Арифмометр - от греческого "Arithmós" (число) и "Metr" (измерять). В наиболее общем определении арифмометр - это механическая вычислительная машина, предназначенная для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания
Общее описание арифмометров
Чаще всего арифмометры были настольные или «наколенные» (как современные ноутбуки), изредка встречались карманные модели (Curta). Этим они отличались от больших напольных вычислительных машин, таких как табуляторы или механические компьютеры.
Числа вводится в арифмометр, преобразуются и передаются пользователю (выводятся в окнах счётчиков или печатаются на ленте) с использованием только механических устройств. При этом арифмометр может использовать исключительно механический привод (то есть для работы на них надо постоянно крутить ручку. Этот примитивный вариант используется, например, в ) или производить часть операций с использованием электромотора (Наиболее совершенные арифмометры — вычислительные автоматы, например , почти при любой операции используют электромотор).
Арифмометры являются цифровыми (а не аналоговыми, как например логарифмическая линейка) устройствами. Поэтому результат вычисления не зависит от погрешности считывания и является абсолютно точным.
Арифмометры предназначены в первую очередь для умножения и деления. Поэтому почти у всех арифмометров есть устройство, отображающее количество сложений и вычитаний — счётчик оборотов (так как умножение и деление чаще всего реализовано как последовательное сложение и вычитание; подробнее — см. ниже).
Арифмометры могут выполнять сложение и вычитание. Но на примитивных рычажных моделях (например, на ) эти операции выполняются очень медленно — быстрее, чем умножение и деление, но заметно медленнее, чем на простейших суммирующих машинах или даже вручную.
При работе на арифмометре порядок действий всегда задаётся вручную — непосредственно перед каждой операцией следует нажать соответствующую клавишу или повернуть соответствующий рычаг. Это особенность арифмометра не включается в определение, так как программируемых аналогов арифмометров практически не существовало.
История создания арифмометров
Прародителями этого вида устройств стали обычные механические часы, появившиеся еще в XI веке. По преданию их создателем стал монах Герберт Аурельком.
Почти три столетия талантливые ученые, инженеры и конструкторы создавали механические счетные машины, облегчающие выполнение четырех математических действий. Названные в начале прошлого столетия арифмометрами, они оставались самыми популярными математическими машинами в различных сферах деятельности человека до середины ХХ в.
К началу ХIХ в. с развитием промышленности и торговли, расширением финансовых операций все острее ощущалась потребность в быстрых и точных расчетах. Единичные авторские экземпляры не могли удовлетворить всевозрастающий спрос на вычислительную технику.
Впервые в мире промышленное производство счетных машин организовал талантливый инженер и предприниматель из небольшого городка Кольмар в Эльзасе Карл Ксавье Томас (1785–1870) — основатель и руководитель двух парижских страховых обществ с лирическими названиями «Феникс» и «Солейль» (Солнце). Ему пришла в голову великолепная идея: построить счетную машину, взвалить на ее плечи все необходимые расчеты. Тогда появится возможность значительно сократить количество служащих в страховых обществах и увеличить доходы во много раз.
В 1818 г. К. Томас, воспользовавшись идеями знаменитого немецкого ученого Готфрида Лейбница (1646–1716), изобрел счетную машину для выполнения четырех арифметических действий и назвал ее арифмометром.
В машине Г. Лейбница следует отметить два блестящих решения: использование ступенчатых валиков для установки чисел и передачи десятков, которые впоследствии получили название «ступенчатых валиков Лейбница», а также разделение машины на подвижную и неподвижную части, обеспечивающие возможность умножения многозначных чисел.
Основу конструкции арифмометра К. Томаса составили ступенчатые валики Г. Лейбница. Одному разряду соответствовал один ступенчатый валик. Против каждого валика находилась установочная зубчатка, которая могла двигаться вдоль четырехгранной оси с помощью ползуна, заканчивающегося на лицевой панели кнопкой. При установке чисел кнопка свободно передвигалась по прорезям-разрядам, тем самым передвигая установочную зубчатку по оси до ее совпадения с нужной цифрой. Вращая с помощью рукоятки ступенчатые валики, зубчатка входит в зацепление с соответствующим числом ступенек на валике и поворачивает его на тот или иной угол. На осях находятся промежуточные шестерни, которые передают это вращение цифровому колесу счетчика.
Кроме ступенчатых валиков К. Томас применил в своей машине еще одну идею Г. Лейбница: подвижную каретку, которая позволяла умножать и делить числа методом многократного поразрядного сложения или вычитания.
Принципиальное конструктивное отличие арифмометра К. Томаса от машины Г. Лейбница заключалось в том, что счетный механизм стал располагаться на подвижной каретке, а установочный – на неподвижной части. Кроме того, использовались и другие новинки. Наряду со многими достоинствами выделялись недостатки: отсутствие механизма, регулирующего передвижение каретки, неудобное устройство переключения арифметических действий, горизонтальное расположение рабочей панели. И вот с 1821 г. в собственных мастерских в Париже К. Томас начинает производство арифмометров – рождается счетное машиностроение. В первый год было изготовлено 15 машин, а затем ежегодно выпускалось до 100 экземпляров. Термин «арифмометр», предложенный К. Томасом, прочно утвердился в счетной технике: все машины, выполняющие четыре действия, было принято называть арифмометрами.
Арифмометры К. Томаса быстро приобретают популярность далеко за пределами Франции. В 1896 г. в первой русской монографии «Приборы и машины для механического производства арифметических действий» Владимир Георгиевич фон-Бооль писал: «Получаса достаточно, чтобы исполнить без всякого умственного утомления и с полной точностью работу целого дня. Большие учреждения, применив у себя машину Томаса, находят ничтожным сделанную на нее затрату, которая быстро покрывается уменьшением числа служащих». А стоимость машины К. Томаса была не малой – до 400 франков. И все-таки к середине XIX в. спрос на эту технику значительно возрастает. Арифмометры К. Томаса начинают выпускать в Австрии на заводе Х. Бунцеля.
На протяжении многих лет конструкция арифмометра К. Томаса привлекала ученых, инженеров, механиков. Появилось несколько модификаций, получивших название «томас-машин», в которых основная идея изобретателя оставалась неизменной. В 1870-е гг. в Германии получила известность «томас-машина» Бургардта, в которой использовался звонок при некорректных операциях, в частности при вычитании большего числа из меньшего.
В 1889 г. лондонский инженер Дж. Эдмондзон видоизменил арифмометр К. Томаса, придав ему оригинальную цилиндрическую форму, и назвал его круговым арифмометром. В этой машине роль каретки выполняет подвижный круг, расположенный в центре машины. Установочный механизм имеет дугообразную форму, на нем по радиусам-разрядам перемещаются установочные планки. Арифмометр имеет упрощенный механизм гашения и передачи десятков, но принципиальных изменений в конструкции не произошло. Его судьба сложилась так же, как у круглых арифмометров ХУIII в., которые не получили распространения из-за сложности конструкции, непростой эксплуатации и больших габаритов.
В начале ХХ столетия начинается промышленное производство «томас-машин» в Германии. «Томас-машины» конструкции Людвига Шпитц выпускались в Берлине фирмой «Людвиг Шпитц». Они зарегистрированы патентами в Берлине, Вене, Нью-Йорке, Париже.
На заводе «Саксония» в Глазхютте было организовано производство «томас-машин» несколько иной конструкции. Для арифмометров «Саксония» характерен дугообразный установочный механизм, на котором набор чисел производится с помощью рычагов со стрелками (движением вдоль дуги). Эти машины получили патенты во многих странах.
Арифмометры «Шпитц» и «Саксония», как и все «томас-машины» с рычажным установочным механизмом, не получили широкого практического использования, т. к. были громоздки, не совсем просты в эксплуатации и дороги. Они не выдержали конкуренции российских арифмометров В.Т. Однера, которые к середине 1920-х гг. выпускались серийно во многих странах и заполнили мировой рынок.
Вместе с тем важным достоинством арифмометра К. Томаса являлось то, что его конструкция не создавала проблем при замене рычажного устройства ввода клавишным. Поэтому в начале ХХ столетия на основе конструкции «томас-машин» были разработаны первые механические клавишные арифмометры. Их стремительное развитие было связано с началом механизированного учета и вычислительных работ, созданием счетных бюро и контор в наиболее развитых странах.
В 1911 г. американский инженер Ф. Болдуин предложил первую «томас-машину Монро», у которой механизм для установки чисел представлял собой восьмиразрядную клавиатуру, в каждом вертикальном ряду-разряде располагалось по девять клавиш с цифрами от 0 до 9. Арифмометры "Монро" выпускались в Нью-Йорке фирмой «Монро Калькулейтинг Машине Компани» до конца 1930-х гг., за это время было освоено несколько моделей с различными вычислительными возможностями.
В Европе промышленное производство клавишных арифмометров наладил талантливый немецкий инженер и предприниматель Карл Линдстрем. Его конструкция отличалась оригинальностью: традиционное горизонтальное расположение ступенчатых валиков он заменил на вертикальное и сместил их в шахматном порядке. Это позволило сократить габариты машины. Под маркой «Рекорд» машины выпускались с середины 1920-х гг. Так постепенно расширялась техническая база для организации механизированного учета и формирования машиносчетных бюро.
В нашей стране эта работа проводится с 1923 г. Отечественное счетное машиностроение только зарождалось, поэтому использовали главным образом импортную технику ведущих зарубежных фирм. С целью популяризации новейших средств и методов учета в 1926 г. в Москве при Институте техники управления и акционерном обществе «Оргстрой» была создана постоянная всесоюзная выставка «Социалистический учет». Она стала центром теоретической и практической подготовки специалистов в этой области и обладала единственной в стране и очень полной коллекцией вычислительных устройств отечественного и зарубежного производства. На выставке были представлены различные модификации «томас-машин», в т. ч. наиболее известные электромеханические арифмометры, которые широко применялись в нашей стране: «Архимедес», «Монро», «Рейнметалл». Причем на первых этапах развития это были полуавтоматические машины. Порядок выполнения арифметических действий практически не отличался от работы на машинах с рычажным установочным механизмом, т. е. умножение и деление осуществлялось полуавтоматически методом многократного поразрядного сложения и вычитания.
Первые отечественные «томас-машины» были разработаны в 1935 г. на московском заводе «Счетмаш» им. Дзержинского. Они получили название КСМ (клавишная счетная машина) и выпускались до 1941 г. Возобновилось это производство только в 1960 г. на курском заводе «Счетмаш». Это была новая модель «ВМП-2» (вычислительная многоклавишная полуавтоматическая).
Многолетняя работа по совершенствованию и отработке конструкции «томас-машин», построенных по принципу ступенчатых валиков Г. Лейбница, завершилась созданием электромеханических автоматических арифмометров. Наиболее известны немецкая модель «Зоемтрон-214» и отечественная «ВММ-2» (вычислительная многоклавишная машина). В 1960-е гг. они стояли на рабочих столах специалистов самых разных профессий.
Вспоминая эти годы, первые пользователи «томас-машин» улыбаются, работа была достаточно впечатляющей: сильный шум от передвижения каретки, грохот от «стопора», если выполнена некорректная операция, быстрая утомляемость и раздражительность. Несмотря на это, электромеханические арифмометры до начала 1970-х гг. (массового производства ЭКВМ) оставались добрыми помощниками вычислителей.
Сегодня арифмометры К. Томаса и его модификации – музейная редкость, с ними можно познакомиться только в собраниях музеев и частных коллекциях.
Источники информации: