Первые механические счетные приборы
XVII век был ознаменован развитием естественных наук: заложены научные основы современной физики, механики, химии. В математике в это время создана математика переменных величин − анализ бесконечно малых. Научные достижения, с одной стороны, способствовали развитию сложных механизмов, с другой – требовали для дальнейшего развития создания различных приборов, в том числе и счетных. Все это способствовало развитию идеи механизации вычислительных процессов.
Итак, в 1623 г. В. Шиккард профессор математики и астрономии Тюбингенского университета в письме к И. Кеплеру описывает устройство и принцип действия первой из известных счетных машин − арифмометра. Суммирующее устройство этой машины представляет собой соединение зубчатых передач и позволяет осуществлять операции сложения, вычитания, умножения, деления. Из-за сложности и неудобства ее устройства, эта машина не получила широкой известности и вскоре была забыта. Принцип действия этой машины был известен, видимо, очень узкому кругу лиц, поэтому долгое время считалось, что первым изобретателем арифмометра был Блез Паскаль (1642).
Однако труды Б. Паскаля (им было создано 50 вариантов «паскалины») оказали заметное влияние на весь дальнейший ход развития вычислительной техники.
Примерно в это ж время Уильямом Отредом и Ричардом Деламейном была создана логарифмическая линейка (Англия, 1630). Это устройство повсеместно использовалась инженерами и учеными для вычислений вплоть до 70-х годов прошлого века.
Справедливости ради, следует заметить, что помимо означенных выше фамилий к процессу ее совершенствования и модифицирования причастны и многие другие ученые и изобретатели (Эдмунд Гюнтер, Эдмунд Уингейт, Уильяма Форстера, Роберт Биссакер, Сет Патридж, Джон Робертсон, Амедей Маннхейм – все эти имена связаны с логарифмической линейкой). Даже всем известный И. Ньютон принял участие в этом процессе, предложив идею «бегунка», который существенно упрощал манипулирование с логарифмической линейкой.
В основе множительного устройства механического калькулятора лежал ступенчатый валик Лейбница − цилиндр с зубцами разной длины, который взаимодействовал со счетным колесом. Передвигая колесо вдоль валика, его вводят в зацепление с необходимым числом зубцов и обеспечивают установку определенной цифры. Идеи Лейбница совершенствовались и развивались вплоть до конца XIX века. Кроме того, Г. Лейбниц заложил основу двоичной системы счисления.
Серийное производство арифмометров впервые было налажено К. Томасом лишь в 1818 г. в Англии. Сконструированный им аппарат с различными усовершенствованиями выпускался в течение ста лет по 300–400 экземпляров в год, что было обусловлено развитием промышленности.
Однако существовали и другие счетные устройства, которые не получили такого широкого распространения. Более того, они были просто забыты, увидеть их можно лишь в Политехническом музее.
К таким малоизвестным устройствам можно отнести самосчеты Буняковского, множительное устройство Слонимского, счислитель Куммера и некоторые другие.
Среди многочисленных вычислительных устройств того времени нельзя не отметить оригинальную конструкцию арифмометра, предложенную русским математиком П.Л. Чебышевым (1824−1895). В ее основу был положен принцип «непрерывной передачи десятков», который состоял в том, что шестеренка единиц, делая полный оборот, поворачивала шестеренку десятков на 1/10 оборота, а шестеренку сотен − на 1/100 и т.д. Этим обеспечивалось плавное изменение угла поворота всех вступающих во взаимодействие колес.
Кроме задачи совершенствования механизмов и принципов счета ставились и другие – разработка принципов хранения информации, а также принципов ее анализа (причем информации, представленной не только в виде цифр), то есть аналитических машин.
В наше время хорошо известны различные средства хранения и передачи информации, первым среди которых обычно упоминают перфокарты, получившие широкое распространение в 1950−1970 гг. Об этом будет сказано подробнее в главе о физических принципах записи информации. Интересным, однако, является тот факт, что многие идеи, принципы и устройства, используемые в XX веке при разработке компьютеров, были предложены существенно раньше.
Так и перфокарты, являются изобретением XVIII века. Упомянуто оно было впервые известным французским механиком Жаком де Вокансоном в статье, где он указал на возможность использования перфокарт для автоматизации управления различными механизмами. Заметим, что металлические перфорированные ленты уже довольно давно использовались в башенных часах с музыкальными автоматами, Вокансон предложил нарезать эти ленты и превратить их в перфокарты (то есть сделать формат более удобным и использовать в других устройствах). Он был прославленным создателем многочисленных механических автоматов, особенно популярна его утка, покрытая настоящими перьями. Она ходила, крякала, клевала и глотала зерна и даже «переваривала» их с помощью встроенной миниатюрной мельницы. Сам он уже достиг почтенного возраста и реальным изготовлением перфокарт не интересовался.
Статья Ж. Вокансона попала в руки конструктору текстильных машин Ж.М. Жаккару, который в 1804 г. и построил ткацкий станок с программным управлением с помощью больших картонных перфокарт, используемых для воспроизведения узора на ткани.
Итак, в совершении счетных операций и сохранении информации уже были получены определенные достижения, но были сделаны определенные шаги и к созданию аналитических машин. В XIX веке делались попытки конструирования автоматизированных аналитических машин. Приведем два примера таких машин, которые были разработаны практически одновременно в Англии (машина Ч. Беббиджа) и в России «машина для сравнения идей» С.Н. Корсакова.
