Производство вычислений во всяком деле имеет важное значение

Наука и жизньНаука

Рождение легенды

— Нет, Холмс, вы не человек, вы арифмометр! — воскликнул я. Артур Конан Дойл. Знак четырёх (1890)

Вильгодт Однер.
Фото: www.tekniskamuseet.se

Написав статью об арифмометре Однера в 45-м номере «Науки и жизни» за 1890 год, автор (возможно, это был сам главный редактор и по совместительству изобретатель Матвей Никанорович Глубоковский) даже и не подозревал, что отметил рождение модели арифмометра, которой затем суждено было три четверти века доминировать в мире. Именно в 1890 году российский инженер шведского происхождения Вильгодт Теофилович Однер начал выпуск на своей небольшой фабрике новой модели счётной машины, которую он разрабатывал 15 лет. Что же нового внёс Однер в конструкцию арифмометра и как он к ней пришёл?

За двадцать лет до этого, в 1868 году, двадцатитрёхлетний студент Королевского технологического института в Стокгольме оправился покорять Санкт-Петербург с 8 рублями в кармане, подобно одному молодому гасконцу, который когда-то поехал покорять Париж с 8 экю. Его вдохновлял успех в России семьи шведов Нобелей. И так уж случилось, что в российской столице он стал работать на машиностроительном заводе Людвига Эммануиловича Нобеля, старшего брата знаменитого основателя Нобелевской премии. Молодой инженер, активно занимающийся самообразованием, пришёлся по душе Нобелю и, наверное, сделал бы на его заводе большую карьеру, если бы в дело не вмешался случай: в 1871 году его попросили отремонтировать арифмометр.

Счётные машины французского изобретателя Шарля Томаса (1785—1870) (сейчас принято писать Тома, но я буду использовать старое написание) в то время и до 1890 года были единственным массово выпускаемым механическим вычислительным устройством в мире. К 1870 году их было произведено около 1000 штук, и впоследствии они завоевали репутацию эталона этого вида техники. Их часто называли томас-машинами, хотя сам автор придумал для них название «Арифмометр», ставшее со временем названием всего рода вычислительных механических машин, способных выполнять все четыре арифметических действия. Отметим, что за создание арифмометра Томас получил степень офицера ордена Почётного легиона и стал именовать себя Томас де Кольмар.

Конструкция томас-машин была достаточно сложна, а изготовление деталей требовало высокой точности, так что ремонтировали их тогда только в одном месте — в Париже. История не сохранила нам имени человека, доверившего, возможно, по рекомендации Нобеля, ремонт столь дорогой машинки молодому инженеру, но он не прогадал. Однер не только сумел разобраться в устройстве, но и исправил его. Более того, как позднее написал сам Однер, он при этом пришёл к убеждению, что есть возможность более простым и целесообразным способом решить задачу механического исчисления.

Механизм арифмометра Томаса для одного разряда. Иллюстрация из книги: И. А. Апокин, Л. Е. Майстров. История вычислительной техники: От простейших счётных приспособлений до сложных релейных систем. — М.: Наука, 1990.

Прежде, чем мы продолжим разговор о молодом изобретателе и его идее, попробуем понять, в чём заключается сам принцип механических вычислений, использованный Томасом, а затем и Однером. Тем, кого интересуют все существовавшие конструкции счётных машин, рекомендую замечательную монографию: И. А. Апокин, Л. Е. Майстров «История вычислительной техники: От простейших счётных приспособлений до сложных релейных систем» (М.: Наука, 1990), материалы из которой использованы в этой статье.

Итак, представим себе зубчатое колесосчётчик с десятью зубьями, с каждым из которых связана цифра, показываемая в окошке. Если изначально в окошке видна цифра 0, то, повернув колесо на три зуба, мы увидим в окошке уже цифру 3. А теперь, повернув колесо счётчика ещё на 4 зуба, мы увидим в окошке 3 + 4 = 7. Таким образом, реализуется сложение с помощью зубчатого колеса. Легко догадаться, что вычитание производится поворотом колеса в другую сторону. Например, 7 зубьев вперёд, а затем 5 назад, и в окошке появится 7 – 5 = 2. Умножение на целое число сводится к повтору поворотов: четыре раза по два зуба — и в окошке появится 2 х 4 = 8.

Для работы с многозначными числами надо собрать конструкцию из нескольких зубчатых колёс, каждое из которых соответствует своему разряду (единицы, десятки, сотни и т. д.). Надо только придумать механизм переноса десятков. То есть, когда первое колесо повернётся более, чем на 9 зубцов, второе должно повернуться на один. Вот здесь и возникают ещё две главные проблемы, помимо механизма передачи десятков, которые надо было решить конструкторам вычислительных машин.

Двадцатиразрядный арифмометр Томаса, произведённый около 1875 года. Возможно, именно такой ремонтировал В. Однер. Фото: Ezrdr/Wikimedia Commons/PD

Первая, как заставить каждое зубчатое колесо поворачиваться на своё количество зубьев, вращая их все вместе одной рукояткой. Совершенно очевидно, что вращать каждое колесо по отдельности нельзя, поскольку не будет выигрыша во времени счёта, точнее, наоборот, будет проигрыш, — проще считать на бумаге. Поэтому, например, умножить 357 на 8 надо всего за восемь поворотов рукоятки. При этом первое колесо каждый раз должно поворачиваться на 7 зубьев, второе — на 5, а третье — на 3. Вторая, как уменьшить число поворотов ручки при умножении. Понятно, что для умножения на 748 не хотелось бы делать 748 поворотов.

Хорошо работающее решение всех этих задач первым нашёл великий немецкий учёный-энциклопедист Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646—1716). Для передачи чисел на колёса-счётчики Лейбниц придумал ступенчатый валик (см. рисунок). Ступеньки на валике, играющие роль зубьев, имели разную длину, поэтому, перемещая пере-дающую шестерню вдоль валика, можно было размещать её в зоне с разным числом ступенек. В начале валика под ней оказывались все 9 ступеней, и один оборот валика заставлял счётчик поворачиваться на 9 зубьев. Где-то в середине валика было, скажем, 5 ступеней, и один его оборот смещал счётчик уже на 5 зубьев. Таким образом, на каждом валике устанавливалась своя цифра числа, например, для числа 863 на первом валике передающая шестерня смещалась в область с 3 ступеньками, на втором — на 6, а на третьем — на 8. Теперь все валики одновременно поворачивались рукоятью и передавали на счётчик число 863.

Принцип работы «колеса Однера». В основном диске, насаженном на вал арифмометра, сделаны девять пазов, в которых находятся выдвижные зубья. Они имеют боковые выступы, входящие в прорезь в подвижном установочном диске, который можно поворачивать с помощью рычажка, выведенного на переднюю панель арифмометра. Прорезь имеет «ступеньку», благодаря которой происходит выдвижение зубьев при повороте установочного диска. Количество выдвинутых зубьев, то есть установленная цифра, зависит от угла его поворота. Зубчатые вырезы на установочном диске служат для вхождения подпружиненного фиксатора, не позволяющего диску самопроизвольно смещаться. Передачу десятков осуществляют отклоняющиеся в сторону зубья. Рисунок на основе рисунка из книги: Хренов Л. С. Малые вычислительные машины. М.: ГИФМЛ, 1963. 

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Эпоха тюрок. Печенеги Эпоха тюрок. Печенеги

С IX века хозяевами Великой степи становятся тюркоязычные народы

Дилетант
Как следить за спутниками Starlink? Как следить за спутниками Starlink?

Рассказываем, как не пропустить пролет ярких спутников Starlink

N+1
Скульптор Антон Иванов Скульптор Антон Иванов

Созданные Антоном Ивановым произведения стали достоянием отечественной культуры

Наука и жизнь
Счастливо выйти замуж после 40 через сайт знакомств: почему это считают невозможным? Счастливо выйти замуж после 40 через сайт знакомств: почему это считают невозможным?

Наша героиня разрушает миф, что с возрастом сложнее встретить свою половинку

Psychologies
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
Как эмигрантка из Тайваня стала главой AMD и первой женщиной, возглавившей список самых богатых гендиректоров Как эмигрантка из Тайваня стала главой AMD и первой женщиной, возглавившей список самых богатых гендиректоров

Журнал Barron’s объявил Лизу Су одним из 50 лучших директоров компаний

Forbes
«Ковёр» на Ковентри «Ковёр» на Ковентри

«Любое нападение с воздуха на гражданских противоречит законам ведения войны»

Дилетант
Чистим гардероб: топ-7 вещей, от которых ты должна избавиться немедленно Чистим гардероб: топ-7 вещей, от которых ты должна избавиться немедленно

Эти старые вещи давно пора выбросить

Cosmopolitan
Лекарство матушки Анрио Лекарство матушки Анрио

История и производство абсента

Вокруг света
Отрывок неопубликованного романа Владимира Ермолаева из цикла «Случайная книга» Отрывок неопубликованного романа Владимира Ермолаева из цикла «Случайная книга»

Начало неопубликованного романа Владимира Ермолаева из цикла «Случайная книга»

СНОБ
Билет в один конец Билет в один конец

Илон Маск мечтает умереть на Марсе, и он по-своему прав

Популярная механика
Задание на дом Задание на дом

Елена Шлёнкина о новых функциях дома и о своём новом опыте домашней жизни

SALON-Interior
«В моем случае связи не работают» «В моем случае связи не работают»

Ведущая Comedy Women Мария Кравченко вот-вот получит третье высшее образование

OK!
К юбилею Светланы Крючковой К юбилею Светланы Крючковой

Эссе главного редактора нашего журнала Сергея Николаевича о Светлане Крючковой

СНОБ
«С утра я на подиуме, а вечером уже меняю кому-то унитаз»: Надя LERTULO, модель агентства Lumpen «С утра я на подиуме, а вечером уже меняю кому-то унитаз»: Надя LERTULO, модель агентства Lumpen

Моделью Надя стала в 37 лет, благодаря фотографии спины, сделанной на стройке

Домашний Очаг
«Отойди, мальчик»: как культ самостоятельности отравляет наши отношения «Отойди, мальчик»: как культ самостоятельности отравляет наши отношения

Самостоятельность — это проявление силы или слабости?

Psychologies
Хинь да зрятина Хинь да зрятина

Горький в повести «В людях» заставляет ощутить беспросветную тщетность жизни

Наука и жизнь
Инструмент влияния Инструмент влияния

Композитор Дмитрий Селипанов выходит из тени

Vogue
Картина маслом: как искусственный интеллект становится творцом Картина маслом: как искусственный интеллект становится творцом

Можно ли создать робота, умеющего сопереживать и созидать вместе с человеком

Популярная механика
Седьмой шейный позвонок: где живет воля? Седьмой шейный позвонок: где живет воля?

Точка Да Чуэй позволяет воздействовать на волю и энергию

Psychologies
Три раза в день после еды Три раза в день после еды

Надо ли любить свои недостатки, особенно если это удается с трудом

Psychologies
Муммия с виллы в Чивите Джулиане Муммия с виллы в Чивите Джулиане

Чем занимались сотрудники археологического парка Помпей во время карантина

N+1
Как в Норильске устраняют последствия утечки топлива Как в Норильске устраняют последствия утечки топлива

Полторы недели спасатели очищают от солярки почву и воду в Норильске

СНОБ
10 пар животных, в чьи родственные связи сложно поверить 10 пар животных, в чьи родственные связи сложно поверить

Не похожие друг на друга существа на самом деле приходятся друг другу кузенами

Популярная механика
Глеб Давидюк: Что будет с российским венчуром Глеб Давидюк: Что будет с российским венчуром

Даже в кризис государство оказывает поддержку высокотехнологичным отраслям

СНОБ
«Дашь слабину, будет как в 90-е»: как владельцам телеграм-каналов защититься от вымогательства «Дашь слабину, будет как в 90-е»: как владельцам телеграм-каналов защититься от вымогательства

Могут ли «атаки ботов» нанести реальный вред владельцам телеграм-каналов?

Forbes
«Она отказала мне два раза». Что не так с «короткими» ОСАГО «Она отказала мне два раза». Что не так с «короткими» ОСАГО

В нескольких страховых компаниях водителю отказали в оформлении ОСАГО

РБК
«Я донор, и это очень классно»: предприниматели о том, почему они регулярно сдают кровь «Я донор, и это очень классно»: предприниматели о том, почему они регулярно сдают кровь

Истории трех бизнесменов, которые уже выбрали донорство

Forbes
Как кино влияет на популярность винтажной моды Как кино влияет на популярность винтажной моды

Как фильмы разных эпох подстегивают интерес к винтажной культуре

GQ
«Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум» «Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум»

Все то, что мы называем человеческим, было предвосхищено неживой материей

N+1
Открыть в приложении