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

Кельты: расцвет и падение Кельты: расцвет и падение

Какими были кельты, и что привело их к упадку?

National Geographic
10 лучших кинокаров всех времен 10 лучших кинокаров всех времен

Выбор правильного автомобиля так же важен, как и правильно подобранные актеры

Популярная механика
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
Принятие решений сопровождается изменением размера зрачков Принятие решений сопровождается изменением размера зрачков

Исследования психологов из Нидерландов и нейробиологов из Германии

National Geographic
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Слушаем музыку: 5 правил, чтобы избавиться от стереотипов Слушаем музыку: 5 правил, чтобы избавиться от стереотипов

Как отказаться от предубеждений и открыться незнакомому музыкальному опыту?

Psychologies
Рождение супердержавы Рождение супердержавы

Всего за сто лет Литва стала крупнейшим государством Европы

Дилетант
Терафоза блонда: паук весом с небольшого щенка Терафоза блонда: паук весом с небольшого щенка

В тропическом лесу Гайаны можно встретить редкого и крупнейшего в мире паука

National Geographic
О чём умолчали классики О чём умолчали классики

Давайте рассмотрим произведения русских писателей с точки зрения математики

Наука и жизнь
Хемофилия vs хемофобия Хемофилия vs хемофобия

Химии довелось испытать всю гамму отношений со стороны обывателя

Наука и жизнь
Море ясности Море ясности

Амбициозный проект по составлению карты дна Мирового океана

Огонёк
Развязать язык: Esquire переводит на русский язык плохо поддающиеся переводу иностранные слова Развязать язык: Esquire переводит на русский язык плохо поддающиеся переводу иностранные слова

Чтобы разгадать народ, обратитесь к его непереводимым словам

Esquire
«Общество забирает наше личное пространство». Правнучки Зигмунда Фрейда — о плюсах одиночества «Общество забирает наше личное пространство». Правнучки Зигмунда Фрейда — о плюсах одиночества

Отрывок из книги психотерапевта Мишель Фрейд

Forbes
Анна Пармас Анна Пармас

Режиссер клипов «Ленинграда» Анна Пармас сняла первое большое кино

Собака.ru
Выживут только платформы Выживут только платформы

Куда движется рынок лонгридов

Эксперт
Необычные хобби русских писателей Необычные хобби русских писателей

Русские классики не могли представить свою жизнь без этих нескучных увлечений

Культура.РФ
Робочерепаха подсматривает за гнездящимися сородичами: видео Робочерепаха подсматривает за гнездящимися сородичами: видео

Время черепашьей аррибады

National Geographic
Куда и за сколько поехали отдыхать россияне в этом году Куда и за сколько поехали отдыхать россияне в этом году

Туроператоры фиксируют существенный рост спроса на российские направления

Forbes
Личное без лишнего Личное без лишнего

Как складываются и на чем держатся современные парные отношения?

Огонёк
За что не любят подростков? За что не любят подростков?

Почему представители старшего поколения не любят подростков?

Psychologies
Стимуляция запястья на треть снизила тики при синдроме Туретта Стимуляция запястья на треть снизила тики при синдроме Туретта

Ритмичная стимуляция в мю-диапазоне помогла купировать тики при синдроме Туретта

N+1
Недопустимый TON Недопустимый TON

Криптовалютный проект Павла Дурова был высоко оценен инвесторами

Forbes
«Иронов решает PR-задачи, а не функциональные» — мнения дизайнеров и специалистов по ИИ о нейросети «Студии Лебедева» «Иронов решает PR-задачи, а не функциональные» — мнения дизайнеров и специалистов по ИИ о нейросети «Студии Лебедева»

Что думают специалисты и дизайнеры о нейросети «Студии Лебедева»

VC.RU
Методы варки кофе: научный взгляд на кофеин и вкусовые качества Методы варки кофе: научный взгляд на кофеин и вкусовые качества

Споры о том, какой способ приготовления кофе считать правильным, ведутся издавна

Популярная механика
5 фраз, которыми можно испортить жизнь ребенку 5 фраз, которыми можно испортить жизнь ребенку

Нечаянно сказанное слово может изменить судьбу ребенка

Psychologies
Извержение вулкана на Аляске связали с падением Римской республики Извержение вулкана на Аляске связали с падением Римской республики

Как извержение вулкана привело к политическим изменениям в западной цивилизации

N+1
Передний край науки Передний край науки

Ученые нашли самую близкую к нам черную дыру

Naked Science
«Водопад денег не остановился»: как Тимати, Моргенштерн и другие рэперы зарабатывают без концертов «Водопад денег не остановился»: как Тимати, Моргенштерн и другие рэперы зарабатывают без концертов

Кому из рэперов кризис сыграл на руку и к чему готовиться любителям хип-хопа

Forbes
Пять экранизаций русских книг, которые мы ждем в 2020 году Пять экранизаций русских книг, которые мы ждем в 2020 году

Пять современных русских романов, экранизацию которых мы очень ждем прямо сейчас

Esquire
98-й и 100-й бензин: в какие машины его лучше не заливать 98-й и 100-й бензин: в какие машины его лучше не заливать

Разбираем мифы о высокооктановом топливе

РБК
Открыть в приложении