Арифмометр - Arithmometer

Арифмометр построенный Луи Пайеном около 1887 г.

В Арифмометр или же Арифмометр был первым цифровой механический калькулятор достаточно прочный и надежный, чтобы его можно было использовать ежедневно в офисе. Этот калькулятор мог напрямую складывать и вычитать два числа и выполнять долгое умножение и деления эффективно за счет использования подвижного аккумулятора для результата. Запатентовано во Франции Томас де Кольмар в 1820 г.[1] и выпускался с 1851 г.[2] к 1915 г.,[нужна цитата ] он стал первым коммерчески успешным механическим калькулятором.[3] Его прочная конструкция принесла ему прочную репутацию за надежность и точность.[4] и сделал его ключевым игроком в переходе от человеческие компьютеры к счетным машинам, появившимся во второй половине XIX века.[5]

Его производственный дебют 1851 г.[2] запустил производство механических калькуляторов[3] которые в конечном итоге построили миллионы машин еще в 1970-х годах. Сорок лет, с 1851 по 1890 год,[6] арифмометр был единственным типом механических калькуляторов в коммерческом производстве, и он продавался по всему миру. В течение более поздней части этого периода две компании начали производство клонов арифмометра: Burkhardt из Германии, которая началась в 1878 году, и Layton из Великобритании, которая началась в 1883 году. В итоге около двадцати европейских компаний создали клоны арифмометра до самого начала. Первой мировой войны.

Эволюция

В поисках решения: 1820–1851 гг.

Деталь арифмометра, построенного до 1851 года. Курсор с одноразрядным множителем (вверху из слоновой кости) - крайний левый курсор.

Арифмометры этого периода были четырехоперационными машинами; множимое, начертанное на входных ползунках, можно было умножить на однозначный множитель, просто потянув за ленту (быстро заменяемую кривошипной ручкой). Это был сложный дизайн[7] и было построено очень мало машин. Кроме того, с 1822 по 1844 год никаких машин не производилось.

Этот перерыв в 22 года почти точно совпадает с периодом времени, в течение которого британское правительство финансировало разработку Чарльз Бэббидж с разностный двигатель, который на бумаге был намного сложнее арифмометра, но в то время не был закончен.[8]

В 1844 году Томас вновь представил свою машину на Выставка французской промышленной продукции во вновь созданной категории Разные измерительные инструменты, счетчики и вычислительные машины но получил только почетное упоминание.[9]

Он возобновил разработку машины в 1848 году. В 1850 году в рамках маркетинговых усилий Томас построил несколько машин с изысканным дизайном. Буль маркетри коробки, которые он подарил коронным главам Европы. Он зарегистрировал два патента и два дополнительных патента в период с 1849 по 1851 год.[1]

Создание промышленность: 1851–1887 гг.

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

Умножитель был удален, что сделало арифмометр простой счетной 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 в Великая выставка 1851 г.[10] и 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 одинаковый серийный номер машинам разной мощности. Это было исправлено в 1863 году, и каждой машине был присвоен собственный уникальный серийный номер, начиная с серийного номера 500.[11]

Постоянное использование некоторых машин выявило некоторые незначительные недостатки конструкции, такие как слабый механизм переноски, который был должным образом исправлен в 1856 году, и чрезмерное вращение механизма. Цилиндры Лейбница когда рукоятка поворачивается слишком быстро, что было исправлено добавлением Мальтийский крест.[12] Патент на все эти нововведения был подан в 1865 году.[1]Благодаря его надежности и точности правительственные учреждения, банки, обсерватории и предприятия по всему миру начали использовать арифмометр в своей повседневной работе. Около 1872 г.[13] Впервые в истории расчетов общее количество изготовленных станков превысило 1000 единиц. 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 демонстрирует почти столетние усовершенствования и является одной из последних машин, произведенных (1914 г.).

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

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

Основной дизайн остался прежним; и после 50 лет на вершине арифмометр утратил свое превосходство в индустрии механических калькуляторов. В то время как в 1890 году арифмометр все еще был самым производимым механическим калькулятором в мире, десять лет спустя, к 1900 году, четыре машины, комптометр и Счетная машина Берроуза[15] в США, Арифмометр Однера[16] в России и Брунсвига в Германии превзошли его по объему произведенных 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 нехватки квалифицированных рабочих.[17]

Наследие

Поскольку это был первый продаваемый на массовом рынке и первый широко копируемый калькулятор, его конструкция знаменует собой отправную точку в индустрии механических калькуляторов, которая превратилась в индустрию электронных калькуляторов и которая благодаря случайной конструкции первого микропроцессора, который будет коммерциализирован, Intel 4004, для одного из Бизиком калькуляторы в 1971 году привели к появлению первых коммерчески доступных персональный компьютер, то Альтаир в 1975 г.

Его пользовательский интерфейс использовался в течение 120 лет, пока существовала индустрия механических калькуляторов. Сначала с его клонами, а затем с арифмометром Однера и его клонами, которые представляли собой переработку арифмометра.[18] с вертушка но с точно таким же пользовательским интерфейсом.

На протяжении многих лет термин арифмометр или его части использовались на многих различных машинах, таких как арифмометр Однера, АрифMaurel или Комптизмеритель, и на некоторых портативных карманных счетных машинах 1940-х годов. Корпорация Берроуза начинала как Американская арифмометрическая компания в 1886 году. К 1920-м годам это стало общим названием для любой машины, основанной на ее конструкции, причем около двадцати независимых компаний производили клоны Томаса, такие как Burkhardt, Layton, Saxonia, Gräber, Peerless, Mercedes-Euklid, XxX, Archimedes и т. д.

История

Однозначный множитель устанавливается на левом ползунке, а множимое - на трех ползунках справа.
Слева можно увидеть три цилиндра Лейбница, а справа - тянущую ленту.
Чертежи машины 1822 года

Дизайн

Томас начал работать над своей машиной в 1818 году.[19] во время службы в Французская армия где он должен был проделать много вычислений. Он использовал принципы предыдущих механических калькуляторов, таких как ступенчатый счетчик из Лейбниц и Калькулятор Паскаля. Он запатентовал его 18 ноября 1820 года.[1]

Эта машина реализовала истинное умножение, когда, просто потянув за ленту, множимое, введенное на входных ползунках, умножалось на однозначное число множителя, и он использовал Дополнение 9 метод вычитания. Обе эти функции будут исключены в более поздних проектах.

Первая машина

Первую машину построил Деврин, парижский часовщик, и на ее создание у него ушел год. Но, чтобы заставить его работать, ему пришлось довольно существенно изменить запатентованный дизайн. В Société d’encouragement pour l’industrie nationale был передан на рассмотрение этой машины, и 26 декабря 1821 года он дал очень положительный отчет.[20] Единственный известный прототип этого времени - это Машина 1822 года на выставке в Смитсоновский институт в Вашингтон, округ Колумбия.

Производство

Некоторые из логотипов, используемых на протяжении многих лет

Производство начато в 1851 году.[2] и закончился примерно в 1915 году. За этот шестидесятилетний период было построено около 5 500 машин; 40% продукции было продано во Франции, остальное было отправлено на экспорт.[13]

Производством руководили:

  • Сам Томас де Кольмар до своей смерти в 1870 году, затем его сын Томас де Боджано до 1881 года и его внук г-н де Ранси до 1887 года. Господа Деврин (1820), Пиолайн (1848), Хоарт (1850) и Луи Пайен (около 1875) были инженерами, ответственными за создание машин. Все машины, выпущенные за это время, имеют логотип Томас де Кольмар.
  • Луи Пайен, купивший бизнес в 1887 году до своей смерти в 1902 году; все эти машины имеют логотип Л. Пайен.
  • Вдова (вдова) Л. Пайен, которая взяла на себя управление бизнесом после смерти мужа и продала его в 1915 году с логотипами. Л. Пайен, Вдова Л. Пайен и VLP. Альфонс Даррас построил большинство этих машин.
  • Альфонс Даррас, который купил бизнес в 1915 году и произвел последние машины. Он добавил логотип из переплетенных букв A и D и вернулся к Л. Пайен логотип.

На начальном этапе производства Томас дифференцировал машины по мощности и поэтому давал одинаковые серийные номера машинам разной мощности. Он исправил это в 1863 году, присвоив каждой машине свой уникальный серийный номер, начиная с серийного номера 500. Вот почему нет 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 с 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 (добавив приблизительно количество машин, произведенных Veuve L. Payen) и перезапустил его с 5500.

Настольные механические калькуляторы в производстве в 19 веке

Легкость использования и скорость

Статья, опубликованная в январе 1857 г. в Журнал Джентльмена лучше всего описывает это:

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

Умножение восьми цифр на восемь других производится 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 вычисления ...
Однако работа с этим инструментом наиболее проста. Поднять или опустить гайку-винт, несколько раз повернуть лебедку и с помощью кнопки соскользнуть с металлической пластины слева направо или справа налево - вот весь секрет. Вместо того чтобы просто воспроизводить операции человеческого разума, арифмометр избавляет этот интеллект от необходимости производить операции. Вместо того, чтобы повторять продиктованные ему ответы, этот инструмент мгновенно диктует правильный ответ человеку, задающему ему вопрос. Это не материя, производящая материальные эффекты, а материя, которая думает, размышляет, рассуждает, вычисляет и выполняет все самые сложные и сложные арифметические операции с быстротой и безошибочностью, которые бросают вызов всем калькуляторам в мире.
Кроме того, арифмометр - простой инструмент, очень небольшой по объему и легко переносимый. Он уже используется во многих крупных финансовых учреждениях, где за счет его использования достигается значительная экономия.

Вскоре они станут незаменимыми и будут использоваться как часы, которые раньше можно было видеть только во дворцах, а теперь есть в каждом коттедже.[21]

Модели

20-значный арифмометр 1875 года выпуска.

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

  • Первый прототип (машина 1822 г.) имел емкость 6 знаков, хотя машина, описанная в патенте 1820 г.[1] это 8-значная машина.
  • Арифмометр для фортепиано с емкостью 30 разрядов, позволяющий вводить числа до 1 нониллиона. (минус 1), построенный в 1855 г. Выставка Universelle de Paris и который сейчас является частью коллекции механических калькуляторов IBM.[22] Жюль Верн должен быть очень впечатлен этой машиной, потому что в его романе Париж в двадцатом веке после упоминания Паскаля и Томаса де Кольмара он говорит о механических калькуляторах, которые будут огромными пианино с клавиатурой клавиш, которые мгновенно дадут ответы любому, кто сможет на них играть![23]

Последние 10-значные арифмометры были построены в 1863 году с серийными номерами 500–549. После этого самые маленькие машины были 12-значными машинами.

Все машины, независимо от мощности, были около 7 дюймов (18 см) в ширину и от 4 до 6 дюймов (от 10 до 15 см) в высоту (самые высокие из них имели наклонный механизм). 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

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

Реклама, взятая из журнала, опубликованного в 1855 году, показывает, что 10-значная машина была продана за 250 франков, а 16-значная машина - за 500 франков.[25]

Затраты на разработку

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

Физический дизайн

Арифмометр - это медный инструмент, помещенный в деревянный ящик, часто сделанный из дуба или красного дерева, а для самых старых - из черного дерева (цельного или фанерного). 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, позволяющий выбрать текущую операцию, а именно Сложение / Умножение или же Вычитание / деление. Кривошип, расположенный справа от ползунков, используется для выполнения операции, выбранной рычагом управления.

Выход - аккумулятор

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

Каждое число в аккумуляторе можно индивидуально установить с помощью ручки, расположенной прямо под ним. Эта функция не является обязательной для регистра счетчика операций.
Аккумулятор 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 зубьев колеса Лейбница, и поэтому 3 добавляются к прикрепленному счетчику для каждого полного вращения.
Дальнейшая информация: Колесо лейбница

На анимации сбоку показано девятизубое колесо Лейбница, соединенное с красным счетным колесом. Счетное колесо расположено так, чтобы зацепляться с тремя зубьями при каждом обороте, и поэтому будет добавлять или вычитать 3 из счетчика при каждом повороте.

Вычислительный двигатель 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 переноски.

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

Операции

Сдвиг верхней каретки

Сначала поднимите каретку с помощью кнопок сброса, расположенных на ее концах, затем сдвиньте ее. Каретку можно сначала сдвинуть только вправо. Отпустите его, когда он окажется выше нужного вам индекса (единиц, десятков, сотен, ...).

Сброс дисплеев

Сначала поднимите каретку, используя кнопки сброса, расположенные на ее концах, затем поверните их, чтобы сбросить регистры дисплея. Левая кнопка сбрасывает аккумулятор, правая кнопка сбрасывает счетчик операций.

Добавление

Установите рычаг управления в Сложение / Умножение и сбросьте регистры дисплея. При каждом повороте исполнительного рычага число ползунков прибавляется к аккумулятору. Поэтому введите первое число и поверните рычаг один раз (он прибавляет его к нулю), затем введите второе число и поверните рычаг еще раз.

Умножение

Установите рычаг управления в Сложение / Умножение и сбросьте регистры дисплея. Чтобы умножить 921 на 328, сначала введите 921 на ползунках ввода, а затем поверните рычаг выполнения 8 раз. Аккумулятор показывает 7 368, а счетчик операций показывает 8. Теперь сдвиньте каретку вправо один раз и поверните рычаг 2 раза, аккумулятор показывает 25 788, а счетчик операций показывает 28. Сдвиньте каретку в последний раз вправо и поверните 3 раза, на аккумуляторе появится произведение 302,088, а счетчик операций отобразит множитель 328.

Вычитание

Установите рычаг управления в Вычитание / деление. Поднимите каретку, затем сбросьте регистры дисплея и введите уменьшенное значение, выровненное по правому краю, в аккумулятор, используя соответствующие ручки. Опустите каретку в положение по умолчанию, а затем установите вычитание на ползунки ввода и поверните рычаг выполнения один раз.

Целочисленное деление

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

Десятичное деление

Чтобы повысить точность десятичного деления, добавьте необходимое количество нулей справа от делимого, но все же введите его с выравниванием по правому краю, а затем действуйте как с целочисленным делением. Когда вы читаете частное, важно знать, где находится десятичная точка (некоторые маркеры, сначала из слоновой кости, а затем из металла, обычно продавались вместе с машиной и использовались для этой цели).

Варианты

В 1885 году Джозеф Эдмондсон из Галифакс, Великобритания, запатентовал свой «Круговой калькулятор» - по сути, 20-разрядный арифмометр с круговой кареткой (направляющие расположены радиально вокруг него) 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. Другой заключался в том, что можно было произвести расчет до десяти позиций, используя половину окружности каретки, а затем повернуть каретку на 180 °; результат расчета был зафиксирован на месте с помощью латунных штырей, установленных на каркасе, и можно было оставить его там, выполняя совершенно новый расчет с использованием нового набора окон дисплея, теперь выровненных с ползунками. Таким образом, можно сказать, что машина имеет рудиментарную память. См. Веб-сайт Rechenmaschinen-Illustrated (внешняя ссылка ниже) для изображений и описания.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б c d е "Бреветы и описания" [Патенты и описания]. www.arithmometre.org (На французском). Доступен английский перевод. Получено 2017-08-15.CS1 maint: другие (связь)
  2. ^ а б c d Джонстон, Стивен. "Заставляем арифмометр считать". www.mhs.ox.ac.uk. Получено 2017-08-16.
  3. ^ а б Чейз Г.К .: История механических вычислительных машин, Vol. 2, номер 3, июль 1980 г., стр. 204, IEEE Annals of the History of Computinghttps://archive.org/details/ChaseMechanicalComputingMachinery
  4. ^ Ифра Г., Всеобщая 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. ^ В Комптометр стала первой конкурирующей конструкцией в производстве с 1887 года, но к 1890 году было продано всего сто машин.
  7. ^ Scientific American, Volume 5, Number 1, page 92, 22 сентября 1849 г.
  8. ^ Британский парламент финансировал этот проект с 1822 по 1842 год (Джеймс Эссинджер, Паутина Жаккарда, страницы 77 и 102–106, Oxford University Press, 2004). Именно во время этого развития, с 1834 по 1836 год, Бэббидж задумал свое аналитическая машина, механический компьютер с Карты жаккарда предоставить программу и данные на его машину, с управляющим / вычислительным блоком (мельница), некоторой памятью (хранилище) и различными принтерами.
  9. ^ (фр) Exposition des produits de l'industrie française en 1844. Rapport du jury Central, Tome 2, page 504 Le Conservatoire numérique des Arts & Métiers
  10. ^ (fr) Exposition Universelle de 1851, Том III, вторая сторона, Xе Жюри, стр. 3–9 Несмотря на то, что фактического изображения машины нет, описания операций умножения и деления соответствуют упрощенной машине (повторяющиеся операции для каждого индекса). Во введении писатель упоминает старые умножающие машины.
  11. ^ Это можно увидеть в этом списке серийные номера www.arithmometre.org, по состоянию на 15 августа 2012 г.
  12. ^ (фр) Bulletin de la société d'encouragement pour l'industrie nationale, 78e année. Troisième série, том VI. Août 1879, страницы 403–404 Le Conservatoire numérique des Arts & Métiers
  13. ^ а б Мартин, Э: Счетные машины, стр. 54, Институт Чарльза Бэббиджа, 1992 г.
  14. ^ (фр) Bulletin de la société d'encouragement pour l'industrie nationale, 78e année. Troisième série, том VI. Août 1879, стр. 405 Le Conservatoire numérique des Arts & Métiers
  15. ^ Кортада, Дж .: Перед компьютером, стр. 34, Princeton University Press, 1993
  16. ^ Трогеманн Г .: Вычислительная техника в России, стр. 43, GWV-Vieweg, 2001, ISBN  3-528-05757-2
  17. ^ (фр) La revue du bureau, с. 340, 1921 г.
  18. ^ Трогеманн Г .: Вычислительная техника в России, стр. 41, GWV-Vieweg, 2001, ISBN  3-528-05757-2
  19. ^ "Бревет 1849" [Патент 1849 г.]. www.arithmometre.org (На французском). Доступен английский перевод. Получено 2017-08-15.CS1 maint: другие (связь)
  20. ^ Bulletin de la société d’encouragement pour l’industrie nationale, Февраль 1822 г., стр. 36, отсканировано www.arithmometre.org
  21. ^ Журнал Джентльмена, том 202, ежемесячный интеллигент, январь 1857 г.
  22. ^ Арифмометр для фортепиано IBM Коллекция механических калькуляторов
  23. ^ (fr) Жюль Верн, Париж au XXе siècle, стр.68, Hachette, 1994
  24. ^ (фр) Анналы де ла Société d'émulation du département des Vosges, Сайт 1853 Gallica
  25. ^ (фр) Космос июль 1855 г. www.arithmometre.org. Проверено 22 сентября 2010.
  26. ^ (фр) L'ami des Sciences 1856, стр.301. www.arithmometre.org Проверено 22 сентября 2010 г.

Рекомендации

  • Стэн Аугартен, Мало по малу, стр 37–39, Тикнор и Филдс, 1984
  • Люк де Брабандер, Исчисление, стр 115–123, Mardaga, 1995
  • Питер Грей, Об арифмометре М. Томаса (де Кольмар) и его применении для построения таблиц жизненного состояния, C&E Layton, 1874 г.

внешняя ссылка