Кіріспе
Абсолюттік калькуляторларға арналған арифметикалық операцияларды орындауға арналған механикалық машина. Механикалық калькулятор немесе есептеу машинасы – арифметиканың негізгі операцияларын автоматты түрде немесе (тарихи тұрғыдан) аналогты компьютер немесе жылдамдық сызғыш сияқты симуляция арқылы орындауға қолданылатын механикалық құрылғы. Көптеген механикалық калькуляторлар кішкентай үстел үстіндегі компьютерлермен шамалас болды және электрондық калькуляторлар мен цифрлық компьютерлердің пайда болуымен ескірді. Вильгельм Шикардтың 1623 жылғы жазбалары оның қазіргі заманғы есептеуді механикаландыруға жасаған алғашқы әрекетін көрсетеді. Оның машинасы екі технологиядан тұрды: біріншісі – көбейту мен бөлуді жеңілдету үшін 1617 жылы алты жыл бұрын сипатталған Непьер сүйектерінен жасалған абакус, ал механикалық бөлігінде қосу және алу операцияларын орындау үшін дисклі педометр болды. Сақталған жазбаларды зерттеу нәтижесінде бірнеше рет бірдей дискте енгізілгеннен кейін тұрып қалатын және тасымалдау бірнеше цифрға таратылуы керек болса (мысалы, 1-ді 999-ға қосу) зақымдануы мүмкін машина анықталды. Шикард 1624 жылы жобасынан бас тарды және 11 жылдан кейін, 1635 жылы қайтыс болғанға дейін осы туралы ешқашан айтпады. Шикардтың күмәнді сәтсіз әрекетінен кейін екі онжылдықтан соң, 1642 жылы Блез Паскаль механикалық калькуляторды ойлап табу арқылы осы мәселені шешуді ұсынды. Руандағы салық жинаушысы ретінде әкесімен бірге жұмыс істеген Паскаль, қажетті арифметикалық есептеулерді жеңілдету үшін калькуляторды жасады; оны Паскаль калькуляторы немесе Паскалин деп атады. 1672 жылы Готфрид Лейбниц мүлдем жаңа машинаны жобалауға кірісті, оны «Басқыш есептегіш» деп атады. Ол өзі жасаған және өзінің атымен аталған басқыш барабанды қолданды, Лейбниц дөңгелегі – екі қозғалыстың алғашқы калькуляторы, алғашқы курсорларды қолданды (бірінші операндтың жадын жасау) және жылжымалы каретасы бар алғашқы калькулятор. Лейбниц 1694 және 1706 жылдары екі Басқыш есептегіш жасады. Лейбниц дөңгелегі 200 жыл бойы көптеген есептеу машиналарында, соның ішінде 1970 жылдарға дейін Curta қолмен есептегішінде қолданылды, содан кейін 1970 жылдардың ортасында электрондық калькуляторлар пайда болды. Лейбниц сонымен қатар «Дөңгелекті калькулятор» идеясын алғаш ұсынды. Томас арифмометрі, коммерциялық тұрғыдан сәтті болған алғашқы машина, екі жүз жылдан кейін 1851 жылы өндірілді; ол кеңседе күнделікті пайдалануға жеткілікті күшті және сенімді алғашқы механикалық калькулятор болды. Қырық жыл бойы арифмометр 1890 жылы Однер арифмометрінің өнеркәсіптік өндірісіне дейін сатуға қол жетімді механикалық калькулятордың жалғыз түрі болды. 1887 жылы пайда болған комптометр әр цифр үшін тоғыз пернеден (1-ден 9-ға дейін) тұратын бағандардан тұратын пернетақтасын қолданған алғашқы машина болды. 1902 жылы өндірілген Далтон қосу машинасы 10 пернелі пернетақтасын алғаш қолданды. Кейбір механикалық калькуляторларда 1901 жылдан бастап электр моторлары қолданылды. 1961 жылы комптометр типіндегі машина, Sumlock comptometer Ltd компаниясының Anita Mk VII, электрондық есептеу машинасымен жабдықталған алғашқы үстелдік механикалық калькулятор болды, бұл екі сала арасындағы байланысты құрып, оның құлдырауының басталуын белгіледі. Механикалық калькуляторларды өндіру 1970 жылдардың ортасында тоқтады, 120 жыл бойы болған өнеркәсіп аяқталды. Чарльз Бэббидж екі жаңа механикалық калькулятордың түрін жобалады, олар өте үлкен болды, олардың жұмыс істеуі үшін бу машинасының күші қажет болды және олар оның өмірінде жасалуы мүмкін емес еді. Біріншісі – автоматты механикалық калькулятор, оның айырмашылық машинасы, ол математикалық кестелерді автоматты түрде есептеп, басып шығара алатын. 1855 жылы Георг Шейц оның айырмашылық машинасының кішірек және қарапайым моделін жасауға қол жеткізген бірнеше дизайнерлердің алғашқысы болды. Екіншісі – бағдарламаланатын механикалық калькулятор, оның талдау машинасы, оны Бэббидж 1834 жылы жобалауға кірісті; «екі жылдан аз уақыт ішінде ол қазіргі заманғы компьютердің көптеген ерекшеліктерін эскизбен бейнеледі. Жакард тоқыма станогынан алынған перфокарталық жүйені қабылдау маңызды қадам болды», оны шексіз бағдарламалауға болады. 1937 жылы Говард Эйкен IBM-ді ASCC/Mark I-ді, талдау машинасының архитектурасына негізделген, өзінің түріндегі алғашқы машинаны жобалауға және жасауға көндірді; машина аяқталған кезде, оны «Бабадж арманы орындалды» деп атады.
A mechanical calculator, or calculating machine, is a mechanical device used to perform the basic operations of arithmetic automatically, or (historically) a simulation such as an analog computer or a slide rule. Most mechanical calculators were comparable in size to small desktop computers and have been rendered obsolete by the advent of the electronic calculator and the digital computer. Surviving notes from Wilhelm Schickard in 1623 reveal that he designed and had built the earliest of the modern attempts at mechanizing calculation. His machine was composed of two sets of technologies: first an abacus made of Napier's bones, to simplify multiplications and divisions first described six years earlier in 1617, and for the mechanical part, it had a dialed pedometer to perform additions and subtractions. A study of the surviving notes shows a machine that would have jammed after a few entries on the same dial, and that it could be damaged if a carry had to be propagated over a few digits (like adding 1 to 999). Schickard abandoned his project in 1624 and never mentioned it again until his death 11 years later in 1635. Two decades after Schickard's supposedly failed attempt, in 1642, Blaise Pascal decisively solved these particular problems with his invention of the mechanical calculator. Co opted into his father's labour as tax collector in Rouen, Pascal designed the calculator to help in the large amount of tedious arithmetic required; it was called Pascal's Calculator or Pascaline. In 1672, Gottfried Leibniz started designing an entirely new machine called the Stepped Reckoner. It used a stepped drum, built by and named after him, the Leibniz wheel, was the first two motion calculator, the first to use cursors (creating a memory of the first operand) and the first to have a movable carriage. Leibniz built two Stepped Reckoners, one in 1694 and one in 1706. The Leibniz wheel was used in many calculating machines for 200 years, and into the 1970s with the Curta hand calculator, until the advent of the electronic calculator in the mid 1970s. Leibniz was also the first to promote the idea of an Pinwheel calculator. Thomas' arithmometer, the first commercially successful machine, was manufactured two hundred years later in 1851; it was the first mechanical calculator strong enough and reliable enough to be used daily in an office environment. For forty years the arithmometer was the only type of mechanical calculator available for sale until the industrial production of the more successful Odhner Arithmometer in 1890. The comptometer, introduced in 1887, was the first machine to use a keyboard that consisted of columns of nine keys (from 1 to 9) for each digit. The Dalton adding machine, manufactured in 1902, was the first to have a 10 key keyboard. Electric motors were used on some mechanical calculators from 1901. In 1961, a comptometer type machine, the Anita Mk VII from Sumlock comptometer Ltd., became the first desktop mechanical calculator to receive an all electronic calculator engine, creating the link in between these two industries and marking the beginning of its decline. The production of mechanical calculators came to a stop in the middle of the 1970s closing an industry that had lasted for 120 years. Charles Babbage designed two new kinds of mechanical calculators, which were so big that they required the power of a steam engine to operate, and that were too sophisticated to be built in his lifetime. The first one was an automatic mechanical calculator, his difference engine, which could automatically compute and print mathematical tables. In 1855, Georg Scheutz became the first of a handful of designers to succeed at building a smaller and simpler model of his difference engine. The second one was a programmable mechanical calculator, his analytical engine, which Babbage started to design in 1834; "in less than two years he had sketched out many of the salient features of the modern computer. A crucial step was the adoption of a punched card system derived from the Jacquard loom" making it infinitely programmable. In 1937, Howard Aiken convinced IBM to design and build the ASCC/Mark I, the first machine of its kind, based on the architecture of the analytical engine; when the machine was finished some hailed it as "Babbage's dream come true".
Ежелгі тарих
Механикалық калькуляторға дейінгі басқа да алдын-ала жасалған құрылғылардың қысқа тізіміне механикалық аналогтық компьютерлер тобы кіруі керек, олар бір рет орнатылғаннан кейін өзгерістер тек олардың итергіш құрылғыларының (қол тұтқасы, салмақ, дөңгелек, су) үздіксіз және қайталама әрекеттері арқылы енгізіледі. Біздің заманымыздан бұрынғы кезеңде километр сандар мен Антикитера механизмі болды – көзге түспейтін, бірегей, тісті астрономиялық сағат, одан кейін мың жылдан астам уақыт өткен соң алғашқы механикалық сағаттар, тісті астролабтар және 15 ғасырда – қадамдарды есептегіштер пайда болды. Бұл машиналардың барлығы тісті дөңгелектерден және оларды байланыстыратын әртүрлі тасымалдау механизмдерінен құралған. Бұл машиналар, механикалық калькулятордан айырмашылығы, бірдей бастапқы параметрлер үшін әрқашан бірдей нәтиже береді, себебі олардағы барлық дөңгелектер тәуелсіз болғанымен, арифметика ережелерімен байланысқан.
Шолу
XVII ғасыр механикалық калькуляторлар тарихының басталуын қадағалады, себебі осы кезеңде 1642 жылы алғашқы машиналар, соның ішінде Паскаль калькуляторы ойлап табылды. Блез Паскаль бұрын тек адамдар ғана орындай алады деп есептелген есептеулерді жүзеге асыра алатын машина жасады. XVII ғасырда Напиер сүйектері, логарифмдік кестелер және есептеу сызғышы сияқты арифметикалық есептеулерге көмектесетін қуатты құралдар да пайда болды. Олар ғалымдарға көбейту және бөлу операцияларын оңай жүргізуге мүмкіндік берді, соның салдарынан 19-ғасырдың ортасында арифмометр өндіріске енгенге дейін механикалық калькуляторлардың қолданылуы мен дамуына бәсекелес болды.
Механикалық калькулятордың өнертабысы
1623 және 1624 жылдары Вильгельм Шикард Иоганн Кеплерге жіберген екі хатында өзінің дизайны мен құрылысын "арифметикалық аспап" деп атаған, кейіннен "рехенухр" (есептеу сағаты) деп сипатталатын құрылғысын баяндады. Машина арифметиканың төрт негізгі амалына (қосу, алу, көбейту және бөлу) көмектесу үшін жасалған. Шикард оның мүмкіндіктерінің ішінде астрономиялық кестелерді есептеудің қиын жұмысына көмектесетінін атап көрсетті. Машина алты таңбалы сандарды қосу және алу мүмкіндігіне ие болды, ал сыйымдылықтың шегіне жеткенін дабылмен хабарлады. Негіздегі қосу машинасы, ең алдымен, көп таңбалы екі санды қосу немесе көбейтудің қиын міндетін орындауға көмектесу үшін көзделген. Осы мақсатта, оған айналмалы Нейпер сүйектері шеберлікпен орнатылды. Сонымен қатар, аралық есептеулерді сақтау үшін қосымша "жад тіркегіші" болды. Шикард есептеу машинасы жұмыс істеп тұрғанын мәлімдегенмен, оның хаттарында ол кәсіби сағатшы Иоганн Пфистерден дайын машина жасауды сұрағанын айтқан. Өкінішке орай, ол толыққанда аяқталмаған күйде немесе жеткізілгенге дейін өртенген. Шикард бұл жобасын көп ұзамай тастады. Ол және оның отбасының барлығы 1635 жылы отыз жылдық соғыс кезінде обадан көз жұмды. Шикардтың машинасы оператордың күшінен зақымдануын болдырмау үшін күштірек және салмақтырақ сағат дөңгелектерін пайдаланды. Әрбір цифр үшін дисплейлік, енгізулік және аралық дөңгелектер қолданылды. Санды көшіру кезінде барлық бұл дөңгелектер көшіруді қабылдаған цифрдың дөңгелектерімен байланысты. Блез Паскаль 1642 жылы күрделі көшіру механизмі бар механикалық есептегіш құралды ойлап тапты. Үш жылдық еңбектен кейін және 50 прототип жасағаннан соң, ол өзінің есептегіш құралын жұртшылыққа таныстырды. Ол келесі он жылда осы құралдардың жиырмасын жасады. Бұл машина екі санды тікелей қосу және алу, көбейту және бөлу амалдарын қайталау арқылы орындай алатын. Шикардтың машинасынан айырмашылығы, Паскальдің дискілері тек бір бағытта ғана айналып, оларды нөлге келтіру үшін оператордың барлық 9-ды теруі және содан кейін (қайта нөлдеу әдісі) машина арқылы көшіруді таратуы қажет болды. Бұл көшіру механизмінің практикада көп рет өзін дәлелдегенін көрсетеді. Бұл Паскальдің құралының сапасын көрсетеді, өйткені 17 және 18 ғасырлардағы машинаға қатысты сын айтқандардың ешқайсысы көшіру механизмімен байланысты проблемаларды атап көрсетпеді, бірақ олардың барлығы машиналардың қайта орнатулары арқылы толық сынақтан өтті. Лейбниц өзінің атымен аталатын дөңгелек пен екі қозғалыс принципін ойлап тапты, бірақ қырық жылдық дамудан кейін ол толыққанды жұмыс істейтін машинаны жасауға қол жеткізе алмады; бұл Паскальдің есептегіш құралын 17 ғасырдағы жұмыс істейтін жалғыз механикалық есептегіш құрал етеді. Лейбниц сонымен қатар тікбұрышты есептегіш құралды алғаш сипаттаған. Ол бірде былай деді: "Егер машиналар қолданылса, есептеу еңбегінде құл сияқты сағаттарды жоғалтуға лайық емес, оны кез келген адамға сенімді түрде тапсыруға болады".
Басқа есептеу машиналары
Шикард, Паскаль және Лейбниц, сөзсіз, он жетінші ғасырда зор құрметке ие болған сағат механизмінің рөлінен шабыттанды. Дегенмен, өзара байланысты тісті дөңгелектерді қарапайым қолдану олардың ешбір мақсатына жеткіліксіз болды. Шикард тасымалдау операциясын жүзеге асыру үшін бір тісті "кемшікті дөңгелек" пайдалануды енгізді. Паскаль оны өзінің әйгілі салмақты саутуарымен жақсартты. Лейбниц көбейтуді тиімдірек орындау үшін жылжымалы шассиді пайдалану мүмкіндігін одан да қарыштады, бірақ толыққанды жұмыс істейтін тасымалдау механизмі есебінен. Сағат принципі (сағат тәрізді механизмге қосылған кіріс дөңгелектері мен көрсету дөңгелектері) тікелей енгізу есептеу машинасы құру үшін 17 ғасырдың технологиялық мүмкіндіктерімен қосымша жаңаруларсыз жүзеге асырылмады. Өйткені олардың дөңгелектері аккумулятор бойымен бірнеше позицияға жылжу қажет болғанда келіп қалатын еді. Бүгінгі күнге дейін сақталған 17 ғасырдың есептеу сағаттарында машиналық тасымалдау механизмі болмағандықтан, оларды толыққанды тиімді механикалық калькуляторлар деп атауға болмайды. 18 ғасырда итальяндық Джованни Полени жасаған есептеу сағаты одан да сәтті болды, ол екі қозғалыспен есептеуді жүзеге асыратын (сандар бірінші жазылып, содан кейін өңделеді). 1623 жылы неміс профессоры Вильгельм Шикард, еврей тілі мен астрономиядан сабақ берген, Иоганн Кеплерге жазған екі хатында суреттеген есептеу сағатын жасады. Кәсіби маман жасаған алғашқы машина құрылысы кезінде жойылды, ал Шикард 1624 жылы жобасынан бас тартты. Бұл суреттер ғасырлар бойы әртүрлі басылымдарда пайда болды, 1718 жылы Майкл Хансхтың Кеплердің хаттары кітабынан басталып, бірақ 1957 жылы доктор Франц Хаммер оны ұзақ уақыттан бері жоғалған механикалық калькулятор ретінде алғаш рет таныстырды. 1960 жылдары алғашқы көшірмесі жасалғаннан кейін Шикардтың машинасының аяқталмаған дизайны бар екені анықталды, сондықтан оны жұмыс істеу үшін дөңгелектер мен серіппелер қосылды. Бұл көшірмелерді пайдалану есептеу сағатындағы бір тісті дөңгелектің жеткіліксіз тасымалдау механизмі екенін көрсетті. (Паскаль мен Шикардтың салыстыруларын қараңыз). Бұл мұндай машинаны тәжірибеде қолдануға болмайды дегенді білдірмейді, бірақ оператор айналуға қарсылық көрсететін механизмге тап болғанда, (мысалы) 3 диалдан артық тасымалдау қажет болған жағдайда, келесі тасымалдауды "көмектесуге" мүкіндік туады. 1643 жыл шамасында, Паскальдың жұмысын естігеннен кейін Руаннан шыққан француз сағатшысы өзінің жеке дизайны бойынша есептеу сағатын жасады. Паскаль жаңалықты естігеннен кейін барлық қызметкерлерін жұмыстан босатып, калькуляторды жасауды тоқтатты. Ол өзінің өнертабысы патшалық артықшылықпен қорғалатынына көз жеткізгеннен кейін ғана қызметін қайта бастады. Бұл есептеу сағатын мұқият тексеру оның дұрыс жұмыс істемейтінін көрсетті, ал Паскаль оны аворттон (дамымаған ұрық) деп атады. 1659 жылы итальяндық Тито Ливио Бураттини тоғыз тәуелсіз дөңгелектен тұратын машина жасады, олардың әрқайсысы кішкентай тасымалдау дөңгелегімен жұптастырылған. Операция аяқталғаннан кейін пайдаланушы әр тасымалдауды келесі цифрға қолмен қосуы немесе соңғы нәтижені алу үшін осы сандарды санау арқылы қосуы керек еді. 1666 жылы Сэмюэл Морланд ақша сомаларын қосуға арналған машинаны ойлап тапты, бірақ бұл толыққанды қосу машинасы емес, өйткені тасымалдау әр цифрдың үстінде орналасқан кішкентай тасымалдау дөңгелегіне емес, тікелей келесі цифрға қосылды. Бұл машина Бураттинидің машинасына өте ұқсас болды. Морланд сонымен қатар Непьер сүйектеріне негізделген алмастырылатын дискілері бар көбейту машинасы жасады. Бұл екі машина Шикардтың өнертабысымен салыстырылатын мүмкіндіктерді ұсынды, бірақ Морланд Шикардтың есептеу сағатын көргендігі күмәнді. 1673 жылы француз сағатшысы Рене Грилле "Curiositez mathématiques de l'invention du Sr Grillet, horlogeur à Paris" еңбегінде Паскаль калькуляторынан ықшам және кері операциялар үшін қолданылатын есептеу машинасының сипаттамасын берді. Grillet машиналарының тек екі ғана белгілі данасы тасымалдау механизміне ие емес, олар үш қатарлы тоғыз тәуелсіз диалды көрсетіп, сонымен қатар көбейту мен бөлу үшін тоғыз айналатын Непьер таяқшасын қамтиды. Гриллдің мәлімдемесіне қарамастан, бұл механикалық калькулятор емес еді.
Шолу
XVIII ғасырда автоматты түрде көбейтуді орындай алатын алғашқы механикалық есептегіш пайда болды; 1709 жылы Джованни Полени жобалап, ағаштан жасады, бұл алғашқы сәтті есептеу сағаты болды. Осы ғасырда жасалған барлық машиналарда бөлу кезінде оператор әрбір қадамда қайталап алуды қашан тоқтатуды өздігінен шешуі керек болды, сондықтан бұл машиналар тек есептеуге көмектеседі, мысалы, санау таяқшасы сияқты. Дөңгелекті және Лейбниц дөңгелекті есептегіштер коммерциялық өндіріске шығаруға бірнеше сәтсіз талпыныс жасалды.
Үлгілер мен шектеулі сериялар
1709 жылы итальяндық Джованни Полени автоматты түрде көбейтуге арналған калькуляторды алғаш рет жасады. Ол тісті дөңгелектерді пайдаланды, алғашқы есептеу сағаты болды және ағаштан жасалған; Антониус Браунның Венадағы Киелі Рим императоры Карл VI-ға өзінің дизайны бойынша тісті дөңгелектерді пайдаланған құрылғыны сыйға бергені үшін 10 000 гульден алғанын естігеннен кейін ол оны жойды. 1725 жылы Француз ғылым академиясы француз шебері Лепин жасаған, Паскальдің калькуляторынан туындаған есептеу машинасын сертификаттады. Бұл машина Паскальдің калькуляторы мен есептеу сағатының арасындағы кезеңдік байланыс болды. Санды ауыстырулар бір мезгілде, есептеу сағатындағыдай орындалды, сондықтан «машина бірнеше бір мезгілдегі ауыстырудан кейін істен шығуы мүмкін». 1727 жылы неміс Антон Браун Венадағы император Карл VI-ға бірінші толыққанды, төрт операцияны орындай алатын машинаны ұсынды. Ол цилиндр пішіндес, болаттан, күмістен және мыстан жасалған, әдемі безендірілген және Ренессанс дәуіріндегі үстел сағатына ұқсас болды. Машинаның үстіне императорға арналған жазуда «білімсіз адамдарға қосу, алу, көбейту және тіпті бөлуді жеңілдету үшін» деп жазылған. 1730 жылы Француз ғылым академиясы Хиллерин де Буастиссандо жасаған үш машинаны сертификаттады. Біріншісі бір тісті ауыстыру механизмін пайдаланды, Буастиссандоның сөзіне сүйенсек, егер ауыстыру екі орыннан артық жылжу керек болса, дұрыс жұмыс істемейді; қалған екі машина ауыстыруды алға жылжыту қажет болғанда энергиясын босату үшін біртіндеп керіліп, энергия жинаған серіппелерді пайдаланды. Бұл Паскальдің калькуляторына ұқсас, бірақ гравитация энергиясын пайдаланудың орнына Буастиссандо серіппелерде сақталған энергияны қолданды. 1770 жылы неміс пасторы Филипп Маттеус Хан Лейбниц цилиндрлеріне негізделген екі дөңгелек есептеу машинасын жасады. Ханның жеңешесі Дж. С. Шустер 19 ғасырдың басында Ханның жобасы бойынша бірнеше машина жасады. 1775 жылы Ұлыбританияның лорды Стэнхоп тісті дөңгелектерді пайдаланған машинаны жобалады. Ол тіктөртбұрышты қорапқа орнатылған және қабылдағышы бар болды. Ол сондай-ақ 1777 жылы Лейбниц дөңгелектерін пайдалана отырып, машинаны жобалады. «1777 жылы Стэнхоп «Логикалық демонстраторды» жасады, ол формальды логикадағы мәселелерді шешуге арналған машина. Бұл құрылғы логикалық мәселелерді механикалық әдістермен шешудің жаңа тәсілінің бастауын білдірді».
Шолу
Луиджи Торчи 1834 жылы алғашқы тікелей көбейту машинасының авторы болды. Бұл Джеймс Уайттың (1822) машинасынан кейін әлемдегі екінші кілтпен басқарылатын машина еді. 1851 жылы Томас де Колмар өзінің жеңілдетілген Арифмометрін ұсынды, ол кеңседе күнделікті пайдалануға арналған алғашқы машина болды. 40 жыл бойы арифмометр – сатудағы жалғыз механикалық калькулятор болып, әлемнің түкпір-түкпірінде сатылды. 1890 жылға қарай шамамен 2500 арифмометр сатылды, сондай-ақ екі лицензияланған арифмометр көшірмесін жасаған компаниялардан (Буркхардт, Германия, 1878 ж. және Лейтон, Ұлыбритания, 1883 ж.) бірнеше жүз данадан астам сатылды. Felt and Tarrant, нағыз коммерциялық өндірістегі жалғыз бәсекелес, үш жылдың ішінде 100 контометр сатты. 19 ғасырда Чарльз Бэббидждің есептеу машиналарын жасау жобалары да көрінді, біріншіден, 1822 жылы басталган айырмалы машинасы – ол алдыңғы операцияның нәтижелерін келесі операцияға үздіксіз пайдаланғандықтан алғашқы автоматты калькулятор болды, екіншіден, 1834 жылы басталган аналитикалық машинасы – ол Жакард карталарын бағдарлама мен деректерді оқу үшін пайдаланған алғашқы бағдарламаланатын калькулятор, және ол 20 ғасырдың ортасында салынған негізгі компьютерлердің жобасын жасады.
Өнеркәсіптік өндірістегі үстел калькуляторлары
1851 жылы Томас де Колмар арифмометрін бір санды көбейтуші/бөлгішін алып тастау арқылы оңайлатты. Бұл оны қарапайым қосу машинасына айналдырды, бірақ индекстелген аккумулятор ретінде қолданылатын жылжымалы кареткасының арқасында оператор бақылауымен оңай көбейтуге және бөлуге мүмкіндік берді. Арифмометр сол кездегі өндіріс мүмкіндіктеріне бейімделді; сондықтан Томас тұрақты түрде берік және сенімді машина жасауға қол жеткізді. Нұсқаулықтар басылып шығарылды және әрбір машинаға жеке сериялық нөмір берілді. Оның коммерциялық сәттілігі механикалық калькулятор өнеркәсібін дамытты. Банктер, сақтандыру компаниялары, мемлекеттік кеңселер арифмометрді күнделікті жұмыстарында қолдана бастады, осылайша кеңсеге машиналық үстел калькуляторларын енгізді. 1878 жылы неміс Буркхардт Томас арифмометрінің тұңғыш көшірмесін жасады. Оған дейін Томас де Колмар әлемдегі жалғыз механикалық калькулятор өндірушісі болды және шамамен 1500 машина өндірді. Соңында екінші дүниежүзілік соғысқа дейін жиырма еуропалық компания Томас арифмометрінің клондарын өндірді. 1886 жылы АҚШ-та Дорр Э. Фелт Комптометрді патенттеді. Бұл пернетақтамен басқарылатын алғашқы табысты қосу және есептеу машинасы болды. ["Пернетақтамен басқару" – пернелерді басу арқылы дереу нәтиже есептелетінін, бөлек тұтқаны немесе айырбасты іске қосу қажеттігі жоқ екенін білдіреді. Кейбір машиналар "пернелер жинағы" деп те аталады.] 1887 жылы ол Роберт Таррантпен бірігіп, "Felt & Tarrant Manufacturing Company" компаниясын құрды. Комптометрлік типтегі калькулятор 1961 жылы толыққанды электронды есептеу механизмін алған алғашқы машина болды (Ұлыбританияның Sumlock компаниясы шығарған ANITA Mark VII). 1890 жылы В. Т. Одхнер өзінің калькуляторына құқықты 1878 жылы патенттелгеннен бері иеленген Königsberger & C компаниясынан қайтарып алды, бірақ олар ештеңе өндірмеген. Одхнер Санкт-Петербургтағы шеберханасында калькуляторын өндіріп, 1890 жылы 500 машина жасап сатты. Бұл өндіріс 1918 жылы 23000 машина шығарылып тоқтатылды. Одхнер арифмометрі – Томас де Колмардың арифмометрінің жаңартылған нұсқасы, тік дөңгелекті механизммен жабдықталған, бұл оны өндіруді арзандатты және оның габариттерін кішірейтип, пайдаланушы интерфейсін сақтап қалды. 1892 жылы Одхнер бір жыл бұрын ашқан Берлиндегі зауытын Grimme, Natalis & Co. компаниясына сатты. Олар зауытты Брауншвейгке көшіріп, машиналарын Брунсвига (Брунсвига – Брауншвейг қаласының латынша атауы) таңбасымен сатты. Бұл Одхнер машинасының бүкіл әлемде сатылатын және өндірілетін көптеген компаниялардың алғашқысы болды; соңында миллиондаған дана 1970 жылдарға дейін сатылды. Burroughs Corporation бухгалтерлік машиналар мен компьютер бизнесіндегі жетекші компаниялардың біріне айналды. "Миллионер" калькуляторы 1893 жылы ұсынылды. Ол кез келген цифрмен тікелей көбейтуге мүмкіндік берді – "көбейтушідегі әрбір цифр үшін бір айналым". Онда механикалық көбейту кестесі болды, онда бірліктер мен ондықтар әртүрлі ұзындықтағы тіреулер арқылы ұсынылды. Тағы бір тікелей көбейтуші Мун Хопкинс есеп машинасының бөлігі болды; бұл компания 20 ғасырдың басында Burroughs компаниясымен сатып алынды.
Автоматты механикалық есептеу машиналары
1822 жылы Чарльз Бэббидж өзінің айырмалы есептегішінің жұмысын көрсеткен шағын тісті дөңгелектер жиынтығын ұсынды, бұл механикалық калькулятор болатын және әрқайсысы 31 ондық таңбадан тұратын жеті санды сақтап, өңдей алатын. Есептеу машинасының алдыңғы операцияларының нәтижелерін пайдаланып, автоматты түрде жұмыс істеуі – бұл алғашқы рет болды. 1847 жылы Бэббидж жақсартылған айырмалы есептегіштің дизайны – "Айырмалы есептегіш №2" үстінде жұмыс істей бастады. Бэббидж бұл жобалардың ешқайсысын толық аяқтаған жоқ. 1991 жылы Лондон ғылым мұражайы 19 ғасырда қол жетімді технология мен материалдарды пайдаланып, Бэббиджтің жоспарлары бойынша жұмыс істейтін "Айырмалы есептегіш №2" құрастырды. 1855 жылы Пер Георг Шейц Бэббиджтің дизайны негізінде жұмыс істейтін айырмалы есептегішті аяқтады. Бұл машинаның көлемі фортепианодай болды және 1855 жылы Парижде өткен Дүниежүзілік көрмеде көрсетілді. Ол логарифмдер кестесін жасау үшін қолданылды. 1875 жылы Мартин Виберг Бэббидж/Шейц айырмалы есептегішін қайта жобалап, тігін машинасының көлеміндегі нұсқасын жасады.
Бағдарламаланатын механикалық калькуляторлар
1834 жылы Бэббидж аналитикалық машинасының жобасын жасауды бастады, ол қазіргі заманғы мейнфреймдік компьютердің даусыз атасы болды. Ол деректер мен бағдарлама үшін екі жеке кіріс ағынына (алғашқы Гарвард архитектурасы), нәтижелерді шығару үшін принтерлерге (үш түрлі), өңдеу блогына (мельница), жадқа (сақтау) және бағдарламалау нұсқауларының алғашқы жиынтығына ие болды. Говард Эйкен 1937 жылы IBM-ге, компьютер индустриясына IBM-нің кіру машинасы болған Гарвард Mark I үшін қаржыландыру сұраған ұсынысында былай жазды: "Ғылыми зерттеулерге қатысты есептеу машиналарын жасау сирек кездеседі, оның ерекше мысалдары Чарльз Бэббидж және оның ізбасарлары. 1812 жылы Бэббидж математикалық функциялардың кестелерін есептеу және басып шығару үшін бұрынғылардан артық типтегі есептеу машинасы туралы ой түйді. Айырмашылық машинасынан бас тартқаннан кейін Бэббидж өзінің күшін айырмашылық машинасынан әлдеқайда күшті аналитикалық машинаны жобалауға және құрастыруға жұмсады." 1843 жылы, аналитикалық машина туралы француз мақаласын аудау барысында Ада Лавлейс көптеген жазбаларының бірінде Бернулли сандарын есептеу алгоритмін жазды. Бұл алғашқы компьютерлік бағдарлама деп есептеледі. 1872 жылдан 1910 жылға дейін Генри Бэббидж әкесінің машинасының "орталық өңдеу блогы" – диірменді жасаумен айналысты. Бірнеше сәтсіздіктерден кейін, 1906 жылы ол диірменнің сәтті демонстрациясын жасады, ол 29 таңбалы пішінде пидің алғашқы 44 еселігін басып шығарды.
In 1843, during the translation of a French article on the analytical engine, Ada Lovelace wrote, in one of the many notes she included, an algorithm to compute the Bernoulli numbers. This is considered the first computer program. From 1872 until 1910, Henry Babbage worked intermittently on creating the mill, the "central processing unit" of his father's machine. After a few setbacks, he gave in 1906 a successful demonstration of the mill which printed the first 44 multiples of pi with 29 places of figures.
Қаражатты тіркеу машиналары
Америкалық салон иесі Джеймс Ритти 1879 жылы ойлап тапқан кассалық аппараттар бизнес мәмілелеріндегі ұйымдаспаушылық пен адалдықсыздық мәселелерін шешті. Бұл принтермен, қоңыраумен және екі жақты дисплеймен жабдықталған қарапайым есептеу машинасы болатын, ол төлем жасаушыға және дүкен иесіне, қаласа, ағымдағы мәміле үшін төленген соманы көрсетті. Кассалық аппаратты пайдалану оңай болды және, шынайы механикалық калькуляторлардан өзгеше, көптеген кәсіпорындар үшін қажеттілікке айналып, тез қабылданысқа ілікті. "1888 мен 1895 жылдар аралығында 84 компания кассалық аппараттар сатты, олардың тек үшеуі ғана ұзақ уақытқа сақталды". 1890 жылы, Джон Паттерсон NCR корпорациясын құрғаннан кейін 6 жыл өткен соң, оның компаниясы 20 000 машина сатты, ал барлық түпнұсқа калькуляторлардың жалпы саны шамамен 3 500-ге жетті. 1900 жылға қарай NCR 200 000 кассалық аппарат жасады және оларды өндіретін компаниялар саны "Томас/Пейен" арифмометр компаниясымен салыстырғанда көп болды, ол шамамен 3 300 машина сатқан, ал Burroughs тек 1 400 машинаны ғана сатты.
Үлгілер мен шектеулі сериялар
1820 жылы Томас де Колмар арифмометрді патенттеді. Бұл бір таңбалы көбейтуші/бөлгіші бар нағыз төрт операциялық машина болды (70 жылдан кейін шыққан «Миллионер» калькуляторы ұқсас пайдаланушы интерфейсіне ие болды). Ол машинасының жасалуына 30 жыл және 300 000 франк жұмсады. Бұл конструкция 1851 жылы тек қосу машинасы болған жайлатылған арифмометрмен алмастырылды. 1840 жылдан бастап Дидье Рот бірнеше есептеу машиналарын патенттеді және жасады, олардың бірі Паскальдің калькуляторының тікелей мұрагері болды. 1842 жылы Тимолеон Маурел арифмометр негізінде арифмаурельді ойлап тапты, ол екі санды машинаға енгізу арқылы ғана көбейтуге мүмкіндік берді. 1845 жылы Израил Абрахам Стаффель алғаш рет қосу, алу, көбейту, бөлу және квадрат түбір табуға қабілетті машинаны көрсетті. 1854 жыл шамасында Андре Мишель Герри статистикалық ордоннаторды ойлап тапты, бұл цилиндрлі құрылғы моральдық көрсеткіштер (қылмыс, өзіне-өзі қол жұмсау және т.б.) туралы деректер арасындағы байланысты анықтауға көмектесу үшін жасалған. 1872 жылы АҚШ-та Франк С. Болдуин диірменді калькуляторды ойлап тапты. 1877 жылы Бостон қаласынан (АҚШ) Джордж Б. Грант қосу, алу, көбейту және бөлуге қабілетті Грант механикалық есептеу машинасын шығара бастады. Машинаның өлшемдері 13x5x7 дюйм болды және оның құрамында мыс пен тот баспаған болаттан жасалған сексен жұмыс істейтін бөлік болды. Ол алғаш рет 1876 жылы Филадельфияда өткен 100 жылдық көрмеде көпшілік назарына ұсынылды. 1883 жылы Ұлыбританиялық Эдмондсон дөңгелек сатылы барабанды есептеу машинасына патент алды.
Механикалық калькуляторлар өздерінің шыңына жетті
Осы уақытқа қарай екі түрлі механизмдер қалыптасты: керілі және айналмалы. Алғашқы механизмдер түрі әдетте шектеулі қозғалыспен қолмен жұмыс істеді; кейбір ішкі егжей-тегжейлі операциялар тартылу кезінде, ал басқалары толық циклдің босату бөлігінде орындалды. 1914 жылғы машина осы типте; кранк тік, оң жағында орналасқан. Кейіннен осы механизмдердің кейбіреулерін электр қозғалтқыштары және айналу қозғалысын кері қозғалысқа айналдыру үшін кранк пен білікті қосатын редукторлар жұмыс істеді. Екінші типтегі, айналмалы, кем дегенде бір басты білігі болды, ол бір немесе бірнеше үздіксіз айналымдар жасады, әрбір айналымда бір қосу немесе алу операциясы орындалды. Көптеген конструкциялар, әсіресе еуропалық калькуляторлар, айналым аяқталғаннан кейін кранктерді нақты позицияға қайтаруды қамтамасыз ету үшін қолмен бұрылатын және құлыпталатын механизмдерге ие болды. 20 ғасырдың бірінші жартысында механикалық калькулятор механизмі біртіндеп дамыды. 1902 жылы ұсынылған Далтон тізімдеу машинасы алғаш рет он пернелі болды және көптеген компаниялар өндірген «10 пернелі қосу тізімдерінің» көптеген түрлі үлгілерінің алғашқысы болды. 1948 жылы цилиндрлі Curta калькуляторы пайда болды, ол 1938 жылы Curt Herzstark әзірлегеннен кейін бір қолмен ұстауға жететіндей ықшам болды. Бұл сатылы берілісті есептеу механизмін дамытудың шегіне жеткен үлгісі еді. Ол толықтыру арқылы алу амалын орындады; қосуға арналған тістердің арасында алуға арналған тістер орналасқан. 1900 жылдардың басынан 1960 жылдарға дейін механикалық калькуляторлар үстел үстіндегі есептеу нарығында басымдық танытты. АҚШ-тағы негізгі жеткізушілерге Friden, Monroe және SCM/Marchant кірді. Бұл құрылғылар электр қозғалтқыштарымен жұмыс істеді және нәтижелерді көрсету үшін дискілермен жабдықталған жылжымалы вагондарға ие болды. Көптеген пернетақталар толық болды – енгізілуі мүмкін әр цифрдың өз бағанында тоғыз пернесі болды (1-9), сондай-ақ бірнеше цифрды бірден енгізуге мүмкіндік беретін бағаналық тазалау пернесі болды. (Төмендегі суретке қараңыз: Marchant Figurematic). Мұны механикалық қосу машиналарында кең таралған, ал қазір электронды калькуляторларда қолданылатын он пернелі реттік енгізуге қарастыра отырып, параллельді енгізу деп атауға болады. (Барлық Friden калькуляторлары, сондай-ақ кейбір айналмалы (неміс) Diehl калькуляторларында көбейту кезінде көбейтушіні енгізу үшін он пернелі қосымша пернетақта болды.) Толық пернетақталар әдетте он бағаннан тұрды, бірақ кейбір арзан машиналарда сегіз баған болды. Аталған үш компания жасаған машиналардың көпшілігі нәтижелерін басып шығармады, бірақ басқа компаниялар, мысалы Olivetti, басып шығару калькуляторларын жасады. Бұл машиналарда қосу және алу амалдары дәстүрлі қосу машинасы сияқты бір операцияда орындалды, бірақ көбейту және бөлу амалдары қайталамалы механикалық қосулар мен алулар арқылы жүзеге асырылды. Friden квадрат түбірді де есептейтін калькулятор жасады, негізінен бөлу арқылы, бірақ пернетақтадағы санды жүйелі түрде автоматты түрде арттыратын қосымша механизммен. Соңғы механикалық калькуляторларда қысқаша көбейту мүмкіндігі болды, ал он пернелі реттік енгізу түрлері ондық нүкте пернелеріне ие болды. Дегенмен, ондық нүкте пернелері ішкі күрделілікті қажет етті және тек соңғы жасалған үлгілерде ұсынылды. 1948 жылғы Curta сияқты қолмен ұсталатын механикалық калькуляторлар 1970 жылдары электрондық калькуляторлармен алмастырылғанға дейін қолданыла берді. Еуропалық төрт операциялық машиналар Odhner механизмін немесе оның түрлерін пайдаланды. Бұл машиналардың қатарында Original Odhner, Brunsviga және Triumphator, Thales, Walther, Facit-тен бастап Toshiba-ға дейін созылған көптеген келесі имитаторлар болды. Олардың көпшілігі қолмен жұмыс істегенмен, электрмен жұмыс істейтін нұсқалары да болды. Hamann калькуляторлары сыртқы түрімен шынарлы машиналарға ұқсады, бірақ орнату тетігі диал жеткілікті алысқа жылжығанда жетек тұтқасын ажырататын камераны орналастырды. 1902 жылы Далтон алғашқы 10 пернелі баспа машинасы (екі операциялық, екіншісі – алу) енгізді, бірақ бұл мүмкіндіктер көптеген онжылдықтар бойы есептеу машиналарында (төрт операциялық) болмады. Facit T (1932) – бұл үлкен көлемде сатылған алғашқы 10 пернелі есептеу машинасы. Olivetti Divisumma 14 (1948) – баспа машинасы және 10 пернелі пернетақтасы бар алғашқы есептеу машинасы. Толық пернетақталы машиналар, соның ішінде электрмен жұмыс істейтін машиналар да 1960 жылға дейін жасалды. Негізгі өндірушілердің арасында Еуропада Mercedes Euklid, Archimedes және MADAS, ал АҚШ-та Friden, Marchant және Monroe кареталары бар айналмалы калькуляторлардың негізгі өндірушілері болды. Керілі калькуляторлар (көпшілігі қосу машиналары, олардың көпшілігінде ендірілген баспа машиналары болды) Remington Rand және Burroughs компанияларымен және басқаларымен жасалды. Бұлардың барлығы пернелі болды. Felt & Tarrant Comptometer-лерді, сондай-ақ Victor-ді жасады, олар пернемен басқарылды. Friden және Monroe машиналарының негізгі механизмі – Лейбниц дөңгелегінің өңделген түрі (АҚШ-та, бәлкім, ресми емес түрде «сатылы барабан» немесе «сатылы есептегіш» деп белгілі). Friden машинасының корпусы мен аккумулятор дискілері арасында қарапайым кері жетек болды, сондықтан оның басты білігі әрқашан бір бағытта айналды. Швейцариялық MADAS да осыған ұқсас болды. Monroe болса, алу үшін басты білігінің бағытын өзгертеді. Ең алғашқы Marchant машиналары шынарлы машиналар болды, бірақ көпшілігі өте күрделі айналмалы типтер еді. [+] таяқ ұсталып тұрса, олар минутына 1300 қосу циклын орындай алатын. Басқалары минутына 600 циклмен шектелді, өйткені олардың аккумулятор дискілері әр циклде басталып, тоқтады; Marchant дискілері үздіксіз және пропорционалды жылдамдықпен айналды. Көптеген Marchant машиналары Figurematic суретінде көрсетілгендей, оң жақтағы шегінде тоғыз пернелі қатарға ие болды. Бұл машинаны пернедегі санға сәйкес циклдер саны бойынша қосуға және содан кейін каретаны бір орынға жылжытуға мүмкіндік берді. Тіпті тоғыз қосу циклы да аз уақыт алды. Marchant машинасының басында аккумулятор дискілері қақпақтың ашылуларынан алысқа жылжыды, «түсуге» түсті. Олар машина корпусындағы жетек тісті доңғалақтарымен байланысты, олар оларды берілген цифрға пропорционалды жылдамдықпен айналдырды, оң жақтағы дискілерден туындаған қосымша қозғалыспен (10:1 азайтылған). Цикл аяқталғаннан кейін дискілер дәстүрлі сағаттың көрсеткіштері сияқты дұрыс емес позицияда болар еді. Дегенмен, олар «түсуден» шыққанда, тұрақты жетек дискісі камерасы оларды шектеулі қозғалыспен спиральді диференциал арқылы қайта орналастырды. Сонымен қатар, төменгі разрядтарға қосымшалар басқа, планетарлық диференциал арқылы қосылды. (Суретте көрсетілген машинаның аккумуляторында 39 диференциал бар [20 цифрлі]!) Кез келген механикалық калькуляторда, әсерлі түрде, тісті доңғалақ, сектор немесе ұқсас құрылғы аккумуляторды қосылатын немесе алынатын цифрға сәйкес тіс санымен жылжытады – үш тіс өзгерісі позицияны үш есеге өзгертеді. Негізгі калькулятор механизмдерінің көпшілігі аккумуляторды бастап, содан кейін тұрақты жылдамдықпен жылжытып, тоқтату арқылы жылжытады. Атап айтқанда, тоқтату маңызды, өйткені жылдам жұмыс істеу үшін аккумулятор жылдам жылжуы керек. Женева жетегінің түрлері әдетте артық жылдамдықты тоқтатады (әрине, бұл дұрыс емес нәтижелерге әкелер еді). Дегенмен, екі түрлі негізгі механизм, Mercedes Euklid және Marchant, дискілерді қосылатын немесе алынатын цифрға пропорционалды жылдамдықпен жылжытады; [1] аккумуляторды ең баяу жылдырады, ал [9] – ең жылды. Mercedes Euklid-те бір ұшында иіліп тұрған ұзын ойық бар рычаг тоғыз тісті дөңгелектерді («түзу тісті доңғалақтарды») олардың рычагтің иілу нүктесінен қашықтығына пропорционалды қашықтыққа жылжытады. Әр тісті дөңгелекте ойықпен жылжытылатын жетек штифтісі бар. [1] тісті дөңгелегі, әрине, иілу нүктесіне ең жақын. Әр пернетақта цифры үшін Лейбниц дөңгелегі сияқты жылғыр селекторлық тісті дөңгелек енгізілген цифрға сәйкес тісті дөңгелекпен байланысады. Әрине, аккумулятор алға немесе кері соққыда өзгереді, бірақ екеуінде де емес. Бұл мех...
Бір дәуірдің соңы
Механикалық калькуляторлар 1970 жылдардың басына дейін сатылымда болды, бірақ олардың саны тез азайды, көптеген өндірушілер жабылды немесе басқа компанияларға қосылды. Комптометрлік типтегі калькуляторлар, әсіресе бухгалтерлік есепте, қосу және тізімдеу жұмыстары үшін көп уақыт бойы қолданылып келді, себебі жаттығудан өткен және тәжірибелі оператор қолдың бір қозғалысымен санның барлық цифрларын комптометрге 10 пернелі электрондық калькулятормен салыстырғанда жылдамырақ енгізе алатын. Шындығында, үлкен цифрларды кіші нөмірлі пернелерді пайдаланып екі рет басу арқылы тезірек енгізуге болар еді; мысалы, 9 санын енгізу үшін алдымен 4, содан кейін 5 пернелерін басу қажет болатын. Кейбір пернелі калькуляторларда әр бағанға арналған пернелер болды, бірақ тек 1-ден 5-ке дейін; олар осыған байланысты ықшам болды. Комптометрді қолдануды тоқтатқан – компьютердің, қарапайым электрондық калькулятордың емес, кеңінен таралуы. Сонымен қатар, 1970 жылдардың соңына қарай есептеу сызғышы (слайд ережесі) қолданудан толыққандай шықты.