Original: http://www.xnumber.com/xnumber/mechanical1.htm
Частина І
Вік ерудитів
за
“Негідно прекрасним чоловікам втрачати години, як раби у праці над розрахунками, що безпечно можна передати комусь іншому в разі використання машин”.
Готфрід Вільгельм фон Лейбніц – 1685 р.
Вступ
Метою даного документа є короткий опис найбільш поширених неелектронні лічильні пристрої в історичному контексті, і створити джерело посилання на інші сторінки в Інтернеті, пов’язані з цією темою. Подорож починається 2500 років тому з абаки і закінчується 30 років тому з появою перших електронних калькуляторів.
Для того, щоб полегшити завантаження, документ був розділений на три частини: частина I, описує еволюцію обчислювальних пристроїв до винаходу ступеневої колеса Лейбніца. Частина II, розглядаються основні події протягом 19-го століття, і частина III не розглядає розвиток офісних машин до 1960-х років, коли перші електронні калькулятори з’явилися на ринку.
Абака
Математичні поняття і їх потомство, арифметичні операції, були розглянуті протягом тисяч років чисто інтелектуальна вправа, яке не може бути скопійовано або виконано рукотворним артефактом. Навіть абака, що з’явилася в Малій Азії 2500 років тому і до сих пір використовується сьогодні, це тільки пам’ять допомагає пристрій, а не реальна лічильна машина.
Абака – геніальний рахунковий пристрій на основі відносних положень двох наборів кульок, що рухаються на паралельних струнах. Перший набір містить п’ять намистин на кожен рядок і дозволяє вважати від 1 до 5, в той час як другий набір має тільки два кульок на рядок, що представляють число 5 і 10. Система рахунків, як видається, на основі порозрядних п’яти років. Використання десяткових п’яти має сенс, тому що люди почали рахувати предмети на свої пальці.
Антикітерський калькулятор
Коли-небудь, між 100 р. до н.е. і 65 р. до н.е., грецький корабель із вантажем бронзових і мармурових статуй і інших артефактів з Родосу в Рим затонув недалеко від узбережжя Антикітери, невеликий острів Греції. Він залишався на дні моря під 140 футами води протягом двох тисячоліть, поки не був виявлений в 1901 році місцевими шукачами перлів.
Залишки, підтримані в Національному музеї в Афінах, включають древній редукторний механізм, тепер відомий як Антикітери калькулятор.
Це цікавий пристрій, що складається з 32 зубчастих коліс, нагадує механізм 18-го століття годин, і було використано для розрахунку руху Сонця і Місяця.
Кістки Непера
Ще одне цікаве винахід кістки Непера, розумний інструмент множення винайдений в 1617 математиком Джоном Непером (1550-1617), з Шотландії.
Кістки представляють собою набір вертикальних прямокутних стержнів, кожен з яких розділений на 10 квадратів. Зверху квадрат містить цифри, а решта квадрати містять перші 9 кратні цифри. Кожен множинним має свої цифри, розділені діагональною лінією. Коли число будуються шляхом розташування боки-о-пліч стрижні з відповідними цифрами на верхній частині, то її багаторазове може бути легко отриманий шляхом зчитування відповідного ряду кратних зліва направо, додаючи цифри, знайдені в параллелограммах, утворених діагональ ліній. Тож не дивно, що Джон Непер не є також винахідником логарифмів, поняття використовується для зміни множення на додаток.
Кістки Непера були дуже успішними і були широко використані в Європі до середини 1960-х років.
Логарифми були також основою для винаходу правила ковзання за Вільямом Оутредом (1574-1660), Англія, 1633 р.
Дизайн Леонардо да Вінчі
Природа має безліч прикладів механічних рішень практичних проблем, так що немає нічого дивного в тому, що перша спроба розробити лічильну машину, ймовірно, зроблені майстром машини артефактів, Леонардо да Вінчі (1452-1519).
Леонардо да Вінчі отримав багато з його геніальних ідей з ретельного спостереження механіки, яка бере участь в русі живих організмів. Цікаво, що природа не еволюціонувала колесо в якості вирішення цієї проблеми; це рішення було залишено в людську винахідливість. Цікаво відзначити, що колесо було основою для більшості механічних пристроїв, що використовуються для реплікації розумового процесу, який бере участь в арифметичних операціях. Як Джордж Чейз [1] сказав: “Історія механічної обчислювальної техніки за своєю суттю є історія позиції колеса і пристрій, які обертаються його зареєструвати цифрове і десятку-нести значення”.
Машина Шикарда
Перший обчислювальні машини були побудовані талановитими математиками, що переміщуються сильним бажанням спростити повторюваний характер арифметичних операцій.
Перший відомий арифмометр був зроблений Вільгельм Шикард (1592-1635). У 1623 році, Шикард, ерудит, а потім професор Університету Тюбінгена в Вюртемберзі, тепер частина Німеччини, розроблені і побудовані механічний пристрій, що він назвав Обчислювальним годинником. Можливість додавати і віднімати до шестизначних чисел, артефакт був заснований на русі шести зубчастих коліс, спрямованих через “понівечене” колесо, яке з кожним повним оборотом допускається колесо знаходиться праворуч, щоб повернути 1/10 повних включити. Механізм переливу подзвонив. Додавання функція була розроблена, щоб допомогти виконувати множення з набором циліндрів Непера, включеним у верхній частині машини. За його позначками, прототип цієї машини був знищений пожежею. Здається, що ще один прототип існував в той час, але це ніколи не було знайдено.
Друг великого астронома Йоганн Кеплер (1571-1630), Шикард послав йому кілька листів, в 1623 і 1624 коротко описуючи свій винахід. Шикард і його сім’я не пережила бубонна чума і його докладні записи залишалася невідомою, поки не виявили в 1935 і 1956 роках історик Франц Хаммера. Математик Бруно фон Фрейтаг з Університету Тюбінгена використовував їх, щоб відновити машину в 1960 р. Один блок знаходиться в Німецькому музеї в Мюнхені.
Калькулятор Паскаля
Блез Паскаль (1623-1662) було всього 18 років, коли він задумав калькулятор Паскаля в 1642 скоростиглий французький математик і філософ Паскаль виявив у віці до 12 років, що сума кутів в трикутнику завжди на 180 градусів. Пізніше, він створив основу для теорії ймовірностей і вніс значний вклад в науку гідравліки. Калькулятор Паскаля, побудований в 1643 році, був, можливо, першим механічний пристрій додавання фактично використовується для практичної мети. Він був побудований Паскалем, щоб допомогти своєму батькові, Етьєн Паскалю, митар, з стомлюючої діяльністю додавання і віднімання великих послідовностей чисел. Однак машина була важко використовувати і, ймовірно, не дуже корисно через французьку валютну систему, яка не була базою 10. лівр була 20 золів і золь мав 12 деніє.
Паскаль був обізнаний про машину Шикард, і його рішення не було настільки ж елегантним і ефективним. Як сказав Пол Е. Дюна “були ідеї Шикард знайшли широкої аудиторії, то машина Паскаля б не були винайдені”.
Він був побудований на коробок латунних прямокутного, де набір вирізаних циферблатів переїхав внутрішні колеса таким чином, що повний оборот колеса викликав колесо зліва для переходу на один 10-й. Хоча перший прототип містив тільки 5 коліс, більш пізні одиниці були побудовані з 6 і 8 колесами. Штифт був використаний, щоб обертати диски. На відміну від машини Шикард, в колеса переміщається тільки за годинниковою стрілкою і були призначені тільки для додавання номера. Віднімання було зроблено шляхом застосування громіздкої техніки на основі додавання дев’ять з доповненням.
Хоча машина привернула багато уваги в ці дні, він не набув широкого визнання, тому що це було дорого, ненадійно, а також важко використовувати і виробництво. До 1652 року близько 50 одиниць були зроблені, але менш ніж 15 були продані. Спочатку Паскаль отримав великий інтерес до його винаходу, і він навіть отримав “привілей” захист (середньовічний еквівалент патенту) за його ідеї в 1649 році, але його інтерес до науки і “матеріальних” заняття закінчилися, коли він відступив до Янсенсистського монастиря в 1655 концентруючи всю свою увагу на філософії. Він помер в 1662 році.
Протягом періоду 30 років після винаходу Паскаля, кілька людей побудував обчислювальних машин на основі цієї конструкції. Найбільш відомий був арифмометр сер Семуеля Морленд (1625-1695), з Англії. Ця машина винайдена в 1666 році мав шкалу Дванадцяткова на основі англійської валюти, і вимагає втручання людини для введення перенесення відображається у допоміжному циферблаті.
Цікаво відзначити, що навіть на початку 20-го століття, деякі компанії представили моделі, засновані безпосередньо на конструкції Паскаля. Одним із прикладів є портативний арифмометр Лайтнінг введена в 1908 році Lightning Adding Machine Co. у Лос-Анджелесі. Іншим прикладом є адометр, уведений в 1920 році Reliable Typewriter and Adding Machine Co. у Чикаго. Жоден пристрій не досяг комерційного успіху.
Ступінчастий барабан Лейбніца
Це був 1672, коли відомий німецький ерудит, математик і філософ Готфрід Вільгельм Фон Лейбніц (1646-1716), співавтор диференціального обчислення, вирішив побудувати машину, здатну виконувати чотири основні арифметичні операції. Він був натхненний кроки-лічильний пристрій (крокомір), він бачив під час дипломатичної місії в Парижі.
Як Паскаль, Лейбніц був вундеркіндом. Він вивчив латинь у віці 8 років і отримав свою другу докторську дисертацію, коли йому було 19. Як тільки він знав про дизайн Паскаля, він ввібрав в себе всю його деталь і поліпшив конструкцію таким чином, щоб забезпечити множення і ділення. До 1674 року його проект був завершений, і він замовив будівництво прототипу до майстра з Парижа на ім’я Олів’є.
Ступінчаста обчислювальна таблиця, як і Лейбніц називав свою машину, використовується спеціальний тип передач під назвою ступінчастий барабан або колесо Лейбніца, який був циліндр з дев’ятьма стержнеобразних зубів збільшенням довжини паралельно осі циліндра. Коли барабан обертаються за допомогою рукоятки, регулярне десять зуба колеса, закріпленої над ковзної віссю, повертаються від нуля до дев’яти позицій в залежності від її положення щодо барабана. Як і в пристрої Паскаля, є один набір коліс для кожної цифри. Це дозволяє користувачеві ковзати рухливі осі так, що, коли барабан обертається він генерує в звичайних класах, пропорційне рух в їх відносне положення. Це рух потім переводиться пристроєм в множення або ділення залежно від того, в якому напрямку ступінчастий барабан обертається.
Там немає ніяких доказів того, що більше двох прототипів цієї машини завжди
були зроблені. Незважаючи на те, Лейбніц був один з найвидатніших ерудитів свого часу, він помер у злиднях і винагороджена. Його машина залишилася на горищі Геттінгенського університету, поки працівник не знайшов його в 1879 році при встановленні витоку в даху. Зараз він знаходиться в Державному музеї Ганновера; ще один знаходиться в Німецькому музеї в Мюнхені.
Обчислювальні пристрої 18-го століття
Паскаль і конструкція Лейбніца стала основою для більшості механічних калькуляторів, побудованих в 18-м століття. Джованні Полені зробив один в 1709 році, Лепін в 1725 році, Антоніус Браун в 1725 році, Джакоб Леуполд в 1727 році, Гіллерін де Бойсстісандау в 1730 році, C.Л. Герстен в 1735 році, Джакоб Ісаак Перайр в 1750 році, Філліп Матіус Хан в Німеччині в 1773 році, Чарльз, третій граф Станхоп Англії, в 1775 році; Йохан Гелфрайх Мюллер в 1783 році, Джакоб Ош в 1790 році, і Райххолд в 1792 році [4].
Особливу увагу заслуговує Парсон Філліп Матіус Хан (1730-1790), який розробив в 1773 році перший функціональний калькулятор, заснований на східчастих барабанах Лейбніца. калькулятор Хана був набір з 12 барабанів, розташованих по колу, що приводяться в дію кривошипа, розташованому по осі пристрою. Хан не зробив ці машини до його смерті в 1790 році, проте, два його сина і його шурин, Йоганн Христофор Шустер, продовжував з виробництва, ймовірно, ще в 1820 році.
До кінця 18-го століття, рахункові машини були ще неформат використовуються для цілей відображення, а не для фактичного використання. Дізнайтеся про обмеження технології зробили неможливим виконання мрії Паскаля зробити їх практичне пристрій обчислення.
