Машины Марчанта: История и особенности механических вычислителей.

Введение

Компания Marchant Calculating Machine Company была основана в 1911 году Родни и Альфредом Марчантами в Окленде, штат Калифорния. Компания производила механические, а затем электромеханические калькуляторы, которые славились своей надежностью. Первые модели были схожи с арифмометром Однера. В 1918 году сотрудник Карл Фриден разработал новую модель в ответ на патентные вызовы. Она имела большой успех, и Фриден оставался главным конструктором до 1934 года, когда он ушел, чтобы основать собственную компанию. В 1958 году компания была приобретена компанией Smith Corona, производителем пишущих машинок, в рамках неудачной попытки диверсификации. Компания, теперь известная как SCM, попыталась сохранить конкурентоспособность, представив в 1965 году электронный калькулятор SCM Cogito 240SR (разработанный ветераном Манхэттенского проекта Стэном Франкелем). В течение нескольких лет на рынок обрушилась волна более дешевых электронных калькуляторов, которая подорвала их бизнес, а к середине 1980-х годов бизнес SCM по производству пишущих машинок также был уничтожен появлением недорогих персональных компьютеров, используемых в качестве текстовых редакторов.

Конструкция калькулятора

Первые калькуляторы Марчанта значительно отличались от их более поздних машин с бесшумными пропорциональными передачами, которые были самыми быстрыми в своем роде, работая со скоростью 1300 циклов в минуту. Эти машины представляют значительный технический интерес и гораздо более известны, чем самые ранние модели. Их механическая конструкция была весьма необычной: диски результатов (суммы, разности и произведения) двигались со скоростью, пропорциональной цифре в соответствующем столбце клавиатуры. Цифра «1» на клавиатуре заставляла соответствующий диск двигаться медленнее, а «9» – быстрее. Вероятно, единственной другой подобной машиной был европейский Mercedes Euklid, который имел совершенно иную (и, по-видимому, гораздо более простую) конструкцию. Перенос в следующий разряд осуществлялся (фактически) с передаточным отношением 10:1, подобно традиционным дискам счетчиков электроэнергии. Это, вероятно, было уникально для калькулятора. При выполнении последовательных циклов «сложения» для получения произведения, большая часть механизма работала с постоянной скоростью. Все остальные механические калькуляторы имели диски результатов, которые двигались только с одной скоростью, но в течение разного времени, естественно, большего времени для больших цифр. Они быстро начинали движение, двигались с постоянной скоростью и быстро останавливались. (Также были механизмы, предотвращающие перебег (известный как инерционное движение) при остановке.) В калькуляторе Marchant каждый столбец имел свой механизм, который можно описать как девятиступенчатую предварительную коробку передач. После включения, именно этот механизм заставлял диск двигаться со скоростью, пропорциональной цифре в этом столбце. Это означало, что в машине содержалось в общей сложности несколько сотен отдельных шестерен. Переносы из младших разрядов поступали через один планетарный дифференциал на каждый диск. Если удерживать клавишу «+», в соседних столбцах слева (с нулями на клавиатуре), можно было увидеть, что два или, возможно, три диска старших разрядов двигаются с ожидаемой скоростью. Диски счетчиков электроэнергии, как часовая стрелка часов, не пытаются указать точную цифру, если диск справа находится, например, между 3 и 7. Такое несовпадение было бы недопустимо в дисках калькулятора, поэтому каждый диск Marchant имел постоянный направляющий ("улиточный") кулачок. Опуская важные детали, этот кулачок определял величину перемещения, необходимого для повторного выравнивания диска результата. Эта коррекция применялась вторым зубчатым дифференциалом, опять же, по одному на каждый диск. У некоторых обслуженных калькуляторов диски были смещены (вероятно) на 3,6 градуса; шестерни не были правильно соединены при сборке. Калькулятор был очень сложным по сравнению, например, с Friden STW, машиной, известной своей относительной внутренней простотой. Большая часть управляющего механизма Marchant находилась под клавишами и состояла примерно из 25 «слоев» рычагов, тяг, защелок и т.п. Он имел три приводных вала, проходящих через весь механизм. У большинства других калькуляторов был только один. Большинство механических калькуляторов, способных к полностью автоматическому делению (а их было много), вычитали до тех пор, пока аккумулятор не уходил в перерасход ("вычитали один раз слишком много"), а затем прибавляли один раз, чтобы восстановить значение в аккумуляторе. Однако в Marchant была цепочка аналоговых компараторов, чтобы предвидеть перерасход и подготовиться к следующей цифре частного. Механизм Marchant, внутренне, существенно отличался во многих аспектах от других моделей калькуляторов того же типа. Благодаря своей усовершенствованности (и сложности) он получил значительное преимущество в скорости по сравнению с другими конструкциями.

The first Marchant calculators differed greatly from their later Silent Speed Proportional Gears machines, which were by far the fastest of their type, running at 1,300 cycles per minute. These machines are of considerable technical interest, and are far better known than the earliest ones. Their mechanical design was very unusual in that their result dials (sums, differences, and products) moved at speeds proportional to the digit in the corresponding column of the keyboard. A '1' in the keyboard caused its dial to move the slowest, while a '9', the fastest. Probably the only other such machine was the European Mercedes Euklid, which had a very different (and apparently much simpler) design. Carrying to the next higher order was done (effectively) by a 10:1 gear ratio, rather like traditional watthour meter dials. This was probably unique in a calculator. While running consecutive 'add' cycles to develop a product in multiplication, much of the mechanism was running at constant speeds. All other mechanical calculators had result dials that moved only at one speed, but for different amounts of time, naturally for longer times when larger digits were to be entered. They started quickly, ran at one speed, and stopped quickly. (They also had mechanisms to prevent overshoot (known as coasting) when they stopped.) In the Marchant, each column had its own mechanism that might be described as a nine speed pre selector transmission. Once engaged, that was what made the dials move at speeds proportional to the digit in that column. This meant that the machine contained, in all, several hundred individual gears. Carries from lower order digits came in via one planetary differential per dial. If one held down the + bar, in neighboring columns to the left (with zeros for them in the keyboard), one could see two or maybe three higher order dials moving at the speeds one would expect. Watthour meter dials, like the hour hand of a clock, make no attempt to point to the correct digit, if the dial to the right is between, for example, 3 and 7, or so. Such misalignment would be intolerable in a calculator's dials, so each of the Marchant's dials had a constant lead ("snail") cam attached. Omitting important details, this cam determined the amount of movement needed to realign the result dials. That correction was applied by a second spur gear differential, again, one per dial. Some calculators that had been serviced had dials that were mispositioned by (probably) 3.6 degrees; the gears weren't quite meshed correctly when reassembled. The calculator was very complicated compared to, for example the Friden STW, a machine notable for its relative internal simplicity. Much of the Marchant's control mechanism was beneath the keys, and had about 25 "layers" of levers, linkages, latches, and such. It had three driveshafts, extending across the mechanism. Most other calculators had only one. Most mechanical calculators capable of fully automatic division (and there were many), subtracted until the accumulator went into overdraft ("subtracted one time too many"), then added once to restore the value in the accumulator. The Marchant, however, contained a chain of analog comparators to anticipate the overdraft, and prepare for the next quotient digit. The Marchant mechanism, internally, differed profoundly in many respects from other makes of calculators of the same general variety. By virtue of sophistication (and complexity), it gained a considerable speed advantage, compared to other designs.