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

Иван Васильевич меняет биографию Иван Васильевич меняет биографию

Как физики расследуют преступления, совершенные сотни лет назад?

Популярная механика
Елена Болюбах Елена Болюбах

Психолог Елена Болюбах руководит кризисным центром для женщин

Собака.ru
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
Что будет, когда на планете закончится еда Что будет, когда на планете закончится еда

Небольшое наставление о бананотехнологиях и не только

Популярная механика
Скульптор Антон Иванов Скульптор Антон Иванов

Созданные Антоном Ивановым произведения стали достоянием отечественной культуры

Наука и жизнь
Три раза в день после еды Три раза в день после еды

Надо ли любить свои недостатки, особенно если это удается с трудом

Psychologies
Космические тоннели Космические тоннели

Существуют ли кротовые норы?

Популярная механика
Время утечек: почему на удаленке сотрудники чаще похищают корпоративные секреты Время утечек: почему на удаленке сотрудники чаще похищают корпоративные секреты

Работа на удаленке создает новые риски для информационной безопасности

Forbes
Русский губернатор Риги Русский губернатор Риги

Современники отмечали князя Репнина как человека несомненной личной храбрости

Дилетант
«Я должен 9,5 миллионов»: как основатель Versus Battle лишился бизнеса и зачем запустил реалити-шоу «Я должен 9,5 миллионов»: как основатель Versus Battle лишился бизнеса и зачем запустил реалити-шоу

Как основатель Versus Battle пытается выбраться из многомиллионных долгов

Forbes
Глобальный сдвиг или глубочайший кризис: каким будет 2021 год Глобальный сдвиг или глубочайший кризис: каким будет 2021 год

Список главных трендов года

РБК
5 историй из жизни Тургенева 5 историй из жизни Тургенева

Истории о писателе Иване Тургеневе, которые позволят узнать его лучше

Культура.РФ
Семейный уклад в Ясной Поляне Семейный уклад в Ясной Поляне

Традиции и увлечения семьи Толстых

Культура.РФ
Советские модельеры Советские модельеры

Яркие личности моды Советского Союза

Культура.РФ
Дарья Мороз: Артисты тотально психически неуравновешенны Дарья Мороз: Артисты тотально психически неуравновешенны

Дарья Мороз рассказала о том, почему не хочет быть артисткой

СНОБ
«Я теперь смело ношу купальники!»: женщина феноменально похудела ради мужа «Я теперь смело ношу купальники!»: женщина феноменально похудела ради мужа

35-летняя Эшли Страхан из Ланаркшира ради мужа похудела на 45 кг

Cosmopolitan
Кино под открытым небом: как организовать кинотеатр у себя на даче Кино под открытым небом: как организовать кинотеатр у себя на даче

Смотрим кино на природе!

Популярная механика
Можно ли любить все человечество? Можно ли любить все человечество?

Есть ли те, кому достаточно просто считать себя человеком

Psychologies
Входная группа Входная группа

Как сделать прихожую уютной, вместительной и максимально безопасной

Лиза
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
Каково это — гастролировать с Queen. Интервью со старшим техником группы Питером Хинсом Каково это — гастролировать с Queen. Интервью со старшим техником группы Питером Хинсом

Воспоминания Питера Хинса — техника Queen, который гастролировал с группой

Esquire
«Очень круто, когда нет человека» «Очень круто, когда нет человека»

Кто в России создает виртуальных инфлюенсеров

Inc.
«Быть девочкой уже считалось недостатком». История кореянки, которая пошла против традиций «Быть девочкой уже считалось недостатком». История кореянки, которая пошла против традиций

Таэ Юн Ким пережила тяжелое детство, но смогла выжить и стать сильнее

Forbes
«Мастера секса» «Мастера секса»

Отрывок из книги Томаса Майера о том, как Америка училась любить

N+1
«Что-то пошло не так»: когда психолог становится врагом «Что-то пошло не так»: когда психолог становится врагом

Что делать, если тот, кому мы доверяем сокровенное, осознанно причиняет боль?

Psychologies
10 лучших зарубежных фильмов о подростках 10 лучших зарубежных фильмов о подростках

Мы собрали список из 10 лучших зарубежных фильмов о взрослении

Esquire
«Хроники Люциферазы. Три корабля»: отрывок из книги Натальи О'Шей «Хроники Люциферазы. Три корабля»: отрывок из книги Натальи О'Шей

Роман Натальи О'Шей о космосе, неизведанной планете, любви и преданности

Cosmopolitan
Как относились друг к другу Тютчев и Фет? Как относились друг к другу Тютчев и Фет?

Тютчев и Фет не только были знакомы, но и относились друг к другу с теплом

Культура.РФ
Почему на Нептуне идут алмазные дожди Почему на Нептуне идут алмазные дожди

Углерод, превращающийся в алмазы, стремится к ядрам планет

Популярная механика
Единственная в мире операция с 300% смертностью: хирург убил разом трех человек Единственная в мире операция с 300% смертностью: хирург убил разом трех человек

Роберт Листон — одна из самых выдающихся фигур врачебного мира XIX века

Cosmopolitan
Открыть в приложении