Генеалогия принтера

#Технологии
АП
Ася Петухова

Что такое принтер объяснять не надо. Но это сейчас, а люди старшего поколения еще помнят про АЦПУ — алфавитно-цифровые печатающие устройства, которыми были оснащены первые ЭВМ —электронно-вычислительные машины. В США такой компьютер размером 30х6х5 метров создавали в годы Второй мировой войны для расчета огня зенитной артиллерии, но построив и запустив в действие в 1945 году, перенацелили в первую очередь на расчеты, связанные с созданием термоядерной бомбы (а спустя пять лет еще и на мирные цели — прогноз погоды). 

У этого компьютера под названием Electronic Numerical Integrator and Computer («Электронный числовой интегратор и вычислитель»), или коротко ENIAC, было устройство для распечатки результатов решения дифференциальных уравнений в виде таблиц и графиков, но «принтером» это устройство ни сами создатели ЭНИАКа, ни его программисты тогда еще не называли. 

Внутренности ENIAC

Судя по их мемуарам, они вообще никак его не называли, тем более что промежуточные результаты компьютер выдавал в виде дырочек на перфоленте или перфокартах, которые снова загружались в компьютер, а конечные результаты распечатывались на бумаге из рулона на устройстве телетайпного типа. Так что, если говорить о первых компьютерных принтерах, то речь могла идти о перфораторах, похожих на эти устройства у первых телеграфных аппаратов XIX века системы Уитстона, и телетайпах. 

Когда слово «принтер» приобрело свое сегодняшнее значение установить трудно. Возможно, что в англоязычных странах конструкторы первых ЭВМ и их программисты использовали его как сленговое в своем кругу. Но зато точно можно сказать, когда оно стало общеупотребительным — с массовым распространением персональных компьютеров в конце 1980-х — начале 1990-х годов на Западе и спустя несколько лет у нас. Но тогда принтеры были уже другими, нежели в первых ЭВМ. Образно выражаясь, история принтера — не тот случай, когда вначале было слово.

Сразу же после выхода пресс-релизов об ENIAC 5 апреля 1946 года, в адрес Пенсильванского университета, где его строили, пришло письмо от советского торгового представителя в США с просьбой рассмотреть вопрос о возможности изготовления по советскому заказу такого же «робота-вычислителя» (Robot Calculator). Ученые из университета запросили разрешение у военных, и, судя по тону запроса, наивно рассчитывали его получить. 

Отказ был ожидаем и нельзя сказать, что сильно расстроил советское руководство. Как вспоминал академик Лаврентьев, благодаря настойчивости которого во многом ускорилось создание первых советских компьютеров, министр машиностроения и приборостроения СССР Паршин в ответ на его слова о необходимости озаботиться постройкой собственных ЭВМ сказал: «Когда мне надо было решить задачу, я взял 500 студентов, посадил их, дал каждому формулы, и все сделали в два дня. А вы говорите — машины!» Тем не менее здравый смысл возобладал, товарища Паршина поправил товарищ Берия, отвечавший за советский атомный проект, и в Москве и Киеве одновременно начались работы по созданию отечественных ЭВМ. 

В 1948 году их создателями были получены первые авторские свидетельства, а в 1951 году ЭВМ были приняты в эксплуатацию: в Москве — Автоматическая цифровая вычислительная машина (М1), в Киеве — Электронная (малая) вычислительная машина (МЭСМ). Согласно спецификации в первой предусматривался «вывод результатов и печать — на широкоформатном телетайпе»; во второй «съём результатов — фотографирование или посредством электромеханического печатающего устройства».

Спустя два года «для решения крупных производственных и научных задач» была построена самая быстрая в Европе БЭСМ-1 с «выводом результатов на электромеханическое печатающее устройство со скоростью 1,5 числа в секунду и на фотопечатающее устройство со скоростью 200 чисел в секунду». Иными словами, здесь было два типа принтера: медленная электрическая пишущая машинка и как ее альтернатива быстрое телетайпное фотосчитывающее (с перфоленты) устройство для печати.

В целом же проблем с принтерами для первых ЭВМ не было ни в США, ни в СССР, ни в Германии (незавершенная в Германии до 1945 года ЭВМ Конрада Цузе была достроена в Швейцарии уже после войны). Да, их электронная начинка создавалась впервые, но технологии вывода на печать двоичного или другого кода были известны со времен первых буквенных телеграфов, то есть по меньшей мере полвека, и доведены по совершенства в телетайпе. 

Как известно, родоначальником электрической буквенно-цифровой печати при передаче информации на расстояние по проводам (а потом и с помощью радиоволн) был телеграфный аппарат Морзе с двоичной системой шифра (точка — тире). Чтобы расшифровывать депешу по получении, можно было исходно автоматически, с помощью специальной клавиатуры, зашифровать буквы и цифры, а комбинации обозначающих их точек и тире автоматически расшифровывались и включали (или выключали) электромагниты в печатающем устройстве (по сути электрической пишущей машинке) и рычаг с соответствующей литерой или цифрой печатал ее на бумажной ленте. 

В 1870-е годы Эмиль Бодо разработал пятеричный (пятибитный) телеграфный код, более удобный для телеграфиста и более чем вдвое ускоряющий набор депеши и потом ее печать при получении. Код Бодо (ITA-1) был стандартом в телеграфии до 1901 года, когда Дональд Мюррей изменил его: оставив код пятибитным, он адаптировал его под клавиатуру пишущей машинки с раскладкой QWERTY. Код Мюррея получил название ITA-2, став новым стандартом для телеграфии и является таковым поныне. Ленты с текстом, наклеенные на бланке телеграмм, которые мы получаем сегодня, передаются кодом ITA-2, или, как его еще называли до 1995 года, CCITT-2. Этот же пятеричный код использовался в телетайпе.

История телетайпа описана в мельчайших деталях и во множестве вариантов, часто носящих апокрифический характер, что обычно бывает, когда задним числом описывают истоки большого бизнеса. Классическая ее версия повествует о том, как в 1902 году некий инженер-электрик Фрэнк Пирн попросил денег у владельца компании Morton Salt Джоя Мортона на усовершенствование действовавшей на тот момент системы телеграфной связи. Мол, у него, Фрэнка Пирна, есть идея, как это сделать. Дело было в Чикаго.

Почему Пирн обратился с такой идеей к крупнейшему поставщику соли на севере США, неизвестно, историки науки и техники на такие мелочи внимания не обращают. А зря. Пирн мог выбрать для своей просьбы Джоя Мортона просто потому, что тот был богатым человеком, но возможно, и по какой-то другой причине, которая могла бы пролить свет на эту довольно темную историю.

Джой Мортон отправил Пирна к своему младшему брату Марку у которого была компания Western Cold Storage, занимавшаяся хранением продовольствия и холодильным оборудованием для продовольственных складов и магазинов, а тот отфутболил инженера Пирна к своему главному инженеру и по совместительству вице-президенту его компании Чарльзу Краму. О чем говорил Крам с Пирном, опять-таки неизвестно. Известно только то, что Крам посоветовал боссу выделить помещение Пирну для работы на чердаке одного из складов компании, а деньги на опыты Пирна дал Джой Мортон. 

Спустя год, в 1903 году, Фрэнк Пирн ушел от Мортонов. У него якобы ничего не получилось и, разочаровавшись в своей идее, он устроился преподавателем в Университет Армора (ныне Иллинойский технологический институт). Но, надо же такому случиться, в том же 1903 году инженер-холодильщик Чарлз Крам подал заявку на патент «печатающего телеграфа» (Printing Telegraph), в котором «передающиеся сообщения воспроизводятся на принимающей станции путем распечатки на листах бумаги, как в обычной пишущей машинке».

Спустя год Чарлз Крам подает заявку на еще один патент «печатающего телеграфа, который должен работать быстро и четко», где идет речь об усовершенствованиях печатающего аппарата и контролирующего его работу электрических приспособлениях «для автоматической записи телеграфных сообщений». Патент США №888335 по первой заявке Крама был выдан ему в 1908 году, патент США №862402 по второй заявке — в 1907 году. С приоритетом Крама от 1904 и 1903 годов соответственно.

Дальше — больше. В 1906 году была создана компания Morkrum (Мортон + Крам, в данном случае имелся в виду старший Мортон – Джой, который финансировал эксперименты Крама с телеграфом) с уставным капиталом $150 тыс., что по тем временам были очень больше деньги. 

В том же 1906 году сын Чарлза Крама Говард окончил Университет Армора, где, к слову сказать, электротехнику с 1903 года преподавал Пирн. Вместе с отцом Говард продолжил работу по совершенствованию «печатающего телеграфа» и в 1910 году подал заявку на патент на метод полной синхронизации отправки текста и его приема. 

Его решение, как сейчас часто пишут, было очень простым и эффективным. Он добавил импульс “старт” перед каждой кодовой комбинацией символа (буквы) и импульс “стоп” после нее. Таким образом, была достигнута полная синхронизация. При этом, правда, часто забывают написать, что стартстопный режим при передаче по телеграфу изобрел Бодо. Но как бы там ни было, а в 1918 году Говард Крам получил патент США №1286351 с приоритетом от 1910 года.

Параллельно защите семейных авторских прав отец и сын Крамы вели практическую работу по изготовлению рабочего телетайпа. В 1910 году компания Morkrum установила первую коммерческую систему телетайпа между Бостоном и Нью-Йорком. В 1912 году заказчиком стала компания Western Union, и к середине того же года у нее было шесть действующих сетей. В 1914 году телетайпами компании Morkrum обзавелось новостное агентство Associated Press.

К началу 1920-х годов телетайп стал уже обычным делом, телетайпные аппараты продавались тысячами, бизнес Morkrum процветал. Неприятность случилась, когда глава Kleinschmidt Electric Company Эдвард Кляйншмидт подал патентную заявку на усовершенствованный способ «старт-стопа» для телетайпного принтера. Отодвинуть его в сторонку, как Фрэнка Пирна, было проблематично: Кляйншмидт был плодовитым и опытным изобретателем, обладателем нескольких десятков патентов, касающихся телеграфной связи. Компания Morkrum предпочла взять его в долю и добавила его имя в свое название, став Morkrum-Kleinschmidt Company. В 1928 году она снова поменяла свое название на Teletype Corporation, а в 1930 году ее за $30 млн купила AT&T.

Говард Крам остался в AT&T консультантом, Эдвард Кляйншмидт основал собственную компанию, которая существует до сих пор под названием Kleinschmidt Inc., которая обслуживает онлайн-торговлю и сама приторговывает в интернете. Соляной магнат Джой Мортон, который исполнял в Teletype Corporation на всех этапах ее развития, начиная с чердака холодильника своего брата Марка, представительскую функцию, с лихвой компенсировал инвестиции в телетайп и даже потешил свое самолюбие парой патентов на мелкие усовершенствования телетайпных аппаратов, устроил в своем поместье в Иллинойсе дендрарий. Теперь он восстанавливал здесь девственную прерию. Ныне его дендрарий — известный в США ботанический сад с собственным научным подразделением и тысячами посетителей ежегодно.

Телетайп в эру компьютеров утратил свое значение, но на заре этой эры именно он обеспечил первые ЭВМ практически готовыми терминалами на выходе для распечатки результатов вычислений на бумаге. Разница была только в механической части собственно печатающего устройства, но принцип был один — пишущей машинки. 

Первая попытка уклониться от стереотипа была предпринята в первой американской серийной ЭВМ UNIVAC, выпускавшейся в 1951-58 годах и для правительственных учреждений, частных корпораций и университетов. Там принтер был барабанным: барабан с рельефными буквами и цифрами за один оборот печатал одну строку. Нужные символы по очереди отпечатывались молоточком, который прижимал бумажный рулон к барабану через красящую ленту в нужном месте. Скорость печати была 10 символов в секунду.

Работа на UNIVAC

Таким же барабаном был снабжен и принтер (по-советски — АЦПУ, алфавитно-цифровое печатающее устройство) первой отечественной серийной ЭВМ «Урал-1», выпускавшейся в те же 1950-у годы. Одна из таких машин стояла на космодроме Байконур для расчета траекторий первых суборбитальных и орбитальных полетов. Скорость печати у нее был 25 символов в секунду. 

К слову сказать, барабанный принтер запланировал и легендарный Чарлз Бэббидж для своего механического компьютера, который он так и не построил. Его по чертежам Бэббиджа смастерили в 1991 году, и теперь в лондонском Science Museum можно увидеть, как поднимается и прижимается к бумажной ленте барабан компьютерного принтера образца 1833 года.

На смену барабану появились лепестковые принтеры, Диск, который при определенной доле фантазии, можно было назвать «ромашкой» вращался, лепесток с нужным символом прижимался к бумаге, по нему бил молоточек, и на бумаге через красящую ленту отпечатывалась буква или цифра. Скорость печати у самых быстрых лепестковых принтеров была феноменальной и по нынешним временам — свыше 1 тысячи знаков в секунду.

Следующим шагом были матричные принтеры, в которых оттиск на бумаге оставляли иголки печатающей головки. Они управляются электромагнитами и, выдвигаясь, формируют нужный символ. Число иголок колеблется от 9 до 48, чем их меньше, тем быстрее печать, чем больше — тем медленнее печать, но выше ее качество. Игольчатые принтеры, впервые появившиеся в середине 1960-х, были первыми принтерами для персональных компьютеров, они дожили до конца 1990-х годов, а кое-где живы поныне.

В 1970-е годы появились первые струйные и лазерные принтеры, которые сейчас составляют основной парк принтеров для персональных компьютеров. Что касается струйных принтеров, то это по сути разновидность фломастера, автоматизированного до крайности примерно полудюжиной разных способов. 

Лазерный же принтер — его прямой антипод, он работает по принципу сухой печати, тому же принципу, по которому работает ксерокс. Компьютерная картинка проецируется с помощью лазерного луча на барабан, покрытый светочувствительным материалом, создавая градиент электростатического заряда в затемненных местах и более светлых. Потом поверхность барабана опыляется тонером, прижимается к листу бумаги и «запекается». Качество печати лазерного принтера высокое.

Разновидность принтера с сухой печатью — светодиодный. Разница только в том, что вместо лазера электростатическую картинку на цилиндре принтера создает линейка светодиодов в количестве от 2,5 тыс. до 10 тыс.

Есть еще термические принтеры, работающие по принципу паяльника или утюга, но они требуют специальную термочувствительную бумагу, чернеющую в месте нагрева. Они хороши для печати этикеток и кассовых чеков, но не для обычных нужд владельца персонального компьютера. К узкоспециализированной нише пока относятся и 3D-принтеры, работающие по принципу папье-маше.

Если же построить генеалогическое древо принтера, то оно пока не очень ветвистое. Родители — телеграфный аппарат и пишущая машинка, старший брат — телетайп, и еще имеется небольшое число двоюродных и дальних родственников: ксерокс, перфоратор, фломастер, паяльник, папье-маше.

Заглавное фото: Flickr

Читайте в нашем журнале: 

Электронная тату, вентилятор и медведь: самые необычные патенты Google

Бейдж, бар и роботы: 10 необычных патентов «Сбера»

Как корпорация IBM стала «крестным отцом» интеллектуальной собственности в США

Ася Петухова
Онлайн Патент
#Технологии
Спасибо! Мы перезвоним вам в ближайшее время!