アリスモメーター(Arithmometer)

歯車式計算機の実用化・量産化が進んだのは19世紀である。フランスのコルマー(Charles Xavier Thomas de Colmar、1785-1870)がアリスモメーターという計算機を発明し、1820年に特許を取得している。同機は、ライプニッツの計算機と同じく段付き歯車を利用したタイプのものであったが、1825年から65年までの40年間に約500台、1865年から1878年までの13年間に約1000台が売れるなど一定の量産がなされるとともに、数多くの類似品が出回った。
1870年代には、スウェーデンのオドネル(Willgodt Theophil Odhner、1845-1905)やアメリカのボールドウィン(Frank Stephen Baldwin、1838-1925)らが、段付き歯車の代わりにピン歯車を利用するようにアリスモメーターを改良し、より大きな数を扱うことができるようにしている。オドネルは1878年に、ボールドウィンは1875年にそれぞれ特許を取得しているが、オドネルの改良機の方がボールドウィンのものよりも頑丈で結果を読み取りやすかったことによってより広く社会的に使われるようになった。

 
段付き歯車(stepped drum)
段付き歯車とは、下図のように、長さが異なる9つの歯を円筒に付けたものであり、円形歯車と組み合わせて用いる。計算機で「1」を設定すると1つの歯が、「2」を設定すると2つの歯が円形歯車とかみ合うように設計されている。
下図ような配置であれば、段付き歯車の7つの歯が円形歯車とかみ合うことになる

[図の出典]
元の図から、歯車の軸および背景色を取り除いた。
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Staffelwalzeprinzipbha.jpg

 
ピン歯車(pin wheel)
ピン歯車とは、引き込み式のピン(可動ピン)が内部に9つ取り付けられた歯車である。計算機で「1」を設定すると1つのピンが、「2」を設定すると2つのピンが突き出た状態になるように設計されている。
下図では、3つのピンが突き出た状態になっている。

[図の出典]
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Roue_%C3%A0_nombre_de_dents_variables.png

 
参考資料
  1. The Museum of HP Calculators “How Calculating Machines Worked”
    https://www.hpmuseum.org/mechwork.htm

  2. National Museum of American History “Stepped Drum Calculating Machines” Collections>Object Groups>Calculating Machines
    https://americanhistory.si.edu/collections/object-groups/calculating-machines/stepped-drum-calculating-machines?utm_source=chatgpt.com
    Thomas Arithmometer(ca 1820)、Payen Arithmometer(ca 1887)など76のアリスモメーターに関する写真付き解説がある。

  3. 国会図書館「アリスもメーター」博覧会-近代技術の展示場>第2部 出展品からみる産業技術の発達 > 技術の一覧>計算機
    https://www.ndl.go.jp/exposition/data/R/652r.html

エドモンド・バークリー(Edmund Callis Berkeley)関連資料

1. はじめに
 
バークリーは、Association for Computing Machinery(ACM) の創設者の一人で、ACMの初代secretaryを努めている。彼は、Computer and People (旧名: Computers and Automation)誌の編集者兼発行人を1949年から務めるともに、コンピュータおよび数学に関する16冊の本を書いている[注1]
バークリーは、City College of New Yorkでthe fall term 1951-1952に”Digital Computers and Techniques”というタイトルの授業をおこなうなど、コンピュータ分野に強い興味・関心を持った人々を対象としたコンピュータ教育や普及活動をおこなうとともに、コンピュータによって第二の産業革命(”Second Industrial Revolution” [Berkeley, E.C. (1956) Tyniacs, p.4)が生じるといったコンピュータ革命論などの主張により、1950年代にコンピュータの社会的普及に寄与した人物である。

図1 Radio-Electronics 1950年10月表紙におけるロボットSquee
図2 Scientific American 1950年11月表紙における組立済みSimon

バークリーは、「mechanical brains、electric brains、brain machines 、machines that thinkとしてのコンピュータ」という宣伝文句(あるいは比喩)のもとに、Giant Brainといった著作の出版、Squeeというロボット[図1参照]の製作、コンピュータ教育用のコンピュータ・キットSimon[図2参照]製作プラン[注2]、Geniacなどのelectrical toy kitsの販売などをRadio ElectronicsやPopular Electronicsといったホビイスト向け雑誌(hobbyist magazine)を通じておこない、1950年代にコンピュータという新技術・新製品の有用性を社会的に広く知らしめた大衆的啓蒙家・普及者(popularizer)、エバンジェリスト(evangelist)として知られている。
なおバークリーは、掛け算・割り算・引き算・足し算などの計算だけしか計算を実行できない「計算」機械、すなわち、算術演算(arithmetical operation,四則演算)しか取り扱えない手動の歯車式計算機などの「calculatorとしての計算機」と、論理演算(logical operation, Boolean operation) をも取り扱える「computerとしての計算機」[注3]の違いの積極的意味をわかりやすく印象づけるためのキャッチフレーズとして、「mechanical brains、electric brains、brain machines」などという用語を用いている。

バークリーの著作は、Berkeley (1949) Giant Brains[バークリー(高橋英俊訳, 1957)『人工頭脳』みすず書房]も含めて3冊が翻訳されている。

[注1] Adams, J. (1988) “Obiruary,” Communication of the ACM, 31(6),p.781
[注2] Berkeley, E.C. and Robert A Jensen (1952) Construction plans for Simonなどの著作物として、Simonというコンピュータの製作プランが販売されている。Berkeley, E.C. (1959, 1961) Brainiacs, p.2,p.230の記述によれば、そうした製作プランは400セット以上売れた、と言われている。Simonは電磁リレーを130個ほど使うなど[Berkeley, E.C. and Robert A Jensen(1952) Construction plans for Simon, E.C. Berkeley and Associatesの中のMemorandum 9 “Parts List for Simon as of June,1950”では131個となっているが、Simonの版によってその数は異なる]、コンピューター教育用キットとしては多少複雑で高価であったため、それほど数多く売れたわけではない。
[注3] computerとしての計算機という技術論的規定としては、論理演算が実行可能である以外にも、ユーザーが「条件分岐」処理、「繰り返し」処理、「(キー入力、ネット受信、ファイル読み込みなど)外部データの読み込み」処理、「(ファイル保存やネット送信など)データの外部書き出し」処理などのプログラミング処理を実行可能であることが必要である。
 
2. バークリーの著作(1) — 単行本およびパンフレット
 
(1) 日本語訳
a.バークリー, E.C. (高橋英俊訳, 1957)『人工頭脳』みすず書房,266pp
b.バークレー,E.C. (中島仁郎, 市村恵一訳,1964)『コンピューター革命 : 無限に広がる電子計算機時代』ダイヤモンド社, 299pp
c.バークレイ, E.C. (川尻信夫, 根本精司訳, 1971) 『数学嫌いのための数学入門』河出書房新社,334pp

(2) 原著 – 単行本
a.Berkeley, E.C. (1949) Giant Brains, or Machines That Think, John Wiley & sons, 270pp
http://archive.org/details/GiantBrains

DjVu形式で全文ダウンロードが可能
http://catalog.hathitrust.org/Record/000379911
全文検索、および、ページごとのダウンロードが可能

ENIAC,Harvard Mark Iなど1940年代の大型計算機などの紹介や、電気回路でブール代数を扱うことができることを示したシャノンのMIT修士論文「継電器とスイッチ回路の記号論的解析」(1937)の内容の解りやすい紹介・解説などを含んでいる。
原著は、1949 年からの10 年間で1 万5 千部以上も売れたと言われている。なお邦訳は、バークリー(高橋英俊訳, 1957)『人工頭脳』みすず書房である。

b.Berkeley, E.C., Wainwright, Lawrence (1956) Computers : their Operation and Applications, Reinhold Publishing Corp.,366pp
http://catalog.hathitrust.org/Record/000475871
全文検索、および、pdf形式でページごとのダウンロードが可能

c.Berkeley, E.C. (1959) Symbolic Logic and intelligent Machines, Reinhold Publishing Corp., 203pp

http://catalog.hathitrust.org/Record/010299522で全文検索、および、pdf形式でページごとのダウンロードが可能

d.Berkeley, E.C. (1961) Probability and Statistics: An Introduction through Experiments, Science Materials Center, 121pp

e.Berkeley, E.C. (1962) The Computer Revolution, Doubleday, 249p

http://catalog.hathitrust.org/Record/00116364で全文検索、および、pdf形式でページごとのダウンロードが可能

f.Berkeley, E.C. (1966) A Guide to Mathematics for the Intelligent Nonmathematician, Simon and Schuster, 352pp

g.Berkeley, E.C. (1967) Computer-assisted Explanation: A Guide to Explaining: and some ways of using a computer to assist in clear explanation, Information International

h.Berkeley, E.C. (1973) Ride the East Wind; Parables of Yesterday and Today, Quadrangle

i.Berkeley, E.C.(1984) The Computer Book of Lists and First Computer Almanack, Reston Publishing, 155pp

 

(3) 原著 – パンフレット、製作マニュアルほか
a.Berkeley, E.C. (1951, 2nd ed. 1952) Squee, The Robot Squirrel — Construction Plans, Edmund C. Berkeley and Associates, 19pp

 

b.Berkeley, E.C. and Robert A. Jensen (2nd ed. 1952) The Construction Plans for Simon, Edmund C. Berkeley and Associates, 71pp

http://catalog.hathitrust.org/Record/000473670で全文検索、および、pdf形式でページごとのダウンロードが可能
 

c.Berkeley, E.C. (1952) The Construction of Living Robots, Edmund C. Berkeley and Associates, 20pp

http://cyberneticzoo.com/wp-content/uploads/2009/09/LivingRobots52.pdfで全文検索、および、pdf形式でページごとのダウンロードが可能
 

d.Berkeley, E.C. (1955) Geniacs: Simple Electric Brain Machines, and How to Make Them, Berkeley Enterprises, Inc , 63pp

http://catalog.hathitrust.org/Record/007902253で全文検索、および、pdf形式でページごとのダウンロードが可能
Geniac Electric Brain Construction Kit No.1の製作マニュアル
 

e.Berkeley, E.C. (1956) Tyniacs: tiny electric brain machines, and how to make them. Also: Manual for Tyniac Electric Brain Construction Kit , Berkeley Enterprises, Inc., 47pp

http://catalog.hathitrust.org/Record/007902254で全文検索、および、pdf形式でページごとのダウンロードが可能
 

f.Berkeley, E.C. (1956) Small Robots – Report, Berkeley Enterprises, Inc.,

http://history-computer.com/Library/SmallRobots.pdf
Berkeleyが”small robots”と呼んでいるSimon、Squee、Relay Moe、Franken、Magdum、Sylvania Message Display Robot、Four Hundred Year Calendar Machine、George the Gogetter、Marbellina、Divorce Mill with Bigamy Alarm、Electric Shovel、Gantry Crane、Switch Tit Tat Toe Machine、Fox, Hen, Corn and Hired Man Machineといった各種キットについて、機能やcostについて簡潔な解説がなされている。
 またこれらの”small robots”に加えて、Geniac kit ($17.95)とTyniac electric brain construction kit ($9.95)という低価格のelectric brain construction kitが二つ紹介されている。
 

本稿のPDF版は下記からダウンロードできる。

エドモンド・バークリーEdmund Callis Berkeley

コンピュータは何をするマシンなのか?-情報処理装置としてのコンピュータに関する技術論的理解

  1. 「情報処理を構成する要素的作業」としての演算(operation)
    1. 算術演算(四則演算)- 加算、減算、乗算、除算、インクリメント処理、デクリメント処理
    2. 論理演算 - AND(論理積)、OR(論理和)、NOT(否定)、XOR(排他的論理和)、その他のビット演算(NAND、NOR、XNORなど)
    3. 比較演算 - 等しいかどうかの判定(==)、大小比較(<、>、<=、>=)
    4. シフト演算 - 左シフト、右シフト、算術シフト(符号を維持するシフト)、論理シフト(符号を無視)
     
  2. 「演算(operation)処理を担うハードウェア」としてのALU(算術論理演算装置、Arithmetic Logic Unit)
    算術演算・論理演算を実行するハードウェア要素で、CPU(中央処理装置、Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)の中核をなす部分である。
    ALUは、制御ユニットからの指示を受けて各種の演算を実行し、その計算結果をレジスタやメモリに書き込むといった処理を行う装置である。
     
  3. ALU(算術論理演算装置、Arithmetic Logic Unit)のハードウェア的内部構成
    1. 入力レジスタ- 演算対象のデータを一時的に保持。
    2. 演算回路- 加算器や論理ゲートなど、実際に演算を実行する回路。
    3. フラグレジスタ- 演算結果に基づいてフラグを設定(例: ゼロフラグ、キャリーフラグ、オーバーフローフラグ)。
     
  4. 2種類の算術演算(四則演算)- 「整数」演算 vs 「浮動小数点」演算
    a.「整数」演算-アドレス計算(メモリ管理など)、データカウント、ループ処理、状態管理、暗号化などの用途で用いられる演算処理
    整数値を対象とした演算で、小数点は明示的には取り扱わない。
    演算は高速だが、取り扱うことが可能な数値範囲に制限があり、演算処理の結果としてオーバーフロー(取り扱い可能範囲を超えた数値となること)が生じて、演算処理が継続できない可能性がある。
    加算・減算が高速。乗算・除算も浮動小数点よりは軽量。
    暗号化作業では、データのAND,OR,XOR論理演算といったビット演算を多数回利用することが多い。
     
    b.「浮動小数点」演算- AI、グラフィックス処理(画像処理、VR[Virtual Reality,仮想現実]処理など)、数値シミュレーション(気象シミュレーションなど)や数値解析といった科学技術計算などの用途で用いられる演算処理
    浮動小数点数(floating-point number)とは、小数点を含む実数値の表現形式であり、符号ビット(正または負)、仮数部(正規化された有効桁)、指数部から構成される。
    単精度(32ビット)で約7桁の精度、倍精度(64ビット)で約16桁の精度。有効桁数内を超えた部分では、「丸め誤差」が存在する。
    浮動小数点演算は複雑で、整数演算よりも計算コストが高い。特に、乗算や除算の処理で計算コストが高い。
     
  5. 「整数演算」専用ALU vs 「浮動小数点演算」専用ALU
    「浮動小数点」計算処理それ自体は、「整数演算」専用ALUでも実行できるが、実行速度は遅い。そのため「浮動小数点」計算処理のためには、「浮動小数点演算」専用ALUが用いられている。

    現代のCPUには、「整数演算」専用ALU装置と「浮動小数点演算」専用ALU装置=FPU(Floating Point Unit)が統合されていることが多い。ただしコストの関係で、浮動小数点演算専用ALU装置はさほど多くは搭載されてはいない。
    これに対してGPUには、大量の「浮動小数点演算」専用ALUが搭載されている。
    機械学習やグラフィックス処理ではテンソル計算を大量に処理する必要があるため、「浮動小数点」演算に強いGPUが利用される。

     

関連参考文献

2024-06-04講義メモ

取り上げるポイント

  1. Microsoft BASICインタプリタの多機種展開(なぜAltair用インタプリタが他の機種でも使えたのか)
  2. IBM PC開発時におけるオペレーティングシステムの選択について(CP/M、86-DOS、MS-DOS)
  3. IBM互換機とPC-98互換機開発について(エプソン互換機がなぜ著作権違反で訴えられたのか)
 

CUIからGUIへ
ビットマップディスプレイへ

ポイント理解のための視点

  1. 市場規模・出荷台数の歴史的推移
  2. 産業構造
    1. メインフレーム産業の構造(垂直統合型)
      vs

    2. PC産業の構造(水平分業型 or 垂直統合型)
       PC専業メーカー(MITS、Dellなど) ソフト専業メーカー
       PCシステムメーカー
  3. 著作権 vs 特許権 ー プログラム・ソフトウェア内蔵のハードウェア
    1. ソフトウェア(プログラミング言語=開発言語ソフトウェア、アプリケーションソフトウェア)
    2. ハードウェア(CPU=マイクロプロセッサ、BIOSチップ、GPU)
 
  1. https://www.sanosemi.com/biztech/2024-06-04-01.html
    https://www.sanosemi.com/biztech/2024-06-04-02.html
    https://www.sanosemi.com/biztech/2024-06-04-03.html

重要関連point

  1. 著作権 vs 特許権
  2. 産業構成 – target顧客ニーズへの対応[pioneer=first mover ー>創造的対応、follower=2nd mover以降ー>受動的対応]としてのsegmentation
    企業ニーズ

    企業の基幹処理業務(銀行の勘定系システムなど)     – central computing needs
    企業の部門処理業務(研究開発、経理処理、人事管理など) – departmental computing needs
    企業の個人処理業務(従業員個人がおこなう作業) – central computing needs

    家庭ニーズ(Home use)

    ゲーム用途
    家庭用文書処理業務(年賀状作成、手紙作成など)
    家庭用画像処理(年賀状用写真・イラストなど)
  3. 市場

前提知識
ミニコンピュータ(PDP-10,PDP-11)
マシン語、高級言語

BIOS関連記事
大原雄介(2016)「業界に痕跡を残して消えたメーカー BIOSで功績を残したPhoenix」2016年12月12日
https://ascii.jp/elem/000/001/402/1402407/

関連参考サイト
情報公共論
https://www.sanosemi.com/infopub/

Shap関連資料

  1. Sharp100年史
    https://corporate.jp.sharp/info/history/h_company/pdf_jp/all.pdf
    https://web.archive.org/web/20191205195514/https://corporate.jp.sharp/info/history/h_company/pdf_jp/all.pdf

  2. 「シャープ製品」『電子書籍で復刻 レトロ家電カタログ』
    https://galapagosstore.com/web/catalog/sharp/top
    https://web.archive.org/web/20230430023231/https://galapagosstore.com/web/catalog/sharp/top

    PC製品に関して、MZシリーズ、XIシリーズ、X6800シリーズなどのカタログが収録されている。PC以外にも、ZAURUS、パーソナルワークステーション AXシリーズなどのカタログも収録されている。なおこれらのカタログはすべて、無料ダウンロードが可能である。ただしビューアーは専用のもの(無料)をダウンロードし、インストールする必要がある。

Macintoshの市場的成功の要因

ハードウェア(Appleのレーザー・ライター)とソフトウェア(Aldus PageMaker)の組み合わせによるDTP市場の成立による成功
「ちょうどアップルIIの売り上げが、革新的なハードウ ェア(アップル•ディスクIIドライブ)とソフトウエア(ビジカルク)の登場と出会いによって飛躍的に伸びたように、マックの売り上げも、1985年7月、アップルのレーザーライターがアルダスのページメーカーに出会ってデスクトップ•パブリッシングというすばらしい環境が整ったことによって爆発的に伸びた。」(リンツメイヤーほか,2006,364)
 
MaCintoshII(1987)における「拡張可能性の確保」=オープン・アーキテクチャ戦略への転換
「スカリーは、アップルnの成功から学んだ教訓を活かし、1987年に拡張可能なマックIIを発売し、(かつてジョブズが反対していた) マックのアーキテクチャをオープンにすることによって、マックビジネスの勢いを保った。最初の出だしでなかなか弾みのつかなかったマックだが、ここへ来てアップルはついに失敗知らずとなったようだった。」(リンツメイヤーほか,2006,364)
 
[引用文献]
  1. リンツメイヤー,O.、林信行(2006)『アップル・コンフィデンシャル2.5J』上、アスペクト