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

Секретарь Республики Секретарь Республики

Нормальная жизнь Никколо ди Бернардо деи Макиавелли оборвалась 16 декабря 1512 г

Наука и жизнь
Микропенис, гипоспадия и проблемы с яичками: чем болел Гитлер Микропенис, гипоспадия и проблемы с яичками: чем болел Гитлер

У Адольфа Гитлера был целый ворох заболеваний, как физических, так и психических

Популярная механика
Скульптор Антон Иванов Скульптор Антон Иванов

Созданные Антоном Ивановым произведения стали достоянием отечественной культуры

Наука и жизнь
Стоит ли открывать душу партнеру Стоит ли открывать душу партнеру

Мы одновременно хотим и не хотим, чтобы партнер был искренен с нами

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
«Черноногие» «Черноногие»

Существует несколько версий того, откуда появилось выражение «черноногие»

Дилетант
Как тратить с умом: грамотный подход к семейному бюджету Как тратить с умом: грамотный подход к семейному бюджету

Простым языком о планировании бюджета рассказывает Анастасия Тарасова

Psychologies
Остров Остров

Прошлое острова Диксон – это освоение Северного морского пути и наука

Вокруг света
Одна вокруг света на карантине: как не стать чьим-то ужином в дикой природе Одна вокруг света на карантине: как не стать чьим-то ужином в дикой природе

74-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
Мастер мира Мастер мира

VR-концерт в соборе Нотр-Дам де Пари, восстановленном в виртуальной реальности

Популярная механика
Елизавета Боярская Елизавета Боярская

Актриса Елизавета Боярская стоит на передовой театра новой нормальности

Собака.ru
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
«Скелеты в шкафу» разобщают семьи? «Скелеты в шкафу» разобщают семьи?

Какие «скелеты в шкафу» особенно токсичны, а какие невинны?

Psychologies
Геохимики открыли новую модификацию полевого шпата Геохимики открыли новую модификацию полевого шпата

Новые модификации шпатов могут существовать на более глубоких слоях литосферы

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
Физики нашли способ обнаружить нарушение четности в молекулах Физики нашли способ обнаружить нарушение четности в молекулах

Для обнаружения нарушений в молекулах хватит чувствительности нынешних приборов

N+1
«Моя собака Идиот»: еще раз о кризисе среднего возраста «Моя собака Идиот»: еще раз о кризисе среднего возраста

Искренний и настоящий фильм француза Ивана Атталя

Psychologies
Мои четыре колеса, или Почему некоторые так привязываются к своим машинам Мои четыре колеса, или Почему некоторые так привязываются к своим машинам

Автомобиль для многих становится не просто средством передвижения

Psychologies
Как мы строили Как мы строили

Как открывался ресторан «The Печь»

Bones
Как избавиться от мешков под глазами навсегда: лучшие способы Как избавиться от мешков под глазами навсегда: лучшие способы

Эффективные методы борьбы с мешками под глазами

Cosmopolitan
Правила жизни Аарона Соркина Правила жизни Аарона Соркина

Сценарист, Нью-Йорк, 59 лет

Esquire
Радуйтесь кошмарным снам — они помогают справиться с кризисом Радуйтесь кошмарным снам — они помогают справиться с кризисом

Как кошмарные сны помогают прожить кризис в жизни быстрее и эффективнее

Psychologies
Инструмент влияния Инструмент влияния

Композитор Дмитрий Селипанов выходит из тени

Vogue
Интересные факты о Сергее Эйзенштейне Интересные факты о Сергее Эйзенштейне

Эйзенштейн снял драму об Иване IV во время войны и попал в немилость к Сталину

Культура.РФ
Что любил есть Федор Достоевский? Что любил есть Федор Достоевский?

Федор Михайлович Достоевский любил сытно и вкусно поесть

Культура.РФ
Оксана Акиньшина Оксана Акиньшина

Сайфай-триллер «Спутник» с Оксаной Акиньшиной собрал кассу в онлайн-прокате!

Собака.ru
Как появилась традиция дарить рождественские открытки в России? Как появилась традиция дарить рождественские открытки в России?

Обычай дарить праздничные открытки пришел в Россию из Европы

Культура.РФ
Правила жизни Мэрил Стрип Правила жизни Мэрил Стрип

Актриса, Солсбери, штат Коннектикут, 71 год

Esquire
От любви до трагедии: история отношений Жанны Фриске и Дмитрия Шепелева От любви до трагедии: история отношений Жанны Фриске и Дмитрия Шепелева

15 июня 2020 года исполнилось ровно пять лет со дня смерти Жанны Фриске

Cosmopolitan
Открыть в приложении