Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 99

Компьютерра

12.12.2011 - 18.12.2011

Статьи

Калькулятор Mathatron: первый программируемый

Евгений Лебеденко, Mobi.ru

Опубликовано 13 декабря 2011 года

Порой история становления технологии напоминает спринтерский забег. В краткий промежуток времени суммируются повышенный пользовательский интерес, свежие инженерные решения и техническая возможность их реализации. И вот на старте инноваций находятся сразу несколько претендентов на победу. Точнее, на звание технологического первопроходца — пожизненного владельца кубка «Я здесь был первым».

Зачастую анонсы технологических новинок появляются со столь небольшим разносом во времени, что разные источники приписывают первенство одновременно несколькими из них. И в чём-то историографы технологий, конечно, правы. Ведь чаще всего ни один из претендентов на первенство не обладает полным функционалом технологии и реализует только часть её.

Однако в случае соревнования за звание первого настольного программируемого калькулятора имеется однозначный лидер. Калькулятор, который изначально создавался для облегчения инженерных расчётов путём программирования математической логики на аппаратном уровне. Устройство, рождённое из сплава идеи «упаковки» компьютера размером с письменный стол в корпус, пригодный для переноски одним человеком, и желания скрыть от пользователя заумные компьютерные алгоритмы за простой, заученной со школьной скамьи скобочной записью алгебраических выражений. Знакомьтесь с технологическим уникумом шестидесятых годов прошлого столетия — калькулятором Mathatron.

В 1958 году будущий создатель Mathatron Уильям Кан работал в подразделении Datamatic компании Honeywell (той самой, что чуть позже прославилась невероятным "кухонным компьютером". Инженер Кан трудился над логическими схемами компьютера Datamatic H-800 — серьёзного мейнфрейма, довольно широко применяемого в системах автоматизации производственных процессов.

Идея создания программируемого калькулятора пришла в голову Уильяму Кану во время работы над проектом компьютера Datamatic H-800.

Расчёты приходилось вести на больших, шумных и медленных электромеханических калькуляторах, называемых иначе комптометрами. Выполняли комптометры только простейшие арифметические операции, и пользование ими отнимало у Кана массу времени. Между тем компьютер, расчёты для которого вёл Кан, смог бы выполнить программу, соответствующую этим расчётам, за считанные минуты. Именно тогда Уильяму Кану пришла в голову мысль самому реализовать упрощенную компьютерную логику и разместить её в корпусе, не превышающем размер ненавистного комптометра. Идеей дело не ограничилось. Вечерами инженер Кан увлечённо проектировал логические схемы нового электронного устройства своей мечты. За основу он взял резисторно-транзисторную логику (РТЛ) — крайне медленное, но зато дешёвое решение. Чтобы хоть как-то компенсировать низкое быстродействие узлов РТЛ, Кан вместо традиционной схемы вычислителя, основанной на двух регистрах для операндов и регистре для операции, разработал схему на основе стека, куда в порядке следования заносились вначале значения операндов и значение операции, которое и инициировало вычисление. Такая форма записи математических выражений известна как обратная польская запись.

Но если обратная польская запись удобна для реализации логики вычислителя, то для простого пользователя, знакомого с азами алгебры, она далеко не очевидна. Понимая это, Кан проектирует схему своего вычислителя так, чтобы пользователь мог вводить математические выражения для расчёта с учётом традиционной скобочной записи алгебраических выражений.

Уильям Кан завершает работу над схемотехникой будущего калькулятора параллельно с завершением проекта Datamatic H-800. Он увольняется из Datamatic и переходит работать в оборонную компанию Raytheon. Но связи с Datamatic не теряет.

Своей идеей Кан поделился со своим бывшим боссом — руководителем проекта Datamatic H-800 Роем Ричем. Толковый менеджер, Рич мгновенно оценивает коммерческую выгодность «баловства» Кана и предлагает ему помощь в продаже идеи. Третьим лицом, посвящённым в разработку калькулятора, становится коллега Кана по Raytheon, схемотехник Дэвид Шапиро.

Зимой 1962 года эта троица принимает авантюрное решение. Они срываются с насиженных в своих компаниях мест и складывают в общую кассу кровно заработанные восемнадцать тысяч долларов — финансовую основу проекта. Используя свои связи, Рой Рич находит несколько меценатов, готовых выступить инвесторами стартапа, пополнившими копилку проекта ещё пятьюдесятью четырьмя тысячами долларов. Рич регистрирует компанию Mathatronics, а Кан и Шапиро, арендовав пустующее помещение магазина в городке Уолтам, штат Массачусетс, оборудуют его под мастерскую и, засучив рукава, принимаются за сборку прототипа калькулятора, который получает имя Mathatron (имя придумала супруга Рича Маргарет). Цель спешки проста: показать инвесторам, что деньги вложены не в мыльный пузырь.

Спустя символичные девять месяцев Рич собирает инвесторов, которым демонстрируется работающий вариант Mathatron, вполне пригодный для промышленного производства.

Инвесторы видят во всех смыслах необычное устройство. Пользователь с помощью одной клавиатуры может вводить цифры, с помощью другой — выбирать арифметические действия, включая скобочные операции, возведение в степень и извлечение квадратного корня. Специальный регулятор позволяет выбрать один из нескольких режимов работы. Основным из них является «learn mode» — режим обучения, в котором калькулятор запоминает вводимую пользователем последовательность операций и может многократно воспроизводить её.

Прототип имеет четыре регистра и способен запоминать двадцать четыре действия. Регистры были десятичные с возможностью ввода чисел с плавающей точкой. Кроме этого, Mathatron мог работать с двухзначной десятичной экспонентой в диапазоне значений от -42 до +58.

Для постоянного хранения программ в прототипе Кана и Шапиро использовалась память на ферромагнитных кольцах. (37 дорожек по 20 колец в каждой. Итого 740 бит информации.)

Вычислял калькулятор не очень быстро — около ста операций в секунду. Особенно интересно был реализован механизм вывода результатов. В качестве устройства вывода инженеры приспособили печатающую часть телеграфного аппарата, выбивающую на ленте не только значение результата, но и последовательность вычислений. Позже такой вывод данных станет визитной карточкой устройств Mathatron.

Инвесторы были потрясены демонстрацией. Ни один из имеющихся на то время проектов электронных калькуляторов не мог похвастаться такой функциональностью. В Mathatronics немедленно вкладывается ещё треть миллиона долларов. А это уже сумма, позволяющая наладить производство. Чем тройка рискнувших всем мужчин и начинает незамедлительно заниматься.

Собранный Каном и Шапиро прототип новоиспечённые бизнесмены назвали Mathatron 4-24 (4 регистра, 24 шага программы). Пока инженеры работали над спецификациями узлов будущей промышленной реализации Mathatron 4-24, продавец Рич, сделав деревянный макет калькулятора, захватил ленты с пробными результатами расчётов и поручительства инвесторов и начал кататься по городам и весям США как заправский коммивояжёр, предлагая новинку от Mathatronics.

Ему повезло почти сразу. Специалисты океанографического института Woods Hole практически сразу оформили заказ на партию Mathatron, поверив в его существование, после того как им показали неработающую деревянную копию. Правда, с одним условием: удвоить функциональные возможности устройства. То бишь из 4-24 сделать 8-48.

Неожиданная для начинающего налаживаться производства вводная! Особенно учитывая, что океанографы не могли ждать. Ведь Mathatron оказался именно тем устройством, которого так не хватало на их исследовательских судах. Тогдашние компьютеры просто-напросто не годились для плавучих расчётов.

К лету 1963 года модель Mathatron 8-48 была готова. Рич загрузил её в свой пикап и повёз в институт Woods Hole. К разочарованию всех, привезённый экземпляр не заработал, а Рич был недостаточно компетентен, чтобы найти неисправность. Зато он сумел быстро привести в институт Кана и Шапиро, которые и устранили неполадку.