1.2. Ранняя история программирования автоматов

В одних автоматах программа реализована непосредственно в их конструкции. Изменить её можно, только перестроив весь автомат. Такие автоматы люди создавали с древнейших времён (охотничьи ловушки – 10-15 тыс. лет назад; солнечные, водяные, песочные, огневые часы – 3500-4000 лет до н.э.; куклы-автоматы и автоматические театры –IVвек до н.э.; торговые автоматы для продажи воды и вина –IIвек до н.э.)⁷.

Важный вклад в создание автоматов принадлежит Архиту Тарентскому (428 год до н. э. – 347 год до н. э.) – древнегреческому философу-пифагорей­цу, математику и механику, теоретику музыки, государственному деятелю и полководцу, современнику и другу Платона. Его сочинения до нас не дошли, но позднеантичные авторыII-IIIвеков н.э. сообщают, что Архит сделал летающего деревянного голубя и первый «свёл движение механизмов к геометрическому чертежу», т.е. предложил графический способ алгоритмического описания механизмов (то, что впоследствии превратилось вкинематические схемы механизмов)⁸.

В конструкции других автоматов выделен особый управляющий блок(один или несколько), содержащий и исполняющий программу. Для изменения программы достаточно заменить или перенастроить только этот блок. Такой автомат называетсяпрограммируемым(автоматы первого типа будем называтьнепрограммируемыми).

Рисунок 1.1. Программируемые управляющие валики.

Один из первых таких программируемых управляющих блоков использован в автоматическом театре, описанном Героном Александрийским⁹предположительно воIIвеке до н.э. – программируемые валики (рис. 1.1). На валик со штырьками (штифтами) в определённом порядке наматывается шнур, один конец которого привязан к грузу, а второй закреплён на валике. Под действием груза валик вращается в ту или другую сторону, перемещая или вращая управляемые объекты, связанные друг с другом различными передаточными механизмами (шестернями, рейками, червяками, верёвками и пр.), обеспечивая разнообразие и синхронизацию движений¹⁰. Для изменения программы достаточно иначе намотать шнур и переставить штифты.

Рисунок 1.2. Механизм башенных часов из Дувра (1348 год).

Дальнейшее развитие автоматов, да и всего технического прогресса, тесно связано появлением и совершенствованием механических часов, называемых «колёсными». Почти до серединыXVIвека они были преимущественно башенными, имели гиревой завод и примитивный регулятор равномерности хода (рис. 1.2). Первые башенные часы в Европе построены были в 1288 году английскими мастерами в Вестминстере. Потребность в точном знании времени была столь велика, что башенные часы стали быстро распространяться и совершенствоваться. В России первые башенные часы появляются на княжеском дворе Московского Кремля в 1401 году.

Кроме показа времени и часового боя башенные часы могли показывать и астрономические сведения, и целые кукольные представления. Создание таких автоматов требовало особых программных устройств. Их приводил в движение большой диск или барабан, управляемый часовым механизмом. Все подвижные части фигур имели свои рычаги. Во время вращения диска они то поднимались, то опускались, когда рычаги попадали в особые вырезы и зубцы вращающегося диска.

Рисунок 1.3. «Писец» Пьера Жаке-Дроз, его механизм и управляющий диск.

Изобретения и усовершенствования, способствовавшие повышению точности, компактности и многофункциональности часов (сложные зубчатые передачи, пружина, маятник, балансир, программное управление) сделали часовой механизм и его детали основой для создания автоматов иного назначения. Так,XVIIIвек стал веком расцвета человекоподобных механических автоматов, названных тогдаандроидами¹¹. Они использовались, в основном, как дорогие игрушки, но оказали огромное влияние на развитие производственных автоматов. Наиболее известны сейчас андроиды французского механика и изобретателя Ж. Вокансона (1709-1782) и швейцарских часовщиковXVIIIвека отца и сына Жаке-Дроз. На рисунке 1.3 показан сменный диск, управляющий написанием текста, похожий на управляющие диски башенных часовXVвека. В России в это время трудились знаменитые изобретатели¹²:

А.К. Нартов(1693-1756) – изобретатель первого в мире «самоходного» суппорта для токарно-копировальных станков (1712 г.), в которых управляющим блоком был копировальный механизм, а программа движения задавалась сменной моделью изготавливаемого изделия¹³;

И.П. Кулибин(1735(17350421)-1818) – механик-изобре­татель, создатель уникальных карманных часов (1764-1767). В их корпусе помимо собственного часового механизма помещались ещё и механизм часового боя, музыкальный аппарат, воспроизводивший несколько мелодий, и сложный механизм крошечного театра-автомата с подвижными фигурками¹⁴.