Арифмометр: wiki: Факты о России. Что такое арифмометр
Прототип калькулятора - арифмометр - существовал уже более 300 лет назад. В наши дни сделать сложные математические расчеты можно с легкостью, бесшумно нажимая на клавиши того же калькулятора или компьютера, мобильного телефона, смартфона (на которых установлены соответствующие приложения). А раньше эта процедура занимала много времени и создавала много неудобств. Но все же появление первого счетного устройства позволило сэкономить на затратах умственного труда, а также подтолкнуло к дальнейшему прогрессу. Поэтому интересно узнать, кто придумал арифмометр и когда это произошло.
Появление арифмометра
Кто придумал арифмометр первым? Этим человеком стал немецкий ученый Готфрид Лейбниц. Великий философ и математик сконструировал устройство, состоявшее из подвижной каретки и ступенчатого валика. Г. Лейбниц представил миру в 1673 году.
Его идеи перенял французский инженер Томас Ксавье. Он изобрел счетную машину для выполнения четырех действий арифметики. Установка чисел осуществлялась передвижением зубчатки по оси, пока в прорези не появятся нужные цифры, при этом каждому ступенчатому валику соответствовал один разряд чисел. Устройство приводилось в действие вращением ручного рычажка, который, в свою очередь, двигал шестерни и зубчатые валики, выдавая искомый результат. Это был первый арифмометр, запущенный в массовое производство.
Модификации устройства
Англичанин Дж. Эдмондзон был тем, кто придумал арифмометр с круговым механизмом (каретка совершает действие по окружности). Это устройство было создано в 1889 году на базе аппарата Томаса Ксавье. Однако особенных изменений в конструкции приспособления не произошло, и этот аппарат оказался таким же громоздким и неудобным, как и его предшественники. Тем же грешили и последующие аналоги прибора.
Хорошо известно, кто изобрел арифмометр с цифровой клавиатурой. Это был американец Ф. Болдуин. В 1911 году он представил счетное приспособление, в котором набор чисел производился по вертикальным разрядам, содержащим 9 знаков.
Производство в Европе таких счетных устройств наладил инженер Карл Линдстрем, создав более компактное по размерам и оригинальное по конструкции приспособление. Здесь ступенчатые валики уже располагались вертикально, а не горизонтально, и, помимо того, эти элементы были расставлены в шахматном порядке.
На территории Советского Союза первый арифмометр был создан на заводе «Счетмаш» им. Дзержинского в Москве в 1935 году. Он назывался клавишной (КСМ). Их производство продолжалось до а затем было возобновлено в виде новых моделей полуавтоматических машин только в 1961 году.
В эти же годы были созданы и автоматические устройства, такие как «ВММ-2» и «Зоемтрон-214» , которые использовались в различных сферах, при этом работа характеризовалась большим шумом и неудобством, однако это было единственное приспособление на то время, помогающее справляться с большим объемом расчетов.
Сейчас эти устройства считаются раритетом, их можно встретить только в качестве музейного экспоната или же в коллекции любителей старинной техники. Мы рассмотрели вопрос о том, кто придумал арифмометр, а также предоставили информацию об истории технического развития этого аппарата и надеемся, что эти сведения будут полезны для читателей.
Когда и кем был придуман первый арифмометр? June 14th, 2014
Все началось со сказки. Ведь «Путешествия Гулливера» - все же сказка? Сказка, которую рассказал злой и остроумный Джонатан Свифт (Jonathan Swift) (1667 — 1745)
. Сказка, в которой он осмеял многие глупости и благоглупости современного ему мира. Да что там осмеял - бесстыдно помочился на все, что возможно. Как герой его произведения, который залил мочой королевский дворец в Лилипутии, когда тот загорелся.
В третьей книге о путешествиях Гулливера сей здравомыслящий корабельный врач попадает на летающий остров Лапуту, где проживают гениальные ученые. Ну, от гениальности до сумасшествия один шаг и, по мнению Джонатана Свифта, лапутянские ученые этот шаг сделали. Их изобретения должны бы сулить выгоды всему человечеству. Между тем, выглядят они смешно и жалко.
Среди прочих лапутянских ученых был один, который придумал машину для написания гениальных изобретений, романов, научных трактатов. Все это должно было возникнуть совершенно случайным образом на машине, состоящей из множества кубиков, похожих на игральные кости. Сорок учеников крутили ручки, приводившие в движения все эти кубики, которые в результате поворачивались различными гранями, образовывая всякие слова и сочетания слов, из которых рано или поздно должны были сложиться гениальные творения.
Известно, что Дж.Свифт в виде этого ученого спародировал своего старшего современника Готфрида Вильгельма Лейбница (Gottfried Wilhelm von Leibniz) (1646 — 1716) . Честно говоря, Лейбниц такого осмеяния не был достоин. На его научном счету множество открытий и изобретений, в том числе - математический анализ, дифференциальное и интегральное исчисления, комбинаторика и математическая логика. Царь Петр I (о нем было написано 25.04.2014) во время своего пребывания в Германии в 1712 году встречался с Лейбницем. Лейбниц смог внушить российскому императору две важных идеи, которые повлияли на дальнейшее развитие Российской империи. Это идея о создании Императорской Академии наук и идея «Табели о рангах»
Среди изобретений Лейбница - первый в мире арифмометр, изобретенный им в 1672 году. Этот арифмометр должен был автоматизировать арифметические вычисления, которые до этого считались прерогативой человеческого разума. В общем, Лейбниц на вопрос «может ли машина мыслить?» ответил положительно, и Свифт его за это осмеял.
Собственно говоря, Г.В.Лейбница нельзя считать настоящим изобретателем арифмометра. Он придумал идею, он изготовил прототип. Но по-настоящему арифмометр был придуман в 1874 году Вильгодом Однером. В.Однер был шведом, но жил в Санкт-Петербурге. Изобретение свое он запатентовал сначала в России, а потом в Германии. И производство арифмометров Однера началось в 1890 году в Петербурге, а в 1891 году - в Германии. Так что Россия не только родина слонов, но также родина арифмометров.
После революции производство арифмометров в СССР сохранилось. Арифмометры первоначально производили в Москве, на заводе имени Дзержинского. Поэтому и назвали его «Феликсом». Вплоть до 1960-х годов арифмометры производили заводы в Курске и в Пензе.
«Изюминкой» конструкции арифмометра В.Однера было особенное зубчатое колесо с переменным количеством зубцов. Колесо это называлось «Колесом Однера» и в зависимости от положения специального рычажка могло иметь от одного до девяти зубцов.
На панели арифмометра было 9 разрядов. Соответственно на оси арифмометра были закреплены 9 колес Однера. Числа в разрядах устанавливались перемещением рычажка по панели в одну из 10 позиций, от 0 до 9. При этом на каждом из колес выдвигалось соответствующее количество зубцов. После набора числа можно было провернуть рукоятку в одну сторону (для сложения) или в другую сторону (для вычитания). При этом зубцы каждого колеса входили в зацепление с одной из 9 промежуточных шестерен и проворачивали их на соответствующее количество зубцов. На результирующем счетчике появлялось соответствующее число. После этого набиралось второе число и производилось сложение или вычитание двух чисел. На каретке арифмометра находился счетчик оборотов ручки, который при необходимости обнулялся.
Умножение производилось многократным сложением, а деление - многократным вычитанием. Но умножать многозначные числа, например, 15 на 25, выставив сначала число 15, а затем прокрутив ручку арифмометра 25 раз в одну сторону, было утомительно. При подобном подходе в вычисления легко могла вкрасться ошибка.
Для умножения или деления многозначных чисел каретка делалась подвижной. При этом умножение, например на 25 сводилось к сдвигу каретки вправо на один разряд, двум поворотам ручки в сторону «+». После этого каретка сдвигалась влево и ручка проворачивалась еще 5 раз. Точно так же производилось деление, только ручку следовало вращать в сторону «-»
Арифмометр был простым, но очень эффективным устройством. Пока не появились электронные вычислительные машины и калькуляторы, он широко применялся во всех отраслях народного хозяйства СССР.
И в научных учреждениях тоже. Расчеты по атомному проекту велись на арифмометрах. А вот расчет вывода на орбиту спутников и расчеты водородной бомбы были очень сложными. Произвести их вручную уже не представлялось возможным. Так в Советском Союзе было дано добро на производство и использование электронных вычислительных машин. Хотя кибернетика, как известно, была публичной девкой на ложе американского империализма.
Предназначенная для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания. Механическая вычислительная машина, ведущая автоматическую запись обрабатываемых чисел и результатов на особой ленте - арифмограф .
Типы
Настольная или портативная : Чаще всего арифмометры были настольные или «наколенные» (как современные ноутбуки), изредка встречались карманные модели (Curta). Этим они отличались от больших напольных вычислительных машин, таких как табуляторы (Т-5М) или механические компьютеры (Z-1 , Разностная машина Чарльза Бэббиджа).Механическая: Числа вводятся в арифмометр, преобразуются и передаются пользователю (выводятся в окнах счётчиков или печатаются на ленте) с использованием только механических устройств. При этом арифмометр может использовать исключительно механический привод (то есть для работы на них надо постоянно крутить ручку. Этот примитивный вариант используется, например, в «Феликсе») или производить часть операций с использованием электромотора (Наиболее совершенные арифмометры - вычислительные автоматы, например «Facit CA1-13», почти при любой операции используют электромотор).
Точное вычисление: Арифмометры являются цифровыми (а не аналоговыми, как например логарифмическая линейка) устройствами. Поэтому результат вычисления не зависит от погрешности считывания и является абсолютно точным.
Умножение и деление: Арифмометры предназначались в первую очередь для умножения и деления. Поэтому почти у всех арифмометров есть устройство, отображающее количество сложений и вычитаний - счётчик оборотов (так как умножение и деление чаще всего реализовано как последовательное сложение и вычитание; подробнее - см. ниже).
Сложение и вычитание: Арифмометры могут выполнять сложение и вычитание. Но на примитивных рычажных моделях (например, на арифмометре «Феликс») эти операции выполнялись очень медленно - быстрее, чем умножение и деление, но заметно медленнее, чем на простейших суммирующих машинах или даже вручную.
Непрограммируемый: При работе на арифмометре порядок действий всегда задаётся вручную - непосредственно перед каждой операцией следует нажать соответствующую клавишу или повернуть соответствующий рычаг. Это особенность арифмометра не включается в определение, так как программируемых аналогов арифмометров практически не существовало.
Важнейшие события истории развития
Примерно V - VI век до н.э.Появление абака (Египет, Вавилон)
Примерно VI век н.э.
Появляются китайские счёты.
1893 г.
Millionaire (Миллионер) - первая (и, возможно, единственная) серийная множительная машина. Для умножения использовала пластины "таблицы умножения", умножение на любую цифру производилась одним поворотом ручки. Множительные машины выпускались до 1930-х годов, затем были вытеснены более удобными и универсальными (хотя и работающими медленнее) вычислительными автоматами.
1910 г.
(по некоторым данным - 1905 год)
Mercedes-Euklid (Мерседес-Евклид), модель I, Германия - первый арифмометр с устройством переноса на принципе "пропорциональных реек". Машины на пропорциональных рейках отличаются надёжностью переноса, возможностью работы с высокой скоростью и низким уровнем шума при функционировании (в случае, если остальные устройства также работают тихо). Именно на этом принципе построены самые быстрые арифмометры - Marchant Silent Speed (Мерчент).
Одновременно Mercedes-Euklid (Мерседес-Евклид), модель I" является первым (или, по крайней мере, одним из первых) арифмометров с полуавтоматическим делением (машина способна автоматически вычислять текущую цифру частного).
1913 г.
Mercedes-Euklid (Мерседес-Евклид), модель IV, Германия - видимо, первый распространённый арифмометр с полноклавишной клавиатурой. Первый полноклавишный арифмометр выпустила Monroe (1911), но практически он поступил на рынок только в 1914.
MADAS (Аббревиатура: Multiplication, Automatic Division, Addition, and Subtraction) - первый арифмометр с полностью автоматическим делением. Возможно, он выпущен не в 1913, а в 1908 году.
1919 г.
Mercedes-Euklid (Мерседес-Евклид), модель VII, Германия - видимо, первый в мире вычислительный автомат.
1925 г.
Hamann Manus, мод. A (Гаманн Манус, Германия) - появление арифмометров на основе колеса с переключающей защелкой. Эти арифмометры были сложны, но масса вращающихся частей в них была невелика, поэтому они могли работать со сравнительно большой скоростью.
1932 г.
Facit T (Фацит Т, Швеция) - первый в мире арифмометр с десятиклавишной клавиатурой. Десятиклавишная клавиатура меньше полноклавишной, однако она сложнее конструктивно и медленнее работает. Впоследствии на основе модели Facit TK был выпущен распространённый советский арифмометр ВК-1.
1950-е гг.
Расцвет вычислительных автоматов и полуавтоматических арифмометров. Именно в это время выпущена большая часть моделей электрических вычислительных машин.
1962 - 1964 гг.
Появление первых электронных калькуляторов (1962 - опытная серия ANITA MK VII (Англия), к концу 1964 электронные калькуляторы выпускаются многими развитыми странами, в т.ч. в СССР (ВЕГА КЗСМ)). Начинается жестокая конкурентная борьба между электронными калькуляторами и мощнейшими вычислительными автоматами. Но на производстве маленьких и дешёвых арифмометров (в основном - неавтоматических и с ручным приводом) появление калькуляторов почти не сказалось.
1968 г.
Начато производство Contex-55 - вероятно, самой поздней модели арифмометров с высокой степенью автоматизации.
1969 г.
Пик производства арифмометров в СССР. Выпущено около 300 тысяч "Феликсов" и ВК-1.
1978 г.
Примерно в это время прекращён выпуск арифмометров "Феликс-М". Возможно, это был последний в мире выпускавшийся тип арифмометров.
1988 г.
Последняя достоверно известная дата выпуска механической вычислительной машины - кассового аппарата "Ока".
1995-2002 гг.
Механические кассовые аппараты (ККМ) "Ока" (модели 4400, 4401, 4600) исключены из государственного реестра РФ. Видимо, исчезла последняя область применения сложных механических вычислительных машин на территории России.
2008 г.
В некоторых магазинах Москвы ещё встречались счёты...
До определенного момента своего развития, человечество при подсчете предметов довольствовалось природным «калькулятором» — данными от рождения десятью пальцами. Когда их стало не хватать, пришлось придумывать различные примитивные инструменты: счетные камешки, палочки, абак, китайский суань-пань, японский соробан, русские счеты. Устройство этих инструментов примитивно, однако обращение с ними требует изрядной сноровки. Так, например, для современного человека, родившегося в эру калькуляторов, освоить умножение и деление на счетах необычайно сложно. Такие чудеса «костяной» эквилибристики сейчас под силу, пожалуй, лишь микропрограммисту, посвященному в тайны работы интелевского микропроцессора.
Прорыв в механизации счета наступил, когда европейские математики начали наперегонки изобретать арифмометры. Однако начать обзор стоит с принципиально иного класса вычислителей.
Тупиковая ветвь
В 1614 году шотландский барон Джон Непер (John Napier , 1550-1617) опубликовал блестящий трактат «Описание удивительной таблицы логарифмов», который ввел в математический обиход революционный вычислительный метод. Основываясь на логарифмическом законе, условно говоря, «заменяющем» умножение и деление сложением и вычитанием, были составлены таблицы, облегчающие работу, прежде всего, астрономов, оперирующих большими массивами чисел.
Через некоторое время валлиец Эдмунд Гюнтер (Edmund Gunter , 1581-1626) для облегчения вычислений предложил механическое устройство, использующее логарифмическую шкалу. К нескольким проградуированным по экспоненциальному закону шкалам прилагались два циркуля-измерителя, которыми необходимо было оперировать одновременно, определяя сумму или разность отрезков шкалы, что позволяло находить произведение или частное. Данные манипуляции требовали повышенной внимательности.
В 1632 году английские математики Уильям Отред (William Oughtred , 1575-1660) и Ричард Деламейн (Richard Delamain , 1600-1644) изобрели логарифмическую линейку, в которой шкалы смещаются относительно друг друга, в связи с чем при вычислении отпадала необходимость использовать такую обузу, как циркули. Причем англичане предложили две конструкции: прямоугольную и круглую, в которой логарифмические шкалы были нанесены на двух концентрических кольцах, вращающихся друг относительно друга.
«Каноническая» конструкция логарифмической линейки появилась в 1654 году и использовалась во всем мире вплоть до начала эры электронных калькуляторов, Ее автором стал англичанин Роберт Биссакер (Robert Bissaker). Он взял три отградуированные планки длиной 60 сантиметров, скрепил две внешние металлической оправой, а средняя была использована в качестве движка, скользившего между ними. Вот только бегунка, который фиксировал результат произведенной операции, такая конструкция не предусматривала. О необходимости этого, безусловно, полезного элемента в 1675 году высказался великий сэр Исаак Ньютон (Isaac Newton , 1643-1727), опять же, англичанин. Однако его абсолютно справедливое пожелание было реализовано лишь столетие спустя.
Необходимо отметить, что логарифмический метод вычислений основывается на аналоговом принципе, когда числа «подменяются» их аналогами, в данном случае — длинами отрезков. Такой аналог не дискретен, он не наращивается на единицу младшего разряда числа. Это непрерывная величина, которая, к сожалению, имеет и определенную погрешность, возникающую при ее измерении, и невысокую точность представления. Для того, чтобы при помощи логарифмической линейки можно было бы обрабатывать, скажем, 10-разрядные числа, ее длина должна достигать нескольких десятков метров. Вполне понятно, что реализация такого проекта абсолютно бессмысленна.
На том же самом идеологическом принципе, что и логарифмическая линейка, в ХХ веке были созданы аналоговые вычислительные машины (АВМ, analog computers). В них вычисляемая величина представлялась электрическим потенциалом, а вычислительный процесс моделировался с помощью электрической цепи. Такие устройства были достаточно универсальными и позволили решать многие важные задачи. Неоспоримым достоинством АВМ по сравнению с цифровыми машинами того времени было высокое быстродействие. Столь же неоспоримым недостатком — низкая точность получаемых результатов. Когда в 1980-е годы появились мощные компьютерные системы, проблема быстродействия стала не такой острой, и АВМ постепенно ушли в тень, хотя и не исчезли с лица земли.
Зубастая арифметика
На поверхностный взгляд может показаться, что суд истории обошелся еще более безжалостно с другим типом вычислительных механизмов — с арифмометрами. Действительно, сейчас их можно встретить лишь в музее. Например, в нашем Политехническом , или в Немецком музее в Мюнхене (Deutches Museum), или в Музее вычислительно техники в Ганновере (Ponton Computer-Museum). Однако это в корне неверно. Основываясь на принципе действия арифмометров (поразрядного сложения и сдвига суммы частных произведений), были созданы электронные арифметические устройства, «голова» ЭВМ. Впоследствии они обросли устройством управления, памятью, периферией, и, в конце концов, были «вмурованы» в микропроцессор.
Один из первых арифмометров, точнее «суммирующая машина», был изобретен Леонардо да Винчи (1452-1519) около 1500 года. Правда, о его идеях никто не знал напротяжении почти четырех столетий. Рисунок этого устройства был обнаружен только в 1967 году , и по нему фирма IBM воссоздала вполне работоспособную 13-разрядную суммирующую машину, в которой использован принцип 10-зубых колес.Десятью годами раньше в результате исторических изысканий в Германии были обнаружены чертежи и описание арифмометра, выполненные в 1623 году Вильгельмом Шиккардом (Wilhelm Schickard , 1592-1636), профессором математики университета в Тюбингене. Это была весьма «продвинутая» 6-разрядная машина, состоявшая из трех узлов: устройства сложения-вычитания, множительного устройства и блока записи промежуточных результатов. Если сумматор был выполнен на традиционных зубчатых колесах, имевших кулачки для передачи в соседний разряд единицы переноса, то множитель был построен весьма изощренно. В нем немецкий профессор применил метод «решетки», когда при помощи «насаженной» на валы зубчатой «таблицы умножения» происходит перемножение каждой цифры первого сомножителя на каждую цифру второго, после чего со сдвигом складываются все эти частные произведения.
Эта модель оказалась работоспособной, что было доказано в 1957 году, когда она была воссоздана в ФРГ. Однако неизвестно, смог ли сам Шиккард построить свой арифмометр. Есть свидетельство, содержащееся в его переписке с астрономом Иоганном Кеплером (Johannes Kepler , 1571-1630) относительно того, что недостроенная модель погибла в огне во время пожара в мастерской. К тому же автор, вскоре скончавшийся от холеры, не успел внедрить в научный обиход сведения о своем изобретении, и о нем стало известно лишь в середине ХХ века.
Поэтому Блез Паскаль (Blaise Pascal , 1623-1662), который первым не только сконструировал, но и построил работоспособный арифмометр, начинал, как говорится, с нуля. Блистательный французский ученый, один из создателей теории вероятностей, автор нескольких важных математических теорем, естествоиспытатель, открывший атмосферное давление и определивший массу земной атмосферы, и выдающийся мыслитель, оставивший после себя такие не утратившие и по сей день сочинения как «Мысли» и «Письма к провинциалу», был в повседневной жизни любящим сыном президента королевской палаты сборов. Девятнадцатилетним юношей, в 1642 году, желая помочь отцу, тратившему много времени и сил, составляя финансовые отчеты, он сконструировал машину, которая могла складывать и вычитать числа.
Первый образец постоянно ломался, и через два года Паскаль сделал более совершенную модель. Это была чисто финансовая машина: она имела шесть десятичных разрядов и два дополнительных: один поделенный на 20 частей, другой на 12, что соответствовало соотношению тогдашних денежных единиц (1 су = 1/20 ливра, 1 денье = 1/12 су). Каждому разряду соответствовало колесо с конкретным количеством зубцов.
За свою недолгую жизнь Блез Паскаль, проживший всего 39 лет, успел сделать около пятидесяти счетных машин из самых разнообразных материалов: из меди, из различных пород дерева, из слоновой кости. Одну из них ученый преподнес канцлеру Сегье (Pier Seguier, 1588-1672), какие-то модели распродал, какие-то демонстрировал во время лекций о последних достижениях математической науки. 8 экземпляров дошло до наших дней.
Именно Паскалю принадлежит первый патент на «Паскалево колесо», выданный ему в 1649 году французским королем. В знак уважения к его заслугам в области «вычислительной науки», один из современных языков программирования назван Паскалем.
Модернизаторы
Вполне понятно, что «Паскалево колесо» подвигло изобретателей к усовершенствованию суммирующей машины. Весьма оригинальное решение предложил Клод Перро (Claude Perrault , 1613-1688), брат всемирно известного сказочника, который был человеком широчайших интересов и уникальных способностей: врач, архитектор, физик, натуралист, переводчик, археолог, конструктор, механик и поэт. В творческом наследии Клода Перро содержатся датированные 1670 годом чертежи суммирующей машины, в которой вместо колес используются рейки с зубцами. При поступательном движении они вращают счетчик суммы.
Следующее конструкторское слово — и какое! — сказал Готфрид Лейбниц (Gottfried Leibniz , 1646-1716), перечисление заслуг и занятий которого можно заменить двумя емкими словами «великий мыслитель». Он сделал в математике столь много, что «отец кибернетики » Норберт Винер (Norbert Wiener , 1894-1964) предложил канонизировать немецкого ученого и «назначить» святым, покровительствующим создателям компьютеров.
 |
В XVII веке, конечно же, не могло идти и речи о серийном производстве арифмометров Лейбница. Однако выпущено их было не столь уж и мало. Так, например, одна из моделей досталась Петру I . Русский царь распорядился математической машиной весьма своеобразно: подарил ее китайскому императору в дипломатических целях.
Обзор конструктивных идей, связанных с усовершенствованием механических счетных машин был бы неполным без упоминания об итальянском математике Джованни Полени (Giovanni Poleni , 1683-1761). Свою научную деятельность он начинал как профессор астрономии Падуанского университета . Затем перешел на кафедру физики. И вскоре возглавил кафедру математики, заменив на этом посту Николая Бернулли (Nicholaus Bernoulli , 1695-1726). Его хобби были архитектура, археология и конструирование хитроумных механизмов. В 1709 году Полени продемонстрировал арифмометр, в котором был использован прогрессивный принцип «зубчатого колеса с переменным числом зубцов». В нем было использовано и принципиальное новшество: машина приводилась в действие силой падающего груза, привязанного к свободному концу каната. Это была первая в истории «арифмометростроения» попытка заменить ручной привод внешним источником энергии.
А в 1820-х годах английский математик Чарльз Бэббидж (Charles Babbage , 1791-1871) изобрел «Разностную машину» и приступил к ее постройке. При жизни Бэббиджа этот аппарат так и не был построен, но, что важнее, когда иссякло финансирование проекта, математик придумал «Аналитическую машину» для общих вычислений, и впервые формализовал и описал логику... компьютера. Но, впрочем, это уже немного другая история.
Крупносерийщики
В XIX веке, когда технология точной обработки металлов достигла значительных успехов, появилась возможность внедрить арифмометр в самые разнообразные сферы человеческой деятельности, в которых, как теперь принято говорить, необходимо обрабатывать большие массивы данных. Пионером серийного изготовления счетных машин стал эльзасец Шарль-Ксавье Тома де Кольмар (Charles-Xavier Thomas de Colmar , 1785-1870). Введя в модель Лейбница ряд эксплуатационных усовершенствований, он в 1821 году начинает выпускать в своей парижской мастерской 16-разрядные арифмометры, которые получают известность как «томас-машины». На первых порах они стоили недешево — 400 франков. И выпускались в не столь уж и больших количествах — до 100 экземпляров в год. Но к концу века появляются новые производители, возникает конкуренция, цены понижаются, а количество покупателей возрастает.
Различные конструкторы как в Старом, так и в Новом свете патентуют свои модели, которые отличаются от классической модели Лейбница лишь введением дополнительных удобств в эксплуатации. Появляется звонок, сигнализирующий об ошибках типа вычитания из меньшего числа большего. Наборные рычажки заменяются клавишами. Приделывается ручка для переноса арифмометра с места на место. Повышаются эргономические показатели. Совершенствуется дизайн.
 |
В 1875 году Однер сконструировал свой первый арифмометр, права на производство которого передал машиностроительному заводу «Людвиг Нобель». Спустя 15 лет, став владельцем мастерской, Вильгодт Теофилович налаживает в Петербурге выпуск новой модели арифмометра, которая выгодно отличается от существовавших на тот момент счетных машин компактностью, надежностью, простотой в обращении и высокой производительностью.
Спустя три года мастерская становится мощным заводом, производящим в год более 5 тысяч арифмометров. Изделие с клеймом «Механический завод В. Т. Однер, С-Петербург» начинает завоевывать мировую популярность, ему присуждаются высшие награды промышленных выставок в Чикаго, Брюсселе , Стокгольме , Париже . В начале ХХ века арифмометр Однера начинает доминировать на мировом рынке.
После скоропостижной кончины «русского Билла Гейтса» в 1905 году дело Однера продолжили его родственники и друзья. Точку в славной истории компании поставила революция: Механический завод В.Т. Однер был преобразован в ремонтный завод.
Однако в середине 1920-х годов выпуск арифмометров в России был возрожден. Наиболее популярная модель, получившая название «Феликс», выпускалась на заводе им. Дзержинского до конца 1960-х годов. Параллельно с «Феликсом» в Советском Союзе был налажен выпуск электромеханических счетных машин серии «ВК», в которых мускульные усилия были заменены электрическим приводом. Данный тип вычислителей был создан по образу и подобию германской машины «Мерседес». Электромеханические машины в сравнении с арифмометрами имели существенно более высокую производительность. Однако создаваемый ими грохот походил на стрельбу из пулемета. Если же в операционном зале работало десятка два «Мерседесов», то в шумовом отношении это напоминало ожесточенный бой.
В 1970-е годы, когда начали появляться электронные калькуляторы — сперва ламповые, потом транзисторные — все описанное выше механическое великолепие начало стремительно перемещаться в музеи, где поныне и пребывает.
Арифмометр (от греч. αριθμός - «число», «счёт» и греч. μέτρον - «мера», «измеритель») - настольная (или портативная) механическая вычислительная машина, предназначенная для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания.
Настольная или портативная: Чаще всего арифмометры были настольные или «наколенные» (как современные ноутбуки), изредка встречались карманные модели. Этим они отличались от больших напольных вычислительных машин, таких как табуляторы (Т-5М) или механические компьютеры (Z-1,Разностная машина Чарльза Бэббиджа).
Механическая: Числа вводятся в арифмометр, преобразуются и передаются пользователю (выводятся в окнах счётчиков или печатаются на ленте) с использованием только механических устройств. При этом арифмометр может использовать исключительно механический привод или производить часть операций с использованием электромотора (Наиболее совершенные арифмометры - вычислительные автоматы, например «Facit CA1-13», почти при любой операции используют электромотор).
Точное вычисление: Арифмометры являются цифровыми (а не аналоговыми, как например логарифмическая линейка) устройствами. Поэтому результат вычисления не зависит от погрешности считывания и является абсолютно точным.
Умножение и деление: Арифмометры предназначены в первую очередь для умножения и деления. Поэтому почти у всех арифмометров есть устройство, отображающее количество сложений и вычитаний - счётчик оборотов (так как умножение и деление чаще всего реализовано как последовательное сложение и вычитание; подробнее - см. ниже).
Сложение и вычитание: Арифмометры могут выполнять сложение и вычитание. Но на примитивных рычажных моделях (например, на «Феликсе») эти операции выполняются очень медленно - быстрее, чем умножение и деление, но заметно медленнее, чем на простейших суммирующих машинах или даже вручную.
Не программируемый: При работе на арифмометре порядок действий всегда задаётся вручную - непосредственно перед каждой операцией следует нажать соответствующую клавишу или повернуть соответствующий рычаг. Это особенность арифмометра не включается в определение, так как программируемых аналогов арифмометров практически не существовало.
Разностная машина Чарльза Бэббиджа
Рисунок 9. Ра́зностная маши́на Чарльза Бэббиджа
История создания
Чарльз Бэббидж, находясь во Франции, познакомился с работами Гаспара де Прони, занимавшего должность руководителя бюро переписи при французском правительстве с 1790 по 1800 год. Прони, которому было поручено выверить и улучшить логарифмические тригонометрические таблицы для подготовки к введению метрической системы, предложил распределить работу по трём уровням. На верхнем уровне группа крупных математиков занималась выводом математических выражений, пригодных для численных расчётов. Вторая группа вычисляла значения функций для аргументов, отстоящих друг от друга на пять или десять интервалов. Подсчитанные значения входили в таблицу в качестве опорных. После этого формулы отправляли третьей, наиболее многочисленной группе, члены которой проводили рутинные расчёты и именовались «вычислителями». От них требовалось только аккуратно складывать и вычитать в последовательности, определённой формулами, полученными от второй группы.
Работы де Прони (так и не законченные ввиду революционного времени) навели Бэббиджа на мысль о возможности создания машины, способной заменить третью группу - вычислителей. В 1822 году Бэббидж опубликовал статью с описанием такой машины, а вскоре приступил к её практическому созданию. Как математику, Бэббиджу был известен метод аппроксимации функций многочленами и вычислением конечных разностей. С целью автоматизации этого процесса он начал проектировать машину, которая так и называлась - разностная . Эта машина должна была уметь вычислять значения многочленов до шестой степени с точностью до 18-го знака.
В том же 1822 году Бэббиджем была построена модель разностной машины, состоящая из валиков и шестерней, вращаемых вручную при помощи специального рычага. Заручившись поддержкой Королевского общества, посчитавшего его работу «в высшей степени достойной общественной поддержки», Бэббидж обратился к правительству Великобритании с просьбой о финансировании полномасштабной разработки. В 1823 году правительство Великобритании предоставило ему субсидию в размере 1500 фунтов стерлингов (общая сумма правительственных субсидий, полученных Бэббиджем на реализацию проекта, составила в конечном счёте 17 000 фунтов стерлингов).
Разрабатывая машину, Бэббидж и не представлял всех трудностей, связанных с её реализацией, и не только не уложился в обещанные три года, но и спустя девять лет вынужден был приостановить свою работу. Однако часть машины все же начала функционировать и производила вычисления даже с большей точностью, чем ожидалось.
Рисунок 10. Разностная машина № 2
Конструкция разностной машины основывалась на использовании десятичной системы счисления. Механизм приводился в действие специальными рукоятками. Когда финансирование создания разностной машины прекратилось, Бэббидж занялся проектированием гораздо более общей аналитической машины , но затем всё-таки вернулся к первоначальной разработке. Улучшенный проект, над которым он работал между 1847 и 1849 годами, носил название «Разностная машина № 2» (англ.Difference Engine No . 2 ).
Основываясь на работах и советах Бэббиджа, шведский издатель, изобретатель и переводчик Георг Шутц(швед Georg Scheutz ) начиная с 1854 года сумел построить несколько разностных машин и даже сумел продать одну из них канцелярии английского правительства в 1859 году. В 1855 году разностная машина Шутца получила золотую медаль Всемирной выставки в Париже. Спустя некоторое время другой изобретатель, Мартин Вибрег (швед Martin Wiberg ), улучшил конструкцию машины Шутца и использовал её для расчёта и публикации печатных логарифмических таблиц.
В период 1989 по 1991 год к двухсотлетию со дня рождения Чарльза Бэббиджа на основе его оригинальных работ в лондонском Музее науки была собрана работающая копия разностной машины № 2 . В 2000 году в том же музее заработал принтер, также придуманный Бэббиджем для своей машины. После устранения обнаруженных в старых чертежах небольших конструктивных неточностей, обе конструкции заработали безупречно. Эти эксперименты подвели черту под долгими дебатами о принципиальной работоспособности конструкций Чарльза Бэббиджа (некоторые исследователи полагают, что Бэббидж умышленно вносил неточности в свои чертежи, пытаясь таким образом защитить свои творения от несанкционированного копирования).