«IBM Selectric»: цифровой механический компьютер для аналоговой секретарши

23 июля 2021 года на «Хабре» прошло как-то спокойно, никто даже и не вспомнил, что в этот день во всем мире отмечали шестидесятилетие пишущей машинки «IBM Selectric І». Вдумчивый читатель спросит: а что, теперь надо отмечать юбилей каждой модели пишущей машинки, которая была выпущена за всю историю человечества? Сразу же отвечу: нет, всех не надо. А вот особо выдающихся — надо. Тем более, что «IBM Selectric І» — это не просто очередная пишущая машинка, а целый компьютер, который смогли создать и запустить в массовое производство в конце 1950-ых годов.

Пишущая машинка: клубок проблем весом в десятки килограмм

В какой ситуации оказалась компания «IBM» в то время и что творилось на рынке пишущих машинок? С момента патентования пишущей машинки прошло почти 90 лет. Эти устройства прочно заняли свое место как в бизнес-процессах, так и для личной переписки. Конструкция их, как казалось многим, была доведена до совершенства, и поменять что-либо было невозможно.

Вместе с тем, все пишущие машинки имели «родовые травмы», исправить которые было практически невозможно.

Сколько букв надо человеку для счастья?

Первая из них — ограниченность числа символов, которые машинка может напечатать на бумаге. Сколько знаков на клавиатуре нужно человеку для счастья? Как минимум, это буквы его национального алфавита, плюс 10 цифр, плюс знаки препинания, плюс... И тут оказалось, что потребности людей начинают убегать в бесконечность. Кому-то не хватает кавычек-«лапок», и он требует полный набор («»„“). Кому-то нужно обязательно печать греческие буквы в своих технических и научных текстах. Тут же подтягиваются математики с их знаками градусов, частичных производных и множества натуральных чисел.

Но возможности машинки — увы! — ограничены. Классический механизм печати — рычажный. Нажатие на клавишу приводит к движению системы рычагов, который, в свою очередь, заставляет двигаться главный рычаг — литерный. На его конце стоит так называемая литерная колодка с рельефом символа. Литерная колодка через красящую ленту бьет по бумаге и оставляет оттиск, после чего вся система рычагов возвращается в исходную позицию. Литерные рычаги расположены в так называемом сегменте, который полуцилиндром расположен над клавиатурой. Размер литер фиксирован: высота букв — ¹/₆ дюйма, ширина — ¹/₁₀. Хочешь много знаков — увеличивай размер сегмента, т. е. над клавиатурой будет висеть уже не компактный сегмент, а большущая и тяжелая железяка. Ну и размер литерных рычагов тоже будет увеличиваться, что, в свою очередь, потянет за собой увеличение хода клавиш и резкий рост силы нажатия. А машинки — не забываем! — в то время использовались и для тиражирования документов. Помните, у Галича:

«„Эрика“ берет четыре копии,
Вот и все!
... А этого достаточно.

Пусть пока всего четыре копии —
Этого достаточно!»

Но чтобы эти четыре копии получить, нужно было лупить по клавишам — «пробивать» надо не четыре листа, а семь, ибо между ними была копирка! А теперь представим, что рычаги стали в два раза длиннее, бить надо в четыре раза сильнее... Секретарши и машинистки — те, кому по роду своих занятий надо официально и легально тиражировать документы — будут просто в восторге...

А еще у машинисток были официальные нормативы по скорости печати, от них зависела заработная плата. Базировались они на норме — 200 знаков в минуту при наборе простого текста. Рекордсмены и передовики (точнее, передовички) выдавали по 500 – 700 знаков. Если мы увеличим ход клавиш, то скорость набора будет снижаться, разумеется, вместе с зарплатой машинисток. А еще длинные рычаги будут чаще путаться — один еще не успел опуститься на свое место, а другой уже «взлетает», чтобы напечатать свою букву. Где-то на пол-пути они встречаются и... машинка блокируется. Нужно снимать щиток и руками возвращать их на место. Собственно, эта проблема была всегда, неважно, какой длины стоят рычаги. Поговаривают, что раскладки «QWERTY» и «ЙЦУКЕН» и придумали для того, чтобы люди печатали медленно, и рычаги не путались. Но очевидно, что чем длиннее будут рычаги, тем выше вероятность их столкновения в процессе печати.

В конце концов, уже в конце XIX века производители пришли к некоему компромиссу: делаем на клавиатуре 42 – 46 клавиш плюс пробел, получаем относительно небольшой сегмент, и даем возможность печатать по 200 знаков в минуту без предварительного посещения спортзала. 42 клавиши — это 84 символа, которые может напечатать машинка. Много это или мало? Мало. В русском языке сейчас 66 букв. Ладно, выбросим «ё» — будет 64. Остается 20 знаков. 10 уйдут на цифры, и мы приступаем к игре: какие знаки препинания нам важнее? На практике получалось, что чем-то надо жертвовать. Так, с маленьких машинок в СССР повально исчезли круглые скобки — их заменяли знаком дроби — «/» — с обеих сторон. Кавычки — только «лапки», и так далее. В латинских вариантах клавиатуры частенько вырезали знак восклицания — его заменяли «двойной печатью»: сначала ставили точку, потом — апостроф. А ежели кому нужны были вставки греческих букв, то... То просто пропускали нужное количество символов пробелом, а потом от руки их вписывали. То же самое делали, если надо было в русский текст вписать пару слов латинницей. Поскольку машинки в то время частенько использовали для подготовки печатных форм малотиражных изданий, то все читатели этих книг могли видеть автограф автора...

Йя-йя, даст ист фантастиш, или Нихт ферштейн

Вторая родовая проблема — это невозможность писать текст на двух и более языках. Она, собственно, вытекает из предыдущей — ограниченного количества рычагов в сегменте. Решать эту проблему пытались неоднократно.

Первый вариант был простым, как валенок — нужно сделать вторую клавишу «Shift», а на колодке размещать не две литеры, а три. Как сейчас модно говорить — «не взлетело». Клавиша «Shift» в то время реально что-то сдвигала («to shift»): чаще всего половину печатного механизма — сегмент, систему рычагов и клавиатуру, реже — валик с бумагой. Главное — после сдвига литерная колодка била по бумаге не нижней частью, а верхней, в которой была другая литера. Делать двойной сдвиг — и вверх, и вниз — оказалось дорого, тем более, что надо было делать какой-то хитрый фиксатор среднего положения для набора строчным буквами, иначе механизм начинал вибрировать и раздалбываться.

Но это было не главное. Главное — это нехватка символов. Да-да. Например, русские буквы и латинские — это 118 знаков. Они займут 39 клавиш полностью и одно место на 40-ой. А клавиш больше 46 не поставить. Остается... правильно, 20 свободных мест под цифры и знаки препинания, и мы опять начинаем играть в игру «убери ненужные знаки препинания». А еще в таких машинках заглавные и строчные буквы будут на разных клавишах. Почему — думаю, понятно. Была идея совместить одинаково выглядящие буквы — например, русскую «А» и латинскую «A» совместили. Для каких-то пар языков это прокатывало, для каких-то — нет (попробуйте совместить русский с идиш!). Ну и машинистки были против — они же учились быстрой слепой десятипальцевой печати, которая на таких машинках превращалась в очень даже зрячую и однопальцевую.

Другой вариант тоже не взлетел. Какие-то производители предлагали менять клавиатуру с механизмом. Попечатали на одном языке — вытаскивай механизм и вставляй другой. Помимо космического ценника (фактически нужно было купить две машинки), процедура замены была, мягко говоря, непростой — открутить гайки, что-то застопорить, что-то поставить на предохранитель, иначе тугая пружина при снятии могла прилететь в голову...

В общем, от идеи многоязычности отказались. Кому нужно было готовить многоязычные документы, просто покупали себе две машинки.

Даешь шварценеггеризацию всех секретарш!

Третья проблема — это физические усилия. Чисто механическая машинка печатает исключительно за счет мышц человека. А усилия должны быть немаленькими: литера должна продавить красящую ленту и вдавить краску с нее между волокнами бумаги. Поскольку документы печатались не в одном экземпляре, то усилие от первого листа должно через копирку передаться дальше, на второй лист, а с него — на третий и так далее. Частично эту проблему решили путем использования электропривода. В машинку поставили большой зубчатый барабан, который вращался от электромотора. Клавиши теперь сдвигали специальный рычажок, который попадал между зубьев барабана, и за счет этого рычажка приводился в движение весь механизм литерного рычага. Усилие на клавишах упало, и появилась возможность делать около десяти копий. Обернулось это все зависимостью от розетки и полным отсутствием мобильности: 30 – 40 килограммов с собой не унесешь, такие машинки стали исключительно офисными.

Собственно, о проблемах знали все — и потребители, и производители. Производители уже ничего не могли сделать, потребители к недостатками привыкли. Вот тут в «IBM» и подумали: если они придумают что-то новое, то смогут перекроить рынок «под себя», резко увеличив объемы продаж, долю рынка и получаемую прибыль. Но решать проблемы надо было комплексно, потому что единичные улучшения были невозможны.

И вот в конце 1950-ых в «IBM» решили: надо менять механизм. Полностью. Чтобы ничего не напоминало о девяностолетнем опыте пользования пишущими машинками.

Шарик для гольфа

Результатом долгих раздумий и экспериментов стал... шарик для гольфа («golf ball»). Инженеры «IBM» предложили: давайте возьмем шарик, и разместим на его поверхности литеры. Если этот шарик поворачивать нужным местом и бить им через красящую ленту, то мы получим такой же оттиск, какой делает классическая пишущая машинка. Сам шарик получался не очень большим: если взять шарик для тенниса или гольфа, то на его поверхности можно запросто разместить сотню – другую литер. А еще этот шарик можно менять — он небольшой, и весит немного, главное — придумать простой замок, с которым справится любой потребитель.

В конце концов, появилась следующая концепция новой машинки. Шарик из легкого сплава диаметром около 1,5 дюймов обрезали с двух сторон, на его поверхности в четыре горизонтальных ряда разместили литеры (в первой версии — 88, потом их число довели до 96). Снизу шарика были выступы для крепления, сверху разместили замок с рычажком. Шарик насаживался на стержень, и с помощью рычажка зажимался на нем; за этот же рычажок шарик можно было снять и вытащить.

Стержень располагался на каретке — маленькой площадке, которая ездила по направляющим параллельно валику с бумагой. Таким образом, весь механизм был внутри корпуса машинки, что отличало ее от классических. «Старая» конструкция предполагала, что валик для бумаги расположен в каретке и ездит с ней влево – вправо; это требовало как минимум по пол-метра свободного пространства с обеих сторон. Новая машинка занимала места ровно столько, сколько занимал ее корпус, да и высота сильно уменьшилась.

По задумке инженеров, рабочий цикл выглядел так. Человек нажимает клавишу, шарик поворачивается в двух плоскостях нужной литерой к бумаге, стержень, на который он насажен за счет электромагнита бьет через ленту по бумаге, после удара срабатывает концевой выключатель, который отключает электромагнит привода стержня, стержень с шариком возвращается на свое место под действием пружины, а каретка с помощью электромотора сдвигается на одну позицию вправо. Все. Машинка готова для печати нового символа.

А где же компьютер?

Все в этой концепции было прекрасно, за исключением одного: как поворачивать шарик, да еще в двух плоскостях? Если бы эту задачу решали в наше время, то все бы хором сказали: надо поставить какой-нибудь компьютер (хотя бы «Ардуину»), который будет анализировать нажатие клавиш, определять через энкодеры текущее положение шарика в пространстве, рассчитывать новое положение и отдавать команды двум электромоторам, каждый из которых повернет шарик в своей плоскости.

Но на дворе были пятидесятые. Компьютеры, конечно, были, но каждый занимал по нескольку больших шкафов, а то и комнат, а ценник на них был как... Нет, на как на крыло от «Боинга», а гораздо больше, потому что крылья «Боингов» тогда были намного проще... Но проблему решили, создав именно компьютер и поместив его в корпус пишущей машинки.

А вот он!

Для начала — внезапно! — отказались от двух электромоторов, которые вращали шарик. А как тогда его вращать? Очень просто: тросиком. На каретку было заведено два тросика по такой схеме:

В точке «А» тросик жестко закреплен за каретку, в точке «Б» — за стержень с шариком.

Если систему не трогать, то при перемещении каретки тросик свободно проходит через все шкивы. Когда каретка встает в позицию печати после перемещения, то у нее включается механический тормоз. Если теперь потянуть за блок «В» по стрелке, то тросик начет поворачивать стержень (и шарик), растягивая пружину. Чем дальше мы вытянем блок «В» от его первоначального положения, тем на больший угол повернется шарик. Если теперь отпустить блок, то пружина начнет поворачивать стержень в исходное положение. Аналогичным образом можно и наклонять стержень — проводим второй тросик и делаем для него систему блоков.

Теперь нужно что-то сделать для вычисления угла поворота и угла наклона стержня с шариком. Очевидно, что угол будет прямо пропорционален перемещению блока «В». И тут в дело вступает цифровая техника.

Под каждой клавишей находится длинный рычаг, в нижней части которого было семь прорезей. Какие-то были мелкими, какие-то глубокими. Глубокая прорезь означала бит «0», мелкая — бит «1». Две прорези с одного конца рычага несли двухбитный код угла наклона, пять с другого конца — угол поворота в горизонтальной плоскости.

При нажатии на клавишу ее рычаг с цифровым кодом продавливался вниз и нажимал на стержни. Стержней было семь, все они были параллельны валику и направляющим каретки. В зависимости от глубины прорезей стержни либо оставались на своем месте, либо тоже продавливались вниз.

А сбоку от клавиатуры стоял цифроаналоговый механический преобразователь (или вычислитель — как хотите, так и называйте). Ему даже свое имя придумали: «Whiffletree». Преобразователь состоял из двух похожих частей. Первая занималась вычислением угла наклона стержня с шариком и представляла собой вот такую систему рычагов:

Если на клавишном рычаге в битах угла поворота было два нуля, то система оставалась неподвижной. Шарик не наклонялся, и печатались литеры из ряда номер «0».

Если на клавишном рычаге была комбинация «1»+«0», то продавливался стержень «А», который тащил за собой рычаг «А1». Стержень «Б» и рычаг «Б1» оставались на месте, в результате чего рычаг «В» смещался на какое-то расстояние. К этому рычагу был привязан блок, который вытягивал тросик, а тросик наклонял стержень, и теперь в позиции печати оказывались литеры из ряда номер «1»:

Если на клавишном рычаге была комбинация «0»+«1», то ситуация была зеркальной: «А» и «А1» оставались на месте, а «Б» и «Б1» — смещались вниз. Рычаг «В» тоже уходил вниз, но расстояние за счет неравных плеч коромысла была больше. Тросик вытягивался сильнее, и в положение печати вставал литерный ряд номер «2»:

Когда на клавишном рычаге попадалась комбинация «1»+«1», то сдвигалась вся система: и «А» с «А1», и «Б» с «Б1» (коромысло оставалось горизонтальным). Такая комбинация битов вызывала максимальное смещение рычага «В», тот вытягивал тросик по максимуму, и шарик наклонялся для печали литер из ряда номер «3»:

Расчет угла поворота выполнялся похожим механизмом, только рычагов было гораздо больше.

Кстати, клавиша «Shift» в этой машинке была просто клавишей, определявшей «старший бит» угла поворота шарика в горизонтальной плоскости. У всех остальных клавиш в этой позиции был выставлен «0».

Вот такой механический цифроаналоговый компьютер получился у «IBM» в конце 1950-ых годов. После того, как конструкцию доработали, решив мелкие проблемы, продукт выпустили на рынок.

Что было дальше?

Машинка оказалась крайне востребованной. Многие отмечали, что могли на ней печатать в два раза быстрее, чем на классической. Возможно, что «в два раза» — это просто восторженный отзыв, но скорость действительно могла возрасти. Сила нажатия на клавиши была сопоставима с современными компьютерными клавиатурами, а инертность механизмов — намного меньше.

Но все-таки главным достоинством машинки была возможность печати разными буквами разными шрифтами. Нужно вставить греческую букву в научный текст? Пожалуйста, снимаем шарик, ставим греческий, печатаем, меняем шарики. И все это без доставания бумаги и поиска нужного места в тексте для впечатки. Нужно напечатать слово курсивом? То же самое — снимаем шарик, ставим курсивный, печатаем. Каких только шариков не было — и курсив, и рукописный шрифт, с засечками и без. Выпускали и шарики других алфавитов — в том числе и с русским. Через пару лет машинку доработают: добавят возможность рабочего движения каретки справа налево (электромотору-то все равно, куда крутиться), и выпустят шарики с буквами арабского алфавита и алфавита иврита, что сделает эти машинки первыми, которые могли одновременно печатать текст на европейских и ближневосточных языках.

Одним из покупателей «IBM Selectric» был СССР. Они широко использовались в посольствах и других структурах МИДа для подготовки многоязычных документов. Они же закупались в экспортно-импортные организации типа «Автоэкспорт» или «Союзплодоимпорт» — уж очень удобно было делать двуязычные договоры в две колонки с построчным соответствием. Какая-то часть попадала в научные заведения, а также в ВУЗы, причем использовались они не только для подготовки рукописей в заграничные научные журналы, но для изготовления печатных форм внутренних изданий. Кстати, в американских и европейских университетах их тоже использовали в полиграфическом цикле...

Еще через несколько лет к клавишным рычагам прикрутили электромагниты. Для управления ими в машинку стали вставлять специальную плату, на которой был разъем для подключения к компьютеру — так «Selectric» из просто пишущей машинки превратился в принтер и терминал для больших компьютеров. Кому такое подключение не требовалось, могли купить устройство для сохранения набранного текста на магнитной или перфоленте — и наслаждаться возможностями распечатки текстов одним нажатием на кнопку...

Рыночный триумф «Selectric» продолжался около четверти века. К середине 1980-ых технологии ударной печати сильно изменились, и «IBM» решила отказаться от этой линейки. Но это уже совершенно другая история...