Жаккардов принцип

Жаккардов принцип

Жак кард ов, или перфорационный, 
принцип - это запись информации 
пробиванием отверстий (перфораций)
в каких-либо носителях 
информации - перфокартах, перфолентах. 

"Говорящие" отверстия

Среди многих устройств особое значение для развития автоматизации счетной техники сыграло приспособление, не имеющее, казалось бы, никакого отношения к счетным машинам.

В грозное для Европы время, когда Наполеон завоевывал одну страну за другой и армии нужно было много тканей, французский изобретатель Жозеф-Мари Жаккар, сын лионского ткача, решил автоматизировать работу ткацкого станка. Он был упорен и добился своего - построил станок, который даже был отмечен медалью Парижской выставки. Вскоре только во Франции работало более 10 тысяч таких станков.

Жаккар сумел найти прием, которым можно было воздействовать на сложную работу различных механизмов. Изобретатель составил набор картонных карт с разным расположением отверстий.

Отверстия были условным обозначением порядка работы машины. Карты проходили под щупами. Когда щупы попадали в отверстие, они опускались и с помощью особых устройств перемещали нити на ткацком станке. На тканях выходили сложные узоры.

Перфорационный принцип управления - с помощью отверстий на карточках и ленте - полностью себя оправдал и вскоре получил широкое распространение в тех машинах, где требовалось согласование сложных действий механизмов.

Новый принцип применили в музыкальных аппаратах, в телеграфных приборах, в наборных машинах. Было построено механическое пианино (пианола), в котором перфорированная бумажная лента управляла молоточками, ударяющими по клавишам.

"Если с помощью отверстий можно управлять станками, аппаратами, музыкальными инструментами, то почему бы не приспособить перфорационные карты для вывода чисел и управления счетными машинами?"- такой вопрос задавали себе ученые.

Одним из пионеров создания автоматических счетных машин с использованием перфокарт был англичанин Чарлз Бэббидж, декан кафедры математики Кембриджского университета. Той самой кафедры, которую когда-то занимал Ньютон.

В 1812 году Бэббидж как-то просматривал таблицы логарифмов. Он знал, что они полны ошибок, и размышлял, как избежать их в новом издании.

Ему припомнилось, что французские ученые применили новый метод при составлении других таблиц. Они расчленили сложную задачу на ряд простых операций, которые сводились к сложению и вычитанию. Эти операции выполняли люди, ничего в математике не знавшие, кроме простых арифметических действий.

Бэббидж решил приспособить счетные машины для выполнения таких простых операций.

В 1822 году он построил небольшую рабочую модель. Идея была встречена Английским королевским обществом с энтузиазмом. Уже в следующем году были отпущены деньги, построена мастерская, заказаны чертежи. Но работа продвигалась медленно. Трудности усугублялись тем, что изобретатель то и дело вносил в конструкцию бесчисленные усовершенствования.

Прошло немногим более десяти лет, и Бэббидж остался в одиночестве со своим детищем. Работы были временно приостановлены, а в 1842 году и совсем прекращены.

Различные устройства программного управления

Однако Бэббидж не сдавался. Он разработал еще один проект, более смелый, чем предыдущий. Это была "аналитическая машина", послужившая прототипом для современных быстродействующих вычислительных машин. По проекту она состояла из трех частей: одна - Бэббидж называл ее "складом" - регистрировала и хранила числа с помощью набора счетчиков; другая - "фабрика" - должна была совершать операции с числами, взятыми из "складов"; наконец, третья, которой изобретатель названия не дал, но которую условно можно было бы назвать "конторой", регулировала последовательность операций, производила отбор чисел и подавала в нужное место результаты вычислений.

По оценке Бэббиджа, его машина могла выполнять в минуту 60 сложений, или одно умножение двух пятизначных чисел, или деление стозначного числа на пятизначное. Он планировал емкость "склада", равную тысяче пятидесятизначных чисел.

Управление вычислительным процессом можно было осуществлять с помощью перфокарт. Щупы, проходящие в отверстия карт, приводили в движение механизмы, с помощью которых числа передавались со "склада" на "фабрику" и обратно.

Некоторые части машины, по-видимому, были сделаны при жизни Бэббиджа. После его смерти часть "фабрики" построил его сын. Теперь машина находится в Научном музее в Лондоне.

У Бэббиджа было ясное представление о сферах применения его машины. Он думал вычислить математические и морские таблицы, выверить таблицы логарифмов, проверить данные астрономических наблюдений, вычислить среднюю продолжительность жизни человека в Англии и решить многие другие сложные задачи.

Об изобретении Бэббиджа с восторгом отзывались передовые люди его времени. Знаменитый писатель Эдгар По писал: "Что же мы должны думать о вычислительной машине Бэббиджа? Что мы должны думать о машине из дерева и металла, которая может не только вычислить астрономические и навигационные таблицы любой заданной протяженности, но и сделать точность своих действий математически достоверной благодаря своей способности исправлять свои возможные ошибки? Что мы должны думать о машине, которая может выполнять не только все это, но и печатать свои сложные результаты, когда они получены, без малейшего вмешательства интеллекта человека?"

Изобретение Бэббиджа опередило уровень развития техники того времени. Его идея не была реализована. Но заслуги ученого в области вычислительной техники очень велики. Он разработал принципы организации и построения мощных автоматических вычислительных машин и впервые применил перфорационный ввод данных в счетную машину.

В 1890 году в Англии проходила перепись населения. Для ускорения и удешевления обработки результатов переписи инженер Голлерит построил специальную суммирующую машину. Он назвал ее табулятором.

Различные виды перфокарт

Изобретатель тоже применил перфорационный ввод чисел, но на новой основе. Он воспользовался успехами техники слабых токов и создал машину на электромеханическом принципе. Счетчики в ней остались механическими, а управление осуществлялось электрическими импульсами.

В табуляторе Голлерита перфокарта ощупывалась щеточками из тонких упругих проволочек. Когда щеточки попадали в отверстия перфокарты, замыкались цепи и в них возникали электрические импульсы. Они и использовались для ввода чисел и управления работой машины.

Первый табулятор был очень примитивен, но задача автоматического счета с помощью перфокарт и электрического тока была решена не только в принципе, но и практически. В развитии вычислительной техники открылась новая страница.

На стр. 108-109 показан комплект современных перфорационных вычислительных машин. Он состоит из двух групп машин: для подготовки и предварительной обработки перфокарт и для вычислительной работы. Главная, если ее можно так назвать, машина в комплекте - табулятор. Он может самостоятельно не только вести счет - складывать, умножать, делить числа, автоматически комбинировать эти действия, - но и осуществлять некоторые логические операции. Все это машина делает с помощью перфокарт.

В типографии на карте печатается цифровая сетка в виде 80 колонок цифр. В каждой колонке цифры помещаются сверху вниз - от 0 до 9. Это позиции, места возможной пробивки отверстий. Кроме того, на карте между девятым и восьмым рядами есть нумерация рядов колонок.

В таком виде картонный прямоугольник "нем". Чтобы он "заговорил", надо пробить отверстия в позициях колонок. Их пробивают, или, как говорят, перфорируют на специальной машине - перфораторе. После него карты поступают на другую машину - контрольник, который проверяет, правильно ли сделаны отверстия.

Допустим, что отверстия на перфокарте в нашем примере показывают данные рабочего наряда токаря. За месяц на большом предприятии собираются сотни тысяч карт. Когда нужно подсчитать зарплату рабочим, получить данные о выполнении плана или стоимости продукции, вступает в дело электрический сортировщик. Со скоростью десятки тысяч карт в час он группирует их по определенным признакам в отдельные пачки. Затем они поступают на табулятор.

Здесь сначала происходит чтение перфозаписей. Это делает специальный блок из 80 щеточек - по числу колонок в перфокарте. Щеточки соединены проводами со счетчиками и печатающими механизмами. Перфокарта идет десятками вперед. Щеточки ощупывают сначала все девятые, потом восьмые позиции и т. д.

Вот в карте оказалась пробитой восьмая позиция в тринадцатой колонке. Щеточка замкнет электрическую цепь, сработает электромагнит цифрового колеса, и оно начнет поворачиваться. Карта сместится на одну позицию - седьмую, колесо повернется на одну цифру и покажет 1. Карта сместится еще на одну позицию - шестую, и колесо покажет 2. А когда щеточка достигнет нулевой позиции, поворот цифрового колеса закончится: оно повернулось на все восемь позиций и показывает цифру 8. Таким образом, восьмерка с перфокарты передана в разряд счетчика, соответствующий тринадцатой колонке. Так же производится и суммирование.

А кто же управляет большой и сложной машиной?

Те же перфокарты и щеточки.

Так машина по комплекту карт составляет итоговую карту фактур - счетов на отправленный покупателю товар с указанием рода товара, его стоимости, скидки, издержки за провоз и т. д

Счетно-перфорационный комплект. Перфоратор пробивает на перфокарте отверстия. Контрольник проверяет правильность пробивки отверстий и сортирует перфокарты по признакам.

Табулятор - основная машина комплекта - ведет счет: 1 - магазин; 2 - контактные щетки; 3 - контактный валик; 4 - ведущие ролики; 5 - контакт; 6 - электромагнит счетчика; 7 - печатающий электромагнит; 8 - сцепная муфта; 9 - ведущая ось счетчиков; 10 - счетное колесо; 11 - якорь-защелка; 12 - рычаг сцепной муфты; 13 - планка возврата рычагов; 14 - штанга с цифровыми литерами; 15 - трехплечий рычажок

Чтобы электрический импульс совершил сложный путь внутри машины, концы всех электрических цепей, связанных со щеточками, счетчиками, печатающими механизмами, выведены на коммутационную доску. Это пульт распределения электрических импульсов. Отсюда они с помощью переключателей распределяются по всей машине.

Система управления современным табулятором необычайно гибкая. и многосторонняя. Хороший табулятор может обработать до 60 тысяч и больше карт в час. Советские инженеры еще в 1950 году создали одну из лучших счетно-перфорационных машин - табулятор "Т-5". В ней установлено восемь И-разрядных счетчиков. Это значит, что одновременно можно суммировать восемь столбцов многопозиционных чисел - 70 тысяч сложений в час! За это время сто счетных работников сделают лишь 25 тысяч действий.

По принципу работы перфорационные вычислительные машины разделяются на механические, электромеханические и электронные. С электрическими вы познакомились. В механических воспринимают, "читают" отверстия специальные щупальца - штифты. Эти машины производят всего 100 операций в минуту.

Замена механических и электромеханических устройств на электронные подняла скорость перфорационных машин.

Но перфокарта и сам принцип организации вычислительного процесса на комплекте счетно-перфорационных машин сдерживает его производительность. Характерно, что скорость счета табулятора примерно в 15 раз выше, чем на клавишных суммирующих машинах, а вот производительность всего комплекта - только в 3-4 раза. Это результат все еще большой доли ручного труда: карты контролирует и перфорирует оператор, от машины к машине их переносит человек.

И хотя каждая порция одновременно переносимых перфокарт здесь несравненно больше, чем при работе с клавишными машинами, медлительность, с которой перфокарта обрабатывается в механизмах машины, сильно сказывается на общей производительности счета.

Ведь массив перфокарт является тем "складом" чисел, который когда-то Бэббидж пытался создать на счетчиках, работающих в том же темпе, что и "фабрика". Он понимал, что только при их согласованной работе можно освббодить человека от вмешательства в вычислительный процесс.

Понадобилось сто лет развития техники, чтобы на базе современного счетно-перфорационного комплекта приступить к созданию более совершенных машин, а затем электронной техники.

'Говорящие' отверстия

https://tula-dd.com - ваш надежный партнер в поиске красивых и уверенных в себе партнерш в Туле.