stringtranslate.com

Арифмометр

Арифмометр , построенный Луи Пайеном около 1887 года.

Арифмометр ( французский : arithmomètre ) был первым цифровым механическим калькулятором, достаточно мощным и надежным, чтобы его можно было использовать ежедневно в офисе. Этот калькулятор мог напрямую складывать и вычитать два числа, а также эффективно выполнять длинные операции умножения и деления, используя для получения результата подвижный аккумулятор.

Запатентованный во Франции Томасом де Кольмаром в 1820 году [1] и производившийся с 1851 [2] по 1915 год, он стал первым коммерчески успешным механическим калькулятором. [3] Прочная конструкция обеспечила ему прочную репутацию надежного и точного устройства [4] и сделала его ключевым игроком в переходе от человеческих компьютеров к вычислительным машинам, который произошел во второй половине XIX века. [5]

Его производственный дебют в 1851 году [2] положил начало развитию индустрии механических калькуляторов [3] , которая в конечном итоге создала миллионы машин вплоть до 1970-х годов. В течение сорока лет, с 1851 по 1890 год, [6] арифмометр был единственным типом механических калькуляторов, выпускавшихся серийно, и продавался по всему миру. В конце этого периода две компании начали производство клонов арифмометра: Burkhardt из Германии, которое началось в 1878 году, и Layton из Великобритании, которое началось в 1883 году. В конечном итоге около двадцати европейских компаний создавали клоны арифмометра до самого начала. Первой мировой войны.

Эволюция

В поисках решения: 1820–1851 гг.

Деталь арифмометра, построенного до 1851 года. Курсор однозначного множителя (сверху цвета слоновой кости) является крайним левым курсором.

Арифмометры этого периода представляли собой четырехоперационные машины; множимое, записанное на ползунках ввода, можно было умножить на однозначный множитель, просто потянув за ленточку (быстро заменяемую рукояткой). Это была сложная конструкция [7] , и машин было построено очень мало. Кроме того, между 1822 и 1844 годами не было построено ни одной машины.

Этот 22-летний перерыв почти точно совпадает с периодом времени, в течение которого британское правительство финансировало разработку разностной машины Чарльза Бэббиджа , которая на бумаге была гораздо более сложной, чем арифмометр, но к этому времени еще не была закончена. [8]

В 1844 году Томас повторно представил свою машину на выставке Exposition des Produits de l'Industrie Française в недавно созданной категории « Разные измерительные инструменты, счетчики и вычислительные машины», но получил лишь почетное упоминание. [9]

Он возобновил разработку машины в 1848 году. В 1850 году в рамках маркетинговой кампании Томас построил несколько машин с изысканными ящиками для маркетри Буля , которые он подарил коронованным особам Европы. Между 1849 и 1851 годами он подал два патента и два дополнительных патента .

Создание промышленности: 1851–1887 гг.

Одна из первых машин с уникальным серийным номером (10-значные машины с серийными номерами от 500 до 549), построенная около 1863 г.

Умножитель был удален, что сделало арифмометр простой суммирующей машиной, но благодаря подвижной каретке, используемой в качестве индексированного аккумулятора, он по-прежнему позволял легко умножать и делить под контролем оператора. Он был представлен в Великобритании на Великой выставке 1851 года [10] , а настоящее промышленное производство началось в 1851 году. [2]

Каждой машине был присвоен серийный номер и были напечатаны руководства пользователя. Сначала Томас дифференцировал машины по мощности и поэтому давал один и тот же серийный номер машинам разной мощности. Это было исправлено в 1863 году, и каждой машине был присвоен свой уникальный серийный номер, начинающийся с серийного номера 500. [11]

Постоянное использование некоторых машин выявило некоторые незначительные конструктивные недостатки, такие как слабый механизм переноски, который был надлежащим образом исправлен в 1856 году, и чрезмерное вращение цилиндров Лейбница при слишком быстром повороте кривошипной рукоятки, что было исправлено добавление мальтийского креста . [12]

Патент, охватывающий все эти инновации, был подан в 1865 году. [1] Благодаря его надежности и точности правительственные учреждения, банки, обсерватории и предприятия по всему миру начали использовать арифмометр в своих повседневных операциях. Примерно в 1872 году [13] впервые в истории вычислительных машин общее количество выпущенных машин превысило отметку в 1000 штук. В 1880 году, за двадцать лет до соревнований, механизм автоматического перемещения каретки был запатентован и установлен на некоторых машинах [14] , но не был интегрирован в серийные модели.

Золотой век: 1887–1915 гг.

Этот арифмометр совершенствовался почти за сто лет и является одной из последних машин, выпущенных в 1914 году.

Под руководством Луи Пайена, а позже и его вдовы, было введено множество улучшений, таких как механизм наклона, съемная верхняя часть, курсоры и окна результатов, которые было легче читать, а также более быстрый механизм повторного обнуления.

В этот период появилось множество производителей клонов, в основном в Германии и Великобритании. В конечном итоге двадцать независимых компаний произвели клоны арифмометра. Все эти компании базировались в Европе, но продавали свои машины по всему миру.

Фундаментальный дизайн остался прежним; и после 50 лет нахождения на вершине арифмометр потерял свое превосходство в индустрии механических калькуляторов. Если в 1890 году арифмометр все еще оставался самым производимым механическим калькулятором в мире, то десять лет спустя, к 1900 году, появились четыре машины: комптометр и счетная машина Берроуза [15] в США, арифмометр Однера [16] в России и Brunsviga в Германии обогнала его по объёму выпускаемых машин.

Производство арифмометра прекратилось в 1915 году, во время Первой мировой войны.

Альфонс Даррас, купивший предприятие в 1915 году, не смог возобновить производство после войны из-за острой нехватки квалифицированных рабочих. [17]

Наследие

Поскольку это был первый калькулятор, поступивший на массовый рынок и первый широко копируемый калькулятор, его конструкция стала отправной точкой для индустрии механических калькуляторов, которая превратилась в индустрию электронных калькуляторов и которая, благодаря случайной конструкции первого коммерциализированного микропроцессора, Intel 4004 для одного из калькуляторов Busicom в 1971 году привел к созданию первого коммерчески доступного персонального компьютера Altair в 1975 году.

Его пользовательский интерфейс использовался на протяжении 120 лет существования индустрии механических калькуляторов. Сначала с его клонами, а затем с арифмометром Однера и его клонами, который представлял собой модернизированную конструкцию арифмометра [18] с системой вертушки , но с точно таким же пользовательским интерфейсом.

На протяжении многих лет термин «арифмометр» или его части использовался на многих различных машинах, таких как арифмометр Однера, Арит- Морел или счетчик Compt , а также на некоторых портативных карманных счетных машинах 1940-х годов. Корпорация Берроуза была основана в 1886 году как Американская арифмометрическая компания. К 1920-м годам она стала общим названием для любой машины, основанной на ее конструкции, и около двадцати независимых компаний производили клоны Томаса, такие как Буркхардт, Лейтон, Саксония, Гребер, Пирлесс, Мерседес-Эуклид. , ХхХ, Архимед и т. д.

История

Чертежи машины 1822 года.

Дизайн

Томас начал работать над своей машиной в 1818 году [19] , во время службы во французской армии , где ему приходилось выполнять большой объем вычислений. Он использовал принципы предыдущих механических калькуляторов, таких как ступенчатый счетчик Лейбница и калькулятор Паскаля . Он запатентовал его 18 ноября 1820 года. [1]

Эта машина реализовала истинное умножение, при котором, просто потянув за ленточку, множимое, введенное на ползунки ввода, умножалось на однозначный множитель, а для вычитания использовался метод дополнения до девяти . Обе эти функции будут исключены в более поздних разработках.

Первая машина

Первую машину построил Деврин, парижский часовщик, и на ее постройку у него ушел год. Но чтобы заставить его работать, ему пришлось существенно изменить запатентованную конструкцию. Общество поощрения национальной промышленности получило эту машину на рассмотрение и 26 декабря 1821 года опубликовало очень положительный отчет. [20] Единственный известный прототип того времени — машина 1822 года , выставленная в Смитсоновском институте Вашингтон

Производство

Некоторые из логотипов, использовавшихся на протяжении многих лет

Производство началось в 1851 году [2] и закончилось примерно в 1915 году. За этот шестидесятилетний период было построено около 5500 машин; 40% продукции было продано во Франции, а остальная часть пошла на экспорт. [13]

Производством руководили:

На ранних этапах производства Томас различал машины по мощности и поэтому давал один и тот же серийный номер машинам разной мощности. Он исправил это в 1863 году, присвоив каждой машине свой уникальный серийный номер, начинающийся с серийного номера 500. Вот почему не существует ни одной машины с серийным номером между 200 и 500.

С 1863 по 1907 год серийные номера были последовательными (от 500 до 4000), затем, после патентования механизма быстрого обнуления в 1907 году, Вдова Л. Пайен начала новую схему нумерации - 500 (количество арифмометров, которые она построила по старой схеме). и имел серийный номер 1700, когда она продала бизнес Альфонсу Даррасу в 1915 году. Альфонс Даррас вернулся к старым серийным номерам (прибавив примерно количество машин, выпущенных Veuve L. Payen) и перезапустил с 5500.

Настольные механические калькуляторы, производившиеся в XIX веке.

Простота использования и скорость

Лучше всего это описывает статья, опубликованная в январе 1857 года в журнале The Gentleman's Magazine :

Арифмометр М. Томаса можно без малейших затруднений и возможности ошибки использовать не только для сложения, вычитания, умножения и деления, но и для гораздо более сложных операций, таких как извлечение квадратного корня, инволюция, разрешение чисел. треугольники и т. д.

Умножение восьми цифр на восемь других совершается за восемнадцать секунд; деление шестнадцати цифр на восемь цифр за двадцать четыре секунды; и за одну минуту с четвертью можно извлечь квадратный корень из шестнадцати цифр, а также доказать точность расчета.
Однако работа этого инструмента наиболее проста. Поднять или опустить гайку-винт, повернуть несколько раз лебедку и с помощью кнопки соскользнуть с металлической пластины слева направо или справа налево - вот и весь секрет.
Вместо того, чтобы просто воспроизводить действия человеческого разума, арифмометр освобождает этот разум от необходимости производить операции. Вместо того, чтобы повторять продиктованные ему ответы, этот инструмент мгновенно диктует правильный ответ человеку, который задает ему вопрос.
Это не материя, производящая материальные эффекты, а материя, которая думает, размышляет, рассуждает, вычисляет и выполняет все самые трудные и сложные арифметические операции с быстротой и безошибочностью, которая бросает вызов всем калькуляторам в мире.
Кроме того, арифмометр представляет собой простой прибор очень небольшого объема и легко переносимый. Он уже используется во многих крупных финансовых учреждениях, где его использование обеспечивает значительную экономию.

Вскоре он станет незаменимым и будет использоваться так же широко, как часы, которые раньше можно было увидеть только во дворцах, а теперь есть в каждом коттедже. [21]

Модели

20-значный арифмометр, построенный примерно в 1875 году.

Различные модели имели емкость 10, 12, 16 и 20 цифр, что давало результаты в диапазоне от 10 миллиардов (минус 1) до 100 квинтиллионов (минус 1) . За пределами этого диапазона было построено только две машины:

Последние 10-значные арифмометры были построены в 1863 году и имели серийные номера 500–549. После этого самыми маленькими машинами стали 12-значные машины.

Все машины, независимо от мощности, имели ширину около 7 дюймов (18 см) и высоту от 4 до 6 дюймов (10–15 см) (самые высокие имели механизм наклона). 20-значная машина имела длину 2 фута 4 дюйма (70 см), а длина 10-значной машины составляла около 1 фута 6 дюймов (45 см).

Цены

12-значный арифмометр был продан в 1853 году за 300 франков, что в 30 раз превышало цену книги с таблицей логарифмов и в 1500 раз превышало стоимость первоклассной марки (20 французских центов), но, в отличие от книги с таблицей логарифмов, он был достаточно прост, чтобы его мог часами использовать оператор без какой-либо специальной квалификации. [24]

В рекламе, взятой из журнала, опубликованного в 1855 году, показано, что 10-значная машина продавалась за 250 франков, а 16-значная машина продавалась за 500 франков. [25]

Затраты на разработку

В 1856 году Томас де Кольмар подсчитал, что за тридцать лет, пока он совершенствовал свое изобретение, он потратил 300 000 франков собственных денег. [26]

Физический дизайн

Арифмометр — это медный инструмент, помещенный в деревянный ящик, часто сделанный из дуба или красного дерева, а у самых старых — из черного дерева (массива или шпона). Сам инструмент разделен на две части.

Передняя панель арифмометра Томаса с выдвинутой подвижной кареткой результатов.

Ввод – контроль – исполнение

Нижняя часть состоит из набора ползунков, которые используются для ввода значений операндов. Слева от него находится рычаг управления, который позволяет выбрать текущую операцию, а именно: сложение/умножение или вычитание/деление . Кривошип, расположенный справа от ползунков, служит для выполнения операции, выбранной рычагом управления.

Выход – аккумулятор

Верхняя часть представляет собой подвижную каретку, состоящую из двух регистров дисплея и двух кнопок сброса. Верхний регистр дисплея хранит результат предыдущей операции и действует как аккумулятор для текущей операции. Каждая команда добавляет или вычитает число, записанное на ползунках, в часть аккумулятора непосредственно над ней. Нижний регистр дисплея подсчитывает количество операций, выполненных с каждым индексом, поэтому отображает множитель в конце умножения и частное в конце деления.

Каждое число в аккумуляторе можно настроить индивидуально с помощью ручки, расположенной прямо под ним. Эта функция является необязательной для регистра счетчика операций.
Накопитель и счетчик результатов находятся между двумя кнопками, которые используются для одновременного сброса их содержимого. Левая кнопка сбрасывает аккумулятор, правая кнопка сбрасывает счетчик операций. Эти кнопки также используются в качестве ручек при подъеме и перемещении каретки.

Колесо Лейбница арифмометра

В показанном положении счетное колесо входит в зацепление с 3 из 9 зубцов колеса Лейбница, и, следовательно, 3 добавляются к прикрепленному счетчику при каждом полном обороте.

Анимация сбоку показывает колесо Лейбница с девятью зубцами, соединенное с красным счетным колесом. Счетное колесо расположено так, чтобы зацепляться с тремя зубцами при каждом обороте и, следовательно, при каждом обороте прибавляет или вычитает 3 из счетчика.

Вычислительная машина арифмометра имеет набор связанных колес Лейбница, соединенных с кривошипной рукояткой. Каждый поворот кривошипной рукоятки поворачивает все колеса Лейбница на один полный оборот. Входные ползунки перемещают счетные колеса вверх и вниз по колесам Лейбница, которые сами связаны механизмом переноса.

В арифмометре колеса Лейбница всегда вращаются одинаково. Разница между сложением и вычитанием достигается за счет реверса, приводимого в действие исполнительным рычагом и расположенного в подвижной каретке дисплея.

Операции

Сдвигая верхнюю каретку

Сначала поднимите каретку с помощью кнопок сброса, расположенных на ее концах, затем сдвиньте ее. Изначально каретку можно перемещать только вправо. Отпустите его, когда он превысит желаемый индекс (единицы, десятки, сотни,...).

Сброс настроек дисплеев

Сначала поднимите каретку с помощью кнопок сброса, расположенных на ее концах, затем поверните их, чтобы сбросить регистры дисплея. Левая кнопка сбрасывает аккумулятор, правая кнопка сбрасывает счетчик операций.

Добавление

Установите рычаг управления в положение «Сложение/Умножение» и сбросьте регистры дисплея. Каждый поворот исполнительного рычага добавляет в аккумулятор число из ползунков. Итак, введите первое число и поверните рычаг один раз (он прибавит его к нулю), затем введите второе число и поверните рычаг еще раз.

Умножение

Установите рычаг управления в положение «Сложение/Умножение» и сбросьте регистры дисплея. Чтобы умножить 921 на 328, сначала введите 921 на ползунки ввода, а затем поверните исполнительный рычаг 8 раз. Аккумулятор показывает 7368, а счетчик операций показывает 8. Теперь сдвиньте каретку один раз вправо и поверните рычаг 2 раза, аккумулятор покажет 25788, а счетчик операций покажет 28. Сдвиньте каретку в последний раз вправо и поверните рычаг 3 раза, в аккумуляторе появится произведение 302 088, а счетчик операций отобразит множитель 328.

Вычитание

Установите рычаг управления в положение «Вычитание/Деление» . Поднимите каретку, затем сбросьте регистры дисплея и введите уменьшаемое, выровненное по правому краю, в аккумулятор с помощью соответствующих ручек. Опустите каретку в положение по умолчанию, затем установите вычитаемое на входные ползунки и один раз поверните исполнительный рычаг.

Целочисленное деление

Установите рычаг управления на вычитание/деление и установите делитель на ползунки ввода. Удерживая каретку поднятой, сбросьте регистры дисплея, установите делимое, выровненное по правому краю, с помощью соответствующих ручек и сдвиньте каретку так, чтобы наибольшее число в делимом соответствовало наибольшему числу в делителе. Опустите каретку, затем поверните исполнительный рычаг столько раз, сколько необходимо, пока число, расположенное над делителем, не станет меньше делителя, затем сдвиньте каретку один раз влево и повторяйте эту операцию, пока каретка не вернется в исходное положение и число в аккумуляторе меньше делителя, то частное будет в счетчике операций, а остаток будет тем, что осталось в аккумуляторе.

Десятичное деление

Чтобы повысить точность десятичного деления, добавьте столько нулей, сколько необходимо, справа от делимого, но при этом вводите его с выравниванием по правому краю, а затем действуйте, как при целочисленном делении. Важно знать, где находится десятичная точка, когда вы читаете частное (некоторые маркеры, сначала из слоновой кости, а затем из металла, обычно продаются вместе с машиной и используются для этой цели).

Варианты

В 1885 году Джозеф Эдмондсон из Галифакса , Великобритания, запатентовал свой «Круговой калькулятор» — по существу 20-значный арифмометр с круглой кареткой (ползунки расположены радиально вокруг нее) вместо прямой скользящей каретки. Одним из преимуществ этого было то, что каретка всегда оставалась в пределах занимаемой площади (если использовать современный термин) машины, а не нависала над корпусом с одной стороны, когда использовались старшие десятичные знаки. Другое заключалось в том, что можно было произвести расчет до десяти мест, используя половину окружности каретки, а затем повернуть карету на 180 °; результат расчета фиксировался с помощью латунных штырей, закрепленных на каркасе, и его можно было оставить там, произведя совершенно новый расчет с использованием нового набора окон дисплея, теперь совмещенных с ползунками. Таким образом, можно сказать, что машина обладает рудиментарной памятью. См. веб-сайт Rechenmaschinen-Illustrated ( внешние ссылки ниже) для изображений и описания.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ abcde «Бреветы и описания» [Патенты и описания]. www.arithmometer.org (на французском языке). Доступен английский перевод . Проверено 15 августа 2017 г.{{cite web}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  2. ^ abcd Джонстон, Стивен. «Заставляем арифмометр считать». www.mhs.ox.ac.uk. _ Проверено 16 августа 2017 г.
  3. ^ ab Chase GC: История механической вычислительной техники , Vol. 2, номер 3, июль 1980 г., стр. 204, IEEE Annals of the History of Computing https://archive.org/details/ChaseMechanicalComputingMachinery.
  4. ^ Ифра Г., Универсальная история чисел , том 3, страница 127, The Harvill Press, 2000.
  5. ^ Гриер Д.А.: Когда компьютеры были людьми , стр. 93, Princeton University Press, 2005 г.
  6. ↑ Комптометр стал первой конкурирующей конструкцией, выпускавшейся с 1887 года, но к 1890 году было продано только сто машин .
  7. ^ Scientific American , Том 5, номер 1, страница 92, 22 сентября 1849 г.
  8. ^ Британский парламент финансировал этот проект с 1822 по 1842 год (Джеймс Эссинджер, « Сеть Жаккарда» , страницы 77 и 102–106, Oxford University Press, 2004). Именно во время этой разработки, с 1834 по 1836 год, Бэббидж задумал свою аналитическую машину , механический компьютер с жаккардовыми картами для передачи программы и данных в свою машину, с управляющим/вычислительным блоком (мельницей), некоторой памятью (хранилищем) и различными принтеры.
  9. ^ (fr) Выставка продуктов французской промышленности в 1844 году. Отчет центрального жюри, том 2, страница 504 Числовая консерватория искусств и ремесел
  10. ^ (fr) Exposition Universelle de 1851, Том III, вторая партия, Xe Jury, стр. 3–9. Несмотря на то, что реального изображения машины нет, описания операций умножения и деления соответствуют упрощенной машине (повторяется). операции над каждым индексом). Во введении автор упоминает старые умножающие машины.
  11. ^ Это можно увидеть в списке серийных номеров на сайте www.arithmometer.org, по состоянию на 15 августа 2012 г.
  12. ^ (fr) Бюллетень общества поощрения национальной промышленности, 78 лет. Тройная серия, том VI. Около 1879 г., страницы 403–404 Числовая консерватория искусств и ремесел.
  13. ^ ab Martin, E: Счетные машины , стр. 54, Институт Чарльза Бэббиджа, 1992 г.
  14. ^ (fr) Бюллетень общества поощрения национальной промышленности, 78 лет. Тройная серия, том VI. Около 1879 г., стр. 405 Числовая консерватория искусств и ремесел.
  15. ^ Кортада, Дж.: До компьютера , стр. 34, Princeton University Press, 1993.
  16. ^ Трогеманн Г.: Компьютеры в России , стр. 43, GWV-Vieweg, 2001, ISBN 3-528-05757-2 . 
  17. ^ (фр) La revue du Bureau , стр. 340, 1921 г.
  18. ^ Трогеманн Г.: Компьютеры в России , стр. 41, GWV-Vieweg, 2001, ISBN 3-528-05757-2 . 
  19. ^ «Бревет 1849» [патент 1849 года]. www.arithmometer.org (на французском языке). Доступен английский перевод . Проверено 15 августа 2017 г.{{cite web}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  20. ↑ Бюллетень общества поощрения национальной промышленности, февраль 1822 г., стр. 36, отсканировано www.arithmometre.org
  21. ↑ Журнал The Gentleman's, том 202, ежемесячный журнал, январь 1857 г.
  22. ^ Фортепианный арифмометр IBM Коллекция механических калькуляторов
  23. ^ (fr) Жюль Верн, Paris au XX e siècle , стр. 68, Hachette, 1994 г.
  24. ^ (fr) Annales de la Société d'émulation du département des Vosges , 1853 г., веб-сайт Галлики
  25. ^ (фр) Космос, июль 1855 г., www.arithmometer.org. Проверено 22 сентября 2010 г.
  26. ^ (fr) L'ami des Sciences 1856, стр. 301 www.arithmometer.org Проверено 22 сентября 2010 г.

Рекомендации

Внешние ссылки