Серед радіоаматорів чимало шахістів. Багато хто з них самостійно збирають шахові годинники. Однак саморобні прилади не можна застосовувати на більш-менш серйозних змаганнях, в основному з причини їх невідповідності вимогам ФІДЕ. Подібна ситуація пояснюється не стільки складністю реалізації необхідних алгоритмів обліку часу за допомогою пристроїв на логічних мікросхемах малої і середньої ступені інтеграції, скільки необізнаністю розробників про різновиди шахових годин і що пред'являються до них вимогам. Щоб ліквідувати цей недолік, на початку пропонованої статті розказано про історію шахових годинників, їх класифікації та режимах роботи.
Враховуючи, що сьогодні в кожному офісі, а у багатьох і вдома є комп'ютери, автор пропонує читачам розроблену їм програму, реалізуючу всі необхідні від електронних шахових годин (ЭШЧ) функції з наочним відображенням ситуації на екрані, і розповідає про конструкції необхідної для цього простий приставки до комп'ютера.
Невід'ємний атрибут шахових турнірів та матчів - годинник. Найдавніші були пісковими, їх замінили механічні, електричні і, нарешті, електронні. Сучасні ЭШЧ нерідко називають "годинами Фішера". Щоб розібратися в причинах появи цієї назви, звернемося до історії.
Коли-то в шахи грали без контролю часу. Траплялося, гравець, потрапивши в завідомо програшне положення, брав суперника "змором". Партії тяглися багато годин поспіль, цілодобово. Корифеї примудрялися думати над окремими ходами по кілька годин. Краплею, що переповнила чашу терпіння, став випадок на міжнародному турнірі 1851 р. Суддя партії Вільямі-Маклоу зробив історичну запис: "Партія не закінчена, обидва супротивника поснули...".
Через два роки в матчі Гарвиц-Левенталь вперше суперників обмежили у часу, давши по 10 хв на обдумування кожного ходу. Годинники були пісочні, у кожного суперника свої. За перевищення ліміту часу стягували грошовий штраф. У 1866 р. у матчі Андерсен-Стейніц пісочний годинник замінили механічними, правда, поки не спеціальними шаховими, а звичайними.
Шаховий годинник із двома циферблатами винайшов у 1883 р. англієць Томас Брайт Вілсон. Їх конструкція була ще далека від сучасної, але дозволяла при зупинці одного часового механізму запускати інший. Рік потому Амандус Шируотер отримав патент на промислове виробництво шахових годинників. У 1886 р. їх вже можна було придбати в магазинах Ліверпуля. З 1899 р. в шахових годинах з'явився "прапорець", показує, що до закінчення ліміту часу залишилося менше трьох хвилин. Ідею запропонував Д. Б. Мейер. На рис. 1 показана одна із ранніх моделей шахових годинників фірми Ferranti.
Прототип нинішніх механічних шахових годин з'явився в 1900 р. завдяки удосконаленням Веенхоффа. Приблизно в той же час американець Генрі Уоррен винайшов електричний годинник. Їх шаховий варіант з'явився у продажу в середині 20-х років минулого століття (рис. 2).
Перші в світі ЭШЧ були виготовлені у Києві в 1964 р. Алгоритм їх роботи нічим не відрізнявся від класичних турнірних. Протягом тривалого часу ЭШЧ удосконалювали лише у зв'язку з технологічними досягненнями електроніки: зміну транзисторів прийшли мікросхеми, вакуумним і газорозрядним індикаторами - світлодіодні і рідиннокристалічні. Свою лепту внесли і радіоаматори. Опис кількох варіантів саморобних ЭШЧ можна знайти в [1-3], а в [4] наведена схема приставки перетворює в шахові годинники звичайний мікрокалькулятор.
Але на початку 90-х років минулого століття спокійний перебіг подій порушив американський гросмейстер Роберт Джеймс Фішер - одинадцятий чемпіон світу з шахів. Вийшовши з тривалого самітництва, він в черговий раз здивував усіх, запропонувавши грати в "шахи Фішера" за "ятої Фішера".
Для довідки: "випадкові шахи Фішера" (Fischer Random Chess) відрізняються тим, що вибудувані, як зазвичай, у вихідному положенні фігури перед початком гри за жеребом міняють місцями. В результаті кінь цілком може опинитися на місці ферзя, човен - на місці слона і т. п. Замість одного єдиного виходить 960 варианбавочными секундами за кожен зроблений хід. Якщо, обдумуючи черговий хід, постійно укладатися в цю премію, "прапорець" на годиннику ніколи не впаде. Більш того, запас часу може зрости. Досвідчений шахіст в таких умовах доведе будь-яку теоретично виграшну позицію до перемоги.
Свої годинники Р. Фішер запатентував [5]. На відміну від "випадкових шахів", вони отримали підтримку ФІДЕ. Новий спосіб контролю часу вперше був застосований на практиці в матчі Фішер-Спаський (1992 р.). А з 1999 р. "Офіційні години ФІДЕ" (Official FIDE Digital Chess Timer, рис. 3) в режимі "годин Фішера використовують в командних шахових чемпіонатах Європи та світу. В офіційних годинах передбачені і інші, не менш цікаві режими. Всього їх 12, нижче розглянуті основні.
Відстрочка часу ("годинник із затримкою", Andante) - після кожного зробленого одним з суперників ходу відлік часу його супротивника починається не відразу, а з затримкою, наприклад, на 5 с. Якщо за цей час гравець встигне зробити хід, його годинник не змінять показанні Неизрасходованное призове час не накопичується, тому "надшвидка" гра ніяких переваг не дає. Цей регламент поширений в турнірах, що проводяться під егідою Американської національної шахової федерації (USCF).
При нульовій затримці рахунок часу не відрізняється від звичайних механічних шахових годинників. Недоліком "годин з затримкою" вважається незмінність їх свідчень при досить швидкій грі. У гравців це мимоволі асоціюється з несправністю механізму годинника.
Надбавка часу без накопичення ("годинник Бронштейна", Adagio) - режим, еквівалентний розглянутому вище, але час додають не до, а після зробленої ходу стрілки пересувають тому). Якщо новий хід зроблений раніше, ніж минула "добавка", перш ніж дати ще одну, показання годин автоматично повертаються до вихідних, без добавок.
Метод був запропонований ще в 70-х роках радянським гросмейстером Д. Бронштейном. Психологічно "годинник Бронштейна" привабливішими "годин з затримкою", так як їх показання постійно змінюються, переконуючи шахістів у справності механізму.
Надбавка часу з накопиченням ("годинник Фішера", "годинник ФІДЕ", bonus, progressive) - алгоритм, подібний "ятої Бронштейна", але невикористане призове час накопичується. Запас часу після кожного ходу зростає на встановлене число секунд незалежно від того, скільки гравець думав над цим ходом. Серією "надшвидких" ходів можна накопичити достатньо часу для тривалого аналізу позиції. Добре це чи погано - теоретики шахів сперечаються донині.
Допоміжні режими ("годинник для забави", "пісочний годинник", "гонг") роблять ЭШЧ привабливими для споживача. Принаймні, так вважають фірми-виробники. Дійсно, після серйозної партії можна дозволити собі розслабитися і пограти, наприклад, в режимі, коли час, витрачений на обмірковування ходу, автоматично додається супернику.
Ще один допоміжний режим "гонг" веде свій родовід з 30-х років минулого століття, коли практикували масові турніри, в яких партії одночасно грали всі учасники. На обдумування кожного ходу відводили строго фіксовані інтервали часу, повідомляючи про їх закінчення всім відразу ударами самого цього гонгу. Шахіст, пару раз не встиг зробити хід до гонгу, вважався переможеним.
Обертати "туди-сюди" стрілки механічних годинників дуже складно. Тому успішно реалізувати нові принципи контролю часу вдається лише за допомогою електроніки. Так з легкої руки Фішера ЭШЧ отримали "друге дихання". Відповідно з діючими правилами ФІДЕ сьогодні міжнародні турніри проводять тільки з застосуванням ЭШЧ. Як правило, перші 40 ходів грають з звичайним контролем часу, а далі включають "годинник Фішера". Багато національні шахові федерації, в тому числі російська, ведуть планомірну заміну механічних годинників електронними. На жаль, з-за високої вартості "годин ФІДЕ" виконання цих планів далеко від завершення.
В якості альтернативи ЭШЧ можна знайти в Інтернеті чимало програм, перетворюють у шахові годинники персональний комп'ютер. З безкоштовних найбільш відомі [6-8]. Їх загальні недоліки: тільки цифрова індикація часу, імітація натискання кнопок годин за допомогою звичайної клавіатури. Її розміщують збоку від шахівниці, один гравець користується клавішею ESC, інший - ENTER. Практика показує, що при грі в "бліц" для деяких особливо експресивних шахістів міцність стандартної комп'ютерної клавіатури явно недостатня.
Цифрова індикація часу сильно ускладнює гру в цейтноті. Стежити за числом залишилися секунд боковим зором, не відволікаючись від дошки, вкрай складно, відразу пригадується зручний прапорець звичайних шахових годинників. Тому в додаток до цифрового на екрані необхідний "аналоговий" індикатор. Наприклад, такий, як у програмою [9], у вихідному стані якої на екрані монітора видно два зелених кола-циферблата. По мірі витрачання часу кожним гравцем на циферблатах ростуть пофарбовані в синій колір сектори. Гра закінчується, коли один иэ циферблатів стане синім повністю.
Якщо взяти за основу такий спосіб індикації, додавши до нього та цифровий, передбачити сучасні режими урахування часу, можливість управління за допомогою додаткових досить міцних і зручних кнопок, вийдуть ЭШЧ, не поступаються офіційним.
На рис. 4 і рис. 5 показані найпростіші схеми, за якими дві зовнішні кнопки (за одній для кожного суперника) можуть бути підключені до комп'ютера - відповідно до роз'єму LPT або COM-порту. Через замкнувшись при натисканні контакти кнопок SB1 і SB2 потече струм 2...5 мА. Таке значення можна вважати оптимальним. При більшому контакти швидко згорять, при меншому зростає ймовірність ненадійного спрацьовування через нестабільність контактного опору.
Кнопки можна розмістити як в загальному, так і в окремих корпусах при довжині з'єднувальних проводів до декількох метрів. Один з варіантів - скористатися двома комп'ютерними мишами", навіть несправними. У кожній з них з'єднують паралельно контакти всіх наявних клавіш, що дозволяє натискати "не дивлячись" будь-яку. Інша "начинка" не використовується. Щоб конструкція була механічно стійкою, видаляють прогумований шар. Недолік один - "не шаховий" спосіб натискання кнопок (хоча хто-небудь саме це вважатиме перевагою).
На рис. 6 приведена схема більш складного блоку виносних кнопок (БВК). Деталі розміщені всередині стандартних шахових годинників "Янтар", годинні і кнопковий механізми яких не піддають ніяким переробок. Це стало можливим завдяки застосуванню безконтактних оптичних датчиків положення вже наявних у годинах кнопок. Датчики складаються з випромінюючих діодів BI1, BI2 і здвоєних фототранэисторов BL1, BL2.
Розетки XS1 БВК можна з'єднувати як з паралельним, так і послідовним портом комп'ютера. Досить виготовити відповідний кабель за схемами, зображеним на рис. 7 (до порту LPT) або на рис. 8 (до порту СОМ).
Показані на рис. 5 і 8 розетки XS1 (DB-9F) стикуються з встановленими в сучасних комп'ютерах виделками DB-9M порту СОМ1. Порт COM2 зазвичай забезпечений виделкою DB-25M, призначення контактів якого дещо інше. Великою різноманітністю відрізняються роз'єми послідовних і паралельних портів комп'ютерів застарілих типів, здебільшого виробництва СРСР. НДР і ПНР. У всіх подібних випадках БВК доведеться з'єднувати з роз'ємом комп'ютера, орієнтуючись на наведені на малюнках назви ліній портів.
Повернемося до рис. 6. Струм через світлодіоди випромінюють ВІ та BI2 задано резисторами R1 і R4 (при підключенні до LPT) або R1-R4 (при підключенні до СОМ). Випромінювачі і відповідні фотоприймачі (BL1, BL2) розташовані таким чином, що оптичну зв'язок між ними перериває, перебуваючи у відповідному положенні, коромисло кнопкового механізму шахових годинників. Наприклад, при натиснутій правій кнопці повинна відсутній зв'язок ВІ1-BL1, фототранзистори складання BL1 повинні бути закриті. Коли натискати обидві кнопки (повна зупинка годин), освітлені і відкриті фототранзистори обох збірок (BL1 і BL2).
Експерименти показали, що сигнали оптичних датчиків досягають достатньої для безпосередній подачі на входи портів комп'ютера амплітуди лише при дуже маленькій відстані між випромінювачами і фотоприймача. Тому в БВК передбачені підсилювачі-інвертори сигналів датчиків - транзистори VT1 і VT2. Їх колекторними навантаженнями при підключенні до СОМ-порту служать резистори R7 і R8. Для роботи з LPT-портом навантажувальні резистори не потрібні. Діод VD1 - захисний, на випадок переполюсовки напруги на лініях RTS і DTR СОМ-порту.
БВК зібраний на платі із склотекстоліту розмірами 95x15x1 мм. Як показано на рис. 9, ця плата (4) приклеєна зсередини до верхньої стінці корпусу годинника "Янтар". Всі деталі і друковані провідники знаходяться на вільній стороні плати. У її протилежних кінців на відстані приблизно 85 мм один від одного і поблизу відповідних кнопок 2 розташовані оптичні датчики 3. Відстань між випромінюючим діодом і працює спільно з ним фототранзисторной складанням - 6...8 мм. Інші елементи БВК встановлені на платі таким чином, щоб не заважати ходу коромисла 1.
Розетка XS1 укріплена на орендованій задній стінці корпуса годинника і з'єднана з платою 4 джгутом проводів 5. Через нестачу місця на платі діод VD1 і резистори R1, R4 припаяні безпосередньо до контактів розетки. У БВК, розрахований на підключення тільки до порту LPT, Діод VD1 і резистори R2, R3, R7, R8 можна не встановлювати.
Елементи оптичних датчиків - випромінюючі діоди і фототранзистори - витягнуті з комп'ютерних мишей" Easy Genius Mouse. При заміні їх аналогічними приладами від "мишей" інших типів, можливо, буде потрібно підібрати номінали резисторів: R1-R4, щоб встановити струм 4...8 мА через випромінюючі діоди, і R5, R6, щоб домогтися надійного спрацьовування датчиків.
Діод VD1 і транзистори VT1, VT2 - будь-які малогабаритні. Всі резистори - МЛТ-0,125. Розетку DB-9F можна замінити на СНП101-9Г або іншу, що підходить за числа контактів і габаритами, змінивши відповідно кабельні вилки ХР1 (див. рис. 7 та 8).
Спільно з будь-яким з описаних кнопкових пультів або з БВК працює програма "Електронні шахові годинники". Для зацікавлених подробицями алгоритму її роботи там же є вихідний текст на мові С.
Програма розроблена для операційної системи MS DOS і відеоадаптер VGA (640x480 піку), що дозволяє запускати її на "найдавніших" комп'ютерах, нерідко порошаться без справи в коморах. Можлива робота під Windows в режимі емуляції DOS.
Відразу після запуску слід повідомити програмі спосіб управління годинами (кнопки, оптичні датчики, клавіші ESC і ENTER на клавіатурі комп'ютера), до якого з портів підключені кнопки або БВК (LPT1, LPT2, СОМ1, COM2) і вибрати режим контролю часу (годинник з затримкою, "годинник Бронштейна", "годинник Фішера", пісочний годинник). Залишається задати час, відведений кожному гравцеві на всю партію, і вказати величину затримки чи надбавки часу. Всі дії по встановленню режимів комп'ютер супроводжує підказками. Основний екран програми, показаний на рис. 10, містить два круглих циферблата.
Відлік часу ведеться як аналоговим (витрачений час - сектора білого та жовтого кольорів, що залишився, - фіолетові сектору), так і цифровими способами. На табло у верхній частині екрану виведено поточний час - свідчення внутрішнього годинника комп'ютера. Клавішею 5 шахові годинники можна тимчасово зупинити і запустити знову. Клавішею 7 можна відкоригувати значення лічильника ходів кожного гравця (виведені по нижнім кутам екрану). Це може знадобитися, якщо кнопка годин помилково натиснута.
Як тільки в запасі у гравця залишається менше 1 хв часу, в нижній частині екрану під його циферблатом з'являється біла смуга "останньої милі", поступово заповнюється синім кольором. Саме по ній орієнтуються в цейтноті.
Згідно з правилами ФІДЕ закінчення часу позначається зупиненням ходу годин обох суперників, звуковим сигналом і написом СТОП на екрані. Усунуто притаманна грі з механічними годинниками неможливість визначити переможця за майже одночасно впали "прапорцях", коли незалежно від позиції на дошці судді фіксують нічию.
ЭШЧ на базі комп'ютера можна застосовувати і в інших іграх: шашках, спортивному бриджі, го, рэндзю.
Література
Автор: С. Рюмик, р. Чернігів, Україна