Mekaanisten laskimien lyhyt historia

Source: http://www.xnumber.com/xnumber/mechanical1.htm

Osa I
Polymathien ikä

Mennessä
James Redin


«Sillä ei ole arvokasta, että erinomaiset miehet menettävät tunteja kuten orjat laskennan työhön, joka turvallisesti katoaisisi kenellekään muulle, jos koneita käytettiin.»

Gottfried Wilhelm Von Leibniz — 1685


Johdanto

Tämän asiakirjan tarkoituksena on kuvata lyhyesti yleisimpiä ei-elektronisia laskentalaitteita historiallisessa yhteydessä ja luoda viittaus muihin aiheisiin liittyvästä Internet-sivusta. Matka alkaa 2500 vuotta sitten Abacuksella, ja se päättyy 30 vuotta sitten ensimmäisen sähköisen laskimen käyttöönotolla.

Latauksen helpottamiseksi asiakirja on jaettu kolmeen osaan: Osa I, kuvaa laskentalaitteiden kehitystä Leibnizin kulkevaa pyörää kohti. Osa II käsittelee tärkeimpiä tapahtumia 1800-luvun aikana ja osa III tarkastelee toimistokoneiden kehittämistä vasta 1960-luvulla, jolloin ensimmäiset sähköiset laskimet ilmestyivät markkinoille.


Abacus

Matemaattisia käsitteitä ja niiden jälkeläisiä, aritmeettisia operaatioita, pidettiin tuhansia vuosia puhtaan henkisen harjoituksen, jota ei pystytty kopioimaan tai tekemään ihmisen tekemällä artefakti. Myös 2500 vuotta sitten Aasiassa ilmestyvä Abacus, joka on edelleen käytössä, on vain muistia auttavan laitteen sijaan todellinen laskentakone.

Abacus on nerokas laskentalaite, joka perustuu kahden sarjan hahmojen suhteellisiin asemiin, jotka liikkuvat rinnakkaisilla merkkijonoilla. Ensimmäinen sarja sisältää viisi helmiä kullakin merkkijonoosalla ja mahdollistaa laskemisen 1-5, kun taas toisella sarjalla on vain kaksi helmeä merkkijonoa kohti, jotka edustavat numeroita 5 ja 10. Abacus-järjestelmä näyttää perustuvan viidelle säteelle. Viiden eron käyttö on järkevää, koska ihmiset alkoivat laskea esineitä sormillaan.


Antikythera Laskin

The Antikythira calculatorJoskus 100 eaa ja 65 eaa välillä Kreikan alus, joka kantaa pronssi- ja marmoripatsaat ja muut artefaktit Rodokselta Roomiin saakka lähellä Kreikan pienen saaren Antikytheran rannikkoa. Se pysyi meren pohjassa alle 140 jalkaa vettä kahden vuosituhannen ajan, kunnes löysi vuonna 1901 syntyperäisten sieni sukeltajat.

Ateenan kansallismuseossa ylläpidetyt jäännökset sisältävät muinaisen hammaspyörän mekanismin, joka tunnetaan nyt Antikythera-laskimena.

Tämä mielenkiintoinen laite, joka koostuu 32 vaihdelaatikosta, muistuttaa 18-luvun kellon mekanismia, ja sitä käytettiin Auran ja Kuun liikkeiden laskemiseen.


Napierin luut

Toinen mielenkiintoinen keksintö on napierin luut, älykäs kertolaskuväline, jonka 1617-luku Skotlannin matemaatikko John Napier (1550-1617) on keksinyt.

Luut ovat joukko pystysuoria suorakulmaisia ​​sauvoja, joista kukin jakautuu 10 ruutuun. Ylempi neliö sisältää numeron ja jäljellä olevat neliöt sisältävät numeron ensimmäiset 9 monikerrat. Jokaisella monilla on sen numerot erotettu lävistäjäviivalla. Kun numero muodostetaan järjestämällä vierekkäiset tangot vastaavilla numeroilla yläosassa, sen moninkertaisuus voidaan helposti saada lukemalla vastaava moninkertaisten rivi vasemmalta oikealle lisäämällä samalla diagonaalisen muodon Linjat. Ei ole ihme, että John Napier on myös logaritmien keksijä, käsite, jota käytetään lisäämään lisäämistä.

Napierin luut olivat erittäin onnistuneita ja niitä käytettiin laajalti Euroopassa vasta 1960-luvun puolivälissä.

Logaritmit olivat myös pohjana keksinnölle William Oughtred (1574-1660), Englannissa, vuonna 1633.


Leonardo da Vinci’s design

Luonnolla on lukemattomia esimerkkejä mekaanisista ratkaisuista käytännön ongelmiin, joten ei ole mikään yllätys, että koneen esineiden päällikkö Leonardo da Vinci (1452-1519) teki luultavasti ensimmäisen laskentokoneiden suunnittelun.

Leonardo da Vinci sai monista hänen nerokkaista ideoistaan elävän organismin liikkeitä mekaanisesti tarkkailemalla. Mielenkiintoista kyllä, luonto ei kehittänyt pyörää ratkaisuna tähän ongelmaan; Tämä ratkaisu jätettiin ihmisen kekseliäisyydelle. On mielenkiintoista huomata, että pyörä on ollut perusta useimmille mekaanisille laitteille, joita käytetään aritmeettisten operaatioiden ajatteluprosessin toistamiseen. Kuten George Chase [1] sanoi, «mekaanisen laskentakoneiston historia on pohjimmiltaan tarina numeropyrästä ja laitteista, jotka pyörivät sitä digitaalisten ja kymmeniä arvoja sisältävien arvojen rekisteröimiseksi».


Schickardin kone

Ensimmäiset laskentakoneet ovat rakentaneet lahjakkaita matemaatikkoja, jotka on siirretty voimakkaalla halulla yksinkertaistaa aritmeettisten operaatioiden toistuvaa luonnetta.

Ensimmäinen tunnettu lisäyskone oli Wilhelm Schickard (1592-1635). Vuonna 1623 Schickard, Polymath ja sitten professori Tübingenin yliopistossa Wuerttembergissä, joka on osa Saksaa, suunnitteli ja rakensi mekaanisen laitteen, jota hän kutsui laskentakelloksi. Pystyttiin lisäämään ja vähentämään jopa kuusinumeroisia numeroita, artefakti perustui kuuden pyöreän pyörän liikkumiseen, joka oli suunnattu «mutilated» pyörällä, joka jokaisella täydellä kierroksella antoi pyörän oikealle pyörimään 1 / 10th täyden vuoro. Ylivuotomekanismi soitti kellon. Lisäysominaisuus on suunniteltu helpottamaan kertolaskua sarjan Napier-sylintereillä, jotka sisältyvät koneen yläosaan. Hänen muistiinpanojensa mukaan tämän koneen prototyyppi tuhoutui tulipalossa. Näyttää siltä, ​​että toisella prototyypillä oli tuolloin, mutta sitä ei ole koskaan löydetty.

Suuren astronomin Johannes Keplerin (1571-1630) ystävä Schickard lähetti hänelle useita kirjeitä 1623 ja 1624 lyhyesti hänen keksinnöstään. Schickard ja hänen perheensä eivät selviytyneet Bubonian rutto ja hänen yksityiskohtaiset muistiinpanot pysyivät tuntemattomina kunnes löysi historian Franz Hammer vuonna 1935 ja 1956. Matemaatikko Bruno Von Freytag Tübingenin yliopistosta käytti heitä rekonstruoimaan konetta vuonna 1960. Yksi yksikkö on Deutsches Museumissa Münchenissä.


Pascaline

Pascaline Slide ShowBlaise Pascal (1623-1662) oli vain 18-vuotias, kun hän sai Pascalinen vuonna 1642. Pascal havaitsi 12-vuotiaana ranskalaisen matemaatikon ja filosofin, että kulmien summa kolmioon on aina 180 astetta. Myöhemmin hän asetti todennäköisyysmetodin pohjan ja teki merkittävää panosta hydrauliikan tiedeon. Vuonna 1643 rakennettu Pascaline oli ehkä ensimmäinen mekaaninen lisälaite, jota käytännössä käytettiin käytännön tarkoitukseen. Sen rakensi Pascal apua isänsä Etienne Pascalille, joka on veronkevijä, joka on työläs aktiivisuus lisätä ja vähentää suuria numeroita. Kuitenkin kone oli vaikea käyttää ja luultavasti ei ollut kovin hyödyllinen, koska ranskalainen valuuttajärjestelmä, joka ei ollut perusta 10. Livre oli 20 sols ja sol oli 12 deniers.

Pascal ei ollut tietoinen Schickardin koneesta, eikä hänen ratkaisunsa ollut niin tyylikäs ja tehokas. Kuten Paul E. Dune sanoi «Schickardin ideat löysivät laajan yleisön, Pascalin kone ei olisi keksitty.»

Se on rakennettu messinkille suorakulmaiseen laatikkoon, jossa joukko lovetuista valitsimista siirrettiin sisäisiä pyöriä siten, että pyörän täydellinen pyöriminen aiheutti pyörän vasemmalla eteenpäin kymmenettä kertaa. Vaikka ensimmäinen prototyyppi sisälsi vain 5 pyörää, myöhemmin yksiköt rakennettiin 6 ja 8 pyörällä. Numeronvalitsimia pyöritettiin tapilla. Schickardin koneen sijaan pyörät liikkuvat vain myötäpäivään ja ne on suunniteltu vain lisäämään numeroita. Subtraktio suoritettiin soveltamalla hankalaa tekniikkaa, joka perustuu yhdeksän komplementin lisäämiseen.

Vaikka kone herättänyt paljon huomiota näinä päivinä, se ei saanut laajaa hyväksyntää, koska se oli kallista, epäluotettavaa ja vaikeaa käyttää ja valmistaa. Vuoteen 1652 mennessä oli tehty noin 50 yksikköä, mutta alle 15 oli myyty. Alun perin Pascal sai kiinnostuksen keksinnöstään, ja hän sai jopa ideansa «etuoikeutetun suojan (keskiaikainen vastaavan patentin) ideaansa vuonna 1649, mutta hänen kiinnostuksensa tieteeseen ja» aineellisiin «harrastuksiin päättyi, kun hän vetäytyi Jansensistille Luostari vuonna 1655 keskittyen kaikki hänen huomionsa filosofiaa. Hän kuoli vuonna 1662.

30 vuoden kuluttua Pascalin keksinnöstä useat ihmiset rakensivat laskentakoneet tähän malliin perustuen. Merkittävin oli Sir Samuel Morlandin (1625-1695) yhdyskunta, Englannista. Keksinnöllä 1666 tehdyllä koneella oli duodecimal-asteikko, joka perustui englanninkieliseen valuuttaan, ja tarvitsi ihmisen puuttumista apuvalitsimeen.

On mielenkiintoista huomata, että jopa 1900-luvun alussa useita yrityksiä esitteli malleja, jotka perustuivat suoraan Pascalin suunnitteluun. Yksi esimerkki on Lightning Portable Adder, jonka Los Angelesin Lightning Adding Machine Co. tuotti vuonna 1908. Toinen esimerkki on Addometeri, jonka Chicagon luotettava kirjoituskone ja Adding Machine Co. julkaisi vuonna 1920. Mikään niistä ei saavuttanut kaupallista menestystä.


Leibniz-rumpu

Se oli 1672, kun kuuluisa saksalainen polymath, matemaatikko ja filosofi Gottfried Wilhelm Von Leibniz (1646-1716), joka on keksijä differentiaalilaskennasta, päätti rakentaa koneen, joka pystyy suorittamaan neljä perus aritmeettista toimintaa. Hänen inspiraationsa oli askeleen laskentalaite (askelmittari), jota hän näki samalla diplomaattitehtävissä Pariisissa.

Kuten Pascal, Leibniz oli lapsenauha. Hän oppi latinaa 8-vuotiaana ja sai toisen tohtorin tutkinnon 19-vuotiaana. Heti kun hän tiesi Pascalin suunnittelusta, hän imeytti kaikki yksityiskohdat ja paransi muotoilua niin, että se olisi mahdollista moninkertaistaa ja jakaa. Vuoteen 1674 mennessä hänen suunnittelunsa oli valmis ja hän asetti prototyypin rakentamisen Pariisin käsityöläiselle nimeltä Olivier.

Stepped Reckoner, kuten Leibniz kutsui koneelleen, käytti erityistä vaihteistoa nimeltään Stepped Drum tai Leibniz Wheel, joka oli sylinteri, jossa yhdeksän bar-muotoista hampaita, joiden pituus kasvoi yhdensuuntaisesti sylinterin akselin kanssa. Kun rumpua pyöritetään kammen avulla, säännöllinen kymmenkuntainen hammaspyörä pyöritetään nollaan yhdeksään asentoon riippuen sen suhteellisesta asennosta rumpuun. Kuten Pascal-laitteessa, on jokaiselle numerolle yksi pyörien sarja. Tämän ansiosta käyttäjä voi liikuttaa liikkuvaa akselia niin, että kun rumpua pyöritetään, se tuottaa tavallisissa pyörissä liikkeen suhteessa suhteelliseen asentoonsa. Tämä liike käännetään sitten laitteistoksi kertomiseen tai jakautumiseen riippuen siitä, mihin suuntaan porrastettu rumpu pyöritetään.

Ei ole todisteita siitä, että enempää kuin kaksi prototyyppiä koneesta tehtiin koskaan. Vaikka Leibniz oli aikansa eräimmistä polymateistä, hän kuoli köyhyydessä ja kärsimättä. Hänen koneensa jäi Göttingenin yliopiston ullakolle, kunnes työntekijä löysi sen vuonna 1879 ja kiinnitti vuotoa katolle. Nyt se on Hannoverin valtionmuseossa; Toinen on Münchenin Deutsches Museumissa.


Laitteiden laskeminen 18-luvulla

Pascalin ja Leibnizin mallit olivat perustana useimmille 18-luvulla rakennetuista mekaanisista laskimista. Giovanni Poleni teki yhden vuonna 1709, Lépine vuonna 1725, Antonius Braun vuonna 1725, Jacob Leupold vuonna 1727, Hillerin de Boistissandau vuonna 1730, C.L. Gersten vuonna 1735, Jacob Isaac Pereire vuonna 1750, Phillip Mathieus Hahn Saksassa vuonna 1773. Charles, Englannin kolmas Earl Stanhope, vuonna 1775; Johan Helfreich Müller vuonna 1783, Jacob Auch vuonna 1790 ja Reichhold vuonna 1792. [4]

Erityistä huomiota ansaitsevat Parson Phillip Mathieus Hahn (1730-1790), joka kehitti vuonna 1773 ensimmäisen Leibniz’s Stepped Drum -ohjelmaan perustuvan laskennallisen laskimen. Hahnin laskimessa oli 12 rumpujen sarja pyöreässä järjestelyssä, jota käytti järjestelyn akselissa oleva kampi. Hahn teki nämä koneet vasta kuolemaansa vuonna 1790, mutta hänen poikansa ja veljensa Johann Christopher Schuster jatkoivat valmistusta jo vuonna 1820.

Laskentakoneet olivat 1800-luvun loppuun mennessä edelleen uteliaisuuksia, joita käytettiin näyttötarkoituksiin eikä varsinaiseen käyttöön. Teknologian asettamat rajoitukset tekivät mahdottomaksi tavata Pascalin unelma tehdä niistä käytännöllinen laskentalaite.


Viittauslähteet
Internet-lähteet

Опубликовано в

Комментарии закрыты, но трекбеки и пингбеки открыты.