От абака до компьютера

         

«ЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ СНАРЯД» ПОЧЕТНОГО..ГРАЖДАНИНА ГОРОДА БЕЛОСТОКА


У одного русского писателя есть рассказ о матема­тике-самоучке из маленького еврейского местечка, ко­торый изобрел дифференциальное исчисление и умер от огорчения, узнав о том, что до него это уже сделали Ньютон и Лейбниц...

Судьба Хаима-Зелика Слонимского оказалась сча­стливей. Слонимского, родившегося 19 марта 1810 года в Белостоке, с детства готовили к религиозной карьере, поэтому начальное образование он получил-в бет-гами-драше—молитвенном доме и школе для тех, кто гото­вился посвятить себя изучению талмуда. Около 17 лет Слонимский женился и жил в местечке Заблудово близ Белостока в доме тестя, обязавшегося содержать его и жену^в течение трех лет.

Однажды совершенно случайно Хаим-Зелик купил у разъезжего книготорговца книгу некоего Рафаила Га-новера под названием «Технут Гатомаим», то есть «Опи­сание неба, или Астрономия» (Амстердам, 1756). Он сразу же наткнулся на непонятные места в тексте кни­ги, которые автор не объяснял, ссылаясь на незнакомые геометрические теоремы и аксиомы. Потом он узнал, что у соседа есть книга о еврейском календаре, в ко­торой в качестве приложения сообщаются некоторые сведения по геометрии и тригонометрии. Ему удалось заполучить драгоценную книгу, но листы с чертежами оказались вырванными. Все же Хаим-Зелик смог по тек­сту восстановить чертежи и даже доказать некоторые теоремы по-своему.

Следующую книгу по астрономии Слонимский взял «на прокат» у одного жителя Белостока и вернул ее спустя две недели. Пораженный успехами юноши, вла­делец книги посоветовал ему немедленно заняться из­учением немецкого языка. Он познакомил Слонимского с основными грамматическими правилами, а затем от­пустил с «Алгеброй» Эйлера, которая должна была за­менить Хаиму-Зелику. и букварь, и учебник. Вернувшись домой, Слонимский начинает по ночам, дабы не навлечь на себя гнев набожного тестя, учить и алгебру, и язык. На освоение «Алгебры» Эйлера уходит 4 недели.

Вскоре Слонимский поступил на службу к бра­ту, который владел маленьким стекольным заводиком.


53

Впрочем, через некоторое время предприятие «лопнуло», и Хаим- Зелик открыл собственную торговлю, которой в основном занималась его жена. Слонимский же, прошед-•ший нелегкий «путь познания», уже определил для себя назначение в жизни — быть, говоря по-современному, пропагандистом знаний среди молодежи.

В качестве первого шага Слонимский составляет ру­ководство по математике — от арифметики до интеграль­ного исчисления. Сжатостью и формой изложения ру­ководство напоминало талмуд, и это ставило своей целью не оттолкнуть, а привлечь церковь. В 1834 году он приезжает в Вильно со своей книгой и получает благосклонные рецензии от тамошних раввинов. Однако денег на издание Не хватило, и свет увидела только часть книги, касающаяся алгебры. С трудом компенси­ровав выручкой от продажи руководства затраты на его издание, без единого гроша возвращается Слонимский в Заблудово.

В следующем г'оду ему предоставляется удобный по­вод для пропаганды научных знаний: в связи с появле­нием кометы Галлея среди населения города ходили слухи о близком конце света, и Слонимский решил вы­ступить с сочинением, разъясняющим суть небесных явлений.

Книга Слонимского представляла собой по существу общедоступный очерк развития астрономии, и лишь в самом ее конце автор приводил сведения о кометах, условиях их появления, орбитах и т. д. Учитыв-ая на­строения читательской аудитории, Слонимский вынуж­ден был уделить много места доказательству совмести­мости теории Коперника с религиозными догматами.

«Звезда с хвостом» — так называлась книга Слоним­ского — имела большой успех и много раз переиздава­лась, а автор ее был тем временем занят составлением новой книги, на этот раз популярного руководства по астрономии. В ней Слонимский решил привести, в част­ности, результаты своих собственных исследований, касающихся способов вычислений дат затмений и по­строения еврейского календаря, весьма запутанного и сложного. Для издания книги он. едет в^ Варшаву, где знакомится с директором варшавской обсерватории Фр.


Арминским. Профессор Арминский не только напи­сал предисловие к руководству (оно вышло в свет в 1838 году), но и ходатайствовал об освобождении Сло-

54

нимского из-под ареста: дело в том, что каждый иного­ родний еврей должен был платить за день пребывания в Варшаве 20 грошей, а у Слонимского даже таких денег не было, и он попал в каталажку...

Поездка в Варшаву имела большое значение для Слонимского: здесь он познакомился с Авраамом Штер­ном, членом варшавского «Общества друзей науки», дочь которого в 1842 году стала женой Хаима-Зелика.

Штерн был известен как автор счетной машины, которую он демонстрировал в салоне князя Михаила Радзивилла самодержцу российскому Александру I. Штерн ко времени появления Слонимского в его доме задумал новую «числительную машину», но умер, не осуществив своего замысла.

Переезд Слонимского в Варшаву избавил его от мелочной опеки религиозных родственников в богоспа­саемом Заблудове и позволил полностью посвятить себя занятиям наукой. На правах наследника Штерна он решает окончить задуманную им машину и некоторое время занимается ею, впрочем без особого успеха.

Слонимский интересовался счетными машинами и ранее. В 1843 году, когда он отважился на поездку в Берлин, у него уже имелась оригинальная числитель­ная машина, предназначавшаяся для умножения и де­ления целых чисел и извлечения корней; машина осно­вывалась на теореме теории чисел, сформулированной и доказанной самим Слонимским.

В Берлине Слонимский знакомится со многими из­вестными математиками, астрономами и естествоиспы­тателями. Свою машину он демонстрирует 12 августа 1844 года перед членами Берлинской академии наук и получает похвальные отзывы таких ученых, как Карл Якоби, Август Крелле, Фридрих Бессель, Иоганн Янке, Александр Гумбольдт. Последний, кроме того, снабжает Слонимского письмом к прусскому королю Фридриху

Вильгельму IV.

Из Берлина Слонимский направляется в Кенигсберг, где находился в то время король, и, продемонстрировав свою машину, получает некоторую сумму денег и реко­мендательные письма в Петербург.


Но перед тем как попасть в столицу государства российского, Слонимский вынужден был в ожидании паспортов несколько месяцев обивать пороги канцелярии наместника — маршала Пас-кевича. Наконец он оказывается в Петербурге, где обра-

S5

щается со своими рекомендательными письмами к ми­нистру народного просвещения и президенту Академии наук С. С. Уварову. По предложению Уварова физико-математическое отделение академии на своем заседании 4 апреля 1845 года заслушало Слонимского, демонстри­ровавшего. прибор и пояснявшего его работу. Отделение поручило академику В. Я. Буняковскому и секретарю академии П. Н. Фуссу рассмотреть это изобретение и дать о нем письменный отзыв.

Высоко оценивая работу Слонимского, Буняковский и Фусс ходатайствовали о награждении его Демидов­ской премией 2-й степени. «Они убеждены,— говорилось в отзыве,— что этот молодой и скромный математик, из­вестный уже и некоторыми другими своими трудами, 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, отры-вающею его на каждом шагу от занятий умственных».

Премия размером в 2500 рублей была присуждена Слонимскому на чрезвычайном Демидовском собрании 17 апреля 1845 года, а еще через некоторое время в Петербурге вышла брошюра «Описание нового числи­тельного инструмента Слонимского».

Помимо «числительного инструмента», Слонимский привез в Петербург более скромное изобретение, о кото­ром в отзыве Фусса и Буняковского говорилось: «...Кро­ме главного инструмента г. Слонимский представил сна­ряд для сложения и вычитания, он очень прост и удобен на практике...»

«Снаряд для сложения и вычитания» был суммирую­щей машиной, на которую 24 ноября 1845 года Слоним­скому был выдан патент.

Машина имела несколько 24-зубых колес одинакового диаметра, сделанных из тонких металлических пластинок. Колеса были на­сажены на параллельные оси и вращались с помощью ведущего штифта—для этого он вставлялся в одно из отверстий, располо­женных по окружности колеса.


Часть этой окружности зачернена, и ближе к центру по дуге нанесены цифры 0, 1, ..., 9 (рис. 25).

Колеса вырезаны по окружности до половины своей толщины, это сделано для того, чтобы та часть колеса, где написаны цифры, находилась выше, нежели край того же колеса. Колеса располо­жены так, что'своими вырезанными краями лежат одно над другим, причем одно колесо обращено выпуклой стороной вверх, а другое, смежное с ним,— вниз. Поэтому, как сказано в патенте Слонимско­го, «все колеса лежат в одинаковой вышине». Они свободно, не

56

"задевая друг друга, вращаются на своих осях, причем отверстия одного колеса всегда находятся между зубьями смежного.

В верхней крышке машины сделаны 4 полукруглых выреза ав, ':срез которые видны отверстия в колесах. Под вырезами находится круговая шкала с цифрами от 1 до 9. Наконец круги А—О пред­ставляют собой окошкп, в которых при вращении колес показывают­ся имеющиеся на них цифры (рис. 26).

Число вводится в машину поразрядно. Для этого необходимо гставнть штифт в отверстие, находящееся против заданной цифры ил шкале под вырезом, и повернуть колесо вправо (к торцу б), если отверстие расположено на светлой части окружности, и влево (к тор­цу а), если—на зачерненном. Поворот осуществляется до тех пор, пока штифт не упрется в торец выреза. Если сумма складываемых цифр в любом разряде меньше 9, то штифт всегда попадает в одно •1з отверстий на светлой части окружности. В других случаях его надо было ставить в отверстие на черной части, и он при своем движении обязательно доходил до одного из зубьев колеса старше­го разряда и повбрачивал его на один шаг — иначе говоря, осуще­ствлял передачу десятков.

Важно заметить, что если одно из окошек А, В, С, D,

например В, содержит число 9, а мы должны повернуть к торцу а следующее колесо С, заставляя, таким образом, колесо В продвинуться на один зуб вперед, то в окошке В никакого числа не покажется, ибо за цифрой 9 на колесе ничего не следует. Для получения правильного результата в этом случае необходимо предварительно повернуть к чорцу а колесо В, вставив штифт в отверстие у торца Ь; этим дейст­вием мы прибавим 1 к числу в окошке А и заставим нуль появиться в окошке В.



Конструкция машины Слонимского допускает самопроверку вы­числений: всякий раз, когда одно из колес поворачивается вычислите­лем не так, в окошке не будет видно никакой цифры, что является указанием на ошибку.

Обратная сторона каждого колеса, а также нижняя крышка ма­шины предназначены для выполнения операции вычитания. Здесь все знаки нанесены так же, но «с точностью до наоборот», и поэто­му вычитание выполняется аналогично сложению. »

«Снаряд для сложения и вычитания» Слонимского — одна из наиболее простых и остроумных суммирующих машин. Она в какой-то степени перекликается с изобре­тением Клода Перро, но значительно проще, чем рабдо-логический абак. В машине Перро «узким местом» был механизм передачи десятков, в машине же Слонимско­го этот узел вообще отсутствует, поскольку перенос осу­ществляется движением ведущего штифта.

Демидовская премия освободила Слонимского на не­которое время от забот о куске хлеба. Он переезжает в тихий польский городок Томашев, где занимается на­учными изысканиями. Ряд его изобретений того времени относится к самым разнообразным областям техники. Так, в 1849 году он получает патент на «Усовершенство-

57

вание паровой машины, при котором сила пара сооб­щала бы непосредственное круговращательное движе­ние», а в 1858 году предлагает схему телеграфной свя­зи, позволяющую одновременно вести две передачи и два приема и получившую впоследствии название-«квад­руплекса». Слонимский обратился в главное управление путей сообщения за средствами для практического вне­дрения своей схемы, но получил отказ. А примерно че­рез. 30 лет великий американец Томас Альва Эдисон вновь изобрел «квадруплексную связь».

В 1858 году в связи с празднованием 90-летия Алек­сандра Гумбольдта Слонимский снова едет в Берлин, где преподносит юбиляру его рукописную биографию. В Берлине же Слонимский начинает издавать научно-популярную газету «Гацифиро» («Рассвет»). Впослед­ствии он переносит издание газеты в Варшаву и до са­мой своей смерти, наступившей в 1904 году, продолжает оставаться ее редактором и основным автором.



« Числительный снаряд» Слонимского не получил рас­пространения в России потому, вероятно, что не нашлось предпринимателя, который взялся бы за его промыш­ленное изготовление. Такая же судьба постигла и «ариф­метический прибор» петербургского учителя музыки Кум-мера (однофамильца известного математика).

Идея этого прибора заимствована изобретателем у Слонимского, однако Куммер использовал вместо зуб­чатых колес кремальеры (точно так же, как это сделал в свое время Клод Перро), что еще в большей степени упростило работу и конструкцию прибора.

Вряд ли изобретения Слонимского и Куммера, будь они даже «приняты к производству», выдержали бы кон­куренцию с русскими счетами. Однако за границей идея Слонимского — Куммера была подхвачена многими изо­бретателями. Так, в 1891 году во Франции появляется арифмограф Тронсе, лишь несколько видоизмененный по сравнению с прибором Куммера, в следующему го­ду — прибор Эггиса и т. д.

Интересно, что в 1949 году артель «Музремонт» в Днепропетровске выпустила счетную машину «Про­гресс», которая в принципе ничем we отличалась от прибора Куммера. В отзыве авторитетной комиссии, да­вавшей оценку машине, говорилось: «Машина может быть полезна инженерам-проектировщикам, научным ра­ботникам, студентам вузов и счетным работникам, т. к.

58

она в очень значительной степени облегчает расчетную работу и дает в результате точное значение сумма...» Прекрасный отзыв для изобретения столетней дав­ности!

«подводя итоги...»

...200-летней истории развития суммирующих машин, попробуем выяснить, почему эти машины не получили широкого распространения в вычислительной практике и, изготовленные в одном или нескольких экземплярах, остались курьезами, свидетельствующими лишь об изо­бретательности их авторов.

Причин много, частных и общих. Наиболее суще­ственные две.

История технических открытий и изобретений с пер­вого взгляда кажется цепью случайных озарений, ре­зультатом усилий гениальных одиночек, творящих по



внутреннему побуждению.

Но это только с первого взгляда. Кроме внутреннего побуждения гениальных или просто т-алантливых изо­бретателей, есть еще потребности общественного раз­вития. Они-то и определяют в конечном счете судьбу технического изобретения. Нужны материальные пред­посылки и соответствующие социально-экономические условия, чтобы техническая новинка получила «права гражданства». Для суммирующих машин таких пред­посылок,' по сути дела, не было ни в XVII, ни в XVIII, ни даже в первой половине IX века. Эти века вполне обходились существовавшими средствами и методами

счета.

Не было тогда и соответствующих материально-тех­нических условий для полной реализации идеи механи­зации и автоматизации счета. Отсюда серьезные кон­структивные недостатки машин.

Ввод чисел и выполнение операций в старых маши­нах были медленными процессами, которым трудно было конкурировать с устным счетом профессиональных вы­числителей вроде кассиров, и т. п. Правильность уста­новки (ввода) последующих слагаемыхнельзя было про­контролировать. Наконец механизмы передачи десятков у всех суммирующих машин страдали серьезным 'недо­статком, суть которого можно пояснить следующим при­мером.

59

Пусть требуется выполнить на машине Паскаля сло­жение 19997 + 6. Установив первое слагаемое, повернем колесо единиц на 6 делений. Пока мы будем проходить положения, соответствующие цифрам 8 и 9, поворот осуществляется при определенном усилии. При перехо­де же от 9 к О вычислителю придется поворачивать не одно колесо, а сразу 5! При этот происходит повышение сопротивления механизма и приходится увеличивать уси­лие. После окончания переноса сопротивление вновь па­дает. При таких скачках сопротивления работа меха­низма получается неравномерной. Это усугубляет неже­лательное явление, известное в технике под названием «мертвый ход», или «люфт»: зубчатое колесо разряда единиц должно повернуться на некоторый угол прежде, чем его вращение будет передано колесу десятков.



«Мертвые ходы» в счетном механизме были след­ ствием не только износа зубьев под действием перемен­ных усилий, но и низкой точности изготовления колес. Здесь мы сталкиваемся еще с одной важной причиной ограниченного распространения счетных машин — отсут­ствием технологической базы для развития счетной тех--ники.

Норберт Вянер в книге «Кибернетика и общество», говоря о Паскале как о создателе арифмометра, под­черкивал, что «техника, воплощенная в автоматах его времени, была техникой часовых механизмов».

Что же это была за техника?

Механические часы впервые * были описаны в сред­невековом трактате «Libros dis Saber Astronomia», со­ставленном в 1276—1277 годах испанскими учеными для короля Кастилии Альфонса Мудрого. Уже в «Боже­ственной комедии» Данте, написанной между 1307 и 1321 годами, мы встречаем такие строки:

И как в часах, колеса с их прибором Так движутся, что чуть ползет одно, ' Другое же летает перед взором...

В первых механических часах широко применялись корончатые и цевочные колеса, известные еще в древ­ности. Корончатое колесо представляет собой плоскую круговую полоску, на которой на одинаковом угловом

* Существует мнение, оспариваемое, впрочем, многими истори­ками, что автором первых механических часов был уже знакомый нам Герберт Орильякский.

60

расстоянии друг от друга закреплены небольшие шты­ри; цевочное колесо состоит из цилиндров, укрепленных между двумя плоскими дисками.

В часах XV и особенно XVI века, кроме корончатых и цевочных колес, все шире встречаются шестерни, зуб­чатые рейки и колеса с треугольной, прямоугольной и трапециевидной формой зубьев. Тогда же возникает за­дача о выборе такой формы зуба, которая обеспечила бы долговечность колес и их непрерывный контакт при ми­нимальном трении. Это было особенно важно конструк­торам машин, в которых зубчатые колеса использова­лись для передачи механической мощности (например, в мельницах) и устройств, где точность и стабильность зацепления были условиями надежной работы (напри­мер, в счетных механизмах).



Распространение получили две формы зубьев — эпи-циклоидальная и эвольвентная. Эпициклоидой называ­ется кривая, образованная точкой на окружности, пере­катывающейся по внешней стороне неподвижного круга. Ее открыл в 1525 году художник и математик Альбрехт Дюрер. Спустя 125 лет появились первые .зубчатые ко­леса с эпициклоидальным профилем зуба, предложенные и изготовленные французским математиком и инженером Жюлем Дезаргом (1593—1661), а в 1694 году был вы­полнен первый математический анализ эпициклоидаль-ного зацепления. Однако лишь в первой четверти XIX сто­летия точные методы расчета таких зацеплений стали достоянием инженеров-практиков.

История эвольвентного зацепления еще короче. Эволь­вента — частный случай эпициклоиды, то есть когда об­разующая окружность перекатывается по кругу беско­нечно большого радиуса, практически по прямой линии. Зацепление это было предложено в 1754 году великим математиком Леонардом Эйлером.

Одновременно с развитием теории совершенствова­лась практика изготовлений зубчатых колес, и в XIX сто­летии соединение теории и практики зубонарезания привело к созданию Джеймсом Уайтом, Джеймсом Фоксом и Джозефом Уайтвортом первых зубонарезных станков.

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 обеспе-

61

чить 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.

«О, ЭТИХ КЛАВИШ СТРОИ БЛЕСТЯЩИЙ...»

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.

62

Первая попытка создания подобной машины при­надлежит американцу Томасу Хиллу и относится в 1857 году.

Машина Хилла (рис. 29) была двухразрядной и в каждом раз­ряде имела по 9 расположенных вертикальными колонками клавиш * и по храповому колесу. 63 зуба этого колеса были последовательно разделены на 7 групп, и зубья каждой группы были пронумерованы по периферии большими и малыми цифрами 1, 2, ..., 9. Большие циф­ры располагались в порядке возрастания и использовались при вы­полнении сложения, малые были нанесены в обратном порядке и были необходимы при выполнении вычитания.


Цифры наблюдались в окошке, сделанном в корпусе машины.

С зубьями храпового колеса находилась в постоянном зацепле­нии подпружиненная собачка и, которая свободно поворачивалась на оси, расположенной на свободном конце рычага -Е. В свою оче­редь этот рычаг вращался вокруг оси, закрепленной в передней час­ти корпуса машины, и удерживался в верхнем, исходном, положении пружинами f. Над ним располагалась колонка клавиш, стержни ко­торых проходили через верхнюю крышку внутрь машины и касались рычага. При нажатии клавиши рычаг поворачивался и собачка Ь увлекала за собой храповое колесо, которое после отпускания кла­виши удерживалось в новом положении другой собачкой R, находя­щейся в верхней части машины. Угол поворота рычага определялся «ценой» нажатой клавиши.

Машина Хилла имела некоторый успех и была вы­ставлена в Национальном музее в Вашингтоне, однако серьезные конструктивные недостатки, не говоря уже о малой разрядности, помешали ее дальнейшему рас­пространению.

Первая по-настоящему более или менее пригодная

многоразрядная клавишная суммирующая машина была создана лишь в середине 80-х годов прошлого столетия. В 1884 году 24-летний металлист Юджин Дорр Фельт, наблюдая за работой привода строгального станка, вы­полненного в виде храпового механизма, пришел к мысли о создании счетной машины, в которой аналогичный механизм играл бы главную роль.

Впоследствии Фельт вспоминал:

«Накануне Дня Благодарения 1884 года я решил использовать выходной для изготовления деревянной мо­дели машины. Я отправился к бакалейщику и выбрал ящик, который, как мне казалось, был вполне подхо­дящим для корпуса машины. Это был ящик из-под ма­карон. Для клавишей я раздобыл у мясника, чья лавка

* На рис. 29 ради наглядности показаны лишь 6 клавиш в каж­дом разряде.

63

была за углом, несколько шампуров, а у скобянщика достал скобы, которые должны были сыграть роль направляющих для клавишных стержней; в качестве пружин  я намеревался  использовать эластичные ленты.



В День Благодарения я встал пораньше и принялся за работу. У меня были кое-какие инструменты, но в основном я пользовался ножом. Вскоре, однако, я убе­дился, что для изготовления некоторых деталей мои инструменты не подходят. Наступила ночь, и я увидел, что модель, которую я собирался сделать, еще далека от завершения. .Но в конце концов я изготовил недо­стающие детали из металла и в первые дни нового 1885 года закончил модель».

Около двух лет ушло у Фельта на то, чтобы от де­ревянной модели перейти к пригодному образцу счетной машины. Начиная с конца 1886 года по сентябрь 1887 го­да он за свой счет изготовил 8 машин. Пытаясь найти им коммерческий сбыт, фельт демонстрирует их в Ва­шингтоне в министерстве финансов и в нью-йоркском бюро погоды. Видимо, демонстрации имели успех, по­скольку 8 ноября 18&7 года Фельт вместе с чикагским бизнесменом Робертом Таррантом организует компанию по производству счетной клавишной машины, получив­шей торговое наименование «Комптометр».

Машина Фельта имела много общего с машиной Хилла. В «Комптометре», как и в машинах Хилла, над верхней крышкой было расположено несколько верти­кальных рядов клавиш, укрепленных на длинных стерж­нях, 'которые проходили через крышку внутрь машины.

Нажимая на клавишу, вычислитель заставлял ее стержень повер,-нуть рычаг L, связанный с рейкой Р, которая, в свою очередь, по­стоянно зацеплена с шестеренкой М. Всех рычагов в машине столько, сколько в вертикальных рядах клавиш, и все 9 клавиш одного раз­ряда действовали на рычаг L. Рейка Р в исходном положении на­ходится вверху, так как рычаг L оттягивается пружиной В. При на­жатии на клавишу зубчатая рейка повернет на соответствующее чис­ло зубьев шестеренку М

(рис. 31).

При опускании клавиши рычаг под действием пружины вернется в исходное положение, а вместе с ним вернутся в это положение рейка и шестеренка.

На шестеренке укреплена собачка храпового механизма, зубча­тое.колесо которого неразъемно соединено с цифровым роликом, на­саженным на ту же ось, что и шестеренка.



С поворотом шестеренки собачка повернет колесо вместе с ро­ликом, и в окне перед вычислителем пройдут соответствующие циф­ры. Когда шестеренка совершает возвратное движение, собачка про-

64

скальзывает по зубьям храпового колеса, и цифровой ролик остается неподвижным.

Операция вычитания выполнялась как сложение с дополнитель­ным к вычитаемому числом, для этого нажимались клавиши с малень­кими цифрами во всех разрядах, начиная с левого и до первой значащей цифры вычитаемого, за этими нулями на малых цифрах уста­навливалось число, у которого в последнем разряде было на едини­цу меньше, чем в данном вычитаемом. Операции умножения и деле­ния выполнялись как последовательные сложения и вычитания соот­ветственно.

Механизм передачи десятков «Комптометра» состоял из рычага с собачкой, свободно вращавшейся на его свободном конце, и пру­жины, игравшей роль аккумулятора энергии. Собачка взаимодей­ствовала со штырьками, укрепленными по периметру боковой сторо­ны-цифрового ролика старшего разряда и образовавшими коронча­тое колесо наподобие того, какое было в машине Паскаля. С левой стороны каждого ролика (кроме ролика самого старшего разряда) крепился эвольвентный кулачок, по которому при вращении несущей оси перекатывалось плечо рычаса переноса, все сильнее натягивая пру­жину. Повороту ролика от 9 к 0 соответствовал переход рычага через наивысшую точку профиля кулачка, при этом рычаг падал, собачка освобождалась и, упираясь в один из штырей, проталкивала циф­ровой ролик старшего разряда на один шаг вперед. --

Чтобы избежать ошибочного поворота цифрового ролика при сильном ударе по клавише, Фельт снабдил каждый ролик механиз­мом,' который связывал во время работы клавишу с ее клавишным рычагом L. Этот механизм содержал подпружиненный стопорный ры­чаг / (аналогичный рычагу Н в машине Паскаля), свободный конец которого оканчивался зубом в виде топорика, и другой рычаг <?, находившийся ниже клавишных стержней и связанный с первым си­стемой тяг.


Рычаг G расположен так, что после поворота цифрового ролика на угол, определенный «ценой» клавиши, ее стержень натал­кивался на рычаг, и тяги заставляли топорик стопорного рычага упасть между двумя соседними штырями на боковой стороне роли­ка: счетный механизм данного разряда останавливался.

Таким образом, клавишный рычаг L никогда не мог под воздей­ствием сил инерции «перегнать» соответствующий ролик и внести ошибку в вычисления.

Машина Фельта имела ряд недостатков, в частности, нельзя было проконтролировать правильность ввода, у нее отсутствовал печатающий механизм. Правда, изо­бретатель пытался устранить эти недостатки и в конце 80-х годов создал несколько счетно-печатающих машин, но популярностью они не пользовались.

Уильям Бэрроуз начал работать над счетной машиной в 1884 году, он шел своим путем и успеха добился позд­нее. Его жизнь — прекрасный материал для Голливуда:

в ней было и голодное детство, и безрадостный утоми­тельный труд, и раннее тяжелое заболевание, и одержи­мость мечты, и каждодневная работа . ради ее осу­ществления, связанная с лишениями и унижениями,



3 2405



65

и, наконец, успех, слава и богатство—у вы F — слишком поздние.

Бэрроуз родился 28 января 1857 года в городке Р&-честер (штат Нью-Йорк). Его отец—неудачливый ме­ханик, в поисках заработка он скитался с семьей по всей Америке, пока, наконец, не осел в другом малень­ком городишке того же штата — Оберне. Здесь Уильям некоторое время посещал начальную шкблу, а затем был отдан учеником бухгалтера в местный банк. Душ­ные банковские клетушки и пятилетнее корпение над колонками цифр расшатали его здоровье. Он заболел туберкулезом и, оставив по совету врача бухгалтерскую работу, переехал в 1882 году в Сен-Луие, где устроился механиком ремонтной мастерской.

' Бэрроуз отлично понимал, перспективность машин, облегчавших однообразные утомительные вычисления. После переезда в Сен-Луис он начинает размышлять над машиной, которая позволила бы печатать исходные числа, суммировать (или вычитать), их и печатать ре­зультат вычисления, допуская контроль ввода исходных



данных.

Барроузу удалось заинтересовать будущими барыша­ ми хозяина мастерской Джозефа Бойера и Томаса Мет-калфа, местного фабриканта. Сообща оив собрали 700 долларов, и Бэрроуз начал работу. Однако денег хва­тило ненадолго — материалы и инструменты стоили до­роже, чем полагал изобретатель, да к тому же первая модель машины оказалась неудачной. Меценаты замет­но охладели, и деньги на новую модель ему пришлось выпрашивать у нового покровителя — предпринимателя Р. М. Скраггса. Однако и вторая модель оказалась не­удачной. Бэрроуз изготовляет третью модель и,

посколь­ку она кажется ему окончательным вариантом, делает сразу несколько экземпляров машины. Но и здесь его постигло разочарование: попытки обучить других работе на машине терпели неудачу — слишком сильный или слишком слабый удар по клавишам нарушал ее нор­мальную работу.

Такая цепь неудач могла остановить кого угодно, но только не Бэрроуза. Бедствуя, а иногда и голодая, он тем не менее не терял уверенности в конечном успехе своего предприятия. В конце 188S года Бэрроуз закан­чивает работу над машиной, и 2^1 ' января 1886 года Т. Меткалф, Р. М. Скраггс, У. Бэрроуз и X. Пай (еще

W

один местный -предприниматель) организуют Американ­скую компанию арифмометров — одну из первых в мире фирм по производству счетных машин.

Дела у новорожденной компании пошли так успеш­но, что вскоре Бэрроуз из беднякя превратился в со­стоятельного бизнесмена. Но богатство и слава пришли слишком поздно—14 сентября 1898 года в возрасте 41 года Уильям Бэрроуз умер. На его могиле написано:

«Здесь покоится человек, который был благородным в бедности, скромным в богатстве и великим в своих де­лах на благо человечества». В наши дни корпорация «Бэрроуз» — один из крупнейших в мире производите­лей ЭВМ.

В отличие от «Комптометра» машина Бэрроуза яв­ляется двухтактной: в первом такте осуществляется уста­новка числа клавишами, во втором — движением при­водного рычага установленное число переносится на счетчик.


Таким образом, клавиши здесь не имеют отно­шения к действию машины и остаются в опущенном по­ложении с момента установки числа. Поэтому можно непосредственно произвести контроль ввода и в случае необходимости исправить ошибку.

Ввод числа приводит-к изменению в положении элементов ма­шины. 'Нажатием клавиши поворачивается один из двуплечих рычаж­ков а. К другому плечу рычажка прикреплена проволочная тяга &, которая своим свободным концом с,. загнутым под прямым углом к плоскости чертежа, входит в зубья неподвижного «направляющего» сектора d. В момент нажатия клавиши загнутый конец тяги глубже входит в промежуток между зубьями d

и становится на пути следо­вания выступающего хвоста k на подвижном зубчатом секторе g. Одновременно с этим двуплечий рычажок отодвигает планку г; эта планка своим загнутым концом освобождает защелку f, в силу чего сектор g, который защелка ранее удерживала в верхнем положении, получает возможность вращаться вокруг оси h.

После установки числа приводной рычаг п.

отпускают, и пружи­на возвращает его в исходное положение. При движении рычага «вперед» падает вниз поперечная планка г, которая ранее лежала не­посредственно под секторами g и удерживала их в верхнем положе­нии. При этом начинают опускаться вниз те секторы, у которых за­щелка f была отодвинута действием клавиш;' однако зубчатые колеса с цифровыми роликами (' еще не входят в зацепление с этими секто­рами. Поэтому они движутся вниз свободно до тех пор, пока хвост сектора g не ударится о загнутые концы проволочных тяг Ь. Следо­вательно, сектор g повернется на угол, пропорциональный «цене» прижатой клавиши в данном разряде. Очевидно, на такой же угол повернется и наглухо скрепленный с ним сектор g^, на внешней по­верхности которого закреплен цифропечатающий шрифт (, и соответ­ствующая цифра встанет на линии печати против красящей ленты и валика с бумагой т (рис. 32).



З*



67

Аналогичным образом действуют механизмы и других разрядов, каждому из которых соответствуют свои секторы g — gi, располо­женные один подле другого на оси А.



' Когда процесс завершится, молоточки О освобождаются от удер­ живающих их пружин; они ударяют по шрифтам, находящимся на линии печати, и прижимают их к бумаге, фиксируя на ней вводимое число. Кроме того, зубчатые колеса с роликами i, совершающие ка-чательные движения вокруг оси р, входят в зацепление с зубчатыми секторами g.

При отпускании рычага п планка г возвращается под действием пружин в свое первоначальное положение, поднимая все опустившие­ся секторы. Очевидно, что каждый из них поднимается на столько зубьев, на сколько он перед этим опустился, и на соответствующий угол повернется цифровой ролик t. Следовательно, вводимое число перенесется-ла 'счетчик.

К концу обратного движения рычага клавиши снова освобож­даются и возвращаются пружинами в нормальное положение. Точно так же производится ввод второго слагаемого,- и на цифровых роли­ках появляется результат суммирования, который будет тоже отпе­чатан на бумажной ленте. В основе выполнения других арифметиче­ских операций лежит операция суммирования, поэтому мы не будем их рассматривать.

В дальнейшем машина Бэрроуза неоднократно под­вергалась модификации и усовершенствованию. Расши­рился, например, ассортимент выполняемых на машине операций, в частности появились операции «Печатание без сложения», «Сложение без печати», «Поперечное сложение», «Печатание списков и таблиц» и т. д. Впо­следствии приводной рычаг был заменен электрическим двигателем.

И «Комптометр» и машина Бэрроуза — наиболее яр­кие представители суммирующих машин, получивших особо широкое.распространение в первой половине на­шего столетия. Начиная с 50-х годов в клавишных ма­шинах стали использовать электропривод, а затем и электронику.

СЧЕТНЫЙ УНИВЕРСАЛ

Недостойно одаренному человеку тратить, подоб­но рабу, часы на вычисления, которые безуслов­но можно было бы доверить любому лицу, если бы при этом применить машину.

Г. В. ЛЕЙБНИЦ (1646—1717)



У

Вы 365 на

множение сводится к трем операциям: 1) по­лучению кратного множимого, 2) сдвиг кратных множимых на- один или несколько разрядов, 3) суммирование.



легко убедитесь в этом, помножив, например, 132. Вы сделаете это так, как вас учили в школе:



.,365 Х132

730 1095 365 48180



365 132



или



365 365 365 365 365 365 48180

Чтобы эти операции могла сделать машина, она должна иметь: устройство ввода данных, в котором уста­навливается множимое; устройство для сдвига введен­ного числа влево; основной счетчик, в котором вы­полняется последовательное суммирование; вспомога­тельный счетчик, осуществляющий подсчет количества выполненных сложений.

В принципе любая из описанных в предыдущей гла­ве суммирующих машин может произвести умножение, но поскольку в них слагаемое вводится каждый раз заново (машины не имеют вспомогательного счетчика и устройства сдвига), использовать их, для выполнения этой арифметический операции крайне трудно.

Легко понять гордость Лейбница, Писавшего почти 300 лет назад Томасу Бернету: «Мне посчастливилось

69

построить такую арифметическою

машину,
которая со­вершенно отлична от машины Паскаля, поскольку дает возможность мгновенно выполнять умножение и деление над огромными числами...»

Арифметическая машина Лейбница была первым в мире арифмометром—машиной, предназначенной для выполнения четырех действий арифметики.

За три столетия в различных странах мира' было создано громадное количество арифмометров, самых по­пулярных из семейства счетных машин. К сожалению, рамки книги не позволяют нам дать развернутую их историю. В наш обзор, в частности, не попадает ориги­нальный арифмометр великого русского математика и механика Пафнутия Львовича Чебышева, в котором передача десятков осуществлялась не дискретно, а плав­но, примерно так же, как в современных электрических счетчиках.

Мы рассмотрим лишь арифмометры, действие кото­рых основано на принципах ступенчатого валика (ва­лика Лейбница), зубчатого колеса с переменным числом зубьев (колеса Однера) и принципе переменного пути зубчатки.


Содержание раздела