Первое в мире счетное устройство — машина Шиккарда
В 1957 году директор Кеплеровского научного центра Франц Гаммер выступил с докладом на семинаре по истории математики, проходившем в Германии. Он сделал сенсационное известие о том, что проект первой счетной машины появился на несколько десятилетий до знаменитых «колесиков» Паскаля. Первое счетное устройство было изобретено еще в середине 1623 года и называлось машиной Шиккарда.
Открытие этого факта Гаммер сделал почти случайно. Когда он работал в штутгардской библиотеке, то наткнулся на загадочную фотокопию эскиза какого-то счетного устройства. И поскольку раньше ничего подобного не видел, очень заинтересовался неизвестным наброском. Проведя ряд исследований Гаммер установил, что найденный эскиз — это отсутствующее приложение к письму профессора Тюбингенского университета Вильгельма Шиккарда, адресованное его коллеге математику Иоганну Кеплеру. В своем письме Шиккард подробно описывал счетную машину и ссылался на чертеж.
копия эскиза
Немного истории
Вильгельм Шиккард родился 22 апреля 1592 года в городе Херренберг (Германия). Он был чрезвычайно талантлив и уже в 17 лет получил в Тюбингенском университете степень магистра, а через два года стал бакалавром наук. Он приобрел всемирную известность благодаря своим достижениям в науках: астрономии, математике и востоковедстве (профессор кафедры восточных языков в университете Тюбингена). А также, Шиккард создал первую вычислительную машину.
Вильгельм Шиккард (1592-1635)
С 1617 года Шиккард начал преподавать восточные языки в Тюбингенском университете. Там он и познакомился с Кеплером, который по достоинству оценил незаурядные способности молодого ученого и порекомендовал ему заняться математикой. Шиккард послушался совета и на новом поприще достиг значительных успеха. В 1631 году он стал профессором математики и астрономии Тюбингенского университета.
Шиккард был первопроходцем и в других сферах. Как например — в астрономии. Ученый постоянно развивался, вел переписку со многими немецкими, французскими, итальянскими и голландскими учеными по вопросам, касающимся астрономии. Он создал первый механический планетарий, который наглядно демонстрировал положение Солнца, Земли и Луны согласно системе Коперника. Кроме этого, наблюдал метеоры из разных пунктов для определения их траектории.
Широта интересов Шиккарда действительно заслуживает уважения. Он был опытным механиком, картографом, гравером по дереву и металлу, проводил астрономические наблюдения, писал трактаты о семитских языках, астрономии, математике, оптике и метеорологии. Ученый добился выдающихся научных успехов и был по истине гениальным изобретателем. Но оказался бессильным перед эпидемией холеры. Эта беспощадная болезнь XVII века в 1635 году забрала жизнь Шиккарда и его семьи. Труды ученого на время были забыты из-за Тридцатилетней войны.
Машина Шиккарда — начало XVII века
В одном из писем Кеплеру (от 20 сентября 1623 года) сообщалось, что Шиккард осуществил механически все то, что Кеплер делал алгебраически, а именно — сконструировал машину, которая автоматически выполняла сложение, вычитание, умножение и деление. Шиккард писал, что Кеплер приятно удивился, если бы увидел как устройство само накапливает и переносит влево десяток или сотню цифр и как отнимает то, что держала в памяти при вычитании.
Изобретение, которое стало первой счетной машиной, было создано в 1623 году. Шиккард изобрел и разработал модель шестиразрядного механического вычислительного устройства, выполняющего простые математические функции, такие как — складывать и вычитать числа. Не даром его называли «часами для счета». Машина Шиккарда содержала суммирующее и множительное устройства, а также механизм для записи промежуточных результатов.
Из письма Кеплеру:
Иоганн Кеплер (1571-1630)
Более подробное описание помогает составить представление об изобретении. Первый блок в виде шестиразрядной суммирующей машины представлял собой соединение зубчатых передач. На каждой оси располагалось по шестерне с десятью зубцами и вспомогательным однозубым колесом — пальцем. Палец служил для того, чтобы передавать единицу в следующий разряд, то есть поворачивать шестеренку на десятую часть полного оборота, после того как шестеренка предыдущего разряда сделает такой оборот. При вычитании шестеренки требовалось вращать в обратную сторону. Контролировать ход вычислений можно было с помощью специальных окошек, где появлялись цифры. Для перемножения использовалось устройство, главную часть которой составляли шесть осей с «навернутыми» на них таблицами умножения. Вычитание выполнялось вращением установочных колес в обратном направлении, так как механизм передачи десятков был реверсивным.
На самом деле в работе машина Шиккарда была довольно простой. К примеру, чтобы узнать чему равно произведение 296 х 73, нужно установить цилиндр в положении, которое позволит вывести в верхнем ряду окошек первый множитель: 000296. Произведение 296 х 3 получится, если открыть окошки третьего ряда и просуммировать увиденные цифры, как в способе решетки. Далее точно также открываются окошки седьмого ряда, дающие произведение 296 х 7 к которому слава приписывается 0. И останется лишь сложить найденные числа на суммирующем устройстве. Все, результат готов.
Нерешенным остается вопрос — была ли собрана реально действующая модель машины при жизни ученого? На этот счет данных очень мало. В письмах Шиккарда все к тому же Кеплеру идет речь о «практически готовом» экземпляре устройства, который сгорел во время пожара. Он находился в разработке у механика Вильгельма Пфистера. Была ли собрана вторая модель машины — доподлинно неизвестно. Скорее всего, никто кроме Шиккарда и Пфистера не видели готовое и действующее устройство. Во всяком случае свидетельств работоспособности не сохранилось.
Но что точно — долгое время машина Шиккарда оставалась известной лишь узкому кругу доверенных лиц. И данное изобретение не смогло оказать влияние на последующее развитие механизации счета. Кто знает, может быть с помощью этого проекта прогресс вычислительных устройств мог бы ускориться. Но так или иначе, имя немецкого ученого Вильгельма Шиккарда находится в одном ряду с великими умами, изобретателями счетных устройств XVII—XIX столетий. Такими, как Блез Паскаль, Готфрид Вильгельм Лейбниц, Чарльз Бэббидж, Пафнутий Львович Чебышев, Герман Холлерит и другими.
современный прообраз машины Шиккарда
Основываясь на материалах, найденных Гаммером, сотрудники Тюбингенского университета в начале 1960-х годов создали действующую модель машины Шиккарда. Операции сложения и вычитания осуществлялись в ней механически, а умножения и деления — с элементами механизации. Прообраз изобретения находится в собственности университета.
Эволюция в области вычислительных технологий — процесс довольно неравномерный, который происходит скачками от периодов спада до периодов падения. Достигнутые результаты используются на практике и каждый новый шаг выводит процесс вычислительной эволюции на новую, более высокую ступень.
eponim2008
Все началось со сказки. Ведь «Путешествия Гулливера» – все же сказка? Сказка, которую рассказал злой и остроумный Джонатан Свифт (Jonathan Swift) (1667 — 1745). Сказка, в которой он осмеял многие глупости и благоглупости современного ему мира. Да что там осмеял – бесстыдно помочился на все, что возможно. Как герой его произведения, который залил мочой королевский дворец в Лилипутии, когда тот загорелся.
В третьей книге о путешествиях Гулливера сей здравомыслящий корабельный врач попадает на летающий остров Лапуту, где проживают гениальные ученые. Ну, от гениальности до сумасшествия один шаг и, по мнению Джонатана Свифта, лапутянские ученые этот шаг сделали. Их изобретения должны бы сулить выгоды всему человечеству. Между тем, выглядят они смешно и жалко.
Среди прочих лапутянских ученых был один, который придумал машину для написания гениальных изобретений, романов, научных трактатов. Все это должно было возникнуть совершенно случайным образом на машине, состоящей из множества кубиков, похожих на игральные кости. Сорок учеников крутили ручки, приводившие в движения все эти кубики, которые в результате поворачивались различными гранями, образовывая всякие слова и сочетания слов, из которых рано или поздно должны были сложиться гениальные творения.
Известно, что Дж.Свифт в виде этого ученого спародировал своего старшего современника Готфрида Вильгельма Лейбница (Gottfried Wilhelm von Leibniz) (1646 — 1716). Честно говоря, Лейбниц такого осмеяния не был достоин. На его научном счету множество открытий и изобретений, в том числе – математический анализ, дифференциальное и интегральное исчисления, комбинаторика и математическая логика. Царь Петр I (о нем было написано 25.04.2014) во время своего пребывания в Германии в 1712 году встречался с Лейбницем. Лейбниц смог внушить российскому императору две важных идеи, которые повлияли на дальнейшее развитие Российской империи. Это идея о создании Императорской Академии наук и идея «Табели о рангах»
Среди изобретений Лейбница – первый в мире арифмометр, изобретенный им в 1672 году. Этот арифмометр должен был автоматизировать арифметические вычисления, которые до этого считались прерогативой человеческого разума. В общем, Лейбниц на вопрос «может ли машина мыслить?» ответил положительно, и Свифт его за это осмеял.
Собственно говоря, Г.В.Лейбница нельзя считать настоящим изобретателем арифмометра. Он придумал идею, он изготовил прототип. Но по-настоящему арифмометр был придуман в 1874 году Вильгодом Однером. В.Однер был шведом, но жил в Санкт-Петербурге. Изобретение свое он запатентовал сначала в России, а потом в Германии. И производство арифмометров Однера началось в 1890 году в Петербурге, а в 1891 году — в Германии. Так что Россия не только родина слонов, но также родина арифмометров.
После революции производство арифмометров в СССР сохранилось. Арифмометры первоначально производили в Москве, на заводе имени Дзержинского. Поэтому и назвали его «Феликсом». Вплоть до 1960-х годов арифмометры производили заводы в Курске и в Пензе.
«Изюминкой» конструкции арифмометра В.Однера было особенное зубчатое колесо с переменным количеством зубцов. Колесо это называлось «Колесом Однера» и в зависимости от положения специального рычажка могло иметь от одного до девяти зубцов.
На панели арифмометра было 9 разрядов. Соответственно на оси арифмометра были закреплены 9 колес Однера. Числа в разрядах устанавливались перемещением рычажка по панели в одну из 10 позиций, от 0 до 9. При этом на каждом из колес выдвигалось соответствующее количество зубцов. После набора числа можно было провернуть рукоятку в одну сторону (для сложения) или в другую сторону (для вычитания). При этом зубцы каждого колеса входили в зацепление с одной из 9 промежуточных шестерен и проворачивали их на соответствующее количество зубцов. На результирующем счетчике появлялось соответствующее число. После этого набиралось второе число и производилось сложение или вычитание двух чисел. На каретке арифмометра находился счетчик оборотов ручки, который при необходимости обнулялся.
Умножение производилось многократным сложением, а деление – многократным вычитанием. Но умножать многозначные числа, например, 15 на 25, выставив сначала число 15, а затем прокрутив ручку арифмометра 25 раз в одну сторону, было утомительно. При подобном подходе в вычисления легко могла вкрасться ошибка.
Для умножения или деления многозначных чисел каретка делалась подвижной. При этом умножение, например на 25 сводилось к сдвигу каретки вправо на один разряд, двум поворотам ручки в сторону «+». После этого каретка сдвигалась влево и ручка проворачивалась еще 5 раз. Точно так же производилось деление, только ручку следовало вращать в сторону «-»
Арифмометр был простым, но очень эффективным устройством. Пока не появились электронные вычислительные машины и калькуляторы, он широко применялся во всех отраслях народного хозяйства СССР.
И в научных учреждениях тоже. Расчеты по атомному проекту велись на арифмометрах. А вот расчет вывода на орбиту спутников и расчеты водородной бомбы были очень сложными. Произвести их вручную уже не представлялось возможным. Так в Советском Союзе было дано добро на производство и использование электронных вычислительных машин. Хотя кибернетика, как известно, была публичной девкой на ложе американского империализма.
Опубликовано на сайте Топавтор