Колеса несут цифры

День был летний, жаркий, и, вероятно, поэтому мало заходило посетителей к петербургскому нотариусу Изанову в его контору Казанской части по Невскому проспекту, 28. Он поскучал, подремал немного, а потом решил раньше обычного закончить работу.

Уже взял было ключи - хотел запирать, но увидел в окно важного господина, подъехавшего в дорогой коляске.

Господин не спеша прошел в контору, подал визитную карточку и по приглашению нотариуса удобно уселся в кресло.

Дело оказалось не очень сложным, и вскоре посетитель уехал, увозя в кармане хрустящий лист плотной бумаги. Каллиграфическим департаментским почерком на нем было выведено:

"Удостоверение.

1890-го года июня месяца 9-го дня мы, нижеподписавшиеся Кенигсбергер и К0, сим удостоверяем, что счетная машина под названием "арифмометр", на которую нами взяты привилегии в России в 1879 году и за границею в 1878, 1879 и 1880 годах, есть изобретение господина Вильгодта Однера в С.-Петербурге, с которым мы хотели эксплуатировать его изобретение, но так как в настоящее время господин Однер желает самостоятельно приступить к эксплуатации своего теперь улучшенного изобретения, то мы передали ему все взятые нами привилегии на его счетную машину, вообще отступаем от этого дела и свидетельствуем, что мы господину Однеру никаких претензий по этому делу не имеем и впоследствии заявлять таковых не будем".

Внизу листа около гербовой марки стояло:

"Коммерции Советник, С.-Петербургский первой гильдии купец Карл Августович Кенигсбергер, торгующий под фирмой "Кенигсбергер и К°".

Счетная машинка под названием "арифмометр" была очень удачной конструкцией. В короткий срок она нашла всемирное признание и получила широкое распространение.

Основное достоинство ее заключалось в компактности и простоте устройства. Изобретателю удалось создать два безотказно работающих механизма. Они обеспечивали надежность нового арифмометра: оригинальную шестерню с переменным числом зубцов и систему передачи десятков.

Шестерня по имени изобретателя названа колесом Однера. Ее устройство позволяет менять число зубьев на ободе. Делается это так.

Колесо двухслойное. Оно состоит из двух частей. Одна часть - шайба - неподвижно насажена на ось и вместе с ней вращается. Другая - диск - имеет ступенчатую прорезь и может свободно поворачиваться относительно шайбы.

В одной четверти окружности шайбы есть девять вырезов. В каждом из них небольшая выдвижная спица с выступом посередине. Выступы входят в ступенчатую прорезь диска. Его можно вращать относительно шайбы с помощью установочного рычажка.

В арифмометре этот рычажок выступает из паза кожуха и может двигаться вдоль шкалы с установочными цифрами от 0 до 9.

Когда нужно ввести какую-нибудь цифру, например 7, рычажок поворачивают до его совмещения с цифрой 7 на шкале. При этом одновременно поворачивается и диск, а ступенька прорези выталкивает зубцы.

Счетное колесо Однера и арифмометр сохранились почти без изменений до наших дней

Подвижные спицы и превращают колесо Однера в шестерню с переменным числом зубцов - в нашем случае с семью.

Каждому разряду в арифмометре соответствует такое колесо. А колеса всех разрядов вместе составляют механизм переноса числа в счетчик.

Передача числа в счетчик выполняется вращением колес Однера, насаженных на одну общую ось. Зубцы колес, задевая за цифровые колеса счетчика, поворачивают их, и в окошках появляется число, соответствующее итогу. Все это происходит всего за одну четверть оборота рукоятки. В оставшуюся часть оборота происходит перенос накопленных десятков. Для этого колеса Однера снабжаются двумя пальцами - один для передачи десятков при сложении, другой - при вычитании. Если в каком-либо разряде счетчика при сложении чисел накопился десяток, то палец соответствующей шайбы повернет цифровое колесо соседнего - высшего разряда дополнительно на одну десятую оборота. Накопленный десяток прибавит единицу к следующему разряду.

Как на таком арифмометре производить операции?

В 1890 году, когда еще только налаживалось производство арифмометров Однера, в Петербурге в Семеновской типолитографии вышел свежий, пахнущий краской зторой том Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона. Конечно, это прогрессивное для своего времени издание не могло пройти мимо описания технической новинки - арифмометра.

Вот как там показан процесс счета на нем.

"Пусть требуется найти сумму 75384+6278+6278+9507.

Рукоятка предварительно должна находиться в первоначальном положении и цифры в отверстиях показывать нуль. Установив на спицах 75384, рукоятка повертывается по направлению стрелки "+" один раз; установив затем 6278, рукоятка повертывается в том же направлении два раза; установив снова 9507 и повернув рукоятку, в больших отверстиях появится число 97447 - искомая сумма. В маленьких отверстиях число 4 покажет только количество оборотов рукоятки.

Допустим, надо найти произведение 49563X24. Так как оно состоит из 24 - численной суммы числа 49563, поэтому требуется установить на крышке число 49563 и произвести 24 поворота рукоятки по направлению стрелки "+". Передвижение же ящика позволяет сократить число оборотов до 4+2=6.

Сделав 4 оборота, ящик передвигается к следующей точке под стрелку с левой стороны крышки и повертывается рукоятка еще два раза, причем большие отверстия ящика показывают результат 1189512 и маленькие - множитель 24.

Легко догадаться, что для вычитания пользуются стрелкой "-", а деление есть сокращенное вычитание, сводимое в приборе к действию последнего".

Необходимо пояснить, что ящиком автор старинного описания называл подвижную каретку арифмометра, большими отверстиями - окна счетчика результатов, а маленькими - окна счетчика оборотов рукоятки.

Под передвижением ящика подразумевается сдвиг каретки относительно установленного числа на один разряд вправо или влево. Это необходимо при умножении и делении чисел.

Вместо того чтобы при умножении на 24 столько же раз поворачивать рукоятку, поступают так. Четырьмя оборотами рукоятки умножают число на 4 единицы. Затем сдвигают каретку на один разряд и рукоятку поворачивают еще 2 раза. Теперь это соответствует умножению на 20. Таким образом, шестью (2+4) поворотами рукоятки вместо 24 получают требуемое произведение.

Не случайно инженер Петербургской государственной экспедиции бумаг Однер сконструировал столь совершенный арифмометр.

Изучив счетную машину Томаса, талантливый инженер пришел к убеждению, что задачу механического вычисления можно решить более просто.

Всего через два года после упорных поисков он в 1873 году построил модель "счетной машинки - арифмометра".

За право эксплуатации своего изобретения конструктор в те времена должен был платить большие деньги, поэтому Однер вынужден был продать привилегию на свой арифмометр немецкой фирме "Кенигсбергер и К°".

Фирма эта получила в 1875 году патент на изобретение Однера и быстро развернула торговлю новыми счетными машинами.

Но изобретатель не мог оставаться безучастным к своему детищу. Не прошло и десяти лет, как он основал небольшую механическую мастерскую "с одним токарным станком".

Дела у владельца мастерской шли отлично. Арифмометры раскупались очень быстро, и вот уже в 1890 году нотариус Иванов заверяет удостоверение на передачу изобретателю привилегий, выданных раньше немецкому купцу.

А в последний год XIX века Однер становится владельцем большого предприятия. В Петербурге на Васильевском острове, в Таракановском переулке у него на заводе уже вращаются, отдуваясь паром, две турбины в 60 лошадиных сил. Свыше двухсот рабочих без устали трудятся, обслуживая сотню станков и машин.

В первый же год завод Однера продал 500 арифмометров. Не прошло и пяти лет, как железнодорожные управления, страховые компании, банки и торговые фирмы раскупили еще около 4 тысяч новых счетных машин. Тысячу арифмометров купили заграничные фирмы.

Широко распространилась слава однеровских машин, простых и удобных. В 1896 году на Нижегородской выставке знаменитая машина для счета удостаивается серебряной медали, а в 1900 году ее отмечают золотой медалью на Всемирной выставке в Париже. Через три года на выставке в Чикаго арифмометры снова получают высшую награду.

Конструкция оказалась настолько удачной, изобретатель сумел заглянуть так далеко вперед, что вот уже скоро девяносто лет, как арифмометр почти не меняется.

Многочисленные усовершенствования арифмометра Однера - замена установочных рычагов клавиатурой, увеличение емкости, применение электропривода и другие добавления - не затронули основного принципа конструкции.

История вычислительной техники еще не написана. Нет исследований, шаг за шагом устанавливающих путь, по которому шло изобретение вычислительных устройств. Отдельные небольшие статьи, разрозненные сведения не дают возможности последовательно, в хронологическом порядке излагать славные страницы летописи создания вычислительных машин. Мы и не ставим перед собой этой задачи, а хотим лишь рассказать о наиболее ярких примерах из увлекательной повести об интересной отрасли техники и ее творцах.

Среди многих вычислительных устройств прошлого наиболее оригинальной была конструкция арифмометра, построенного гениальным русским математиком и механиком Пафнутием Львовичем Чебышевым.

Некоторые исследователи считают, что проблема постройки арифмометра заинтересовала Чебышева лишь после появления в 1876 году книги "О самосчетах и их применении" известного уже нам изобретателя академика В. Я. Буняковского. Это не совсем так.

Когда двоюродная сестра еще только учила дома арифметике маленького Пафнутия Чебышева, адъюнкт Академии наук В. Я. Буняковский был уже членом комиссии, давшей в ноябре 1828 года отзыв на новце счеты, изобретенные генералом Свободским;

Но вот через двадцать лет судьба свела двух ученых в стенах Петербургского университета. Маститый академик В. Я. Буняковский занимал кафедру математики, а молодой Чебышев в это же самое время получил должность адъюнкт-профессора.

Они сразу же сдружились. Часто беседовали, советовались. Буняковский высоко ценил способности Чебышева и привлек его через несколько лет в академию адъюнктом.

Чебышев не мог не знать об увлечении своего старшего коллеги механизмами для счета и не мог не увлечься ими сам.

Надо помнить, что великий ученый был, если можно его так назвать, "математическим инженером". С детских лет он интересовался механическими игрушками, изучал их устройство и сам часто мастерил.

Любовь к изобретению и конструированию Чебышев сохранил на всю жизнь. Он проявлял и неизменный интерес к вопросам практики. "Сближение теории с практикой дает самые благотворные результаты, и не одна только практика от этого выигрывает", - говорил ученый. Чебышев был известен не только как гениальный математик, но и как крупный специалист производства, выдающийся изобретатель, шедший в авангарде технической мысли своего времени.

Академик Чебышев создал арифмометр на совершенно новом принципе

В те времена камнем преткновения была работа передаточных механизмов паровых машин. Ученый-математик непосредственно на заводах изучал их, проявляя "чудо анализа", и создал теорию этих механизмов.

В основе всех его изобретений - стремление внести возможную экономию труда и времени.

Мог ли такой ученый - математик, механик, инженер - оставаться безучастным к проблеме механизации вычислительных работ, над которой сотни лет билось человечество? Конечно, нет!

И Чебышев берется за конструирование арифмометра. В 1878 году он создает машину на совершенно новом принципе, отличную от всех кем-либо ранее построенных.

Во всех предыдущих машинах перенос десятков из низшего разряда в высший происходил скачкообразно после того, как десяток уже накапливался. В арифмометре Чебышева перенос десятков происходил непрерывно, постепенно, в процессе накопления единиц, и распространялся на последующие разряды.

Цифровые колеса счетчика Чебышев соединил друг с другом шестернями так, что, когда шестеренка единиц делала один полный оборот, шестеренка десятков поворачивалась лишь на одну десятую оборота. Чтобы колеса вращались в одну сторону, изобретатель установил между ними промежуточную шестерню.

Благодаря специальному планетарному соединению зубчатые колеса могли воспринимать повороты как от установочного колеса, так и от колеса разряда, стоящего справа.

В приборе было всего десять цифровых колес, поэтому наибольшая сумма, какую можно было получать, выражалась десятью девятками.

Через три года после создания суммирующей машины Чебышев дополнил ее приставкой для умножения и деления. Это позволило производить умножение и деление, как обычно, последовательным сложением и соответствующими поразрядными сдвигами.

Специальное устройство давало возможность, действуя только одной рукояткой, сообщать машине различные движения для двух операций: суммирования и смещения основного счетчика.

11 марта 1894 года состоялось очередное заседание физико-математической комиссии отделения физических наук Общества любителей естествознания. На нем было прочитано всего лишь два реферата. Председатель отделения выдающийся русский ученый Н. Е. Жуковский доложил о новом способе исследования движения гироскопа, а известный в то время специалист в области счетных машин В. Г. Бооль впервые познакомил аудиторию с арифмометром Чебышева. Устройство нового счетного прибора не было известно в России. Дело в том, что единственный экземпляр машины Чебышев сразу же после постройки послал во Францию на выставку в Музей искусств и ремесел, где он хранится и теперь. (Другой, более ранний, экземпляр машины найден лишь совсем недавно в архивах Академии наук СССР.) Первое описание арифмометра было опубликовано во французском журнале "Научное обозрение".

С большим вниманием слушали члены общества докладчика. Среди них были крупные ученые: Лебедев, Горячев, Каблуков, Умов, Цераский, Чаплыгин, Штернберг.

"Арифмометр обладает многими достоинствами, - сказал Бооль, особенно подчеркивая эти слова. - Он настолько совершенен, что никогда не может дать отказа или ошибки, и представляет собой безусловно точную арифметическую машину, лучшую из всех машин по своей простоте и скорости исполнения на ней действий сложения и вычитания".

Вскоре Бооль поместил полное описание устройства и "употребление арифмометра Чебышева" в "Трудах Отделения физических наук".

"Печатано с разрешения Совета Императорского Общества Любителей Естествознания. 20 декабря 1894 г." - стоит на титуле.

Из первой же сноски к статье узнаем интересную деталь. Бооль за год до этого напечатал другую статью об арифмометрах. Академик Чебышев, прочитав в ней описание арифмометра профессора математики и астрономии Вюрцбургского университета Зеллинга, написал Боолю:

"Из этой статьи видно, что основная часть моей машины одинакова по составу с тем, что и у Зеллинга. Интересно знать, кто из нас первый употребил такую систему зубчатых колес в арифмометре; у других, сколько мне известно, ничего подобного не было, и потому-то, как я думаю, их арифмометры не имели надлежащего успеха".

Бооль тут же в сноске отвечает на вопрос: "Изобретение Чебышевым своего арифмометра произошло почти за десять лет до изобретения Зеллинга, что прямо указывает, кому надо отдать первенство в этом важном изобретении".

К сожалению, Пафнутию Львовичу Чебышеву не пришлось прочитать этих справедливых слов. В этом же томе "Трудов" был помещен протокол заседания Отделения физических наук 3 декабря 1894 года. В нем записано:

"Открыв заседание, Председатель пригласил присутствующих почтить вставанием недавно скончавшегося академика Пафнутия Львовича Чебышева".

Арифмометр Чебышева постигла судьба многих талантливых изобретений в царской России. Оно не было реализовано. Поэтому в течение многих лет вновь и вновь "открывались" открытые Чебышевым принципы.

Изобретатели стремились достичь в счетных устройствах плавной передачи десятков, а это уже было сделано Чебышевым.

Старые образцы клавишных вычислительных машин

Они добивались высокого уровня механизации вычислительного процесса. А это уже было одной из особенностей арифмометра русского ученого. Остроумная конструкция машины обеспечивала автоматическое выполнение умножения. После установки чисел она работала без вмешательства считающего. Идеи, заложенные в арифмометре Чебышева, принципиальная схема механизма его машины лежат в основе многих видов современных вычислительных приборов.

Так, в немецких машинах "Рейнметалл" и "Мерседес-Эвклид" механизмы автоматического умножения похожи на че-бышевский. В американской машине "Мерченд", в швейцарской "Директ" используется принцип передачи десятков, предложенный Чебышевым.

Интерес к его изобретению понятен. Непрерывная, плавная передача десятков позволяет увеличивать скорость работы механических вычислительных устройств, не опасаясь толчков, неизбежных при прерывистой передаче десятков. Такой передаче принадлежит будущее.

В настоящее время выпускается свыше пятисот типов всевозможных вычислительных машин. Среди них и простейшие - такие, как хорошо известный арифмометр "Феликс", - и сложные вычислительные автоматы.

У них установка чисел уже не рычажная, а более удобная - клавишная. Небольшой моторчик освобождает вычислителя от необходимости крутить ручку. Он должен только набирать на клавиатуре исходные числа - слагаемые, сомножители и так далее - и нажимать на клавиши управления. Машины с большой скоростью автоматически складывают, вычитают, умножают и делят многозначные числа. Некоторые автоматы могут даже извлекать квадратные корни.

Дальнейшее совершенствование клавишных вычислительных машин привело к тому, что их стали соединять с пишущими механизмами. Появились счетно-записывающие машины. Они печатают исходные цифровые данные и результаты вычислений.

Новые образцы клавишных вычислительных машин

Вычислительные и счетно-записывающие машины широко используются при разнообразных финансовых и бухгалтерских расчетах и различных технических вычислениях.

В клавишных машинах исходные данные вводятся вручную перед выполнением каждой вычислительной операции. Нужно сложить пять чисел - набери на клавиатуре сначала первое число, затем второе и нажми клавишу сложения. Машина сложит эти числа, теперь можно набирать третье слагаемое и получить сумму трех чисел и так далее. Производительность машины зависит от того, как быстро вычислитель набирает числа на клавиатуре и нажимает клавиши управления.

У современных счетных машин установка чисел НР рычажная, а клавишная. Небольшой моторчик освобождает вычислителя от необходимости крутить ручку

Оператор сдерживает скорость работы машины. И пытливая мысль человека начала искать все новые и новые пути повышения скорости вычисления, предельной их автоматизации.

"Пусть машина делает все сама", - решили инженеры. Пусть она сама читает и устанавливает числа, пусть сама управляет счетом, ведет запись и пусть даже сама себя контролирует.

Сайт https://barn-dd.com является образцом для других сайтов с подобными услугами.