Механические устройства счёта (Страница 5 из 7)

Троичная машина Томаса Фоулера

          Информация, которой оперирует компьютер, так или иначе раскладывается на единицы и нули – графика, музыка, тексты, алгоритмы программ. Все просто и понятно: «включено» – «выключено», «есть сигнал» – «нет сигнала». Либо «истина», либо «ложь» – двоичная логика. Троичная логика - да, нет, может быть.
          В принципе, у троичной системы счисления было не меньше шансов, чем у двоичной. Кто знает, по какому пути развития пошел бы технический прогресс, если бы «трайты» одержали победу над «байтами». Как выглядели бы современные смартфоны или GPS-навигаторы, как отразилось бы значение «может быть» на их быстродействии?
          Ещё в 1203 году, Фибоначчи (Леонардо Пизанский, Пиза, Италия) сформулировал «задачу о гирях» («задача Баше-Менделеева») и доказал, что при разрешении класть гири только на одну чашу весов, наиболее экономичной является двоичная система счисления, а при разрешении класть гири на обе чаши весов, наиболее экономичной является троичная симметричная система счисления, и опубликовал её в «Книге абака» (Liber abaci).

          Изобретения Томаса Фоулера в некоторых отношениях очень близки к компьютеру, прозорливость его удивительна для человека, который родился в 1777 году в семье бедного бондаря, не получил никакого систематического образования, с тринадцати лет работал кожевенником, но потом стал одним из ярких мыслителей и инженеров своего времени. Фоулер — автор нескольких изобретений, он один из тех, чьими усилиями была совершена первая промышленная революция. Мало кто знает, но именно он в 1828 году предложил идею термосифона, на которой построены все системы центрального отопления, использующие в качестве теплоносителя воду.
          Однако из-за оплошностей по части патентования Фоулер не получил больших денег, хотя это изобретение позволило ему выбиться в люди, перейти на работу в банк, где он столкнулся с необходимостью выполнять трудоемкие вычисления. Вначале Фоулер попытался облегчить свой труд с помощью таблиц, в них и своих арифметических приемах он использовал двоичное и троичное представление чисел. Брошюра, опубликованная им в 1838 году, называлась «Таблицы, облегчающие арифметические вычисления» (Tables for Facilitating Arithmetical Calculations). Она содержала указания на то, как проще считать, раскладывая числа на степени двойки (Binary Table) и степени тройки (Ternary Table).
          От таблиц Фоулеру удалось перейти к машине. Материальные возможности и общественное положение Фоулера были намного скромнее, чем у его соотечественников — Бэббиджа и Августы Лавлейс, урожденной Байрон. Это наложило заметный отпечаток на его изобретение.

          В мае 1840 года он представил свое детище в Королевский колледж в Лондоне, в сопроводительной записке значилось: «Машина построена мною, собственными руками, из дерева, она имеет шесть футов в длину, один в глубину и три в высоту. Если бы ее можно было изготовить из металла, то она оказалась бы не больше компактной пишущей машины». Далее Фоулер написал: «Основная особенность машины заключается в том, что вместо обычной десятичной системы счисления используется запись триадами (имеется в виду троичная система счисления). Так, 1 и 2 представляются как обычно, 1 и 2, а 3 записывается как 10, для 4 служит запись 11, 5 — 12 и т.д.».

          Если сравнивать «архитектуру» машины Фоулера с другими, то по своему замыслу деревянная машина заметно превосходила не только механические аналоги, но и первую электронную машину ENIAC Эккерта-Мочли. Компьютер ENIAC был на самом деле электронной версией «Паскалины», созданной на 300 лет раньше, в нем компоненты, собранные из вакуумных ламп, заменили шестеренчатые конструкции Блеза Паскаля. И уж, конечно, машина Фоулера была намного проще машин Бэббиджа.
          Некоторые специалисты вообще критически относятся к деятельности Бэббиджа. Такого мнения придерживается Морис Уилкс, создававший в первые послевоенные годы компьютер EDSAC, который претендует на то, чтобы быть первым устройством с хранимой программой. Уилкс и его единомышленники считают, что неудачи Бэббиджа создали ошибочное представление у власть имущих о бесперспективности механизации вычислений, тем самым затормозили прогресс и оставили без финансирования альтернативные решения, в частности работу Фоулера.
          Сын Фоулера, ставший его биографом, писал: «Представители правительства, неудовлетворенные работой Бэббиджа, отказались даже осмотреть машину отца, они аргументировали свое отношение тем, что уже безрезультатно затратили на того большие средства».

«Числительный Снаряд» Хаима-Зелика Слонимского

          В 1835 году Хаим-Зелик  Слонимский выступил с сочинением, популярным очерком развития астрономии. Книга много раз успешно переиздавалась, а автор тем временем работал над руководством по астрономии. В нем Слонимский решил привести, в частности, результаты своих исследований о способах вычислений дат затмений и о построении еврейского календаря. Ему пришлось поехать в Варшаву, где он познакомился с членом варшавского «Общества друзей науки», Авраамом Штерном, чья дочь в 1842 г. стала женой Хаима-Зелика.
          Штерн был известен как автор счетной машины. Ко времени появления Слонимского в доме Штерна тот задумал новую машину, но умер, не осуществив своего замысла. На правах наследника Хаим-Зелик решил закончить проект. В 1843 г., когда он отважился на поездку в Берлин, у него уже имелась оригинальная «числительная машина» для умножения и деления целых чисел и извлечения корней; она основывалась на теории чисел, сформулированной самим Слонимским.

          Наконец Слонимский оказался в Петербурге. Физико-математическое отделение Академии наук заслушало его и поручило академику В.Я. Буняковскому и секретарю Академии П.Н. Фуссу рассмотреть изобретение и дать письменный отзыв. Высоко оценивая работу Слонимского, рецензенты ходатайствовали о награждении его Демидовской премией. «Мы убеждены,— говорилось в отзыве,— что этот молодой и скромный математик ... в полной мере заслуживает поощрения. Первый успех на поприще математики будет тем живительнее для него, что он поставлен обстоятельствами в беспрерывную борьбу духа любознательности со строгою нуждою...» Премия была присуждена Слонимскому 17 апреля 1845 г., а еще через некоторое время в Петербурге вышла брошюра «Описание нового числительного инструмента Слонимского».
          Хаим-Зелик привез и более скромное изобретение, о котором в отзыве говорилось: «...снаряд для сложения и вычитания, он очень прост и удобен на практике...» 24 ноября 1845 г. изобретатель получил на него патент. Это была одна из наиболее простых и остроумных суммирующих машин.  «Числительный снаряд» Слонимского не получил распространения в России — вероятно, не нашлось предпринимателя, который бы взялся за его промышленное изготовление. Однако за границей идея была подхвачена.

Счислитель Куммера

          Карманными микрокалькуляторами сегодня никого не удивишь, появились они в начале 1970-х гг., но сама идея портативных карманных вычислителей зародилась намного раньше. Первый в мире карманный счетный прибор, положил начало развитию массовых вычислительных средств индивидуального пользования. Изобретен перербургским учителем музыки Генрихом Куммером в 1846 году и назван "счетный снаряд" (позже его стали именовать "счислителем"). Основным элементом конструкции прибора являются зубчатые счетные рейки.
          Далеким предком счислителя Куммера многие специалисты признают рабодологический абак француза К. Перро (1613-1688), однако Куммер его не знал. Вероятнее всего, основной принцип действия был заимствован у известного математика З.Я. Слонимского (1810-1904).

          Этот чудесный прибор, созданный в середине XIX  века, по замыслу его изготовителя был изготовлен размером с игральную карту (65х105мм), а потому легко умещался в кармане. Прибор Куммера выделялся среди ранее изобретенных своей портативностью, которая стала его важнейшим преимуществом. Изобретение Куммера имело вид прямоугольной доски с зубчатыми рейками. Сложение и вычитание производилось посредством простейшего передвижения реек. Интересно, что счислитель Куммера, представленный 4 сентября 1946 года Петербургской академии наук, был ориентирован на денежные подсчеты.
          Прибор прост, удобен в работе, практически не имеет отказа и не дает ошибки. Специалисты признавали его совершенным для двух первоначальных действий. 29 марта 1847 г. изобретение Куммера под названием «счетный снаряд» было зарегистрировано привилегией на 10 лет.

         
                                   Патент рисунок сумматора Куммера с 1847 г.

          В XIX в. в России счислители выпускались механиком и оптиком И.Э. Мильком. В 1920–1930-е гг. они были известны под названиями «Пионер» и «Карманный арифмометр». В этот же период инженер И.Ф. Кучеров предложил оригинальный «Арифмометр КИФ», соединив счислитель с подвижными таблицами умножения. В послевоенное время (1949 г.) в Днепропетровске выпускали счислители «Прогресс» и, наконец, в 1970-е гг. на заводе «Северный пресс» (г. Ленинград) – «Арифметическую линейку».
          В 1891 г. во Франции появилась первая модификация счислителя – арифмограф Тронсе. В начале ХХ в. в Германии начинается производство целой серии аддиаторов. Эта страна стала лидером не только в производстве, но и разработке аналогов счислителя Куммера («Аддиатор», «Корренатор», «Зуммах», «Негатив» и др.). В 1966 г. на Международной выставке «Интергоргтехника» демонстрировался один из оригинальных комбинированных счислителей – линейка-универсал фирмы «Фабер-Кастель», которая представляла собой удачное сочетание обычной логарифмической линейки и счислителя Куммера. Так, созданный в середине XIX в. первый карманный счетный прибор положил начало развитию массовых вычислительных средств индивидуального пользования.

Видео

Суммирующая машина Дюбуа Пармели

          Краткий экскурс в историю зубчатых колес позволяет сделать вывод о том, что в течение почти всего 200-летнего периода конструкторы счетных машин не имели технологической базы, которая могла бы обеспечить изготовление деталей счетных машин с необходимой точностью. Но к середине XIX столетия необходимая база была создана. Кроме того, общественно-экономическая обстановка — бурный рост промышленности, развитие банков и железных дорог — требовала создания надежных и быстродействующих счетных машин. Для этого необходимо было в первую очередь изменить медленную установку чисел с помощью ведущего штифта.
          Удачное решение этой проблемы — изобретение клавишного ввода — позволило в середине 80-х годов XIX столетия организовать промышленный выпуск суммирующих машин. В создание клавишных машин внесли свой вклад изобретатели многих стран, но основные конструкции принадлежат американцам Юджину Дорру Фельту и Уильяму Берроузу, с именами которых связан последний этап в истории развития суммирующих машин.
________________________________________________________________________________

          Первая клавишная суммирующая машина описана в патенте США № 7074 от 5 февраля 1850 года, выданном на имя Д. Пармели. Изобретение Д. Пармели представляет собой одноразрядную суммирующую машину, с помощью которой можно последовательно складывать цифры, стоящие в разряде единиц, затем — в разряде десятков, сотен и т. д.
          Вслед за патентом № 7074 в различных странах мира было выдано множество патентов на другие одноразрядные суммирующие машины. В интернациональном соревновании изобретателей приняли участие: англичанин В. Шильт (1851), испанец д'Азоведо (1884), француз Пететин (1885), немец М. Майер (1886), швед Ф. Арзбергер (1886), американцы В. Робджон (1882), Стетнер (1884), М. Буше (1886) и другие.
          Преимущество одноразрядных машин — простота конструкции механизма передачи десятков; недостатки — небольшая емкость машины и неудобство выполнения вычислений, связанное с необходимостью подсчета и запоминания (записи) одноразрядных сумм и переносов в старшие разряды. По этим причинам одноразрядные суммирующие машины распространения в XIX веке не получили и на смену им пришли многоразрядные.

источник