От колес к электронным лампам

Инерционность колес и других движущихся частей всякого механизма не позволяет вести счет на механических арифмометрах с желаемой быстротой. Вот если бы удалось заменить механические детали какими-нибудь электронными приборами, тогда работа арифмометра стала бы поистине молниеносной! Ведь на экране телевизора электронный луч успевает прочертить 625 строк за ¹/₂₅ секунды!

Электроника уже научилась заменять электронными лампами многие механические устройства. Однако необходимо сразу же принять во внимание одно существенное различие между зубчатым колесом и электронной лампой. Колесо с десятью зубцами имеет 10 четко фиксированных положений, которые могут быть сопоставлены цифрам от 0 до 9. У электронной же лампы есть только два резко различных состояния: как говорят радисты, она может быть "заперта" или "открыта". Запертая лампа совсем не пропускает тока (на ее управляющую сетку подано достаточно большое отрицательное напряжение); открытая лампа пропускает через себя самый большой ток (благодаря наличию на сетке достаточного положительного потенциала). Все промежуточные состояния лампы (когда она "полуоткрыта") недостаточно устойчивы и не могут служить для изображения цифр (изменение свойств лампы с течением времени или от внешних причин привело бы к замене одной цифры другою).

Используя два резко различных состояния электронной лампы, возможно изобразить только две цифры - например, 0 (лампа заперта) и 1 (лампа отарыта). Поэтому, заменяя зубчатые колеса арифмометра электронными лампами, естественно также перейти от десятичной системы нумерации к двоичной¹ - тогда любое число можно будет записать определенной комбинацией нулей и единиц.

¹ (О двоичной системе нумерации см. стр. 39-40.)

Арифметика чисел в двоичной записи оказывается очень простой. Вся таблица умножения сводится к четырем простейшим произведениям:

0*0 = 0

0*1 = 0

1*0 = 0

1*1 = 1,

а таблица сложения - к четырем столь же простым суммам. Не правда ли, это не особенно далеко выходит за пределы прославленных познаний Митрофанушки из комедии Фонвизина?

Чтобы умножать по такой таблице, можно использовать последовательное соединение двух электронных ламп (рис. 24). Цифры сомножителей изображаются короткими импульсами электрического напряжения: единица - наличием импульса, а нуль - его отсутствием. Импульс первого сомножителя подается на сетку одной лампы, а импульс второго сомножителя - на сетку другой. Обе лампы предварительно заперты (на их сетки подано отрицательное напряжение от специального источника). Поэтому общая анодная цепь обеих ламп разомкнута, и в ней нет тока, несмотря на наличие батареи Б.

При перемножении двух единиц на сетку обеих ламп поступают изображающие их импульсы положительного напряжения. Благодаря этому обе лампы отпираются (величины лампы отпираются (величины импульсов выбираются достаточно большими), и в общей анодной цепи идет ток. Импульс этого тока как раз и изображает единицу произведения в полном соответствии с равенством 1*1 = 1.

Если же мы будем перемножать единицу на нуль или нуль на единицу, то положительный импульс напряжения поступит только на одну сетку (ведь нулевой сомножитель изображается отсутствием электрического импульса). Значит, отопрется только одна из ламп, а другая останется запертой. Общая анодная цепь окажется разомкнутой; отсутствие импульса тока в этой цепи и будет обозначать, что произведение равно нулю (0*1 = 1*0 = 0). Тот же самый результат, естественно, получится и при перемножении двух нулей (0*0 = 0).

Разобранная схема для перемножения двух однозначных чисел в двоичной записи не является единственно возможной; мы рассмотрели именно ее только потому, что она особенно проста. Внимательный читатель, возможно, догадается, что это - не что иное, как знакомая нам уже логическая цепь "и" (см. рис. 17 на стр. 73). Только электромагнитные реле заменены еще более быстродействующими электронными лампами. Возможна и дальнейшая замена электронных ламп более миниатюрными, экономичными и надежными полупроводниковыми приборами.

Сходные в общем принципы лежат и в основе электронных устройств для выполнения других арифметических действий. Нужно только иметь в виду, что на практике осуществление таких принципов для многозначных чисел значительно сложнее.