Механические калькуляторы

    Создание первых механических счетных устройств связано с именами В.Шиккарда, Б.Паскаля и Г.Лейбница.
    Машина немецкого ученого Шиккарда, которую он построил в 1623 году, содержала суммирующее и множительное устройства, а также механизм для записи промежуточных результатов [1]. Первый блок — шестиразрядная суммирующая машина —  представлял собой соединение зубчатых передач. На каждой оси имелись шестерня с десятью зубцами и вспомогательное однозубое колесо — палец. Палец служил для того, чтобы передавать единицу в следующий разряд (поворачивать шестеренку на десятую часть полного оборота после того, как шестеренка предыдущего разряда сделает такой оборот). При вычитании шестеренки следовало вращать в обратную сторону. Контроль хода вычислений можно было вести с помощью специальных окошек, где появлялись цифры. Для перемножения использовалось устройство, чью главную часть составляли шесть осей с “навернутыми” на них таблицами умножения.
    В суммирующей машине знаменитого французского математика, физика, философа и писателя Паскаля, построенной в 1642 году [1—4], диски (колесики) с цифровыми делениями были механически связаны. Диск единиц был связан с диском десятков, диск десятков — с диском сотен и т.д. Если при повороте диск проходил через ноль, то следующий диск поворачивался на единицу “вперед”. Этот поворот, в свою очередь, мог вызвать поворот на единицу следующего диска (например, при прибавлении 1 к числу 99) и т.д.
    Главный недостаток суммирующей машины Паскаля заключался в неудобстве выполнения с ее помощью всех операций, кроме сложения. Первую машину, позволявшую легко производить не только сложение, но и умножение, построил в 1673 году выдающийся немецкий мыслитель Лейбниц. Механический калькулятор Лейбница выполнял сложение практически тем же способом, что и суммирующая машина Паскаля, но Лейбниц включил в конструкцию движущуюся часть (подвижную каретку) и ручку, с чьей помощью можно было крутить специальное колесо или — в более поздних вариантах машины — цилиндры, расположенные  внутри аппарата. Такой механизм с движущимся элементом позволил ускорить повторяющиеся операции сложения, необходимые для умножения. Само повторение тоже выполнялось автоматически. По сути дела, калькулятор осуществлял механическую имитацию известного школьного алгоритма “умножение в столбик” [2, 5].
    Значительно позже появился прибор, в котором впервые была достигнута автоматизация выполнения всех арифметических действий. Его изобрел крупнейший русский математик и механик П.Л. Чебышев. Арифмометр Чебышева состоял из двух основных частей: суммирующей машины, сконструированной в 1878 году, и приставки для умножения, появившейся примерно пятью годами позже [6, 7]. После установки множимого и множителя требовалось только вращать рукоятку, чьи повороты либо передавались на механизм переноса (как в обычном арифмометре), либо заставляли передвигаться на один разряд основной счетчик (суммирующую машину) относительно этого механизма. Для автоматизации всего процесса служил специальный управляющий регистр, на цифровых колесах которого устанавливался множитель. При умножении на цифру разряда единиц множителя установка колеса единиц управляющего регистра “уменьшалась” с каждым срабатыванием механизма переноса на единицу, пока не остазиции колесо, препятствовавшее ранее перемещению основного счетчика относительно механизма переноса, позволяло осуществить такое перемещение на один разряд, после чего обороты рукоятки передавались уже на колесо десятков счетчика управления и т.д.
    Автоматические арифмометры представляли собой устройства, производившие любые арифметические действия над заданными числами после их установки и нажатия клавиши требуемой операции. И первым таким устройством являлся арифмометр Чебышева. Следует подчеркнуть, что в счетном приборе, сконструированном Чебышевым, перенос единицы в следующий разряд осуществлялся постепенно, непрерывно [1], и этот принцип нашел широкое применение с появлением в арифмометрах электропривода [поскольку увеличилась скорость их работы и при дискретном (“прерывистом”) способе передачи неизбежно появлялись толчки, снижающие надежность машин].
    Одно из последних важных изобретений в области механической счетной техники сделал петербургский инженер В.Однер. Он сконструировал колесо с выдвигающимися зубцами [8] и построил счетное устройство на его основе. Вскоре стали появляться различные разновидности арифмометра Однера, одной из которых был широко распространенный у нас в свое время арифмометр “Феликс”. В первой четверти XX века арифмометры Однера являлись единственными широко применявшимися в России и за рубежом математическими машинами.

    Литература

    1. Печерский Ю.Н. Этюды о компьютерах. Кишинев: Штиница, 1989.
    2. Леонов А.Г., Четвергова О.В. История компьютеров // Информатика, № 35/98.
    3. Знакомьтесь: компьютер: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.
    4. Блез Паскаль // Информатика, № 5/2000.
    5. Готфрид Вильгельм Лейбниц // Информатика, № 8/2000.
    6. Вычислительные машины // Большая советская энциклопедия. 2-е изд. М.: Гл. науч. изд-во “Большая советская энциклопедия”, 1954. Т. 9.
    7. Пафнутий Львович Чебышев // Информатика, № 18/2000.
    8. Детская энциклопедия. М.: Изд-во Академии педагогических наук РСФСР, 1959. Т. 3.