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
8 спектаклей для цифровой реальности 8 спектаклей для цифровой реальности

Постановки в Zoom, Minecraft и Sims, инстаграм-мюзикл и другие способы выжить

GQ
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
Кормушки позволили самкам больших синиц не экономить энергию зимними ночами Кормушки позволили самкам больших синиц не экономить энергию зимними ночами

С кормушками самки синиц легче переживают зиму

N+1
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
Родион Шишков Родион Шишков

Экономист и бывший топ-менеджер «Почты России» создал наш ответ Uber

Собака.ru
«Судебник Владимира Гусева» и держава Ивана III «Судебник Владимира Гусева» и держава Ивана III

История судебника Ивана III

Наука и жизнь
Зачем корпорациям думать о психологическом здоровье сотрудников Зачем корпорациям думать о психологическом здоровье сотрудников

Как работа с эмоциональным фоном сотрудников влияет на успешность компании

VC.RU
Жизнь в опале Жизнь в опале

Репортаж из мировой столицы опалов, города-прииска Кубер-Педи

Вокруг света
В игре Maneater нужно быть акулой, жрать отдыхающих и развивать свои акульи навыки В игре Maneater нужно быть акулой, жрать отдыхающих и развивать свои акульи навыки

До последнего не верилось, что эта игра вообще выйдет

GQ
Лицо с обложки — чьё оно?! Лицо с обложки — чьё оно?!

Как креативность книжных издательств сказывается на исторической достоверности?

Дилетант
Крид, Загитова, Элджей: самые молодые российские звезды в рейтинге Forbes Крид, Загитова, Элджей: самые молодые российские звезды в рейтинге Forbes

Самые молодые участники рейтинга 40 самых успешных звезд России по версии Forbes

Forbes
Audi представила обновленный кроссовер Q5 Audi представила обновленный кроссовер Q5

Состоялась премьера обновленного кроссовера Audi Q5

РБК
Как компании, которые вас кормят, спасают планету от пластика. Монологи «Кухни на районе», «Буше», «ВкусВилл», «Готово», Zero Waste Shop, Fresh и «Лавка Edoque» Как компании, которые вас кормят, спасают планету от пластика. Монологи «Кухни на районе», «Буше», «ВкусВилл», «Готово», Zero Waste Shop, Fresh и «Лавка Edoque»

Фуд-индустрия в России осваивает тренд на экоосознанность

Inc.
«Я шел к этому двадцать лет» «Я шел к этому двадцать лет»

Актер Максим Лагашкин о любимых ролях и о том, как ему удается всё успевать

OK!
7 преимуществ лени, названных экспертами (мы и не сомневались) 7 преимуществ лени, названных экспертами (мы и не сомневались)

Побездельничай себе во благо!

Playboy
В факторы риска преждевременной смерти включили психологические и социальные факторы В факторы риска преждевременной смерти включили психологические и социальные факторы

Риск смерти выше у разведенных или тех, кто не был доволен своей жизнью

N+1
Туризм в Японии и пчеловодство в Италии: как россиянки открывают бизнес за границей Туризм в Японии и пчеловодство в Италии: как россиянки открывают бизнес за границей

Предпринимательницы из России о том, почему решили открыть бизнес в за границей

Forbes
Учёные нашли способ увеличить ёмкость аккумуляторов с помощью сурьмы: как это работает и есть ли альтернативы Учёные нашли способ увеличить ёмкость аккумуляторов с помощью сурьмы: как это работает и есть ли альтернативы

Группа исследователей попробовала улучшить литий-ионные аккумуляторы

VC.RU
Одна вокруг света на карантине: авария на дороге и индийская медицина Одна вокруг света на карантине: авария на дороге и индийская медицина

75-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
«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
Это нас не защитит: что не так с новым законопроектом о домашнем насилии? Это нас не защитит: что не так с новым законопроектом о домашнем насилии?

В чём разница между редакциями законопроекта о профилактике семейного насилия

Cosmopolitan
Умное чаепитие Умное чаепитие

Интервью со Стивеном Твайнингом в головном магазине компании Twinings Tea

Вокруг света
Никола Андреатта (CEO Roger Dubuis): «Мы преодолеваем силу гравитации» Никола Андреатта (CEO Roger Dubuis): «Мы преодолеваем силу гравитации»

Интервью с генеральным директором часового бренда Roger Dubuis

GQ
В появлении кратера на Ямале обвинили метан из тающей многолетней мерзлоты В появлении кратера на Ямале обвинили метан из тающей многолетней мерзлоты

Все возможные причины его образования связаны с таянием многолетней мерзлоты

N+1
У западного побережья Гренландии обнаружили коралловые сады У западного побережья Гренландии обнаружили коралловые сады

У западного побережья Греландии обнаружили богатые жизнью экосистемы

N+1
Как в Приморье арестовали актера, исполнившего роль вымышленного депутата Как в Приморье арестовали актера, исполнившего роль вымышленного депутата

Создатель проекта BARAKuda рассказал, что думает об аресте актера из шоу

СНОБ
Фотоэффект подарил ионам обратный импульс Фотоэффект подарил ионам обратный импульс

При фотоионизации ионы получают 3/5 от импульса первоначального фотона

N+1
Наши шесть соток Наши шесть соток

Герои «Татлера» оценили спасительную сень родных яблонь, вишен и калин

Tatler
Как клип трансформирует город Как клип трансформирует город

Будущее всегда стремилось к целостности — у нас первый раз не так

Weekend
Открыть в приложении