Арифмометр - Arithmometer

Арифмометр, построенный Луи Пайеном около 1887 года.

Арифмометр или Arithmomètre был первый цифровой механический калькулятор достаточно сильным и достаточно надежным , чтобы использовать ежедневно в офисе. Этот калькулятор мог напрямую складывать и вычитать два числа и мог эффективно выполнять длинные умножения и деления, используя подвижный аккумулятор для результата.

Запатентованный во Франции Томасом де Кольмаром в 1820 году и изготовленный с 1851 по 1915 год, он стал первым коммерчески успешным механическим калькулятором. Его прочная конструкция обеспечила ему прочную репутацию в области надежности и точности и сделала его ключевым игроком в переходе от компьютеров человека к вычислительным машинам, который произошел во второй половине XIX века.

Его производственный дебют в 1851 году положил начало индустрии механических калькуляторов, которая в конечном итоге построила миллионы машин в 1970-х годах. В течение сорока лет, с 1851 по 1890 год, арифмометр был единственным типом механических калькуляторов в коммерческом производстве и 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 конце концов, 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) является крайним левым курсором.

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 была сложная конструкция, и было построено очень мало машин. Кроме того, с 1822 по 1844 год никаких машин не производилось.

Это расщелина 22 лет почти точно совпадают с периодом времени , в течение которого британское правительство профинансировало разработку Чарльз Бэббиджа «s разностного двигателя , который на бумаге было гораздо более сложным , чем арифмометр, но не было закончено в это время.

В 1844 году Томас вновь представил свою машину на выставке Exposition des Produits de l'Industrie Française в недавно созданной категории « Разные измерительные инструменты, счетчики и вычислительные машины», но получил только почетное упоминание.

Он возобновил разработку машины в 1848 году. В 1850 году, в рамках маркетинговых усилий, Томас построил несколько машин с изысканными коробками для маркетри Boulle, которые он подарил коронным главам Европы. Он зарегистрировал два патента и два дополнительных патента в период с 1849 по 1851 год.

Создание индустрии: 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 суммирующей 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 на Большой выставке 1851 года, а настоящее промышленное производство началось в 1851 году.

Каждой машине был присвоен серийный номер и напечатаны руководства пользователя. Сначала Томас дифференцировал машины по мощности и поэтому давал одинаковые серийные номера машинам разной мощности. Это было исправлено в 1863 году, и каждой машине был присвоен собственный уникальный серийный номер, начиная с серийного номера 500.

Постоянное использование некоторых машин выявило некоторые незначительные конструктивные недостатки, такие как слабый механизм переноски, который был должным образом исправлен в 1856 году, и чрезмерное вращение цилиндров Лейбница, когда рукоятка кривошипа поворачивается слишком быстро, что было исправлено добавление мальтийского креста .

Патент, охватывающий все эти инновации, был зарегистрирован в 1865 году. Благодаря его надежности и точности, правительственные учреждения, банки, обсерватории и предприятия по всему миру начали использовать арифмометр в своей повседневной работе. Примерно в 1872 году, впервые в истории вычислительных машин, общее количество изготовленных машин превысило 1000 единиц. 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 гг.

Этот арифмометр демонстрирует почти столетние усовершенствования и является одной из последних машин, изготовленных (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, и более быстрый механизм повторного обнуления.

В этот период появилось много создателей клонов, в основном в Германии и Великобритании. В итоге двадцать независимых компаний выпустили 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 оставался самым производимым механическим калькулятором в мире, десять лет спустя, к 1900 году, его прошли четыре машины, комптометр и счетный автомат Берроуза в США, арифмометр Однера в России и Брунсвига в Германии. в объеме 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.

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 Busicom калькуляторов «s в 1971 году, привел к первым коммерчески доступным персональным компьютером , на Альтаира , в 1975 году.

Его пользовательский интерфейс использовался на протяжении 120 лет, пока существовала индустрия механических калькуляторов. Сначала с его клонами, а затем с арифмометром Odhner и его клонами, который представлял собой переработку арифмометра с системой вертушки, но с точно таким же пользовательским интерфейсом.

На протяжении многих лет этот термина арифмометр или его части были использованы на разных машинах , как арифмометр Odhner, тот Arith Maurel или Compt Ometer , а на некоторой портативной кармане вычислительной машину 1940 - х лет. Корпорация Burroughs начиналась как American Arithmometer Company в 1886 году. К 1920-м годам она стала общим названием для любой машины, основанной на ее конструкции. Около двадцати независимых компаний производили клонов Томаса, таких как Burkhardt, Layton, Saxonia, Gräber, Peerless, Mercedes-Euklid. , ХхХ, Архимед и др.

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, когда служил во французской армии, где ему приходилось делать много вычислений. Он использовал принципы от предыдущих механических калькуляторов , как ступенчатый Reckoner из Лейбница и Паскаля калькулятор . Он запатентовал его 18 ноября 1820 года.

Эта машина реализовала истинное умножение, при котором, просто потянув за ленту, множимое, введенное на входных ползунках, умножалось на однозначное число множителя, и для вычитания использовался метод дополнения 9 . 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 запатентованную конструкцию. Société d'ободрение налить l'INDUSTRIE Nationale получил эту машину для обзора и он выпустил очень позитивный отчет 26 декабря 1821 Единственный известный прототип этого времени на 1822 машину на выставке в Смитсоновском институте в Вашингтоне, округ Колумбия

Производство

Некоторые логотипы, использованные на протяжении многих лет

Производство началось в 1851 году и закончилось 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.

Производством руководили:

  • Сам Томас де Кольмар до своей смерти в 1870 году, затем его сын Томас де Бояно 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 г.) были инженерами, ответственными за создание машин. Все машины, выпущенные за это время, имеют логотип Thomas de Colmar .
  • Луи Пайен, купивший бизнес в 1887 году до своей смерти в 1902 году; все эти машины имеют логотип L. Payen .
  • Veuve (вдова) Л. Пайен, которая взяла на себя управление бизнесом после смерти мужа и продала его в 1915 году с логотипами L. Payen , Veuve L. Payen 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 логотипу L. Payen .

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, начинающийся 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 с 5500.

Настольные механические калькуляторы в производстве в 19 веке

Легкость использования и скорость

Статья, опубликованная в январе 1857 года в журнале The Gentleman's Magazine, 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 расчета.
Однако работа с этим инструментом наиболее проста. Поднять или опустить гайку-винт, несколько раз повернуть лебедку и при помощи кнопки сдвинуть металлическую пластину слева направо или справа налево - вот и 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, которая бросает 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.

Модели

20-разрядный арифмометр 1875 года выпуска

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

  • Первый прототип (машина 1822 года) имел емкость 6 цифр, хотя машина, описанная в патенте 1820 года, была 8-значной машиной.
  • Фортепианный арифмометр с емкостью 30 разрядов, позволяющий вводить числа до 1 нониллиона (минус 1) , который был построен для Парижской выставки 1855 года и теперь является частью коллекции механических калькуляторов IBM. Жюль Верн, должно быть, был очень 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 огромные пианино с клавишными клавиатурами, которые мгновенно дадут ответы любому. что может играть в них!

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 дороже 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 в течение нескольких часов.

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.

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.

Физический дизайн

Арифмометр - это медный инструмент, помещенный в деревянную коробку, часто сделанную 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, 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 - 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.

На анимации сбоку изображено девятизубое колесо Лейбница, соединенное с красным счетным колесом. Счетное колесо расположено так, чтобы зацепляться с тремя зубьями при каждом повороте, 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, который приводится в действие исполнительным рычагом и расположен 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 положение сложения / умножения 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 положение сложения / умножения 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 переместите 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 рычаг 3 раза, на аккумуляторе появится произведение 302088, а счетчик операций отобразит множитель 328.

Вычитание

Установите рычаг управления на 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, 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, 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 при этом введите его с выравниванием по правому краю, а затем действуйте так же, как при целочисленном делении. 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 Галифакса , 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 разряды. Другой 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 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. Смотрите фотографии и описание на веб-сайте Rechenmaschinen-Illustrated ( внешние ссылки ниже).

Смотрите также

Примечания

  1. ^ a b c d e "Патенты и описания" [Патенты и описания]. www.arithmometre.org (на французском языке). Доступен английский перевод . Проверено 15 августа 2017 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  2. ^ a b c d Джонстон, Стивен. «Заставляем арифмометр считать» . www.mhs.ox.ac.uk . Проверено 16 августа 2017 .
  3. ^ a b Chase GC: История механических вычислительных машин , Vol. 2, номер 3, июль 1980 г., стр. 204, IEEE Annals of the History of Computing https://archive.org/details/ChaseMechanicalComputingMachinery
  4. ^ Ифра Г., Всеобщая история чисел , том 3, стр 127, The Harvill Press, 2000
  5. Grier DA: When Computers Were Human , стр. 93, Princeton University Press, 2005.
  6. ^ Арифмометр стал первым конкурирующий дизайн в производстве с 1887но только сто машин было продано 1890.
  7. ^ Scientific American , том 5, номер 1, страница 92, 22 сентября 1849 г.
  8. Британский парламент финансировал этот проект с 1822 по 1842 год (Джеймс Эссинджер, Jacquard's Web , страницы 77 и 102–106, Oxford University Press, 2004). Именно во время этого развития, с 1834 по 1836 год, Бэббидж задумал свой аналитический двигатель , механический компьютер с картами Жаккарда для передачи программ и данных на его машину, с блоком управления / вычисления (мельница), некоторой памятью (хранилищем) и различными принтеры.
  9. ^ (fr) 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, X e Jury, стр. 3–9. Хотя фактического изображения машины нет, описания операций умножения и деления соответствуют упрощенной машине ( повторные операции по каждому индексу). Во введении писатель упоминает старые умножающие машины.
  11. ^ Это можно увидеть в этом списке серийных номеров www.arithmometre.org, по состоянию на 15 августа 2012 г.
  12. ^ (fr) 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. ^ a b Мартин, E: Счетные машины , стр. 54, Институт Чарльза Бэббиджа, 1992
  14. ^ (fr) 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. ^ Cortada, J: 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 , стр. 340, 1921 г.
  18. ^ Трогеманн Г .: Вычислительная техника в России , стр. 41, GWV-Vieweg, 2001, ISBN  3-528-05757-2
  19. ^ "Brevet 1849" [Патент 1849 г.]. www.arithmometre.org (на французском языке). Доступен английский перевод . Проверено 15 августа 2017 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  20. Bulletin de la société d'encouragement pour l'industrie nationale , февраль 1822 г., стр. 36 , сканирование на сайте www.arithmometre.org
  21. Журнал Джентльмена, Том 202, Ежемесячный интеллигент, январь 1857 г.
  22. ^ Фортепианный арифмометр IBM Коллекция механических калькуляторов
  23. ^ (Фр) Жюль Верн, Париж а.е. XX е siècle , страница 68, Hachette, 1994
  24. ^ (fr) Annales de la Société d'émulation du département des Vosges , веб-сайт Gallica 1853 г.
  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.

использованная литература

  • Стэн Аугартен , По крупицам , стр. 37–39, Тикнор и Филдс, 1984
  • Люк де Брабандер, Calculus , стр 115–123, Mardaga, 1995
  • Питер Грей, Об арифмометре М. Томаса (де Кольмар) и его применении к построению таблиц жизненных условий , C&E Layton, 1874 г.

внешние ссылки