Арифмометр

Арифмометр — это механическое вычислительное устройство, предназначенное для выполнения четырёх основных арифметических действий (сложения, вычитания, умножения и деления). В отличие от более простых счётных инструментов (например, счётов или логарифмической линейки), арифмометр позволял проводить вычисления с автоматическим переносом разрядов и, в более совершенных моделях, с частичной или полной автоматизацией операций умножения и деления. Арифмометры являлись основным инструментом для инженерных, бухгалтерских и научных расчётов до широкого распространения электронных калькуляторов во второй половине XX века.

История

Предыстория и первые механические счётчики

Первые попытки создать механическое устройство для счёта относятся к XVII веку. В 1623 году Вильгельм Шиккард, профессор Тюбингенского университета, сконструировал «считающие часы» — машину, способную складывать и вычитать шестизначные числа. Однако его изобретение осталось в единственном прототипе и не получило распространения. В 1642 году Блез Паскаль создал «Паскалину» — более известную механическую счётную машину, работавшую на основе зубчатых колёс. Она могла только складывать и вычитать, но стала важным шагом в развитии вычислительной техники.

В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц разработал «ступенчатый вычислитель» — механизм, который позволял выполнять умножение и деление путём многократного сложения и вычитания. Лейбниц ввёл в конструкцию подвижную каретку и ступенчатый валик (цилиндр Лейбница), который стал основой для многих последующих арифмометров. Однако из-за сложности изготовления точных деталей его машина не была построена в промышленных масштабах.

Эра промышленного производства (XIX — начало XX века)

Первый коммерчески успешный арифмометр был создан в 1820 году французским изобретателем Шарлем Ксавье Тома де Кольмаром. Его «Арифмометр Тома» (Thomas Arithmometer) основывался на принципе цилиндра Лейбница и стал первым серийно выпускаемым механическим вычислительным устройством. Производство продолжалось до 1910-х годов, и машины Тома активно использовались в страховых компаниях, банках и инженерных бюро Европы.

В России первые арифмометры появились в середине XIX века. В 1874 году механик Виктор Бунзен разработал собственную модель, но широкого распространения она не получила. Настоящий прорыв произошёл в 1880-х годах, когда в России началось производство арифмометров системы Однера.

Арифмометр Однера и его модификации

В 1874 году русский инженер шведского происхождения Вильгодт Теофил Однер (Виллгодт Теофил Однер) запатентовал конструкцию арифмометра, основанную на зубчатых колёсах с переменным числом зубьев. В 1890 году он основал в Санкт-Петербурге «Механический завод В. Т. Однера», где началось серийное производство арифмометров. Модель Однера отличалась компактностью, надёжностью и относительно низкой стоимостью. Она быстро вытеснила более громоздкие машины Тома.

После смерти Однера в 1905 году производство продолжили его наследники и другие предприятия. Наиболее известными модификациями стали арифмометры «Феликс» (выпускался в СССР с 1929 по 1978 год), «Союз», «ВМ-1» и «ВМ-2». Арифмометр «Феликс» стал самым массовым механическим вычислительным устройством в СССР — всего было выпущено несколько миллионов экземпляров. Он использовался в бухгалтериях, плановых отделах, научно-исследовательских институтах и даже в школах для обучения счёту.

Упадок и вытеснение

В 1950—1960-х годах, с развитием полупроводниковой электроники, начали появляться первые электронные калькуляторы. Они были дорогими, но обеспечивали гораздо более высокую скорость и бесшумность работы. К 1970-м годам, с удешевлением микросхем, электронные калькуляторы стали доступны массовому потребителю, и арифмометры практически полностью вышли из употребления. В СССР последние модели арифмометров (например, «Феликс-М») выпускались до начала 1980-х годов, но уже к середине десятилетия их производство было свёрнуто.

Устройство и принцип действия

Основные элементы

Типичный арифмометр (например, «Феликс») состоял из следующих основных узлов:

1. Установочный механизм (ввод чисел). Набор рычажков или ползунков, расположенных на корпусе. Каждый рычажок соответствовал одному разряду числа и мог устанавливаться в положение от 0 до 9. Число набиралось путём перемещения рычажков.
2. Счётчик оборотов (квадрат). Механический счётчик, показывающий количество выполненных оборотов рукоятки. Использовался для контроля при многократном сложении (умножении) или вычитании (делении).
3. Результативный счётчик (резольвер). Основное окно, в котором отображался текущий результат вычислений. Состоял из нескольких барабанов с цифрами.
4. Каретка (подвижный механизм). Передвигалась вдоль корпуса, позволяя выполнять умножение и деление на многоразрядные числа. При перемещении каретки на один разряд происходил сдвиг числа, что эквивалентно умножению или делению на 10.
5. Рукоятка (привод). Вращающаяся ручка, которая приводила в движение механизм. Один полный оборот рукоятки соответствовал одному циклу сложения или вычитания.
6. Клавиши сброса. Использовались для обнуления счётчиков.

Принцип работы

Работа арифмометра основывалась на механическом сложении и вычитании. Умножение выполнялось как многократное сложение, а деление — как многократное вычитание.

• Сложение: Число набиралось на рычажках. Затем рукоятка вращалась по часовой стрелке. Каждый оборот добавлял набранное число к числу, уже находящемуся в результативном счётчике.
• Вычитание: Рукоятка вращалась против часовой стрелки. Набранное число вычиталось из числа в результативном счётчике.
• Умножение: Для умножения, например, 123 на 45, число 123 набиралось на рычажках. Рукоятка вращалась 5 раз (единицы множителя). Затем каретка сдвигалась на один разряд вправо, и рукоятка вращалась ещё 4 раза (десятки множителя). Результат (5535) считывался с результативного счётчика.
• Деление: Делимое набиралось на рычажках, а делитель — в результативном счётчике (или наоборот, в зависимости от модели). Затем рукоятка вращалась до тех пор, пока остаток не становился меньше делителя. Количество оборотов рукоятки, зафиксированное счётчиком оборотов, давало частное.

Классификация

Арифмометры классифицировались по нескольким признакам:

• По типу привода:
• Ручные (механические). Приводились в действие вращением рукоятки. Наиболее распространённый тип (например, «Феликс»).
• Электрические (полуавтоматические). Имели электродвигатель, который вращал рукоятку или приводил в движение механизм. Оператору оставалось только нажимать клавиши. Примеры: «Мерседес-Евклид», «Marchant», «Феликс-Э».
• По конструкции механизма:
• С цилиндром Лейбница. Устаревшая, но точная конструкция (арифмометры Тома).
• С зубчатыми колёсами Однера. Более простая и дешёвая конструкция, ставшая стандартом для массовых моделей.
• С дисковым механизмом. Использовалась в некоторых моделях для повышения быстродействия.
• По функциональности:
• Простые (сложение, вычитание, умножение, деление). Большинство арифмометров.
• С автоматическим умножением и делением. В таких моделях (например, «Curta») операция умножения выполнялась за один цикл, а не за несколько оборотов рукоятки.

Применение и значение

Арифмометры сыграли ключевую роль в развитии науки, техники и экономики в XIX — первой половине XX века. Они использовались:

• В бухгалтерском учёте и финансах: для расчёта зарплат, налогов, страховых премий, ведения счетов.
• В инженерных расчётах: при проектировании мостов, зданий, кораблей, самолётов, машин и механизмов. Инженеры использовали арифмометры для вычисления нагрузок, прочности материалов, траекторий.
• В научных исследованиях: в астрономии, физике, химии, статистике — для обработки экспериментальных данных, вычисления таблиц, решения уравнений.
• В военном деле: для расчёта баллистических таблиц, навигации, логистики.
• В образовании: в школах и университетах для обучения арифметике и основам вычислительной техники.

До появления электронных вычислительных машин арифмометры были незаменимы. Например, при расчёте атомной бомбы в рамках Манхэттенского проекта (США, 1940-е годы) использовались тысячи арифмометров, на которых работали целые штаты вычислителей (преимущественно женщин). В СССР арифмометры «Феликс» применялись при строительстве крупных промышленных объектов, в том числе Байкало-Амурской магистрали.

Интересные факты

• Самый массовый арифмометр в мире — советский «Феликс». Его выпуск составил более 2 миллионов штук. Производство было налажено на нескольких заводах, в том числе в Москве, Пензе, Курске и Харькове.
• Арифмометр «Феликс» был назван в честь Феликса Дзержинского, но не имел к нему прямого отношения — название было присвоено в рамках пропаганды.
• Существовали миниатюрные арифмометры, например, «Curta» (Лихтенштейн, 1940-е годы). Он помещался в кармане и был популярен среди инженеров и учёных.
• В 1960-х годах в СССР был разработан электромеханический арифмометр «Искра-111», который мог выполнять операции с дробями и извлекать квадратные корни, но он не получил широкого распространения из-за высокой стоимости.
• Арифмометры были очень шумными — работа целого бухгалтерского отдела напоминала стук множества молоточков.
• В 2010-х годах в России и других странах возникло движение любителей механических вычислительных устройств. Арифмометры коллекционируются, реставрируются и демонстрируются на выставках ретро-техники.

Источники

1. Арифмометр // Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1970. — Т. 2.
2. История вычислительной техники в лицах / Под ред. В. М. Глушкова. — Киев: Фирма «КИТ», 1995.
3. Апокин И. А., Майстров Л. Е. История вычислительной техники. — М.: Наука, 1990.
4. Однер В. Т. Описание арифмометра системы Однера. — СПб., 1890.
5. Советские арифмометры: каталог-справочник / Сост. А. В. Шилов. — М.: Политехнический музей, 2005.