Вильгельм Шикард (22 апреля 1592 — 24 октября 1635) — немецкий профессор иврита и астрономии, прославившийся во второй половине 20 века после того, как Франц Хаммер, биограф (вместе с Максом Каспаром) Иоганна Кеплера , утверждал, что рисунки счетных часов, появившихся на двадцать лет раньше публичного выпуска калькулятора Паскаля , был обнаружен в двух неизвестных письмах, написанных Шикардом Иоганну Кеплеру в 1623 и 1624 годах. [1] [2]
Хаммер утверждал, что, поскольку эти письма были утеряны в течение трехсот лет, Блеза Паскаля все это время называли [3] и прославляли как [4] изобретателем механического калькулятора по ошибке.
После тщательного изучения было обнаружено, что чертежи Шикарда публиковались не реже одного раза в столетие, начиная с 1718 года, [5] что его машина не была полной и требовала дополнительных колес и пружин [6] и что она была спроектирована на основе механизма с одним зубом. это не работало должным образом при расчете часов. [7] [8]
Машина Шикарда была первой из нескольких конструкций счетных машин с прямым вводом в 17 веке (включая конструкции Блеза Паскаля , Тито Бураттини , Сэмюэля Морланда и Рене Грийе ). [9] Машина Шикарда была особенно примечательна своей интеграцией оригинальной системы вращающихся стержней Непера для умножения с первой известной конструкцией счетной машины, управляемой вращающимися ручками для ввода и с регистром повернутых чисел, отображаемым в окнах для выход. Татон утверждал, что работа Шикарда не оказала никакого влияния на развитие механических калькуляторов. [10] Однако, хотя могут быть споры о том, что представляет собой «механический калькулятор», более поздние устройства, такие как инструменты умножения и сложения Морланда при совместном использовании, Cistula Каспара Шотта, машинная арифметика Рене Грийе и рабдологика Клода Перро в конце века, а позже, Bamberger Omega, разработанная в начале 20 века, определенно следовала тому же пути, который проложил Шикард с его новаторской комбинацией формы палочек Нейпира и счетной машины, предназначенной для облегчения умножения. [11]
Шикарда называли «отцом компьютерной эпохи». [12]
Шикард родился в Херренберге и получил образование в Тюбингенском университете , получив первую степень бакалавра в 1609 году и магистра в 1611 году. Он изучал теологию и восточные языки в Тюбингене до 1613 года. В 1613 году он стал лютеранским священником, продолжая свою работу с церковью. до 1619 года, когда он был назначен профессором иврита в Тюбингенском университете .
Шикард был универсальным ученым и преподавал библейские языки, такие как арамейский и иврит, в Тюбингене. В 1631 году он был назначен профессором астрономии Тюбингенского университета. Его исследования были обширными и включали астрономию, математику и геодезию. Он изобрел множество машин, например, для вычисления астрономических дат и для грамматики иврита. Он добился значительных успехов в картографировании, создав карты, которые были гораздо более точными, чем доступные ранее. [13]
Помимо прочего, он был известным гравером по дереву и меди . [13]
Вильгельм Шикард умер от бубонной чумы в Тюбингене 23 или 24 октября 1635 года. [13] В 1651 году Джованни Риччоли назвал в его честь лунный кратер Шикард .
В 1625 году Шикард, христианский гебраист , опубликовал влиятельный трактат « Мишпат ха-Мелек, Jus regium Hebraeorum» (название на иврите и латыни: «Царский закон»), в котором он использует Талмуд и раввинскую литературу для анализа древнееврейской политической теории. [14] Шикард утверждает, что Библия поддерживает монархию. [15]
В 1623 и 1624 годах в двух письмах, которые он отправил Кеплеру , он сообщил о своем проекте и конструкции того, что он называл «arithmeticumorganum» («арифметический инструмент»), который он изобрел, [16] но который позже будет описан как Rechenuhr (счетные часы). Машина была разработана для выполнения всех четырех основных арифметических функций (сложение, вычитание, умножение и деление). Среди его применений Шикард предположил, что это поможет в трудоемкой задаче расчета астрономических таблиц. Машина могла складывать и вычитать шестизначные числа, а о переполнении этой емкости сигнализировала звонком в колокольчик. Счетная машина в базе в первую очередь предназначалась для помощи в сложной задаче сложения или умножения двух многозначных чисел. С этой целью на нем было установлено хитроумное устройство из вращающихся костей Непера . У него даже был дополнительный «регистр памяти» для записи промежуточных вычислений. Хотя Шикард отметил, что счетная машина работала, в его письмах упоминается, что он попросил профессионала, часовщика по имени Иоганн Пфистер, построить готовую машину. К сожалению, он был уничтожен во время пожара либо еще незавершенным, либо, во всяком случае, до доставки. Вскоре после этого Шикард отказался от своего проекта. Он и вся его семья были уничтожены в 1635 году бубонной чумой во время Тридцатилетней войны . [17]
В машине Шикарда использовались часовые колеса, которые были сделаны прочнее и, следовательно, тяжелее, чтобы предотвратить их повреждение под действием силы оператора. Для каждой цифры использовалось колесо отображения, колесо ввода и промежуточное колесо. Во время переноса все эти колеса вошли в зацепление с колесами цифры, принимающей перенос.
В его честь Институт компьютерных наук Тюбингенского университета назван Институтом информатики Вильгельма Шикарда.
Давно стоял вопрос о том, кому следует отдать приоритет в изобретении механического калькулятора. Механизм Шикарда был хронологически более ранним, но его так и не удалось использовать, и, похоже, он имел серьезные конструктивные недостатки. Конструкция Паскаля была немного более поздней, но функционировала великолепно. [18] [19]
В 1718 году один из первых биографов Кеплера, Михаэль Готлиб Ханш, опубликовал письма Шикарда, в которых описывалась вычислительная машина, а его приоритет был также упомянут в публикации 1899 года « Stuttgarter Zeitschrift für Vermessungswesen» . [20] В 1957 году Франц Хаммер, один из биографов Кеплера, объявил, что рисунки Шикарда этих ранее неизвестных счетных часов предшествовали работе Паскаля на двадцать лет.
Бруно фон Фрейтаг-Лёрингхофф построил точную копию машины Шикарда в 1960 году, но ему пришлось улучшить конструкцию несущего механизма:
Это простое на вид устройство на самом деле представляет массу проблем для любого, кто пытается сконструировать счетную машину, основанную на этом принципе. Основная проблема связана с тем, что одиночный зуб должен войти в зубья промежуточного колеса, повернуть его на 36 градусов (одну десятую оборота) и выйти из зубьев, при этом сам поворачиваясь всего на 36 градусов. Самое элементарное решение этой проблемы состоит в том, что промежуточное колесо представляет собой, по сути, две разные шестерни: одну с длинными, другую с короткими зубьями и подпружиненным фиксатором (очень похоже на указатель, используемый на большом колесе азартной игры). широко известный как «Корона и якорь»), которые позволяют шестерням останавливаться только в определенных местах. Неизвестно, использовал ли Шиккард этот механизм, но он определенно хорошо работает на репродукциях, построенных фон Фрейтагом Лорингхоффом .
- Майкл Р. Уильямс [6] , История вычислительных технологий, IEEE (1997).
Изобретение Паскаля почти наверняка было независимым, поскольку «почти наверняка Паскаль не знал бы о машине Шикарда». [21] Паскаль понял, что шестерня с одним зубом подойдет только для переноса, которому нужно распространить только несколько мест. При большем количестве цифр сила, необходимая для распространения расширенных переносов, повредит такие шестерни. [7]
Эти две машины существенно отличались тем, что машина Паскаля была разработана в первую очередь для сложения и (с использованием дополнительных чисел ) для вычитания. Счетная машина в конструкции Шикарда, возможно, застряла в необычном случае, когда требовалось переносить слишком много циферблатов, но она могла плавно вычитать, изменяя движение входных циферблатов, что было невозможно в Pascaline. (Эксперименты с репликами показывают, что в случае застревания при попытке переноса, скажем, через более чем три циферблата, оператору очевидно, кто может вмешаться и помочь машине выполнить дополнительные переносы. Это не так эффективно. как и в случае с «Паскалином», но это не фатальный недостаток.) В счетной машине Шикарда также предусмотрено звуковое предупреждение, когда выходной сигнал слишком велик для доступных циферблатов. В «Паскалине» этого не было предусмотрено.
Паскаль пытался создать бесперебойно функционирующую арифметическую машину сначала для использования его отцом, а затем для коммерциализации, в то время как арифмационная машина в конструкции Шикарда, по-видимому, была введена для помощи в умножении (путем вычисления частичных произведений с использованием стержней Непера, процесса это также можно использовать для облегчения деления).
