Русская Википедия:Вычислительная машина Штаффеля
Вычислительная машина Штаффеля — механическое устройство, позволяющее выполнять операции сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в степень и приближенный расчёт квадратного корня. Сконструирована Израилем Авраамом Штаффелем и впервые представлена на промышленной выставке в Варшаве 1845 года. Является наиболее сложным устройством из разработанных Штаффелем.
Ни один экземпляр машины не сохранился до XXI века. Её конструкция известна только по историческим источникам, в основном, это статьи для прессы, отчёты и решения жюри c выставок, на которых демонстрировалась машина[1].
История
Создатель машины, Израиль Авраам Штаффель, был жителем Варшавы, по профессии — часовщик. Штаффель вырос в бедной еврейской семье и не имел доступа к научным публикациям, рассказывающим о последних изобретениях Западной Европы. Выучил польский язык, что позволило ему читать научно-технические публикации по механике, издаваемые в Царстве Польском[2].
Неизвестно, было ли ему известно о счётных машинах других варшавских изобретателей, Авраама Штерна или Хаима Слонимского, и поэтому невозможно достоверно утверждать, как те повлияли на сконструированное им устройство. Штаффель не был знаком с конструкцией арифмометра де Кольмара или других счётных машин, созданных в Западной Европе. В связи с этим следует предположить, что построенная им машина была его собственным изобретением, мало похожей на разработанные ранее вычислительные устройства.
Штаффель начал строить машину в 1835 году и закончил работы через 10 лет. Впервые он продемонстрировал машину публике в 1845 году. Она не была запатентована. Позже Штаффель представил ещё несколько моделей машины, содержащих различные усовершенствования.
В польских публикациях счётная машина называлась liczebnik, liczebnica, machina rachunkowa или mechaniczne szczoty. В настоящее время она также известна как arytmometr Staffela[1].
В 1845 году на промышленной выставке в Варшаве Израиль Авраам Штаффель был награждён серебряной медалью. В комитет, присуждающий медаль, входил Адриан Кржижановский[3]. В описании машины отмечалось значительное снижение времени, необходимого на выполнение вычислений по сравнению с ручными расчётами на бумаге.
В том же 1845 году Штаффель ознакомил с машиной министра народного просвещения, президента Петербургской академии наук Уварова, когда тот был в Варшаве, Уваров обещал ему содействие. После получения Штаффелем серебряной медали на выставке наместник Царства Польского Паскевич, князь Варшавский, выдал ему 150 рублей на поездку в Санкт-Петербург для представления машины в академии наук. В 1846 году Уваров поручил академии исследовать машину «по бывшему в прошлом году с евреем Слонимским примеру». По результатам исследования она получила широкое признание среди членов академии. Положительные отзывы ей выдали, в том числе известный математик Виктор Буняковский, сам позже сконструировавший вычислительное устройство «самосчёты Буняковского», и физик Борис Якоби. Было отмечено, что по сравнению с машиной Слонимского для умножения не требуется многократно выполнять сложение, и что машина основана лишь на механизмах, а не особых свойствах чисел. М. В. Остроградский предлагал выдвинуть Штаффеля на Демидовскую премию. Вместе с тем говорилось о высокой стоимости производства машины, которая делала невозможным массовую продажу устройства. В 1847 году по докладу Уварова Штаффелю была выделена награда в 1500 рублей из сумм, находящихся в распоряжении императора по Царству Польскому[4].
В 1851 году машина вместе с некоторыми другими устройствами Штаффеля была представлена на Всемирной выставке в Лондоне. Машина Штаффеля получила серебряную медаль и была признана лучшей из вычислительных машин, участвовавших в выставке:
| « |
The best machine of this kind exhibited is that of Staffel (Russia, 148), which, on examination, seems to combine accuracy with economy of time, and works easily and directly. | » |
| — Анонимус | ||
При этом второе место сенсационно присудили гораздо более известному в то время арифмометру де Кольмара. Посещавшие выставку Королева Виктория и Принц Альберт были в большой степени впечатлены машиной Штаффеля, Принц Альберт в знак высокой оценки изобретения выслал Штаффелю 20 британских фунтов, что было беспрецедентным шагом[5]. Об успехе машины упоминал журнал Scientific American, который отмечал «удивительную скорость и точность вычислений»[6].
Вероятнее всего, после выставки в Лондоне в 1851 году вычислительная машина Штаффеля была размещена в Российском суде[6].
В 1876 году Штаффель передал один экземпляр своей машины Императорской академии наук. Машина была выставлена в физическом кабинете Академии. Устройство было, вероятно, уничтожено или утеряно во время разграбления коллекции Академии во время октябрьской революции[1].
Счётное устройство Штаффеля, находящееся в Музее Техники в Варшаве, это более простое устройство, не связанное конструктивно с машиной, представленной в 1845 году.
Несмотря на признание на международной выставке, машина так и не поступила в массовое производство в отличие в арифмометра де Кольмара, который стал первым устройством, производящимся в массовом масштабе. Израиль Авраам Штаффель не имел финансовых средств, чтобы начать промышленное производство своих машин, себестоимость машины была слишком большой, а спрос на подобные устройства — невысок.
Изобретатель механических калькуляторов Шаблон:Нп5 из компании Шаблон:Нп5 высказывал мнение, что конструкция машины Штаффеля могла повлиять на арифмометр Однера: «Die [Odhner] Maschine, von der nur ein Stück gebaut wurde, ist der obengenannten Universal-Rechenmaschine von Staffel in mancher Beziehung so ähnlich, dass die Annahme naheliegt, Odhner habe sie gekannt und sie beim Bau seiner Maschine zum Vorbild genommen»[7].
Конструкция машины
Машина имела форму прямоугольного параллелепипеда длиной 20 дюймов, шириной 10 дюймов и высотой 8 дюймов[8], по другим источникам — длиной 18 дюймов, шириной 9 дюймов и высотой 4 дюймов[9]. Механизм машины был основан на колесе Лейбница, которое широко использовалось в счётных машинах с тех пор, как Готфрид Лейбниц построил в 1694 году свой арифмометр[10].
Интерфейс состоял из 13 окошек отображения результата, расположенного ниже вала с семью переключателями и 7 окошек отображения множителя, показывающих значение одного из множителей во время выполнения операции умножения или частного во время операции деления. Оператор мог устанавливать значения отдельных цифр на валу и в окошках отображения множителя. Вал мог перемещаться вправо или влево. Устройство работало в десятичной системе счисления, в каждом окошке могла быть показана любая из 10 цифр от 0 до 9.
Машина была оснащена рукояткой и переключателем, позволяющим переходить в режимы сложения/умножения, вычитания/деления и извлечения квадратного корня. Эти режимы были подписаны на корпусе устройства, соответственно, как additio/multiplio, substractio/divisio и extractio. В ходе выполнения операции вычитания рукоятку надлежало вращать в направлении противоположном, чем во время выполнения операции сложения[11].
Расчеты на машине
Работа машины основана на простых правилах:
- В режиме сложения/умножения поворот рукоятки приводил к увеличению значения в окошках результата на величину, заданную переключателями на валу, и к уменьшению значения в окошках множителя на 1;
- В режиме вычитания/деления поворот рукоятки приводил к уменьшение значения в окошках результата на величину, заданную переключателями на валу, и к увеличению значения в окошках множителя на 1.
На машине можно было выполнять цепочку операций без записывания промежуточных результатов. Результат предыдущей операции запоминался в окошках результата и мог быть использован в качестве аргумента последующей операции[1].
- Сложение
Для вычисления значения выражения <math>a+b</math> устанавливали режим сложения/умножения и обнуляли окошки результата. Затем с помощью переключателей на валу задавали значение числа <math>a</math> и выполняли один оборот рукоятки. После чего значение числа <math>a</math> отображалось в окошках результата. На следующем шаге на валу вводили значение числа <math>b</math> и выполняли один оборот рукоятки. После этого в окошках результата было представлено значение выражения <math>a+b</math>.
- Вычитание
Для вычисления значения выражения <math>a-b</math> в окошки результата устанавливали значение числа <math>a</math> путем сложения числа <math>a</math> с ранее обнулёнными окошками результата. Затем машину переключали в режим вычитания/деления, устанавливали на валу значение числа <math>b</math> и выполняли один оборот рукоятки в противоположном направлении. После этого в окошках результата отображалось значение выражения <math>a-b</math>.
При попытке вычесть большее число от меньшего раздавался предупреждающий звонок. Это было особенно полезно при выполнении операции деления, заключающейся в многократном вычитании одного и того же числа.
- Умножение
Умножение производили путём как многократного выполнения сложения. Для вычисления значения выражения <math>a \cdot b</math> устанавливали режим сложения/умножения и обнуляли окошки результата. После на валу задавали число, являющееся большим из сомножителей, а в окошках множителя устанавливали значение меньшего. Далее совершали несколько оборотов рукоятки в количестве, соответствующем меньшему множителю, пока значение в окошках множителя не уменьшалось до нуля. После этого в окошках результата появляется значение выражения <math>a \cdot b</math>.
- Деление
Деление выполнялись как многократное вычитание. Для вычисления значения выражения <math>a \div b</math> в окошках результата устанавливали значение числа <math>a</math> путем добавления числа <math>a</math> к обнулённым ранее окошкам результата. Затем машину переключали в режим вычитания/деления, устанавливали на валу значение числа <math>b</math> и выполняли достаточное количество оборотов рукоятки, пока число в окошках результата не станет меньше <math>b</math>. При попытке выполнения излишнего поворота рукоятки срабатывал предупреждающий звонок. После выполнения операции деления в окошках множителя находилась целая часть частного, а в окошках результата отображался остаток от деления <math>a</math> на <math>b</math>.
- Извлечение корня
Машина Штаффеля позволяла вычислять приближенное значение квадратного корня числа. Для этого в окошках результата устанавливали значение числа, корень которого хотели рассчитать, с помощью переключателей обнуляли значение на валу, а в окошки множителя вводили единицу. Переключателем режимов переводили машину в режим извлечения квадратного корня[12]. Более подробного описания действий, выполняемых в процессе извлечения квадратного корня, не сохранилось, однако общая схема, вероятна, была близка к аналогичной операции на счётной машине Штерна[11]. Для расчета корня был применён дополнительный механизм. В докладе Всемирной выставки в Лондоне 1851 года отмечалось, что операция извлечения корня, хотя и не требовала угадывания цифр результата, занимала много времени[9].
Примечания
- Русская Википедия
- Страницы с неработающими файловыми ссылками
- Используется шаблон Цитата
- Страницы с цитатами
- История компьютерной техники
- Механические счётные машины
- Страницы, где используется шаблон "Навигационная таблица/Телепорт"
- Страницы с телепортом
- Википедия
- Статья из Википедии
- Статья из Русской Википедии
.jpg){kind=link}
.jpg){kind=link}
