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
7 вопросов диетологу 7 вопросов диетологу

Что делать с лишними килограммами, набранными в непростой весенний период

Худеем правильно
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
9 послетитровых сцен в известных фильмах, которые были вырезаны 9 послетитровых сцен в известных фильмах, которые были вырезаны

Хорошо смеется тот герой фильма, кто смеется после титров!

Maxim
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Как мы строили Как мы строили

Как открывался ресторан «The Печь»

Bones
Заповедники: «Умный дом» для природы Заповедники: «Умный дом» для природы

Уйдут ли заповедники в прошлое или, наоборот, станут более востребованными?

Наука и жизнь
Микроскопический жароустойчивый гриб оказался чемпионом мутаций Микроскопический жароустойчивый гриб оказался чемпионом мутаций

Скорость накопления мутаций у гриба нейроспоры густой оказалась высокой

N+1
«Адская молотилка». Десять выстрелов в минуту в одну точку «Адская молотилка». Десять выстрелов в минуту в одну точку

Российская армия приняла на вооружение артиллерийского монстра

Популярная механика
Геном ездовых собак указал на древнюю приспособленность к холоду и бегу Геном ездовых собак указал на древнюю приспособленность к холоду и бегу

Жители Сибири использовали ездовых собак уже 9500 лет назад

N+1
Женщина в чёрном Женщина в чёрном

Мирный договор между Францией и Испанией был омрачен трагедией

Дилетант
Разработчики систем прослушки нарастили выручку на десятки процентов благодаря «закону Яровой» Разработчики систем прослушки нарастили выручку на десятки процентов благодаря «закону Яровой»

Как «закон Яровой» повлиял на рынок в 2019 году

Forbes
Как протестовать в эпоху большого брата Как протестовать в эпоху большого брата

Правоохранительные органы могут следить за каждым вашим шагом

GQ
Спиновое стекло самообразовалось в монокристаллических островках неодима Спиновое стекло самообразовалось в монокристаллических островках неодима

Как возникает новый тип самообразующегося спинового стекла

N+1
15 отличных криминальных фильмов — от 15 отличных криминальных фильмов — от

15 отличных фильмов, в основе которых лежат реальные криминальные события

Esquire
ЭКГ за рулём, «говорящие» лобовые стёкла и другие технологии, которые делают вождение безопасным ЭКГ за рулём, «говорящие» лобовые стёкла и другие технологии, которые делают вождение безопасным

Технологии будущего в автомобильной и дорожной индустрии

VC.RU
6 приложений, которыми пользуются стартаперы и инвесторы в Кремниевой долине 6 приложений, которыми пользуются стартаперы и инвесторы в Кремниевой долине

Сервисы, которые облегчат жизнь начинающему предпринимателю

Inc.
Как ухаживать за ногами летом? Как ухаживать за ногами летом?

Чувство тяжести, отёки, мозоли – именно на лето приходится пик ножных проблем

Здоровье
Кризис мотивирует нас развиваться Кризис мотивирует нас развиваться

Как пережить период, когда ясно, что так, как прежде, уже не будет

Psychologies
«Против часовой стрелки: Что такое старение и как с ним бороться» «Против часовой стрелки: Что такое старение и как с ним бороться»

Почему возрастные изменения — это не всегда плохо. Объясняет Полина Лосева

N+1
Маттиас Брешан (CEO Rado): «У вас должно быть столько часов, сколько вы можете себе позволить» Маттиас Брешан (CEO Rado): «У вас должно быть столько часов, сколько вы можете себе позволить»

Интервью с генеральным директором Rado – Маттиас Брешан

GQ
Екатерина Дабижа: «У меня есть захватывающая история, которую я просто не могу не рассказать» Екатерина Дабижа: «У меня есть захватывающая история, которую я просто не могу не рассказать»

Все люди разные, поэтому важно подать им не просто сахар на тарелке

Bones
Медицинский абьюз в семьях: делегированный синдром Мюнхгаузена Медицинский абьюз в семьях: делегированный синдром Мюнхгаузена

Некоторые матери «заставляют» детей болеть и готовы даже залечить их до смерти

Psychologies
«Сейчас легко испытывать страх или гнев. Сложнее — благодарить за то, что есть». Андрей Дороничев (Google) — о том, как управлять собой во время турбулентности «Сейчас легко испытывать страх или гнев. Сложнее — благодарить за то, что есть». Андрей Дороничев (Google) — о том, как управлять собой во время турбулентности

Андрей Дороничев о том, как управлять стрессом и принимать себя во время кризиса

Inc.
7 секретов японок для молодости и красоты 7 секретов японок для молодости и красоты

Как японкам удается выглядеть намного моложе своих лет?

Psychologies
Как герои культовых фильмов носили солнцезащитные очки Как герои культовых фильмов носили солнцезащитные очки

Какие очки выбирали герои киношные шпионы, бизнесмены и даже андроиды-пришельцы?

GQ
Оксана Акиньшина Оксана Акиньшина

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

Собака.ru
«Худшее, чему может научить школа, — получать хорошие оценки». Основатель Y Combinator Пол Грэм — о пользе странных увлечений и прокрастинации «Худшее, чему может научить школа, — получать хорошие оценки». Основатель Y Combinator Пол Грэм — о пользе странных увлечений и прокрастинации

Пол Грэм о стартапах, полезной прокрастинации и детях

Inc.
10 причин смотреть (или пересматривать) сериал 10 причин смотреть (или пересматривать) сериал

Вспоминаем самого любимого инопланетянина конца восьмидесятых

Esquire
Пиво не содержит женских гормонов: мифы о пиве Пиво не содержит женских гормонов: мифы о пиве

Пиво – возможно, один из самых ранних напитков, созданных руками человека

Популярная механика
Открыть в приложении