Original:http://www.xnumber.com/xnumber/mechanical1.htm

Краткая История механического калькулятора

часть I

возраст эрудитов

по

Джеймсу Редину

History


"Негодится прекрасным мужчинам терять часы, как рабы в работе над расчетами, безопасно можно передать кому-то другому в случае использования машин".

Готфрид Вильгельм фон Лейбниц - 1685


Введение

Целью данного документа является краткое описание наиболее распространенных неэлектронных счетных устройств в историческом контексте, и создать источник ссылки на другие страницы в Интернете, связанные с этой темой. Путешествие начинается 2500 лет назад из абаки и заканчивается 30 лет назад с появлением первых электронных калькуляторов.

Для того, чтобы облегчить загрузку, документ был разделен на три части: часть I, описывает эволюцию вычислительных устройств к изобретению ступенчатого колеса Лейбница. Часть II, в ней рассматриваются основные события в течение 19-го века, и часть III в ней рассматривается развитие офисных машин до 1960-х годов, когда первые электронные калькуляторы появились на рынке.


абака

Математические понятия и их потомство, арифметические операции, были рассмотрены в течение тысяч лет чисто как чисто интеллектуальное упражнение, которое не может быть скопировано или выполнено рукотворным артефактом. Даже абака, появившаяся в Малой Азии 2500 лет назад и которая до сих пор используется сегодня, это только устройство которое помогает памяти, а не реальная счетная машина.

Абака - гениальное счетное устройство на основе относительных положений двух наборов шариков, движущихся по параллельным струнам. Первый набор содержит пять бусин на каждую строку и позволяет считать от 1 до 5, в то время как второй набор имеет только два шарика на струну, представляющие число 5 и 10. Система счетов, как представляется, на основе поразрядных пяти лет. Использование десятичных пяти имеет смысл, потому что люди начали считать предметы на своих пальцах.


Антикитерский калькулятор

The Antikythira calculator Когда-то, между 100 г. до н. и 65 гг. до н.э., греческий корабль с грузом бронзовых и мраморных статуй и других артефактов с Родоса в Рим затонул недалеко от побережья Антикитеры, небольшого острова в Греции. Он оставался на дне моря под 140-ми футами воды в течение двух тысячелетий, пока не был обнаружен в 1901 году местными искателями жемчуга .

Остатки, поддержанные в Национальном музее в Афинах, включают в себя древний редукторный механизм, теперь известный как Антикитерский калькулятор.

Это интересное устройство, состоящее из 32 зубчатых колес, напоминает механизм часов 18-го века, и было использовано для расчета движения Солнца и Луны.


кости Непера

Еще одно интересное изобретение кости Непера, умный инструмент умножения изобретен в 1617 математиком Джоном Непером (1550-1617), из Шотландии.

Кости представляют собой набор вертикальных прямоугольных стержней, каждый из которых разделен на 10 квадратов. Сверху квадрат содержит цифры, а остальные квадраты содержат первые 9 кратных цифр. Каждый множественный имеет свои цифры, разделенные диагональной линией. Когда число строятся путем расположения стороны о бок стержней с соответствующими цифрами на верхней части, то ее многократное может быть легко получен путем считывания соответствующего ряда кратных слева направо, добавляя цифры, найденные в параллелограммах, образованных диагональ линий. Неудивительно, что Джон Непер является также изобретателем логарифмов, понятие используется для изменения умножения в придачу.

Кости Непера были очень успешными и были широко использованы в Европе к середине 1960-х годов.

Логарифмы были также основой для изобретения правила скольжения по Уильяму Оутреду (1574-1660), Англия, 1633


Дизайн Леонардо да Винчи

Природа имеет множество примеров механических решений практических проблем, так что нет ничего удивительного в том, что первая попытка разработать счетную машину, вероятно, была сделана мастером машинных артефактов, Леонардом да Винчи (1452-1519).

Леонардо да Винчи получил много из его гениальных идей из тщательного наблюдения механики, которая участвует в движении живых организмов. Интересно, что природа не эволюционировала колесо в качестве решения этой проблемы; это решение было оставлено на человеческую изобретательность. Интересно отметить, что колесо было основой для большинства механических устройств, используемых для репликации мыслительного процесса, который участвует в арифметических операциях. Как Джордж Чейз [1] сказал: "История механической вычислительной техники по своей сути история позиции колеса и устройство, которые вращаются его зарегистрировать цифровое и десятку-нести значения".


Машина Шикарда

Первые вычислительные машины были построены талантливыми математиками, перемещаемые сильным желанием упростить повторяющийся характер арифметических операций.

Первый известный арифмометр был сделан Вильгельм Шикард (1592-1635). В 1623 году, Шикард, эрудит, а затем профессор Университета Тюбингена в Вюртемберге,которая теперь часть Германии, разработала и построела механическое устройство, оно было названо Вычислительным часами. Возможность складывать и вычитать в шестизначных числах, артефакт был основан на движении шести зубчатых колес, направленных через "изуродованное" колесо, которое с каждым полным оборотом допускается колесо находится справа, чтобы вернуть 1/10 полных включить. Механизм перелива позвонил. Добавление функция была разработана, чтобы помочь выполнять умножение с набором цилиндров Непера, включенным в верхней части машины. По его пометками, прототип этой машины был уничтожен пожаром. Кажется, что еще один прототип существовал в то время, но это никогда не было найдено.

Своему другу великому астроному Иоганн Кеплеру (1571-1630), Шикард послал несколько писем, в 1623 и 1624 кратко описывая свое изобретение. Шикард и его семья пережили бубонную чуму и его подробные записи оставались неизвестными, пока не бфли обнаружеными в 1935 и 1956 годах историком Францем Хаммером. Математик Бруно фон Фрейтаг из Университета Тюбингена использовал их, чтобы восстановить машину в 1960 г.. Один блок находится в Немецком музее в Мюнхене.


калькулятор Паскаля

Pascaline Slide Show Блез Паскаль (1623-1662) был всего 18 лет возрастом, когда он задумал калькулятор Паскаля в 1642 скороспелый французский математик и философ Паскаль обнаружил в возрасте до 12 лет, сумма углов в треугольнике всегда на 180 градусов. Позже, он создал основу для теории вероятностей и внес значительный вклад в науку о гидравлике. Калькулятор Паскаля, построенный в 1643 году, был, возможно, первым механическое устройство добавления фактически используемым для практической цели. Он был построен Паскалем, чтобы помочь своему отцу, Этьен Паскалю, мытарю, с утомительной деятельностью сложение и вычитание больших последовательностей чисел. Однако машину была тяжело использовать и, вероятно, не очень полезно через французскую валютную систему, которая не была базовой 10. ливр была 20 золей и золь имел 12 Дени.

Паскаль был осведомлен о машине Шикард, и его решение не было столь же элегантным и эффективным. Как сказал Пол Э. Дюна "если бы идеи Шикарда были известны широкой аудитории, то машина Паскаля не была бы изобретена".

Он был построен из коробок латунных прямоугольного, где набор вырезанных циферблатов переехал внутренние колеса таким образом, что полный оборот колеса вызвал колесо слева для перехода к 10-й. Хотя первый прототип содержал только 5 колес, более поздние единицы были построены с 6 и 8 колесами. Штифт был использован, чтобы вращать диски. В отличие от машины Шикарда, колеса перемещаются только по часовой стрелке и были предназначены только для добавления номера. Вычитание было сделано путем применения громоздкой техники на основе добавления девяти с дополнением.

Хотя машина привлекла много внимания в эти дни, она не получила широкого признания, потому что это было дорого, ненадежно, а также трудно использовать в производстве. До 1652 года порядка 50 единиц были сделаны, но менее 15 были проданы. Сначала Паскаль получил большой интерес к его изобретению, и он даже получил «привилегию» защита (средневековый эквивалент патента) за его идеи в 1649 году, но его интерес к науке и "материальных" занятиях закончились, когда он отступил к Янсенсистському монастырю в 1655 концентрируя все свое внимание на философии. Он умер в 1662 году.

В течение периода 30 лет после изобретения Паскаля, несколько человек построил вычислительных машины на основе этой конструкции. Наиболее известен был арифмометр августа Сэмуэля Морленда (1625-1695), из Англии. Эта машина была изобретена в 1666 году и имела шкалу двенадцатеричную на основе английской валюты, и требовала вмешательства человека для ввода переноса отображаемого во вспомогательном циферблате.

Интересно отметить, что даже в начале 20-го века, некоторые компании представили модели, основанные непосредственно на конструкции Паскаля. Одним из примеров является портативный арифмометр Лайтнинг введена в 1908 году Lightning Adding Machine Co. в Лос-Анджелесе. Другим примером является адометр , введен в 1920 году Reliable Typewriter and Adding Machine Co. в Чикаго. Ни одно устройство не достигло коммерческого успеха.


Ступенчатый барабан Лейбница

Это был 1672, когда известный немецкий эрудит, математик и философ Готфрид Вильгельм фон Лейбниц (1646-1716), соавтор дифференциального исчисления, решил построить машину, способную выполнять четыре основные арифметические операции. Он был вдохновлен шаго-счетным устройством (шагомером),которе он видел во время дипломатической миссии в Париже.

Как Паскаль, Лейбниц был вундеркиндом. Он изучил латынь в возрасте 8 лет и получил свою вторую докторскую диссертацию, когда ему было 19. Как только он узнал о дизайне Паскаля, он впитал в себя всю его модель и улучшил конструкцию таким образом, чтобы обеспечить умножение и деление. До 1674 года его проект был завершен, и он заказал строительство прототипа к мастеру из Парижа по имени Оливье.

Ступенчатая вычислительная таблица, как и Лейбниц называл свою машину, используется специальный тип передач под названием ступенчатый барабан или колесо Лейбница, который был цилиндр с девятью стержнеобразными зубами увеличенной длины параллельно оси цилиндра. Когда барабан вращается с помощью рукоятки, регулярное десять зубьев колеса, закрепленные над скользящей осью, возвращаются от нуля до девяти позиций в зависимости от ее положения относительно барабана. Как и в устройстве Паскаля, один набор колес для каждой цифры. Это позволяет пользователю скользить подвижные оси так, что, когда барабан вращается он генерирует в обычных классах, пропорциональное движение в их относительное положение. Это движение затем переводится устройством в умножение или деление в зависимости от того, в каком направлении ступенчатый барабан вращается.

Там нет никаких доказательств того, что более двух прототипов этой машины всегда были сделаны. Несмотря на то, Лейбниц был один из величайших эрудитов своего времени, он умер в нищете и без вознаграждения. Его машина осталась на чердаке Геттингенского университета, пока работник не нашел его в 1879 году при установлении утечки в крыше. Сейчас он находится в Государственном музее Ганновера; еще один находится в Немецком музее в Мюнхене .


Вычислительные устройства 18-го века

Паскаль и конструкция Лейбница стала основой для большинства механических калькуляторов, построенных в 18-м века. Джованни Полоты сделал один в 1709 году, Лепин в 1725 году, Антониус Браун в 1725 году, Джакоб Леуполд в 1727 году, Гиллерин где Бойсстисандау в 1730 году, C.Л. Герстен в 1735 году, Джакоб Исаак Перайр в 1750 году, Филлип Матиус Хан в Германии в 1773 году, Чарльз, третий граф Станхоп Англии, в 1775 году; Йохан Гелфрайх Мюллер в 1783 году, Джакоб Ош в 1790 году, и Райххолд в 1792 году [4].

Особого внимания заслуживает Парсон Филлип Матиус Хан (1730-1790), который разработал в 1773 году первый функциональный калькулятор, основанный на ступенчатых барабанах Лейбница. калькулятор Хана был набор из 12 барабанов, расположенных по кругу, приводимых в действие кривошипом, расположенным по оси устройства. Хан не сделал эти машины до его смерти в 1790 году, однако, два его сына и его шурин, Иоганн Христофор Шустер, продолжал производство, вероятно, еще в 1820 году.

К концу 18-го века, счетные машины были еще неформатны и используются для целей отображения, а не для фактического использования. Узнайте об ограничении технологии сделавшими невозможным исполнение мечты Паскаля сделать их практичным устройством вычисления.


справочные источники

Интернет-источники

Copyright © James Redin - Revised: April 16, 2017.