Помоги проекту - поделись книгой:
Компьютерра
12.12.2011 - 18.12.2011
Статьи
Калькулятор Mathatron: первый программируемый
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.
Полностью удовлетворённые возможностями Mathatron 8-48, учёные стали первыми клиентами молодой компании Mathatronics, заказав партию устройств для своей океанографической флотилии.
Здесь стоит отметить один маркетинговый момент. Несмотря на то что детище Mathatronics в середине 1963 года уже вполне успешно продавалось, ни на каких торговых выставках калькулятор Mathatron не побывал. И в этом значительный минус деятельности коммерческого директора компании Роя Ричи. Хотя бы потому, что исторически первым неламповым настольным электронным калькулятором сегодня считается модель Friden EC-130, даже в подмётки не годившаяся Mathatron.
Эта же оплошность снизила поток клиентов Mathatronics. За лето 1963 года интерес к программируемой новинке проявили только Лаборатория Линкольна в находящемся по соседству Массачусетском технологическом институте и некоммерческая организация MITRE.
Исправляя свою ошибку, Рич организует демонстрацию Mathatron 8-48 на выставке NEREM (New England Research and Engeneering Meeting), проходящей в Бостоне в ноябре 1963 года.
После этой демонстрации Mathatronics уверенно встаёт на крыло. Отбоя от клиентов нет. Шутка ли, всего за пять тысяч долларов появилась возможность приобрести настольный аппарат, по своим возможностям больше похожий на компьютер, чем на калькулятор. Это именно та цена и те возможности, которые позарез нужны малому бизнесу, образованию и научным лабораториям.
Модели Mathatron 4-24 и 8-48 становятся бестселлерами. Рекламный слоган Mathatronics недвусмысленно намекает на монополию в области программируемых калькуляторов «÷ (то бишь разделяй) и властвуй».
Вырученную прибыль инженеры разумно вкладывают в модернизацию своего детища. Основным нововведением старшей модели Mathatron 8-48 Version 2 стало включение дополнительного постоянного запоминающего устройства на ферритовых кольцах (ещё 12 дорожек по двадцать колец в каждой). Итого память программ модели 8-48 составляла 980 бит. Это позволило реализовать и постоянно хранить в памяти калькулятора следующие функции: расчёт квадратных и кубических уравнений, работа с десятичными и натуральными логарифмами, вычисление синуса, косинуса, тангенса и арктангенса, работа с векторами, извлечение квадратного корня. Вызывающий наибольшие нарекания регулятор переключения режимов работы Mathatron был заменён на кнопки выбора программ.
Благодаря этим программам модель 8-48 стала выпускаться в специализированных модификациях: 8-48М — математические расчёты, 8-48С (Civil Engineering — инженерные расчёты), 8-48SC — научные расчёты, 8-48S — статистические расчёты. При этом цена младшей модели, обычного Mathatron 8-48, снизилась до двух с половиной тысяч долларов.
Кроме модификаций системной логики Кан и Шапиро предпринимали попытки модернизировать аппаратную базу Mathatron. Дело в том, что одним из недостатков резисторно-транзисторной логики является достаточно большое количество компонентов. Так, в модели 8-48 насчитывалось более тысячи транзисторов и несколько тысяч резисторов. Для их более компактного размещения инженеры Mathatronics изобрели и запатентовали способ формирования резисторных модулей — компактных блоков резисторов. Особенностью сборки резисторных блоков было применение специального крепления элементов, вокруг которых накручивался токопроводящий проводник (bobbin wire-wrap). В местах, где требовался контакт, концы крепления опускались в ванну с припоем, в противном случае проводники изолировались лаком.
Подобная плотная упаковка элементов имела и свои недостатки. При выходе из строя хотя бы одного резистора в таком блоке блок нужно было менять целиком. Этот недостаток во всей красе проявился в ходе реальной эксплуатации калькуляторов. В более поздних моделях было принято решение вернуться к традиционной схеме размещения.
Завоевав рабочие столы инженеров, учёных и преподавателей, Mathatronics решила замахнуться на конкуренцию с набирающими силу и постоянно дешевеющими компьютерными системами.
К этому времени Mathatronics приняла предложение холдинговой компании Барри Райта, став её подразделением. Дополнительное холдинговое финансирование позволило к 1966 году реализовать третью версию Mathatron, которую «скромно» обозвали Computer System. Название оправдывало себя. Mathatron CS представлял собой распределённую систему с центральным вычислительным узлом (Central Computing Station), к которой по четырёхпроводным телефонным линиям подключалось до шестнадцати терминалов (Mathwriter Keyboard), представляющих собой стандартную клавиатуру Mathatron и печатающее устройство.
К центральному вычислителю можно было подключать и полнофункциональные калькуляторы Mathatron. Для этого применялся акустический адаптер, позволяющий калькулятору обмениваться с данными с «кораблём-маткой» с помощью обычного телефона.
Как и сами калькуляторы Mathatron, блоки Computer System специализировались на научных и статистических расчётах. Они предоставляли терминалам сто двадцать восемь регистров и выполняли программы объёмом до 2822 шагов. При этом терминалы могли как разделять общую область памяти, так и работать каждый в изолированном адресном пространстве.
Что и говорить, заявка на победу на вычислительном поле боя была серьёзная. Но, как мы знаем, победителями стали компьютеры, оставив для калькуляторов карманы инженеров и рюкзаки школьников.
К началу семидесятых годов прошлого столетия компьютерные системы, перейдя на транзисторы и новомодные интегральные схемы, сильно «похудели», как в габаритах, так и в цене. При этом их мощность росла, как на дрожжах. Угнаться за ней калькуляторам, пусть даже таким продвинутым, как Mathatron CS, было совершенно нереально.
Вот тут бы Mathatronics и изменить стратегию, сфокусировавшись на более мелких вычислительных задачах и выпуская недорогие калькуляторы. Но централизованное холдинговое управление Wright Corporation проглядело эту возможность. В результате калькуляторный бизнес был признан бесперспективным и вскоре подвергся реструктуризации. Марка Mathatron постепенно стала забываться.
Рыночный вакуум, конечно же, сразу был заполнен. В 1968 году компания Hewlett-Packard выводит на рынок свою версию программируемого калькулятора HP 9100A. Как и у Mathatron, логика калькулятора от HP базировалась на обратной польской записи — патент, описывающий эту логическую схему, Hewlett-Packard купила именно у Mathatronics.
Благодаря продуманным решениям и точному нацеливанию на потребительскую аудиторию именно калькуляторы HP стали ассоциироваться с понятиями «программируемый калькулятор» и «калькулятор для научных расчётов». Отчасти это звание пытается отвоевать итальянская модель Olivetti Programma 101. Но мы-то знаем: первые свои шаги программы для калькуляторов отстучали на телеграфной ленте Mathatron.
Интервью
Меган Донахью (Microsoft) о WP7 и будущем интерфейсов
Конференция User Experience Russia в этом году была богата на заграничных гостей, читавших интересные доклады. Одним из первых шло выступление Меган Донахью из компании Microsoft. Меган рассказывала об идеологии интерфейса Metro, использующегося в Windows Phone 7 и Windows 8. Выступление было проиллюстрировано прекрасными слайдами, выполненными, кажется, по всем правилам Metro (и сам доклад, и слайды есть на сайте UXRussia). К тому же Меган Донахью была явно неравнодушна к результатам работы своей команды и говорила о Metro не без гордости. Видеть, что в Microsoft есть вдохновлённые дизайнеры, было очень приятно. Не менее приятно было самому побеседовать с докладчицей.
- Для начала небольшой личный вопрос: почему вам оказался интересен дизайн интерфейсов?
- Ох, сложный вопрос! Придётся мне сейчас заняться самоанализом... Я думаю, всё началось с того влияния, которое на меня в детстве оказала моя бабушка — она была художницей, но в то же время ещё и математиком. Мы всегда ладили, и она научила меня тому, что красиво, и что — логично. В школе я увлекалась математикой, в колледже — архитектурой. Архитектура казалась мне хорошим способом одновременно заниматься наукой и дизайном, но выяснилось, что у меня плоховато с физикой — она мне настолько не нравилась, что пришлось выбрать другую карьеру. Я занялась компьютерной наукой, но для меня всегда было важно найти баланс между математикой и самовыражением в искусстве. Дизайн в сочетании с технологиями оказался наиболее подходящей сферой.
- Не могли бы вы рассказать о вашей работе в Microsoft?
- Я старший менеджер по продуктам в команде разработчиков Windows Phone. Менеджеры по продуктам помогают облегчить процесс дизайна, они отвечают за то, чтобы дизайнеры создавали правильные пользовательские истории. Также отвечают за связь с инженерной командой, создающей продукт, за то, чтобы эти две группы хорошо работали вместе. Часто инженеры и дизайнеры не понимают друг друга, и мы стараемся создавать правильные условия для их сотрудничества.
- Когда в Microsoft решили, что нужен новый интерфейс для мобильных телефонов?
- Когда я пришла в студию в 2009 году — два с половиной года назад, в команде, отвечающей за мобильные решения, произошли крутые перемены. В течение нескольких лет шла разработка следующей мобильной платформы Windows. Но в какой-то момент разработчики поняли, что новая система не вызывает у конечных пользователей того отклика, на который они надеялись. Когда появился iPhone, он сильно изменил ландшафт рынка мобильных телефонов. К чести Microsoft, вместо того, чтобы выпустить неуспешный продукт, над которым так долго работали, они решили остановиться и начать заново. Группу реорганизовали так, что дизайн и взаимодействие с пользователем стали во главу. Платформу для этого пришлось переделать с самого начала — как интерфейс, так и код.
- Это была новая команда дизайнеров или люди, уже работавшие в Microsoft?
- Это была смесь — часть дизайнеров уже работала в Microsoft. Интересно, что они много лет были рассеяны по разработческим командам и в основном старались лишь содействовать им. Их стали собирать и централизовать в виде студии. Раньше они работали с продуктами, к которым зачастую относились с безразличием. У дизайнеров были зачатки идей, которые они бы хотели разработать более глубоко — их можно увидеть в поздних версиях прошивки Zune. Несмотря на то что многие из дизайнеров уже давно работали в Microsoft, они были разочарованы направлением развития мобильной платформы, и когда начались перемены, у них буквально глаза загорелись — они почувствовали возможность впервые выразить себя. .
- Вы участвовали с самого начала?
- Я пришла в то время, когда начались исследования, связанные с новым Windows Phone.
- Интерфейс Metro был цельной задумкой, или его создание — эволюционный процесс?
- Понемногу и того и другого. В студии уже было сложившееся представление, разделённое с командой разработчиков. Но потом дизайн эволюционировал по мере того, как мы его воплощали. Были технические ограничения, которые приходилось учитывать, на эксперименты с внешним видом уходило куда больше времени, чем на вопросы о взаимодействии.
- Были идеи, от которых пришлось отказаться?
- В поисках нужного результата отказаться пришлось от многого. Мы хотели найти верное применение типографике и испробовали несколько сложных обходных путей реализации динамичных раскладок, включавших текст под наклоном и разные перекрывающиеся элементы — всё это непросто с точки зрения производительности на телефоне. Пришлось потратить немало времени на исследования и прототипирование.
- Когда впервые видишь интерфейс Metro, он кажется очень чистым и отзывчивым, но практически лишён визуальных подсказок — вроде теней, выпуклых кнопок и т.п. Не казалось ли это рискованным выбором?
- Ещё как казалось! Мы отлично понимали риск, но хотели создать свой уникальный стиль, который отличал бы наш продукт от всего существующего. Посмотрев вокруг, мы поняли, что нынешние интерфейсы мобильных телефонов снова и снова повторяют одни и те же идеи. Мы чувствовали, что нам нужно что-то другое — что-нибудь, что восхищало бы нас самих. В мире много примеров замечательного графического дизайна. Полиграфия может быть выразительной и запоминающейся, но такое не часто встретишь на экране.
- И вы решили сделать компьютерный интерфейс, не заимствующий ничего извне?
- Не то чтобы ничего, просто нужно понять, что работает, а что нет.
- И как же понять, какая метафора годится, а какая — нет? Может, есть какое-нибудь правило?
Поделиться книгой: