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

Хемофилия vs хемофобия Хемофилия vs хемофобия

Химии довелось испытать всю гамму отношений со стороны обывателя

Наука и жизнь
Маска, я тебя знаю: история противогаза Маска, я тебя знаю: история противогаза

Первая мировая породила не только химическое оружие, но и защиту от него

Популярная механика
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Медицинский абьюз в семьях: делегированный синдром Мюнхгаузена Медицинский абьюз в семьях: делегированный синдром Мюнхгаузена

Некоторые матери «заставляют» детей болеть и готовы даже залечить их до смерти

Psychologies
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
В деньгах или в их количестве? В деньгах или в их количестве?

Многие уверены, что увеличение доходов сделает нас счастливее. Так ли это?

Psychologies
Инвентаризация ценностей князя Юсупова Инвентаризация ценностей князя Юсупова

Князья Юсуповы были богатейшей семьёй России

Дилетант
Женщина, которую мы любим: Анна Чиповская — о музыке, откровенных сценах в кино и любимых актерах Женщина, которую мы любим: Анна Чиповская — о музыке, откровенных сценах в кино и любимых актерах

Разговор с актрисой Анной Чиповской

Esquire
Страшное слово ОАС Страшное слово ОАС

Аббревиатура ОАС в начале 1960-х наводила ужас на всю Францию

Дилетант
Холод оказался для растений в семь раз благоприятнее тепла Холод оказался для растений в семь раз благоприятнее тепла

Наибольшая опасность грозит растительности умеренных широт

N+1
Байкальская ловля нейтрино Байкальская ловля нейтрино

Новый глубоководный нейтринный телескоп на озере Байкале

Популярная механика
Усадьба Абрамцево в русской культуре Усадьба Абрамцево в русской культуре

Самые интересные факты о творческом наследии хозяев Абрамцево и гостей усадьбы

Культура.РФ
Перестройка 2.0 Перестройка 2.0

Соосновательница Novikov School делится прогнозами о будущем ресторанной сферы

РБК
Едко, токсично, опасно: какую бытовую химию нельзя смешивать Едко, токсично, опасно: какую бытовую химию нельзя смешивать

Эти средства доступны, эффективны и очень часто применяются в быту

Популярная механика
Стандарты — ищите золотую середину Стандарты — ищите золотую середину

В ресторане все должно работать по часам и на самом высоком уровне

Bones
Функциональные связи мозга не дали развиться наркозависимости Функциональные связи мозга не дали развиться наркозависимости

Даже в группе риска — при наличии семейной истории и потреблении веществ

N+1
Где искали женихов и невест в XIX веке Где искали женихов и невест в XIX веке

Как выбирали выгодную партию для брака в Москве и Петербурге в XIX веке?

Культура.РФ
«Панч» — мотоцикл нового поколения, созданный в России и Белоруссии «Панч» — мотоцикл нового поколения, созданный в России и Белоруссии

Лечитесь электричеством!

Maxim
Мягкое ископаемое яйцо из Антарктиды приписали семиметровому мозазавру Мягкое ископаемое яйцо из Антарктиды приписали семиметровому мозазавру

Найдено самое крупное из известных яиц с мягкой скорлупой

N+1
В черном, белом, нарядном и без штанов: как в разное время выходили на протесты В черном, белом, нарядном и без штанов: как в разное время выходили на протесты

Как одежда становилась символом сопротивления

Esquire
Как Стефани Майер оказалась литературной освободительницей Как Стефани Майер оказалась литературной освободительницей

Как эта «сумеречной» сага изменила литературную и не только повестку

РБК
Почему мужчины нас не понимают и как это изменить Почему мужчины нас не понимают и как это изменить

Как партнер воспринимает наше поведение и что мы можем изменить?

Psychologies
Месть хазарам Месть хазарам

Многим нравится именовать себя потомками строителей могучих империй

Дилетант
«Русская культура заговора. Конспирологические теории на постсоветском пространстве» «Русская культура заговора. Конспирологические теории на постсоветском пространстве»

Отрывок из книги историка Ильи Яблокова о русской культуре заговора

N+1
Знакомьтесь: STAN – бренд, объединяющий апсайклинг и культуру серфингистов Знакомьтесь: STAN – бренд, объединяющий апсайклинг и культуру серфингистов

Художник, модель и серфер Тристан Детвилер основал марку одежды STAN

GQ
Геном микроскопических водорослей указал на третью ветвь зеленых растений Геном микроскопических водорослей указал на третью ветвь зеленых растений

В группе зеленых растений обнаружили третий отдел — Prasinodermophyta

N+1
10 фактов о кошках: киприоты, пацифисты, полиглоты 10 фактов о кошках: киприоты, пацифисты, полиглоты

Эти факты помогут узнать и понять кошек чуть больше

Популярная механика
Опять залип... Опять залип...

Детей сегодня не оторвать от планшета, жалуются родители

Лиза
Упражнения со свободным весом, которые помогут выжать максимум из домашнего инвентаря Упражнения со свободным весом, которые помогут выжать максимум из домашнего инвентаря

Объясняем, как набрать массу и раскачаться, когда фитнес-центры закрыты

GQ
Пятиминутный путеводитель по подкопам Пятиминутный путеводитель по подкопам

Умение копать применяют не только для побега из заключения

Esquire
Открыть в приложении