Цифры записываются отверстиями

А. Д. Смирнов

Раньше других были разрешены задачи механизации ввода чисел и печати результатов.

Числа, подлежащие вводу в машину, заранее наносят в виде отверстий на ленту или на специальные карты из плотной бумаги, которые называются перфолентами или перфокартами (от слова “перфорировать”- пробивать отверстия).

В зависимости от того, в каком месте (на какой позиции) пробито отверстие, оно изображает ту или иную цифру.

Рис. 19. Запись числа 792 на перфокарте (слева) и на перфоленте (справа)

Перфокарта, показанная на рис. 19, имеет по вертикали, называемой колонкой, 10 цифровых позиций.

Пробивка в самой нижней позиции изображает девятку, во второй снизу — восьмерку и т. д. Например, в колонках 12-14 пробито число 792.

На перфоленте, изображенной на рис. 19 справа, по вертикали между маркерными знаками всего четыре позиции, а по ширине 10 колонок. Здесь пробивка в нижней позиции означает 1, во второй снизу — 2, в третьей — 4, в четвертой — 8. Цифра 9 изображается двумя пробивками 8 и 1, цифра 7 — тремя: 4, 2 и 1. На перфоленте также пробито число 792.

Пробивки в картах или лентах делаются на специальных вспомогательных машинах — перфораторах.

Правильность сделанных пробивок проверяется на специальных вспомогательных машинах. Все ошибки, допущенные оператором при пробивке чисел, выявляются и исправляются.

Как же осуществляется ввод чисел с перфокарт в вычислительную машину? Перфокарты пропускаются между включенными в электрическую цепь металлическим валиком и щетками (рис. 20). В тот момент, когда щетка попадает в пробивку, она касается валика и замыкает электрическую цепь. В цепи возникает импульс тока, воздействующий на электромагнит. Электромагнит управляет работой счетчика, состоящего из набора цифровых колес, соединенных механизмом передачи десятков, и подобного тем счетчикам, которые используются для подсчета километража или электроэнергии[1].

Рис. 20. Схема считывания числа с перфокарты

Итак, цифры, пробитые в перфокартах или перфолентах в виде отверстий, превращаются в машинах в определенные, соответствующие этим цифрам импульсы тока.

Скорость ввода с перфокарт цифр, записанных по колонкам, при помощи прощупывающих щеток составляет от 3 до 50 цифр в секунду.

Для повышения скорости считывания вместо механического прощупывания отверстий щетками применяется фотоэлектрический ввод. Чтобы пояснить работу фотоэлектрического ввода, напомним вкратце физическую сущность фотоэлектрического эффекта, впервые детально изученного русским ученым А. Г. Столетовым в 1887-1890 гг.

Известно, что в твердых телах способность проводить электрический ток зависит от того, какое количество свободных электронов содержит вещество. В металлах часть электронов свободна, и если металлической проволокой соединить полюсы батареи, то поток электронов, двигающихся от отрицательного полюса к положительному (от катода к аноду) под действием поля, и создает электрический ток. В изоляторах же нет свободных электронов, способных перемещаться под воздействием электрического поля.

Есть группа веществ, в основном это сернистые соединения металлов, количество свободных электронов в которых может сильно увеличиваться в результате поглощения света. Такие вещества в темноте ведут себя, как плохие проводники электричества, т. е. обладают большим сопротивлением, а при освещении их сопротивление уменьшается в десятки и сотни тысяч раз — они ведут себя, как хорошие проводники. Из таких веществ изготовляются фотосопротивления или, иначе, фотодиоды.

При фотоэлектрическом считывании непрозрачная лента проходит над щелью, за которой установлены диоды — против каждой колонки установлен один фотодиод. Лента снаружи освещается электрической лампочкой. Если в данной колонке нет отверстия, свет на фотодиод, который препятствует прохождению тока в цепи, соответствующей этой колонке, не попадает. Если против фотодиода оказывается пробивка, то сопротивление его падает и в цепи возникает импульс тока, подобно тому который возникал при замыкании контакта между щеткой и валиком.

По сравнению с механическим вводом скорость фотоввода может быть в несколько раз выше.

Механизация печатания результатов вычислений принципиальных трудностей не представляет. Раз цифры могут быть представлены в виде импульсов тока, то для печати можно было бы использовать и обычную пишущую машинку. Достаточно было бы нажатие цифровых клавиш производить при помощи электромагнитов, через обмотки которых пропускаются соответствующие импульсы тока.

Практически для этой цели устраиваются специальные печатающие устройства, но принцип управления электромагнитами остается в силе.

Итак, еще два элемента вычислительной работы — ввод чисел и печать результатов — оказались механизированными.

Перфорация и проверка ее правильности производятся заранее. Если один оператор не в состоянии обеспечить перфокартами машину, можно поручить пробивку перфокарт нескольким операторам. Поскольку цифры с перфокарты поступают в форме электрических импульсов, сами счетные устройства в машине стали делать не механического, а электромагнитно-механического типа.

Счетчики не только могут воспринимать и суммировать числа, пробитые на перфокартах, но могут и передавать числа в другой счетчик.

Счетные машины, в которых использованы принципы ввода чисел и электромагнитное управление счетчиками, носят название перфорационных машин.

Как же управлять работой такой машины? Как сделать, чтобы в одном случае, скажем, в первый счетчик попадали числа с перфокарт, а в другом случае попадали числа из второго счетчика? Соединения между щетками и электромагнитами, управляющими счетчиками, делаются не наглухо, а гибкими шнурами, причем для удобства все концы проводов, подлежащих соединению между собой, вынесены в одно место и настройка машины осуществляется соединением гнезд (коммутацией) на специальной коммутационной доске.

На рис. 21 показана коммутационная доска отечественной перфорационной машины — табулятора ПЭВР. Вы видите, какую большую работу пришлось проделать, соединив гнезда доски множеством шнуров, чтобы настроить табулятор на решение определенной задачи.

Рис. 21. Коммутационная доска перфорационной вычислительной машины ПЭВР

Среди перфорационных машин есть машины для сложения, вычитания, умножения чисел и печати результатов, есть вспомогательные машины для пробивки, контроля пробивки и сортировки перфокарт.

В перфорационных машинах механизированы уже почти все элементы вычислений: ввод чисел делается механически при помощи перфокарт, арифметические действия машинизированы, управление работой машины происходит по заранее скоммутированной схеме автоматически, печать результатов механизирована. И все же счетно-аналитические машины пригодны для выполнения очень ограниченного круга работ, преимущественно из области учета, бухгалтерии и планирования. В чем же дело? Что мешает стать им универсальными машинами, пригодными для выполнения любых расчетов?

Прежде всего, система управления. При помощи соединения шнурами гнезд на коммутационной доске можно настроить машину на выполнение расчетов по сравнительно простым формулам. Если в ходе решения требуется внести изменения в формулу, то это не удается сделать, так как перенастройка машины на ходу невозможна. Коммутация досок занимает много времени, и поэтому на перфорационных машинах целесообразно проводить только такие расчеты, в которых большое число исходных данных, пробитых в перфокартах, обрабатывается по одним и тем же несложным формулам. Примером может служить начисление зарплаты большому числу рабочих в зависимости от количества выполненной работы и расценки на эту работу.

Перфорационные машины не обладают устройствами для запоминания внутри машины большого числа промежуточных результатов, которые в дальнейшем опять потребуются в расчетах. Отдельные типы перфорационных машин узко специализированы и требуется постоянное вмешательство оператора для перекладки перфокарт из машины в машину. Общая скорость вычисления еще мала, в особенности при операции умножения.

Значит, надо еще больше увеличить скорость счета, автоматизировать управление, увеличить емкость устройств для запоминания чисел в машине.

Глава из книги “Современные математические машины”, М., 1959 г., стр. 45.
Перепечатывается с разрешения автора.

Примечания

1. Подробнее о считывании чисел с перфокарт и об упоминаемых ниже перфорационных машинах рассказано в книжке М. С. Тукачинского “Машины-математики”, Физматгиз, М., 1958.