Когда-то программы для ПК передавали по радио
Когда-то в 1980-е компьютерные программы для домашних ЭВМ передавали просто по радио.
1977 год стал знаковым в истории домашних компьютеров. Тогда был выпущен первый в мире персональный компьютер с микропроцессорным управлением, причем не одна модель, а три модели от трех разных производителей: Apple II, Commodore PET и TRS-80.
В то время жесткие диски были дорогими, поэтому на всех этих трех моделях, да и на тех, что появились немного позже, для хранения данных использовались кассеты с магнитной лентой. Только в 1980-х годах вместе с ПК стали поставляться жесткие диски и дисководы — сначала как периферийные устройства, а позже уже как внутренние накопители.
Кассеты, которые использовались в домашних ПК для хранения программ и данных, ничем не отличались от обычных аудиокассет, на которых записывали музыку для магнитофонов до появления цифровых музыкальных проигрывателей.
Использование аудиокассет в качестве накопителя информации стало одной из причин, которые помогли распространению персональных компьютеров, так как из-за них снижалась их покупная стоимость. Вскоре дети стали обмениваться не только кассетами с музыкой, но и играми записанными на магнитную ленту.
Тем не менее как-то на эти кассеты надо было записывать программы. Причем таким способом, чтобы они были доступны массовому потребителю, например, через радиоволны.
И начале 1980-х инженерам голландской радиовещательной компании Nederlandse Omroep Stichting (NOS) пришла в голову потрясающая идея — распространять компьютерные программы по радио. Поскольку программное обеспечение и данные хранились на аудиокассетах, то их можно было проигрывать в эфире радиостанции, чтобы слушатели записывали трансляции и загружали программы в ПК.
Радиопрограмма «Hobbyscoop», которая вещала аудиозаписи компьютерных программ быстро стала невероятно популярной среди владельцев ПК. Был даже разработал новый формат под названием BASICODE, чтобы обеспечить максимальную совместимость между различными персональными компьютерами, которые были доступны в то время.
Трансляция компьютерных программ по радио стала настолько популярной среди пользователей ПК, что сразу несколько крупных европейских радиостанций начали это делать. В Финляндии подобное шоу вышло в эфир на радиостанции YLE. В Югославии среди компьютерных фанатов успехом пользовалась радиопередача «Вентилятор 202» — с 1983 по 1986 годы в ее выпусках было передано более 150 компьютерных программ. В их числе были программы для математических расчетов, небольшие обучающие программки, мини-энциклопедии, простенькие игры и даже летный симулятор.
В Великобритании Джо Тозер из Radio West выступил с идеей самостоятельно и почти одновременно. Первыми компьютерными данными, которые они транслировали, стало черно-белое изображение звезды телешоу «Ангелы Чарли» Шерил Лэдд размером 40 на 80 пикселей.
Позже, радиопередача под названием «Датарама» начала передавать программы, написанные специально для шоу, включая мини-игры и приложение, которое могло переводить введенные с клавиатуры символы в азбуку Морзе.
Распространение компьютерных программ по радио закончилось в конце 1980-х, когда 8-битные компьютеры уступили место 16-битным. Новые процессоры были быстрее и программы стали занимать гораздо больше места, чем софт под 8-битный компьютер. Столько информации на аудиокассете уже просто не помещалось, им на смену пришли флоппи и жесткие диски.
Советский союз в виду своей изоляции и сильнейшей отсталости в области электроники, как и во многих других областях, во всем этом не участвовал и участвовать не мог. Персональных компьютеров не было не только в домах, но и на производствах и большинстве научных интитутов и лабораторий. Тем более в стране, где даже печатную машинку приходилось регистрировать в органах, власти не могли бы позволить людям свободно иметь потенциально "шпионское" оборудование. Советские дети время проводили не за экраном ЭВМ, а на улицах и в подворотнях, а про ЭВМ читали комиксы в журнале Мурзилка. Ситуация стала как-то меняться в лучшую сторону только в самом конце перестройки, в 90-91 г. Новые школы стали оборудоваться компьютерными классами, а кооператоры открывали игровые компьютерные салоны, где посетители играли в примитивные игры.
Но прогресс движется и на рубеже 21-го века передача данных без носителя и проводов снова стала возможной посредством блютуз, ИК-порта и Wi-Fi. Теперь Wi-Fi роутер стоит в каждом кафе и почти каждой квартире, а выход в интернет возможен чуть ли ни с каждого утюга, а персональный компьютер, он же телефон, он же фотоаппарат и т. д. мы носим с собой просто в кармане.
Чарльз Бэббидж – отец вычислительных машин
Чарльз Бэббидж был одним из величайших изобретателей XIX века. Он родился 26 декабря 1791 года. Его отец был богатым торговцем и банкиром. Сам Бэббидж жил в Уолворте, графство Суррей, которое находится недалеко от Лондона Он был самым старшим в семье.
Главным предметом его изучения была математика для простой навигации и счета. Она и стала началом его карьеры. Неправильные расчеты в навигации часто были причиной кораблекрушений. Поэтому Чарльз посвятил большую часть работы разработке машин, которые могли точно вычислить и напечатать математические и астрономические таблицы, чтобы можно было устранить ошибки. Стремившийся к совершенству Бэббидж высоко ценил точность и видел необходимость улучшать механические калькуляторы своего времени. Примитивные и управляемые вручную, они не только медленно работали, но и были склонны к ошибкам. Бэббидж пытался изобрести такую машину, которая могла бы выполнять две операции: вычислять и выводить на печать математические таблицы, тем самым избегая ошибок, которые возникают между рукописной копией и отпечатанной версией.
Уже в 1822 году он выступил перед Королевским астрономическим обществом, чтобы предложить создание большой, в натуральную величину разностной машины, первого автоматического вычислительного устройства. Его доклад был хорошо принят и стал первым докладом по теме механических вычислений. Чарльз планировал, что машина будет делать многочисленные вычисления автоматически и когда она начнет работать, то оператору будет необходимо выполнять лишь работу наблюдателя. Разностная машина должны была снабжаться силовым двигателем при помощи падающего груза, поднимаемого паровой машиной. По одной из версий машина Беббиджа печатала числа с восемнадцатью знаками и не совершала бы типографических ошибок, потому что таблицы печатались бы прямо с металлических пластин.
Бэббидж надеялся построить действующую машину через два или три года, но скоро обнаружил, что это слишком оптимистично. Собрать вместе детали, которые дали бы ему возможность создать части машины, оказалось намного сложнее. Несколько следующих лет он проектировал детали машины, а потом пытался построить машину, которая бы делала сами детали. Это была утомительная и тщетная работа, которая не дала желаемых результатов. Его одержимость совершенством толкала его на многочисленные изменения в чертежах. Рабочим приходилось заново изобретать новые детали, затягивая проект.
Ученый продолжал совершенствовать разностную машину в 1830-х годах. Затем он придумал «аналитическую машину», в которой сохранялось до 1000 чисел с 50 цифрами в каждом числе.
К сожалению, Бэббидж не создал рабочую модель. Он продолжал испытывать финансовые трудности из-за затрат, связанных с проектированием и производством новой техники. Наибольшей проблемой была неспособность в то время производить компоненты с достаточной точностью.
Только в возрасте 71 года Бэббидж был готов предать гласности свои идеи. Его первая разностная машина демонстрировалась в Лондонском научном музее, и Бэббидж был рядом, чтобы объяснить ее действие. В последние годы жизни Бэббидж был бодрым, с постоянным желанием похвастать своей мастерской, уделял много времени философии и политической экономии. Несмотря на то, что Чарльз Бэббидж считается изобретателем вычислительных машин, на самом деле он был очень разносторонним человеком. Бэббидж занимался безопасностью железнодорожного движения, для чего оборудовал вагон-лабораторию всевозможными датчиками, показания которых фиксировались самописцами. Изобрёл спидометр. В числе его изобретений были спидометр, офтальмоскоп, сейсмограф, устройство для наведения артиллерийского орудия. Участвовал в изобретении тахометра. Создал приспособление, сбрасывающее случайные предметы с путей перед локомотивом.
В ходе работ над созданием вычислительных машин, сделал большой прогресс в металлообработке. Сконструировал поперечно-строгальный и токарно-револьверный станки, придумал методы изготовления зубчатых колес. Предложил новый метод заточки инструментов и литья под давлением.
Он содействовал реформированию почтовой системы в Англии. Составил первые надёжные страховые таблицы. Занимался теорией функционального анализа, экспериментальными исследованиями электромагнетизма, вопросами шифрования, оптикой, геологией, религиозно-философскими вопросами. Более того, известен как человек, первым взломавший код Виженера.
Бэббидж оставил огромный след в истории XIX века. И сделал переворот не только в математике и вычислительной технике, но и в науке в целом.
Вечером 18 октября 1871 года, за два месяца до своего восьмидесятилетия, Чарльз Бэббидж умер. Только несколько человек присутствовали на похоронах, что говорило об отсутствии интереса к его работе со стороны его современников. Бэббидж получил признание за свою работу только в 40-х годах XX века с началом компьютерной эры.
Вычислительная техника в СССР. Развитие компьютеров. 1986 г
Фильм СССР
Первые компьютеры в СССР.
Создание компьютерной музыки.
Познавательный фильм о том какое влияние оказывает на человека компьютер, как необходима жизнь с компьютером в 1986 году.
Выгодная сделка
Когда в нашем вычислительном центре открыли отдел персональных ЭВМ, я побежал туда первым. На вооружении стояли ЕС-1840 – советский клон IBM PC и Правец-16, детище сумрачного болгарского гения Ивана Марангозова. Правец тоже был клоном IBM, его второе название ИМКО (Индивидуальный МикроКОмпьютер) остроумцы расшифровывали как Иван Марангозов Копирует Оригинал.
Отдел состоял из меня, четырех девочек-программисток, трех девочек-тестировщиц и и.о. начальника Пахомыча. Пахомыч (Пахомов на самом деле), мужик предпенсионного возраста, лет тридцать проработал наладчиком станков, в программировании понимал слабо, своей должностью тяготился и при любых трудностях мечтательно говорил: «Вот брошу всё, возьму отвертку и пойду опять гайки крутить». Почему он при его опыте собирался крутить гайки отверткой, а не гаечным ключом, осталось загадкой.
Пока мы осваивали язык dBase и учились рисовать на символьном дисплее таблички и менюшки (управляемые с клавитуры, мышку я увидел позже), перестройка в стране достигла апогея. Наш отдел вывели из состава ВЦ и превратили в малое предприятие, которое возглавил бывший секретарь комитета комсомола с фамилией, больше похожей на воровскую кликуху – Мозга. По его команде мы написали программу бухучета для большого московского завода.
Под эту программу Мозга продал заводу десяток тайваньских IBM PC на 286-м процессоре. Такой компьютер стоил тогда тысячи полторы долларов, или 44 тысячи деревянных по только что легализованному рыночному курсу. Но Мозга убедил руководство завода, что компьютеры иностранные, покупались за валюту и цена в платежке – это 44 тысячи ИНВАЛЮТНЫХ рублей. А инвалютный рубль при наличии связей можно было обналичить по старому советскому курсу 60 копеек за доллар. Таким образом, каждый компьютер обошелся заводу в эквивалент 70 тысяч долларов, а Мозга, поимев на этой невинной шалости около 700 килобаксов, мгновенно исчез с горизонта. Говорят, в Польшу подался.
Выполнив свою задачу по превращению комсомольского вожака в богатого европейца, малое предприятие тут же распалось. Пахомыч пошел крутить вожделенные гайки, девочки разбрелись кто куда. Меня единственного взяли обратно на ВЦ. У бухгалтерии завода остались золотые компьютеры, кое-как работающая программа и мой телефон. Главбух позвонил уже через пару месяцев: из-за инфляции суммы перестали влезать в отведенные для них ячейки, дисплей отображал сплошные звездочки, они же печатались в платежках. За исправление этой ошибки и дальнейшую поддержку программы главбух пообещал мне договор на любые мыслимые деньги, да хоть...(он поднял глаза к потоку) хоть 5000 рублей.
Сумма эта показалась огромной. В голове еще жило представление о советских рублях. Мою зарплату недавно повысили с доперестроечных 180 до 270. Этого хватало на хлеб, молоко, овощи и даже куриные окорочка. На новомодные сникерсы и гамбургеры не хватало, но это была ненужная роскошь. При цифре 5000 в воображении привычно возникал автомобиль «Жигули». Большего ни главбуху не пришло бы в голову предложить, ни у меня не хватило бы наглости требовать. Но я уже примерно понимал, что такое инфляция, сколько это в долларах и как быстро рубли превратятся в прах. И тогда я совершил, возможно, самую выгодную сделку в своей жизни. Я сказал:
– Не надо договора. Лучше возьмите меня в штат бухгалтерии на полставки.
И эти полставки заводского бухгалтера я регулярно получал следующие 10 лет, то есть все девяностые. Поначалу работы было много, потом баги кончились, завод нанял эникейщика с говорящей фамилией Аникеев, и мне осталось только подгонять программу под изменения в законодательстве. Под конец я так обнаглел, что ездил только за зарплатой, а мелкие правки вносил по телефону: клал перед собой распечатку программы и говорил бухгалтерше, какие клавиши нажимать, причем вместо английских букв приходилось диктовать находившиеся на тех же клавишах русские. Перешел на удаленку до того, как это стало мейнстримом.
За окном Windows-98 сменился на Millennium, a моя программа под DOS всё работала. Рубль скакал туда и сюда, наставал то кризис, то дефолт, то относительная стабильность. Я менял работы, порой заводские полставки были пренебрежимо малы по сравнению с моим основным заработком, и я не появлялся на заводе месяцами, поручив Аникееву получать за меня зарплату и отдавать потом всю разом. Но бывали и тощие времена, когда эти полставки оставались моим единственным доходом, и благодаря им у моих детей всегда были хлеб, молоко и окорочок на ужин.
В 2001 году я уехал в Америку, но с завода так и не уволился. Не удивлюсь, если Аникеев получал мою зарплату еще 10 лет, до полного закрытия завода.
(с)Филимон Пупер
Будни «обслуги и эксплуататоров» ЭВМ первого поколения
В посте о моих вторых ЭВМ (Мои вторые ЭВМ) я описал некоторые технические параметры ламповых ЭВМ Урал-1 и Урал-3, с которыми пришлось иметь дело, а сейчас расскажу о людях, которые обслуживали и эксплуатировали ЭВМ Урал-3, и о том, как это обслуживание происходило. Этот пост просто зарисовка того времени, о котором не так уж много известно нынешнему поколению.
Когда я учился на четвертом курсе политеха по специальности «ЭВМ» (1969 год), меня взяли на полставки в институтский ВЦ в коллектив, обеспечивающий функционирование ЭВМ Урал-3 (с перспективой оставить на ВЦ после окончания вуза, что так и случилось). И четыре года мне довелось проработать на ВЦ то на полную ставку, то на половинную. Так что этот пост – воспоминания очевидца.
Для начала расскажу о некоторых бывших коллегах, которые сохранились в памяти моей «лица необщим выраженьем». Начальником ЭВМ был Юрий Афанасьевич, сухощавый мужчина возрастом примерно 50 лет. Он бывший военный летчик, летал штурманом на бомбардировщике, неофициально участвовал в корейской войне (1950-1953 г.г.) между Северной и Южной Кореей. Его самолет в одном из боевых вылетов был подбит, но удалось приземлиться на брюхо на рисовом поле. В итоге Ю.А. получил контузию и был комиссован. Контузия сказывалась в виде повышенной нервозности при стрессовых ситуациях на ВЦ. Как и когда он переквалифицировался в инженеры-электроники, не знаю, но квалификация у него была хорошая. Поскольку меня ввели в их коллектив без предварительного с ним знакомства, то он некоторое время ко мне присматривался, а потом одобрил.
Моим первым наставником стал Владимир (кроме Ю.А. и кондиционерщика всех остальных звали по именам, я часть из бывших коллег так и не знаю по отчеству, а фамилии здесь не пишу, т.к. не брал у них разрешение на публикацию перс. данных). Судьба Владимира сделала крутой зигзаг. Он был аспирантом на соседней кафедре, которой руководил д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки и техники. Его аспиранты успешно и массово защищали кандидатские диссертации, и Владимира ждала успешная научная карьера. Но однажды, присутствуя на защите очередного коллеги-аспиранта, он нашел ошибку в математической части диссертации, причем такую ошибку, которая сводила на нет всю диссертацию. Владимир мог бы промолчать, но на обсуждении доклада соискателя на эту ошибку указал. Разгорелся скандал местного значения, поскольку была затронута честь и руководителя диссертанта, и оппонентов, и ведущей организации, не обнаруживших этой ошибки. В итоге скандал замяли, Владимира исключили из аспирантуры и сослали на ВЦ инженером на обслуживание Урал-3. На психике Владимира эта ситуация, конечно, сказалась, он был несколько замкнут и отгорожен, а юмор у него был специфичным, с изрядным налетом иронии, и шутил он с серьезным выражением лица, так что не всегда было понятно, шутит он или нет. Вот, к примеру, такой случай: некоторые стойки управления внешними устройствами (магнитной лентой, магнитным барабаном) и неиспользуемые устройства (например, перфокарточный вывод) для экономии ресурса электроники и электроэнергии обычно отключали, а программистки, которые использовали эти устройства, имели право самостоятельно их включать. Накопитель на магнитной ленте работал ненадежно, и обычно им не пользовались, да и нужды в нем для решаемых задач не было, но некоторые программистки включали и эту стойку. Владимиру эта ситуация надоела, и он около кнопки включения стойки НМЛ повесил табличку: «Не включать, ибо нет!». Надпись большинство программисток поняли и похихикали, но одна из них все же пришла к Владимиру выяснить, что такое «ибо», почему его нет, и можно ли отлаживать программу без этого «ибо». Владимир неопределенно помахал рукой, мол, есть такой блок в стойке, но работать без него можно, ежели кнопку не нажимать. В дальнейшем без согласования с Владимиром не нажимали.
Моим первым заданием было участие в подключении к ЭВМ быстродействующего печатающего устройства, которое на бумажной ленте шириной 10-12 см (точный размер не помню за давностью события) как пулемет выстреливало цифровые данные. Владимир нарисовал принципиальную схему блока подключения, а я – монтажную схему, изготовил печатную плату и напаял на нее нужные радиодетали. Дабы сберечь блок от нечаянных коротких замыканий, все детали и контакты заизолировал полихлорвиниловыми трубочками. Получилось топорно, но на блок можно было ронять разводной гаечный ключ. Владимир посмотрел на мой шедевр инженерной мысли, изрек афоризм: «Должна быть эстетика в кибернетике» и повелел всю изоляцию убрать, что и было сделано с помощью кусачек и пинцета. Печать подключили, и программисты пару раз ею попользовались для вывода больших массивов информации, но из-за отсутствия букв и нужных символов предпочли пользоваться более медленным, но богатым на буквы (латиницу и кириллицу) и символы штатным АЦПУ.
Мой второй куратор – Александр был ответственным за функционирование накопителя на магнитном барабане (НМБ), и именно НМБ стал основным устройством, которое я лелеял во время работы на ВЦ (а модернизация НМБ стала темой моего дипломного проекта). С Александром я дружу уже более 50 лет, мы вместе работали в трех организациях, и сфера нашего общения не ограничивается производственными вопросами.
Кондиционерщик Виктор Васильевич был предпенсионного возраста, участник ВОВ, глуховат (последствие контузии), доброжелателен. Когда дежурил во вторую смену, то иногда в пятницу перед окончанием смены мог позволить себе «принять на грудь» и расслабиться. Мне рассказали о ситуации, случившейся за пару лет до моего прихода на ВЦ. В.В. «принял» слишком много и ушел домой, не выключив кондиционер. В итоге два выходных дня в выключенную ЭВМ дул воздух с повышенным содержанием влаги. В понедельник ЭВМ не смогли запустить. Когда открыли задние дверцы стоек, то оказалось, что окислились не только разъемы, но даже тумблеры и головки винтов. Несколько дней машину промывали спиртом, но удачно всё отчистили, и Урал опять заработал.
Я пару раз упомянул программисток – это не случайно. В то время программирование почему-то считалось женской профессией. Возможно, это было связано с тем, что задачи на ЭВМ, в основном, решались достаточно простые, и их алгоритмы были детально расписаны, оставалось только записать алгоритм в виде машинных команд для ЭВМ. При этом для решения инженерных задач программа писалась и отлаживалась обычно за 1-2 месяца, поскольку библиотек подпрограмм не было, и все объемные математические операции (например, умножение матриц, обращение матрицы) приходилось программировать самостоятельно. На ВЦ группа программисток насчитывала человек 6-7, а руководил ими единственный мужчина – доцент кафедры вычислительной техники, читавший студентам лекции по программированию.
Опишу типичный трудовой день на ВЦ. ЭВМ функционировала с 8 до 22-х часов, поэтому и обслуга, и программистки работали в две смены с перекрытием в середине дня. За полчаса до начала работы приходил дежурный электронщик, на ходу включал две стойки питания (Урал-3 потреблял около 60 кВА энергии). Затем по системе громкой связи связывался с кондиционерщиком (кондиционер находился в отдельном здании), тот запускал кондиционер, а дежурный включал стойки и после некоторого прогрева ЭВМ запускал с перфокарт зацикленную тестирующую программу. В арифметическом устройстве (АУ) к одному из регистров был подключен динамик, и при выполнении теста динамик то попискивал, то похрюкивал, и было ясно, что тест идет без сбоев. Машину нужно было «прокачать», т.е. определить минимальное и максимальное напряжение сети, при которых ЭВМ еще сохраняла работоспособность. Считалось нормальным, если диапазон изменения напряжения сети был не менее 17 вольт в обе стороны. Для определения реального диапазона на блоке питания АУ крутили ручку автотрансформатора сначала в одну, потом в другую сторону, и слушали звук динамика. Когда динамик замолкал, это означало сбой и остановку теста, и, соответственно, по встроенному в блоке питания вольтметру определяли границу диапазона. Если напряжение вернуть внутрь диапазона, тест снова автоматически запускался. Если какая-то граница оказывалась менее 17 вольт от номинала, то это означало, что есть ячейки, которые в скором времени выйдут из строя, и их надо заменить (обычно в ячейках у ламп кончался ресурс, они теряли эмиссию и требовалась замена). По индикации на пульте управления можно было примерно определить, где искать неисправность, а на стене висела кипа наклеенных на картон схем всех стоек ЭВМ. Берешь нужную схему, выясняешь адрес ячейки, а дальше отработанная схема действий: вначале выдергиваешь и вставляешь обратно ячейку (если были окислены контакты, это помогает), не помогло – заменяешь ячейку, не помогло – заменяешь еще и соседнюю ячейку, не помогло – включаешь осциллограф и начинаешь детально разбираться. Последнее помогало чаще всего. :)) Недостатка в исправных лампах и ячейках у нас не было, этим занималась лаборантка, в ведении которой было два прибора – прибор для проверки ламп и прибор для проверки ячеек. С десяток коробок новых ламп завсегда был в наличии.
К приходу программисток на работу ЭВМ обычно уже функционировала нормально, и ее отдавали в эксплуатацию.
Если ЭВМ была исправна, то у обслуживающего персонала появлялось немало свободного времени. Можно было изучать документацию по ЭВМ или мастерить что-то «для дома, для семьи», благо что нужные материалы и инструменты были.
Опишу вкратце работу программисток. Программу изначально писали в машинных кодах на специальных бланках. Потом на устройстве подготовки данных лаборантка набивала программу на перфокарты (одна строка программы – одна перфокарта). Колода перфокарт с бланком программы возвращались программистке, которая ручкой пронумеровывала перфокарты и иногда на некоторых картах писала что-то важное для себя. Нумерация перфокарт помогала, например, если колода нечаянно рассыпалась или если надо было быстро найти нужную перфокарту для замены. На неделю обычно составлялся график работы программисток за пультом ЭВМ (они тоже работали в две смены). На один сеанс работы обычно давалось1-1,5 часа времени. Во время сеанса программа вводилась в ЭВМ с перфокарт или считывался с магнитного барабана ранее записанный ее вариант. При отладке программа выполнялась в пошаговом варианте, команда за командой, при этом на индикаторах пульта управления в двоичном виде можно было видеть номер команды, код команды (операции), адресная часть команды (ЭВМ была одноадресной), содержимое одного из регистров и сумматора. Индикаторы (неоновые лампочки) были сгруппированы по 3 штуки, что позволяло в уме легко переходить от двоичного представления к восьмеричному и обратно. Исправления в программе делались с клавиатуры пульта управления. Соответственно вносились исправления и в бланк программы (исправленные в бланке строки потом набивались на перфокарты, которыми в колоде заменялись перфокарты с ошибками). Как-то я видел сводную таблицу за год, какая из программисток сколько программ реализовала. Лучшая программистка осилила 12 программ, самый слабый результат – 6 программ. Исходя из этого, я выше и написал, что на реализацию программы уходило 1-2 месяца.
Можно было бы описать еще много моментов, связанных с эксплуатацией и модернизацией ЭВМ, но пост и так получился длинным. Уважая время и терпение читателя, на этом и закончу.
Советский водяной компьютер
Во времена, когда трава была зеленее, вода чище, а компьютер казался диковинкой, широкое распространение имели аналоговые вычислительные машины, или просто аналоговые компьютеры. В СССР такие “аппараты” были в ходу практически до конца 80-х годов, когда спорить с производительностью ЭВМ стало попросту невозможно. Данные в аналоговых компьютерах представлялись не как набор нулей и единиц, а при помощи различных физических параметров: длины, скорости, силы тока, тут уж, как говорится, на что фантазии хватит. Например, некоторые машины “работали” буквально на воде. В этой статье как раз и пойдет речь о таких образцах аналоговых компьютеров.
Водяной компьютер в СССР
В далеком 1925 году, пока страна восстанавливается после Первой мировой и Гражданской войн, новоиспеченный инженер Владимир Сергеевич Лукьянов по распределению попадает на строительство железной дороги. Проработав 5 лет на строительстве и других проектных работах, Лукьянов переходит в Центральной институт путей, где занимается научной деятельностью.
Владимир Сергеевич Лукьянов
В 20-е годы прошлого века строительство железных дорог велось небыстро. В основном, в инвентарь рабочих входила лопата, кирка и тачка на сдачу, а земляные работы и бетонирование производились исключительно летом. Несмотря на такие, казалось бы, благоприятные условия для работ с бетоном, как тепло и сухость летних деньков, качество работ все равно оставляло желать лучшего: в бетоне постоянно возникали трещины. Лукьянов заинтересовался вопросом их появления и начал искать ответ.
Трещины — бич бетонных конструкций
По мнению молодого инженера, трещины в бетоне имеют температурное происхождение, однако такая версия была встречена скепсисом со стороны других специалистов. Несмотря на это, Владимир Сергеевич начал исследование температурных режимов в бетонных кладках в зависимости от состава бетона, цемента, технологии проведения работ и внешних условий. Описав проблему распределения тепловых потоков в бетоне в виде сложной системы дифференциальных уравнений, Лукьянов столкнулся с другой проблемой: а как считать-то? Существовавшие на тот момент методы решения не могли дать быстрого и точного ответа.
В поиске нового подхода к решению задачи Лукьянов обратился к уже существующим теоретическим наработкам. Верное направление нашлось в трудах выдающихся российских ученых:
- А.Н. Крылов в 1910 создал уникальную механическую аналоговую вычислительную машину — дифференциальный интегратор для решения обыкновенных дифференциальных уравнений 4-го порядка;
- Н.Н. Павловский в 1918 году доказал возможность замены одного физического процесса другим, в случае если они описываются одними и теми же уравнениями;
- М.В. Кирпичев разработал теорию моделирования процессов в промышленных установках.
Обобщив идеи этих ученых, Владимир Сергеевич пришел к выводу, что решением поставленной задачи может являться физическая интерпретация искомых процессов.
Исследовав такой путь подробнее, Лукьянов обнаружил, что в роли модели невидимых тепловых процессов может выступать вода — уравнения, описывающие распространение тепла и течение воды, оказались аналогичны. Как итог, в 1934 году был предложен принципиально новый способ механизации расчетов - метод гидравлических аналогий. В 1936 году из того, что нашлось под рукой, — кровельного железа, жести и стеклянных трубок — была создана первая гидромодель, которая прекрасно разрешила задачу температурных режимов бетона. Технически это была первая в мире вычислительная машина для решения уравнений в частных производных (чем являлись уравнения тепловых процессов в бетоне, полученные Лукьяновым). Машина унаследовала имя своего создателя и называлась “гидравлический интегратор Лукьянова”. А теперь поговорим конкретнее о самом устройстве.
Устройство и принцип работы
Метод вычислений, используемый в гидравлическом устройстве Лукьянова, основывается на так называемом принципе гидравлических аналогий. Его суть заключается в подобии процесса движения тепла в твердом теле процессу течения жидкости и применении метода конечных разностей. Эта машина позволяла находить приближенное численное решение для целого класса дифференциальных уравнений, именно поэтому устройство называется интегратором. И хоть гидравлический интегратор сложно назвать компьютером общего назначения, устройство применяли для решения задач в разных областях технологий, так как многие физические процессы описываются языком дифференциальных уравнений. Для иллюстрации принципов работы рассмотрим задачу, для которой гидравлический интегратор был изначально сконструирован: моделирование процессов теплопередачи в нестационарных условиях.
Задача
В сфере строительства часто возникают задачи термодинамики: отопление помещений, нагрев и охлаждение конструкций и т.д. Игнорирование таких, на первый взгляд, мелочей может привести к нежелательным последствиям: никто не хотел бы случайно оказаться в здании, которое неожиданно обрушится из-за некачественного растрескавшегося бетона. Многие задачи теплопередачи являются нестационарными, то есть их параметры зависят от времени. Представьте себе сооружение, находящееся в среде с постоянно меняющейся температурой. Сформулируем типовую задачу: у нас имеется некоторое тело в пространстве, которое является конструкцией произвольной формы. Нам известны его термодинамические характеристики, зависящие от используемых материалов; мы знаем начальную температуру в любой точке тела (т. н. “температурное поле”); имеются условия воздействия окружающих тел в пространстве и времени. Наконец, у нас могут иметься источники и поглотители тепла в самой конструкции. Задача заключается в том, чтобы определить температурное поле в теле в любой момент времени. Для этого требуется много переменных и параметров, которые являются частями дифференциального уравнения второго порядка, поэтому в такой формулировке задача очень сложна для математического решения.
Подойдем к более простой проблеме: движение теплоты в одном направлении (одномерная задача). Если у нас имеется однородный материал и отсутствуют источники внутренних теплопотерь или притока тепла, процесс движения тепла определяется так называемым дифференциальным уравнением Фурье:
Дифференциальное уравнение Фурье
Решение этого уравнения очень сложное и длинное. Эрнст Шмидт, немецкий инженер и специалист по термодинамике, в попытке найти более простой способ предложил использовать метод конечных разностей и разработал решение с помощью графиков. Однако несмотря на значительное упрощение расчетов, метод Шмидта все равно оставался довольно трудоемким: для одномерного случая поставленной задачи количество требуемой работы пропорционально количеству слоев различных материалов.
Лукьянов предложил еще более простой способ решения, называемый методом гидравлических аналогий. Он заключается в моделировании изменения температуры на основе конечных разностей при помощи жидкостей, ламинарное течение которых подобно процессу движения тепла в твердом теле.
Устройство и принцип работы
На рисунке ниже представлена принципиальная схема гидроинтегратора для простейшей одномерной задачи — симметричного охлаждения плоской стенки. Модель собирается из ряда цилиндрических сосудов, последовательно соединенных между собой калиброванными трубками. Каждый из сосудов имитирует теплосодержание слоя стенки толщиной Δx, на которые разбито исследуемое ограждение. Сосуды наполняются водой до уровней, соответствующих начальной температуре в каждом из слоев, после чего открываются краны R и Rн, и вода из сосудов начинает вытекать. При этом изменение уровней воды в сосудах будет аналогичным изменению температур в соответствующих слоях стенки при ее охлаждении.
Аналогии между характеристиками элементов гидроинтегратора и теплотехническими параметрами исследуемого объекта:
В процессе моделирования можно изменять температуру воздуха по любой заранее заданной кривой, для чего выходная трубка присоединяется к специальному сосуду, уровень воды в котором поддерживается на уровне, соответствующем температуре воздуха в данный момент времени, что достигается перемещением сосуда в вертикальном направлении.
Аналогия между температурами слоев и распределением воды в трубках
Соответствующим соединением сосудов на гидроинтеграторе можно моделировать двумерные и пространственные температурные поля в нестационарных условиях.
Для моделирования граничных условий имеются специальные устройства, состоящие из подвижных по вертикали сосудов и барабанов, вращающихся от часового механизма со скоростью 10 мм/мин по окружности. Линии изменения температуры воздуха вычерчиваются на миллиметровой бумаге в соответствующем масштабе, которая надевается на барабаны. Изменения температуры воздуха моделируются изменением высоты подвижных сосудов, вращением маховичков, расположенных под барабанами. Высота сосудов изменяется соответственно кривым на барабанах по специальным указателям, связанным с вращением маховичков.
Для возможности фиксации температур (уровней воды в сосудах) в определенные моменты времени гидроинтегратор имеет специальное приспособление, дающее возможность одновременно перекрыть все краны между сосудами, что прекращает процесс перетекания воды и дает возможность записать показания всех пьезометрических трубок.
Дальнейшая судьба
Полученное устройство как доказало свою применимость в решении хозяйственных вопросов страны, так и показало перспективность концепции гидромоделирования. Уже в 1938 году Лукьянов основал лабораторию гидравлических аналогий, руководителем которой он оставался в течение 40 лет.
Главным направлением работы стало совершенствование гидроинтегратора. Первоначальная система позволяла решать задачи только одномерные, а ведь ещё были двумерные и трехмерные. На примере течения движения воды это проявляется так: одномерная задача — течение воды вдоль прямой, двумерная задача — течение воды вблизи острова, а трехмерная — движение грунтовых вод. В 1941 году был создан двухмерный интегратор уже в виде отдельных секций, имевший расширенную область применения.
НИИСЧЕТМАШ
В 1949 году в Москве по постановлению Совета Министров СССР был основан НИИСЧЕТМАШ — Научно-исследовательский институт счетного машиностроения. На него были возложены задачи отбора образцов вычислительной техники и подготовки их к серийному производству. Одним из таких образцов стала машина Лукьянова. В период с 1949 по 1955 год был разработан интегратор в виде стандартных унифицированных блоков, который в 1955 году начал серийно выпускаться на Рязанском заводе счетно-аналитических машин с маркировкой ИГЛ — “интегратор гидравлический Лукьянова”. Специально для обучения методу гидравлических аналогий в 1953 был разработан компактный демонстрационный вариант — ИГ-3.
Демонстрационный вариант ИГ-3 в Политехническом музее
В период этих работ в 1951 Лукьянову Владимиру Сергеевичу была присуждена Государственная премия СССР третьей степени за создание гидравлических расчетов и исследований.
После организации серийного производства ИГЛ начали экспортировать за границу: в Чехословакию, Китай, Польшу, Болгарию, но всё же самое большое распространение они получили в СССР. Во многих учебных заведениях можно было найти ИГЛ. В середине 70-х годов ИГЛ применялись в 115 организациях в 40 городах. ЭВМ стали применяться в СССР с 50-х годов, но только к концу 80-х годов, с появлением малогабаритных, дешевых и мощных аппаратов, смогли свести на нет необходимость в гидроинтеграторах.
Рост производительности ЭВМ (в flops). С прогрессом не поспоришь!
Широкое применение ИГЛ нашли во многих областях: в геологии, металлургии, ракетостроении и много где ещё. С помощью гидроинтеграторов производились расчеты Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали, но часом славы ИГЛ стало строительство Саратовской ГЭС — первой в мире ГЭС из сборного железобетона. Стояла задача разработать технологию изготовления порядка 3 тысяч железобетонных блоков весом до 200 тонн. Требовалось, чтобы блоки быстро вызревали без трещин на потолочной линии вне зависимости от времени года. Сложные расчеты произвели к сроку и в необходимом объеме только благодаря ИГЛ.
Строительство ГЭС
В настоящее время в Политехническом музее можно найти два гидравлических интегратора: демонстрационный вариант ИГ-3 1955 года выпуска и одномерный интегратор, подаренный музею сыном Владимира Сергеевича Лукьянова — Алексеем.
Одномерный гидравлический интегратор