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

Дядька императора Дядька императора

В Российской империи воспитание царских отпрысков было делом политическим

Дилетант
17 самых сексуальных песен Принса 17 самых сексуальных песен Принса

Самые непристойные треки Принса, которые так и зовут нас на танцпол

GQ
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
Всеобщее счастье: рецепты народов мира Всеобщее счастье: рецепты народов мира

Как жить в гармонии и радости: ответы жителей разных стран

Psychologies
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Необычные хобби русских писателей Необычные хобби русских писателей

Русские классики не могли представить свою жизнь без этих нескучных увлечений

Культура.РФ
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Стоит ли девушкам пользоваться мужской косметикой Стоит ли девушкам пользоваться мужской косметикой

Разделение косметических продуктов на мужские и женские осталось в прошлом

Psychologies
«Спасибо смерти…» «Спасибо смерти…»

Какой была Эльза Триоле, младшая сестра Лили Брик?

Дилетант
В чем заключаются причины утечки жизненной энергии В чем заключаются причины утечки жизненной энергии

Отрывок из книги «Энергия — новая валюта: Как поддержать баланс жизненных сил»

СНОБ
Женский орден на мужской груди Женский орден на мужской груди

Система орденов Российской империи отличалась от советского времени и наших дней

Дилетант
9 послетитровых сцен в известных фильмах, которые были вырезаны 9 послетитровых сцен в известных фильмах, которые были вырезаны

Хорошо смеется тот герой фильма, кто смеется после титров!

Maxim
Как расстаться с ненужными вещами: 10 идей японца Фумио Сасаки Как расстаться с ненужными вещами: 10 идей японца Фумио Сасаки

Из-за обилия предметов, копившихся годами, японец потерял контроль над жизнью

Psychologies
Философия стоиков как путь к успеху: почему чтобы попасть в цель, нужно перестать этого хотеть Философия стоиков как путь к успеху: почему чтобы попасть в цель, нужно перестать этого хотеть

Фрагмент книги «Сила спокойствия» Райана Холидея

Inc.
За горизонтом событий черных дыр: прощальный «вальс» света За горизонтом событий черных дыр: прощальный «вальс» света

Горизонт событий — это гипотетическая трехмерная поверхность вокруг черной дыры

Популярная механика
Невидимая опасность Невидимая опасность

Насколько надо контролировать ребенка в Сети, чтобы не нарушать его границ

Лиза
Александр Шишкин-Хокусай Александр Шишкин-Хокусай

Александр Шишкин-Хокусай умудрился сохранить здравое восприятие арт-процесса

Собака.ru
Парижский синдром: почему у японских туристов, приезжающих во Францию, развиваются психические расстройства Парижский синдром: почему у японских туристов, приезжающих во Францию, развиваются психические расстройства

Почему японцы болеют "парижским синдромом" и стоит ли его опасаться туристам

Esquire
«А вдруг не получится?»: как справиться с боязнью нового «А вдруг не получится?»: как справиться с боязнью нового

Научиться чему-либо, не совершая ошибок, невозможно

Psychologies
Сара Перри: Мельмот Сара Перри: Мельмот

Фрагмент из романа Сары Перри о неприметной англичанке Хелен Франклин

СНОБ
Хроника протестов в США, неделя первая: как смерть афроамериканца, задушенного при задержании, спровоцировала массовые беспорядки и погромы Хроника протестов в США, неделя первая: как смерть афроамериканца, задушенного при задержании, спровоцировала массовые беспорядки и погромы

В США с 25 мая продолжаются протесты против расизма и полицейского беспредела

Esquire
Первый привет от темной материи? Действительно ли физики открыли новую фундаментальную частицу Первый привет от темной материи? Действительно ли физики открыли новую фундаментальную частицу

Физики сообщили о возможной регистрации аксиона — что даст этот результат?

Forbes
Жена хочет подать на развод? 6 советов, как попробовать сохранить семью Жена хочет подать на развод? 6 советов, как попробовать сохранить семью

Можно ли еще все исправить, если жена подала на развод?

Playboy
Наши шесть соток Наши шесть соток

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

Tatler
Женщины — демократичные, мужчины — авторитарные. Почему большинство россиян волнует не пол, а возраст начальника Женщины — демократичные, мужчины — авторитарные. Почему большинство россиян волнует не пол, а возраст начальника

Есть ли различия в стиле руководства между мужчинами и женщинами?

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
Членство в секте и насилие над детьми: темная сторона жизни Эдуарда Успенского Членство в секте и насилие над детьми: темная сторона жизни Эдуарда Успенского

Чего мы не знаем о детском писателе Эдуарде Успенском?

Cosmopolitan
Не надо стесняться: 7 шагов, чтобы стать увереннее в себе Не надо стесняться: 7 шагов, чтобы стать увереннее в себе

Да, уверенность можно прокачать

Playboy
«Мне казалось, весь мир у моих ног» «Мне казалось, весь мир у моих ног»

История топ-модели Катрин Барк напоминает сказку

OK!
«Нельзя сравнить сладкое и зеленое». Алексей Венедиктов, Лика Кремер и другие эксперты о том, убьют ли подкасты радио «Нельзя сравнить сладкое и зеленое». Алексей Венедиктов, Лика Кремер и другие эксперты о том, убьют ли подкасты радио

Потеснила ли новая индустрия подкастов радио

Forbes
Открыть в приложении