1623: Механический калькулятор (Арифмометр): Вильгельм Шиккард.

Эволюция:

В поисках решения: 1820-1851.

Арифмометры этого периода представляли собой машины с четырьмя операциями; множитель, записанный на ползунках ввода, можно было умножить на однозначный множитель, просто потянув за ленту (быстро замененную кривошипной ручкой). Это была сложная конструкция, и было построено очень мало машин. Кроме того, между 1822 и 1844 годами не было построено ни одной машины.

Этот 22-летний перерыв почти точно совпадает с периодом времени, в течение которого британское правительство финансировало разработку разностной машины Чарльза Бэббиджа, которая на бумаге была намного сложнее арифмометра, но к этому времени еще не была закончена.

В 1844 году Томас вновь представил свою машину на выставке продукции французской промышленности в недавно созданной категории Различных измерительных инструментов, счетчиков и счетных машин, но получил лишь почетное упоминание.

Он возобновил разработку машины в 1848 году. В 1850 году, в рамках маркетинговых усилий, Томас построил несколько станков с изящными коробочками с маркетри Буль, которые он подарил коронованным особам Европы. Он подал два патента и два патента на сложение в период между 1849 и 1851 годами.

Создание промышленности: 1851-1887.

Множитель был удален, что сделало арифмометр простым арифмометром, но благодаря подвижной каретке, используемой в качестве индексируемого накопителя, он по-прежнему позволял легко производить умножение и деление под контролем оператора. Он был представлен в Великобритании на Великой выставке 1851 года, а настоящее промышленное производство началось в 1851 году.

Каждой машине был присвоен серийный номер и были напечатаны руководства пользователя. Сначала Томас различал машины по мощности и поэтому присваивал одинаковый серийный номер машинам разной мощности. Это было исправлено в 1863 году, и каждой машине был присвоен свой собственный уникальный серийный номер, начинающийся с серийного номера 500.

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

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

Золотой век: 1887-1915.

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

В тот период появилось много производителей клонов, в основном в Германии и Соединенном Королевстве. В конечном итоге клоны арифмометра изготовили двадцать независимых компаний. Все эти компании базировались в Европе, но продавали свои машины по всему миру.

Фундаментальный 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, счетомер и арифмометр Берроуза в США, арифмометр Однера в России и Brunsviga в Германии обогнали 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 его производство после войны из-за многочисленных дефицитов и нехватки квалифицированных рабочих.

Наследие:

Поскольку это был первый массово продаваемый и широко копируемый калькулятор, его дизайн знаменует собой отправную точку индустрии механических калькуляторов, которая эволюционировала в индустрию электронных калькуляторов и которая, благодаря случайному созданию первого коммерческого микропроцессора, Intel 4004, для одного из калькуляторов Busicom в 1971 году, привелак появлению первого коммерчески доступного , Altair, в 1975 году.[нужна цитата, чтобы цитировать.

Его пользовательский интерфейс использовался на протяжении 120 лет существования индустрии механических калькуляторов. Сначала с его клонами, а затем с арифмометром Однера и его клонами, который представлял собой переработанный дизайн арифмометра с системой вертушек, 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, Аритмауреля или ометр Компта, а также на некоторых портативных карманных счетных машинах 1940-х годов. Корпорация Берроуз была основана как Американская арифмометрическая компания в 1886 году. К 1920-м годам это стало общим названием для любой машины, основанной на ее дизайне, и около двадцати независимых компаний производили клоны Томаса, такие как Burkhardt, Layton, Saxonia, Gräber, Peerless, Mercedes-Euklid, XXX, Archimedes и др.

История:

Дизайн.

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

В этой машине реализовано истинное умножение, при котором простым нажатием на ленту множимое, введенное на ползунках ввода, умножалось на однозначный множитель, и для вычитания использовался метод дополнения 9. Обе эти функции будут удалены в более поздних версиях.

Первая машина

Первая машина была сконструирована парижским часовщиком Деврином, и на ее создание у него ушел год. Но, чтобы заставить ее работать, ему пришлось довольно существенно модифицировать запатентованную конструкцию. Обществу поощрения национальной промышленности было предоставлено это устройство для ознакомления, и 26 декабря 1821 года оно опубликовало очень положительный отчет. Единственным известным прототипом того времени является машина 1822 года, выставленная в Смитсоновском институте в Вашингтоне, округ Колумбия.

Производство.

Производство началось в 1851 году и закончилось примерно в 1915 году. За этот шестидесятилетний период было построено около 5500 машин; 40% продукции было продано во Франции, а остальное экспортировано.

Производством руководил:

• Сам Томас де Кольмар до своей смерти в 1870 году, затем его сыном Томасом де Бохано до 1881 года и его внуком мистером де Ранси до 1887 года. Господа Деврин (1820), Пиолейн (1848), Хоарт (1850) и Луи Пайен (около 1875) были инженерами, ответственными за создание машин. Все машины, выпущенные за это время, имеют логотип Thomas de Colmar.

• Луи Пайен, который купил бизнес в 1887 году, вплоть до своей смерти в 1902 году; на всех этих машинах есть логотип L. Payen.

• Вдова Л. Пайен, которая унаследовала бизнес после смерти мужа и продала его в 1915 году с логотипами L. Payen, Veuve L. Payen и VLP. Альфонс Даррас построил большинство из этих машин.

• Альфонс Даррас, который купил предприятие в 1915 году и изготовил последние станки. Он добавил логотип, состоящий из переплетенных букв A и D, и вернулся к логотипу L. Payen.

На ранней стадии производства Thomas дифференцировал машины по мощности и поэтому присваивал одинаковый серийный номер машинам разной мощности. Он исправил это в 1863 году, присвоив каждой машине свой уникальный серийный номер, начинающийся с серийного номера 500. Вот почему не существует ни одной машины с серийным номером от 200 до 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 запустила новую схему нумерации на 500 (количество арифмометров, которые она построила по старой схеме) и имела серийный номер 1700, когда она продала бизнес Альфонсу Даррасу в 1915 году. Альфонс Даррас вернулся к старым серийным номерам (добавив при этом приблизительно количество машин, изготовленных Вдовой Л. Пайен) и перезапустил на 5500.

Простота использования и скорость.

Статья, опубликованная в январе 1857 года в The Gentleman's Magazine, наилучшим образом описывает его:

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

Управление этим инструментом, однако, наиболее простое. Весь секрет в том, чтобы поднять или опустить гайку-шуруп, несколько раз повернуть лебедку и с помощью кнопки сдвинуть металлическую пластину слева направо или справа налево.

Вместо того, чтобы просто воспроизводить операции человеческого интеллекта, арифмометр освобождает этот интеллект от необходимости производить операции. Вместо того, чтобы повторять продиктованные ему ответы, этот прибор мгновенно диктует правильный ответ человеку, который задает ему вопрос.

Это не материя, производящая материальные эффекты, а материя, которая думает, размышляет, рассуждает, вычисляет и выполняет все самые сложные арифметические операции с быстротой и безошибочностью, которые бросают вызов всем калькуляторам в мире.

Более того, арифмометр - это простой инструмент, очень небольшого объема и легко переносимый. Он уже используется во многих крупных финансовых учреждениях, где благодаря его использованию достигается значительная экономия.

Скоро его будут считать незаменимым и использовать так же широко, как часы, которые раньше можно было увидеть только во дворцах, а теперь есть в каждом коттедже.

Модели.

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

• Первый прототип (машина 1822 года) имел емкость в 6 разрядов, хотя машина, описанная в патенте 1820 года, состоит из 8 разрядов.

• Фортепианный арифмометр емкостью в 30 цифр, позволяющий вычислять числа до 1 нониллиона (минус 1), который был изготовлен для Всемирной выставки 1855 года в Париже и который в настоящее время является частью коллекции механических калькуляторов IBM. Жюль Верн, должно быть, был весьма впечатлен этой машиной, потому что в своем романе "Париж в двадцатом веке", после упоминания Паскаля и Томаса де Кольмара, он говорит о механических калькуляторах, которые будут представлять собой несколько огромных пианино с клавиатурами из клавиш, которые мгновенно выдадут ответы любому, кто сможет на них играть!

Последние 10-разрядные арифмометры были построены в 1863 году с серийными номерами 500-549. После этого самыми маленькими машинами были 12-разрядные.

Все машины, независимо от мощности, имели ширину около 7 дюймов (18 см) и высоту от 4 до 6 дюймов (10-15 см) (у самых высоких был механизм наклона). 20-разрядная машина имела длину 2 фута 4 дюйма (70 см), в то время как длина 10-разрядной машины составляла около 1 фута 6 дюймов (45 см).

Цены.

В 1853 году 12-значный арифмометр продавался за 300 франков, что в 30 раз превышало цену книги с таблицами логарифмов и в 1500 раз стоимость первоклассной марки (20 французских центов), но, в отличие от книги с таблицами логарифмов, он был достаточно прост, чтобы им мог часами пользоваться оператор без какой-либо специальной квалификации.

Реклама, взятая из журнала, опубликованного в 1855 году, показывает, что 10-разрядный автомат продавался за 250 франков, а 16-разрядный - за 500 франков.

Затраты на разработку.

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

Физический дизайн:

Арифмометр - это духовой инструмент, помещенный в деревянный ящик, часто изготовленный из дуба или красного дерева, а для самых старых - из черного дерева (цельного или облицованного шпоном). Сам инструмент разделен на две части.

Ввод – контроль – выполнение.

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

Выход – накопитель.

Верхняя часть представляет собой подвижную каретку, состоящую из двух регистров отображения и двух кнопок сброса. Верхний регистр отображения содержит результат предыдущей операции и действует как накопитель для текущей операции. Каждая команда добавляет или вычитает число, указанное на ползунках, к части накопителя непосредственно над ним. Нижний регистр отображения подсчитывает количество операций, выполненных с каждым индексом, поэтому он отображает множитель в конце умножения и частное в конце деления.

Каждое число в сумматоре можно настроить индивидуально с помощью ручки, расположенной прямо под ним. Эта функция необязательна для регистра счетчика операций.

Накопитель и счетчик результатов находятся между двумя кнопками, используемыми для одновременного сброса их содержимого. Левая кнопка сбрасывает накопитель, правая кнопка сбрасывает счетчик операций. Эти кнопки также используются в качестве ручек при подъеме и перемещении каретки.

Колесо Лейбница в арифмометре.

Анимация сбоку показывает девятизубое колесо Лейбница, соединенное с красным счетным колесом. Счетное колесо расположено так, чтобы при каждом вращении оно зацеплялось тремя зубьями и, следовательно, при каждом вращении добавляло или вычитало 3 из показаний счетчика.

Вычислительный механизм арифмометра состоит из набора связанных колес Лейбница, соединенных с кривошипной ручкой. Каждый поворот кривошипной ручки приводит во вращение все колеса Лейбница на один полный оборот. Ползунки ввода перемещают счетные колеса вверх и вниз по колесам Лейбница, которые сами связаны механизмом переноса.

В арифмометре колесики Лейбница всегда вращаются в одну и ту же сторону. Разница между сложением и вычитанием достигается за счет реверсора, приводимого в действие исполнительным рычагом и расположенного в подвижной каретке дисплея.

Операции:

Перемещение верхней каретки.

Сначала поднимите каретку, используя кнопки сброса, расположенные на ее концах, затем сдвиньте ее. Каретку можно перемещать только сначала вправо. Отпустите его, когда он превысит нужный вам индекс (единицы, десятки, сотни, ...).

Сброс настроек 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.

Сложение.

Установите рычаг управления в положение Сложение/умножение и перезагрузите регистры отображения. Каждый поворот рычага выполнения добавляет число из ползунков в накопитель. Итак, введите первое число и поверните рычаг один раз (оно добавляет его к нулю), затем введите второе число и поверните рычаг еще раз.

Умножение.

Установите рычаг управления в положение Сложение/умножение и сбросьте значения регистров дисплея. Чтобы умножить 921 на 328, сначала введите 921 на ползунках ввода, а затем поверните рычаг выполнения 8 раз. Накопитель показывает 7,368, а счетчик операций показывает 8. Теперь сдвиньте каретку вправо один раз и поверните рычаг 2 раза, накопитель покажет 25 788, а счетчик операций покажет 28. Сдвиньте каретку в последний раз вправо и поверните рычаг 3 раза, на накопителе появится произведение 302 088, а счетчик операций отобразит множитель 328.

Вычитание.

Установите рычаг управления в положение Вычитание/деление. Поднимите каретку, затем сбросьте значения регистров дисплея и введите минусовку, выровненную по правому краю, в накопитель, 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 положение Вычитание /деление и установите делитель на ползунки ввода. Удерживая каретку поднятой, переустановите регистры дисплея, установите делимое с выравниванием по правому краю с помощью соответствующих ручек и сдвиньте каретку так, чтобы наибольшее число в делителе соответствовало наибольшему числу в делителе. Опустите каретку, затем поверните рычаг управления столько раз, сколько требуется, пока число, расположенное над делителем, не станет меньше делителя, затем сдвиньте каретку один раз влево и повторяйте эту операцию до тех пор, пока каретка не вернется в положение по умолчанию и число в сумматоре не станет меньше делителя, тогда частное будет на счетчике операций, а остальное будет тем, что осталось в сумматоре.

Десятичное деление.

Чтобы повысить точность десятичного деления, добавьте справа от делимого столько нулей, сколько требуется, но по-прежнему вводите его с выравниванием по правому краю, а затем действуйте так же, как при целочисленном делении. Важно знать, где находится десятичная точка, когда вы считываете частное (некоторые маркеры, сначала из слоновой кости, а затем металлические, обычно продавались вместе с устройством и использовались для этой цели).

Варианты:

В 1885 году Джозеф Эдмондсон из Галифакса, Великобритания, запатентовал свой "Круговой калькулятор" – по сути, 20-значный арифмометр с круговой кареткой (ползуны расположены радиально вокруг него) вместо прямой скользящей каретки. Одним из преимуществ этого было то, что каретка всегда оставалась в пределах площади (если использовать современный термин) устройства, вместо того, чтобы нависать над корпусом с одной стороны, когда использовались более высокие десятичные разряды. Другой способ заключался в том, что можно было произвести расчет до десяти позиций, используя половину окружности каретки, а затем повернуть каретку на 180 °; результат расчета фиксировался на месте с помощью латунных зубцов, установленных на каркасе, и его можно было оставить там, производя совершенно новые вычисления, используя новый набор витрин, теперь выровненных с ползунками. Таким образом, можно сказать, что машина обладает рудиментарной памятью. Изображения и описание см. на веб-сайте Rechenmaschinen-Illustrated (Внешние ссылки приведены ниже).