От абака до компьютера

         

ДВА ВЕЧЕРА У ГЕРЦОГИНИ д'ЭГИЙОН


Вечером 14 апреля 1652 года окна загородного особняка герцогини д'Эгийон в Малом Люксем­бурге были ярко освещены. Гости хозяйки до­ма — племянницы покойного кардинала Ри-шелье—собрались в этот день по несколько необычно­му для светского общества поводу. Как писал в своей рифмованной газете «Историческая муза» поэт Жан Лоре,

От горничной до герцогини К математической машине Проявлен всеми интерес. И вот однажды некто Блез Паскаль с большим проникновеньем Им рассказал про вычисленья И логику. И тем исторг Глубокий искренний восторг. И в благодарность за беседу Был уподоблен Архимеду *.

Сохранившиеся портреты позволяют представить внешний облик «французского Архимеда»: он хрупок и невысок ростом; вьющиеся волосы ниспадают на плечи;

белый отложной воротник подчеркивает нездоровую бледность лица, черты которого скорее некрасивы, не­жели привлекательны: покатый лоб, вислый с горбинкой нос, пухлые губы... пож~алуй, замечательны лишь тем­ные, внимательные глаза...

Паскалю не исполнилось еще и 29 лет, но имя его уже хорошо известно ученому миру Европы. В 16 лет он

Перевод И. М. Липкина.

31

пишет замечательный «Опыт о конических сечениях». 53 строчки этого сочинения были отпечатаны в коли­честве 50 экземпляров, так что их можно было расклеи­вать на улицах, что в то время иногда практиковалось. Одна из теорем, приведенных в этом сочинении, под названием теоремы, Паскаля до сих пор остается в числе основных теорем проективной геометрии.

В 23 года Паскаль обращается к физическим про­блемам. Его исследования атмосферного давления и дав­ления в жидкостях похоронили пресловутый horror vacui (боязнь пустоты), подарив нам гидростатический за­кон Паскаля, идею альтиметра и гидравлического пресса.

И вот к славе математика и физика прибавилась сла­ва выдающегося изобретателя и механика. В 18 лет Паскаль начинает работать над созданием машины, с помощью которой даже незнакомый с правилами ариф­метики мог производить ее четыре действия.


Вопросы, на которые Паскалю-конструктору необхо­димо было ответить в процессе этой работы, можно сформулировать следующим образом.



1. Как физически (предметно) представить числа в машине?

2. Как осуществить ввод исходных числовых дан­ных?

3. Как выполнить арифметические операции механи­ческим путем?

4. Как осуществить перенос десятков?

5. Как представить вычислителю вводимые исходные данные и результаты вычислений?

Паскаль смог, вероятно, без особых усилий справить­ся с этими задачами. Трудности подстерегали его в другом. Свидетельствует Жильберта Паскаль: «Эта ра­бота очень утомляла брата, но не из-за напряжения умственной деятельности и не из-за механизмов, изобре­тение которых не вызывало у него особых усилий, а из-за того, что рабочие плохо понимали его». И это не удивительно. Точная механика только рождалась, и ка­чество, которого добивался Паскаль, превышало воз­можности его мастеров. Поэтому Паскалю нередко са­мому приходилось браться за напильник и молоток или ломать голову над тем, как изменить в соответствии с квалификацией мастера интересную, но сложную кон­струкцию.

32

Первая работающая модель машины была готова уже в 1642 году*. Паскаля она не удовлетворила, и он сразу же начал конструировать новую модель. «Я не экономил,— писал он впоследствии, обращаясь к «дру­гу-читателю»,—ни времени, ни труда, ни-средств, что­бы довести ее до состояния быть тебе полезной... Я имел терпешге сделать до 50 различных моделей: одни дере­вянные, другие из слоновой кости, из эбенового дерева, из меди...»

Паскаль экспериментировал не только с материалом, но и с формой деталей машины: модели были сдела­ны — «одни из прямых стержней или пластинок, другие •из кривых, иные с помощью цепей; одни с концентри­ческими зубчатыми колесами, другие — с эксцентрика­ми; одни—движущиеся по прямой линии, другие— кру­говым образом; одни—в форме конусов, другие—в форме цилиндров...»

Наконец в 1645 году арифметическая машина, как назвал ее Паскаль, или Паскалево колесо, как называ­ли ее те, кто был знаком с изобретением молодого уче­ного, была готова.



Она представляла собой легкий латунный ящичек, размером 350Х125Х75 мм (рис. 14). На верхней крышке—8 круглых от­верстий, вокруг каждого нанесена круговая шкала. Шкала крайнего правого отверстия разделена на 12 равных частей, шкала соседнего с ним отверстия—на 20 частей, шкалы остальных 6 отверстий име- • ют десятичное деление. Такая градуировка соответствует делению ливра — основной денежной, единицы того времени — на более мел­кие: 1 су ==

'/so ливра и 1 денье = '/ц су.

В отверстиях видны зубчатые колеса, находящиеся ниже плос­кости верхней крышки. Число зубьев каждого колеса равно числу делений шкалы соответствующего отверстия (например, у крайнего правого колеса 12 зубьев). Каждое колесо может вращаться неза­висимо от другого на собственной оси. Поворот колеса осуществ­ляется от руки с помощью ведущего штифта, который вставляется между двумя смежными зубьями. Штифт поворачивает колесо до тех пор, пока не наталкивается на неподвижный упор, закрепленный в нижней части крышки и выступающий внутрь отверстия левее' цифры 1 круговой шкалы. Если, например, вставить штифт между зубьями, расположенными против цифр 3 и 4, и повернуть колесо до упора, то оно повернется на '/ю полного поворота.

Поворот колеса передается посредством внутреннего механиз­ма машины цилиндрическому барабану, ось которого расположена горизонтально. На боковой поверхности барабана нанесены два

* В 1942 году в суровые военные дни в Лондоне состоялось тор­жественное собрание членов Королевского астрономического обще­ства и представителей борющейся Франции,-посвященное 300-й го­довщине создания первой счетной машины Паскаля.



2 2405



33

ряда цифр; цифры нижнего ряда расположены в порядке возра­стания — 0, .... 9, цифры верхнего ряда — в порядке убывания — 9, 8, ..., 1,0. Они видны в прямоугольных окнах крышки. Планка, кото­рая помещается на крышке машины, может передвигаться вверх иди вниз вдоль окон, открывая либо верхний, либо нижний ряд чисел в зависимости от того, какое математическое действие нужно произ­вести.



В отличие от известных счетных инструментов типа абака в арифметической машине вместо предметного представления чисел использовалось их представление в виде углового положения оси (вала) или колеса, кото­рое несет эта ось. Для выполнения арифметических опе­раций Паскаль заменил поступательное перемещение-камешков, жетонов и т. д. в абаковидных .инструментах на вращательное движение оси (колеса), так что в его машине сложению чисел соответствует сложение пропор­циональных им углов.

Колесо, с помощью которого осуществляется ввод чисел (так называемое установочное колесо), в принци­пе не обязательно должно быть зубчатым — этим коле­сом может быть, например, плоский диск, По периферии которого через 36° просверлены отверстия, в которые вставляется ведущий штифт.

Нам осталось познакомиться с тем, как Паскаль ре­шил самый, пожалуй, трудный вопрос,— о механизме переноса десятков. Наличие такого механизма, позво­ляющего вычислителю не тратить внимания на запоми­нание переноса из младшего разряда в старший,— это наиболее разительное отличие машины Паскаля от из­вестных счетных инструментов.

На рис. 16 изображены элементы машины, относящиеся к од­ному разряду: установочное колесо N, цифровой барабан /, счетчик, состоящий из 4 корончатых колес В, одного зубчатого колеса К

и механизма передачи десятков. Заметим, что колеса В', В* и К. не имеют принципиального значения для работы машины и исполь­зуются лишь для передачи движения установочного колеса N циф­ровому барабану /. Зато колеса В2 и В3 — неотъемлемые элементы счетчика и в соответствии со «счетно-машинной» терминологией име-*  нуются счетными колесами. На рис. 15 показаны счетные колеса двух соседних разрядов, жестко насаженные на оси А\ и Л;, и ме­ханизм передачи десятков, который Паскаль назвал «перевязь» (sautoir). Этот механизм имеет следующее устройство.

На счетном колесе Bi младшего разряда имеются стержни С\, которые при вращении оси Ai входят в зацепление с зубьями вил­ки М,



расположенной на конце двухколенного рычага Di. Этот ры­чаг свободно вращается на оси .4з старшего разряда, вилка же несет на себе подпружиненную собачку. Когда при вращении оси

34

Ai колесо Bi достигнет позиции, соответствующей цифре 6, стерж­ни С\ войдут в зацепление с зубьями вилки, а в тот момент, когда ohq перейдет от 9 к 0, вилка выскользнет из зацепления и под дей­ствием собственного веса упадет вниз, увлекая за собой собачку. Собачка и протолкнет счетное колесо В2 старшего разряда на один шаг вперед (то есть повернет его вместе с осью Ла на 36°). Рычаг Н, оканчивающийся зубом в виде топорика, играет роль защелки, пре­пятствующей вращению колеса Bi в обратную сторону при подни­мании вилки.

Механизм переноса действует только при одном на­правлении вращения счетных колес и не допускает вы­полнения операции вычитания вращением колес в обрат­ную сторону. Поэтому Паскаль заменил эту операцию операцией сложения с десятичным дополнением.

Пусть, например, необходимо из 532 вычесть 87. Метод допол­нения приводит к действиям:

532 — 87 = 532 — (100—13) == (532 + 13) — 100 = 445.

Нужно только не забыть вычесть 100. Но на машине, имеющей определенное число разрядов, об этом можно не заботиться. Действи­тельно, пусть на 6-разрядной машине выполняется вычитание:

532—87. Тогда 000532+999913= 1000445. Но самая левая единица потеряется сама собой, так как переносу из 6-го разряда некуда деться. В машине Паскаля десятичные дополнения написаны в верх­нем ряду цифрового барабана. Для выполнения операции вычита­ния достаточно передвинуть планку, закрывающую прямоугольные окна, в нижнее положение, сохранив при этом направление враще­ния установочных колес.

Одну из первых удачных моделей своейг машины Паскаль преподнес канцлеру Сегье. Покровительство Пьера Сегье помогло ученому получить 22 мая 1649 года королевскую привилегию, которая устанавливала его приоритет в изобретении и закрепляла за ним право производить и продавать машины.


С 1646 по 1652 год Паскаль изготовил некоторое количество машин и часть их продал (до наших дней сохранилось 8 машин). Лю­бопытно, что в Париже роль маклера и демонстратора машины выполнял известный математик Роберваль, ко­торый был близким другом отца изобретателя Этьена Паскаля.

. Паскаль продолжал работать над усовершенствова­нием машины, в частности пытался сконструировать устройство для извлечения квадратного корня. Работа продолжалась вплоть до 1652 года, и дата «светской кон­ференции» у герцогини д'Эгийон — одна из последних в истории паскалеввкой машины. Еще через несколько



2*



35

месяцев он отправит свою машину юной шведской ко­ролеве Христине, славившейся умом, эксцентричностью и ученостью, а затем навсегда отойдет от занятий вы­числительной техникой.

Так завершится история создания арифметической машины Паскаля, которая по случайному стечению об­стоятельств также началась в доме герцогини д'Эгийон (правда, в парижском) 4 апреля 1639 года.

В этот день здесь давали любительский спектакль, на котором присутствовал фактический правитель Фран­ции, всемогущий кардинал Ришелье. Кардиналу, боль­шому любителю драм, в том числе и разыгрываемых .на подмостках, пришла фантазия увидеть трагедию в исполнении детей. Подготовить представление взялась герцогиня д'Эгийон. Она выбрала пьесу популярного па­рижского поэта и драматурга Жоржа де Скюдери «Ти­раническая любовь», написанную в модном жанре траги­комедии. Мадам д'Эгийон, •• хорошо знакомая с семей­ством Этьена Паскаля, знала, что младшая дочь Жакли-на увлекалась театральным искусством и брала уроки у известного актера Мондори. К Паскалю был послан го­нец, возвратившийся, впрочем, ни с чем. «Моя мать с горечью сказала, что она оказалась в Париже одна, с братом и сестрой, очень огорченными отсутствием отца, и никто из них не испытывает желания доставить удо­вольствие господину кардиналу»,— вспоминала впослед­ствии дочь старшей сестры Блеза — Жильберта.



Дело в том, что в 1638 году Этьен Паскаль возглавил группу недовольных рантьеров, протестовавших против решения правительства отменить выплату ренты, и кар­динал Ришелье приказал упрятать «бунтовщика» в Ба­стилию. Паскалю пришлось бежать, и дети остались в Париже одни.

Отказ не обескуражил герцогиню. Она намекнула, что если кардиналу понравится игра Жаклины, то на этом можно будет сыграть.

Спектакль, на котором присутствовали П. Сегье, Ж. де Скюдери, а также Жильберта и Блез Паскали, имел большой успех. Особенно понравилась всем Жак-лина. Хотя ее прелестное личико было обезображено следами недавно перенесенной оспы, искренность, с ко­торой она произносила александрийские стихи ее герои­ни Кассандры, покорила зал. После того как опустился занавес, девочка бросилась к кардиналу и, давясь сле-

36

за ми, начала бормотать заранее подготовленные слова. Ришелье обнял Жаклину и посадил ее на колени. Успо­коившись, она начала читать стихи, в которых просила простить отца. Растроганный кардинал уверил Жакли­ну, что сделает все, о чем она просила. «И действитель­но, вы должны что-нибудь сделать для этого человека,— сказала герцогиня д'Эгийон.— Я слышала, что это весь­ма достойный и очень образованный человек. Было бы плохо, если бы он остался не у дел...»

Кардинал сдержал свое слово: Этьен Паскаль был прощен и назначен на пост интенданта Руанского гене­ральства. В Руан семейство Паскалей прибыло 2 января 1640 года, и Э. Паскаль сразу же погрузился в работу. Он ночи напролет просиживал над подсчетами налого­вых сборов. Блез помогал отцу. Впоследствии он писал, что начал работу над арифметической машиной, же­лая облегчить громоздкие вычисления, которые он делал для отца.

Использовалась ли машина Паскаля в практических расчетах? Об этом нет никаких сведений. Современники ученого, восхищаясь машиной, все же находили ее слож­ной, ненадежной, малопригодной для практических це­лей. Да и не только современники. Примерно через 150.лет в книге А. И. Орлова «Французский ученый Влас Паскаль. Его жизнь и-труды» о машине будет ска­зано следующее: «Устройство ее очень сложно. С по­мощью этой машины человек, даже вовсе незнакомый с правилами арифметики, может делать с точностью всякие вычисления. Такая машина, разумеет­ся, слишком дорога и сложна, чтобы быть полезной людям» (разрядка наша,— Авт.).

Впоследствии были созданы счетные (вычислитель­ные) машины, несравненно более дорогие и более слож­ные, нежели машина Блеза Паскаля; машины, пользу которых для человечества трудно переоценивать... Одна­ко их начало следует искать в скромном паскалевском колесе.


Содержание раздела