Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №46 (июнь) 2017
Разделы: Информационные технологии, История, Техника
Размещена 01.05.2017. Последняя правка: 14.07.2017.

Роль Холлерита в развитии вычислительной техники

Мальцев Сергей Николаевич

нет

АО ЧРЗ Полет (Радионавигация)

Ведущий инженер

Аннотация:
В данной статье описывается малоизвестные факты изобретения электрического вычислителя, американским изобретателем Холлеритом, через анализ его патентов. Он не только изобрел первый электрический вычислитель с применением перфокарт, но и 30 лет совершенствовал его. Еще при его жизни эти вычислители стали применяться в научных расчетах. Вычислительные машины, основанные на этих принципах, широко использовались во всем мире более 100 лет и были заменены электронными компьютерами.


Abstract:
This article describes little-known facts of the invention of an electric calculator, the American inventor Hollerith, from his patents. He not only invented the first electric calculator with punched cards, but also perfected it for 30 years. Even during his lifetime, these calculators were used in scientific calculations. Computing machines based on these principles have been widely used throughout the world for more than 100 years and have been replaced by electronic computers.


Ключевые слова:
компьютеры; перфокарты; вычисления; Холлерит.

Keywords:
Computer; Punched-Card; Calculation; Hollerith.


УДК 94 + 621 + 004

   Герман Холлерит (Herman Hollerith; 29.02.1860 — 17.11.1929) изобретатель и успешный бизнесмен о котором написано много, о его бизнесе, карьере , личной жизни, однако меньше всего информации о технической сути его изобретений. Называют его вычислительные машины то табуляторами, то перфорационными машинами, то счетно-аналитическими машинами, то машинами для переписи и т.д.  Однако сам Холлерит называл их «Electrical Calculating System» -«Электрическая вычислительная система», имея ввиду, что это система, комплекс вычислительных устройств, а не одно устройство. Его вычислительные машины были не универсальными, но достаточно широкой применимости.  Однако часто о работе Холлерита пишут исключительно как об успешной технической системе для переписи населения США.

   Актуальность этой темы в том, что чтобы правильно понимать текущее развитие науки и техники, нужно знать как это развитие происходило в прошлом. В работе рассматривается как из простого счетчика, в результате постепенного развития машин узкого применения,  постепенно выстраиваются  машины широкого применения и больших возможностей. А подобная теоретически хорошо проработанная научно-техническая идея механического вычислителя Беббиджа не смогла сразу сложиться из-за сложных технических и организационных проблем.

  Цель статьи рассмотреть и проанализировать ход развития электро-механических вычислителей с 1884 года  до появления первого электронного вычислителя, на основе деятельности основателя этого направления вычислительной техники Германа Холлерита.

 Новизна этой работы в том, что она строится на техническом содержании патентов Холлерита и времени выведения технических новинок на рынок, чему мало уделялось внимания в других работах. Так же в историографии о Холлерите встречается много неточностей и некорректных фактов. Например: «Все типы интегрирующих табуляторов базировались на машине Лейбница с добавлением электрического мотора» [1, c.152]. Однако из пяти известных сумматоров Холлерита, только один базировался на механическом сумматоре Лейбница, да и тот не был успешным.

  В некоторых работах с легкой руки Говарда Айкена (Howard  Aiken 1900-1973)  утверждается, что после смерти Беббиджа в 1871 году, только Айкен в 1937 году [6, с.116 ] продолжил развитие автоматизации и универсализации машинных вычислений. Хотя техническую реализацию его проекта выполняла фирма IBM основанная Холлеритом и с использованием наработок Холлерита.

  Чтобы определить, что же создавал Холлерит, надо представлять, что до него были только универсальные ручные вычислители,  арифмометры, типа «Паскалина», которые выполняли одну операцию за несколько нажатий, однако универсальные, а так же вычислители типа Дифференциальной машины Бэббиджа  полуавтоматические, с более высокой производительностью но заточенные только на одну задачу, отработав которую годились только в музей, неоправдывая затрат. Однако даже первая переписная машина Холлерита на одно нажатие оператора выдавала до 40 операций счета и была более широкого применения, чем Дифференциальная машина. К тому же система Холлерита была построена на электрических, а не механических принципах и за счет этого была перенастраеваемой, хотя и не программируемой в нашем понимании этого слова.

  Холлерит с самого начала  отказался от механического принципа вычислений, изобрел и стал развивать электрические  вычислительные системы. Холлерит изобретая способы электрических вычислений, начал с  узко специализированного счетчика для сбора конкретных данных статистики. И стал постепенно наращивать функционал и область применения.

Электрический десятичный счетчик из заявки 1884 года (патент 395 783 ), основанный на зубчатом колесе, храповике и электромагните с помощью которого храповик передвигал 10 зубое колесо на один зуб с переносом десятичного разряда.  (рис.1)

Рис. 1. Первый электрический счетчик Холлерита [8, s.2]

  Первый такой табулятор был опробован в 1886 году в статистическом бюро Балтимора (the Baltimore Department of Health). Подобные усовершенствованные Табуляторы с круглыми счетчиками использовались при переписи населения во многих странах мира с 1890 года. В этом устройстве он первым применил реле для логических операций [5, c.254] . Табуляторами были названы вследствие того, что результаты их работы записывались в таблицу табуляграмму.

Рис. 1а. Табулятор переписи населения [6, c.113]
   Так как система для переписи населения хорошо описана во многих работах. Далее  рассматриваются  вычислители с сумматором. Холлерит рано понял, что для статистики нужно не только считать но и суммировать, чтобы получать средне статистические значения, например количество госпитализированных и количество дней лечения, количество фермеров и площадей посевов. 

   Сумматор из  заявки 1887 года (патент 430,804) был с вращающимся цилиндром и с проводниками ступенчатой длины на нем, контакты скользя по цилиндру замыкая проводник создавали суммирующие импульсы от 1 до 9 в зависимости от того в каком ряду пробито отверстие и сколько проводников пересекалось с замыканием цепи тока. (рис.2)

Рис.2. Первый электрический сумматор Холлерита [9, s.1]

В 1888 г. Табуляторы Холлерита использовались в офисе главного хирурга министерства обороны (Surgeon General’s Office at the War Department) [2,c.45]. 

 В 1889 он объединил счетную машину с суммирующей в «интегральном аппарате» (Integrating tabulator).

Рис. 3. Integrating tabulator [3, c.139]

  С 1890 г. Оборудование Холлерита использовалось страховой компанией «Prudential Insurance Company».  Оно было нужно для статистического расчета  цены страховки  для лечения при травме. В некоторых работах [7, с.35] указывается на единичность такого использования. Однако если другие компании ориентировались на эти цены, то влияние табуляторов на отрасль страховки было достаточно велико.

  В 1893 г. оборудование Холлерита применялось в сельскохозяйственной  переписи США [4,c.49]. Где нужно было суммировать по штатам площадь сельхоз угодий и поголовье скота.

  Сумматор из заявки 1892 года (патент 518,604) уже без элекромотора, с матрицей из реле задержки. Холлерит ввел в свой табулятор «проводную панель»( wiring panel), однако надо бы ее назвать «перфо -проводная панель» так как она представляла панель из перфорированных контактных отверстий, куда вставлялись программирующие провода со штекерами. И была программирующей панелью, которая увеличивала гибкость настройки вычислителя, являясь аналогом управляющей  перфокарты аналитической машины Бэббиджа, а также аналогом программ компьютеров в будущего.

Рис. 4. wiring panel  [10]

  В заявке 1895 года было печатающее устройство (патент 622470). Однако принтеры в выпускаемых Табуляторах появились в 1920 году.  

  С 1895 года  оборудование Холлерита использовалось Нью Йорской Железнодорожной компанией. 
   
  С 1900 года Табуляторы стали использовать  автоматические считыватели перфокарт, что резко увеличило производительность.

  В 1903 году универмаги  «Маршалл Филд»(Marshall Field) начали использовать Холлерит машины для анализа продаж универмага.

  В 1904 году «Пенсильвания Стил Ко»(Pennsylvania Steel Co.) начала использовать Холлерит машины для учета затрат на основе данных о трудовых и машинных ресурсах, используемых в производстве.

  1903-05 годы. Машины Холлерита использовались такими известными фирмами как: «Eastman Kodak», «National Tube»,  «Western Electric».  (3, с. 54)

  В 1906 начал выпускаться «Hollerith Type I Tabulator» с автоматическим считывателем(Automatic feed)150 карт в минуту и проводной панелью (wiring panel).

  В 1911 году «Телефонная и телеграфная компания Новой Англии» (New England Telephone and Telegraph Company) была первой компанией, использующая табуляторы для бухгалтерских целей. 

  1912 году Холлерит изобрел электрический перфоратор (патент 1193 390). При соединении с перфосчитывателем получился дублирующий перфоратор (мог использоваться для умножения и деления на 10 исключением младшего разряда), а при соединении с сумматором суммирующий перфоратор, что дало возможность создавать склад промежуточных результатов (внешняя память). Так как перфоратор состоял из электрической клавиатуры и электрического перфоратора, которые можно было использовать по отдельности.

  В 1914 году Холлерит изобрел условную операцию (патент 1830 699), что позволило создать контрольную машину (Card Verifier), при несовпадении пробивок (если не равно) автоматическое считывание останавливалось (условный останов) и неверная карта перебивалась.

  В 1920 году стали выпускаться Табуляторы с принтером, а с 1922 года выполняющими операцию вычитания на прямую.

Рис. 6.  Табулятор тип III (1921г.) печатающий [10]

  В 1923 году выпущен электрический перфоратор, а 1925 году на его основе дубликатор карт тип 12 (Duplicating Punch), который кроме всего прочего упрощал операцию умножения сложением.

   В 1929 году Инженер фирмы IBM Дж. Брайс ( J. Brysa) создает  умножающий перфоратор тип 600 (Multiplying Punch). 

В то время простой алгоритм “Электро-механической вычислительной системы” выглядел примерно так:

         «Задание на вычисление: “Ведомость зарплаты подразделения”»

  1. Оператору: вставить карты персонала подразделения в «Дубликатор/012»
  2. «Дубликатор/012»: Копия всех карт персонала, только позиции “Табель_№” и “ПлатаЗаДень”
  3. Оператору: «Ручным перфоратором/001» на эти карты пробить “ОтработаныеДни” из «Табеля»
  4. Оператору: перенести карты на «Умножительный перфоратор/600»
  5. «Умножитель/600»: Для всех карт перемножить “ПлатаЗаДень” и “ОтработаныеДни” результат перфорировать рядом
  6. Оператору: Карты из умножителя установить в «Табулятор/III»
  7. «Табулятор/III»: Печатать “Табель_№” и “Произведение” и  суммировать в «Сумматор1» Если карты закончились, печатать “Итого:” и «Сумматор1»
  8. Оператору: Распечатку передать в работу бухгалтеру.

 По сравнению с расчетом в ручную на арифмометре, производительность  возрастала в 2-3 раза.

В 1921 году  когда Холлерит еще работал в компании, ТМС(Tabulating Machine Company) приобретает патенты и оборудование фирмы «Pierce Accounting Machine», производителя  алфавитно-цифровых ( alphanumeric ) печатающих машин для учетных карточек. В ТМС было создано соответствующее подразделение.

Перфокарта алфавитно-цифровая имеет двенадцать строк, две из которых называют Х, Y и 0 для признака букв, а десять цифровые от 0 до 9. Холлерит изобрел систему, которой кодируются буквы и цифры,  используя одну пробивку для цифр и две пробивки для букв. Пробивка 0 и 1 символ пробела, разделителя слов. Система называется — код Холлерита (табл. 1). Ручной перфоратор для этого кода рис.7.

Табл.1

Отметка

х

у

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

На оси X

  о

 

 

A

B

C

D

E

F

G

H

I

На оси Y

 

  о

 

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

На нулевой

 

 

  о

  _

S

T

U

V

W

X

Y

Z

Цифры

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 

Рис. 7. Ручной перфоратор алфавитно-цифрового кода Холлерита [11]

А в 1928 году компания уже переименованная в IBM стала выпускать 80 колоночные перфокарты, специально приспособленные для алфавитно-цифровой информации.

1931 год первая бухгалтерская машина TMC, алфавитный табулятор модели B.

В 1932 году код Холлерита был дополнен символами «*», «-», «&» фирмой ИБМ и назван BCDIC.

  В 1933 году был выпущен Табулятор тип 401 алфавитно-цифровой (alphanumeric-BCDIC)  для бухгалтерий и алфавитно-цифровой печатающий перфоратор тип 032 к нему.  Так вычислительные устройства начали обрабатывать символы. Сейчас на компьютерах символьных вычислений больше чем числовых.

  Время научно-технических вычислений на машинах Холлерита пришло лишь в 1927 году, еще при  жизни Холлерита.  Это связано с тем, что научно-технические вычисления проводятся один раз, а экономическая эффективность табуляторов, из-за сложности подготовки данных, начиналась с двух прогонов данных. Однако английскому астроному Лесли Комри (L.J. Comrie 1893-1950) удалось добиться успеха, особенно в достоверности результатов. Комри делал расчет будущих позиций Луны для навигационных расчетов, используя сверку двойной набивки и фото копирование распечатанных таблиц.

  А в1933г. Уоллес Эккерт (Wallace Eckert) из Колумбийского Университета подключил «Умножитель тип 601» к «Табулятору тип 256» и «Дублирующему перфоратору Тип 016» спереключателем расчетов собственной конструкции, создал первую машину для автоматического выполнения сложных научных вычислений (с управляемой перфокартой). Что позволило исключить оператора из самого вычислительного процесса. К этому же и к универсализации стремился Г. Айкен проектируя свой "Автоматический вычислитель" в 1936 году. В это же время к этой проблеме подключились ученые математики Э. Пост(E. Post), А. Тьюринг(A. Turing) начав разрабатывать теорию вычислителей.

В 30е годы в мире был бум электрических вычислительных машин, однако в 40е появились первые электронно-вычислительные машины, которые были в тысячу раз быстрее.

  Из этого можно сделать выводы, что после смерти Бэббиджа,  успешно шел процесс развития вычислительных систем в направлении повышения быстродействия, надежности, точности, автоматизации и расширения применения в разных областях статистики, экономики, бухгалтерского учета, научно технических растетов. Деятельность и патенты Холлерита корректно отражают ход прогресса электрических вычислительных систем на протяжении полувека с 1885 года до 1935 года.  Конечно весь этот прогресс вычислительной техники  осуществлял не один Холлерит. У него были предшественники, Паскаль(Pascal, Blaise; 1623-1662), Бэббидж(Charles Babbage; 1791-1871) , Стайнхейл(Adolph Steinheil 1810–1839), Ситон(Charles Seaton 1831-1885)  и много других. Были так же сотрудники инженеры и специалисты, без которых он не мог бы все это осуществить. А так же конкуренты и последователи. Однако ко всему этому прогрессу вычислительной техники на протяжении 40 лет он непосредственно прикладывал свои идеи и руки. Был на острие прогресса и добился впечатляющих успехов. Вычислительные машины, основанные на этих принципах, широко использовались во всем мире более 100 лет и были заменены электронными компьютерами.

Библиографический список:

1. Campbell-Kelly М, Aspray W. Computer: A History of the Information Machine, Basic Books/HarperCollins. 1996.
2. Austrian, G. D. Herman Hollerith: The Forgotten Giant of Information Processing. Columbia University Press. 1982.
3. Cortada J. W. Computing Before the Computer, Princeton. 1993.
4. Heide L. Punched-Card Systems and the Early Information Explosion, 1880-1945. Johns Hopkins. 2009.
5. Hollerith H. An Electric Tabulating System. The Quarterly, Columbia University School of Mines. X. 16. April 1889 p.238–255
6. Гутер Р.С. Полунов Ю.Л. От абака до компьютера. М:Знание. 1981.
7. Колесников Е. А. Перфокарты. Технико-исторические заметки. СПб. : «Реноме». 2016.
8. Patent US 395783
9. Patent US 430804
10.http://www.columbia.edu/cu/computinghistory/tabulator.html
11.https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hand-operated_Card_Punch-2.jpg




Рецензии:

1.05.2017, 16:56 Каменев Александр Юрьевич
Рецензия: Не хватает формализации, структурных схем и прочей атрибутики научной статьи. Кроме того, статья не структурирована согласно требованиям. Содержание характерно для научно-популярной публицистики, а не для научно-исследовательской статьи в научном журнале. Однако. К печати не рекомендуется.

02.05.2017 20:20 Ответ на рецензию автора Мальцев Сергей Николаевич:
В статье есть: Введение, актуальность, цель, новизна, анализ, выводы. Чего-то не хватает? Я исследую эту историческую проблему не первый год, а статья была бы публицистической, если бы не обладала новизной. Например: Укажите мне источник, где описывается электрический сумматор Холлерита(не его патент). Хотя статья в основном историческая, где формализации практически не бывает, однако в техническую часть, надо подумать, как ввести структурную схемы вычислений Холлерита.

1.05.2017, 19:55 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: 1. Статья больше подходит по теме "История науки и техники". 2. С точки инженерной зрения статья выглядит интересной и убедительной. 3. С инженерной точки зрения статью можно рекомендовать к публикации; в дальнейшем своё мнение должен высказать учёный-историк и дать соответствующее заключение.
02.05.2017 20:20 Ответ на рецензию автора Мальцев Сергей Николаевич:
Жаль что такого раздела нет "история науки и техники" с возрастом меня тянет на эту тему. Спасибо за положительный отзыв.

3.05.2017, 8:08 Эрштейн Леонид Борисович
Рецензия: Очень жаль, что Александр Юрьевич высказал такое категоричное суждение. Как статья по истории после доработок, на мой взгляд, вполне можно опубликовать. Выделите четко формальные элементы. Обоснуйте их лучше. И все будет. Напишите выводы жестче. Вообще текст интересный и познавательный. Новизна в нем тоже кажется есть. (но я не историк).
07.07.2017 19:19 Ответ на рецензию автора Мальцев Сергей Николаевич:
Формальные элементы выделил, обоснования добавил.

7.07.2017, 13:12 Лушников Александр Александрович
Рецензия: Представленный материал довольно интересен. Актуальность, новизна обоснованы. Необходимо обратить внимание на вывод - стоит осветить, в каких сферах применялись вычислительные машины, какое влияние они оказывали на производство. Кроме того, надо указать источник, откуда брались рисунки. После данных правок статья может быть рекомендована к публикации.
07.07.2017 17:17 Ответ на рецензию автора Мальцев Сергей Николаевич:
Александр Александрович, выводы немного поправил. Насчет ссылок иллюстративного материала вопрос вроде бы резонный, однако с этим никогда не сталкивался. Этот вопрос проработаю и поправлю.

7.07.2017, 14:12 Ульянова Юлия Семеновна
Рецензия: Ульянова Юлия Семеновна. Содержание статьи Мальцева С.Н. технико-исторического содержания, примыкает к сведениям о разработках электронно-счетных средств, дошедших до компьютеров. Но американское гражданство Холлерита не служит автору в качестве средства показа технического превосходства США над остальными странами. Чтобы вдруг никто из читателей так не посчитал, следует добавить сведения об аналогичных разработках в других странах. Статья рекомендуется к публикации.
07.07.2017 16:16 Ответ на рецензию автора Мальцев Сергей Николаевич:
Юлия Семеновна, никакой политики. Холлерит был этническим немцем и после 1914 года у него были серьезные проблемы из-за этого. Тема статьи очень узкая и широкого охвата процессов не предполагает и речь в статье не о стране, а о достижениях одного человека.



Комментарии пользователей:

4.05.2017, 21:04 Лобанов Игорь Евгеньевич
Отзыв: Если Вам известно, то существует специальный Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова Российской академии наук (ИИЕТ РАН). Следовательно, Ваша статья претендует на актуальность с инженерной точки зрения. Лично я как учёный в области теории теплообмена нередко интересуюсь историей развития науки и техники в своём направлении; о многих фактах прошедшего времени можно узнать только спустя многие годы, отстранившись от научного потока, в котором находишься. Ещё раз повторюсь, относительно статьи конкретно историк должен высказаться!


5.05.2017, 19:12 Мальцев Сергей Николаевич
Отзыв: Игорь Евгеньевич, проблема истории техники в том, что это много аспектная проблема, а у нас преобладает глубокая специализация. Когда начинаю говорить о технике с историками, то часто слышу «это не ко мне я гуманитарий». Мне немного легче, у меня два диплома, инженер механик и специалист САПР. А в семье есть историк, всегда можно получить совет и объяснения.


Оставить комментарий


 
 

Вверх