Статьи об арифмометрах и других механических вычислительных машинах

Это изобретение - самое значительное изобретение П. Л. Чебышева, изготовленный им, как подтверждают последние исследования, в 1876 году (а не в 1878 году, как указывалось ранее во всех официальных источниках) арифмометр, наиболее совершенная машина этого рода в тот период.

Более чем на 10 лет опередила она аналогичные изобретения иностранных конструкторов. Первый арифмометр Чебышева, строго говоря, не может быть отнесен к классу арифмометров (приборов для выполнения четырех арифметических действий). Это 10-разрядная суммирующая машина с непрерывной передачей десятков. В машине с непрерывной (дискретной) передачей колесо высшего разряда продвигается сразу на одно деление, в то время как колесо низшего разряда переходит с 9 на 0. При непрерывной передаче десятков соседнее колесо (а вместе с ним и все остальные) постепенно поворачивается на одно деление, пока колесо младшего разряда совершает один оборот. Чебышев достигает этого применением планетарной передачи. Работа оператора при выполнении сложения на машине Чебышева была очень простой. С помощью десяти наборных колес поочередно вводились слагаемые, а результат считывался в окнах считки. На наборных колесах имеются специальные зубцы, с помощью которых поворачиваются колеса.

В корпусе машины - прорези, в которых видны эти зубцы, а рядом с прорезями написаны цифры (0...9). При вычитании набирается уменьшаемое, а вычитаемое нужно набирать, вращая наборные колеса в обратную сторону. В целом машина приспособлена для сложения, и вычитание на ней неудобно. Следующими этапами работы Чебышева явились постройка новой модели суммирующей машины и передача ее в 1878 г. в Парижский музей искусств и ремесел, а затем создание множительно-делительной приставки к суммирующей машине. Эта приставка также была передана в музей в Париже (1881 г.). Таким образом, арифмометр, хранящийся в этом музее, состоит из двух устройств: суммирующего и множительно-делительного. Суммирующее устройство отличается от хранящейся в Ленинграде суммирующей машины несколькими несущественными усовершенствованиями, а также большим удобством в работе. Ряд новых идей был воплощен и во множительно-делительном устройстве. Главная и наиболее плодотворная из них состояла в автоматическом переводе каретки из разряда в разряд. Кареткой, т. е. подвижной частью арифмометра, служила сама приставка. Для выполнения умножения и деления она устанавливалась на суммирующей машине, образуя с ней единый прибор. При выполнении умножения нужно было только вращать рукоятку арифмометра.

После умножения множимого на цифру одного разряда множителя арифмометр автоматически прекращает умножение и переводит каретку в следующий разряд. Затем счетный механизм снова включается, и начинается умножение на цифру второго разряда множителя. Количество оборотов рукоятки автоматически контролируется специальным счетчиком, который действует от установленного числа множителя. Этот же счетчик переключает процесс вычислений на передвижение каретки и обратно. При оценке арифмометра Чебышева и его места в истории вычислительной техники необходимо четко различать два обстоятельства: новизну и плодотворность идей, заключенных в его конструкции, и конкретное воплощение этих идей в изготовленных Чебышевым моделях (ленинградской и парижской). Между тем в существующих оценках арифмометра Чебышева эти две стороны не разделяются и общепринятая оценка сводится к следующему: Чебышеву удалось преодолеть недостатки существовавших в его время арифмометров и создать удобную для практического использования машину. В основе этого мнения, по-видимому, лежит авторитетное заключение Бооля, который высоко оценил арифмометр Чебышева, но, как ясно из контекста, его теоретическую основу, а не практическую реализацию. "Существование только одного экземпляра арифмометра Чебышева, недоступного для публики, - писал Бооль, - не дает возможности испытать машину на практике..." К 70-м годам прошлого века были выработаны требования к работе арифмометров. С учетом этих требований арифмометр Чебышева следует признать малоудачной для практического использования машиной. Неудобства состояли в трудностях считывания результатов и выполнении операций вычитания, необходимости приложения значительных усилий при наборе чисел и т. д. Определенные трудности возникали и при пользовании множительно-делительной приставкой. Так, работа оператора при выполнении операции деления была настолько сложной, что, по-видимому, проще было пользоваться карандашом и бумагой. При помощи этой приставки также никто не производил вычислений. Однако эти обстоятельства не следует смешивать с теоретическими основами конструкции. Чебышев и не ставил перед собой задачу создать наиболее удобную для пользователя машину. Он пытался решить другую, более важную с научной точки зрения проблему: найти и экспериментально проверить новые принципы построения вычислительных машин. И с этой задачей он справился блестяще. В чем же состояло новаторство Чебышева? Для вычислительной техники принципиальное значение имели непрерывная передача десятков и автоматический переход каретки с разряда на разряд при умножении.

Свое изобретение П. Л. Чебышев демонстрировал в 1878 году в Париже.

Она оказалась настолько удачной, что большинство современных счетчиков (электросчетчики, счетчики расхода воды, спидометры и т. д.) было создано по принципу арифмометра Чебышева.

Источник: http://old.kspu.kaluga.ru/mathematik/arif.htm

К списку статей.

Троичная машина в XIX веке

Леонид Черняк

12.11.2002

На фоне яркой звезды Чарльза Бэббиджа часто забывают о звездах меньшего масштаба, и было бы несправедливо считать, что только один он работал над созданием первого поколения разностных машин.

Чарльз Бэббидж вошел в историю автоматизации вычислений звездой первой величины. За свою творческую жизнь он создал три счетные машины: два варианта разностной (differential) и аналитическую (analytical). Последняя работала по программе и в этом отношении оказалась ближе к современному представлению о том, что такое компьютер. Разностные же машины можно отнести к тупиковой ветви компьютерного генеалогического древа, которая еще просуществовала много лет, вплоть до сороковых годов XX века, но в дальнейшем это направление не получило развития. Был период, когда между компьютерами и разностными машинами наблюдалась некоторая конкуренция; так, разностный анализатор Ванневара Буша использовался в расчетах первой атомной бомбы и до поры не уступал первым электронным вычислительным машинам.

На фоне такой яркой звезды часто забывают о звездах меньшего масштаба, и было бы несправедливо считать, что только один Бэббидж работал над созданием первого поколения разностных машин. Параллельно с ним, развивая это направление, в конце XVIII века и первой половине XIX века работали еще несколько изобретателей.

Еще в 1786 году первым машину этого типа предложил немецкий офицер Йоган Мюллер. О самом Мюллере, как и о его машине, известно предельно мало, пожалуй, только то, он был артиллеристом в армии земли Гессен и что проект его машины остался на бумаге. Мюллер действительно был первым, кто попытался воспользоваться методом разностей для вычисления полиномов, который в начале XVIII века предложил Исаак Ньютон. Таким образом, чисто хронологически Бэббидж оказывается вторым, но масштаб его деятельности намного больше по сравнению с современниками. Работа над разностной машиной в первой версии заняла у него немало времени (проект был опубликован в 1822 году, а машина была построена в 1834-м), ко второй версии он приступил в 1849 году. У Бэббиджа были последователи, тогда же, в сороковых годах XIX века еще несколько изобретателей занимались аналогичной деятельностью, из них в историю вошли англичанин Томас Фоулер, а также Георг и Эдвард Шютц, отец и сын из Швеции.

Изобретения Томаса Фоулера в некоторых отношениях очень близки к компьютеру, прозорливость его удивительна для человека, который родился в 1777 году в семье бедного бондаря, не получил никакого систематического образования, с тринадцати лет работал кожевенником, но потом стал одним из ярких мыслителей и инженеров своего времени. Фоулер — автор нескольких изобретений, он один из тех, чьими усилиями была совершена первая промышленная революция. Мало кто знает, но именно он в 1828 году предложил идею термосифона, на которой построены все системы центрального отопления, использующие в качестве теплоносителя воду. Известна более ранняя система центрального отопления в Римских термах, но там, в отличие от всех современных, распространялся теплый воздух.

Однако из-за оплошностей по части патентования Фоулер не получил больших денег, хотя это изобретение позволило ему выбиться в люди, перейти на работу в банк, где он столкнулся с необходимостью выполнять трудоемкие вычисления. Вначале Фоулер попытался облегчить свой труд с помощью таблиц, в них и своих арифметических приемах он использовал двоичное и троичное представление чисел. Брошюра, опубликованная им в 1838 году, называлась «Таблицы, облегчающие арифметические вычисления» (Tables for Facilitating Arithmetical Calculations). Она содержала указания на то, как проще считать, раскладывая числа на степени двойки (Binary Table) и степени тройки (Ternary Table). От таблиц Фоулеру удалось перейти к машине. Материальные возможности и общественное положение Фоулера были намного скромнее, чем у его соотечественников — Бэббиджа и Августы Лавлейс, урожденной Байрон. Это наложило заметный отпечаток на его изобретение. В мае 1840 года он представил свое детище в Королевский колледж в Лондоне, в сопроводительной записке значилось: «Машина построена мною, собственными руками, из дерева, она имеет шесть футов в длину, один в глубину и три в высоту. Если бы ее можно было изготовить из металла, то она оказалась бы не больше компактной пишущей машины». Далее Фоулер написал: «Основная особенность машины заключается в том, что вместо обычной десятичной системы счисления используется запись триадами (имеется в виду троичная система счисления). Так, 1 и 2 представляются как обычно, 1 и 2, а 3 записывается как 10, для 4 служит запись 11, 5 — 12 и т.д.».

Если сравнивать «архитектуру» машины Фоулера с другими, то по своему замыслу деревянная машина заметно превосходила не только механические аналоги, но и первую электронную машину ENIAC Эккерта-Мочли. Компьютер ENIAC был на самом деле электронной версией «Паскалины», созданной на 300 лет раньше, в нем компоненты, собранные из вакуумных ламп, заменили шестеренчатые конструкции Блеза Паскаля. И уж, конечно, машина Фоулера была намного проще машин Бэббиджа. Некоторые специалисты вообще критически относятся к деятельности Бэббиджа. Такого мнения придерживается Морис Уилкс, создававший в первые послевоенные годы компьютер EDSAC, который претендует на то, чтобы быть первым устройством с хранимой программой. Уилкс и его единомышленники считают, что неудачи Бэббиджа создали ошибочное представление у власть имущих о бесперспективности механизации вычислений, тем самым затормозили прогресс и оставили без финансирования альтернативные решения, в частности работу Фоулера. Сын Фоулера, ставший его биографом, писал: «Представители правительства, неудовлетворенные работой Бэббиджа, отказались даже осмотреть машину отца, они аргументировали свое отношение тем, что уже безрезультатно затратили на того большие средства».

Источник: http://www.osp.ru/cw/2002/42/031_1.htm

К списку статей.

Люди, сыгравшие важную роль в разработке различных машин.

Вильгодт Теофил Однер

(1845-1903)

Вильгодт Теофил Однер (фото) родился 10 августа 1845 года в Швеции, в Вермланде, в небольшом населенном пункте Дэльби. В 1866 году В. Т. Однер закончил Стокгольмский технологический институт. В 1869 году он приехал в Петербург, где и остался до конца своей жизни. В Петербурге он прежде всего обратился к своему соотечественнику Э. Л. Нобелю, который в 1862 г. основал на Выборгской стороне завод “Русский дизель”. На этом заводе в 1874 г. был изготовлен первый образец арифмометра Однера.

Вспоминая об этом времени, Однер в 1892 г. писал: “более чем пятнадцатилетний труд теперь позади и машина почти совершенна”. В 1900 г. Однер пишет более подробно, говоря о себе в третьем лице: в 1871 г. “В. Т. Однер еще совсем молодым инженером, имел случай исправить счетную машину Томаса и при этом пришел к убеждению, что есть возможность более простым и целесообразным способом решить задачу механического исчисления. После долгого размышления и долгих опытов удалось, наконец, господину Однеру в 1873 г. домашними средствами устроить модель счетной машины своей конструкции. Этот аппарат заинтересовал советника коммерции Людвига Нобель, который и представил г-ну Однеру возможность на его заводе разработать идею”. Итак, по свидетельству Однера, датой изобретения арифмометра можно считать 1873 г., когда была создана экспериментальная модель.

В 1878 г. Однер поступил на службу в Экспедицию заготовления государственных бумаг, на фабрику, где печатали деньги. В экспедиции Однер числится мастером, хотя и выполняет инженерную работу. Он изобретает машину для автоматической нумерации бумажных денег ( эта работа выполнялась вручную ). В 1881 г. в экспедиции выделяется специальный отдел по печати кредитных билетов во главе с Однером.

Работая в экспедиции, Однер продолжал совершенствовать конструкцию своей счетной машины.Он понимал, что для развертывания производства арифмометров нужны деньги. В эти годы в России наблюдался табачный бум, стремительно рос спрос на папиросы, на улицах Петербурга разрешили курить. Возросла потребность в папиросных машинах. Однер сконструировал новый образец такой машины, что дало ему некоторые средства, а вместе с тем и возможность открыть 1885 г. “ в самых скромных размерах” механическую мастерскую “при одном токарном ножном станке”. Открыв мастерскую, он ушел из экспедиции.

Но для развертывания дела средств было явно мало, и в 1886 г. Однер находит себе компаньона – английского подданного Ф. Н. Гиля. Мастерская преобразовывается в небольшой завод, который изготовляет папиросные и полиграфические машины, различные приборы, а с 1886 г. начинает выпускать арифмометры. В 1889 г. завод расширяется. В 1890 г. Однер подает прошение в Департамент торговли и мануфактур о предоставлении ему патента на выпуск арифмометров в течение 10 лет.

Однер все время работал над усовершенствованием арифмометра, и “улучшенный и измененный” арифмометр 1890 г. отличался от арифмометра 70-х годов. Были введены промежуточные колеса, и вращение ручки при выполнении действий стало производиться в привычном удобном направлении (от себя); все результаты считывались в окна считки; колеса Однера стали еще более тонкими. Однако основная деталь – зубчатка с переменным числом зубцов – не претерпела принципиальных изменений, начиная с первых вариантов арифмометра 70-х годов.

В 1890 г. было продано 500 арифмометров – очень большое количество по тем временам. Появились хвалебные и благожелательные отзывы. Спрос на арифмометры стремительно рос. Завод расширял их выпуск. В течение последующих пяти лет в России было продано около 4000 арифмометров. Тысяча арифмометров была продана за границу. В 1892 г. на заводе работало 20 человек и был один паровой двигатель малой мощности. Стоимость продукции составила 117 тыс. руб. В 1893 г. было уже 98 рабочих и две паровые машины мощностью 20 л. с. Стоимость продукции увеличилась до 123 тыс. руб.

В 1897 г. Однер становится единоличным хозяином предприятия, которое стало называться “Механический и меднолитейный завод”. В 1900 г. было выпущено только арифмометров и различных счетчиков на 70 тыс. руб.

В1891 г. Однер патентует свой улучшенный арифмометр в Германии. Ему выдают второй немецкий патент, на основании которого Однер открывает филиал своего завода в Берлине. В 1890 г. Однер выпускает книгу “Арифмометр системы Однер”, в 1892 г. выходит второе издание. Однер пишет, что на арифмометре, кроме четырех арифметических действий, можно извлекать корни и производить другие операции. Он пишет: “Преимущества моего арифмометра следующие:

1. Малый объем, занимаемая им площадь 7х5 дюймов;
2. Простое и прочное устройство;
3. Абсолютно верное и быстрое действие;
4. Простое и легко изучаемое обращение.

Спустя несколько лет Однер следующим образом характеризует свое изобретение:

“Для лиц, не знакомых с арифмометром, считаем не лишним перечислить здесь, если не все, то некоторые важнейшие выгоды и удобства, которые доставляет употребление арифмометра коммерсантам, техникам, ученым и вообще всем, кто поставлен в необходимость часто производить сложные или скучные и однообразные вычисления.

Удобства эти заключаются в следующем:

1. при некотором, весьма скором и легко приобретаемом навыке громадное сбережение времени;
2. безусловная верность вычислений и возможность легкой проверки;
3. вполне автоматическая работа, не требующая ни напряженного внимания, ни особой усидчивости, так как вычисление может быть произвольно прервано и затем вновь продолжаемо;
4. возможность делать всякие вычисления с целыми и дробными, простыми и именованными числами тотчас без приобретения особого навыка, ввиду крайней простоты устройства машины;
5. малые размеры аппарата (7х5), дающие возможность не только с удобством держать его на письменном столе, но даже брать с собой на работы и вне дома”.

У арифмометра Однера, как у любого изобретения, были и недостатки:

относительно небольшая надежность из-за большого числа спиральных пружин в подвижной части арифмометра (каретке) , что приводило к ошибкам при переносе десятков;
высокий уровень шума при работе;
необходимость вращать рукоятку арифмометра в различные стороны в зависимости от выполняемого арифметического действия.

Из этих недостатков арифмометра Однера 90-х годов первый в дальнейшем был практически устранен, а второй и третий не имели принципиального значения. В целом арифмометр выпуска 90-х годов получил высокую оценку современников. Можно даже сказать о триумфальном шествии однер-машин по международным выставкам 1890-х и 1900-х годов.

В России первыми крупными покупателями арифмометров были правления железных дорог. К началу 20 века на Юго-Восточных железных дорогах эксплуатировалось 130 штук, Казенных –94, Сибирских – 85, Юго-Западных – 50, на Рязанско-Уральской железной дороге – 60, Владикавказской – 40, Полесской – 35, Екатерининской – 20, Закаспийской – 20 и т. д. Много арифмометров использовалось мелкими предприятиями и частными лицами.

Производство арифмометров расширялось с каждым годом. Росли производственные мощности. В 1903 г. на заводе работало 170 человек.

После смерти Однера его завод перешел к родственникам, которые продолжали производство арифмометров под названием фирмы “Наследники Однера”. После некоторого спада в 1904-1905 гг. производство продолжало расширяться. Если в 1894 г. в России было 1200 арифмометров Однера, то в 1908 г. их было уже 10 000. На заводе в 1906 г. работало 120 человек, в 1908 г.-150 и в 1909 г.-159 человек. Выпуск арифмометров в 1908 г. был около одной тысячи. В 1909 г. в России эксплуатировалось 12 000 арифмометров, В 1910 г. – 14 000, в 1911 г. – 16 000. В 1912 г. фирма “Наследники Однера” достигла наивысшей производительности. Годовой оборот завода достиг 375 тыс. руб., на заводе работало 177 человек. Однако фирма выпускала не только арифмометры, основные ее затраты были связаны с другими видами продукции. Дела у фирмы пошли неудачно, и в том же 1912 г. она оказалась несостоятельной. До 1917 г. фирма не могла выйти из банкротства.

Арифмометры Однера в России выпускались под разными названиями с некоторыми видоизменениями: “Арифмометр Однера”, “Оригинал-Однер”, “Арифмометр системы Однер” и некоторые другие. В России до 1917 г. было выпущено 23 тыс. арифмометров Однера. Выпуск арифмометров Однера продолжал расти как в России, так и за рубежом.

Производство арифмометров было налажено на Сущевском им. Ф. Э Дзержинского механическом заводе в Москве. Первые арифмометры на этом заводе (под маркой "Оригинал-Однер") были выпущены в 1925 г. В дальнейшем (с 1931 г.) они стали известны как арифмометры "Феликс".

Литература: Апокин И. А., Майстров Л. Е. История вычислительной техники. М.: Наука, 1990.- с.119-131

Источник: http://www.bashedu.ru/konkurs/tarhov/russian/ordner.htm

Ссылки по теме:
Типичные модели (Феликс, Schubert AR, ВК-1, Facit CA1-13)
Советские арифмометры Однера - Феликс, ВК-1, ВК-2, ВК-3

К списку статей.

ТОМА де Кольмар Шарль Ксавье (Charles Xavier Thomas de Colmar) (1785-1870), французский предприниматель, создатель первого коммерческого арифмометра.

В 1820 году Тома создал арифмометр, основанный на принципе калькулятора Лейбница, способный производить умножение и деление. По своим возможностям арифмометр превосходил все известные в то время машины, так как мог оперировать тридцатизначными числами. Хотя Тома получил патент на свой арифмометр в том же году, первые арифмометры появились в продаже лишь в начале 1840-х годов. Тома де Кольмар не был простым механиком, вынужденным производить и продавать арифмометры ради пропитания. Он был военным чиновником во время испанской и португальской кампаний 1809-13 годов, прежде чем решил заняться совершенно новым бизнесом, которому посвятил всю оставшуюся жизнь.

Своим широким распространением во второй половине 19 века арифмометр обязан отнюдь не прогрессу в области вычислительной техники, а конкуренции на рынке вычислительных средств. Сам Тома прикладывал огромные усилия для популяризации своего детища. В конце концов этот надежный прибор прочно занял свое место на конторских столах и успешно продавался в течение последующих 90 лет.

В 1844 году Тома представил свой арифмометр на французской национальной выставке промышленных товаров, который, однако, уступил пальму первенства счетной машине Рота. В 1849 году Тома решил вновь попытать счастья. На этот раз он был удостоен серебряной медали и трехстраничного отчета жюри, но высшую награду получил «Аритморель» Мореля и Жейе, вычислительная машина, свойства которой были оценены выше. В 1851 году в Лондоне Тома постигло новое разочарование: его арифмометр уступил первенство калькулятору Стаффела.

После этой череды неудач Тома еще активнее принялся рекламировать свой арифмометр. В эти годы он интенсивно переделывал и улучшал свой прибор. Тома опубликовал описание арифмометра и разослал его всем коронованным и знатным особам Европы, благодаря чему удостоился многих наград в период с 1851 по 1855 годы. К Всемирной выставке в Париже 1855 года Тома построил гигантский двухметровый арифмометр, который занимал целый стол и обслуживать его должны были сразу два человека. Однако удача вновь изменила ему — золотую медаль получил дифференциальный анализатор шведских инженеров Георга и Эдварда Шойтцев. По иронии судьбы шведской машине была уготована короткая жизнь — было продано всего лишь два ее экземпляра, в то время как арифмометр постепенно добивался признания. С конца 1870-х, когда выпуск арифмометров значительно вырос, за ними закрепилась репутация первого стандарта в вычислительной технике. За свое изобретение Тома был награжден орденом Почетного легиона.

Источник: http://infhist.h1.ru/ppls/colm.html

Ссылки по теме:
Механические арифмометры на валиках Лейбница - от простейших до сравнительно продвинутых
Болеее сложные модели с электроприводом
Отечественне модели - КСМ, ВМП, ВММ

К списку статей.

Счётчик посещений:

Статьи

Арифмометр Чебышева.

Троичная машина в XIX веке

Люди, сыгравшие важную роль в разработке различных машин.

Вильгодт Теофил Однер

ТОМА де Кольмар Шарль Ксавье (Charles Xavier Thomas de Colmar) (1785-1870), французский предприниматель, создатель первого коммерческого арифмометра.

2062