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

«Кровавая» работа природы и врачей «Кровавая» работа природы и врачей

Как можно избежать осложнений при переливании крови

Наука и жизнь
Обида: как не попасть в ее ловушку? Обида: как не попасть в ее ловушку?

Почему возникает обида и как с ней справляться?

Psychologies
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Пляшем от печки Пляшем от печки

Хочешь попробовать настоящую русскую кухню? Ищи традиционную русскую печь

Bones
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
Во все легкие Во все легкие

Жители хорватского полуострова Истрия нашли путь к счастью

Вокруг света
Бедный Рюрик… Бедный Рюрик…

Кто такой Рюрик?

Дилетант
«Большую часть денег я хотел бы потратить при жизни»: почему миллиардер Светаков решил оставить детям «минимум» «Большую часть денег я хотел бы потратить при жизни»: почему миллиардер Светаков решил оставить детям «минимум»

Миллиардер Александр Светаков о том, почему к капиталу нужно быть готовым

Forbes
Роботы – снайперы Роботы – снайперы

История роботов-снайперов и их применения

Популярная механика
Фотоиндукция увеличила скорость CRISPR в 100 раз Фотоиндукция увеличила скорость CRISPR в 100 раз

Химическая модификация РНК позволила синхронизировать и ускорить работу CRISPR

N+1
Разгром императорских покоев Разгром императорских покоев

Зимний дворец не раз подвергался серьёзной опасности

Дилетант
Выручали 200 тысяч рублей в месяц, расходов мало: в чём состоял бизнес «переадресаторов» для заблокированного Telegram Выручали 200 тысяч рублей в месяц, расходов мало: в чём состоял бизнес «переадресаторов» для заблокированного Telegram

Эти сервисы еще могут пригодиться, если Facebook поссорится с Павлом Дуровым

VC.RU
От 40 до 40: Звезды шоу-бизнеса и спорта От 40 до 40: Звезды шоу-бизнеса и спорта

Рейтинг российских звезд шоу-бизнеса и спорта до 40 лет

Forbes
Ее принцесса против Ее принцесса против

Как обида матери на бывшего мужа внушила дочери ненависть к мужчинам

Лиза
Как вернуться в тренировочный режим и не наделать ошибок — фитнес-план на неделю Как вернуться в тренировочный режим и не наделать ошибок — фитнес-план на неделю

Как восстановить спортивный режим и заново полюбить тренировки?

Cosmopolitan
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
Метамфетамин помог лекарствам пройти через гематоэнцефалический барьер Метамфетамин помог лекарствам пройти через гематоэнцефалический барьер

Низкие дозы метамфетамина облегчают кавеолярный транспорт других веществ

N+1
Примат примату — волк. Почему люди постоянно воюют Примат примату — волк. Почему люди постоянно воюют

Почему из всех животных воюют друг с другом только люди?

Maxim
7 советов по стилю от Стиви Уандера 7 советов по стилю от Стиви Уандера

Готовьтесь познать безумные и свободные 1970-е

GQ
Правила жизни Рона Джереми Правила жизни Рона Джереми

Правила жизни порноактера и режиссера Рона Джереми

Esquire
Зиннят Акбашев: «Не нужно разбрасываться гостями» Зиннят Акбашев: «Не нужно разбрасываться гостями»

Зиннят Акбашев никогда не мечтал о карьере в ресторанном бизнесе

Bones
16 лучших мультфильмов всех времен (для любой возрастной категории) 16 лучших мультфильмов всех времен (для любой возрастной категории)

Анимационные фильмы снимают не только для детей

Esquire
Вакцинированные люди не захотели делиться с невакцинированными в онлайн-игре Вакцинированные люди не захотели делиться с невакцинированными в онлайн-игре

Люди могут воспринимать прививки как общественный договор

N+1
«Странные ландыши» «Странные ландыши»

Приятно свернуть на прогулке в знойный летний день в тенистый лес

Наука и жизнь
Японский коллайдер SuperKEKB установил рекорд светимости Японский коллайдер SuperKEKB установил рекорд светимости

На электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB был поставлен рекорд светимости

Популярная механика
Короли небылиц: звёзды, которые придумали себе биографии, — и все им поверили Короли небылиц: звёзды, которые придумали себе биографии, — и все им поверили

Добавив небылиц в свои биографии, они обманули фанатов

Cosmopolitan
10 необычных автографов: от Леонардо да Винчи до Марка Цукерберга 10 необычных автографов: от Леонардо да Винчи до Марка Цукерберга

Объединяет их одно – это очень необычные люди с необычными подписями

Популярная механика
Любимые автомобили Марка Уолберга Любимые автомобили Марка Уолберга

Удивительно, как в его гараже уживаются гоночные модели и минивэны

GQ
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
Фитнес-зависимость: как остановиться и сохранить здоровье Фитнес-зависимость: как остановиться и сохранить здоровье

Чем может обернуться зависимость от фитнеса

РБК
Открыть в приложении