Перфокарточная система для бухгалтерского и статистического учёта, барабанная магнитная память и машина для распознавания текста — это ключевые изобретения Густава Таушека, самоучки без формального образования. В истории вычислительной техники вообще много недооценённых или позабытых персоналий.
Схема магнитной барабанной памяти Таушека из американского патента US2080100A 1937 года
Перфокарты в то время были делом совершенно рядовым, но Таушек решил разработать свой формат, потому что под кастомную машину для бухучёта были нужны кастомные перфокарты.
Ну и ещё потому что мог.
Густав Таушек (в центре) с уважаемыми коллегами
Детство, отрочество, юность
О жизни Густава Таушека сохранилось не так много информации. Он родился 29 апреля 1899 года в Вене в семье мелкого торговца тканями. В 14 лет поступил в среднюю школу (realschule), окончив которую отправился на фронт: шла Первая мировая. Вернувшись домой, Густав хотел поступить в Венский технический университет. Однако образование стоило слишком дорого, поэтому он сделал ставку на самообучение и пошёл работать посыльным в Австрийский национальный банк.
В банке Таушек заинтересовался технологией нанесения гильошей — это такие тонкие узоры на банкнотах, защищавшие их от подделки. Он разработал и в 1923 году запатентовал усовершенствованную машину для их нанесения. И получил за это свой первый гонорар.
Модель машины для гильоширования
1925 год, он продолжает работать в банке, но уже в качестве инженера: дорабатывает арендуемые у IBM табуляторы. В это же время немецкая компания Rheinmetall узнает про патенты Густава и нанимает его для создания серии счётных машин. С 1926 по 1930 год он вместе с австрийским инженером Энгельбертом Рейнгрубером разрабатывает автоматизированную систему бухгалтерского учёта и статистической обработки данных.
Хочешь сделать хорошо — сделай это сам
В начале XX века бухгалтерский учёт был достаточно трудоёмким. Использовали большие книги, в которые вручную записывались все финансовые операции: расходы, доходы, кредиты и дебеты. Каждая операция проверялась и пересчитывалась. С основными вычислениями помогали те же арифмометры: они ускоряли процесс подсчёта, но всё равно требовали ручного ввода данных. Однако чем больше объём данных, тем выше вероятность ошибок.
Появление табуляторов и перфокарт стало настоящей революцией. Перфокарты использовались для хранения данных, а машины их читали и производили расчёты.
Таушек разработал свою систему исходя из вполне прагматичных соображений: существовавшие в те годы решения были довольно универсальными, а универсальность не всегда хороша. Например, в бухгалтерии важны точность, детализированные расчёты и возможность гибких настроек под конкретные потребности, будь то обработка финансовых транзакций или статистическая отчётность.
Он учёл все ограничения, минусы и подводные камни, внедрив несколько принципиально важных улучшений.
В верхней части карты располагалось 60 подписанных столбцов, каждый из которых соответствовал десятичной цифре. Значение конкретной цифры задавалось количеством пробитых в столбце отверстий. Также была предусмотрена строка для обозначения кредитных и дебетовых счетов. На нижней половине оставалось место для подписи.
Размер карточек составлял 110 х 268 мм, поэтому надписывать карту можно было как на обычной пишущей машинке, так и вручную.
Примерно вот так
Ядром системы Таушека была машина учёта и вычислений, которая выполняла операции сложения и вычитания.
Считывающее устройство состояло из металлической контактной щётки, ширина которой соответствовала ширине перфокарты, и опорной пластины из изолированных друг от друга металлических рёбер. Каждое ребро соответствовало одному столбику на перфокарте. Такая конструкция делала машину защищённой от искажений, возникавших при боковом смещении карты.
Роль элементов памяти играли 75 электромеханических замков, активировавшихся сигналами, которые поступали от считывающего устройства. 60 из них были необходимы для считывания 60 столбцов перфокарт, остальные 15 резервировались для переносов. Канал переносов между защёлками можно было отключить, что позволяло вносить на одну карту несколько записей.
Интегрированный в машину счётчик позволял складывать и вычитать числа. Впоследствии, чтобы расширить функционал, Таушек дополнил его устройствами вычисления перекрёстной суммы, блоками умножения и деления, а также сумматором. Вычислитель перекрёстной суммы использовался для операций в рамках одной перфокарты, а сумматор — для последовательного сложения нескольких. Каждое слагаемое нужно было читать с перфокарты отдельно. Умножение происходило путём сложения кратных чисел с арифметическим сдвигом: такой способ, например, используется при умножении вручную. Операции умножения были сопоставлены с соответствующим количеством сложений. Часть счётчика, содержавшая множитель, отсчитывалась до нуля, поэтому для умножения требовалось прочитать карту несколько раз. Количество операций чтения равнялось контрольной сумме множителя. Деление происходило аналогичным образом: оно считывалось в счётчик, и арифметически сдвинутый делитель вычитался из него в соответствии с номером обрабатывавшейся на тот момент цифры.
Счётная машина Таушека для бухгалтерских операций
У машины была коммутационная панель. Её важнейшие элементы — выходные разъёмы сенсорного устройства, входные разъёмы машинного счётчика и переключатели группового управления. Для загрузки значения заданных столбцов в заданную область счётчика соответствующие выходные разъёмы считывающего устройства должны были быть подключены к соответствующим входным портам счётчика. 75 групповых переключателей управления использовались для подключения или отключения линии переноса между двумя защёлками счётчика.
Кроме того, можно было подключить различное периферийное оборудование.
- Устройство ввода. Это был перфоратор, адаптированный для максимально удобной работы оператора. Например, матричный держатель перекрывал лишь небольшую часть карты, и оператор хорошо видел разметку. В матричном держателе было девять электромагнитных штампов, которые приводились в действие клавиатурой. Клавиатура, в свою очередь, содержала девять цифровых клавиш, одну кнопку для ввода знака и две — для перемещения каретки в стороны. Сама каретка перемещалась пружинами, которые нужно было фиксировать кривошипным механизмом вручную.
- Электромеханическая печатная машинка. Она подключалась не к счётной машине, а к перфоратору, и была нужна для регистрации записей. Это упрощало их проверку и архивное хранение.
- Сортировщик карт. Он использовался для распределения карточек по категориям. Работал он следующим образом: перфокарта бралась из партии и подавалась на транспортный вал. Контактный датчик считывал содержимое определённого столбца, замыкал электрическую цепь и активировал створки лотка, соединённые электромеханической передачей с транспортным валом. В зависимости от расположения отверстия в столбце карта направлялась в определённый штабелирующий лоток. Сортировщик имел разъёмы для подключения нескольких счётчиков, что позволяло подсчитывать количество перфокарт в каждом лотке для штабелирования. Конструкция устройства позволяла обрабатывать примерно 20 000 карт в час.
- Смешиватель карт. Он был частью сортировщика и по заданным правилам смешивал разные партии перфокарт. Например, это было полезно при добавлении пустых карт, в которые потом заносились результаты вычислений. С помощью машины Таушека это можно было сделать при фиксированном соотношении от 1:1 до 1:10 или в зависимости от перфорации. В последнем случае перфокарта бралась из второй партии всякий раз, когда менялось значение воспринимавшегося столбца.
- Устройство вывода. Перфоратор, который выводил на карты результаты вычислений. Кроме того, с его помощью карты можно было последовательно нумеровать или же дублировать одни и те же значения. Он мог обрабатывать только 20 столбцов, но за счёт подвижной каретки их можно было выбирать произвольно.
- Принтер. В системе Таушека использовались раздельные автоматические электромеханические принтеры для вывода результатов вычислений и печати текста длиной до 30 символов. В текстовом принтере для каждой обработанной перфокарты из контейнера для пластин извлекалась новая печатная форма, которая перемещалась перед молотком с электромагнитным приводом. После процесса печати пластина переносилась в другой контейнер. Это устройство использовалось для составления платёжных ведомостей, где рядом с суммой выплаты печаталось имя сотрудника. Также с помощью текстового принтера можно было маркировать карты памяти, например, словами «итог» или «промежуточный итог». В полностью собранном и готовом виде система Таушека была относительно компактной, обеспечивая при этом достаточно высокую производительность. Рабочая скорость прототипа составляла 4 000 перфокарт в час, но это без учёта дополнительных модулей, которые требовали многократного считывания одной карты.
В 1930 году разразился мировой экономический кризис, заставивший заказчика (Rheinmetall) сократить расходы на внедрение новых технических устройств. То есть система Таушека, несмотря на то, что была новаторской, не пошла в серийное производство. Более того, отделение Rheinmetall, которое курировало проект, выкупила компания IBM. Точнее, её немецкая «дочка» Dehomag, которая уже выпускала свои собственные табуляторы, и лишний конкурент ей был не нужен.
А вот Таушек им вполне себе был нужен.
Они подписали с ним пятилетний контракт и выкупили все его патенты, за что тот получил $250 000 (по нынешнему курсу — около четырёх миллионов), и релоцировали в Нью-Йорк.
После истечения контракта Густав вернулся в Австрию, где открыл свою частную мастерскую.
Но по какой-то причине он свернул свой бизнес, возможно, заскучав, и ещё на пять лет ушёл в IBM.
Не табулятором единым
Несмотря на то, что табуляторы на перфокартах были, судя по патентам, основным направлением работы Таушека в IBM, он запатентовал множество других изобретений. Для истории вычислительной техники наибольшее значение имеют два из них.
Магнитная барабанная память (запатентована в 1932 году). Тут Таушек опередил время лет эдак на 30–40.
Это было первое в истории подобное устройство для хранения данных. Конструкция Таушека представляла собой вращающийся металлический барабан, покрытый снаружи ферромагнетиком. Данные заносились и считывались стационарными магнитными головками.
Прототип Таушека мог хранить 500 000 бит по всей поверхности барабана для ёмкости около 62,5 КБ. Принципиальным отличием этой конструкции были именно стационарные головки: они не перемещались по поверхности цилиндра в поисках нужных данных. Контроллер реагировал, когда нужный участок барабана оказывался под головкой. То есть производительность устройства Таушека ограничивалась только скоростью вращения цилиндра. В других моделях барабанной памяти и позже — в памяти на магнитных дисках — головки выполнялись подвижными, из-за чего скорость записи и считывания сокращалась из-за времени, затрачивавшегося ими на поиск нужной дорожки.
Впервые барабанная память в вычислительной технике использовалась в машине Атанасова — Берри (про это у нас был пост), разработанной спустя 10 лет после изобретения Таушека. При этом в ABC барабан был немагнитным: роль запоминающих элементов в нём выполняли конденсаторы. А магнитная барабанная память стала широко использоваться только в 50–60-х годах, уже в новом поколении цифровых компьютеров. Именно магнитные барабаны стали отправной точкой для изобретения более совершенного запоминающего устройства — жёсткого диска.
Устройство оптического распознавания текста. Работая в банке, Таушек озаботился автоматизацией учёта ценных бумаг, банкнот, банковских расписок и других документов. Для этого он разработал машину для считывания напечатанных чисел, запатентованную в 1927 году в Австрии и позже — в США.
Она включала в себя:
- Оптическую систему, состоявшую из зеркала и размещённых напротив него объектива (линзы) и мощного источника света.
- Устройство сравнения, которое представляло собой расположенный внутри корпуса (за объективом) вращающийся диск, на кромке которого были прорезаны отверстия-шаблоны в форме цифр от единицы до девяти. Внутри диска напротив объектива был расположен фотоэлемент, соединённый посредством электромеханической передачи со счётчиком, печатающей машиной или иным механизмом.
Принципиальная схема «читающей машины» из австрийского патента Таушека (AT116799B)
Работало это следующим образом.
Изображение, нанесённое на белую бумагу, помещалось перед объективом и подсвечивалось источником света. Отражённый от бумаги свет через объектив проходил сквозь отверстие в кромке диска и попадал на фотоэлемент. Если изображение совпадало с формой отверстия, то отражённого света не было, и тогда срабатывало настроенное соответствующим образом реле, подключённое к фотоэлементу. Оно замыкало электрическую цепь и активировало счётчик или печатающее устройство.
Вообще за всю свою карьеру Густав Таушек оформил около 169 патентов для IBM, многие из которых были воплощены в жизнь. Помимо вычислительной техники, в портфолио австрийца также числились патенты на газонокосилку, автомат по выдаче денег, стрелковое оружие, снегоход и машину для имитации почерка. Также есть сведения, что во время своего пребывания в Словакии в годы Второй мировой войны он изобрёл криптографическую машину.
Многие из его изобретений не пошли в серийное производство, но зато значительно повлияли на дальнейший научно-технический и прочий прогресс.
Кстати, Таушек «засветился» ещё и на почтовой марке:
