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

Эпоха тюрок. Печенеги Эпоха тюрок. Печенеги

С IX века хозяевами Великой степи становятся тюркоязычные народы

Дилетант
«Родной земли не отдадим ни пяди» — сколько это в сантиметрах? «Родной земли не отдадим ни пяди» — сколько это в сантиметрах?

Сколько неотданных врагу пядей в масштабе Российской Федерации

Maxim
Скульптор Антон Иванов Скульптор Антон Иванов

Созданные Антоном Ивановым произведения стали достоянием отечественной культуры

Наука и жизнь
Поднять всех наверх: грандиозные клады ХХI века Поднять всех наверх: грандиозные клады ХХI века

Далеко не все некогда потерянные или спрятанные богатства были обнаружены

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

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
Репрограммирование клеток в мозге живой мыши сняло симптомы болезни Паркинсона Репрограммирование клеток в мозге живой мыши сняло симптомы болезни Паркинсона

Популяцию нейронов удалось частично пополнить за счет астроцитов

N+1
Кавказ был «генетически пёстрым» уже в раннем железном веке Кавказ был «генетически пёстрым» уже в раннем железном веке

Генетики впервые исследовали ДНК носителей кобанской историко-культурной области

Наука и жизнь
Молодые белые акулы у берегов Австралии предпочли скатов и пелагических рыб Молодые белые акулы у берегов Австралии предпочли скатов и пелагических рыб

Самый популярный кормовой объект молодых акул из вод восточной Австралии

N+1
Павел Когоут Павел Когоут

Статья о чешском писателе, участнике «Пражской весны» Павле Когоуте

Дилетант
Чему (на самом деле) завидуют дети? Чему (на самом деле) завидуют дети?

Почему ребенок начинает чувствовать злость и досаду по отношению к сверстнику

Psychologies
Полетели Полетели

Инновационный центр «Бирюч» представил новый проект беспилотного аэротакси

Популярная механика
Попасть в любовные сети: как Tinder заставляет нас встречаться с теми, кто нам не подходит Попасть в любовные сети: как Tinder заставляет нас встречаться с теми, кто нам не подходит

По какому принципу в Tinder отбираются пары?

Forbes
Как изменились елочные игрушки с приходом советской власти? Как изменились елочные игрушки с приходом советской власти?

Елочная игрушка появилась в России примерно в 30-е годы XIX века

Культура.РФ
Илья Хржановский: Вокруг «Дау», безусловно, идет травля Илья Хржановский: Вокруг «Дау», безусловно, идет травля

Режиссер «Дау» — о самом скандальном фильме 2019 года и увольнении Аркус

СНОБ
Что любил есть Антон Чехов? Что любил есть Антон Чехов?

Любимым блюдом Антона Чехова были караси в сметане

Культура.РФ
Компания по производству человеческих клеток Bit Bio привлекла $41,5 млн: она хочет сделать генную терапию доступнее Компания по производству человеческих клеток Bit Bio привлекла $41,5 млн: она хочет сделать генную терапию доступнее

Bit Bio работает над технологией, которая удешевит выращивание клеток

VC.RU
Фотопроект: что берут с собой в дорогу нелегальные мигранты из Латинской Америки Фотопроект: что берут с собой в дорогу нелегальные мигранты из Латинской Америки

Вещи, которые берут с собой нелегальные мигранты из Латинской Америки

Esquire
100 лучших вузов 100 лучших вузов

Рейтинг впервые возглавила Высшая школа экономики

Forbes
Как полотна Рубенса, Ван Дейка и Йорданса оказались в маленьком уральском городе Как полотна Рубенса, Ван Дейка и Йорданса оказались в маленьком уральском городе

Какие редкости хранятся в маленьком городке Ирбит

Культура.РФ
Как одеться бюджетно и не выглядеть дёшево: 10 секретов, о которых ты не знала Как одеться бюджетно и не выглядеть дёшево: 10 секретов, о которых ты не знала

Если вещи дешевые, это не значит, что они плохие

Cosmopolitan
Удачная идея! Удачная идея!

Семь способов быстро обновить дачный интерьер

Лиза
Нина Тарасова: «Следовать за мечтой всегда тяжело, но как жить иначе?» Нина Тарасова: «Следовать за мечтой всегда тяжело, но как жить иначе?»

Как Нина Тарасова из режиссера стала шеф-кондитером

Bones
Как следить за спутниками Starlink? Как следить за спутниками Starlink?

Рассказываем, как не пропустить пролет ярких спутников Starlink

N+1
Женщины, которые меняют ландшафт мужской индустрии моды Женщины, которые меняют ландшафт мужской индустрии моды

Рассказываем о женщинах, задающих правила игры прямо сейчас

GQ
Содержание углекислого газа в атмосфере стало рекордным за 23 миллиона лет Содержание углекислого газа в атмосфере стало рекордным за 23 миллиона лет

Два столетия назад содержание CO2 в атмосфере резко начало расти

N+1
Карантин разрушает брак: можно ли спасти отношения Карантин разрушает брак: можно ли спасти отношения

Можно ли «вылечить» отношения после карантина и какие шаги предпринять?

Psychologies
Ежедневное прослушивание Моцарта связали с сокращением приступов эпилепсии Ежедневное прослушивание Моцарта связали с сокращением приступов эпилепсии

Участники исследования слушали «Сонату для двух фортепиано в ре мажоре № 448»

N+1
Мини-город на районе: зачем бизнес-центрам общественные пространства и что это даёт жителям вокруг Мини-город на районе: зачем бизнес-центрам общественные пространства и что это даёт жителям вокруг

Чем сильнее развита инфраструктура, тем дороже там стоит жилье

VC.RU
Спайк Ли: «Трамп войдет в историю как худший президент США» Спайк Ли: «Трамп войдет в историю как худший президент США»

Спайк Ли о том, кого считает виновным в полицейском произволе

GQ
«Он боялся тратить деньги»: как арестованный глава РВК управлял компанией и что из этого вышло «Он боялся тратить деньги»: как арестованный глава РВК управлял компанией и что из этого вышло

Как Александр Повалко оказался под домашним арестом за инвестицию

Forbes
Открыть в приложении