Calculator mecanic - Mechanical calculator

Diferite calculatoare mecanice de birou utilizate în birou începând cu 1851. Fiecare are o interfață cu utilizatorul diferită. Această imagine arată în sensul acelor de ceasornic din stânga sus: un aritmometru , un comptometru , o mașină de adăugat Dalton, un Sundstrand și un aritmometru Odhner

Un calculator mecanic , sau o mașină de calculat , este un dispozitiv mecanic utilizat pentru a efectua automat operațiile de bază ale aritmeticii sau (istoric) o simulare, cum ar fi un computer analogic sau o regulă de diapozitive. Majoritatea calculatoarelor mecanice au fost comparabile ca dimensiuni cu computerele desktop mici și au fost învechite de apariția calculatorului electronic și a computerului digital .

Notele supraviețuitoare de la Wilhelm Schickard în 1623 dezvăluie că a proiectat și a construit cea mai timpurie dintre încercările moderne de calcul mecanizat. Mașina sa era compusă din două seturi de tehnologii: mai întâi un abac făcut din oasele lui Napier , pentru a simplifica multiplicările și diviziunile descrise pentru prima dată cu șase ani mai devreme în 1617, iar pentru partea mecanică avea un pedometru format pentru a efectua adunări și scăderi. Un studiu al notelor supraviețuitoare arată o mașină care s-ar fi blocat după câteva intrări pe același cadran și că ar putea fi deteriorată dacă un transport ar trebui propagat pe câteva cifre (cum ar fi adăugarea de la 1 la 999). Schickard și-a abandonat proiectul în 1624 și nu l-a mai menționat niciodată până la moartea sa, 11 ani mai târziu, în 1635.

La două decenii de la presupusa încercare eșuată a lui Schickard, în 1642, Blaise Pascal a rezolvat în mod decisiv aceste probleme particulare prin inventarea calculatorului mecanic. Cooptat în munca tatălui său ca vameș la Rouen, Pascal a proiectat calculatorul pentru a ajuta la cantitatea mare de aritmetică plictisitoare necesară; se numea Calculatorul lui Pascal sau Pascaline.

Aritmometrul lui Thomas , primul utilaj comercial de succes, a fost fabricat două sute de ani mai târziu în 1851; a fost primul calculator mecanic suficient de puternic și suficient de fiabil pentru a putea fi utilizat zilnic într-un mediu de birou. Timp de patruzeci de ani, aritmometrul a fost singurul tip de calculator mecanic disponibil pentru vânzare.

Comptometer , introdus în 1887, a fost prima mașină de a utiliza o tastatură care a constat din coloane nouă chei ( de la 1 la 9) pentru fiecare cifră. Mașina de adăugat Dalton, fabricată în 1902, a fost prima care a avut o tastatură cu 10 taste. Motoarele electrice au fost utilizate pe unele calculatoare mecanice din 1901. În 1961, o mașină de tip comptometru, Anita mk7 de la Sumlock comptometer Ltd., a devenit primul calculator mecanic de birou care a primit un motor de calculator complet electronic, creând legătura între aceste două industrii și marcând începutul declinului său. Producția de calculatoare mecanice sa oprit la mijlocul anilor 1970, închizând o industrie care durase 120 de ani.

Charles Babbage a proiectat două noi tipuri de calculatoare mecanice, care au fost atât de mari încât au necesitat puterea unui motor cu aburi pentru a funcționa și care au fost prea sofisticate pentru a fi construite în timpul vieții sale. Primul a fost un calculator mecanic automat , motorul său diferențiat , care putea calcula și imprima automat tabele matematice. În 1855, Georg Scheutz a devenit primul dintr-o mână de designeri care a reușit să construiască un model mai mic și mai simplu al motorului său diferit. Al doilea a fost un calculator mecanic programabil , motorul său analitic , pe care Babbage a început să îl proiecteze în 1834; "în mai puțin de doi ani el a schițat multe dintre caracteristicile esențiale ale computerului modern . Un pas crucial a fost adoptarea unui sistem de cărți perforate derivat din țesătura Jacquard ", făcându-l infinit programabil. În 1937, Howard Aiken a convins IBM să proiecteze și să construiască ASCC / Mark I , prima mașină de acest gen, bazată pe arhitectura motorului analitic; când mașina a fost terminată, unii l-au salutat ca „visul lui Babbage împlinit”.

Istoria antica

Un Suanpan chinezesc (numărul reprezentat în imagine este 6.302.715.408)
Informații suplimentare: Aritmetică și Abacus

Dorința de a economisi timpul și efortul mental în calculele aritmetice și de a elimina răspunderea umană față de eroare este probabil la fel de veche ca și știința aritmeticii. Această dorință a condus la proiectarea și construirea unei varietăți de ajutoare la calcul, începând cu grupuri de obiecte mici, cum ar fi pietricele, utilizate mai întâi slab, mai târziu ca tejghele pe plăci rigulate și mai târziu încă ca margele montate pe fire fixate într-un cadru, ca în abac. Acest instrument a fost probabil inventat de rasele semitice și adoptat ulterior în India, de unde s-a răspândit spre vest în toată Europa și spre est până în China și Japonia.
După dezvoltarea abacului, nu s-au mai făcut progrese până când John Napier nu a conceput tijele sale de numerotare, sau Napier's Bones , în 1617. Au apărut diferite forme ale oaselor, unele apropiindu-se de începutul calculului mecanic, dar abia în 1642 Blaise Pascal ne-a oferit prima mașină de calcul mecanic în sensul că termenul este folosit astăzi.

-  Howard Aiken , Mașină de calcul automat propusă, prezentată IBM în 1937
Informații suplimentare: Calculatorul lui Pascal § Precursori

O listă scurtă a altor precursori ai calculatorului mecanic trebuie să includă un grup de calculatoare analogice mecanice care, odată setate, sunt modificate doar prin acțiunea continuă și repetată a dispozitivelor de acționare (manivelă, greutate, roată, apă ...). Înainte de era comună , există odometre și mecanismul Antikythera , un ceas astronomic aparent deplasat , unic, orientat , urmat mai mult de un mileniu mai târziu de ceasuri mecanice timpurii , adaptate astrolabelor și urmat în secolul al XV-lea de pedometre . Aceste mașini erau fabricate din unelte dințate legate de un fel de mecanisme de transport. Aceste mașini produc întotdeauna rezultate identice pentru setări inițiale identice, spre deosebire de un calculator mecanic, unde toate roțile sunt independente, dar sunt, de asemenea, legate între ele prin regulile aritmeticii.

Secolul al XVII-lea

Prezentare generală

Secolul al XVII-lea a marcat începutul istoriei calculatoarelor mecanice, deoarece a văzut inventarea primelor sale mașini, inclusiv calculatorul lui Pascal , în 1642. Blaise Pascal a inventat o mașină pe care a prezentat-o ​​ca fiind capabilă să efectueze calcule despre care se credea anterior că să fie doar uman posibil.

Într-un anumit sens, invenția lui Pascal a fost prematură, în sensul că artele mecanice din timpul său nu erau suficient de avansate pentru a permite fabricarea mașinii sale la un preț economic, cu acuratețea și rezistența necesare pentru o utilizare destul de lungă. Această dificultate nu a fost depășită până la începutul secolului al XIX-lea, moment în care, de asemenea, un stimul reînnoit al invenției a fost dat de necesitatea multor tipuri de calcule mai complicate decât cele considerate de Pascal.

-  S. Chapman, sărbătoarea tercentenarului Pascal, Londra, (1942)

Secolul al XVII-lea a văzut, de asemenea, invenția unor instrumente foarte puternice pentru a ajuta la calculele aritmetice, cum ar fi oasele lui Napier , tabelele logaritmice și regula diapozitivelor care, pentru ușurința lor de utilizare de către oamenii de știință în înmulțirea și împărțirea, au stăpânit și au împiedicat utilizarea și dezvoltarea mecanicii mecanice. calculatoare până la lansarea producției aritmometrului la mijlocul secolului al XIX-lea.

Patru calculatoare Pascal și o mașină construite de Lépine în 1725, Musée des Arts et Métiers

Invenția calculatorului mecanic

Blaise Pascal a inventat un calculator mecanic cu un mecanism de transport sofisticat în 1642. După trei ani de efort și 50 de prototipuri, și-a prezentat publicul calculatorul. El a construit douăzeci dintre aceste mașini în următorii zece ani. Această mașină ar putea adăuga și scădea direct două numere și se poate înmulți și împărți prin repetare. Deoarece, spre deosebire de mașina lui Schickard, cadranele Pascaline puteau roti într-o singură direcție, reducându-l la zero, după fiecare calcul, operatorul trebuia să formeze în toate cele 9s și apoi ( metoda de re-reducere la zero ) să propage un transport direct prin mașină. Acest lucru sugerează că mecanismul de transport s-ar fi dovedit în practică de mai multe ori. Aceasta este o dovadă a calității Pascaline, deoarece niciuna dintre criticile din secolul al XVII-lea și al XVIII-lea nu a menționat o problemă cu mecanismul de transport și totuși a fost testată pe toate mașinile, prin resetările lor, tot timpul.

Invenția lui Pascal a mașinii de calculat, în urmă cu doar trei sute de ani, a fost făcută pe când era tânăr de nouăsprezece ani. El a fost stimulat să vadă povara muncii aritmetice implicată în munca oficială a tatălui său ca supraveghetor al impozitelor la Rouen. El a conceput ideea de a face munca mecanic și a dezvoltat un design adecvat în acest scop; arătând aici aceeași combinație de știință pură și geniu mecanic care i-a caracterizat întreaga viață. Dar una era să concepeți și să proiectați mașina, iar alta era să o fabricați și să o folosiți. Aici erau necesare acele daruri practice pe care le-a prezentat mai târziu în invențiile sale ...

-  S. Chapman, sărbătoarea tercentenarului Pascal, Londra, (1942)

În 1672, Gottfried Leibniz a început să lucreze la adăugarea multiplicării directe la ceea ce a înțeles că este funcționarea calculatorului lui Pascal. Cu toate acestea, este îndoielnic că a văzut vreodată pe deplin mecanismul și metoda nu ar fi putut funcționa din cauza lipsei de rotație reversibilă în mecanism. În consecință, el a proiectat în cele din urmă o mașină complet nouă, numită Stepped Reckoner ; a folosit roțile sale Leibniz , a fost primul calculator cu două mișcări, primul care a folosit cursorele (creând o memorie a primului operand) și primul care a avut un cărucior mobil. Leibniz a construit doi Stekon Reckoners, unul în 1694 și unul în 1706. Se știe că există doar mașina construită în 1694; a fost redescoperit la sfârșitul secolului al XIX-lea, fiind uitat într-o mansardă din Universitatea din Göttingen .

În 1893, inventatorul german de mașini de calcul Arthur Burkhardt a fost rugat să pună mașina Leibniz în stare de funcționare, dacă este posibil. Raportul său a fost favorabil, cu excepția secvenței din transport.

Leibniz își inventase roata omonimă și principiul unui calculator cu două mișcări, dar după patruzeci de ani de dezvoltare nu a reușit să producă o mașină care să fie pe deplin funcțională; acest lucru face ca calculatorul lui Pascal să fie singurul calculator mecanic funcțional din secolul al XVII-lea. Leibniz a fost, de asemenea, prima persoană care a descris un calculator cu rotiță . El a spus odată: „Nu este demn de bărbații excelenți să piardă ore ca niște sclavi în munca de calcul, care ar putea fi retrogradate în siguranță oricui altcuiva dacă ar fi folosite mașini”.

Alte mașini de calculat

Schickard, Pascal și Leibniz au fost în mod inevitabil inspirați de rolul ceasornicului, care a fost foarte celebrat în secolul al XVII-lea. Cu toate acestea, aplicarea simplă a angrenajelor interconectate a fost insuficientă pentru oricare dintre scopurile lor. Schickard a introdus utilizarea unui singur "dințat mutilat" dințat pentru a permite efectuarea transportului. Pascal a îmbunătățit acest lucru cu celebrul său sautoir ponderat. Leibniz a mers chiar mai departe în ceea ce privește abilitatea de a utiliza un cărucior mobil pentru a efectua multiplicarea mai eficient, deși în detrimentul unui mecanism de transport complet funcțional.

... Am conceput un al treilea care funcționează prin arcuri și care are un design foarte simplu. Aceasta este, așa cum am afirmat deja, pe care am folosit-o de multe ori, ascunsă la vedere de o infinitate de persoane și care este încă în stare de funcționare. Cu toate acestea, în timp ce am îmbunătățit-o mereu, am găsit motive pentru a-i schimba designul ...

-  Pascal, Reclama necesară celor care au curiozitatea să vadă și să o opereze pe Mașina Aritmetică (1645)

Când, în urmă cu câțiva ani, am văzut pentru prima dată un instrument care, atunci când este purtat, înregistrează automat numărul de trepte de către un pieton, mi-a venit imediat ideea că întreaga aritmetică ar putea fi supusă unui tip similar de mașini, astfel încât nu numai numărarea, ci și adunarea și scăderea, înmulțirea și împărțirea ar putea fi realizate cu ușurință, prompt și cu rezultate sigure printr-o mașină aranjată corespunzător

-  Leibniz, pe mașina sa de calculat (1685)

Principiul ceasului (roți de intrare și roți de afișare adăugate unui mecanism asemănător ceasului) pentru o mașină de calcul cu intrare directă nu a putut fi implementat pentru a crea o mașină de calcul complet eficientă fără inovații suplimentare cu capacitățile tehnologice ale secolului al XVII-lea. deoarece uneltele lor s-ar fi blocat atunci când un transport ar trebui să fie mutat în mai multe locuri de-a lungul acumulatorului. Singurele ceasuri de calcul din secolul al XVII-lea care au supraviețuit până în prezent nu au un mecanism de transport la nivelul întregii mașini și, prin urmare, nu pot fi numite calculatoare mecanice complet eficiente. Un ceas de calcul mult mai reușit a fost construit de italianul Giovanni Poleni în secolul al XVIII-lea și era un ceas de calcul cu două mișcări (numerele sunt înscrise mai întâi și apoi sunt procesate).

  • În 1623, Wilhelm Schickard , profesor german de ebraică și astronomie, a proiectat un ceas de calcul pe care l-a desenat pe două scrisori pe care le-a scris lui Johannes Kepler . Prima mașină construită de un profesionist a fost distrusă în timpul construcției sale și Schickard și-a abandonat proiectul în 1624. Aceste desene apăruseră în diferite publicații de-a lungul secolelor, începând din 1718 cu o carte a scrisorilor lui Kepler de Michael Hansch , dar în 1957 a fost prezentat pentru prima dată ca un calculator mecanic mult pierdut de Dr. Franz Hammer. Construcția primei replici din anii 1960 a arătat că mașina Schickard avea un design neterminat și, prin urmare, au fost adăugate roți și arcuri pentru ao face să funcționeze. Utilizarea acestor replici a arătat că roata cu un singur dinte, atunci când este utilizată într-un ceas de calcul, era un mecanism de transport inadecvat. ( vezi Pascal versus Schickard ). Acest lucru nu a însemnat că o astfel de mașină nu ar putea fi utilizată în practică, dar operatorul atunci când se confruntă cu mecanismul care rezistă la rotație, în circumstanțele neobișnuite ale unui transport care este necesar dincolo de (să zicem) 3 cadrane, ar trebui să „ajute” ulterior duce la propagare.
  • În jurul anului 1643, un ceasornicar francez din Rouen, după ce a auzit de lucrările lui Pascal, a construit ceea ce pretindea a fi un ceas de calcul, după propriul său design. Pascal și-a concediat toți angajații și a încetat să-și dezvolte calculatorul imediat ce a aflat de știri. Abia după ce a fost asigurat că invenția sa va fi protejată printr-un privilegiu regal, el și-a reluat activitatea. O examinare atentă a acestui ceas de calcul a arătat că nu funcționează corect și Pascal l-a numit avorton (făt avortat).
  • În 1659, italianul Tito Livio Burattini a construit o mașină cu nouă roți independente, fiecare dintre aceste roți fiind asociată cu o roată de transport mai mică. La sfârșitul unei operații, utilizatorul trebuia fie să adauge manual fiecare transport la următoarea cifră, fie să adauge mental aceste numere pentru a crea rezultatul final.
  • În 1666, Samuel Morland a inventat o mașină concepută pentru a adăuga sume de bani, dar nu a fost o mașină de adăugat adevărată, deoarece transportul a fost adăugat la o roată mică de transport situată deasupra fiecărei cifre și nu direct la cifra următoare. Era foarte asemănător cu aparatul lui Burattini. Morland a creat, de asemenea, o mașină de multiplicare cu discuri interschimbabile bazate pe oasele lui Napier. Luate împreună aceste două mașini au furnizat o capacitate similară cu cea a invenției lui Schickard, deși este îndoielnic că Morland a întâlnit vreodată ceasul de calcul al lui Schickard.
  • În 1673, ceasornicarul francez René Grillet a descris în Curiositez mathématiques de l'invention du Sr Grillet, horlogeur à Paris o mașină de calcul care ar fi mai compactă decât calculatorul lui Pascal și reversibilă pentru scădere. Singurele două mașini Grillet cunoscute nu au mecanism de transport, afișând trei linii de nouă cadrane independente și au, de asemenea, nouă tijă napier rotativă pentru multiplicare și divizare. Contrar afirmației lui Grillet, la urma urmei nu era un calculator mecanic.

Secolul al XVIII-lea

Detaliu al unei replici a unei mașini de calcul din secolul al XVIII-lea, proiectată și încorporată de germanul Johann Helfrich Müller.

Prezentare generală

Informații suplimentare: Calculator pinwheel și roata Leibniz

Secolul al XVIII-lea a văzut primul calculator mecanic care putea efectua automat o multiplicare; proiectat și construit de Giovanni Poleni în 1709 și realizat din lemn, a fost primul ceas de calcul de succes. Pentru toate mașinile construite în acest secol, diviziunea a cerut în continuare operatorului să decidă când să oprească o scădere repetată la fiecare index și, prin urmare, aceste mașini furnizau doar un ajutor în divizare, ca un abac . Atât calculatoarele rotative cât și calculatoarele cu roți Leibniz au fost construite cu câteva încercări nereușite de comercializare a acestora.

Prototipuri și rulaje limitate

  • În 1709, italianul Giovanni Poleni a fost primul care a construit un calculator care se putea multiplica automat. Acesta a folosit un design cu rotiță, a fost primul ceas de calcul operațional și a fost realizat din lemn; el l-a distrus după ce a auzit că Antonius Braun primise 10.000 de Guldens pentru că a dedicat împăratului cu pinwheel după propriul său proiect împăratului Carol al VI-lea al Vienei.
  • În 1725, Academia Franceză de Științe a certificat o mașină de calcul derivată din calculatorul lui Pascal proiectat de Lépine, un meșter francez. Mașina era o punte între calculatorul lui Pascal și un ceas de calcul. Transmisiile de transport au fost efectuate simultan, ca într-un ceas de calcul și, prin urmare, „mașina trebuie să se fi blocat dincolo de câteva transmisii de transport simultane”.
  • În 1727, un german, Antonius Braun , a prezentat prima mașină complet funcțională cu patru operații lui Carol al VI-lea, împăratul Sfântului Roman la Viena. Avea o formă cilindrică și era din oțel, argint și alamă; era fin decorat și arăta ca un ceas de masă renascentist. Dedicația sa față de împărat gravată pe partea de sus a mașinii citește, de asemenea, „..pentru a facilita ignoranților, adunarea, scăderea, înmulțirea și chiar împărțirea”.
  • În 1730, Academia Franceză de Științe a certificat trei mașini proiectate de Hillerin de Boistissandeau . Primul a folosit un mecanism de transport cu un singur dinte care, potrivit lui Boistissandeau, nu ar funcționa corect dacă un transport ar trebui mutat mai mult de două locuri; celelalte două mașini au folosit arcuri care au fost armate treptat până când și-au eliberat energia când trebuia să fie mișcat înainte. A fost similar cu calculatorul lui Pascal, dar în loc să folosească energia gravitației, Boistissandeau a folosit energia stocată în izvoare.
  • În 1770, Philipp Matthäus Hahn , pastor german, a construit două mașini circulare de calcul pe baza cilindrilor lui Leibniz. JC Schuster , cumnatul lui Hahn, a construit câteva mașini de design Hahn la începutul secolului al XIX-lea.
  • În 1775, Lordul Stanhope din Regatul Unit a proiectat o mașină cu rotiță. A fost așezat într-o cutie dreptunghiulară cu mâner lateral. De asemenea, el a proiectat o mașină care utilizează roți Leibniz în 1777. "În 1777 Stanhope a produs Logic Demonstrator, o mașină concepută pentru a rezolva probleme în logica formală. Acest dispozitiv a marcat începutul unei noi abordări a soluționării problemelor logice prin metode mecanice."
  • În 1784, Johann-Helfrich Müller a construit o mașină foarte asemănătoare cu mașina lui Hahn.

Secolul al XIX-lea

Prezentare generală

Luigi Torchi a inventat prima mașină de multiplicare directă în 1834. Aceasta a fost, de asemenea, a doua mașină bazată pe cheie din lume, după cea a lui James White (1822).

Industria calculatoarelor mecanice a început în 1851 Thomas de Colmar a lansat Arithmomètre simplificat , care a fost primul aparat care putea fi folosit zilnic într-un mediu de birou.

Timp de 40 de ani, aritmometrul a fost singurul calculator mecanic disponibil pentru vânzare și a fost vândut în întreaga lume. Până în 1890, au fost vândute aproximativ 2.500 de aritmometre plus câteva sute de la doi producători autorizați de clone de aritmometre (Burkhardt, Germania, 1878 și Layton, Marea Britanie, 1883). Felt și Tarrant, singurul alt competitor în producția comercială adevărată, vânduse 100 de contometre în trei ani.

Secolul al XIX-lea a văzut, de asemenea, proiectele mașinilor de calcul Charles Babbage, primul cu motorul său diferențiat , a început în 1822, care a fost primul calculator automat, deoarece a folosit continuu rezultatele operației anterioare pentru următoarea, și al doilea cu motorul său analitic. , care a fost primul calculator programabil, folosind cardurile lui Jacquard pentru a citi programul și datele, pe care l-a început în 1834 și care a oferit schema computerelor mainframe construite la mijlocul secolului al XX-lea.

Calculatoare mecanice de birou în producție în secolul al XIX-lea

Calculatoare desktop produse

Panoul frontal al unui aritmometru Thomas cu căruciorul său mobil rezultat extins
  • În 1851, Thomas de Colmar și-a simplificat aritmometrul prin eliminarea multiplicatorului / divizorului dintr-o cifră. Acest lucru a făcut-o o mașină simplă de adăugat, dar datorită căruței sale mobile, utilizată ca acumulator indexat, a permis totuși multiplicarea și divizarea ușoară sub controlul operatorului. Aritmometrul a fost acum adaptat la capacitățile de fabricație ale vremii; Prin urmare, Thomas ar putea produce în mod constant o mașină robustă și fiabilă. Manualele au fost tipărite și fiecărui aparat i s-a dat un număr de serie. Comercializarea sa a lansat industria calculatoarelor mecanice. Băncile, companiile de asigurări, birourile guvernamentale au început să folosească aritmometrul în operațiunile lor de zi cu zi, aducând încet calculatoare de birou mecanice în birou.
  • În 1878 Burkhardt, din Germania, a fost primul care a fabricat o clonă a aritmometrului lui Thomas. Până atunci Thomas de Colmar fusese singurul producător de calculatoare mecanice de birou din lume și fabrica aproximativ 1.500 de mașini. În cele din urmă, douăzeci de companii europene vor produce clone ale aritmometrului lui Thomas până în al doilea război mondial.
  • Dorr E. Felt , în SUA, a brevetat Comptometrul în 1886. A fost prima mașină de calcul care a reușit să adauge și să calculeze. [„Cu cheie” se referă la faptul că doar apăsarea tastelor determină calcularea rezultatului, nu trebuie acționată nicio manetă sau manivelă separată. Alte mașini sunt numite uneori „set de chei”.] În 1887, s-a alăturat lui Robert Tarrant pentru a forma Felt & Tarrant Manufacturing Company. Calculatorul de tip comptometru a fost primul aparat care a primit un motor de calculator complet electronic în 1961 ( marca ANITA VII lansată de Sumlock comptometer din Marea Britanie).
  • În 1890 WT Odhner a obținut drepturile de a-și fabrica calculatorul înapoi de la Königsberger & C , care le deținuse de când a fost brevetat pentru prima dată în 1878, dar nu a produs cu adevărat nimic. Odhner și-a folosit atelierul din Sankt Petersburg pentru a-și fabrica calculatorul și a construit și vândut 500 de mașini în 1890. Această operațiune de fabricație a fost închisă definitiv în 1918 cu 23.000 de mașini produse. Odhner aritmometru a fost o versiune Reproiectat a aritmometru Thomas de Colmar cu un motor Messier, ceea ce a făcut mai ieftin de fabricat și a dat-o amprenta la sol mai mică păstrând în același timp avantajul de a avea aceeași interfață de utilizator.
  • În 1892 Odhner a vândut filiala din Berlin a fabricii sale, pe care a deschis un an mai devreme, la Grimme, Natalis & Co au mutat fabrica de la Braunschweig și a vândut mașinile lor sub numele de marca al Brunsviga (Brunsviga este numele latin al orașul Braunschweig). Aceasta a fost prima dintre numeroasele companii care ar vinde și produce clone ale mașinii Odhner peste tot în lume; în cele din urmă, milioane au fost vândute până în anii '70.
  • În 1892, William S. Burroughs a început fabricarea comerciale de calculator sale adăugarea de imprimare Burroughs Corporation a devenit una dintre cele mai importante companii din mașină și de calculator de contabilitate afaceri.
  • Calculatorul „Millionaire” a fost introdus în 1893. A permis multiplicarea directă cu orice cifră - „o rotație a manivelei pentru fiecare cifră din multiplicator”. Acesta conținea un tabel mecanic de căutare a produselor, oferind unități și zeci de cifre prin diferite lungimi de postări. Un alt multiplicator direct a făcut parte din aparatul de facturare Moon-Hopkins ; acea companie a fost achiziționată de Burroughs la începutul secolului al XX-lea.
Comptometru din secolul al XIX-lea într-o cutie din lemn
Mașini de calculat secolele XIX și începutul secolului XX, Musée des Arts et Métiers
Aritmometrul lui Odhner

Calculatoare mecanice automate

Motorul diferenței de lucru al Muzeului de Științe din Londra, construit la un secol și jumătate după proiectarea lui Charles Babbage.
  • În 1822, Charles Babbage a prezentat un mic ansamblu de roți dințate care a demonstrat funcționarea motorului său diferențiat , un calculator mecanic care ar fi capabil să țină și să manipuleze șapte numere de câte 31 cifre zecimale fiecare. A fost prima dată când o mașină de calculat putea funcționa automat folosind ca rezultat de intrare din operațiunile sale anterioare. A fost prima mașină de calculat care a folosit o imprimantă. Dezvoltarea acestei mașini, numită ulterior „Difference Engine No. 1”, s-a oprit în jurul anului 1834.
  • În 1847, Babbage a început să lucreze la un design de motor diferențiat îmbunătățit - „Difference Engine No. 2”. Niciunul dintre aceste modele nu a fost complet construit de Babbage. În 1991, Muzeul de Științe din Londra a urmat planurile lui Babbage de a construi un motor diferențial nr. 2 funcțional folosind tehnologia și materialele disponibile în secolul al XIX-lea.
  • În 1855, Per Georg Scheutz a finalizat un motor diferențial de lucru bazat pe designul lui Babbage. Mașina avea dimensiunea unui pian și a fost demonstrată la Exposition Universelle din Paris în 1855. A fost folosită pentru a crea tabele de logaritmi .
  • În 1875, Martin Wiberg a reproiectat motorul diferenței Babbage / Scheutz și a construit o versiune care avea dimensiunea unei mașini de cusut.

Calculatoare mecanice programabile

Partea demonstrativă minimă, dar funcțională, a morii de la motorul analitic , terminată de fiul lui Babbage în jurul anului 1906
  • În 1834, Babbage a început să-și proiecteze motorul analitic , care va deveni strămoșul incontestabil al computerului mainframe modern, cu două fluxuri de intrare separate pentru date și programe (o arhitectură Harvard primitivă ), imprimante pentru rezultate (trei tipuri diferite), unitate de procesare (moară), memorie (magazin) și primul set de instrucțiuni de programare. În propunerea pe care Howard Aiken i-a dat-o IBM în 1937 în timp ce solicita finanțare pentru Harvard Mark I, care a devenit mașina de intrare a IBM în industria computerelor, putem citi: „Puține mașini de calcul au fost proiectate strict pentru aplicarea la investigații științifice, excepțiile notabile fiind cele ale lui Charles Babbage și ale altora care l-au urmat. În 1812, Babbage a conceput ideea unei mașini de calculat de un tip mai înalt decât cele construite anterior pentru a fi utilizate pentru calcularea și tipărirea tabelelor funcțiilor matematice .... După ce a abandonat motorul diferenței , Babbage și-a dedicat energia proiectării și construcției unui motor analitic cu puteri mult mai mari decât motorul de diferență ... "
  • În 1843, în timpul traducerii unui articol francez despre motorul analitic, Ada Lovelace a scris, într-una dintre numeroasele note pe care le-a inclus, un algoritm pentru calcularea numerelor Bernoulli . Acesta este considerat primul program de calculator.
  • Din 1872 până în 1910, Henry Babbage a lucrat intermitent la crearea morii, „unitatea centrală de procesare” a mașinii tatălui său. După câteva eșecuri, el a dat în 1906 o demonstrație de succes a morii care a tipărit primii 44 multipli de pi cu 29 de locuri de figuri.

Case de marcat

Informații suplimentare: Case de marcat

Casa de marcat, inventată de salonul american James Ritty în 1879, aborda vechile probleme de dezorganizare și necinste în tranzacțiile comerciale. Era o mașină de adăugat pură, cuplată cu o imprimantă , un clopot și un afișaj pe două fețe, care arăta părții plătitoare și proprietarului magazinului, dacă dorea, suma de bani schimbată pentru tranzacția curentă.

Casa de marcat era ușor de utilizat și, spre deosebire de calculatoarele mecanice autentice, era necesară și adoptată rapid de un număr mare de companii. „Optzeci și patru de companii au vândut case de marcat între 1888 și 1895, doar trei au supraviețuit pentru o perioadă de timp”.

În 1890, la 6 ani după ce John Patterson a înființat NCR Corporation , 20.000 de mașini fuseseră vândute doar de compania sa contra unui total de aproximativ 3.500 pentru toate calculatoarele originale combinate.

Până în 1900, NCR construise 200.000 de case de marcat și erau mai multe companii care le fabricau, în comparație cu compania de aritmometru „Thomas / Payen” care tocmai vânduse în jur de 3.300, iar Burroughs vânduse doar 1.400 de mașini.

Prototipuri și rulaje limitate

Aritmometrele construite din 1820 până în 1851 aveau un cursor multiplicator / divizor dintr-o cifră (partea de sus a fildeșului) este în stânga. Au fost construite doar prototipuri ale acestor mașini.
  • În 1820, Thomas de Colmar a brevetat Aritmometrul. Era o mașină cu patru operații adevărată, cu un multiplicator / divizor de o cifră ( calculatorul Millionaire lansat 70 de ani mai târziu avea o interfață de utilizator similară). A petrecut următorii 30 de ani și 300.000 de franci dezvoltându-și mașina. Acest design a fost înlocuit în 1851 de aritmometrul simplificat, care era doar o mașină de adăugat.
  • Din 1840, Didier Roth a brevetat și a construit câteva mașini de calculat, dintre care unul era descendent direct al calculatorului lui Pascal .
  • În 1842, Timoleon Maurel a inventat Arithmaurel , pe baza Aritmometrului, care putea înmulți două numere prin simpla introducere a valorilor lor în mașină.
  • În 1845, Izrael Abraham Staffel a expus pentru prima dată o mașină care a putut să adune, să scadă, să împartă, să se înmulțească și să obțină o rădăcină pătrată.
  • În jurul anului 1854, Andre-Michel Guerry a inventat Ordonnateur Statistique, un dispozitiv cilindric conceput pentru a ajuta la rezumarea relațiilor dintre datele privind variabilele morale (crimă, sinucidere etc.)
  • În 1872, Frank S. Baldwin din SUA a inventat un calculator cu rotiță .
  • În 1877 George B. Grant din Boston, MA, a început să producă mașina de calcul mecanic Grant capabilă de adunare, scădere, multiplicare și divizare. Mașina a măsurat 13x5x7 țoli și a conținut optzeci de piese de lucru realizate din alamă și oțel călit. A fost prezentat pentru prima dată publicului la Expoziția Centenară din 1876 din Philadelphia.
  • În 1883, Edmondson din Marea Britanie a brevetat un tambur circular cu trepte
Detaliu al unei mașini de calculat timpurii inventată de Didier Roth în jurul anului 1840. Această mașină este un descendent direct al Calculatorului lui Pascal .
Butoiul lui Grant, 1877

1900-1970

Informații suplimentare: Istoria hardware-ului de calcul

Calculatoarele mecanice își ating apogeul

Calculator mecanic din 1914
Un Addiator poate fi folosit pentru adunare și scădere.

Două clase diferite de mecanisme deveniseră în acest moment, alternativ și rotativ. Fostul tip de mecanism era acționat de obicei de o manivelă cu mână cu deplasare limitată; unele operații interne detaliate au avut loc la tragere, iar altele la partea de eliberare a unui ciclu complet. Mașina ilustrată din 1914 este de acest tip; manivela este verticală, pe partea dreaptă. Mai târziu, unele dintre aceste mecanisme au fost acționate de motoare electrice și angrenaje de reducere care au acționat o manivelă și o bielă pentru a transforma mișcarea rotativă în alternativă.

Ultimul tip, rotativ, avea cel puțin un arbore principal care făcea o [sau mai multe] revoluție continuă, o adunare sau o scădere pe tură. Numeroase modele, în special calculatoarele europene, aveau manete și încuietori pentru a se asigura că manivelele au fost readuse în poziții exacte odată ce turul a fost finalizat.

Prima jumătate a secolului al XX-lea a cunoscut dezvoltarea treptată a mecanismului calculatorului mecanic.

Dalton adăugând-listarea mașinii a introdus în 1902 a fost primul de acest tip de a utiliza doar tastele zece, și a devenit primul dintre mai multe modele diferite de „10-cheie add-listashi“ fabricate de multe companii.

În 1948, calculatorul cilindric Curta , care era suficient de compact pentru a fi ținut într-o mână, a fost introdus după ce a fost dezvoltat de Curt Herzstark în 1938. Aceasta a fost o dezvoltare extremă a mecanismului de calcul al treptelor cu trepte. S-a scăzut adăugând complemente; între dinții pentru adunare erau dinți pentru scădere.

De la începutul anilor 1900 până în anii 1960, calculatoarele mecanice au dominat piața computerelor desktop. Printre furnizorii majori din SUA se numără Friden , Monroe și SCM / Marchant . Aceste dispozitive erau acționate de motor și aveau cărucioare mobile unde rezultatele calculelor erau afișate prin cadrane. Aproape toate tastaturile erau pline - fiecare cifră care putea fi introdusă avea propria coloană de nouă taste, 1..9, plus o tastă de coloană, care permite introducerea mai multor cifre simultan. (A se vedea ilustrația de mai jos a unui Marchant Figurematic.) S-ar putea numi această intrare paralelă, spre deosebire de intrarea în serie cu zece chei, care era obișnuită în mașinile de adăugat mecanice și este acum universală în calculatoarele electronice. (Aproape toate calculatoarele Friden, precum și unele Diehls rotative (germane) aveau o tastatură auxiliară cu zece taste pentru introducerea multiplicatorului atunci când efectuați multiplicarea.) Tastaturile complete aveau în general zece coloane, deși unele mașini cu costuri mai mici aveau opt. Majoritatea mașinilor fabricate de cele trei companii menționate nu și-au imprimat rezultatele, deși alte companii, cum ar fi Olivetti , au făcut calculatoare de imprimare.

În aceste mașini, adunarea și scăderea au fost efectuate într-o singură operație, ca pe o mașină de adunare convențională, dar multiplicarea și divizarea s-au realizat prin adunări și scăderi mecanice repetate. Friden a realizat un calculator care oferea și rădăcini pătrate , practic prin divizare, dar cu un mecanism adăugat care a incrementat automat numărul din tastatură într-un mod sistematic. Ultimul dintre calculatoarele mecanice ar fi probabil să aibă o multiplicare scurtată, iar unele tipuri de intrare în serie cu zece chei aveau chei cu punct zecimal. Cu toate acestea, tastele cu punct zecimal au necesitat o complexitate internă adăugată semnificativă și au fost oferite doar în ultimele modele de realizat. Calculatoarele mecanice portabile, cum ar fi Curta din 1948, au continuat să fie utilizate până când au fost deplasate de calculatoarele electronice în anii 1970.

Triumphator CRN1 (1958)
Walther WSR160 (unul dintre cele mai comune calculatoare din Europa centrală) (1960)
Mașină de adăugat Dalton (aprox. 1930)
Mecanismul calculatorului mecanic
Mercedes Euklidische, Mod. 29 la Museum Europäischer Kulturen

Mașinile tipice europene cu patru operații utilizează mecanismul Odhner sau variații ale acestuia. Acest tip de mașină a inclus Original Odhner , Brunsviga și mai mulți imitatori următori, începând de la Triumphator, Thales, Walther, Facit până la Toshiba. Deși cele mai multe dintre acestea au fost acționate de manete, au existat versiuni cu motor. Calculatoarele Hamann semănau extern cu mașinile cu rotiță, dar pârghia de reglare a poziționat o camă care a decuplat un clichet de acționare atunci când cadranul sa deplasat suficient de departe.

Deși Dalton a introdus în 1902 prima mașină de tipărit cu 10 chei care adaugă (două operații, cealaltă fiind scăderea), aceste caracteristici nu au fost prezente în mașinile de calcul (patru operații) de mai multe decenii. Facit-T (1932) a fost prima mașină de calcul cu 10 chei vândută în număr mare. Olivetti Divisumma-14 (1948) a fost prima mașină de calcul cu imprimantă și tastatură cu 10 taste.

Mașinile cu tastatură completă, inclusiv cele cu motor, au fost, de asemenea, construite până în anii 1960. Printre principalii producători s-au numărat Mercedes-Euklid, Archimedes și MADAS în Europa; în SUA, Friden, Marchant și Monroe au fost principalii producători de calculatoare rotative cu trăsuri. Calculatoarele alternative (majoritatea au adăugat mașini, multe cu imprimante integrale) au fost realizate de Remington Rand și Burroughs, printre altele. Toate acestea au fost setate de chei. Felt & Tarrant a realizat comptometre, precum și Victor, care au fost bazate pe cheie.

Mecanismul de bază al lui Friden și Monroe era o roată Leibniz modificată (mai bine cunoscută, poate informal, în SUA ca „tambur în trepte” sau „calculator în trepte”). Fridenul avea o acționare inversă elementară între corpul mașinii și cadranele acumulatorului, astfel încât arborele său principal se rotea întotdeauna în aceeași direcție. MADAS-ul elvețian era similar. Cu toate acestea, Monroe a inversat direcția arborelui principal pentru a scădea.

Primii marcanți erau mașini cu rotițe, dar majoritatea erau tipuri rotative remarcabil de sofisticate. Au rulat la 1.300 de cicluri de adăugare pe minut dacă bara [+] este menținută apăsată. Altele erau limitate la 600 de cicluri pe minut, deoarece cadranele acumulatorului lor începeau și se opreau pentru fiecare ciclu; Cadranele Marchant s-au deplasat la o viteză constantă și proporțională pentru cicluri continue. Majoritatea marcanților aveau un rând de nouă taste în extrema dreaptă, așa cum se arată în fotografia Figurematicului. Acestea au făcut pur și simplu mașina să adauge numărul de cicluri corespunzător numărului de pe tastă, apoi au mutat trăsura într-un singur loc. Chiar și nouă cicluri de adăugare au durat doar puțin timp.

Într-un Marchant, aproape de începutul unui ciclu, cadranele acumulatorului s-au deplasat în jos „în baie”, departe de deschiderile din capac. Aceștia au cuplat unelte de transmisie în corpul mașinii, care le-au rotit la viteze proporționale cu cifra care le-a fost alimentată, cu mișcare adăugată (redusă 10: 1) de la purtători creați de cadrane în dreapta lor. La finalizarea ciclului, cadranele ar fi aliniate greșit ca indicatoarele într-un contor tradițional de watt-oră. Cu toate acestea, pe măsură ce au ieșit din scufundare, o cameră cu disc cu plumb constant le-a realiniat prin intermediul unui diferențial cu roată de viteză (cu deplasare limitată). De asemenea, transporturile pentru comenzi mai mici au fost adăugate de un alt diferențial planetar. (Mașina prezentată are 39 de diferențiale în acumulatorul [cu 20 de cifre]!)

În orice calculator mecanic, de fapt, un angrenaj, un sector sau un dispozitiv similar mișcă acumulatorul cu numărul de dinți ai angrenajului care corespunde cifrei adăugate sau scăzute - trei dinți schimbă poziția cu un număr de trei. Marea majoritate a mecanismelor de bază ale calculatorului mișcă acumulatorul pornind, apoi deplasându-se la o viteză constantă și oprindu-se. În special, oprirea este critică, deoarece pentru a obține o funcționare rapidă, acumulatorul trebuie să se deplaseze rapid. Variantele unităților de la Geneva blochează de obicei depășirea (ceea ce, desigur, ar crea rezultate greșite).

Cu toate acestea, două mecanisme de bază diferite, Mercedes-Euklid și Marchant, mișcă cadranele la viteze corespunzătoare cifrei adăugate sau scăzute; a [1] deplasează cel mai lent acumulatorul, iar a [9], cel mai rapid. În Mercedes-Euklid, o pârghie lungă cu fante, pivotată la un capăt, mișcă nouă rafturi („trepte de viteză drepte”) în sensul distanței proporționale cu distanța lor față de pivotul pârghiei. Fiecare rack are un știft de acționare care este deplasat de slot. Desigur, raftul pentru [1] este cel mai aproape de pivot. Pentru fiecare cifră de la tastatură, un angrenaj de selecție glisant, la fel ca cel din roata Leibniz, angajează raftul care corespunde cifrei introduse. Desigur, acumulatorul se schimbă fie pe cursa directă, fie inversă, dar nu pe ambele. Acest mecanism este deosebit de simplu și relativ ușor de fabricat.

Cu toate acestea, Marchant are, pentru fiecare dintre cele zece coloane de taste, o „transmisie preselectoră” cu nouă raporturi, cu angrenajul său de ieșire în partea superioară a corpului mașinii; acel angrenaj cuplează angrenajul acumulatorului. Când se încearcă stabilirea numărului de dinți într-o astfel de transmisie, o abordare simplă îl determină pe un mecanism ca cel din registrele mecanice ale pompelor pe benzină, utilizate pentru a indica prețul total. Cu toate acestea, acest mecanism este serios voluminos și absolut practic pentru un calculator; Angrenajele cu 90 de dinți sunt probabil găsite în pompa de gaz. Angrenajele practice din componentele calculatorului nu pot avea 90 de dinți. Ar fi fie prea mari, fie prea delicate.

Având în vedere că nouă raporturi pe coloană implică o complexitate semnificativă, un Marchant conține câteva sute de unelte individuale în total, multe în acumulatorul său. Practic, cadranul acumulatorului trebuie să se rotească cu 36 de grade (1/10 de rotație) pentru un [1] și 324 de grade (9/10 de rotație) pentru un [9], nepermițând transporturile de intrare. La un moment dat în angrenaj, un dinte trebuie să treacă pentru un [1] și nouă dinți pentru un [9]. Nu există nicio modalitate de a dezvolta mișcarea necesară dintr-un arbore de transmisie care se rotește cu o rotație pe ciclu, cu puține trepte de viteză cu un număr practic (relativ mic) de dinți.

Prin urmare, Marchant are trei arbori de acționare pentru a alimenta micile transmisii. Pentru un ciclu, acestea se rotesc 1/2, 1/4 și 1/12 dintr-o revoluție. [1] . Arborele de 1/2-roti poartă (pentru fiecare coloană) angrenaje cu 12, 14, 16 și 18 dinți, corespunzător cifrelor 6, 7, 8 și 9. Arborele de 1/4-rotire transportă (de asemenea, fiecare coloană ) angrenaje cu 12, 16 și 20 dinți, pentru 3, 4 și 5. Cifrele [1] și [2] sunt manipulate de angrenaje cu 12 și 24 dinți pe arborele cu 1/12-rotație. Proiectarea practică plasează al 12-lea tur. arborele este mai îndepărtat, astfel încât arborele de 1/4 de rotație poartă roți dințate rotative cu 24 și 12 dinți. Pentru scădere, arborii de transmisie inversează direcția.

În prima parte a ciclului, unul din cele cinci pandantive se deplasează descentrat pentru a cupla treapta de viteză adecvată pentru cifra selectată.

Unele mașini aveau până la 20 de coloane în tastaturile lor complete. Monstrul din acest domeniu a fost Duodecilionul realizat de Burroughs în scopuri de expoziție.

Pentru moneda sterlină, £ / s / d (și chiar farthings), au existat variații ale mecanismelor de bază, în special cu un număr diferit de dinți ai angrenajului și pozițiile cadranului acumulatorului. Pentru a găzdui șilingi și pence, s-au adăugat coloane suplimentare pentru zecile cifre [s], 10 și 20 pentru șilingi și 10 pentru pence. Desigur, acestea au funcționat ca mecanisme radix-20 și radix-12.

O variantă a Marchantului, numită Marchant Binar-Octal, era o mașină radix-8 (octală). A fost vândut pentru a verifica precizia computerelor binare cu tuburi de vid (supapă) foarte timpurii. (Pe atunci, calculatorul mecanic era mult mai fiabil decât un computer cu tub / supapă.)

De asemenea, a existat un Marchant gemeni, cuprinzând doi Marchanți cu rotiță cu o manivelă de acționare comună și cutie de viteze inversă. Mașinile gemene erau relativ rare și, aparent, erau folosite pentru calcule de supraveghere. A fost fabricat cel puțin o mașină triplă.

Calculatorul Facit, și unul similar acestuia, sunt practic mașini cu rotițe, dar gama de rotițe se mișcă lateral, în loc de cărucior. Rotile sunt biquinare; cifrele de la 1 la 4 determină extinderea de la suprafață a numărului corespunzător de știfturi glisante; cifrele de la 5 la 9 extind, de asemenea, un sector cu cinci dinți, precum și aceiași știfturi pentru 6 până la 9.

Tastele acționează came care acționează o pârghie oscilantă pentru a debloca mai întâi camera de poziționare a știfturilor care face parte din mecanismul cu rotiță; mișcarea suplimentară a pârghiei (cu o cantitate determinată de camera cheii) rotește camera de poziționare a pinului pentru a extinde numărul necesar de pini.

Adăugătoarele acționate de stylus, cu fante circulare pentru stylus, și roțile side-by-side, fabricate de Sterling Plastics (SUA), aveau un mecanism anti-depășire ingenios pentru a asigura transporturi exacte.

Curta tip I.
Duodecilion (cca 1915)
Marchant Figurematic (1950–52)
Calculator Friden
Facit NTK (1954)
Olivetti Divisumma 24 interior, (1964)
Aritmometru Odhner (anii 1890-1970)

Sfarsitul unei ere

Calculatoarele mecanice au continuat să fie vândute, deși în număr în scădere rapidă, la începutul anilor 1970, mulți dintre producători închizând sau preluând. Calculatoarele de tip comptometru au fost deseori reținute mult mai mult timp pentru a fi utilizate pentru adăugarea și listarea taxelor, în special în contabilitate, deoarece un operator instruit și calificat putea introduce toate cifrele unui număr într-o singură mișcare a mâinilor pe un contometru mai repede decât era posibil în serie cu un calculator electronic cu 10 taste. De fapt, a fost mai rapid să introduceți cifre mai mari în două linii folosind doar tastele cu număr mai mic; de exemplu, un 9 ar fi introdus ca 4 urmat de 5. Unele calculatoare bazate pe cheie aveau chei pentru fiecare coloană, dar numai de la 1 la 5; erau corespunzător compacte. Răspândirea computerului, mai degrabă decât simplul calculator electronic, a pus capăt contometrului. De asemenea, până la sfârșitul anilor 1970, regula slide -ului devenise învechită.

Vezi si

Referințe

Surse

linkuri externe