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
Как продать русский продукт американцам Как продать русский продукт американцам

Американский рынок просто нужно адаптировать под русские реалии и вкусы

Inc.
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Вместе или врозь Вместе или врозь

Всё чаще можно услышать, что огурцы не «дружат» с помидорами

Худеем правильно
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
ЭКГ за рулём, «говорящие» лобовые стёкла и другие технологии, которые делают вождение безопасным ЭКГ за рулём, «говорящие» лобовые стёкла и другие технологии, которые делают вождение безопасным

Технологии будущего в автомобильной и дорожной индустрии

VC.RU
Добродетельные матроны Добродетельные матроны

У Цезаря и Антония было немало женщин помимо Клеопатры

Дилетант
Ветер с Востока Ветер с Востока

В деле наведения порядка Мари Кондо использует необычные ингредиенты

Добрые советы
Наносчётчик для «наноовец» Наносчётчик для «наноовец»

Представьте, что вы пастух, которому нужно пересчитать овец в стаде

Наука и жизнь
No Kidding Press No Kidding Press

Как зарабатывает издательство, выпускающее только феминистские книги

Inc.
Половцы: кому враги, а кому союзники Половцы: кому враги, а кому союзники

Половцы больше всех повлияли на развитие молодого государства Древней Руси

Дилетант
Как можно с Кореей Как можно с Кореей

Южнокорейские айдолы становятся главными мировыми инфлюенсерами

Vogue
Дебютные роли советских актрис Дебютные роли советских актрис

Рассказываем о дебютных работах любимых артисток

Культура.РФ
Каланы повысят продуктивность морских экосистем и помогут экономике Канады Каланы повысят продуктивность морских экосистем и помогут экономике Канады

Почему восстанавливать численность морских экосистем можно и нужно

N+1
Как привлекать клиентов и продавать с помощью YouTube. Опыт Skyeng Как привлекать клиентов и продавать с помощью YouTube. Опыт Skyeng

Для чего нужно создавать корпоративный видеоканал и как сделать его полезным?

Inc.
Художники-отравители Художники-отравители

Не судите об иглобрюхах по внешности

Вокруг света
Нужны ли HoReCa премиальные продукты? Нужны ли HoReCa премиальные продукты?

Есть ли у ресторанной отрасли возможность работать с продуктами класса премиум?

Bones
Мой Bocuse d’Or Мой Bocuse d’Or

Для многих стран Bocuse d’Or значит не меньше, чем крупный спортивный чемпионат

Bones
Идеальное время для первого признания в любви: как понять, что оно пришло Идеальное время для первого признания в любви: как понять, что оно пришло

Уже пора произнести эту заветную фразу или стоит подождать?

Playboy
Бегство самцов не помешало самкам вильсоний выкормить потомство Бегство самцов не помешало самкам вильсоний выкормить потомство

Самкам вильносий приходится справляться с двойной нагрузкой

N+1
Идем по грибы Идем по грибы

Как по ошибке не положить в корзинку ложный и опасный гриб

Лиза
Опасная классика: как не ошибиться с выбором красной помады Опасная классика: как не ошибиться с выбором красной помады

Боишься носить красную помаду, потому что считаешь, что она тебе не идет?

VOICE
Единственный российский фотограф агентства Magnum Георгий Пинхасов — о Тарковском, Картье-Брессоне и портрете России Единственный российский фотограф агентства Magnum Георгий Пинхасов — о Тарковском, Картье-Брессоне и портрете России

Единственный российский участник Magnum Photos — почему он презирает снобизм

Forbes
Опасный градус Опасный градус

По оценкам экспертов ВОЗ, из бытовых травм мы чаще всего сталкиваемся с ожогами

Здоровье
Ты сверху: 8 трюков для позы наездницы, чтобы сделать себе приятно Ты сверху: 8 трюков для позы наездницы, чтобы сделать себе приятно

Есть много причин любить позу «девушка сверху»

Cosmopolitan
Елена Проклова, Наталья Селезнева и еще 8 советских актрис в купальниках Елена Проклова, Наталья Селезнева и еще 8 советских актрис в купальниках

Мы решили вспомнить самые яркие образы советских актрис в купальниках

Cosmopolitan
7 секретов японок для молодости и красоты 7 секретов японок для молодости и красоты

Как японкам удается выглядеть намного моложе своих лет?

Psychologies
Радость движения Радость движения

Если не хочется заниматься спортом, можно заняться танцами

Psychologies
Как убедиться в том, что вы не расист, и начать бороться с дискриминацией Как убедиться в том, что вы не расист, и начать бороться с дискриминацией

Пришло время понять, а точно ли вы не расист, и активно бороться с неравенствами

GQ
Стволовые клетки в легких приютили туберкулезные бактерии Стволовые клетки в легких приютили туберкулезные бактерии

Ученые обнаружили клетки, которые укрывают туберкулезные бактерии от иммунитета

N+1
Открыть в приложении