Релейный вычислитель в начале 20-го века.

[Zenitchik]

Кому-нибудь корме меня интересно, что получилось?

Мне интересно. Отдельные узлы я бы мог попробовать собрать из "Лего". Хотя, конечно, реконструкция ВТ для РИ - это метание бисера перед свиньями...

[колонкизатор]

Я тут решил попробовать изобрести велосипед. Придумать с нуля компьютер типа машины Бэббиджа. Разумеется в металле я его делать небуду. Просто нарисую кинематическую схему. Вернее, уже начал рисовать. Сама машина должна стать гораздо более простой, чем у Бэббиджа, но её изготовить будет тоже намного проще. Она не предназначена для сколько-нибудь сложны вычислений.

Желаю успеха.

[Serg]

Я тут решил попробовать изобрести велосипед. Придумать с нуля компьютер типа машины Бэббиджа. Разумеется в металле я его делать небуду.

Единственный достойный критерий истины, практика. А бумага, она всё выдержит.

[Абрамий]

Между прочим  попытка реализации машин Бэббиджа требовала  изготовления многих  тысяч совершенно идентичных деталей и узлов .

Что в те времена было очень и очень сложным  делом и нигде не употреблялось  (  кроме  системы Уитни в оружейном производстве ) .

И хотя попытка  создания машин Бэббиджа  и не удалась , но в ходе реализации этого проекта весьма значительно продвинулась практика точного машиностроения и были выработаны основы   взаимозаменяемости машиностроительных   деталей и узлов в виде начал  системы  допусков и посадок  .

 

 " Бэббидж сделал ряд выдающихся изобретений в области машиностроения.

Он создал поперечно-строгальный и токарно-револьверный станки, различные калибры, пресс-формы, резцы (в том числе алмазные), предложил методы заточки инструмента, изготовления зубчатых ко­лес литьем под давлением, высказал идею взаимозаме­няемости деталей, столь важную для массового произ­водства, предложил способ гравировки по дереву и т. д.

Интересно, что у Бэббиджа начинал свою деятель­ность один из наиболее выдающихся английских инже­неров XIX столетия сэр Джозеф Уитворт, стандарт ко­торого на резьбовые соединения существовал в Англии вплоть до 1948 года."

 

Таким образом  работа Бэббиджа  не была  пустым и бесполезным делом ,а принесла  значительные плоды , хотя и  не те , что ожидались . 

 

[колонкизатор]

Единственный достойный критерий истины, практика. А бумага, она всё выдержит.

Леонардо из Винчи передает привет коллеге Летбуру.

[letbur]

Ладно, та схема, которую я привожу, является довольно вольной фантазией про компьютеры. Не уверен что она будет работать. Пока я печатал это сообщение, я нешел в ней ошибки, и перерисовал схему и перепечатал сообщение несколько раз. Еще, я впервые рисую подобную схему, поэтому извиняюсь за неровный почерк.

Тут я решил привести схему ячейки памяти.

Она состоит из следующих частей. Рисунок I

Главная деталь ячейки памяти - колесо 4. Оно может принимать 10 разных положений. На нем есть зуб 3, который может упиратся в ограничитель 7. Есть пружина 5, которая стремится повернуть его в такое положение. И она переводит колесо в такое положение, если его ничего не держит. Когда зуб упирается в ограничитель, считается, что в памяти записан ноль.

 

Далее.  Колесо 1. Оно служит для чтения или записи данных.  Имеет зуб 6, который может зацепляться за зуб 2, когда. Если колесо 4 не зафиксированно, оно поворачивается на тот угол, на который его хочет повернуть колесо 1. Если колесо зафиксировано, то зуб 6 упирается в зуб 2 и колесо 1 может повернутся только на определенный угол.

 

Рисунок 3. Для обмена данными между частями компьютера используется шина, состоящая из нескольких валов. Каждый вал работает по такому принципу. Он приводится в движение мотором, который сначала поворачивает вал на оборот вперед, затем на оборот назад. При этом между валом и мотором находится защитная муфта (14). Если вал во что-то упирается, то муфта начинает проскальзывать и вал перестает вращаться. У шины есть 4 вала - вал данных, два вала адреса и один вал управления.

 

Валы соединены с зубчатыми колесами при помощи зубчатой передачи. На рисунке показана только одна ячейка памяти, но на те же валы можно поставить до 100 таких ячеек.

Они работают в такой последовательности.

1. Два вала адреса вперед.

2. вал управления вперед.

3. Вал данных вперед

4. Вал управления назад

5. Валы адреса и данных назад.

Теперь перейдем к рисунку II

Колеса 8, 9, 10, имеют по одному кулачку. Эти кулачки могут надавливать на тяги, которые могут связывать муфты и снимать тормоза. Когда на тягу надавливает кулачек, муфта сцепления 12 или 13 связывается, а тормоза 15, 16 или 17 разблокируются. Каждое колесо имеет ввой набор кулачков.

 

Муфты сцепления 12 и 13 нужны для того, чтобы когда процессор обращается к другим ячейкам памяти, эта ячейка на вал данных не влияла. Если хотя бы одна муфта расцеплена, то валы 1 и 4 никак не влияют на вал данных. При этому по крайней мере один из стопоров удерживает колесо 4 и не дает пружине 5 стереть память.

Когда на валах адреса устанавливается адрес именно этой ячейки памяти, то обе муфты сцепления связываются, и колесо 1 оказывается соединено с валом данных.

Как происходит чтение данных. В режиме чтения колесо 4 остается застопоренным. Мотор данных начинает поворачивать вал, то он поворачивается, пока зуб 6 не упрется в зуб 2. После этого вращение вала будет заблокировано, и муфта 14 начнет проскальзывать не давая мотору сломать механизм. На вале данных устанавливается данные из памяти.

 

Как происходит запись. При записи кулачек на колесе управления 8 надавливает на тягу и снимает стопор 17. Стопора 15 и 16 снимаются, когда указан адрес этой ячейки. Таким образом, колесо 4 оказывается разблокировано, и пружина 5 поворачивает его, записывая ноль. Затем вал данных поворачивается на тот угол, который надо записать. И поворачивает на соответствующий угол колесо 1. А тот, через зубы 6 и 2 поворачивает колесо 4. Затем, когда вал управления поворачивается обратно, стопор 17 блокирует колесо 4. Это позволяет вернутся остальным колесам в начальное положение, не стерев данные.

 

Вроде все правильно. За замечания и исправления буду благодарен. Если что-то непонятно (я сам не все понял в своем велосипеде), спрашивайте.

Изменено 12 Dec 2015 пользователем letbur

[letbur]

ЗЫ.

Как я говорил, схему  я сочиняю на лету, и в ней может быть много недостатков. В этом сообщении я буду выписывать ошибки, которые я нашел.

5. Валы адреса и данных назад.

Сначала должен возвращаться вал данных, потом - вал адреса. Это нужно, чтобы колесо 1 вернулось в прежнее положение в конце цикла. Вообще, схему надо упростить - объеденить колесо 1 и муфту сцепления 13 в одну деталь. Возможно, надо переделать приводы сцепления - сделать всего один узел, который активируется при нажатии двумя кулачками.

 

Вообще у меня такое впечатление, что по моей схеме что-то понять сложно.

 

Изменено 12 Dec 2015 пользователем letbur

[digger]

  Реле может побить колесики исключительно ценой.Колесики - дорогая точная механика из качественной стали.На релейную машину  надо огромное количество идентичных, в идеале дешевых, релюшек серийного производства. Но релейная машина постояно потребляет ток и сильно греется, реле неизбежно выходят из строя и их надо как-то искать и менять, реле же боится вибрации.

[letbur]

Реле может побить колесики исключительно ценой.

Моя мутная ячейка памяти с колесиками хранит всего три с половиной бита информации. Это огромное преимущество пред реле по плотности записи (в релейной схеме деталей на то же количество информации может оказаться даже меньше) . Про надежность я вообще молчу.  А еще реле быстрее делают умножение и деление. Да и синусы и логарифмы на реле высчитывать быстрее, если известен алгоритм cordic. Но, ИМХО, лучший вариант - газодинамическая логика. И надежность абсолютная, и простота производства - не то что в 19 веке, можно хоть в древнем Египте браться делать (про древний Египет - преувеличение). Так что механический десятичный комп я рисую только из спортивного интереса.

Изменено 12 Dec 2015 пользователем letbur

[Serg]

Но релейная машина постояно потребляет ток и сильно греется, реле неизбежно выходят из строя и их надо как-то искать и менять, реле же боится вибрации.

Сильно греется это если неправильно рассчитать катушку или неверно подключить. "Неизбежно", на моей памяти, не случалось даже спустя 3-5 лет непрерывной  работы в импульсном режиме 50 Герц, "ломалась" примерно одна из 30-50 за год(6000 часов непрерывной работы). Боится вибрации, не слышал от аквариумистов жалоб на аэраторы, а они как раз и работают на этом принципе.  

[letbur]

А я тем временем начну выдумывать АЛУ.

Арифметико-логическое устройство. Несмотря на столь страшное название, это, хоть и важная, но далеко на самая сложная деталь нашего компьютера. И она не является его главной фичей. Компьютер, который я предлагаю, предназначен только для демонстрации возможностей компютеров. С практическими задачами он справляется довольно плохо - человек с обычным арифмометром работает быстрее. Но зато компюьтер может выполнять операции без участия человека. Для умножения или для рассчета какой-то сложной функции на арифомометре нужно выполнять очень много действий, и за каждым действием следит человек. В компьютере все это делается автоматически. Достаточно только загрузить начальные данные.

 

Само АЛУ устроено по сравнению с арифмометром довольно просто. Оно может считать только в пределах 10, хранит только одну цифру и не может делать умножение. Довольно большой шаг назад по сравнению с арифмометром, на котором можно и умножать, и делить, и хранить 10-20 значными числами. Конечно, можно вместо АЛУ постоавить полноценный арифмометр, но тогда придется тянуть валы ко всем его колесикам. А это многократно усложняет механизм, и Такое простое АЛУ сделано, чтобы не компютер вообще смог работать. Но даже при его простоте оно имеет рад преимуществ перед арифометром. Во первых, оно может обмениваться данными с любой ячейкой паяти (под управлением программы, а не человека). А таких ячеек до 100 штук. Во вторых, оно выполняет и другие функции. Например, через него происходит запись данных из перфоленты в память (или в обратную сторону, если надо). Можно делать сортировку данных, вычисление любых математических функций, и кучу всего остального. На приведенной модели АЛУ я пока не стал рисовать очень важную деталь - механизм переноса. Это связано с тем, что эта деталь сильно влияет на работу устройства управления, которое я пока не придумал.

Схема будет напечатана в ближайший час.

[колонкизатор]

Моя мутная ячейка памяти с колесиками хранит всего три с половиной бита информации. Это огромное преимущество пред реле по плотности записи (в релейной схеме деталей на то же количество информации может оказаться даже меньше) . Про надежность я вообще молчу. А еще реле быстрее делают умножение и деление. Да и синусы и логарифмы на реле высчитывать быстрее, если известен алгоритм cordic. Но, ИМХО, лучший вариант - газодинамическая логика. И надежность абсолютная, и простота производства - не то что в 19 веке, можно хоть в древнем Египте браться делать (про древний Египет - преувеличение). Так что механический десятичный комп я рисую только из спортивного интереса. Изменено 13 минут назад пользователем letbur

Хорошо коллега, допустим, ко мне попал ваш расчудесный мех.-компьютер, и я хочу сделать элементарную вещь-1+1. Что мне надо делать, какие рычажки и кнопочки жать?

 З.Ы. Даже если допустим, что вы со своим проектом перенеслись на рубеж 19 и 20 века, как вы собираете заинтересовать вкладчиков? Я так вполне себе умею умножать/делить и складывать/вычитать трехзначные и четырехзначные за считаные доли секунды, а заодно извлекать корни из трёхзначных(как и всякий человек, учившийся в школе, и не позабывший программу). Зачем мне такой калькулятор, на котором можно считать числа, объемом информации максимум 3,5 бита??

[letbur]

Итак, АЛУ.

Колесо 1 соединено с валам данных. На этот же вал выводятся данные из памяти. Он единый на весь компьютер. Колесо 7 - главная деталь АЛУ, она называется аккумулятор. Это колесо сохраняет результаты вычисления. Оно же хранит одно из слагаемых. То есть после сложения это слагаемое теряется. К АЛУ не идет шина адреса. С этим важным устройством управляющий модуль ведет общение напрямую. С одной стороны, Аккмулятор обладает многими деталями ячейки памяти. На нем так же есть стопоры, например, стопор 9. Он нужен для чтения данных из аккумулятора. Но есть и колесо, которое эти данные читает (колесо 6). Одна из особенных деталей, которой не было в ячейки памияти, но есть в аккумуляторе - мягкий тормоз 9. Он слишком слаб, чтобы противостоять моменту, который создает вал данных, но может удержать возвратную пружину.

Ко всем устройствам АЛУ идут тяги ABCDE. Они идут на прямую из устройства управления (которое я пока не придумал). От их состояния зависит то, какое действие будет делать АЛУ. Когда на тяге устанавливается 1 - то соответствующая муфта сцепления замыкается, а тормоз начинает тормозить. Если ноль - то муфта расцепляется, тормоз отпускается и колесо может свободно вращаться.

Теперь операции, которые можно делать с аккмуулятором.

1. Очистка аккумулятора. По команде все муфты разцепляются, и пружина сбрасывает аккум.

2. Запись из памяти в аккумулятор. Аналогично записи в память. зацепляюся муфты 15 (тяга С). И данные записываются через колесо 6 на колесо 7. По окончанию записи стопор 9 блокирует аккумулятор.

3. Запись отрицательного числа. Тут происходит хитрость. Зацепляется муфта 3 (тяга D). Вращение от колеса 1 передается на коническое зубчатое колесо 4, и через планетарный механизм (5) на колесо 6. Которое через зубы 14-13 поворачивает аккумулятор в обратную сторону (тут я ошибся, но пока лень исправлять).

4. Сложение с аккумулятором. В предыдущей операции первое слагаемое как-то попало в аккум. Надо записать второе. Для этого мы соединяем муфтой 15 (линия С) аккум с валом данных, и затормаживаем тормоз 10 (тяга А). До того, как пойдут данные аккум хранит прежнее число, а когда данные пройдут, запоминает следующее.

5. Вычитание из аккума. аналогично сложению, только через планетарный механизм.

6. чтение Аккума - блокируется муфта 9 и 15 (B и C). Чтение аналогично чтению памяти.

Хорошо коллега, допустим, ко мне попал ваш расчудесный мех.-компьютер, и я хочу сделать элементарную вещь-1+1. Что мне надо делать, какие рычажки и кнопочки жать?

Выполнятся это будет примерно так. в память как-то заносим числа. Затем запускаем программу. Она загружает первое число в аккум. Затем складывает с ним второе. Затем передает куда-то то, что получилось. Некоторые ячейки памяти можно оборудовать идникаторами и механизмом ручного ввода, чтобы комп мог общаться с человеком.

Зачем мне такой калькулятор, на котором можно считать числа, объемом информации максимум 3,5 бита??

Более крупные числа (которые не помещаются в шину данных) компьютеры считают за несколько действий. Ну прям как люди - в столбик. Храня промежуточные результаты в памяти. По большому счету, память им для этого и нужна.

 

Хочу заметить, что схему я почти наверняка нарисовал не самую простою (можно сделать проще и совершенней) и, к тому же, с ошибками.

Еще на данном АЛУ не показан механизм переноса (я его придумаю потом). А еще надо сделать самое главное - устройство управления.

 

 

 

 

 

Изменено 12 Dec 2015 пользователем letbur

[letbur]

З.Ы. Даже если допустим, что вы со своим проектом перенеслись на рубеж 19 и 20 века, как вы собираете заинтересовать вкладчиков?

С механикой вообще связываться не буду. Да ну её. Максимум, нарисую заказчикам такой же чертеж. Только аккуратно и без ошибок. А если делать компьютер, то или пневмонический, или на реле. Лучше - и то, и другое одновременно, что лучше получится.

Я так вполне себе умею умножать/делить и складывать/вычитать трехзначные и четырехзначные за считаные доли секунды,

Складывать, вычитать - может быть, а вот умножать, и тем более делить - сильно сомневаюсь. Хотя, компьютерам есть серьезные конкуренты - счеты, логарифмические линейки, таблицы. Компьютеры нужны там, где нужен именно большой объем вычислений, чтобы со всем этим конкурировать. Значит надо сразу строить что-то большое. Но перед этим надо поэкспериментировать на чем-то более простом. Собсвенно, основная идея - создать сначала небольшой компьютер-игрушку, который не может окупить потраченные на него средства, и нужен для отработки технологий и изучения программирования.

Изменено 12 Dec 2015 пользователем letbur

[колонкизатор]

Выполнятся это будет примерно так. в память как-то заносим числа. Затем запускаем программу. Она загружает первое число в аккум. Затем складывает с ним второе. Затем передает куда-то то, что получилось. Некоторые ячейки памяти можно оборудовать идникаторами и механизмом ручного ввода, чтобы комп мог общаться с человеком.

Разъяснили. Ну раз уж вы разработали "начинку", то я думаю вы сможете нарисовать коробку с рычагами или клавишами управления.

Более крупные числа (которые не помещаются в шину данных) компьютеры считают за несколько действий. Ну прям как люди - в столбик. Храня промежуточные результаты в памяти. По большому счету, память им для этого и нужна.

Чтобы сложить 3467 и 8258 такому компьютеру придется выполнять тысячи таких мелких действий. Человек же при наличии листка бумаги и шариковой ручки это действие сделает секунд за 10-15.

С механикой вообще связываться не буду. Да ну её. Максимум, нарисую заказчикам такой же чертеж. Только аккуратно и без ошибок. А если делать компьютер, то или пневмонический, или на реле. Лучше - и то, и другое одновременно, что лучше получится.

Вы не поняли. Как вы их заинтересуете? Какие с практической точки зрения у вашего компьютера перспективы? Какое у него конкретное применение?

Складывать, вычитать - может быть, а вот умножать, и тем более делить - сильно сомневаюсь.

Делить за секунд 10, умножать за минуту. Ибо я ещё молод и не позабыл, как считать в столбик, что я и делаю в уме или устно. В любом случае, указанные тысячи действий ваш компьютер при быстродействии 1 действие в секунду сделает где-то за полтора часа:)

Хорошо извлекать корни можете до тех пор, пока числа те, что есть в таблиц корней.

Хе-хе.

А если нет, и числа получаются с кучей знаков после запятой, а рассчитать над с точностью хотя бы до 3 знаков?

Правила делимости и раскладывание на множители. Я хоть и студент-историк, но с алгеброй я на ты.

[Serg]

Складывать, вычитать - может быть, а вот умножать, и тем более делить - сильно сомневаюсь.

Для человека средних способностей вполне достижимое умение. Примерно до 70 годов даже актерская профессия была "счетчик". Человек на глазах изумленной публики производил арифметические и алгебраические действия с 6-12 значными числами. Думаю, если поискать, можно найти на трубе.

Изменено 12 Dec 2015 пользователем Serg

[letbur]

Чтобы сложить 3467 и 8258 такому компьютеру придется выполнять тысячи таких мелких действий. Человек же при наличии листка бумаги и шариковой ручки это действие сделает секунд за 10-15.

На сложение уйдут, по моим прикидкам 50-100 действий. Само сложение выполняется за 4 итерации. Но будет еще много операций передачи данных. Вот умножение - да, печальная и долгая процедура.

Вы не поняли. Как вы их заинтересуете? Какие с практической точки зрения у вашего компьютера перспективы? Какое у него конкретное применение?

Основная задача - создать большой компютер, который может выполнять сложные рассчеты. Составление таблиц для артиллеристов, рассчеты прочности зданий, рассчеты карты звездного неба (для астрономов), статистика, криптоанализ. Задач можно придумать много, но для этого нужен большой компьютер у которого много памяти и разрядность шины данных бит 20... Но чтобы такой сделать, надо на чем-то потренироваться - отработать технологию производства логических элементов. Которые можно применять не только для изготовления компьютеров, но и, например, для шифровальных машинок, табуляторов, телетайпов, автоматических линий и станков... Так что затраченные усилия не пропадут зря.

 

Изменено 12 Dec 2015 пользователем letbur

[Serg]

Но чтобы такой сделать, надо на чем-то потренироваться - отработать технологию производства логических элементов. Которые можно применять не только для изготовления компьютеров, но и, например, для шифровальных машинок, табуляторов, телетайпов... Так что затраченные усилия не пропадут зря.

Для начала неплохо освоить то что человечество уже создало для этого, Скажем прочитать инструкцию к "Феликсу".

[Serg]

+100

Список потенциальных попаданцев по данной теме. http://members.iinet.net.au/~daveb/simplex/ringhome.html

P.S.Мало-ли сгодится.

[колонкизатор]

Для человека средних способностей вполне достижимое умение. Примерно до 70 годов даже актерская профессия была "счетчик". Человек на глазах изумленной публики производил арифметические и алгебраические действия с 6-12 значными числами. Думаю, если поискать, можно найти на трубе.

Ну, я не гений.

На сложение уйдут, по моим прикидкам 50-100 действий. Само сложение выполняется за 4 итерации. Но будет еще много операций передачи данных. Вот умножение - да, печальная и долгая процедура.

Ну и зачем тогда этот напольный калькулятор?

Основная задача - создать большой компютер, который может выполнять сложные рассчеты. Составление таблиц для артиллеристов, рассчеты прочности зданий, рассчеты карты звездного неба (для астрономов), статистика, криптоанализ. Задач можно придумать много, но для этого нужен большой компьютер у которого много памяти и разрядность шины данных бит 20... Но чтобы такой сделать, надо на чем-то потренироваться - отработать технологию производства логических элементов. Которые можно применять не только для изготовления компьютеров, но и, например, для шифровальных машинок, табуляторов, телетайпов, автоматических линий и станков... Так что затраченные усилия не пропадут зря.

Бэббидж: "удачи, парень".

[Serg]

Ну, я не гений.

Чесс слово, извините если чем-то задел. Кстати, это умение довольно быстро утрачивается, если не поддерживать форму. Лет пять не пользовался, так трехзначное на двузначное стал с трудом умножать. Ситуация примерно как и с мышцами, если не пользуешься или мала нагрузка постепенно атрофируются.

[колонкизатор]

Чесс слово, извините если чем-то задел. Кстати, это умение довольно быстро утрачивается, если не поддерживать форму. Лет пять не пользовался, так трехзначное на двузначное стал с трудом умножать. Ситуация примерно как и с мышцами, если не пользуешься или мала нагрузка постепенно атрофируются.

Помню, как читал какой-то старый номер "вокруг света" за 1972-й(на даче есть все), и там приводилась небольшая статейка из того же "вокруг света", только 1905-го года, где говорилось как-раз о таких "вычислителях", так вот один такой "вычислитель" умер из-за...опухоли в мозгу.

[Zenitchik]

актерская профессия была "счетчик"

А обычный бухгалтер начала 19 века запросто складывал и вычитал в уме четырёхзначные числа. Именно этим фактом объяснялся низкий спрос на суммирующие машниы.

[Serg]

А обычный бухгалтер начала 19 века запросто складывал и вычитал в уме четырёхзначные числа. Именно этим фактом объяснялся низкий спрос на суммирующие машниы.

 

[ДмитрийА]

сложные рассчеты

Коллега, без обид, но слово расчет пишется с одним "с" ...