Джордж Штибитс и "Модели"

    «Аналитическая машина Бэббиджа построена не была * . Точно так же, как невозможно достигнуть Луны в деревянной ракете с двигателем внутреннего сгорания, так и невозможно было сделать Аналитическую машину из механических элементов. Ничего же другого техника XIX века предоставить не могла.
    В конце концов был построен небольшой фрагмент машины... усилиями сына ученого, генерал-майора Бэббиджа. Он писал: “Я вполне уверен в том, что придет время, когда подобная машина будет построена и станет мощным средством распространения не только чистой математической науки, но и других областей знания. И я хочу ускорить приближение этого времени и помочь общей оценке работ моего отца, так мало... понятого массами даже образованных людей”» [1].
    Создателем первого действующего компьютера с программным управлением считается немецкий инженер Конрад Цузе [2—5]. В 1937 году в США, независимо от Цузе, постройку машины, способной выполнять арифметические операции с комплексными числами, начал математик Джордж Штибитц [2, 3]. Его релейная машина “Модель I” появилась в 1939 году.
    Электромеханическое реле состоит из двух основных частей: якоря и сердечника с обмоткой. Якорь, сделанный из мягкого железа, удерживается с помощью металлической пружины в оттянутом от сердечника положении. Если же по обмотке пропустить электрический ток, то сердечник становится магнитом и притягивает к себе якорь, преодолевая сопротивление пружины. К одному концу пружины, являющейся проводником электрического тока, присоединяется провод. По нему идет ток, который должен быть пропущен через весь элемент. На другом конце пружины этот ток с помощью контактов направляется по одному из двух проводников — в зависимости от положения якоря. “Таким образом, данный элемент является по существу переключателем, которым управляет наличие тока (цифра 1) или его отсутствие (цифра 0) в обмот ке” сердечника [6].
    В машинах Штибитца употреблялась двоично-пятеричная система представления чисел. Каждый десятичный разряд представлялся двумя цифрами — одна из них являлась цифрой в пятеричной системе и принимала значения от 0 до 4, другая — цифрой в двоичной системе. Получалось, что для указания любой десятичной цифры употреблялись семь реле, хотя включались каждый раз только два из них. Еще два реле использовались для указания знака (мантиссы и порядка). Двоично-пятеричная система позволяла осуществлять простой аппаратный контроль правильности работы машины [2].
    Впервые “Модель I” демонстрировалась на заседании Американского математического общества в октябре 1940 года. Комплексные числа вводились в машину Штибитца, находившуюся в Нью-Йорке, с помощью расположенного в зале заседаний телетайпа; результаты передавались из Нью-Йорка по телеграфному каналу и выводились на печатающее устройство. (В частности, было получено произведение двух комплексных чисел.)
    “Модель I” являлась специализированной вычислительной машиной, причем она не имела устройства для автоматического управления расчетами. Такое устройство появилось в “Модели II” — так называемом релейном интерполяторе, управляемом с помощью программы, “нанесенной” на перфоленту. В памяти машины могли поместиться пять пятиразрядных десятичных чисел. После “Модели II”, появившейся в 1943 году, были построены еще две небольшие релейные машины: “Модель III” и “Модель IV”.
    “Модель III”, известная как “баллистическая вычислительная машина”, имела несколько больший объем памяти, содержала 1300 реле и заменяла 25—40 человек, выполнявших с помощью настольных счетных машин вычисления, необходимые для составления баллистических таблиц.
    “Модель IV” отличалась от своей предшественницы тем, что могла вычислять еще и значения тригонометрических функций.
    Успех малых релейных машин способствовал созданию в 1944—1946 годах десятитонной универсальной вычислительной машины “Модель V”, которая занимала площадь 90 м² , содержала около 9000 реле и имела в своем составе все блоки, предусмотренные в проектах Чарльза Бэббиджа. Ее запоминающее устройство состояло из 44 восьмиразрядных регистров, для ввода использовались перфоленты, а в качестве устройств вывода — перфораторы и телетайпы. Числа в машине представлялись в форме с плавающей запятой. Она выполняла сложение за 0,3 с, умножение — за 1 с, деление — за 2,2 с. Машина имела также специальные блоки, позволявшие вычислять функции sinx, logx, 10^x и другие. По своим возможностям эта модель мало отличалась от предыдущей, но была значительно проще и имела более гибкие программные средства.

    * В 1985 году сотрудники Музея науки в Лондоне решили выяснить, возможно ли на самом деле построить вычислительную машину Чарльза Бэббиджа. После нескольких лет работы пришел успех: в ноябре 1991 года механический компьютер Бэббиджа впервые произвел серьезные вычисления (см.: Свейд Д. Механический компьютер Чарльза Бэббиджа: возвращение через полтора столетия: Пер. с англ. // Информатика, № 6/96).

    Литература
    1. Печерский Ю.Н. Этюды о компьютерах. Кишинев: Штиница, 1989.
    2. Гутер Р.С., Полунов Ю.Л. От абака до компьютера. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Знание, 1981.
    3. Частиков А.П. От калькулятора до суперЭВМ // Новое в жизни, науке, технике. Сер. “Вычислительная техника и ее применение”, № 1/88.
    4. Знакомьтесь: компьютер: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.
    5. Язык компьютера: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.
    6. Жоголев Е.А., Трифонов Н.П. Курс программирования. М.: Наука, 1967.