jredinДжеймс Х. Редин

Магистр на науките
Промишленният и управленчески инжинеринг
Колумбийският Университет, Ню Йорк

Оригиналът:
A Brief History of Mechanical Calculators
Part I

The Age of the Polymaths

[ Част I ] Част II ] [Част III]

„Защото това е недостойно за отлични мъжете да губят часа като роби в труда на изчисляване, който спокойно би се свежда до някой друг, ако са били използвани машини.“

Готфрид Лайбниц – 1685


Въведение

Целта на този документ е да опише накратко най-често срещаните не-електронни изчислителни устройства в рамките на един исторически контекст, и да се създаде източник на препратка към други страници в интернет, свързани с тази тема. Пътуването започва преди 2500 години с абакус, и завършва преди 30 години с въвеждането на първите електронни калкулатори.За да се улесни изтеглянето, документът е бил разделен на три части: Част I, описва развитието на изчислителни устройства до изобретяването на колелото стъпаловидно от Лайбниц. Част II, обсъжда основните събития през 19 век, и Част III разглежда развитието на офис машини, докато от 1960 години, когато първите електронни калкулатори се появиха на пазара.


 Сметало

Математични концепции и тяхното потомство, аритметични операции, бяха разгледани в продължение на хиляди години чисто интелектуално упражнение, което не може да бъде копирана или извършва от изкуствени артефакт. Дори абакус, който се появява в Мала Азия преди 2500 години и е все още в употреба днес , е само на устройство с памет-помага, а не истинска изчислителна машина.

Абакус е гениално преброяване устройство на базата на относителните позиции на два набора от мъниста, които се движат на паралелни струни. Първият комплект съдържа пет мъниста на всяка струна и позволява да броим от 1 до 5, докато на втория сет има само две перли на низ представляващи числата 5 и 10. Системата абакус изглежда се основава на корен от пет. Използването на корен от пет има смисъл, тъй като хората започнаха да броим предмети върху пръстите си.


Механизъм от Антикитира

Калкулаторът Antikythira

Понякога, между 100 г. пр.н.е. и 65 BC, гръцки кораб, превозващ товар от бронзови и мраморни статуи и други артефакти от Родос до Рим потънал в близост до крайбрежието на Антикитера, малък остров на Гърция.Той остана в дъното на морето под 140 фута вода за две хилядолетия, докато открива през 1901 г. от местни гъба водолази. Останките, поддържани в Националния музей в Атина , включват древния редуктор механизъм , сега известен като механизм от Антикитера.

Това интересно устройство, съставено от 32 зъбни колела , прилича на механизма на 18-ти век часовник, и се използва за изчисляване на движенията на Слънцето и Луната.


Нейпиърови кости

Интересно изобретение е Нейпиърови кости, умен инструмент умножение изобретен през 1617 от математик Джон Нейпиър (1550-1617), на Шотландия. Костите са набор вертикални правоъгълни пръти, всеки разделен в 10 квадрати. Горната площада съдържа цифри и останалите квадратчета съдържат първите 9 кратни на числото. Всеки множествена има своите цифри, разделени с наклонена линия. Когато определен брой е конструиран чрез организиране рамо до рамо пръчките със съответните цифри на върха, а след това му множествена може лесно да бъде получена чрез четене съответния ред на кратни от ляво на дясно, докато добавянето на намерените в паралелограми образувани от диагонала цифри линии. Нищо чудно, Джон Нейпиър е и изобретател на логаритмите, концепция използва за промяна умножение в допълнение.

Нейпиърови кости бяха много успешни и са били широко използвани в Европа до средата на 1960-те години.

Логаритми също бяха в основата на изобретението на правилото слайд от Уилъям Оугтред (1574-1660), на Англия, през 1633.


Дизайн на Леонардо да Винчи

Естество има безброй примери за механични решения на практически проблеми, така че не е изненадващо, че първият опит да се изработи изчислителна машина е вероятно направена от капитана на металорежещи артефакти, Леонардо да Винчи (1452-1519). Леонардо да Винчи имам много от неговите гениални идеи от внимателно наблюдение на механиката, участващи в движението на живите организми. Интересно е, че природата не се развива колелото като решение на този проблем; този разтвор се оставя да човешката изобретателност. Интересно е да се отбележи, че колелото е било в основата на повечето от механични устройства, използвани за цел да възпроизведе мисловния процес, участващи в аритметични операции. Както Джордж Чейз [1] каза: „Историята на механична изчислителна техника в своята същност е историята на числото колело и устройствата, които се въртят тя да се регистрирате цифрови и десетки пренос ценности.“


Машина на Шикард

Първи изчислителни машини са построени от талантливи математици движени от силно желание да се опрости предвид повторяемостта на аритметични операции.Първият известен добавяне машина е направена от Вилхелм Шикард (1592-1635). През 1623, Шикард, а енциклопедист и след това професор в Университета в Тюбинген в Вюртемберг, сега част от Германия, проектирани и конструирани механично устройство, което той нарича Изчисляване часовник. Може да добавите и изважда до шестцифрени числа, артефакта се основава на движението на шест нащърбени джанти, насочени чрез „осакатена“ колело, което с всеки пълен оборот оставя колелото намира в дясно, за да завъртите 1/10-ти на пълен обърнат. Механизъм за преливане иззвъня звънец. Добавяне функцията бе създадена да помогне на извършване на умножение с набор от цилиндри Напиер е включена в горната половина на машината. Според записките си, прототип на тази машина е била унищожена от пожар. Изглежда, че още един прототип съществували в момента, но тя никога не е била открита.

Един приятел на великия астроном Йохан Кеплер (1571-1630), Шикард го изпрати няколко писма през 1623 и 1624 за кратко, описващ неговото изобретение. Шикард и семейството му не оцелее на бубонна чума и подробни бележките си остават неизвестни, докато открива през 1935 г. и 1956 г. от историк Франц Хаммер. Математик Бруно Вон Фрайтаг от университета в Тюбинген ги използва, за да се възстанови машината през 1960 г. Една единица е в музея Германия в Мюнхен.


Суммираща машина на Паскал (Паскалин)

Паскалин Slide ShowБлез Паскал (1623-1662) е бил само на 18 години, когато се замисля Паскалин в 1642 г. А преждевременен френски математик и философ, Паскал, открит в 12-годишна възраст, че сумата от ъглите в триъгълник е винаги на 180 градуса. По-късно, той постави основата за теорията на вероятностите и постигна значителен принос за науката на хидравликата. Паскалин, построена през 1643 г., е вероятно първата механична добавяне устройството действително се използва за практическа цел. Тя е построена от Паскалl за да помогне на баща си, Етиен Паскал, бирник, с досадната дейност на добавяне и изваждане на големи поредици от числа. Въпреки това машината е трудно да се използва и най-вероятно не е много полезно, защото на системата Френски валута, която не е била база 10. Ливр имаше 20 Соли и Сол имаше 12 Динара. Паскал не е бил наясно с машина Шикард, а неговото решение не е толкова елегантен и ефективен. Както Пол Е. Дюн каза „е намерил идеи Шикард на широката публика след това машината на Паскал не би бил изобретен.“

Тя е построена върху месинг правоъгълна кутия, където набор от назъбени скали премества вътрешните колела по начин, който по-пълно завъртане на колелото, причинени волана в ляво, за да преминете един 10-ти а. Въпреки че първият прототип, съдържаща се само на 5 колела, по-късно единици са били построени с 6 и 8 колела. A щифт се използва, за да завъртите циферблата. За разлика от машина Шикард е, колелата се движеха само по часовниковата стрелка и са били предназначени само за добавяне на номера. Изваждане се извършва чрез прилагане на тежка техника, основана на добавянето на девет на комплемента.

Въпреки че устройството привлече много внимание в тези дни, тя не получи широко одобрение, защото е скъпо, ненадеждни, както и трудни за използване и производство. До 1652 са били направени около 50 единици, но по-малко от 15 са били продадени. Първоначално, Паскал има много интерес към изобретението си и той дори получи „привилегия“ защита (средновековния еквивалент на патент) за идеята си през 1649, но неговият интерес в науката и „материал“ занимания приключила, когато той се оттегли в един Джансенсист манастир в 1655 концентрирате вниманието си върху философията. Той почина през 1662.

По време на период от 30 години след изобретението на Паскал, няколко лица, построени изчислителни машини, базирани на този дизайн. Най-известният е добавяне машината на Сир Самуил Морланд (1625-1695), от Англия. Тази машина изобретен през 1666 имаше скала дванадесетичната базирани на английската валута, и изисква човешка намеса, за да влезете на пренасянето показва в спомагателен набиране.

Интересно е да се отбележи, че дори и в началото на 20-ти век, няколко фирми въведени модели, основаващи се директно върху дизайна на Паскал. Един такъв пример е Lightning Portable Adder въведена през 1908 г. от Lightning Adding Machine Co. на Лос Анджелис. Друг пример е Аддоментр въведен през 1920 г. от Надеждна телетайп и добавяне Machine Co. на Чикаго. Никой от тях не постига търговски успех.


Арифмометъра на Лайбниц

Това беше 1672, когато известният немски енциклопедист, математик и философ, Готфрид Лайбниц (1646-1716), ко-изобретател на диференциалното смятане, решава да построи машина може да изпълнява четирите основни аритметични операции. Той е вдъхновен от стъпки броене устройство (крачкомер) той видял по време на дипломатическа мисия в Париж. Подобно на Паскал, Лайбниц е бил дете-чудо. Той научил латински на възраст от 8 и стана втора докторска степен, когато той е бил 19. Веднага след като той е знаел за проектиране на Паскал, той абсорбира всичките му подробности и подобрен дизайн, така че да се даде възможност за умножение и деление. До 1674 дизайна му е пълна и той възложи изграждането на прототип на занаятчия от Париж на име Оливие.

Стъпаловидната който прави изчисления, като Лайбниц нарича неговият апарат, използван специален вид съоръжение на име стъпаловидно Колело или Колело на Лайбниц което е цилиндър с девет пръчковидни зъбите на увеличаване дължина успоредно на оста на цилиндъра. Когато барабанът се завърта с помощта на манивела, редовно десет зъб колело, фиксирано върху плъзгаща ос, се завърта нула до девет позиции в зависимост от относителната си позиция към барабана. Както и в устройството Паскал, има един набор от колела за всяка цифра. Това позволява на потребителя да се плъзга мобилните ос, така че, когато барабанът се върти тя генерира в редовните колелата пропорционална движение тяхната относителна позиция. Това движение след това е преведена от устройството в умножение или деление в зависимост от коя посока се върти на пристъпи барабана.

Няма доказателства, че повече от два прототипа на тази машина са правени някога. Въпреки че Лайбниц е бил един от най-изявените полиматици на своето време, той умира в бедност и невъзнаграден. Неговата машина остава на тавана на университета в Гьотинген, докато работникът го намерих през 1879 г., докато за определяне на течове в покрива. Сега тя е в Държавния музей на Хановер; друг е в музея Гемания в Мюнхен.


Изчисляващи устройства по време на 18-ти век

Паскал и дизайни Лайбниц са в основата на повечето от механични калкулатори, строени през 18 век. Джованни Полени направи едно през 1709 г. , Лепин в 1725, Антониус Броун в 1725, Джакоб Леополд през 1727, Хиллерин де Боистсанд през 1730, Ц. Л. Герстен в 1735, Джакоб Исаак Периер през 1750, Филипп Матиус Хан в Германия през 1773 година Чарлз Стапоне, в Англия, през 1775 г.; Йохан Хелфрейч Мюлер през 1783, Джакоб Оуч през 1790, и Рейчхолд през 1792 [4]. Специално внимание заслужава Парсън Филипп Матиус Хан (1730-1790), който е развил през 1773 първата функционална калкулатора базирани на стъпаловидно Колело на Лайбниц. Калкулатор на Хан трябваше набор от 12 барабани в кръгова договореност задействано от коляно намира в оста на подреждането. Hahn прави тези машини до смъртта си през 1790 г., обаче, двамата му синове и брат-в-закон му, Йохан Кристофър Шустер, продължиха с производството вероятно чак през 1820.

До края на 18-ти век, изчислителни машини са все още любопитни факти, използвани за целите на дисплея, а не за действителна употреба. Ограниченията, наложени от технологията направиха невъзможно да се срещне мечта на което ги прави практически устройство Изчисляване на Паскал.


Справочници
Интернет Източници