что такое механический калькулятор
Карманный механический калькулятор Curta
Многие еще помнят, как когда-то в школе учились считать на деревянных счетах, а затем прибавлять и отнимать смогли уже столбиком. Но не все знали и знают сейчас, что был такой механический калькулятор Curta.
Данным прибором пользовались до того времени, пока не появились электронные вычислительные машины. Не смотря на то, что он скорее имел вид маленькой кофемолки, это был самый удобный и компактный карманный калькулятор. Что в нем было замечательно, так это то, что при работе с ним не нужны никакие элементы питания. Делая расчеты, нужно было просто поворачивать ручку.
Изобретателем этого аппарата является Курт Херцштарк – сын венского бизнесмена, руководившего предприятием, на котором производили высокоточные механические устройства. Именно там молодой изобретатель познал работу механики. Тогда уже были карманные механические калькуляторы, на которых можно было только вычитать и складывать. Курту же хотелось создать устройство, способное выполнять с числами все четыре действия. Свое первое изобретение ему удалось сделать в 1938 году, но массовый выпуск так и не был налажен, так как начавшаяся война этому помешала.
В 1943 году Курта арестовывают за помощь евреям. Он находится то в одной тюрьме, то в другой, пока его не переводят в концлагерь Бухенвальд. Начальника лагеря ставят в известность, что к ним попал тот, кто изобрел механический калькулятор, и он решает, что неплохо бы такое устройство подарить фюреру.
Курту Херцштарку выдали кульман и приказали, чтобы тот вспомнил чертеж калькулятора. Он смог воссоздать его по памяти, но сделать прибор ему не удалось, так как благодаря американским войскам в 1945 году все пленники лагеря Бухенвальд были освобождены.
Так как на свободу Курт вышел, имея готовый набор чертежей, то уже в 1947 году ему удается начать серийный выпуск механического калькулятора. В самом начале устройство называли «Лилипут», но совсем недолго. Имя Curta калькулятору дали в 1948 году, после торговой ярмарки, где один из ее участников обратил внимание на то, что эта машина для господина Херцштарка все равно, что дочь, и название Curtа ей очень подходит. Раз отец-создатель — Курт, то пусть «дочь» будет Curta.
Curta – это самый компактный механический карманный калькулятор, созданный когда-либо. 100 грамм – таков вес аппарата. Он умеет не только прибавлять, отнимать, умножать и делить, но и работает с квадратными корнями. Механических калькуляторов Curta было выпущено два вида: Curta I (11-разрядная) и Curta II (15-разрядная), появление которого стало возможно в 1954 году.
В калькуляторе Курта Херцштарка использовался «дополнительный ступенчатый барабан» (придуманный им самим), тогда как в других подобных устройствах применяли обычный ступенчатый барабан или же цевочное колесо. «Дополнительный ступенчатый барабан» умел по одному алгоритму выполнять различные арифметические действия, при этом работа устройства значительно упрощалась. Например, вычитание можно было превратить в сложение.
Конечно, возникает вопрос, как это происходит? Оказывается, очень просто. Допустим, нам надо узнать, какое число получится, если от 465702 отнять 5847.
Если взять модель Curta I, то будем иметь следующее:
Теперь каждый разряд в вычитаемом значении нужно дополнить до девяти — 99 999 994152 (более подробно: 99 999 994152 + 00 000 005847 = 99 999 999 999).
Теперь к тому значению, которое у нас получилось, прибавляем уменьшаемое значение: 99 999 994152 + 00 000 465702 = 100 000 459 854
Цифра 1, не попадающая в 11 разрядный диапазон, отсекается. Результат получается на один разряд короче, и тогда значение низшего разряда увеличивается путем добавления единицы: 00 000459 854 + 00 000 000 001 = 00000459 855 – это и есть число ответа.
Кстати, в современных электронных калькуляторах вычитание происходит по точно такому же алгоритму, но в них используется двоичная система исчисления.
Калькулятор Лейбница
Первая счетная машина, позволявшая производить умножение и деление также легко, как сложение и вычитание, была изобретена в Германии в 1673 году Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646-1716), и называлась «Калькулятор Лейбница».
Идея создать такую машину у Вильгельма Лейбница появилась после знакомства с голландским астрономом и математиком Христианом Гюйгенсом. Видя нескончаемые вычисления, которые астроному приходилось производить, обрабатывая свои наблюдения, Лейбниц решил создать устройство, которое ускорило и облегчило бы эту работу.
Первое описание своей машины Лейбниц сделал в 1670 году. Через два года ученый составил новое эскизное описание, на основе которого в 1673 году построил действующее арифметическое устройство и продемонстрировал его в феврале 1673 года на заседании Лондонского Королевского общества. В заключение своего выступления он признал, что устройство не совершенно, и пообещал его улучшить.
В 1674 – 1676 годах Лейбниц провел большую работу по улучшению изобретения и привез в Лондон новый вариант калькулятора. Это была малоразрядная модель счетной машины, не пригодная для практического применения. И только в 1694 году Лейбниц сконструировал 12 разрядную модель. Впоследствии калькулятор несколько раз дорабатывался. Последний вариант был создан в 1710 году. По образцу двенадцатиразрядной счетной машины Лейбница в 1708 году профессор Вагнер и мастер Левин создали шестнадцатиразрядную счетную машину.
Как видно, работа над изобретением была длительной, но не непрерывной. Лейбниц одновременно трудился в самых разных областях науки. В 1695 году он писал: «Уже свыше двадцати лет назад французы и англичане видели мою счетную машину. с тех пор Ольденбург, Гюйгенс и Арно, сами или через своих друзей, побуждали меня издать описание этого искусного устройства, а я все откладывал это, потому что я сперва имел только маленькую модель этой машины, которая годится для демонстрации механику, но не для пользования. Теперь же с помощью собранных мною рабочих готова машина, позволяющая перемножать до двенадцати разрядов. Уже год, как я этого достиг, но рабочие еще при мне, чтобы можно было изготовить другие подобные машины, так как их требуют из разных мест».
Работа над калькулятором Лейбницу обошлась в 24 000 талеров. Для сравнения, годовая зарплата министра по тем временам составляла 1 – 2 тысячи талеров.
К сожалению, с полной уверенностью не об одной из сохранившихся моделей калькулятора Лейбница нельзя сказать, что она была создана именно автором. Из-за чего существует много предположений относительно изобретения Лейбница. Есть мнения, что ученый только высказал идею применения ступенчатого валика, или что он не создавал калькулятор целиком, а только демонстрировал работу отдельных механизмов устройства. Но, несмотря на все сомнения, можно точно утверждать, что идеи Лейбница надолго определили путь развития вычислительной техники.
Мы будем вести описание калькулятора Лейбница на основе одной из сохранившихся моделей, находящейся в музее в Ганновере. Она представляет собой ящик около метра длинной, 30 сантиметров шириной и около 25 сантиметров высотой.
Изначально, Лейбниц пытался лишь улучшить уже существующее устройство Паскаля, но вскоре он понял, что операция умножения и деления требуют принципиально нового решения, которое бы позволяло вводить множимое только один раз.
О своей машине Лейбниц писал: «Мне посчастливилось построить такую арифметическую машину, которая бесконечно отличается от машины Паскаля, так как моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно, притом не прибегая к последовательному сложению и вычитанию».
Это стало возможно, благодаря разработанному Лейбницем цилиндру, на боковой поверхности которого, параллельно образующей, располагались зубья различной длины. Этот цилиндр получил название «Ступенчатый валик».
К ступенчатому валику крепится зубчатая рейка. Эта рейка входит в сцепление с десятизубым колесом №1, к которому прикреплялся циферблат с цифрами от 0 до 10. Поворотом этого циферблата задается значение соответствующего разряда множимого.
Например, если второй разряд множимого равнялся 5, то циферблат, отвечающий за установку этого разряда, поворачивался в положение 5. В результате десятизубое колесо № 1, с помощью зубчатой рейки, так перемещало ступенчатый валик, что при повороте на 360 градусов он входит в зацеплении с десятизубым колесом № 2 только пятью наиболее длинными ребрами. Соответственно, десятизубое колесо №2 поворачивалось на пять частей полного оборота, на столько же поворачивался и связанный с ним цифровой диск, отображающий результирующее значение выполненной операции.
При следующем обороте валика на цифровой диск снова перенесется пятерка. Если цифровой диск совершал полный оборот, то результат переполнения переносился на следующий разряд.
Поворот ступенчатых валиков осуществлялся с помощью специальной ручки – главного приводного колеса.
Таким образом, при выполнении операции умножения не требовалось многократно вводить множимое, а достаточно вести его один раз и повернуть ручку главного приводного колеса столько раз, на сколько необходимо произвести умножение. Однако, если множитель будет велик, то операция умножения займет длительное время. Для решения этой проблемы Лейбниц использовал сдвиг множимого, т.е. отдельно происходило умножение на единицы, десятки, сотни и так далее множителя.
Так же для облегчения умножения и деления Лейбниц разработал вспомогательный счетчик, состоящий из трех частей.
Средняя часть вспомогательного счетчика – подвижная, которая служит для отсчета количества сложений при умножении и вычитаний при делении. На ней имеется десять отверстий, напротив цифр внешней и внутренней частей счетчика, в которые вставляется штифт для ограничения вращения счетчика.
При полном повороте главного приводного колеса средняя часть вспомогательного счетчика поворачивается на одно деление. Если предварительно вставить штифт, например, в отверстие напротив цифры 4 внешней части вспомогательного счетчика, то после четырех оборотов главного приводного колеса этот штифт наткнется на неподвижный упор и остановит вращение главного приводного колеса.
Рассмотрим принцип работы калькулятора Лейбница на примере умножения 10456 на 472:
1. С помощью циферблатов вводится множимое (10456).
2. Устанавливается штифт в среднюю часть вспомогательного счетчика, напротив цифры 2, нанесенной на наружную часть вспомогательного счетчика.
3. Поворачивают главное приводное колесо по часовой стрелки, пока штифт, вставленный в вспомогательный счетчик, не упрется в упор (два поворота).
4. Сдвигается подвижная часть калькулятора Лейбница на одно деление влево, используя вспомогательное приводное колесо.
5. Устанавливается штифт в среднюю часть вспомогательного счетчика, напротив цифры, соответствующей количеству десяток множителя (7).
6. Поворачивается главное приводное колесо по часовой стрелки, пока штифт, вставленный в вспомогательный счетчик, не упрется в упор (семь поворотов).
7. Подвижная часть калькулятора Лейбница сдвигается еще на одно деление влево.
8. Устанавливается штифт в среднюю часть вспомогательного счетчика, напротив цифры, соответствующей количеству сотен множителя (4).
9. Поворачивают главное приводное колесо по часовой стрелки, пока штифт, вставленный в вспомогательный счетчик, не упрется в упор (четыре поворота).
10. Число, появившиеся в окошках отображения результата, – искомое произведение 10456 на 472 (10456 х 472 = 4 935 232).
При делении, сначала, в калькулятор Лейбница вводится делимое с помощью циферблатов, и один раз поворачивается главное приводное колесо по часовой стрелке. Затем, с помощью циферблатов вводится делитель, и главное приводное колесо начинает вращаться против часовой стрелки. При этом результат деления – это количество оборотов главного приводного колеса, а в окошках отображения результатов индицировался остаток от деления.
Если делимое много больше делителя, то для ускорения деления используют сдвиг делителя на необходимое количество разрядов влево с помощью вспомогательного приводного колеса. При этом, во время подсчета количества оборотов главного приводного колеса, необходимо учитывать сдвиг (один оборот главного приводного колеса при сдвиге подвижной части калькулятора Лейбница на одну позицию влево приравнивается к десяти оборотам главного приводного колеса).
Рассмотрим принцип работы калькулятора Лейбница на примере деления 863 на 64:
1. С помощью циферблатов вводим делимое (863).
2. Поворачиваем ручку главного приводного колеса по часовой стрелки один раз.
3. С помощью циферблатов вводим делитель (863).
4. Сдвигаем движущуюся часть калькулятора Лейбница на одну позицию влево с помощью вспомогательного приводного колеса.
6. Сдвигаем движущуюся часть калькулятора Лейбница на одну позицию вправо с помощью вспомогательного приводного колеса.
Сложение осуществляется следующим способом:
1. С помощью установки циферблатов в необходимое положение, вводится первое слагаемое
2. Поворачивается ручка главного приводного колеса по часовой стрелки один раз.
3. Вводится второе слагаемое по той же технологии, как и первое.
4. Еще раз поворачивается ручка главного приводного колеса.
5. В окне результата отображается результат сложения.
Для вычитания необходимо:
1. С помощью установки циферблатов в необходимое положение, вводится уменьшаемое.
2. Поворачивается ручка главного приводного колеса по часовой стрелки один раз.
3. С помощью циферблатов вводится вычитаемое.
4. Поворачивается ручка главного приводного колеса один раз против часовой стрелки.
5. В окне результата отображается результат вычитания.
Идеи, изложенные Лейбницем, имели большое количество последователей. Так, в конце 18 века над усовершенствованием калькулятора работали Вагнер и механик Левин, а после смерти Лейбница – математик Тоблер. В 1710 году машину, аналогичную калькулятору Лейбница, построил Буркхардт. Усовершенствованием изобретения занимались и Кнутцен, и Мюллер, и другие выдающиеся ученые того времени.
Калькулятор Лейбница
Калькулятор Лейбница — механический калькулятор, изобретённый немецким математиком Готфридом Вильгельмом Лейбницем.
Содержание
История создания
Идея создания машины, выполняющей вычисления, появилась у выдающегося немецкого математика и философа Готфрида Вильгельма Лейбница после его знакомства с голландским математиком и астрономом Христианом Гюйгенсом. Огромное количество вычислений, которое приходилось делать астроному, навело Лейбница на мысль о создании механического устройства, которое могло бы облегчить такие расчёты («Поскольку это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машины»).
Механический калькулятор был создан Лейбницем в 1673 году. Сложение чисел выполнялось при помощи связанных друг с другом колёс, так же как на вычислительной машине другого выдающегося учёного-изобретателя Блеза Паскаля — «Паскалине». Добавленная в конструкцию движущаяся часть (прообраз подвижной каретки будущих настольных калькуляторов) и специальная рукоятка, позволявшая крутить ступенчатое колесо (в последующих вариантах машины — цилиндры), позволяли ускорить повторяющиеся операции сложения, при помощи которых выполнялось деление и перемножение чисел. Необходимое число повторных сложений выполнялось автоматически.
Были построены два прототипа, до сегодняшнего дня только один сохранился в Национальной библиотеке Нижней Саксонии (нем. Niedersächsische Landesbibliothek ) в Ганновере, Германия. Несколько поздних копий находятся в музеях Германии, например, один в Немецком музее в Мюнхене.
Описание
Доступные операции
Машина Лейбница уже умела проводить операции умножения, деления, сложения и вычитания в десятичной системе счисления.
Наследие
Несмотря на недостатки калькулятора Лейбница, он дал изобретателям калькуляторов новые возможности. Привод, изобретённый Лейбницем — шагающий цилиндр или колесо Лейбница — использовался во многих вычислительных машинах на протяжении 300 лет, до 1970-х годов.
Что такое механический калькулятор
Мечта всякого коллекционера – механический калькулятор Curta – устройство, которое до сих пор сохраняет статус культового изобретения. Вплоть до появления электронных вычислительных устройств в 70-е годы прошлого века, этот похожий на старую кофемолку прибор считался самым удобным карманным калькулятором. Изюминка устройства в том, что оно было полностью механическим. Ни тебе электричества, ни батарей, только несколько сот крошечных деталей.
Изобретатель этого аппарата Курт Херцштарк (1902-1988) — сын венского бизнесмена. Херцштарк-старший руководил предприятием по производству высокоточных механических устройств, на котором Курт и сделал свои первые шаги в механике. В то время уже существовали карманные калькуляторы, но они могли только складывать и вычитать. Херцштарк же мечтал создать арифмометр, способный выполнять все четыре действия. Зимой 1938 года был построен первый полноценный образец, однако массовое производство не началось: помешала война.
В 1943 году Курт Херцштак был арестован по обвинению в «пособничестве евреям», а также «порочных связях с арийскими женщинами». После долгих мытарств по тюрьмам он оказался в концлагере в Бухенвальде.
Узнав, кто попал к нему в руки, начальник лагеря был очень доволен. Изобретение Херцштарка показалось отличным подарком для фюрера. Курту выдали кульман и приказали сделать чертеж по памяти. Работая и днем и ночью, изобретатель восстановил схему калькулятора. Однако Гитлер свой презент так и не получил: в 1945 году всех пленников лагеря освободили американские войска.
С полным набором чертежей Херцштарк вышел на свободу. Князь Лихтенштейн разрешил ему построить фабрику и в 1947 году началось серийное производство устройства. Сначала калькулятор хотели назвать «Лилипут», но название не прижилось. На торговой ярмарке 1948 года в Базеле кто-то из участников обронил: «Эта машина — дочь господина Херцштарка. Если отца зовут Курт, то дочь нужно назвать Куртой».
Curta — самый компактный из всех механических карманных калькуляторов, которые когда-либо были придуманы. Аппарат весит всего 100 граммов. А вот работает он совсем по-взрослому. Первые Curta были 11-разрядными (Curta I), в 1954 году появилась 15-разрядная модель (Curta II). Добавим, что эта чудо-машина умела вычислять квадратные корни и позволяла умножать на девять всего двумя поворотами рукоятки.
До 1947 года основой всех механических калькуляторов служили ступенчатый барабан (по примеру Лейбница) или цевочное колесо (придуманное Однером). Курт Херцштарк предложил нечто новое – так называемый дополненный ступенчатый барабан.
«Дополненный» барабан упрощает работу, поскольку позволяет выполнять разные арифметические действия по одному алгоритму. Например, вычитание превратить в сложение. Каким образом? Поясним примером:
Современные калькуляторы выполняют операции вычитания по этому же алгоритму. Разница состоит лишь в том, что электронные устройства используют двоичную систему счисления.
Ну и несколько картинок напоследок:
Curta I с круглыми установочными ручками. Справа – каретка. Ее белая часть – это шестизначный счетчик оборотов, темная часть – 11-разрядное окно результата.
Деталь классического калькулятора со ступенчатым барабаном. Четко видны четыре передачи ступенчатых барабанов, при помощи которых задается число (разряды возрастают слева направо). Нужное число задается при помощи ползуна.
Слева – ранний 11-разрядный Curta I, рукоятка которого помещена в положение для выполнения вычитания. Справа – более поздний Curta I, рукоятка которого помещена в положение для выполнения сложения. Сдвиг по вертикали – всего 3 мм.
© 2004—2021 «Занимательная физика», при использовании материалов сайта активная ссылка обязательна.
А механический калькулятор, или же счетная машина, представляет собой механическое устройство, используемое для выполнения основных операций арифметика автоматически. Большинство механических калькуляторов были сопоставимы по размеру с небольшими настольные компьютеры и устарели с появлением электронный калькулятор. Спустя два десятилетия после якобы неудачной попытки Шикарда, в 1642 году, Блез Паскаль решительно решил эти конкретные проблемы с изобретением механического вычислителя. [3] Принимал участие в работе отца как сборщик налогов в Руане Паскаль разработал калькулятор, чтобы помочь в большом количестве требуемых утомительных арифметических действий; [4] это называлось Калькулятор Паскаля или Паскалин. [5] Арифмометр Томасапервая коммерчески успешная машина была изготовлена двести лет спустя в 1851 году; это был первый механический калькулятор, достаточно прочный и надежный для повседневного использования в офисной среде. В течение сорока лет арифмометр был единственным доступным для продажи типом механического счетчика. [6] В комптометр, представленная в 1887 году, была первой машиной, в которой использовалась клавиатура, состоящая из столбцов по девять клавиш (от 1 до 9) для каждой цифры. Счетная машина Далтона, выпускавшаяся в 1902 году, была первой с клавиатурой с 10 клавишами. [7] Электродвигатели использовались в некоторых механических калькуляторах с 1901 года. [8] В 1961 году машина комптометрического типа, Анита мк7 от Sumlock comptometer Ltd., стала первым настольным механическим калькулятором, получившим полностью электронный вычислительный механизм, что стало связующим звеном между этими двумя отраслями и положило начало его упадку. Производство механических калькуляторов было остановлено в середине 1970-х годов, закрывая отрасль, просуществовавшую 120 лет. Чарльз Бэббидж разработали два новых вида механических калькуляторов, которые были настолько большими, что требовали мощности паровой двигатель для работы, а они были слишком сложными, чтобы их можно было построить при его жизни. Первый был автоматический механический калькулятор, его разностный двигатель, который мог автоматически вычислять и печатать математические таблицы. В 1855 г. Георг Шойц стал первым из горстки конструкторов, которым удалось построить меньшую и более простую модель своего разностного двигателя. [9] Второй был программируемый механический калькулятор, его аналитическая машина, который Бэббидж начал проектировать в 1834 году; «менее чем за два года он обрисовал многие характерные черты современного компьютер. Решающим шагом стало внедрение системы перфокарт, основанной на Жаккардовый ткацкий станок» [10] делая его бесконечно программируемым. [11] В 1937 г. Говард Эйкен убежденный IBM спроектировать и построить ASCC / Mark I, первая в своем роде машина, основанная на архитектуре аналитического движка; [12] когда машина была закончена, некоторые провозгласили ее «сбывшейся мечтой Бэббиджа». [13] СодержаниеДревняя история
17 векОбзор17 век ознаменовал начало истории механических калькуляторов, когда были изобретены первые машины, в том числе Калькулятор Паскаля, в 1642 г. [4] [14] Блез Паскаль изобрел машину, которую он представил как способную выполнять вычисления, которые ранее считались возможными только для человека. [15]
В 17 веке также были изобретены очень мощные инструменты для помощи в арифметических вычислениях, такие как Кости Напьера, логарифмические таблицы и логарифмическая линейка которые из-за простоты использования учеными при умножении и делении управляли и препятствовали использованию и развитию механических вычислителей. [17] до серийного выпуска арифмометр в середине 19 века.
Изобретение механического счетчикаБлез Паскаль изобрел механический калькулятор со сложным механизмом переноски в 1642 году. После трех лет усилий и 50 прототипов [19] он представил публике свой калькулятор. За следующие десять лет он построил двадцать таких машин. [20] Эта машина могла складывать и вычитать два числа напрямую, а также умножать и делить повторением. Поскольку, в отличие от машины Шикарда, циферблаты Pascaline могли вращаться только в одном направлении, обнуление после каждого вычисления требовало от оператора набора всех девяток, а затем (метод обнуление ) распространить перенос прямо через машину. [21] Это говорит о том, что механизм переноса многократно зарекомендовал себя на практике. Это свидетельство качества Pascaline, потому что ни в одной из критических замечаний 17-го и 18-го веков к машине не упоминалось о проблеме с механизмом переноски, и тем не менее, он был полностью протестирован на всех машинах путем их перезапуска все время. [22] В 1672 г. Готфрид Лейбниц начал работать над добавлением прямого умножения к тому, что, как он понимал, было работой калькулятора Паскаля. Однако сомнительно, что он когда-либо полностью видел механизм, и метод не мог работать из-за отсутствия обратимого вращения в механизме. Соответственно, в конечном итоге он разработал совершенно новую машину, названную Ступенчатый счетчик; он использовал его Колеса Лейбница, был первым калькулятором с двумя движениями, первым использовавшим курсоры (создавая память первого операнда) и первым, у которого была подвижная каретка. Лейбниц построил два ступенчатых счетчика: один в 1694 году и один в 1706 году. [23] Известно, что существует только машина, построенная в 1694 году, она была обнаружена заново в конце 19 века, будучи забытой на чердаке в Геттингенский университет. [23]
Лейбниц изобрел одноименное колесо и принцип двухдвигательного калькулятора, но после сорока лет разработок он не смог создать полностью работоспособную машину; [25] это делает калькулятор Паскаля единственным работающим механическим калькулятором в 17 веке. Лейбниц также был первым, кто описал калькулятор вертушки. [26] Однажды он сказал, что «недостойно отличных людей терять часы, как рабы, в расчетах, которые можно было бы спокойно переложить на кого-то другого, если бы использовались машины». [27] Прочие вычислительные машиныШикард, Паскаль и Лейбниц были неизбежно вдохновлены ролью часового механизма, которая была широко известна в семнадцатом веке. [28] Однако простое применение взаимосвязанных шестерен было недостаточным ни для одной из их целей. Шикард ввел использование однозубого «изуродованного механизма», чтобы обеспечить возможность переноски. Паскаль улучшил это в своем знаменитом сотуаре с весами. Лейбниц пошел еще дальше в том, что касается возможности использования подвижной каретки для более эффективного умножения, хотя и за счет полностью работающего механизма переноски.
Принцип часов (колеса ввода и колеса дисплея, добавленные к механизму, подобному часам) для вычислительной машины прямого ввода не мог быть реализован для создания полностью эффективной вычислительной машины без дополнительных инноваций с технологическими возможностями 17-го века. [31] потому что их шестерни заклинивали, когда переноску приходилось перемещать на несколько мест вдоль аккумулятора. Единственные счетные часы 17 века, сохранившиеся до наших дней, не имеют механизма переноски, поэтому их нельзя назвать полностью эффективными механическими калькуляторами. Гораздо более удачные счетные часы построили итальянцы. Джованни Полени в 18 веке и представляли собой двухходовые счетные часы (сначала вписываются числа, а затем их обрабатывают). 18 век
ОбзорВ 18 веке появился первый механический калькулятор, который мог автоматически выполнять умножение; спроектирован и построен Джованни Полени в 1709 году и сделанные из дерева, это были первые успешные часы-счетчики. Для всех машин, построенных в этом столетии, разделение по-прежнему требовало от оператора решения, когда остановить повторное вычитание для каждого индекса, и поэтому эти машины только помогали при делении, как счеты. И калькуляторы вертушки, и калькуляторы колеса Лейбница были созданы после нескольких безуспешных попыток коммерциализации. Прототипы и ограниченные тиражи19 векОбзорЛуиджи Торки изобрел первую машину прямого умножения в 1834 году. [55] Это также была вторая машина с приводом от ключа в мире после машины Джеймса Уайта (1822 г.). [56] Производство механических калькуляторов началось в 1851 году. Томас де Кольмар выпустил упрощенный Арифмометр это была первая машина, которую можно было использовать ежедневно в офисе. За 40 лет [57] арифмометр был единственным доступным для продажи механическим калькулятором и продавался по всему миру. К тому времени, в 1890 году, было продано около 2500 арифмометров. [58] плюс еще несколько сотен от двух лицензированных производителей клонов арифмометров (Буркхардт, Германия, 1878 г. и Лейтон, Великобритания, 1883 г.). Felt and Tarrant, единственный другой конкурент в области настоящего коммерческого производства, продала 100 комптометров за три года. [59]
Произведено настольных калькуляторов
Автоматические механические калькуляторы
Программируемые механические калькуляторы
Кассовые аппаратыКассовый аппарат, изобретенный американским владельцем салуна Джеймс Ритти в 1879 году обратился к старым проблемам неорганизованности и нечестности в деловых операциях. [73] Это была чистая счетная машина в сочетании с принтер, колокольчик и двусторонний дисплей, который показывал плательщику и владельцу магазина, если он хотел, сумму денег, обмениваемую для текущей транзакции. Кассовый аппарат был прост в использовании и, в отличие от настоящих механических калькуляторов, был востребован и быстро принят большим количеством предприятий. «Восемьдесят четыре компании продали кассовые аппараты между 1888 и 1895 годами, и только три просуществовали какое-то время». [74] В 1890 году, через 6 лет после Джон Паттерсон началось Корпорация NCRТолько его компанией было продано 20 000 машин против в общей сложности примерно 3 500 для всех подлинных калькуляторов вместе взятых. [75] К 1900 году NCR построила 200 000 кассовых аппаратов. [76] и было больше компаний, производящих их, по сравнению с арифмометрической компанией «Thomas / Payen», которая только что продала около 3300 [77] а Берроуз продал только 1400 машин. [78] Прототипы и ограниченные тиражи
1900-1970-е годыМеханические калькуляторы достигли своего апогеяПоследний тип, вращающийся, имел по крайней мере один главный вал, который совершал один [или несколько] непрерывных оборотов, одно добавление или вычитание за оборот. Многочисленные конструкции, особенно европейские калькуляторы, имели рукоятки и замки, чтобы гарантировать, что рукоятки возвращаются в точное положение после завершения поворота.
В первой половине 20 века постепенно развивался механизм механического счетчика. Добавление-листинг Далтона машина представленный в 1902 году, был первым в своем роде, в котором использовалось только десять ключей, и стал первым из множества различных моделей «10-клавишных дополнительных устройств», производимых многими компаниями.
В 1948 году цилиндрический Curta калькулятор, который был достаточно компактен, чтобы его можно было держать в одной руке, был представлен после разработки Курт Херцстарк в 1938 году. Это было крайним развитием счетного механизма ступенчатой передачи. Он вычитается путем добавления дополнений; между зубцами для сложения были зубцы для вычитания. В этих машинах дополнение и вычитание были выполнены за одну операцию, как на обычном счетном автомате, но умножение и разделение выполнялись многократным механическим сложением и вычитанием. Фриден сделал калькулятор, который также предоставил квадратные корни, в основном путем деления, но с добавленным механизмом, который систематически автоматически увеличивает число на клавиатуре. Последний из механических калькуляторов, вероятно, имел кратчайшее умножение, а некоторые десятиклавишные типы с последовательным вводом имели ключи с десятичной запятой. Однако ключи с десятичной запятой требовали значительной внутренней дополнительной сложности и предлагались только в последних разработках. Ручные механические калькуляторы, например, 1948 г. Curta продолжали использоваться, пока они не были вытеснены электронными калькуляторами в 1970-х годах.
Типичные европейские четырехоперационные машины используют механизм Однера или его разновидности. Этот вид машины включал Оригинальный Odhner, Brunsviga и еще несколько подражателей, начиная с Triumphator, Thales, Walther, Facit и заканчивая Toshiba. Хотя большинство из них приводились в действие ручными рукоятками, были версии с моторным приводом. Калькуляторы Hamann внешне напоминали вертушки, но установочный рычаг располагал кулачок, который расцеплял собачку привода, когда циферблат перемещался достаточно далеко. Полностью клавишные машины, в том числе с моторным приводом, также производились до 1960-х годов. Среди основных производителей были Mercedes-Euklid, Archimedes и MADAS в Европе; в США Фриден, Марчант и Монро были основными производителями ротационных вычислителей с каретками. Возвратно-поступательные калькуляторы (большинство из которых были счетными машинами, многие со встроенными принтерами) были сделаны, в частности, Remington Rand и Burroughs. Все это было на ключ. Felt & Tarrant производили Comptometers, а также Victor, которые управлялись с помощью ключа. Основным механизмом Фридена и Монро было модифицированное колесо Лейбница (более известное, возможно, неофициально в США как «ступенчатый барабан» или «ступенчатый счетчик»). У Friden был элементарный реверсивный привод между корпусом машины и циферблатами аккумулятора, поэтому его главный вал всегда вращался в одном направлении. Швейцарский MADAS был похож. Однако Monroe изменил направление своей главной оси на вычитание. Первые Marchants были вертушечными машинами, но большинство из них были чрезвычайно сложными роторными типами. Они работали со скоростью 1300 циклов добавления в минуту, если удерживать полоску [+]. Другие были ограничены 600 циклами в минуту, потому что их циферблаты аккумуляторов запускались и останавливались для каждого цикла; Циферблаты Marchant двигались с постоянной и пропорциональной скоростью для продолжения цикла. У большинства Marchants был ряд из девяти клавиш в крайнем правом углу, как показано на фотографии Figurematic. Они просто заставляли машину прибавлять количество циклов, соответствующее числу на ключе, а затем сдвигали каретку на одно место. Даже девять циклов добавления заняли очень короткое время. В Marchant, ближе к началу цикла, циферблаты аккумулятора перемещаются вниз «в углубление», от отверстий в крышке. Они включали ведущие шестерни в корпусе машины, которые вращали их со скоростью, пропорциональной подаваемой на них цифре, с дополнительным перемещением (уменьшенным в соотношении 10: 1) от носителей, создаваемых дисками справа от них. По завершении цикла циферблаты будут смещены, как стрелки в традиционном ватт-часе. Однако, когда они вышли из провала, дисковый кулачок с постоянным шагом перестроил их с помощью цилиндрического дифференциала (ограниченного хода). Кроме того, переносные устройства более низкого уровня были добавлены другим, планетарным дифференциалом. (Показанная машина имеет 39 дифференциалов в (20-значном) аккумуляторе!) Marchant, однако, имеет для каждой из своих десяти колонок ключей «преселекторную трансмиссию» с девятью передаточными числами с выходной цилиндрической шестерней в верхней части корпуса машины; эта шестерня включает шестерню аккумулятора. Когда кто-то пытается вычислить количество зубьев в такой трансмиссии, простой подход заставляет задуматься о механизме, подобном механическому регистру бензонасоса, который используется для указания общей цены. Однако этот механизм очень громоздкий и совершенно непрактичный для калькулятора; В бензонасосе скорее всего найдутся шестерни с 90 зубьями. Практические шестерни в вычислительных частях калькулятора не могут иметь 90 зубцов. Они будут либо слишком большими, либо слишком тонкими. Таким образом, у Marchant есть три карданных вала для питания маленьких коробок передач. За один цикл они вращаются на 1/2, 1/4 и 1/12 оборота. [1]. Вал на 1/2 оборота несет (для каждой колонны) шестерни с 12, 14, 16 и 18 зубьями, соответствующими цифрам 6, 7, 8 и 9. Вал на 1/4 оборота несет (также каждую колонку) ) шестерни с 12, 16 и 20 зубьями для 3, 4 и 5. Цифры [1] и [2] обрабатываются 12- и 24-зубчатыми шестернями на валу с 1/12 оборота. Практичный дизайн помещает 12-ю исп. вал более удален, поэтому на валу на 1/4 оборота установлены свободно вращающиеся 24- и 12-зубчатые промежуточные шестерни. Для вычитания карданные валы поменяли направление местами. В начале цикла один из пяти подвесок перемещается не по центру, чтобы задействовать соответствующий привод для выбранной цифры. Некоторые машины имеют целых 20 столбцов на своих полных клавиатурах. Монстром в этой области был Дуодециллион сделан Берроуз для выставочных целей. Для стерлинговых денег, фунтов стерлингов / с / день (и даже фартингов) были вариации основных механизмов, в частности, с различным количеством зубьев шестерни и положениями циферблата аккумулятора. Для размещения шиллингов и пенсов были добавлены дополнительные столбцы для разряда десятков [с], 10 и 20 для шиллингов и 10 для пенсов. Конечно, они функционировали как механизмы radix-20 и radix-12. Вариант Marchant, названный Binary-Octal Marchant, был восьмеричной машиной. Он был продан для проверки точности бинарных компьютеров на электронных лампах (вентилях). (В то время механический калькулятор был намного надежнее, чем компьютер с трубкой / клапаном.) Также был сдвоенный Marchant, состоящий из двух вертушек Marchants с общим кривошипом и реверсивной коробкой передач. [85] Сдвоенные машины были относительно редки и, очевидно, использовались для геодезических расчетов. Произведена как минимум одна тройная машина. Калькулятор Facit и аналогичный ему по сути являются вертушечными машинами, но ряд вертушек движется в стороны, а не каретка. Вертушки бинарные; цифры с 1 по 4 заставляют соответствующее количество скользящих штифтов выходить из поверхности; цифры с 5 по 9 также расширяют сектор с пятью зубцами, а также те же штифты от 6 до 9. Клавиши управляют кулачками, которые приводят в действие поворотный рычаг, чтобы сначала разблокировать кулачок позиционирования штифта, который является частью механизма вертушки; дальнейшее движение рычага (на величину, определяемую кулачком ключа) поворачивает кулачок позиционирования штифта, чтобы выдвинуть необходимое количество штифтов. [86] Сумматоры, управляемые стилусом, с круглыми прорезями для стилуса и боковыми колесиками, производства Sterling Plastics (США), имели оригинальный механизм защиты от перерегулирования для обеспечения точного ношения. |
