Механический калькулятор , или счетная машина , представляет собой механическое устройство, используемое для автоматического выполнения основных операций арифметики , или (исторически) имитации, такой как аналоговый компьютер или логарифмическая линейка . Большинство механических калькуляторов были сопоставимы по размеру с небольшими настольными компьютерами и устарели с появлением электронного калькулятора и цифрового компьютера .
Сохранившиеся заметки Вильгельма Шиккарда 1623 года показывают, что он спроектировал и построил самую раннюю из современных попыток механизации вычислений. Его машина состояла из двух наборов технологий: во-первых, счеты из костей Непера , чтобы упростить умножение и деление, впервые описанные шестью годами ранее в 1617 году, а для механической части она имела циферблатный шагомер для выполнения сложений и вычитаний. Изучение сохранившихся заметок показывает, что машина заклинила бы после нескольких записей на одном циферблате, [1] и что она могла бы быть повреждена, если бы перенос должен был распространяться на несколько цифр (например, прибавление 1 к 999). [2] Шиккард отказался от своего проекта в 1624 году и никогда больше не упоминал о нем до своей смерти 11 лет спустя в 1635 году.
Спустя два десятилетия после предположительно неудачной попытки Шиккарда, в 1642 году, Блез Паскаль решительно решил эти конкретные проблемы, изобретя механический калькулятор. [3] Приняв участие в работе своего отца в качестве сборщика налогов в Руане, Паскаль спроектировал калькулятор, чтобы помочь в большом количестве требуемых утомительных арифметических действий; [4] он был назван Калькулятором Паскаля или Паскалиной. [5]
В 1672 году Готфрид Лейбниц начал проектировать совершенно новую машину под названием Stepped Reckoner . Она использовала ступенчатый барабан, построенный им и названный в его честь, колесо Лейбница , было первым двухдвижущимся калькулятором, первым, использовавшим курсоры (создававшим память о первом операнде) и первым, имевшим подвижную каретку. Лейбниц построил два Stepped Reckoner, один в 1694 и один в 1706 годах. [6] Колесо Лейбница использовалось во многих счетных машинах в течение 200 лет, и в 1970-х годах с ручным калькулятором Curta , до появления электронного калькулятора в середине 1970-х годов. Лейбниц также был первым, кто продвигал идею калькулятора Pinwheel . [7]
Арифмометр Томаса , первая коммерчески успешная машина, была изготовлена двести лет спустя в 1851 году; это был первый механический калькулятор, достаточно прочный и надежный, чтобы ежедневно использоваться в офисной среде. В течение сорока лет арифмометр был единственным типом механического калькулятора, доступным для продажи, до промышленного производства более успешного арифмометра Однера в 1890 году. [8]
Комптометр , представленный в 1887 году, был первой машиной, использовавшей клавиатуру, состоящую из столбцов по девять клавиш (от 1 до 9) для каждой цифры. Арифмометр Dalton, выпущенный в 1902 году, был первой машиной с 10-клавишной клавиатурой. [ 9] Электродвигатели использовались в некоторых механических калькуляторах с 1901 года. [10] В 1961 году машина типа комптометра Anita Mk VII от Sumlock comptometer Ltd. стала первым настольным механическим калькулятором, получившим полностью электронный вычислительный двигатель, создав связь между этими двумя отраслями и ознаменовав начало ее упадка. Производство механических калькуляторов прекратилось в середине 1970-х годов, закрыв отрасль, которая просуществовала 120 лет.
Чарльз Бэббидж разработал два новых вида механических калькуляторов, которые были настолько большими, что для их работы требовалась мощность парового двигателя , и которые были слишком сложны, чтобы быть построенными при его жизни. Первый был автоматическим механическим калькулятором, его разностной машиной , которая могла автоматически вычислять и печатать математические таблицы. В 1855 году Георг Шойц стал первым из горстки конструкторов, которым удалось построить меньшую и более простую модель его разностной машины. [11] Вторым был программируемый механический калькулятор, его аналитическая машина , которую Бэббидж начал проектировать в 1834 году; «менее чем за два года он набросал многие из основных особенностей современного компьютера . Решающим шагом стало принятие системы перфокарт, полученной из жаккардового ткацкого станка » [12], что сделало ее бесконечно программируемой. [13] В 1937 году Говард Эйкен убедил IBM спроектировать и построить ASCC/Mark I , первую машину такого рода, основанную на архитектуре аналитической машины; [14] Когда машина была закончена, некоторые приветствовали ее как «сбывшуюся мечту Бэббиджа». [15]
Желание сэкономить время и умственные усилия при арифметических вычислениях и устранить человеческую подверженность ошибкам , вероятно, так же старо, как и сама наука арифметики. Это желание привело к проектированию и созданию различных вспомогательных средств для вычислений, начиная с групп небольших предметов, таких как галька, которые сначала использовались свободно, позже как счетчики на разлинованных досках, а еще позже как бусины, закрепленные на проволоках, закрепленных в рамке, как в счетах. Этот инструмент, вероятно, был изобретен семитскими расами [a] и позже принят в Индии, откуда он распространился на запад по всей Европе и на восток в Китай и Японию.
После разработки счетов никаких дальнейших достижений не было, пока Джон Непер не изобрел свои числовые стержни, или кости Непера , в 1617 году. Появились различные формы костей, некоторые из которых приближались к началу механических вычислений, но только в 1642 году Блез Паскаль дал нам первую механическую счетную машину в том смысле, в котором этот термин используется сегодня.— Говард Эйкен , проект автоматической счетной машины, представленный IBM в 1937 году
Короткий список других предшественников механического калькулятора должен включать группу механических аналоговых компьютеров , которые, будучи однажды настроенными, изменяются только непрерывным и повторяющимся действием их приводов (кривошипная рукоятка, груз, колесо, вода...). До нашей эры существовали одометры и механизм Антикитеры , на первый взгляд неуместные , уникальные, зубчатые астрономические часы , за которыми более чем тысячелетие спустя последовали ранние механические часы , зубчатые астролябии и в 15 веке шагомеры . Все эти машины были сделаны из зубчатых шестерен, соединенных какими-то переносными механизмами. Эти машины всегда выдают одинаковые результаты для идентичных начальных настроек в отличие от механического калькулятора, где все колеса независимы, но также связаны между собой правилами арифметики.
XVII век ознаменовал начало истории механических калькуляторов, поскольку в 1642 году были изобретены первые машины, включая калькулятор Паскаля . [4] [16] Блез Паскаль изобрел машину, которую он представил как способную выполнять вычисления, которые ранее считались возможными только для человека. [17]
В некотором смысле изобретение Паскаля было преждевременным, поскольку механические искусства в его время не были достаточно развиты, чтобы сделать его машину экономичной, с точностью и прочностью, необходимыми для разумно длительного использования. Эта трудность была преодолена только в девятнадцатом веке, к которому также был дан новый стимул к изобретениям из-за необходимости во многих видах вычислений, более сложных, чем те, которые рассматривал Паскаль.
— С. Чепмен, Празднование трехсотлетия Паскаля, Лондон, (1942) [18]
В XVII веке также были изобретены некоторые очень мощные инструменты для помощи в арифметических вычислениях, такие как кости Непера , логарифмические таблицы и логарифмическая линейка , которые, ввиду простоты использования учеными при умножении и делении, препятствовали использованию и развитию механических калькуляторов [19] вплоть до выпуска в производство арифмометра в середине XIX века.
В 1623 и 1624 годах Вильгельм Шиккард в двух письмах, которые он отправил Иоганну Кеплеру , сообщил о своей конструкции и конструкции того, что он назвал «arithmeticum organum» («арифметический инструмент»), который позже будет описан как Rechenuhr (счетные часы). Машина была разработана для помощи во всех четырех основных функциях арифметики (сложение, вычитание, умножение и деление). Среди ее применений Шиккард предположил, что она поможет в трудоемкой задаче вычисления астрономических таблиц. Машина могла складывать и вычитать шестизначные числа и указывала на переполнение этой емкости звоном колокольчика. Арифмометр в основании был в первую очередь предназначен для помощи в сложной задаче сложения или умножения двух многозначных чисел. Для этой цели на нем было установлено гениальное расположение вращающихся костей Непера. У него даже был дополнительный «регистр памяти» для записи промежуточных вычислений. Хотя Шиккард отмечал, что счетная машина работала, в его письмах упоминается, что он попросил профессионала, часовщика по имени Иоганн Пфистер, построить готовую машину. К сожалению, она сгорела в пожаре, либо еще не достроенная, либо, во всяком случае, до доставки. Вскоре после этого Шиккард отказался от своего проекта. Он и вся его семья были уничтожены в 1635 году бубонной чумой во время Тридцатилетней войны.
Машина Шикарда использовала часовые колеса, которые были сделаны прочнее и, следовательно, тяжелее, чтобы предотвратить их повреждение силой ввода оператора. Каждая цифра использовала колесо отображения, колесо ввода и промежуточное колесо. Во время переноса все эти колеса сцеплялись с колесами цифры, принимающей перенос.
Блез Паскаль изобрел механический калькулятор со сложным механизмом переноса в 1642 году. После трех лет усилий и 50 прототипов [21] он представил свой калькулятор публике. За следующие десять лет он построил двадцать таких машин. [22] Эта машина могла складывать и вычитать два числа напрямую, а также умножать и делить путем повторения. Поскольку, в отличие от машины Шикарда, циферблаты Паскалина могли вращаться только в одном направлении, обнуление его после каждого вычисления требовало от оператора набора всех девяток, а затем ( метод повторного обнуления ) распространения переноса прямо через машину. [23] Это говорит о том, что механизм переноса доказал бы себя на практике много раз. Это является свидетельством качества Паскалина, потому что ни в одной из критических замечаний 17-го и 18-го веков о машине не упоминалась проблема с механизмом переноса, и тем не менее он был полностью проверен на всех машинах, путем их сброса, все время. [24]
Изобретение Паскалем счетной машины всего триста лет назад было сделано, когда он был девятнадцатилетним юношей. Его подтолкнуло к этому бремя арифметического труда, связанного с официальной работой его отца в качестве налогового инспектора в Руане. Он задумал сделать эту работу механически и разработал конструкцию, подходящую для этой цели; демонстрируя в этом то же самое сочетание чистой науки и механического гения, которое характеризовало всю его жизнь. Но одно дело было придумать и спроектировать машину, и совсем другое — изготовить ее и ввести в эксплуатацию. Здесь были нужны те практические дарования, которые он позже продемонстрировал в своих изобретениях...
— С. Чепмен, Празднование трехсотлетия Паскаля, Лондон, (1942) [18]
В 1672 году Готфрид Лейбниц начал работать над добавлением прямого умножения к тому, что он понимал как работу калькулятора Паскаля. Однако сомнительно, что он когда-либо полностью видел механизм, и метод не мог работать из-за отсутствия реверсивного вращения в механизме. Соответственно, он в конечном итоге спроектировал совершенно новую машину, названную Stepped Reckoner ; она использовала его колеса Лейбница , была первым двухдвижущимся калькулятором, первым, использовавшим курсоры (создававшие память о первом операнде) и первым, имевшим подвижную каретку. Лейбниц построил два Stepped Reckoner, один в 1694 и один в 1706 годах. [6] Известно, что существует только машина, построенная в 1694 году; она была вновь обнаружена в конце 19 века, будучи забытой на чердаке в Геттингенском университете . [6]
В 1893 году немецкому изобретателю счетной машины Артуру Буркхардту было поручено привести машину Лейбница в рабочее состояние, если это возможно. Его отчет был благоприятным, за исключением последовательности в переносе. [25]
Лейбниц изобрел свое одноименное колесо и принцип двухходового калькулятора, но после сорока лет разработки он не смог создать машину, которая была бы полностью работоспособна; [26] это делает калькулятор Паскаля единственным работающим механическим калькулятором в 17 веке. Лейбниц был также первым человеком, который описал калькулятор с вертушкой . [27] Однажды он сказал: «Недостойно выдающихся людей терять часы, как рабы, на работе по вычислениям, которые можно было бы спокойно передать кому-либо другому, если бы использовались машины». [28]
Шиккард, Паскаль и Лейбниц были неизбежно вдохновлены ролью часового механизма, который был высоко отмечен в семнадцатом веке. [29] Однако простое применение взаимосвязанных шестеренок было недостаточным для любой из их целей. Шиккард ввел использование однозубчатой «изуродованной шестерни», чтобы сделать возможным перенос. Паскаль улучшил это с помощью своего знаменитого утяжеленного сотуара. Лейбниц пошел еще дальше в отношении возможности использовать подвижную каретку для более эффективного выполнения умножения, хотя и за счет полностью рабочего механизма переноса.
...Я изобрел третий, который работает на пружинах и имеет очень простую конструкцию. Это тот, который, как я уже сказал, я использовал много раз, скрытый на виду у бесконечного количества людей, и который все еще в рабочем состоянии. Тем не менее, постоянно улучшая его, я нашел причины изменить его конструкцию...
— Паскаль, Реклама, необходимая тем, кто испытывает любопытство увидеть арифметическую машину и управлять ею (1645) [30]
Когда несколько лет назад я впервые увидел прибор, который, будучи перенесенным, автоматически регистрирует количество шагов пешехода, мне сразу пришло в голову, что всю арифметику можно было бы подчинить подобному типу машин, так что не только счет, но также сложение и вычитание, умножение и деление можно было бы выполнять с помощью соответствующим образом устроенной машины легко, быстро и с надежными результатами.
— Лейбниц о своей счетной машине (1685) [31]
Принцип часов (входные колеса и колеса отображения, добавленные к механизму, подобному часам) для вычислительной машины с прямым вводом данных не мог быть реализован для создания полностью эффективной вычислительной машины без дополнительных инноваций с технологическими возможностями 17-го века. [32] потому что их шестерни заклинивали, когда перенос приходилось перемещать на несколько мест вдоль аккумулятора. Единственные вычислительные часы 17-го века, которые сохранились до наших дней, не имеют общемашинного механизма переноса и поэтому не могут называться полностью эффективными механическими калькуляторами. Гораздо более успешные вычислительные часы были построены итальянцем Джованни Полени в 18-м веке и представляли собой двухходовые вычислительные часы (сначала цифры записываются, а затем они обрабатываются).
В XVIII веке появился первый механический калькулятор, который мог автоматически выполнять умножение; разработанный и построенный Джованни Полени в 1709 году и сделанный из дерева, он стал первыми успешными часами для вычисления. Для всех машин, построенных в этом веке, деление по-прежнему требовало от оператора решения, когда остановить повторяющееся вычитание в каждом индексе, и поэтому эти машины оказывали только помощь в делении, как счеты . Как калькуляторы с вертушкой, так и калькуляторы с колесом Лейбница были построены с несколькими неудачными попытками их коммерциализации.
Луиджи Торки изобрел первую машину прямого умножения в 1834 году. [56] Это была также вторая в мире машина с ключом, после машины Джеймса Уайта (1822). [57]
Индустрия механических калькуляторов зародилась в 1851 году, когда Томас де Кольмар выпустил свой упрощенный арифмометр , который стал первой машиной, которую можно было использовать ежедневно в офисах.
В течение 40 лет [58] арифмометр был единственным механическим калькулятором, доступным для продажи, и продавался по всему миру. К 1890 году было продано около 2500 арифмометров [59] плюс еще несколько сотен от двух лицензированных производителей клонов арифмометров (Burkhardt, Германия, 1878 и Layton, Великобритания, 1883). Felt and Tarrant, единственный другой конкурент в настоящем коммерческом производстве, продал 100 комптометров за три года. [60]
В 19 веке также появились конструкции счетных машин Чарльза Бэббиджа, сначала с его разностной машиной , начатой в 1822 году, которая была первым автоматическим калькулятором, поскольку она непрерывно использовала результаты предыдущей операции для следующей, а затем с его аналитической машиной , которая была первым программируемым калькулятором, использующим карты Жаккара для считывания программы и данных, которую он начал в 1834 году и которая дала основу для создания больших ЭВМ в середине 20 века. [61]
.jpg/1280px-Analytical_Engine_(2290032530).jpg)
Кассовый аппарат, изобретенный американским владельцем салуна Джеймсом Ритти в 1879 году, решил старые проблемы неорганизованности и нечестности в деловых операциях. [74] Это была чистая счетная машина, соединенная с принтером , звонком и двусторонним дисплеем, который показывал плательщику и владельцу магазина, если он хотел, сумму денег, обмененную по текущей транзакции.
Кассовый аппарат был прост в использовании и, в отличие от настоящих механических калькуляторов, был необходим и быстро принят большим количеством предприятий. «Восемьдесят четыре компании продавали кассовые аппараты между 1888 и 1895 годами, только три продержались какое-то время». [75]
В 1890 году, через 6 лет после того, как Джон Паттерсон основал корпорацию NCR , его компания продала 20 000 машин, тогда как общее количество подлинных калькуляторов, вместе взятых, составило около 3500. [76]
К 1900 году NCR построила 200 000 кассовых аппаратов [77], и компаний, производящих их, было больше, по сравнению с компанией по производству арифмометров «Thomas/Payen», которая только что продала около 3300 [78] , а Burroughs продала только 1400 машин. [79]
К этому времени утвердились два различных класса механизмов: возвратно-поступательные и вращательные. Первый тип механизма обычно приводился в действие кривошипной рукояткой с ограниченным ходом; некоторые внутренние подробные операции выполнялись на тяге, а другие — на выпускной части полного цикла. Изображенная машина 1914 года относится к этому типу; рукоятка расположена вертикально, с правой стороны. Позднее некоторые из этих механизмов приводились в действие электродвигателями и редукторами, которые приводили в действие кривошип и шатун для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Последний тип, роторный, имел по крайней мере один главный вал, который делал один [или более] непрерывных оборотов, одно сложение или вычитание за оборот. Многочисленные конструкции, особенно европейские калькуляторы, имели ручные рукоятки и замки, чтобы гарантировать, что рукоятки возвращались в точное положение после завершения оборота.
В первой половине XX века началось постепенное развитие механического счетного механизма.
Счетно-вычислительная машина Дальтона, представленная в 1902 году, была первой в своем роде, использовавшей всего десять клавиш, и стала первой из множества различных моделей «10-клавишных счетно-вычислительных машин», выпускаемых многими компаниями.
В 1948 году был представлен цилиндрический калькулятор Curta , который был достаточно компактен, чтобы его можно было держать в одной руке, разработанный Куртом Герцстарком в 1938 году. Это было экстремальное развитие ступенчатого счетного механизма. Он вычитал, добавляя дополнения; между зубцами для сложения были зубцы для вычитания.
С начала 1900-х и до 1960-х годов механические калькуляторы доминировали на рынке настольных компьютеров. Основными поставщиками в США были Friden , Monroe и SCM/Marchant . Эти устройства приводились в действие двигателем и имели подвижные каретки, на которых результаты вычислений отображались с помощью циферблатов. Почти все клавиатуры были полными — каждая цифра, которую можно было ввести, имела свой собственный столбец из девяти клавиш, 1..9, плюс клавишу очистки столбца, что позволяло вводить несколько цифр одновременно. (См. иллюстрацию ниже Marchant Figurematic.) Можно было бы назвать этот ввод параллельным, в отличие от десятиклавишного последовательного ввода, который был обычным явлением в механических арифмометрах, а теперь универсален в электронных калькуляторах. (Почти все калькуляторы Friden, а также некоторые роторные (немецкие) Diehl имели десятиклавишную вспомогательную клавиатуру для ввода множителя при выполнении умножения.) Полные клавиатуры обычно имели десять столбцов, хотя некоторые более дешевые машины имели восемь. Большинство машин, произведенных тремя упомянутыми компаниями, не печатали результаты, хотя другие компании, такие как Olivetti , производили печатающие калькуляторы.
В этих машинах сложение и вычитание выполнялись за одну операцию, как на обычной арифмометрической машине, но умножение и деление достигались путем повторных механических сложений и вычитаний. Фриден создал калькулятор, который также обеспечивал квадратные корни , в основном путем деления, но с дополнительным механизмом, который автоматически увеличивал число на клавиатуре систематическим образом. Последние из механических калькуляторов, вероятно, имели сокращенное умножение, а некоторые десятиклавишные типы последовательного ввода имели клавиши с десятичной точкой. Однако клавиши с десятичной точкой требовали значительной внутренней дополнительной сложности и были предложены только в последних выпущенных моделях. Ручные механические калькуляторы, такие как Curta 1948 года, продолжали использоваться, пока их не вытеснили электронные калькуляторы в 1970-х годах.
Типичные европейские машины с четырьмя операциями используют механизм Однера или его вариации. К таким машинам относятся Original Odhner , Brunsviga и несколько последующих подражателей, начиная с Triumphator, Thales, Walther, Facit и заканчивая Toshiba. Хотя большинство из них приводилось в действие ручными рукоятками, были и версии с моторным приводом. Калькуляторы Hamann внешне напоминали машины с вертушкой, но установочный рычаг устанавливал кулачок, который отсоединял приводную собачку, когда циферблат перемещался достаточно далеко.
Хотя Дальтон представил в 1902 году первую печатную машину с 10 клавишами для сложения (две операции, третья — вычитание), эти функции отсутствовали в вычислительных машинах (четыре операции) в течение многих десятилетий. Facit-T (1932) была первой вычислительной машиной с 10 клавишами, проданной в больших количествах. Olivetti Divisumma-14 (1948) была первой вычислительной машиной с принтером и 10-клавишной клавиатурой.
Машины с полной клавиатурой, включая машины с моторным приводом, также производились до 1960-х годов. Среди основных производителей были Mercedes-Euklid, Archimedes и MADAS в Европе; в США Friden, Marchant и Monroe были основными производителями роторных калькуляторов с каретками. Возвратно-поступательные калькуляторы (большинство из которых были арифмометрами, многие со встроенными принтерами) производились Remington Rand и Burroughs, среди прочих. Все они были с клавишным набором. Felt & Tarrant производили Comptometers, а также Victor, которые были с клавишным управлением.
Базовым механизмом Фридена и Монро было модифицированное колесо Лейбница (более известное, возможно, неофициально, в США как «ступенчатый барабан» или «ступенчатый счетный механизм»). Фриден имел элементарный реверсивный привод между корпусом машины и циферблатами аккумулятора, поэтому его главный вал всегда вращался в одном и том же направлении. Швейцарский MADAS был похож. Однако Монро менял направление своего главного вала для вычитания.
Самые ранние Marchants были машинами с вертушкой, но большинство из них были удивительно сложными роторными типами. Они работали со скоростью 1300 циклов сложения в минуту, если удерживать клавишу [+]. Другие были ограничены 600 циклами в минуту, потому что их накопительные циферблаты запускались и останавливались для каждого цикла; циферблаты Marchant двигались с постоянной и пропорциональной скоростью для продолжающихся циклов. У большинства Marchants был ряд из девяти клавиш на крайней правой стороне, как показано на фотографии Figurematic. Они просто заставляли машину складывать для количества циклов, соответствующего числу на клавише, а затем сдвигали каретку на одну позицию. Даже девять циклов сложения занимали совсем немного времени.
В Marchant, ближе к началу цикла, циферблаты аккумулятора двигались вниз «в провал», прочь от отверстий в крышке. Они зацепляли приводные шестерни в корпусе машины, которые вращали их со скоростью, пропорциональной подаваемой им цифре, с дополнительным движением (уменьшенным в 10:1) от переносов, создаваемых циферблатами справа от них. По завершении цикла циферблаты смещались, как стрелки в традиционном счетчике ватт-часов. Однако, когда они выходили из провала, дисковый кулачок с постоянным шагом выравнивал их с помощью (ограниченного хода) дифференциала с цилиндрической зубчатой передачей. Кроме того, переносы для более низких разрядов добавлялись другим, планетарным дифференциалом. (Показанная машина имеет 39 дифференциалов в своем [20-разрядном] аккумуляторе!)
В любом механическом калькуляторе, по сути, шестерня, сектор или какое-либо подобное устройство перемещает аккумулятор на число зубцов шестерни, которое соответствует добавляемой или вычитаемой цифре – три зубца изменяют положение на счет три. Подавляющее большинство основных механизмов калькулятора перемещают аккумулятор, запускаясь, затем двигаясь с постоянной скоростью и останавливаясь. В частности, остановка имеет решающее значение, поскольку для получения быстрой работы аккумулятор должен двигаться быстро. Варианты женевских приводов обычно блокируют перерегулирование (что, конечно, приведет к неправильным результатам).
Однако два различных базовых механизма, Mercedes-Euklid и Marchant, перемещают циферблаты со скоростью, соответствующей добавляемой или вычитаемой цифре; [1] перемещает аккумулятор медленнее всего, а [9] — быстрее всего. В Mercedes-Euklid длинный пазовый рычаг, поворачиваемый на одном конце, перемещает девять реек («прямые шестерни») в продольном направлении на расстояния, пропорциональные их расстоянию от оси рычага. Каждая рейка имеет приводной штифт, который перемещается пазом. Рейка для [1], конечно, находится ближе всего к оси. Для каждой цифры клавиатуры скользящая селекторная шестерня, очень похожая на ту, что в колесе Лейбница, зацепляет рейку, которая соответствует введенной цифре. Конечно, аккумулятор переключается либо при прямом, либо при обратном ходе, но не при обоих. Этот механизм отличается особой простотой и относительной легкостью изготовления.
Однако Marchant имеет для каждого из десяти столбцов клавиш девятиступенчатую «трансмиссию предварительного выбора» с выходной прямозубой шестерней в верхней части корпуса машины; эта шестерня зацепляет зубчатую передачу аккумулятора. Когда кто-то пытается вычислить количество зубцов в такой трансмиссии, прямой подход приводит его к рассмотрению механизма, подобного тому, что используется в механических регистрах бензинового насоса для указания общей цены. Однако этот механизм серьезно громоздкий и совершенно непрактичный для калькулятора; 90-зубчатые шестерни, скорее всего, будут найдены в бензонасосе. Практические шестерни в вычислительных частях калькулятора не могут иметь 90 зубцов. Они были бы либо слишком большими, либо слишком хрупкими.
Учитывая, что девять передаточных чисел на столбец подразумевают значительную сложность, Marchant содержит всего несколько сотен отдельных шестеренок, многие из которых находятся в его аккумуляторе. По сути, циферблат аккумулятора должен повернуться на 36 градусов (1/10 оборота) для [1] и на 324 градуса (9/10 оборота) для [9], не допуская входящих переносов. В какой-то момент в передаче один зуб должен пройти для [1] и девять зубьев для [9]. Невозможно развить необходимое движение от приводного вала, который вращается один оборот за цикл с несколькими шестернями, имеющими практичное (относительно небольшое) количество зубьев.
Таким образом, Marchant имеет три приводных вала для питания маленьких трансмиссий. За один цикл они вращаются на 1/2, 1/4 и 1/12 оборота. [1]. Вал на 1/2 оборота несет (для каждого столбца) шестерни с 12, 14, 16 и 18 зубьями, что соответствует цифрам 6, 7, 8 и 9. Вал на 1/4 оборота несет (также для каждого столбца) шестерни с 12, 16 и 20 зубьями, что соответствует цифрам 3, 4 и 5. Цифры [1] и [2] обрабатываются шестернями с 12 и 24 зубьями на валу с 1/12 оборота. Практическая конструкция размещает вал с 12 оборотами дальше, поэтому вал с 1/4 оборота несет свободно вращающиеся промежуточные шестерни с 24 и 12 зубьями. Для вычитания приводные валы меняют направление.
В начале цикла один из пяти подвесок смещается от центра, чтобы включить соответствующую приводную шестерню для выбранной цифры.
Некоторые машины имели до 20 колонок в своих полных клавиатурах. Монстром в этой области был Duodecillion, созданный Burroughs для выставочных целей.
Для стерлинговой валюты, £/s/d (и даже фартингов), были вариации основных механизмов, в частности с разным количеством зубцов шестерен и позиций циферблата аккумулятора. Для размещения шиллингов и пенсов были добавлены дополнительные колонки для десятков [s], 10 и 20 для шиллингов и 10 для пенсов. Конечно, они функционировали как механизмы с основанием 20 и основанием 12.
Вариант Marchant, называемый Binary-Octal Marchant, был машиной с основанием 8 (восьмеричной). Он продавался для проверки точности очень ранних ламповых (ламповых) двоичных компьютеров. (В то время механический калькулятор был намного надежнее лампового/лампового компьютера.)
Также существовал сдвоенный Marchant, состоящий из двух вертушек Marchant с общим приводным кривошипом и реверсивной коробкой передач. [86] Сдвоенные машины были относительно редки и, по-видимому, использовались для геодезических расчетов. Была изготовлена по крайней мере одна тройная машина.
Калькулятор Facit и похожий на него калькулятор, по сути, являются вертушками, но вместо каретки вбок движется массив вертушек. Вертушки являются биквинарными; цифры с 1 по 4 заставляют соответствующее количество скользящих штифтов выдвигаться из поверхности; цифры с 5 по 9 также выдвигают сектор из пяти зубцов, как и те же штифты для цифр с 6 по 9.
Ключи управляют кулачками, которые управляют качающимся рычагом, чтобы сначала разблокировать кулачок позиционирования штифта, который является частью механизма вертушки; дальнейшее перемещение рычага (на величину, определяемую кулачком ключа) вращает кулачок позиционирования штифта, чтобы выдвинуть необходимое количество штифтов. [87]
Управляемые стилусом сумматоры с круглыми пазами для стилуса и расположенными рядом колесами, производимые Sterling Plastics (США), имели оригинальный механизм, предотвращающий перескакивание, для обеспечения точного переноса.
Механические калькуляторы продолжали продаваться, хотя и в быстро уменьшающихся количествах, в начале 1970-х годов, когда многие производители закрылись или были поглощены. Калькуляторы типа комптометра часто сохранялись гораздо дольше, чтобы использоваться для сложения и перечисления обязанностей, особенно в бухгалтерском учете, поскольку обученный и опытный оператор мог ввести все цифры числа одним движением руки на комптометре быстрее, чем это было возможно последовательно с помощью 10-клавишного электронного калькулятора. Фактически, было быстрее вводить большие цифры в два удара, используя только клавиши с меньшими номерами; например, 9 вводилась как 4, за которой следовала 5. Некоторые калькуляторы с клавишным управлением имели клавиши для каждого столбца, но только с 1 по 5; они были соответственно компактными. Распространение компьютера, а не простого электронного калькулятора, положило конец комптометру. Кроме того, к концу 1970-х годов логарифмическая линейка устарела.
Медиафайлы по теме «Механические калькуляторы» на Wikimedia Commons