуму потери исходной информации;
б) стоимость хранения массивов данных была бы приемлемой;
в) технические параметры устройств хранения данных позво-
ляли бы достаточно оперативно извлекать нужные сведения;
г) были бы предусмотрены возможности обмена информацией
между территориально удаленными массивами.
Как отмечает В. М. Глушков, «речь идет ... о перестройке всей
системы ведения первичной документации, о самой психологии
людей, занятых в сфере учета и планирования» [22, стр. 139].
Психологический аспект имеет и проблема принятия решений
на всех уровнях руководства экономикой. Внедрение АСУ (осо-
бенно информационно-управляющих систем) неизбежно приводит
к переходу от преимущественно интуитивных, или основанных на
грубых подсчетах, или, наконец, волевых решений к решениям,
основанным на результатах автоматической обработки инфор-
мации.
Первые информационные системы с электронными ЦВМ на-
шли применение в экономике в 1952—1953 гг. Так, в 1952 г. ком-
пания «Американ Эрлайнс» (США) использовала для заказа би-
летов на самолеты информационную систему «Магнетроник Ре-
зервизор», разработанную корпорацией «Телереджистер». Система
состояла из электронной ЦВМ, соединенной линиями связи с ди-
станционными устройствами ввода-вывода, которые размещались
в ста билетных кассах. Аналогичная система была установлена
также другой крупной американской авиакомпанией — «Юнайтед
Эрлайнс». В 1953 г. чикагская торговая фирма «Джойн Плейн»
установила информационную систему «Спид Толли» (быстрый
заказ), состоящую из процессора с памятью на магнитном бара-
бане и десяти дистанционных оконечных устройств. Операторы,
обслуживающие оконечные устройства, вводили в систему данные
о всех заказах потребителей. Система была рассчитана на обра-
ботку 9000 заказов в течение года [6].
Приблизительно в начале 60-х годов различные виды АСУ (в
основном информационно-справочные и информационно-советую-
щие) становятся ведущей формой использования универсальных
ЦВМ в сфере экономики. Ранее других стран данным процессом
были охвачены США, затем страны Западной Европы и Япония.
По состоянию на конец 60-х годов 65—85% всех универсальных
ЦВМ в этих странах использовалось в рамках некоторых инфор-
мационных систем, прежде всего в рамках автоматизированных
систем управления экономикой, причем развитие данной области
было связано с повышением уровня автоматизации процесса
управления в рамках системы, которое заключалось в переходе
ют информационно-справочных к информационно-советующим АСУ
362
и от информационно-советующих к информационно-управляющим
АСУ. Типичный интегральный показатель уровня автоматизации
управления для каждого из перечисленных видов АСУ сущест-
венно различен. Как показано в работе [21], применительно к
оперативному управлению производством данный показатель при-
нимает следующие значения:
информационно-справочная система —0,19;
информационно-советующая система — 0,52;
информационно-управляющая система — 0,785.
К концу 60-х годов применение информационно-управляющих
систем в сфере экономики промышленно развитых капиталисти-
ческих стран, особенно США и Японии, достигло относительно
высокого уровня. Так, например, в Японии в начале 1969 г. около
13% эксплуатируемых ЦВМ использовалось в рамках информаци-
онно-управляющих АСУ.
В СССР первые АСУ стали разрабатываться в конце 50-х — на-
чале 60-х годов. При этом наиболее удачно разработанные и внед-
ренные АСУ (АСУ Ленинградского оптико-механического объеди-
нения, Московского завода «Фрезер», Львовского телевизионного
завода, Барнаульского радиозавода и др.) принесли значительный
экономический эффект. Однако в 60-х годах в СССР и других стра-
нах СЭВ АСУ еще не стали основной формой механизации умст-
венного труда в сфере управления экономикой. Основная часть
вычислительных работ в данной сфере выполнялась путем реше-
ния отдельных экономических задач на универсальных ЦВМ, т. е.
путем обработки информации не на уровне АСУ, а на уровне взаи-
модействия человека с машиной в рамках некоторого вычисли-
тельного центра.
Заметим, что от степени внедрения АСУ во многом зависит
повышение производительности труда в сфере экономики. Высту-
пая на XVI Минской областной партийной конференции, А. Н. Ко-
сыгин говорил: «Давайте поставим рядом нашего рабочего и аме-
риканского. Наш рабочий зачастую сделает и лучше, и больше, и
быстрее, чем американский. Его почасовая выработка не только
не уступит, а во многих случаях превзойдет выработку американ-
ца. Когда же берете в целом данное хозяйство, а тем более данную
отрасль, то производительность труда у нас получается значитель-
но ниже американской. И зависит это не от рабочего, а от тех,
кому поручены организация труда и управление производством.
Вот почему организация труда и управление производством сей-
час имеют особенно важное значение. Этот вопрос должен быть
в центре внимания руководителя любого хозяйства...» [23, стр. 1].
В то же время, как было показано ранее, сложность управления
современной экономикой неизбежно приводит к необходимости
автоматизации сферы управления. Иными словами, даже при са-
мом высоком уровне квалификации и организационных способно-
стей управленческого персонала, не использующего средства ме-
ханизации умственного труда, неизбежны существенные просчеты
363
при решении сложных (требующих учета многих факторов) за-
дач управления. Таким образом, в современных условиях приме-
нения АСУ (именно АСУ, а не отдельных ЭВМ, поскольку в рам-
ках АСУ возможно повседневное оперативное решение задач
управления) является необходимостью, причем масштабы внедре-
ния АСУ в конечном счете не могут не сказаться на темпах роста
промышленного производства.
Исключительно серьезное внимание проблемам АСУ было уде-
лено при разработке пятилетнего плана развития народного хо-
зяйства СССР на 1971—1975 гг. По состоянию на 1972 г. проек-
тированием и созданием АСУ в целом по народному хозяйству
было занято около 40 тыс. специалистов. К концу 1975 г. на каж-
дом пятом крупном промышленном предприятии должна быть
создана АСУ. Всего в течение пятилетки АСУ должны быть внед-
рены на 1800 предприятиях, в том числе на 272 в полном объеме,
В соответствии с пятилетним планом на 1971 —1975 гг. в
СССР осуществляется ряд мероприятий по созданию Общегосу-
дарственной автоматизированной системы сбора п обработки ин-
формации для учета, планирования и управления народным хо-
зяйством (ОГАС).
Основной функцией ОГАС должно явиться обеспечение обще-
государственных, республиканских п территориальных органов
управления, министерств и ведомств информацией, необходимой
для решения задач учета, планирования и принятия решений.
Разработка ОГАС ведется в тесной связи с развитием АСУ всех
уровней и создаваемой Единой автоматизированной системы свя-
зи (ЕАСС). В состав технической базы ОГАС должны войти госу-
дарственная сеть вычислительных центров и являющаяся частью
ЕАСС общегосударственная система передачи данных [24].
Таким образом, план создания ОГАС представляет собой бес-
прецедентный по масштабам и уровню план внедрения автома-
тизированных систем управления. Возможность реализации про<
ектов типа ОГАС определяется плановым характером экономики,
присущим странам с социалистическим способом производства.
В капиталистических странах возможности создания общегосудар-
ственных автоматизированных систем ограниченны и определяют-
ся ролью государства в управлении экономикой. При этом доста-
точно высока вероятность того, что в процессе экономической
конкуренции промышленно развитых капиталистических стран
как друг с другом, так и с социалистическими странами в 70-х го-
дах произойдет существенное повышение роли государства в
управлении капиталистической экономикой.
Заметим, что из всех промышленно развитых капиталистиче-
ских стран роль государства в управлении экономикой наиболее
велика в одной стране (Японии), добившейся, как известно, весь-
ма существенных успехов в развитии экономики на протяжении
60-х годов. В Японии характер воздействия государства на эконо-
мику отличается от попыток программирования экономики в дру-
364
гих капиталистических странах. Отличие заключается в том, что
программирование экономики в Великобритании, Франции, ФРГ
сводится преимущественно к системе мер воздействия на стихию
рынка (посредством изменений банковских учетных ставок, из-
менений в налоговой политике, бюджетных ассигнований и т. д.).
В Японии все эти меры также применяются, но на несколько иной
основе, а именно на основе максимально возможного ограничения
конкуренции в тех областях, где она наносит существенный ущерб
экономике в целом. «Иностранные наблюдатели и исследователи
японской действительности,— пишет Д. Краминов,— отмечают,
что нынешняя Япония напоминает огромную корпорацию, во гла-
ве которой стоит опытное, энергичное и находчивое «правление
директоров», опирающееся на большой дисциплинированный и
работоспособный аппарат. «Правление» решает, в какую отрасль
хозяйства или промышленности направить силы, материальные и
финансовые ресурсы страны, а аппарат неукоснительно и эффек-
тивно проводит эти решения в жизнь. Решающие голоса в этом
«правлении» принадлежат руководителям сравнительно небольшо-
го числа компаний-гигантов — около двухсот,— которые произво-
дят более половины всей материальной продукции Японии. Во имя
целеустремленного и объединенного наступления на позиции ино-
странных конкурентов как в самой Японии, так и за ее предела-
ми конкуренция между этими гигантами устранена или ограниче-
на до пределов, возможных в капиталистическом обществе. Пра-
вительству, действующему по этой схеме в роли исполнительного
«директората», поручено предотвратить опасности присущего ка-
питализму анархического развития, положив в его основу плано-
вые начала» [25, стр. 19]. По сравнению с другими промышленно
развитыми капиталистическими странами в Японии в настоящее
время созданы наилучшие условия для внедрения автоматизиро-
ванных систем управления экономикой на высоком уровне. Отме-
тим, что Япония превосходит все другие страны (за исключением
США) по количеству универсальных ЦВМ, мощности их парка
п проценту использования ЦВМ в рамках информационно-управ-
ляющих систем. В США масштабы применения вычислительной
техники существенно выше, чем в Японии, однако, по нашему
мнению, они не дают столь ощутимого эффекта в смысле воздей-
ствия на темпы экономического развития именно потому, что
анархическая конкуренция фирм, свойственная капитализму, ча-
стично сводит на нет влияние мощной вычислительной базы на
общее развитие экономики.
При оценке перспектив применения универсальных ЦВМ для
управления большими системами не следует также упускать из
виду трудности психологического порядка. (Психологические проб-
лемы, связанные с частичной передачей ряда функций управления
(на высоком уровне) техническим средствам, являются в боль-
шинстве случаев замедляющим развитие фактором. Иными слова-
ми, перспективное управление большими системами с помощью
365
информационно-управляющих АСУ на достаточно высоком уров-
не (управление отраслью экономики, наукой, вооруженными си-
лами, наконец управление всей промышленностью) не может из-
бежать преодоления консервативных взглядов и представлений.
Информационное обслуживание. Сфера автомати-
зации информационного обслуживания тесно примыкает к рас-
смотренной выше сфере автоматизированного управления больши-
ми системами (любую область информационного обслуживания,,
например область научно-технического информирования, можно
рассматривать как большую систему). Однако некоторая специ-
фика данной сферы делает все же целесообразным ее отдельное
рассмотрение. Специфика заключается, в частности, в конечных
целях автоматизации. В предыдущем разделе в качестве конечной
цели рассматривалось управление. Основная же задача автомати-
зации информационного обслуживания была бы решена при усло-
вии создания только эффективных информационно-справочных
систем. Лишь в порядке перспектив приблизительно на 90-е годы
можно рассматривать вопрос о перерастании в данной сфере ин-
формационно-справочных систем больших масштабов в информа-
ционно-советующие системы. Поэтому с позиций временной эво-
люции областей применения универсальных ЦВМ предпочтитель-
нее отдельное рассмотрение сферы информационного обслуживания.
Необходимость автоматизации данной сферы в настоящее
время весьма велика, однако существующие технические средства
(математические методы и аппаратура) все еще не позволяют (с
точки зрения требуемых затрат труда и средств) перейти от авто-
матизации относительно простых объектов к комплексной авто-
матизации в рамках отдельных областей данной сферы (библио-
течное обслуживание, научно-техническое информирование, «со-
циальное информирование» 12 и т. д.).
Необходимость автоматизации данной сферы подтверждается^
например, следующими исследованиями:
1. Как показано в работе [26], «объем неиспользуемой потен-
циально возможной информации возрастает почти пропорцио-
нально квадрату численности ученых» (стр. 39).
2. 72—76% заявок на изобретения оказываются после над-
лежащей проверки дублирующими известные в мировой практи-
ке (данные по СССР). При этом процент повторных заявок рас-
тет из года в год. Так, в 1946 г. в СССР было подано 40% повтор-
ных заявок на развитие и усовершенствование угольных комбай-
нов, а в 1961 г.— 85% [26].
3. По подсчетам английского математика Барнета, половина
времени, затрачиваемого в настоящее время на научные экспери-
менты, уходит на вынужденные повторения из-за незнания лите-
ратуры.
12 Имеется в виду система оперативного информирования об адресах, местах
работы, миграциях, изменениях численности населения и т. д.
366
4. По оценке чешского ученого Л. Ожига, полное использова-
ние научно-технической информации позволило бы сократить
затраты на научные исследования на 60% [27].
В целом необходимость автоматизации информационного
обслуживания обусловлена высокими темпами роста потока ин-
формации (удвоение объема информапии за 10—15 лет), суще-
ственно превышающими рост возможностей обработки данного
потока без использования средств вычислительной техники.
Как отмечалось выше, попытки практического решения дан-
ной проблемы ограничиваются относительно простыми объекта-
ми. В качестве примера практических решений наиболее высоко-
го уровня, достигнутого к настоящему времени, приведем неко-
торые данные о системе УОЛНАТ, разработанной фирмой «ИБМ»
для Центрального разведывательного управления США [28].
Информация в системе хранится в сравнительно компактном
виде. Все исходные материалы микрофильмируются с высокой
кратностью уменьшения, что позволяет на микрофильме разме-
ром 23 X 394 мм размещать в три ряда 99 кадров размерами
6 X 10 мм. Каждый кадр содержит микрокопию одной страницы
документа форматом 20 Х36 см. Автоматизированная система
рассчитана на хранение до 108 микрокопий, что эквивалентно
хранению 200—500 тыс. томов.
Основой системы поиска является тезаурус (перечень дескри-
пторов), с помощью которого на каждый документ до его ввода
в систему составляется дескрипторный поисковый образ, т. е.
совокупность терминов, отображающих содержание документа.
Одновременно на каждый документ составляется краткий рефе-
рат, причем как дескрипторный поисковый образ, так и краткий
реферат кодируются и вводятся в машинную память на магнит-
ных дисках. Пользуясь тезаурусом, сотрудник ЦРУ заполняет
бланк запроса дескрипторами13. Далее срабатывает автоматиче-
ская система поиска. Запись с бланка переносится на перфолен-
ту и вводится в машину (ИБМ-1410, см. разд. 4 гл. 3). Сопостав-
ляя записанные в памяти поисковые образы всех имеющихся в
хранилище документов с запрашиваемым набором дескрипторов,
машина отбирает и печатает перечень индексов найденных
документов и их рефераты. Одновременно она выдает пачку пер-
фокарт, содержащих данные об адресе документов в хранилище.
Далее остается получить нужные материалы. Отметим, что
выдача материалов полностью автоматизирована. Процесс выда-
чи заключается в следующем. Данные с перфокарт переносятся
(методом перфорации) на специальные бланки (апертурные кар-
ты) . Часть каждого бланка отведена для неэкспонированной
13 Например, запрашивает документы, в поисковых образах которых со-
держатся четыре дескриптора: «Франция»,, «исследования», «ядерное ору-
жие» и «ракеты», имея в виду выявить все материалы, в которых есть
сведения о французских исследованиях в области ракетно-ядерного ору-
жия.
367
•фотопленки. Бланк вводится во входное устройство хранилища,
•отыскивается микрокопия нужного документа и автоматически
переносится на фотопленку бланка (экспонирование в ультрафио-
летовых лучах, сухое проявление, длительность процесса 0, 5 сек).
Через 5 сек после ввода бланка в хранилище заказчик получает
этот бланк с проявленной фоюпленкой емкостью четыре кадра,
т. е. четыре страницы текста. Далее необходимо вставить бланк
либо в устройство, воспроизводящее информацию на экране,
либо в блок для изготовления фотокопий обычного формата. Как
видно из данного описания, процессы поиска и воспроизведения
состоят из сравнительно длинной последовательности операций.
Однако автоматизация операций позволяет оперативно (прибли-
зительно за 30 сек после составления запрашиваемого набора
дескрипторов) получить нужные сведения. Заметим, что обслу-
живание системы требует весьма квалифицированной предвари-
тельной обработки исходных материалов (составления дескрип-
торного поискового образа на каждый документ).
Перспективное решение автоматизации сферы информацион-
ного обслуживания связано прежде всего со следующими тенден-
циями развития и применения универсальных ЦВМ;
а) повышение емкости памяти, уменьшение времени выбор-
ки, снижение стоимости хранения информации;
б) изменение всей системы подготовки первичной докумен-
тации для удобства ее ввода в устройства хранения информяпии;
в) технический и технико-экономический прогресс устройств
вывода, в частности устройств визуального вывода и печатающих
устройств;
г) развитие систем, работающих в режиме АРМВ между
абонентами;
д) развитие средств передачи цифровой информации;
е) развитие входных алгоритмических языков и автоматиза-
ции программирования.
Отдаленные перспективы решения данной проблемы (при-
близительно на уровне 90-х годов) заключаются в создании не
только информационно-справочных, но и информационно-сове-
тующих систем 14 в рамках отдельных стран или регионов (на-
пример, страны СЭВ). Перспективное развитие связано также
со слиянием систем научно-технического информирования с дру-
гими автоматизированными системами, например с АСУ в обла-
сти экономики. При этом под «слиянием» понимается, в частно-
сти, соединение систем линиями передачи данных, что позволит
с одного и того же пульта обращаться, например, как к сети
справочных систем научно-технического информирования, так и
к сети отраслевых АСУ.
14 По оценке В. М. Глушкова, «к двухтысячному году появится такая инфор-
мационная техника, которая может не только выдавать определенную
справку, но и формулировать свой ответ в логический вывод. Машина со-
поставит несвязанные данные» [29, стр. 30].
368
Обучение п творческая деятельность. Наиболее
отдаленной (по времени практической реализации проектов боль-
шого масштаба), хотя и чрезвычайно перспективной, является
область автоматизации обучения и эффективного использования
машин в творческой деятельности (научный эксперимент, про-
ектирование, математические исследования и т. д.).
Потребности применения ЦВМ в данной области еще не до-
стигли того критического уровня, который они имели на рубеже
60-х годов в сфере управления экономикой и в настоящее время
(т. е. в начале 70-х годов) в сфере информационного обслужива-
ния. Однако темпы развития, например, такой области, как об-
щеобразовательное и профессиональное обучение, в частности
темпы увеличения объема знаний, которые требуются для удов-
летворительной подготовки в любой области, таковы, что прибли-
зительно на рубеже 80-х годов потребности в автоматизации
обучения достигнут критического уровня.
Основные задачи автоматизированного (программированного)
обучения можно свести к следующим:
1. Уменьшение или по крайней мере поддержание на неко-
тором фиксированном уровне (в процентном отношении к чис-
ленности населения) количества людей, занятых в сфере обще-
образовательной и профессиональной подготовки. Например,
в СССР в 1970/71 учебном году всеми видами обучения было
охвачено 79,4 млн. человек. Только в общеобразовательных шко-
лах для обучения 49,4 млн. человек использовался труд 2,4 млн.
учителей (около 2,6% всех рабочих и служащих, занятых в на-
родном хозяйстве СССР). Заметим, что это количество учителей
(в пересчете на количество учеников) не является оптималь-
ным и определяется как сложившейся практикой, так и эконо-
мическими возможностями развития данной области народного
хозяйства. Другая сторона проблемы заключается в вынужден-
ном отрыве специалистов высокой квалификации от исследова-
тельской работы. Например, в 1970/71 учебном году в высших
учебных заведениях СССР обучалось 4,58, в США — 5,54 млн.
студентов [38]. В результате значительное количество специа-
листов высокой квалификации (имеющих ученую степень докто-
ра наук) было занято преимущественно преподавательской дея-
тельностью, а не научными исследованиями. Быстрый рост чис-
ленности учащихся высших учебных заведений в значительном
большинстве стран мира 15 требует адекватного увеличения пре-
подавательского персонала.
2. Повышение интенсивности усвоения знаний учащимися.
Многовековой опыт преподавательской деятельности показывает,
что наиболее интенсивно знания усваиваются в системе, состоя-
15 За десятилетие (1958/59—1968/69 учебные годы) количество студентов ву-
зов в СССР возросло с 2,18 до 4,47 млн., т. е. увеличилось на 105%. В США
количество студентов вузов возросло с 1,74 до 4,54 млн., т. е. увеличилось
на 160% [30, 38].
13 И. А. Апокин, Л. Е. Майстров
369
щей из одного ученика и одного преподавателя, т. е. в системе,
где обеспечен максимальный индивидуальный подход. Разумеет-
ся, коллективная форма обучения также имеет свои преимущества
(соревнование, обмен знаниями между учащимися и т. д.). Од-
нако по мере увеличения коллектива индивидуальный подход
все более и более затруднен. Кроме того, коллективное обучение
накладывает определенные территориальные, временные и «твор-
ческие» ограничения, поскольку процесс обучения производится
в строго определенном месте, в определенное время и по одно-
типной программе. Данная сторона процесса современного обу-
чения также имеет положительные стороны (упорядоченность,
дисциплина и пр.). Однако очевидны и отрицательные факторы:
возможности усвоения материала учеником, а также его заинте-
ресованность в усвоении материала далеко не всегда совпадают
с каноническими рамками места, времени и однотипной програм-
мы. Что же касается программированного обучения, то при усло-
вии использования универсальной ЦВМ, работающей в режиме
АРМВ между абонентами (учащимися) с принципиально воз-
можной установкой абонентских пультов в любом месте, и нали-
чии достаточно разветвленной программы обучения достигается
максимальный индивидуальный подход. Кроме того, снимаются
трудности психологического порядка, имеющие важное значение
даже в оптимальной системе: один ученик — один преподаватель.
При высоком уровне составленной программы обучение происхо-
дит на уровне один ученик — один высококвалифицированный
и опытный преподаватель, т. е. на уровне, практически недо-
стижимом для современных форм обучения.
Дополнительные преимущества программированного обуче-
ния обусловлены возможностями современной электроники. При
использовании устройств визуального вывода данных достигает-
ся максимальная активизация зрительного канала восприятия
информации, имеющего существенно более высокую пропускную
способность по сравнению со звуковым каналом 16. Иными слова-
ми, программированное обучение ориентируется преимуществен-
но на наглядно-демонстрационный, а не на менее эффективный
лекционный метод подачи материала.
Другое дополнительное преимущество программированного
обучения — активизация моторных функций — существенно для
специальной профессиональной подготовки. Систематическое
повышение уровня профессиональной подготовки в таких обла-
стях, как военное дело, транспорт, спорт и т. д., представляет
серьезную проблему. В некоторых случаях (например, обучение
летного состава или экипажа подводной лодки) тренировка на
реальных объектах является дорогостоящей, рискованной и недо-
6 По оценке К. Кюмпфмюллера, пропускная способность зрительного кана-
ла человека составляет 3-106 бит)сек, звукового канала — 2 104 бит)сек
[31].
370
статочно эффективной. В то же время обучение на моделях высо-
кого уровня (электронные тренажеры, управляемые вычислитель-
ной машиной) значительно повышает эффективность подготовки.
Не будет лишним заметить, что программированное обучение,
так же как и любая другая сфера применения вычислительной
техники, не исключает, а, наоборот, поднимает роль человека (в
данном случае — преподавателя), позволяя ему сосредоточиться
на творческих аспектах работы, в частности на разработке более
совершенных учебных программ.
Во второй половине 60-х годов в СССР программированное
обучение применялось в 250 институтах и 200 профессионально-
технических училищах. Специальные классы были оборудованы
более чем в 700 школах. Всего в СССР разработано свыше 300
устройств программированного обучения. Широкое развитие про-
граммированное обучение получило также в промышленно раз-
витых капиталистических странах. Во второй половине 60-х го-
дов в США, Великобритании, Франции и других странах более
двухсот фирм, научно-исследовательских институтов и учебных
заведений проводили соответствующие исследования, а также
выпускали серийную аппаратуру. Заметим, что приведенные
данные касаются всех разновидностей обучающих автоматов,
которые, по классификации Р. Г. Дейча, могут быть разделены
на два типа [31]:
1. Простые, чаще всего механические устройства, работаю-
щие по линейным (неразветвленным) программам. Ученик не
может влиять на ход программы.
2. Обучающие автоматы с разветвленной программой. Если
ученик не усваивает материал, автомат переходит к дополни-
тельным программам (ветвям основной программы).
Электронные ЦВМ используются в составе только автоматов
второго типа, т. е. работающих по разветвленным программам.
Примером обучающего автомата второго типа может служить
система ПЛАТО-П, разработанная в Иллинойском университете
(США).
Основой системы, рассчитанной на одновременное обучение
двух студентов, является машина ИЛЛИАК (время выполнения
операции сложения двух 40-разрядных слов 75 мксек; емкость
оперативной памяти 1024 слова). Замена ИЛЛИАК более мощ-
ной машиной, работающей в режиме АРМВ, позволяет сущест-
венно увеличить количество обучающихся (например, до пяти-
сот во втором варианте системы ПЛАТО-П, разработанном в
середине 60-х годов).
Программа обучения состоит из основной и дополнительных
программ, заснятых на диапозитивы и содержащих контрольные
вопросы. Обучение начинается по основной программе, а ответы
на контрольные вопросы набираются студентом на индивидуаль-
ном пульте управления и воспроизводятся на индивидуальном
экране. Машина отвечает одной из двух возможных оценок, по-
371
13*
являющихся на экране: «верно» и «неверно». В последнем слу-
чае учащийся может либо подготовить другой ответ, либо нажать
клавишу «помощь». Тогда машина переходит к комплекту вспо-
могательных диапозитивов с более детальным изложением и с
иными формулировками излагаемого материала. Если прохожде-
ние вспомогательного комплекта позволяет студенту найти ответ
на вопрос основной программы, он может прервать вспомога-
тельную программу и предложить машине вернуться к основной
(команда «достаточно» с пульта управления). Кроме того, име-
ется возможность прервать основную программу командой «вер-
нуться», по которой машина начинает повторять изложение
основного материала с некоторого пункта. Наряду с диапозити-
вами основной и вспомогательной программ машина может вос-
производить на экране дополнительную буквенно-цифровую и гра-
фическую информацию, необходимость в которой возникает в
ходе обучения. Вся работа студента с пультом управления авто-
матически записывается на магнитный барабан и после занятия
может быть выдана либо в записи на магнитную ленту, либо в
виде отпечатанного текста [32]. Возможность фиксации процес-
са усвоения курса в принципе существенно полезна как для сту-
дента (учебный материал), так и для преподавателя (контроль,
оценка качеств студента и программы обучения).
Из разработанных в СССР следует отметить систему группо-
вого обучения, установленную в Киевском высшем инженерном
радиотехническом училище противовоздушной обороны. Основой
системы является вычислительная машина «Днепр».
Наряду с универсальными обучающими системами сравни-
тельно широкое распространение получили также системы, ори-
ентированные на специальную профессиональную подготовку.
В качестве примера наиболее сложных систем в данной области
приведем некоторые данные о комплексном тренажере ВВС
США, предназначенном для обучения пилотированию, навига-
ции, бомбометанию и стрельбе с самолетов F-105D. Тренажер
полностью воспроизводит летные и боевые характеристики дан-
ного самолета и соответственно обеспечивает тренировку в реаль-
ном масштабе времени. Вес тренажера 16 г, количество дета-
лей 400 тыс., стоимость 1,3 млн. долл. В состав тренажера входят
кабина пилота, пульт инструктора, электронная ЦВМ, приборы
управления, помещение специальных карт и другое оборудова-
ние. Как отмечается в работе [32], «одно из достоинств трена-
жера — впервые осуществленная в нем возможность имитировать
работу радиолокационных станций самолета на малых высотах
полета» (стр. 29). В тренажере используется замкнутая телеви-
зионная система, на экране которой воспроизводятся изображение
земной поверхности и контуры карты. Земля представлена трех-
мерной рельефной картой, а информация о высоте накладывает-
ся с помощью плоской полутоновой карты. Обучение на трена-
жере вырабатывает, в частное!и, навыки пилотирования на ма-
372
лых высотах и умение ориентироваться при посадке. Различные
типы электронных тренажеров используются в настоящее время
при обучении личного состава вооруженных сил СССР, Велико-
британии, Франции и других стран.
Наряду с применением ЭВМ в сфере обучения большие пер-
спективы имеет обработка информации в таких видах творче-
ской деятельности, как проектирование, конструирование, науч-
ный эксперимент, клинический анализ и т. д. Рассмотрение каж-
дой из областей творческой деятельности, в которых использует-
ся (или предполагается использование) автоматическая обработ-
ка информации, выходит за рамки настоящей работы. Отметим
лишь некоторые общие черты применения ЦВМ в данных обла-
стях.
1. Практические потребности общества в развитии данных
областей в настоящее время весьма высоки и в отдельных случаях
(например, проектирование электронных ЦВМ на интегральных
подсистемах) приблизились к уровню, при котором использова-
ние быстродействующих ЦВМ безусловно необходимо для даль-
нейшего прогресса. Однако в целом критичность потребностей
общества в применении ЦВМ в данных областях носит все же
перспективный характер. Исходя из темпов развития науки и
техники, можно приблизительно установить, что в текущем де-
сятилетии (т. е. в 70-е годы) потребности общества в автомати-
ческой обработке информации в рамках данных областей суще-
ственно возрастут и потребуют на рубеже 80-х годов весьма
широкого использования электронных ЦВМ. Разумеется, подоб-
ная оценка является весьма общей; каждая конкретная область
творческой деятельности заслуживает в этом плане специального
исследования.
2. Автоматическая обработка больших массивов информации
в чисто творческих областях деятельности человека, как правило,
приводит к позитивным результатам, практически недостижи-
мым даже при сравнительно высоком уровне интуитивных реше-
ний. В качестве типичного примера приведем заимствованные
из работы [33] данные, полученные в Японии (Токио, 1963 г.).
При исследовании симптомов сердечных заболеваний с помощью
электронной ЦВМ был получен правильный диагноз в 90,1%
случаев обращения к машине. В то же время точность диагноза
в практике десяти опытных врачей колебалась от 75,2 до 78%.
3. Рассмотренные ранее в гл. 5 — 7 процессы развития ЦВМ
во многом приводят к созданию технических условий примене-
ния машин в различных областях творческой деятельности чело-
века. С точки зрения перспектив использования ЦВМ в данных
областях существенное значение имеют:
а) развитие систем АРМВ;
б) разработка средств графоаналитической связи;
в) развитие эвристического программирования;
В заключение отметим, что далеко не для всех областей твор-
373
ческой деятельности человека в настоящее время ясны перспек-
тивы применения ЦВМ. Как с точки зрения целесообразности,
так и с точки зрения программных решений проблематично эф-
фективное использование электронных ЦВМ в 70-е годы в таких
областях, как, например, шахматная игра (на уровне гроссмей-
стерской) или литературная деятельность (на профессиональном
уровне). Заметим также, что некоторые специалисты придержи-
ваются противоположного мнения, т. е. уверены, что в области
эвристических решений, например в шахматной игре на грос-
смейстерском уровне, эффективное применение универсальных
ЦВМ возможно в самое ближайшее время (см., например, [34]).
Однако обсуждение данных вопросов, т. е. вопросов, связанных
с перспективами эвристического программирования, выходит за
рамки настоящей работы.
Автоматическое управление
в реальном масштабе времени
Данная сфера применения ЦВМ существенным образом отли-
чается от рассмотренных выше с точки зрения степени автома-
тизации, т. е. участия человека в работе системы. При автомати-
ческом управлении участие человека в процессе управления
полностью исключается. Как отмечалось ранее, развитие автома-
тического управления на стадии, предшествовавшей использова-
нию ЦВМ с хранимой программой, было ограничено требованиями
жесткого программирования хода процесса. Применение элект-
ронных ЦВМ с их теоретически безграничными возможностями
повышения емкости памяти и соответственно удлинения и ветвле-
ния программ означало переход к качественно более высокой сту-
пени развития систем автоматического управления.
Как было показано в гл. 6, электронные ЦВМ были впервые
использованы в данной сфере для управления полетом реактив-
ных самолетов в начале 50 х годов. С тех пор управление лета-
тельными аппаратами является одной из важнейших областей
автоматического управления с помощью ЭВМ. Заметим, что зна-
чительное стимулирующее влияние на развитие данной области
оказывали и продолжают оказывать потребности военной техники.
Вся современная система вооруженных сил стратегического наз-
начения в таких странах, как СССР и США, основана на приме-
нении вычислительных средств. Естественно, что данная область
является объектом значительных ассигнований, а перспективные
технологические решения (как это было показано в гл. 6 и 7) раз-
рабатываются и испытываются прежде всего в этой области.
Показателен в этом* отношении пример США. Как правило, новая
технология используется вначале в ракетных и космических про-
граммах. После того как выясняются техническая целесообраз-
ность и экономическая эффективность применения новой техно-
логии, она, как правило, используется в стационарных универ-
374
сальных ЦВМ. При этом технологический разрыв составляет
около трех лет. Из последних наиболее перспективных разработок
в данной области следует отметить машины на интегральных
подсистемах для аэрокосмических объектов (см. гл. 7). Заметим,
что годовой объем продажи ЦВМ военного и специального назна-
чения (значительная часть которых используется в системах
управления самолетов, спутников, кораблей и т. д.) в США в на-
чале 70-х годов превысил уровень 2,5 млрд, долл., а объем прода-
жи ЦВМ гражданского назначения приблизился к уровню 13 млрд,
долл. (1973 г.) [35].
Другая важная область применения электронных ЦВМ в сфе-
ре автоматического управления — непрерывные технологические
процессы. Данному вопросу посвящена обширная литература,
а проблемы исторического развития рассмотрены в работе [36].
Поэтому ограничимся общей оценкой в плане задач нашего иссле-
дования.
В настоящее время за рубежом для автоматического управле-
ния производственными процессами используется около 5% элек-
тронных ЦВМ. Каковы дальнейшие перспективы развития дан-
ного направления? Во многом они определяются экономической
целесообразностью полной автоматизации. Дело в том, что совре-
менный уровень развития техники в принципе позволяет
автоматизировать (с помощью ЭВМ) значительно большее коли-
чество производственных процессов по сравнению с современным
состоянием, но далеко не всегда автоматизация является эконо-
мически оправданной. Важное значение в комплексе экономиче-
ских факторов имеют стоимость проектирования автоматической
системы и стоимость электронной аппаратуры. Здесь мы опять
возвращаемся к основным перспективам развития машин четвер-
того поколения, а именно к вопросам снижения себестоимости
электронной аппаратуры в процессе интеграции микроэлектрон-
ных схем и повышения эффективности проектирования за счет
использования машинных методов, в частности методов графо-
аналитической связи. Иными словами, проблема перспектив авто-
матизации производственных процессов является в определенной
мере частью общей проблемы дальнейшего применения универ-
сальных ЦВМ на уровне машин четвертого поколения.
Другая сторона проблемы заключается в уровне сложности
объектов, работа которых будет полностью автоматизирована в
будущем. Перспектива полной автоматизации процессов управле-
ния большими системами, разумеется, весьма привлекательна,
однако она практически неосуществима на уровне современных
технических средств. Конечно, это не значит, что данная пробле-
ма не может быть решена в недалеком будущем. Просто для ква-
лифицированного суждения требуется более обширная информа-
ция, чем та, которой располагает современная наука. Здесь
имеется в виду информация о процессах мышления, развитие
математических методов алгоритмизации поведения больших
375
систем, эволюция неиристорного направления в микроэлектрони-
ке, развитие эвристического программирования и т. д. Все эти
области интенсивно развиваются, и, возможно, в обозримом буду-
щем будет сделан революционных! шаг в той или иной области,
который откроет совершенно новые перспективы перед вычисли-
тельной техникой. В настоящее время сфера автоматического
управления с помощью ЦВМ развивается в тех же рамках, что и
рассмотренное выше применение универсальных ЦВМ в сферах
обработки больших массивов информации и научно-технических
расчетов.
К числу особенностей рассматриваемого вопроса следует отне-
сти весьма широкое применение (наряду с универсальными
ЦВМ) специализированных электронных ЦВМ, аналоговых элек-
тронных машин, устройств струйной техники и т. д. В целом
использование в контуре обратной связи автоматической системы
управления того или иного средства вычислительной техники
зависит прежде всего от уровня сложности управляемой системы.
С повышением уровня сложности роль универсальных ЦВМ, как
правило, возрастает. Но есть исключения, причем весьма сущест-
венные. Например, направление вычислительной техники, свя-
занное с использованием систем счисления в остаточных классах,
развивается преимущественно в рамках специализированных
ЦВМ. Как показала работа И. Я. Акушского и Д. И. Юдицкого
(1968 г.) [37], явившаяся важным шагом на пути развития тео-
ретических исследований М. Волаха и А. Свободы
(1955—1957 гг.), система счисления в остаточных классах откры-
вает широкие возможности для совершенствования параметров
процессоров. Поэтому было бы неправильным связывать перспек-
тивы развития как сферы автоматического управления, так и
других областей механизации умственного труда только с универ-
сальными ЦВМ, хотя, повторяем, как в настоящее время, так и
на ближайшие годы универсальные ЦВМ являются важнейшим
средством и основным направлением развития вычислительной
техники.
Подведем некоторые итоги.
Рассмотрение важнейших областей применения универсаль-
ных ЦВМ с точки зрения потребностей общества в механизации
умственного труда позволяет получить небезынтересную схему
исторического развития. В предлагаемой схеме (табл. 24) приве-
дены временные характеристики повышения потребностей обще-
ства (в рамках стран с высокоразвито!! наукой, техникой и эко-
номикой) до критического уровня. Иными словами, в определен-
ный период времени на пути основной линии развития некоторой
области встают проблемы, которые в принципе не могут быть
эффективно решены без использования быстродействующих
устройств механизации и автоматизации умственного труда.
Привлечение людских ресурсов и применение простейших вычи-
слительных средств (например, настольных ЦВМ) частично
376
Таблица 24
Критические уровни потребностей общества в механизации
и автоматизации умственного труда с помощью быстродействующих
вычислительных машин
Область Повышение потребностей общества до уровня критического с точки зрения темпов прогресса
Научные и инженерные расчеты Автоматическое управление аэрокосмиче- скими объектами Управление экономикой Автоматическое управление непрерывными технологическими процессами Научно-техническое информирование Управление научным экспериментом Комплексное проектирование (включая ис- пользование графоаналитических методов) Обучение Клинический диагноз Начало 50-х годов Вторая половина 59-х годов Конец 50-х — начало 60-х годов 60-е годы Конец 60-х годов 70-е годы 70-е годы Конец 70-х годов (оценка) Конец 70-х годов (оценка)
смягчает остроту проблемы. Однако быстрые темпы повышения
занятости в любой области не могут продолжаться до бесконечно-
сти. Наступает ситуация («критический уровень потребностей»),
когда применение быстродействующих вычислительных машин
(в том числе в рамках систем) является единственно возможным
выходом из положения, причем от масштабов и уровня использо-
вания вычислительной техники начинают зависеть темпы прог-
ресса.
Как видно из табл. 24, общее развитие использования ЦВМ
неизбежно идет по пути расширения сферы применения. Как
было показано в разд. 2 гл. 8, не существует принципиальных
ограничений (с технической точки зрения) для применения уни-
версальных ЦВМ в любой области преобразования информации.
При этом, как отмечает В. М. Глушков, в настоящее время «мы
еще не представляем себе всех тех последствий, которые повле-
чет за собой использование средств автоматизации умственной
деятельности человека» [22, стр. 148].
ЛИТЕРАТУРА
1. Современная научно-техническая революция. Историческое исследование.
Под ред. С. В. Шухардина. Изд. 2-е, доп. М., «Наука», 1970.
2. Н. Винер. Кибернетика и общество. М., ИЛ, 1958.
3. Проблемы современной научно-технической революции (материалы кон-
ференции).—Вопросы истории естествознания п техники, 1965, вып. 19,
стр. 11—12.
377
4. К, Тессман. Проблемы научно-технической революции. М., ИЛ, 1963.
5. А. А. Папернов. Логические основы цифровой вычислительной техники.
М., «Наука», 1972.
6. D. F. Parkhill. The challenge of the computer utility. Reding— Palo Alto—
London, Addison — Wesley, 1966.
7. И. А. Евенко. Совершенствование управления хозяйством и вычислитель-
ная техника. М., «Экономика», 1967.
8. Э. Б. Голембо, Г. В. Веников. В сб.: Итоги науки и техники. Техническая
кибернетика. 1965. М., ВИНИТИ, 1967, стр. 5—107.
9. Г. И. Кархин. Связи настоящего и будущего в экономике. Научно-техни-
ческая революция и управление. М., «Экономика», 1970.
10. В. Глушков, А. Дородницын, В. Федоренко. О некоторых проблемах ки-
бернетики.— «Известия», 6 сентября 1964 г.
И. А. И. Черепнев. Автоматизация сегодня и завтра. М., «Знание», 1965.
12. В. М. Глушков и др. Вычислительные машины с развитыми системами
интерпретации. Киев, «Наукова думка», 1970.
13. Э. Квейд. Анализ сложных систем. М., «Советское радио», 1969.
14. В. М. Глушков. Наука и жизнь, 1970, № 4, 30—36.
15. Н. Н. Моисеев. Математика — управление — экономика. М., «Знание»,
1970.
16. В. М. Глушков. Машины в сфере управления. «Неделя», № 6, 1970, стр. 4.
17. А. А. Зворыкин и др. История техники. М., Соцэкономиздат, 1962.
18. Р. Юнг. Ярче тысячи солнц. М., Госатомиздат, 1960.
19. А. А. Дородницын. В сб.: Октябрь и научный прогресс. АПН, 1967,
стр. 379—396.
20. А. Е. Knight. Datamation, 1966, 12, N 9, 40—54.
21. С. А. Думлер. Автоматизированные системы управления промышленным
предприятием. М., «Экономика», 1966.
22. В. М. Глушков. В сб.: Будущее науки. М., «Знание», 1966, стр. 131—149.
23. А. Н. Косыгин. Речь на XVI Минской областной партийной конферен-
ции.— «Советская Белоруссия», 15 февраля 1968 г.
24. Автоматизированные системы управления. М., «Экономика», 1972.
25. Д. Краминов. За рубежом, 1970, № 30, 16—19.
26. Г. М. Добров. Наука о науке. Киев, «Наукова думка», 1966.
27. С. Владимиров, М. Карев. Информация и мы. М., «Знание», 1970.
28. Р. D. Bradshaw. Amer. Documentation, 1962, 13, N 3, 270—275.
29. В. M. Глушков. Техника — молодежи, 1967, № 10, 30—31.
30. СССР — США (цифры и факты). М., Госполитиздат, 1961.
31. К. Штейнбух. Автомат и человек. Кибернетические факты и гипотезы.
М., «Советское радио», 1967.
32. С. А. Барченков. Радиоэлектроника обучает, управляет и контролирует.
М., Воениздат, 1967.
33. С. Лилли. Люди, машины и история. М., «Прогресс», 1970.
34. М. М. Ботвинник. Алгоритм игры в шахматы. М., «Наука», 1968.
35. Electronics, 1974, 47, N 1, 117-118.
36. И. С. Эдлин. Исследование развития вычислительных машин примени-
тельно к решению задач управления непрерывными процессами. Канд,
дисс. М., 1970.
37. И. Я. Акушский, Д. И. Юдицкий. Машинная арифметика в остаточных
классах. М., «Советское радио», 1968.
38. Народное хозяйство СССР в 1972 г. Статистический ежегодник. М. «Ста-
тистика», 1973.
Глава IX
ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
В предыдущих главах рассматривалась генеральная линия
развития вычислительной техники в ближайшее десятилетие.
Представляется целесообразным детализировать общую линию
развития и рассмотреть различные аспекты дальнейшей эволю-
ции вычислительной техники. В этой связи небезынтересны ре-
зультаты прогнозов в области вычислительной техники, выпол-
ненные в последние годы. Прогнозирование развития вычисли-
тельной техники проводится в ряде стран, в том числе в СССР,
США, Великобритании и Японии. Ниже изложены результаты
одного из наиболее детальных прогнозов в области вычислитель-
ной техники, выполненных в США [1]. Прогноз был составлен
в 1969 г. специальной исследовательской группой ВМС США.
Целью прогноза являлась подготовка необходимых данных для
долгосрочного планирования в области систем обработки инфор-
мации для военно-морских сил.
Составление прогноза проводилось по специально разработан-
ной методике, которой было дано название «метод СИИР»
(SEER — system for event evaluation and review — система оценки
и обзора событий). Как известно, к настоящему времени более или
менее детально разработано около ста методов научно-техниче-
ского прогнозирования [2]. В основе метода СИИР лежит изве-
стный метод Дельфи (метод итеративных анкетных опросов),
разработанный сотрудником исследовательской корпорации РЭНД
(США) Олафом Хелмером при непосредственном участии его
коллег Гордона и Далки [3—5]. Как и другие методы прогнозиро-
вания, метод Дельфи постоянно совершенствуется. В 1968 г.
этот метод был модифицирован Нортом для ориентации прогноза
на достижения промышленных фирм и требования пользователей
(заказчиков) вычислительной аппаратуры [6]. Именно эта моди-
фикация метода Дельфи и привлекла внимание исследовательской
группы ВМС США, которая на ее основе разработала новую мето-
дику (метод СИИР), значительно отличающуюся от исходной и
представляющую существенный практический интерес. При раз-
работке метода СИИР прогностическая группа ВМС исходила из
необходимости устранения следующих недостатков, присущих
методу Дельфи:
1. Отсутствие ориентировочных наметок (альтернатив отве-
тов на поставленный вопрос), что не способствует плодотворной
работе экспертов.
379
2. Трудоемкость и длительность процесса прогнозирования,
проводимого при полном выполнении требований метода Дельфи.
3. Отсутствие взаимосвязи прогнозируемых событий. Отсутст-
вие подразделения на «основные» и «вспомогательные» события,
реализация которых приводит к поставленной цели.
По разделяемому нами мнению авторов метода СИИР, в дан-
ном методе удалось упростить, улучшить и развить методику
Дельфи. Сущность метода СИИР заключается в следующем.
Исследование проводится в два этапа. На первом этапе прогно-
зисты составляют перечень возможных достижений в рамках ис-
следуемой области техники (в данном случае в области вычисли-
тельной техники). По рекомендации авторитетных организаций
(в данном случае восьмидесяти пяти фирм, а также ряда прави-
тельственных и научных организаций) составляется список экс-
пертов, который, как и перечень возможных достижений («список
событий»), разбивается на тематические группы. Тематические
группы списка событий включают два вида групп: функциональ-
ный п системно-ориентированный. В €|)ункциональный вид групп
входят отдельные, подразделяемые по выполняемым функциям,
области прогнозируемого раздела техники. При составлении прог-
ноза вычислительной техники было выделено 11 функциональных
групп событий, в том числе программирование, аппаратура пере-
дачи данных, графоаналитические устройства и т. д.
По системному принципу были сформированы следующие три
группы событий: 1) структура вычислительных машин; 2) вы-
числительные системы и их применение; 3) стандарты в области
вычислительной техники.
Далее каждая группа событий передавалась для оценки соот-
ветствующей группе экспертов. В процессе оценки каждое собы-
тие получило три характеристики: желательность с точки зрения
потребителя (заказчика), возможность реализации с точки зре-
ния изготовителя (фирмы) и время реализации. При этом жела-
тельность и возможность реализации оценивались по девятибалль-
ной системе (табл. 25).
Возможное время реализации оценивалось с точки зрения
вероятности наступления некоторого события в определенном
году. При этом для каждого события давались три оценки. Первая
дата из трех определялась как «разумный шанс» (вероятность
наступления события /? = 0,2), для второй даты /? = 0,5 и для
третьей р=0,9.
Важнейшим моментом оценки на первом этапе прогностичес-
кого исследования являлась оценка каждого события с целевой
точки зрения. Каждое событие было отнесено к одной из четырех
групп: не является целью; близкая цель; средняя цель; дальняя
цель. Смысл данного подразделения заключается в следующем.
Вычислительная техника, как и любая отрасль техники, в прин-
ципе имеет один оптимальный путь развития. Этот путь развития
и необходимо найти в процессе прогностического исследования.
380
Таблица 25
Оценка по девятибалльной системе
Оценка Желательность (с точки зрения заказчика) Возможность реализации (с точки зрения изготовителя)
1 «Нежелательно» «Маловероятно, но в принципе все-таки возможно»
5 «Желательно» «Возможно»
9 «Желательно в высшей сте- пени» «В высшей степени возможно»
Все события, которые находятся па этом основном (генеральном)
пути развития вычислительной техники, являются «целями». Все
же другие события целями не являются и соответственно никогда
не сыграют существенной роли в развитии вычислительных ма-
шин. Иными словами, некоторое событие может быть полезно с
точки зрения изготовителя. Однако развитие вычислительной тех-
ники пойдет по другому пути. Данное событие может произойти
и даже найти практическое применение. Однако это применение
никогда не будет иметь решающего (для данной области вычис-
лительной техники) значения. Развитие вычислительной техники
пойдет другим (более рациональным, более экономичным, более
перспективным) путем. Соответственно данное событие не явля-
ется целью, на которую следует ориентироваться заинтересован-
ным организациям (в данном случае Военно-морским силам США).
События, являющиеся целями, в свою очередь были подраз-
делены на «близкие» (группа А), «средние» (группа В) и «даль-
ние» (группа С). По мнению экспертов, развитие вычислитель-
ной техники пойдет в соответствии с этими событиями. При этом
с вероятностью, превышающей 0,5, близкие цели (события груп-
пы А) будут достигнуты к 1975 г., а средние цели (события груп-
пы В) — к 1983 г. Дальние цели (события группы С) будут до-
стигнуты (с вероятностью, превышающей 0,5) только после 1983 г.
На первом этапе исследования по методу СИИР обработанные
оценки экспертов были сведены в табл. 26.
Приведенные в табл. 26 примеры записи оценок экспертов
означают следующее. Порядковые номера событий показывают,
что они относятся к области 6 (запоминающие устройства). По
оценке экспертов, криогенные запоминающие устройства боль-
шой емкости (событие 6 tt) не являются целью, т. е. не этим
путем пойдет развитие вычислительной техники, несмотря на то
что данное событие желательно (оценка «5»), осуществимо
(оценка «5») и может с высокой степенью вероятности (р=0,9)
произойти в 1980 г.
381
Таблица 26
Пример обработки экспертных оценок
* БИС (большие интегральные схемы) — сравнительно широко используемый в совет-
ской технической литературе перевод английского LSI (large scale integration —
крупномасштабная интеграция). Термин БИС применяется к схемам с высокой
степенью интеграции, а именно (по определению журнала «Electronics», США) к схе-
мам, изготовленным полностью методами интегральной технологии и выполняющим
функции более чем ста «элементарных» схем (вентилей, триггеров и т. д.). Термин
БИС близок применяемому в настоящей работе термину «интегральная подсистема».
Соответственно понятие «машина на БИС» может быть использовано в качестве экви-
валента понятия «машина четвертого поколения».
Все приводимые здесь оценки давались экспертами на основе
достигнутого уровня и предполагаемого хода развития вычисли-
тельной техники в Соединенных Штатах Америки. В то же время,
по оценке экспертов, БИС найдут широкое применение в запо-
минающих устройствах. Это — цель ранга «В», т. е. с вероятно-
стью, превышающей 0,5, она будет осуществлена до 1983 г. «Же-
лательность» п «осуществимость» данного события приблизитель-
но такие же, как и для криогенных ЗУ большой емкости.
С вероятностью 0,2 данная цель будет достигнута в 1972 г., с
вероятностью 0,5 — в 1976 г. и с вероятностью 0,9 — в 1979 г.
Составлением таблицы экспертных оценок завершается пер-
вый этап прогностического исследования ио методу СИИР. Для
второго этапа выбираются новые эксперты «самой высокой ква-
лификации» (в рассматриваемом случае 45 специалистов из про-
мышленных фирм и научных организаций). Эти эксперты изучают
таблицу оценок событий, причем им представляется право пере-
оценки и расширения списка событий. Однако главная их задача
заключается в другом. Эксперты подразделяют события, являю-
щиеся целями, на основные, необходимые и вспомогательные.
При этом под основными; целями подразумеваются главные (ге-
неральные) направления развития вычислительной техники,
а под необходимыми целями, — промежуточные цели, осуществле-
ние которых необходимо для достижения основных целей. Наряду
с необходимыми целями выделяются вспомогательные: события,
382
реализация которых способствует достижению основных целей,
т. е. ускоряет и облегчает процесс их осуществления.
Для каждой основной цели строится некоторый граф, верши-
нами которого являются основная цель, необходимые и вспомо-
гательные («желательные») цели. Цель составления графов
заключается в правильной ориентации руководства ВМС США
и соответственно целесообразном плановом распределении ресур-
сов (людские ресурсы, ассигнования на исследования, контракты
па закупку аппаратуры и т. д.) ВМС в 70—80-е годы. Таким об-
разом, подобные графы существенно облегчают определение
технической политики заинтересованных ведомств и фирм в рам-
ках прогнозируемой отрасли техники. По существу имеется свое-
образное сочетание методов ПЕРТ и Дельфи Ч В принципе состав-
ление подобных графов призвано «автоматизировать» процесс
принятия существенно важных решений технической политики.
В табл. 27 приведен перечень событий, взятый из общей таб-
лицы экспертных оценок, составленной исследовательской груп-
пой ВМС США [1]. Из общей таблицы, содержащей около пяти-
сот событий, выбрано 44 события, представляющих, на наш взгляд,
наибольший интерес. При оценке приведенного в табл. 27 прогно-
за развития вычислительной техники, конечно, нужно учитывать,
что прогноз отражает «уровень мышления» специалистов США по
состоянию на 1969 г. и целиком основан на результатах развития
вычислительной техники в этой стране.
Это, на наш взгляд, не является недостатком прогноза, по-
скольку США являются страной с высоким уровнем развития вы-
числительной техники. К недостаткам прогноза (кстати, более или
менее присущим всем вариантам анкетного метода прогнозиро-
вания) следует отнести то, что он выражает мнение большин-
ства. Это еще не является гарантией того, что большинство вы-
сококвалифицированных специалистов не может ошибаться в
предсказании будущего. Данный недостаток прогноза смягчен тем
обстоятельством, что прогноз является «промышленно-ориенти-
рованным», т. е., по-видимому, стоит на более реальной почве, чем,
например, прогноз результатов будущих научных исследований.
Промышленная ориентация прогноза объясняется его прагматиче-
ской направленностью (ориентировать руководство ВМС США) и
может рассматриваться как определенное достоинство.
Переходя к техническому содержанию прогноза, отметим, что
он дает однозначный ответ на многие дискуссионные проблемы
современной вычислительной техники. Например, в прогнозе от-
рицается возможность резкого изменения всего хода развития
1 Идеи работы В. М. Глушкова [7], опубликованной одновременно с рассмат-
риваемым отчетом ВМС США, в определенной степени перекликаются с
идеями метода СИИР. Отметим также, что в статье В. М. Глушкова дается
четкая математическая интерпретация предложенного им метода, отсут-
ствующая в методике СИИР. В теоретическом плане методику СИИР мож-
но рассматривать как частный и существенно упрощенный вариант мето-
да Глушкова.
383
Таблица 27
Экспертные оценки
№ п/п Событие Цель Жела- тельность Осущест- вимость Сроки
р = 0,2 р — 0,5 р = 0,9
1 Недорогие (1000 долл.) буквенно-циф- ровые терминалы с ограниченными графическими возможностями полу- чат чрезвычайно широкое распрост- ранение В 8 6 72 75 78
2 Электромеханическая аппаратура ввода-вывода будет вытеснена из сфе- ры широкого применения В 9 8 75 81 87
3 Устройства ввода-вывода (У В В) на полупроводниковых элементах смогут выполнять большую часть функций современных электромеханических УВВ В 8 5 72 75 78
4 Применение оптического считывания существенно уменьшит использова- ние перфорационных устройств ввода А 7 7 72 74 77
5 Разработка эффективных методов ма- шинного чтения рукописного текста С 7 5 75 80 90
6 Замена телетайпов экранами на элек- тронно-лучевых трубках (ЭЛТ) Нет 2 7 72 75 80
7 Широкое использование в графоана" литических устройствах крупногаба- ритных экранов телевизионного типа, выполненных на полупроводниковых элементах С 5 4 75 83 90
8 Устройства, использующие гологра- фическую технику, смогут успешно конкурировать с экранами на ЭЛТ Нет 3 3 77 80 85
9 10 Станет возможным «понимание» го- лоса (звука) вычислительной машиной Создание ЭВМ, способных общаться с человеком на модифицированном английском языке с использованием: В 9 4 74 80 87
словаря на несколько десятков слов Нет 5 5 72 75 80
значительно расширенного сло- варя В 9 5 75 80 85
И Подобно образованному человеку, ЭВМ будет использовать для звуко- вого ввода-вывода обширный словарь, включая идиомы С 7 3 75 80 2000
12 Компактное внешнее ЗУ без меха- нических деталей емкостью до 109 бит’, время выборки сопоставимо с современными дисковыми ЗУ А 8 7 71 73 78
384
Таблица 27 (продолжение)
№ п/п Событие Цель Жела- тельность Осущест- вимость Сроки
Р — 0,2 р = 0,5 р = 0,9
13 Широкое применение БИС для пост- роения ЗУ В 6 5 72 76 79
14 Криогенные ЗУ большой емкости, продаваемые по доступной цепе Нет 5 5 72 75 80
15 ЗУ большой емкости на лазерных элементах Нет 6 5 73 76 79
16 Техника голографии найдет широкое применение в ЗУ и устройствах вывода Нет 8 5 70 73 75
17 Широкое (доминирующее) примене- ние ЗУ на анизотропных магнитных пленках (плоских или цилиндриче- ских) Нет 5 6 73 75 80
18 19 Недорогие трехмерные фотооптиче- ские ЗУ Корабельные или аэрокосмические ЭВМ могут иметь следующие харак- теристики: Нет 5 4 75 85 95
широкое использование БИС А 9 9 71 75 78
ассоциативная обработка данных А 6 8 72 74 78
наличие нескольких специализи- рованных процессоров В 4 5 73 76 84
20 Различия между ЭВМ военного и гражданского назначения в основ- ном исчезнут А 5 8 73 75 78
21 Развитие микропрограммирования приведет к использованию различны- ми типами специализированных ЭВМ в принципе однотипного оборудования В 8 5 72 75 78
22 Очень дешевые специализированные ЭВМ для решения специальных задач стандартизированными методами Нет 8 5 71 73 75
23 Аналоговые ЭВМ с хранимой про- граммой Нет 6 6 71 75 80
24 25 Новый тип ЭВМ на гибридных (ана- лого-цифровых) элементах Рост применения устройств ппевмо- гидроавтоматики: Нет 3 3 71 74 79
десятикратный Нет 5 5 70 72 75
стократный Нет 3 5 75 80 85
26 В большинстве ЭВМ лазерные прибо- ры будут использоваться в качестве активных элементов (триггеры, вен- тили, усилители) Нет 2 2 90 2000 2050
27 Персональная ЭВМ, которую носят как часы, подключенная к системе связи Нет 5 5 75 80 85
385
Таблица 27 (продолжение)
№ п/п Событие Цель Жела- тельность Осущест- вимость Сроки
р = 0,2 Р = 0,5 р = 0,9
28 Благодаря применению БИС миниа- тюрные ЭВМ будут столь дешевы, что у каждого ученого будет своя машина Нет 5 5 70 72 75
29 Стоимость одной машинной операции уменьшится в 200 раз (ЭВМ пятого поколения) В 9 5 74 78 85
30 Производство дешевых микроминиа- тюрных и быстродействующих схем позволит значительно более широко использовать схемную избыточность В 6 6 72 75 79
31 Разработка ЭВМ с переменной струк- турой, чему способствует низкая себестоимость аппаратуры, обеспечи- вающая возможность широкого при- менения схемной избыточности В 9 4 73 75 80
32 И з готовление специали зированных процессоров (для выполнения таких операций, как ассоциативная обра- ботка, преобразования Фурье и т. д.) в виде модулей, которые могут под- ключаться к универсальным ЦВМ А 9 5 72 74 75
33 90% документации, требуемой для изготовления электронной аппарату- ры, будет выдаваться машиной В 7 7 70 75 80
34 Разработка и применение биониче- ских ЭВМ, которые будут постепенно обучаться их владельцами Нет 2 1 78 83 85
35 Искусственный разум: ЭВМ учатся, думают, созидают Нет 5 3 78 85 90
36 Широкое использование биологиче- ских способов связи человека с ма- шиной (передача мускульных движе- ний, мысленных приказов и т. п.) Нет 2 4 75 84 90
37 80% работы, выполняемой с помощью ЭВМ, будет относиться к типу «не- посредственное взаимодействие чело- века с машиной на уровне симбиоза» В 5 5 74 78 85
38 Обмен информацией между ЭВМ через искусственные спутники связи В 5 5 71 75 82
39 Большинство специалистов получит доступ к вычислительным системам с разделением времени через дистан- ционные терминалы А 5 7 70 73 76
40 В крупных городах к центральным ЭВМ можно будет обращаться по телефонным линиям связи (в частно- сти, через телефонный аппарат) А 5 8 72 75 76
386
Таблица 27 (окончание)
№
н/п
Событие
р = 0,2 р = 0,5 р = 0,9
Сроки
41
42
43
В рамках города возможно функцио-
нирование системы, обеспечивающей
доступ к «библиотекам» данных
с выводом копий через дистанцион-
ные терминалы
Данные библиотек станут доступны-
ми в домашних условиях благодаря
терминалам с телеэкранами
Начнет функционировать междуна-
родная система данных:
с доступом к локальным библио-
текам через электронные УВВ
с обменом информацией между
учеными через терминалы
с возможностью автоматического
перевода
Широкое использование устройств
графоаналитического взаимодействия
с машиной для управления и плани-
рования. Терминалы связаны с ин-
формационными массивами страны
6
5
7
9
5
8
6
5
6
3
4
5
73
80
75
80
90
71
78 81
90 2000
80 85
86 91
96 2000
75 80
вычислительной техники по крайней мере до 1983 г. По существу
прогноз постулирует, что развитие вычислительной техники в
ближайшие десять лет будет идти эволюционным, а не революци-
онным путем. (Заметим, что термин «эволюция» употреблен нами
не в смысле «медленное развитие», а в смысле «дальнейшее коли-*
чественное развитие тенденций, наблюдаемых в настоящее вре-
мя».) Фактически прогноз является экстраполяцией этих тенден-
ций. В нем отрицается существенное влияние на серийную вычис-
лительную аппаратуру (в рамках ближайших десяти лет) таких
направлений современной техники, как оптоэлектроника, в том
числе лазерная техника, криогеника, голография, бионика.
Прогноз постулирует постепенный отказ от преимуществен-
ного использования в оперативной памяти таких элементов, как
ферритовые сердечники. В соответствии с прогнозом как плоские
тонкие магнитные пленки, так и запоминающие элементы, полу-
ченные электроосаждением магнитной пленки на проволоку, не
займут доминирующего положения в будущем. Отрицательно от-
ношение прогноза к таким типам запоминающих элементов, как
биаксы и трансфлюксоры. Параметронная техника, вообще не упо-
минается в перечне возможных «событий».
Далее, прогноз также отрицательно относится к возможностям
широкого применения струйной техники, аналоговых ЭВМ,
387
комбинированных (гибридных) ЭВМ, специализированных ЦВМ.
Позволительно спросить: что же остается?
В соответствии с прогнозом для процессоров остается практи-
чески один перспективный путь — путь больших интегральных
схем (БИС). Развитие БИС в конечном итоге позволит:
а) в очень высокой степени снизить себестоимость процессоров;
б) применить БИС как в логических и управляющих схемах,
так и во внутренних ЗУ;
в) за счет микропрограммирования передать аппаратуре ма-
шины ряд функций программы;
г) за счет избыточности повысить надежность;
д) за счет мультипроцессирования повысить быстродействие.
Короче говоря, применение БИС позволит решить все основ-
ные проблемы совершенствования процессоров на ближайшее де-
сятилетие. На этом пути исчезнет различие между универсаль-
ными и специализированными машинами. Основное внимание
исследований и разработок сместится в такие области, как:
а) средства общения человека с машиной (включая програм-
мные средства и аппаратуру);
б) средства передачи цифровой информации;
в) автоматическое распределение машинного времени между
абонентами;
г) внешние ЗУ очень большой емкости, содержащие огромный
объем справочных сведений.
Не останавливаясь на рассмотрении данных проблем, отметим,
что в соответствии с прогнозом чрезвычайно важное значение при-
дается устройствам графоаналитической связи человека с маши-
ной. Подобные устройства получили весьма широкое распростране-
ние уже в первой половине 70-х годов. С их помощью будет су-
щественно упрощено взаимодействие человека с машиной. В ча-
стности, устройства графоаналитической связи призваны сыграть
значительную роль в разработке систем машинного проектирова-
ния, в том числе проектирования вычислительных машин четвер-
того поколения.
ЛИТЕРАТУРА
1. G. В. Bernstein. A. fifteen-year forecast of information processing technolo-
gy. Final report. Washington, Supply Systems Command, Jan., 1969.
2. Эрих Янч. Прогнозирование научно-технического прогресса. М., «Про
гресс», 1970.
3. О. Helmer. Analysis of the future: the DELPHI method. Santa Monica, Rand
Corp., March 1967.
4. N. C. Dalky. DELPHI. Santa Monica, Rand Corp., Oct. 1967
5. T. J. Gardon, O. Helmer. Report on a long-range forecasting study. Santa
Monica, Rand Corp., Sept. 1964.
6. H. Q. North. Technological forecasting in industry. A presentation during a
seminar to the NATO Defence Research Group, Teddington, Middlesex, 12
Nov. 1968.
7. В. M. Глушков. О прогнозировании на основе экспертных оценок..— Кибер-
нетика, 1969, № 2, стр. 2—4.
ХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА
До XVII в.-- распространение абаков в античном мире, в Древнем Китае,
Египте, Вавилоне и т. д., а также в средневековой Европе
1617 г.— простейшее приспособление для умножения (палочки Непера,
Шотландия)
1623 г.— первая счетная механическая машина. Механизированы операции
сложения и вычитания. Умножение и деление с помощью подвиж-
ных таблиц (В. Шиккард, Германия)
1641 г.— суммирующая машина с механизацией сложения и вычитания
(Б. Паскаль, Франция)
1670 г.— первая вычислительная машина для четырех арифметических дей-
ствий на основе ступенчатого валика (Г. Лейбниц, Германия)
До 1770 г.— счетная машина для четырех действий, старейшая машина, хра-
нящаяся в СССР (Е. Якобсон из Несвижа, Россия)
Около 1770 г.—счетная машина, основанная на валиках Лейбница (М. Ган,
Германия)
1818 г.— первая счетная машина, получившая широкое распространение
(арифмометр К. Томаса, Франция)
1822 г.— машина для составлений таблиц функций, использующая свойст-
ва конечных разностей (Ч. Бэббидж, Англия)
1828 г.— счеты Ф. Свободского для арифметических и алгебраических вычи-
слений (Россия)
Около 1830 г.— проект создания автоматической вычислительной машины об-
щего назначения с программным устройством (аналитическая ма-
шина Ч. Бэббиджа, Англия)
1844 г.— прибор для умножения на основе подвижной таблицы (3. Слоним-
ский, Россия)
1846 г.— пппбор для сложения и вычитания с удачной конструкцией реек,
родоначальник большого числа аналогов (счислитель Куммера,
Россия)
1855 г.— разностная машина для составления таблиц по типу Бэббиджа
(Г. и Э. Шейц, Швеция)
1872 г.— запатентован один из базовых элементов вычислительной маши-
ны — зубчатка с переменным числом зубцов (Ф. Болдуин, США)
1870—1880 гг.— арифмометр с зубчаткой с переменным числом зубцов, про-
тотип многих моделей арифмометров (В. Однер, Россия)
До 1876 г.— суммирующая машина, основанная на принципе непрерывной
передачи десятков (П. Л. Чебышев, Россия)
1881 г.— приставка для умножения и деления к суммирующей машине,
(П. Л. Чебышев, Россия)
389
1885 г.— первая суммирующая машина с клавишным набором (Фельт,
США)
1888 г.— суммирующая машина с записью результатов (К. Барроуз, США)
1888 г.— первая счетно-аналитическая машина — комплекс устройств (табу-
лятор Г. Голлерита, США)
1889 г.— вычислительная машина, объединяющая достоинства арифмомет-
ров Гана и Томаса (Эдмондзон, Англия)
1889 г.— множительная машина (Л. Болле, Франция)
1896 г.— клавишная вычислительная машина для выполнения четырех
арифметических операций (Фельт и Тарран, США)
1905 г.— первая вычислительная машина с пропорциональным рычагом
(«Мерседес — Евклид» Г. Гаманна, Германия)
1925 г.— первые арифмометры, выпущенные в СССР, «Однер» и «Феликс»
(более поздняя модификация «Однера»)
1932 г.— десятиклавишная суммирующая машина ДСМ, СССР
1935 г.— первая в СССР счетно-аналитическая машина (табулятор) Т-1 за-
вода САМ
1936 г.— концепция абстрактной универсальной вычислительной машины
(А. Тьюринг, Великобритания, Э. Пост, США)
1939—1941 гг.— первый (незавершенный) проект электронной ЦВМ (Универ-
ситет штата Айова, Дж. Атанасов, США)
1940 г.— первый эксперимент дистанционного (Дартмут — Нью-Йорк) уп-
равления работой вычислительной машины с телетайпного пульта
(машина «Белл-1», Дж. Стибиц, США)
1941 г,—первая универсальная автоматическая ЦВМ (машина Ц-3 К. Цузе,
Германия)
1944 г.—машина МАРК-1 (Гарвардский университет, Г. Айкен, США)
1945 г.—первая электронная ЦВМ ЭНИАК (Пенсильванский университет,
Дж. Маучли и Дж. Эккерт, США)
1945—1946 гг.— концепция машины с хранимой программой (Дж. Нейман,
США)
1949 г.— первая ЦВМ с хранимой программой ЭДСАК (Кембриджский уни-
верситет, М. В. Уилкс, Великобритания)
1951 г.— первая серийная ЦВМ с хранимой программой УНИВАК (Дж. Ма-
учли и Дж. Эккерт, США); первая электронная ЦВМ в СССР
(МЭСМ, С. А. Лебедев); концепция микропрограммирования
(М. В. Уилкс, Великобритания)
1952 г.— первая ЦВМ с асинхронным управлением НАС (Принстонский ин-
ститут перспективных исследований, Дж. Нейман, США)
1952—1953 гг.— операторный метод программирования (А. А. Ляпунов,
М. Р. Шура-Бура, СССР)
1953 г. — первое применение запоминающего устройства на ферритовых
сердечниках (машина «Вихрь» Массачусетского технологического
института, Дж. Форрестер и У. Папиян, США)
1954—1957 гг.— алгоритмический язык ФОРТРАН (Дж. Бакус, США)
1955 г.— Многомашинный комплекс вычислительных средств «Сейдж»
(США); первая полупроводниковая аэрокосмическая ЦВМ (США)
390
1957 г.— первое применение запоминающего устройства на магнитных дис-
ках (машина ИБМ 305 РАМАК, США); первая полупроводниковая
интегральная схема (Г. Даммер, Великобритания); первый вариант
языка АЛГОЛ (Европа)
1959 г.— первая ЦВМ, работающая в троичной системе счисления «Сетунь»
(Московской университет, СССР); концепция автоматического рас-
пределения машинного времени (АРМВ) между абонентами
(К. Стрейчи, США); первая автоматическая система управления не-
прерывным технологическим процессом с помощью универсаль-
ной ЦВМ (машина RW-300, аммиачный завод в г. Люлинг, США)
1960—1961 гг.— первые вычислительные системы с развитой мультипрограм-
мной организацией «Ларк», СТРЕТЧ (США), «Гамма-60» (Фран-
ция)
1961 г.— первая экспериментальная аэрокосмическая ЦВМ на интегральных
схемах (США); концепция всеобщего информационно-вычислитель-
ного обслуживания с помощью разветвленной сети ЦВМ, работаю-
щей в режиме АРМВ между абонентами (Дж. Маккарти, США)
1963 г.— эффективная система АРМВ между абонентами (первая очередь
системы МАК Массачусетского технологического института, Р. Фа-
но, Ф. Корбато, США); графический метод взаимодействия челове-
ка с ЦВМ при машинном проектировании (система «Скетчпэд».
Массачусетский технологический институт, А. Сазерленд, США)
1965—1971 гг.—серия машин ИБМ-360 (США)
1966 г.— универсальный алгоритмический язык ПЛ-1 (США)
1967 г.— первая аэрокосмическая ЦВМ на больших интегральных схемах
ЛИМАК (США)
1967—1971 гг.— вычислительная сеть АРПАНЕТ (США)
1969 г.— использование светового пера и экрана для связи с машиной в про-
цессе вычислений (машина «Мир-2», Институт кибернетики АН
УССР, В. М. Глушков, СССР)
1971 г.—начало работ в СССР по созданию Общегосударственной автомати-
зированной системы сбора и обработки информации для учета пла-
нирования и управления народным хозяйством (ОГАС) на базе Го-
сударственной сети вычислительных центров (ГСВЦ) и Общегосу-
дарственной системы передачи данных (ОГСПД)
1972 г.—вычислительная система ИЛЛИАК-4 с быстродействием 200 млн
оп/сек (Иллинойский университет, Д. Слотник, США)
1972—1973 гг.— серия машин ЕС ЭВМ (страны СЭВ)
БИОГРАФИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Шиккард, Вильгельм (1592—1635 гг.) — профессор восточных языков, а
затем математики и астрономии в Тюбингенском университете. И. Кеплер
после знакомства с Шиккардом посоветовал последнему серьезно заняться
математикой. После смерти профессора математики М. Местлина (1550—
1630) Шиккард занял его пост в Тюбингенском университете, оставив восточ-
ную филологию и лингвистику. Среди математиков и астрономов он считался
хорошим специалистом. В истории науки Шиккард известен в первую оче-
редь как изобретатель вычислительной машины.
Шиккард безвременно умер от чумы. Сведения о нем приводятся в ос-
новном в связи с его машиной. Несколько подробнее см. в книге: Ю. А.
Белый. Иоганн Кеплер (1571—1630). М., «Наука», 1971.
Паскаль, Блез (1623—1662 гг.) —выдающийся французский математик и
физик. Родился в г. Клермон-Ферране в семье ученого-математика Этьена
Паскаля. С его именем, в частности, связана открытая им алгебраическая
кривая четвертого порядка — улитка Паскаля. Под руководством отца Блез
Паскаль получил хорошую домашнюю математическую подготовку. Вскоре
после смерти матери (1626 г.) отец с детьми переехал в Париж, где завязал
знакомство и поддерживал близкие отношения со многими известными ма-
тематиками.
Паскаль еще ребенком проявил блестящие математические способности.
Уже в 13 лет он был допущен на заседания математического кружка Мерсе-
на, который посещал его отец. Его первый трактат «Опыт теории конических
сечений» (1639 г.) являлся развитием идей Дезарга и содержал одну из ос-
новных теорем проективной геометрии (теорему Паскаля). Круг математи-
ческих интересов Паскаля был весьма широк. Он проводил исследования по
теории чисел, алгебре, арифметике, зарождавшейся теории вероятностей и
другим разделам математики. Паскаль впервые точно определил и применил
метод полной математической индукции. Его работы явились также сущест-
венным вкладом в развитие анализа бесконечных малых.
В физике Паскаль занимался изучением барометрического давления и
вопросами гидростатики. В 1648 г. он опытно подтвердил существование ат-
мосферного давления. В «Трактате о тяжести массы воздуха» (1653 г.) Пас-
каль приходит к выводам о том, что плотность воздуха уменьшается с под-
нятием на высоту, что показания барометра зависят от влажности и темпе-
ратуры воздуха и поэтому могут служить для предсказания погоды. Паскаль
установил ряд основных положений гидростатики: закон распределения в
жидкостях (закон Паскаля), принцип действия гидравлического пресса и др
(«Трактат о равновесии жидкостей», 1653 г.).
392
Философские воззрения Паскаля были противоречивы: он колебался
между рационализмом, признающим только то, что может быть доказано
средствами разума, и скептицизмом, который вел его к признанию главенст-
ва религиозной веры над разумом.
Библиография работ о Паскале очень обширна. В книге Е. М. Кляуса,
И. Б. Погребысского, У. И. Франкфурта «Паскаль (1623—1662)». М., 1971, име-
ется подробная библиография изданий сочинений Паскаля, а также литера-
тура о его жизни и трудах.
Лейбниц, Готфрид (1646—1716 гг.) — великий немецкий ученый. Учился
в Лейпцигском и Йенском университетах. В 1664 г. получил степень магист-
ра философии, в 1666 г. защитил диссертацию на степень доктора прав.
В 1676 г. поступил на службу к ганноверскому герцогу в качестве библиоте-
каря и занимал эту должность до конца жизни.
Научная, литературная и политическая деятельность Лейбница очень
многообразна. В области математики важнейшей заслугой его является раз-
работка (наряду с И. Ньютоном) дифференциального и интегрального ис-
числения.
Во многих вопросах естествознания Лейбниц высказывал глубокие идеи.
В геологии он утверждал, что Земля имеет свою историю; в биологии он за-
щищал учение об эволюции; в технике предложил идею широкого примене-
ния цилиндра и поршня и т. д.
В философских взглядах Лейбниц прошел путь от сочувствия механи-
стическому материализму до метафизического объективного идеализма.
В. И. Ленин писал о философии Лейбница: «Тут своего рода диалектика
и очень глубокая, несмотря на идеализм и поповщину» *.
В своем учении о «всеобщей характеристике» Лейбниц предвосхитил не-
которые моменты математической логики. Он стремился формализовать логи-
ку, сблизить ее с исчислением. В связи с этими работами создание вычисли-
тельной машины было вызвано не только стремлением построить удобный
прибор для счета, но и показать единство логики и математики, что было в
духе «всеобщей характеристики».
О Лейбнице имеется обширная литература. В книге И. Б. Погребысско-
го «Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646—1716)». М., «Наука», 1971, дан би-
блиографический указатель.
Бэббидж, Чарльз (1792—1871 гг.)—крупный английский ученый. Полу-
чив хорошее домашнее математическое образование, Бэббидж в 1810 г. по-
ступил в Кембриджский университет. После окончания университета он вме-
сте со своими друзьями Джорджем Пикоком и Джоном Гершелем — сыном
знаменитого астронома Вильяма Гершеля — основал «Аналитическое обще-
ство», которое сыграло решающую роль в создании английской алгебраиче-
ской школы. Эта школа, главным деятелем которой был Пикок, оказала су-
щественное влияние на развитие мировой алгебры. Вскоре Бэббиджа избира-
ют членом Лондонского королевского общества, а затем и ряда других науч-
1 В. И. Ленин. Философские тетради, стр. 70.
393
иых обществ и академий. Он был одним из организаторов английского астро-
номического общества и других научных организаций.
С 1828 г. Бэббидж — профессор математики в Кембриджском универси-
тете. Известны его работы в разных областях. Он занимался политэкономией,
грамматикой и языкознанием, биологией и техникой и многими другими
проблемами, всюду добиваясь определенных успехов.
Но основной деятельностью Бэббиджа была работа над созданием вычис-
лительных машин. Чтобы иметь время для этой работы, он в 1839 г. отказал-
ся от профессорской должности. Создание Бэббиджем вычислительной ма-
шины («аналитической машины») было одним из крупнейших достижений
науки XIX в.
Чебышев, Пафнутий Львович (1821—1894 гг.)—великий русский мате-
матик и механик. Получив хорошее домашнее математическое образование,
Чебышев в 1837 г. поступил в Московский университет. После окончания
университета, в 1846 г. он защитил магистерскую диссертацию «Опыт эле-
ментарного анализа теории вероятностей». В 1847 г. перешел на работу в Пе-
тербургский университет. В 1849 г. защитил докторскую диссертацию «Тео-
рия сравнений». В 1853 г. он избирается адъюнктом Академии наук, а в
1859 г.— ординарным академиком. Чебышев был членом многих академий.
Чебышев является основателем Петербургской математической школы,
найболее крупными представителями которой были Золотарев, Марков, Во-
роной, Ляпунов, Стеклов и др. Исследования Чебышева относятся к теории
приближения функций многочленами, интегральному исчислению, теории чи-
сел, теории вероятностей, теории механизмов и многим другим областям.
В каждой из этих областей знания он сумел создать ряд общих методов и
предложил идеи, наметившие дальнейшее развитие этих областей. Многие
его открытия навеяны прикладными интересами. Чебышев оставил глубокий
и яркий след в развитии математики, дал толчок созданию и развитию мно-
гих ее разделов. Создание вычислительной машины, предложенный новый
принцип ее работы оказали влияние на дальнейшее развитие вычислитель-
ной техники. П. Л. Чебышеву посвящена большая литература.
Однер, Вильгодт Теофилович (ум. в 1905 г.) — инженер и изобретатель.
Он был шведским подданным, но еще в молодые годы приехал в Петербург,
где и жил до своей кончины. Вначале Однер работал инженером в Монет-
ном дворе, на этой работе он сделал ряд технических усовершенствований.
Начиная с 1874 г., Однер в основном работает над созданием своего арифмо-
метра. В начале 90-х годов XIX в. совместно с предпринимателем Ф. Гилем
он приступил к выпуску своего арифмометра. В 1897 г. Однер становится
единоличным хозяином предприятия «Механический и медно-литейный за-
вод», которое кроме арифмометров изготовляло печатные станки, художе-
ственное литье, некоторые приборы и т. п.
Основная продукция была арифмометры, которые получили широкое
распространение во всем мире. Однер был первым организатором выпуска
счетной техники в России, его арифмометр открыл путь к зарождению но-
вой отрасли промышленности — производству счетных машин. Биография
В. Т. Однера изучена мало.
394
Голлерит, Герман (1860—1929 гг.) — американский инженер и предпри-
ниматель. Родился в Буффало, в семье немецких эмигрантов. В 1879 г. окон-
чил специальную школу при Колумбийском университете. В том же году его
привлекли к работе, связанной с переписью населения, и предложили разра-
ботать способы механической обработки результатов переписи. В 1884 г. Гол-
лерит получает свой первый патент на табулятор. В 1889 г. он усовершенст-
вует его и получает еще ряд патентов. Уже в 1890 г. машину Голлерита при-
менили при переписи населения США. В этом же году ему присуждают сте-
пень доктора философии. В 1896 г. Голлерит организовал фирму по выпуску
табуляторов, которые стали применяться па транспорте, в торговле, в страхо-
вых обществах и т. п. Голлерит приезжал в Россию для организации работ
по переписи населения. Фирма Голлерита приобретает всемирную извест-
ность. Машины Голлерита широко применялись в переписях России, Австрии,
Канады и др. стран.
Начиная с 1910-х годов значение машин Голлерита начинает уменьшать-
ся, так как появились конкурирующие производства, в первую очередь Пау-
эрса. Но Голлерит продолжал работать над усовершенствованием своей ма-
шины. Последний патент им был получен в 1919 г. В 1923 г. Голлерит написал
работу о развитии вычислительных машин, в которой предвосхитил многие
черты современного состояния вычислительной техники.
Нейман фон, Джон (Иоганн) (1903—1957 гг.) — один из наиболее универ-
сальных умов нашего столетия — родился 28 декабря 1903 г. в Будапеште.
Его отец, совладелец банкирской фирмы в Будапеште, рекомендовал сыну
выбрать профессию ученого. С 13 лет Нейман заинтересовался математикой.
Начальную и среднюю школу он окончил в Будапеште. В 1921—1923 гг. Ней-
ман учится в Берлинском университете и одновременно посещает курсы по
химии. В 1923 г. он продолжил обучение в Технологическом институте в
Цюрихе, который окончил в 1925 г. со степенью инженера-химика. В 1925 г.
Нейман публикует работу по аксиоматической теории множеств, за которую
Будапештский университет присуждает ему докторскую степень. До 1930 г.
Нейман преподает в Берлинском университете. В этот период он публикует
работы по теоретической физике, математической логике и первую работу
по теории игр (1928 г.).
В 1930 г. Нейман переезжает в США, где до 1933 г. работает профессо-
ром Принстонского института, а с 1933 г.— в Пристонском институте перспек-
тивных исследований. В 1932 г. выходит его монография «Математические
основы квантовой механики». В 1944 г. Нейман совместно с О. Моргенштер-
ном публикует фундаментальное исследование «Теория игр и экономическое
поведение».
В 1945 г. Нейман заинтересовался проблемами логической организации
вычислительных машин.
В 1945—1946 гг. он разработал новый принцип организации ЦВМ (прин-
цип хранимой программы), оказавший огромное влияние на последующее
развитие вычислительной техники. Под руководством и при участии Нейма-
на в США был разработай ряд универсальных ЦВМ.
В послевоенные годы в центре внимания Неймана — вычислительная
техника и теория автоматов. В 1956 г. выходит в свет фундаментальное ис-
395
следование «Вероятностная логика и синтез надежных организмов из нена-
дежных компонент». В этой работе были указаны пути построения сколь
угодно надежных систем из ненадежных элементов (за счет использова-
ния структурной избыточности). Одним из важнейших результатов, полу-
ченных Нейманом, является доказательство теоремы о способности до-
статочно сложных автоматов к самовоспроизведению и к синтезу более
сложных автоматов.
После смерти Неймана (8 февраля 1957 г.) был опубликован ряд его ру-
кописей, в том числе «Теория и организация сложных автоматов» и «Теория
автоматов: конструирование, воспроизведение, однородность», в которых
были даны кинематическая модель самовоспроизведения автоматов и кон-
структивное доказательство возможности самовоспроизведения.
Тьюринг, Алан Мэтисон (1912—1954 гг.) — один из крупнейших мате-
матиков XX в.— родился 23 июля 1912 г. в Лондоне. Его отец, Джулиус Тью-
ринг, получил гуманитарное образование и служил в Мадрасском президент-
стве в Индии. Мать ученого, Этель Тьюринг, урожденная Стони, после окон-
чания двух колледжей в Англии продолжила образование в Сорбонне.
В XIX в. семья Стони дала несколько физиков, в том числе трех членов
Королевского общества. Алан Тьюринг увлекся математикой еще в школь-
ные годы. В 1931 г. он поступил в Королевский колледж в Кембридже по
специальности «математика» и в 1935 г. после защиты диссертации «Основная
предельная теорема вероятности» был избран членом Королевского коллед-
жа, В это время Тьюринг начинает заниматься математической логикой и
теорией рекурсивных функций. Исследования в данной области привели к
созданию теории абстрактной универсальной вычислительной машины («ма-
шина Тьюринга»).
В 1936—1938 гг. Тьюринг работает в США в Принстонском колледже.
В 1937 г. он получает степень доктора философии за диссертацию «Система
логики, основанная на порядковых числительных».
После возвращения в Англию Тьюринг продолжает исследования в Коро-
левском колледже и публикует ряд работ по математической логике. В годы
войны (1939—1945 гг.) он работает в министерстве иностранных дел в отде-
ле связи. Заинтересовавшись работами, проводимыми в США в области авто-
матических вычислительных машин, Тьюринг в октябре 1945 г. переходит на
работу в Национальную физическую лабораторию, где в течение трех лет
работает над проблемами программирования и логической организации уни-
версальных электронных ЦВМ. В 1947 г. он публикует статью «Думающая
машина, еретическая теория», где впервые были рассмотрены проблемы обу-
чающейся вычислительной машины и «машинного интеллекта».
В 1948 г. Тьюринг переходит на работу в Манчестерский университет,
где продолжает заниматься математическими вопросами, связанными с вы-
числительной техникой. В 1950 г. он начинает работу над математическими
вопросами биологии.
Винер, Норберт (1894—1964 гг.) — «отец кибернетики» — родился 26 но-
ября 1894 г. в Колумбии, США. Его отец, Лео Винер, профессор славянских
языков и литературы в Гарвардском университете, руководил домашним
обучением Норберта по специально разработанной и весьма обширной про-
396
грамме. Научившись читать в возрасте четырех лет, Норберт к семи годам
уже имел опыт чтения научной литературы, в том числе работ Дарвина и
Шарко. Отец преподавал Норберту математику, древние и современные язы-
ки. Минуя предварительный восьмилетний курс обучения в начальной шко-
ле, Норберт в 9 лет поступил в среднюю школу, а после ее окончания
(1906 г.) в Тафтс-колледж, потом занимался в Гарвардском и Корнуэльском
университетах. В 14 лет в Тафтс-колледже он получил степень бакалавра,
а в 18 лет в Гарвардском университете степень доктора философии за дис-
сертацию по философии математики.
Гарвардский университет предоставил Виперу стипендию для поездки
за границу. В 1913—1915 гг. он посещает Кембриджский (Великобритания)
и Геттингенский (Германия) университеты. В Кембридже Винер под руко-
водством Бертрана Рассела изучает математическую логику и философию
науки. Пребывание в Геттингене (1914 г.) посвящено изучению математики
под руководством Давида Гильберта. После возвращения в США Винер пуб-
ликует две работы по алгебре и в 1919 г. получает должность ассистента в
Массачусетском технологическом институте. К этому времени относятся его
работы по теории броуновского движения. Продолжая преподавание в Мас-
сачусетском технологическом институте, профессором которого он становится
в 1932 г., Винер занимается исследованиями в различных областях математи-
ки и физики.
В довоенные годы выходят его книги «Обобщенный гармонический ана-
лиз», «Тауберовы теоремы», «Интеграл Фурье и некоторые его применения»,
«Преобразование Фурье в комплексной области» (совместно с английским
математиком Р. Пэли) и др.
В годы второй мировой войны Винер занимается поисками путей ис-
пользования счетных машин для решения дифференциальных уравнений в
частных производных. В 1940 г. он приходит к выводу, что основное перспек-
тивное направление развития вычислительной техники заключается в ис-
пользовании техники дискретного счета, основанной на применении двоич-
ной системы счисления и базирующейся на использовании электронных схем
для выполнения счетных операций. Отчет, содержащий данные идеи, был
послан Винером Венивару Бушу, известному конструктору аналоговых вы-
числительных машин, однако не встретил одобрения. По мнению Буша, дан-
ные идеи могли бы найти практическое применение лишь в более или менее
отдаленном будущем.
В годы войны Винер приходит к идеям об общности принципа отрица-
тельной обратной связи как для устройства автоматического регулирования,
так и для живых организмов. Эти идеи явились исходным пунктом форми-
рования новой науки — кибернетики, первое систематическое изложение ко-
торой было дано Винером в работе «Кибернетика или управление и связь в
животном и машине» (1948 г.)
В 1950 г. в книге «Кибернетика и общество» Винер, в частности, анали-
зирует основные особенности назревающей промышленной революции, осно-
ванной на использовании вычислительных машин для управления автомати-
зированным производством. В 1963 г., за год до смерти Винера, выходит в
свет его последняя работа «Творец и робот», посвященная проблемам взаимо-
действия человека с машиной в настоящем и будущем.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.......................................... 3
Введение............................................. 5
1. Специфика исследования.................... 5
2. Выбор принципа периодизации............... 7
3. Хронологические рамки периодов . . . . 21
Часть первая
ОТ АБАКА ДО ЭЛЕКТРОННЫХ ЦВМ
Глава I. Этап домеханических устройств (этап абака) . . 25
1. Счет на пальцах. Бирки................... 25
2. Абак в античном мире..................... 32
3. Абак в Китае............................. 36
4. Абак в Европе............................ 43
5. Абак в России............................ 46
6. Палочки Непера........................... 53
Глава II. Механические счетные машины................ 59
1. Машины Шиккарда и Паскаля................ 59
2. Ступенчатый валик Лейбница............... 68
3. Машина Якобсона.......................... 74
4. Начало производства счетных машин (ма-
шина Томаса)............................... 82
5. Простейшие счетные машины XIX в. . . 89
6. Чарльз Бэббидж— его идеи и машина . . 107
7. Арифмометр Чебышева..................... 123
8. Колесо с переменным числом зубцов. Ариф-
мометр Однера............................. 133
9. Состояние счетной техники перед перехо-
дом к электромеханическим машинам . . . 140
Глава III. Электромеханические (электрические) машины . 148
1. Первые табуляторы. Табулятор Голлерита 148
2. Использование электрической энергии в
работе механических счетчиков............. 153
3. Состояние счетной техники перед переходом
к электронным вычислительным машинам 159
398
Часть вторая
ЭЛЕКТРОННЫЕ ЦВМ
Глава IV. Зарождение электронной вычислительной тех-
ники ................................................ 163
1. Исторические предпосылки создания элек-
тронных ЦВМ................................ 163
2. Первые проекты электронных ЦВМ . . . 172
3. Утверждение новых концепций организа-
ции электронных ЦВМ........................ 177
4. Обобщенная схема периода зарождения элек-
тронных ЦВМ................................ 184
Глава V. ЦВМ на электровакуумных элементах . . . . 191
1. Общая характеристика..................... 191
2. Важнейшие проекты ламповых ЦВМ
с хранимой программой...................... 195
3. Основная схема развития универсальных
ЦВМ первого поколения...................... 221
Глава VI. ЦВМ на дискретных полупроводниках и маг-
нитных элементах.................................... 230
1. Общая характеристика................ 230
2. Развитие структуры универсальных ЦВМ 241
3. Развитие средств программирования . . . 248
4. Расширение сферы применения ЦВМ . . . 252
5. Развитие производства универсальных ЦВМ.
Важнейшие проекты машин второго поко-
ления .................................... 257
6. Взаимосвязь тенденций развития........... 281
Глава VII. ЦВМ на интегральных схемах и подсистемах 286
1. Применение интегральной технологии . . . 286
2. Архитектурный подход к проектированию
ЦВМ....................................... 303
3. Работа в режиме автоматического распреде-
ления машинного времени между абонентами 305
4. Развитие вычислительной промышленности 309
5. ЦВМ на интегральных подсистемах .... 315
Глава VIII. Роль ЦВМ в современной научно-технической
революции............................................. 326
1. Периодизация научно-технической революции 326
2. Роль электронных ЦВМ в первом и втором пе-
риодах научно-технической революции . . 333
3. Проблемы расширения масштабов примене-
ния электронных ЦВМ....................... 345
4. Эволюция областей применения ЦВМ . . . 355
Глава IX. Прогноз развития вычислительной техники . . . 379
Хронологическая таблица................................ 389
Биографические сведения................................ 392
Игорь Алексеевич Апокин,
Леонид Ефимович Майстров
РАЗВИТИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Утверждено к печати
Институтом истории естествознания и техники
Академии наук СССР
Редактор А. Е. Афанасьев
Художник Г. А. Астафьева
Художественный редактор Н. Н. Власик
Технические редакторы
Р. Г. Грузинова, П. С. Кашина
Сдано в набор yiV 1974 г.
Подписано к печати 20/XI 1974 г.
Формат 60х90’Лб. Бумага типографская № 1.
Усл. печ. л. 25,37. Уч.-изд. л. 27,7.
Тираж 4000. Т-13295. Тип. зак. 385.
Цена 2 р. 15 к.
Издательство «Наука»
103717 ГСП, Москва, К-62, Подсосенский пер., 21
2-я типография издательства «Наука»
121099, Москва, Г-99, Шубинский пер., 10
Опечатки и исправления
Страница Строка Напечатано Должно быть
35 21 сн. числами числами от 1 до 9, следующие —
37 12 сн. десятки десятки горизонтальны; сотни стоят,
тысячи лежат; тысячи и десятки
тысяч
106 22 сн. вычитания вычисления
116 13 сн. трехадресной одноадресной
153 12 £В. 400 4000
214 1 св. устройства устройств
219 8 столб. час/мин число/мин
235 10 св. электронных в электронных
320 4 сн. светлым световым
336 6 сн. производственных производных
И. А. Апокин, JI. Е. Майстров