Первым прототипом калькуляторов, известным на сегодняшний день, можно назвать Антикитерский механизм, обнаруженный в 1902 году неподалеку от греческого острова Антикитера, на затонувшем римском корабле. Данный механизм предположительно был создан во втором веке до нашей эры и использовался для расчета движения небесных тел, мог выполнять операции по сложению, вычитанию и делению.

К более простым прародителям современных калькуляторов можно отнести абак из Древнего Вавилона, а также его усовершенствованный вариант - счеты, используемые на Руси начиная с XV века.

В 1643 году французским ученым Блезом Паскалем была создана суммирующая машина, которая представляла собой ящик со связанными между собой шестеренками, которые поворачивались специальными колесиками, каждому из которых соответствовал один десятичный разряд. Когда одним из колесиков совершался десятый оборот, происходил сдвиг следующей шестеренки на одну позицию, увеличивавший разряд числа. Ответ после проведения математических действий отображался в окошках над колесиками.

Колесики на суммирующей машине Паскаля вращались только в одну сторону, что позволяло выполнять операции по суммированию, хотя и другие операции были возможны, но требовали довольно сложные и неудобные процедуры выполнения вычислений.

Через 20 лет, в 1673 году немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц создал свой вариант калькулятора, принцип работы которого был таким же как и у суммирующей машины Паскаля - шестеренки и колесики. Однако в калькулятор Лейбница были добавлены движущая часть, которая стала прообразом подвижных кареток будущих настольных калькуляторов, и рукоятка, крутившая ступенчатое колесо, которое в дальнейшем было заменено на цилиндр. Данные добавления позволили существенно ускорить повторяющиеся операции - умножение и деление. Использование калькулятора Лейбница хоть и незначительно упростило процесс вычисления, но дало толчок другим изобретателям - движущая часть и цилиндр калькулятора Лейбница использовались в вычислительных машинах до середины XX века.

60-тые годы XX века были богаты на события, связанные не только с развитием калькуляторов, но и движением их в массовое использование:

• в 1961 году в Англии начали выпуск первого массового калькулятора ANITA MK VIII, работающего на газоразрядных лампах и имевшего числовую клавиатуру и клавиши для ввода множителя,
• в 1964 году в США начали выпуск калькулятора FRIDEN 130 – первого массового транзисторного калькулятора,
• также в 1964 году в СССР начали выпуск калькулятора ВЕГА,
• в 1965 году был выпущен калькулятор Wang LOCI-2 с функцией вычисления логарифмов, разработанный компанией Wang Laboratories,
• в 1967 году в СССР разработали калькулятор способный вычислять трансцендентные функции - ЭДВМ-П,
• в 1969 году в США выпустили программируемый настольный калькулятор HP 9100A.

В 1970 году в продажу поступили калькуляторы весом около 800 грамм, которые производились фирмами Canon и Sharp. Эти калькуляторы уже вполне можно было держать в руках. А в СССР в том же году разработали калькулятор с использованием интегральных схем - Искра 111.

Первым же «карманным» калькулятором можно назвать калькулятор 901B фирмы Bomwar, который был выпущена через год - в 1971 году. Его размеры уже вполне соответствовали нашим представления о карманных калькуляторах, хотя бы по длине и ширине, - 13,1 см и 7,7 см соответственно, а его толщина составляла 3,7 см.

Также в 70-х годах появились инженерные и программируемые калькуляторы, калькуляторы с алфавитно-цифровыми индикаторами, а в 1985 - калькулятор фирмы Casio с графическим дисплеем.

Сейчас же нам доступно огромное разнообразие калькуляторов - простых, инженерных, бухгалтерских и финансовых, а также программируемых. Существуют и специализированные калькуляторы - медицинские, статистические и другие.

Многие еще помнят, как когда-то в школе учились считать на деревянных счетах, а затем прибавлять и отнимать смогли уже столбиком. Но не все знали и знают сейчас, что был такой механический калькулятор Curta.

Данным прибором пользовались до того времени, пока не появились электронные вычислительные машины. Не смотря на то, что он скорее имел вид маленькой кофемолки, это был самый удобный и компактный карманный калькулятор. Что в нем было замечательно, так это то, что при работе с ним не нужны никакие элементы питания. Делая расчеты, нужно было просто поворачивать ручку.

Изобретателем этого аппарата является Курт Херцштарк – сын венского бизнесмена, руководившего предприятием, на котором производили высокоточные механические устройства. Именно там молодой изобретатель познал работу механики. Тогда уже были карманные механические калькуляторы, на которых можно было только вычитать и складывать. Курту же хотелось создать устройство, способное выполнять с числами все четыре действия. Свое первое изобретение ему удалось сделать в 1938 году, но массовый выпуск так и не был налажен, так как начавшаяся война этому помешала.

В 1943 году Курта арестовывают за помощь евреям. Он находится то в одной тюрьме, то в другой, пока его не переводят в концлагерь Бухенвальд. Начальника лагеря ставят в известность, что к ним попал тот, кто изобрел механический калькулятор, и он решает, что неплохо бы такое устройство подарить фюреру.

Курту Херцштарку выдали кульман и приказали, чтобы тот вспомнил чертеж калькулятора. Он смог воссоздать его по памяти, но сделать прибор ему не удалось, так как благодаря американским войскам в 1945 году все пленники лагеря Бухенвальд были освобождены.

Так как на свободу Курт вышел, имея готовый набор чертежей, то уже в 1947 году ему удается начать серийный выпуск механического калькулятора. В самом начале устройство называли «Лилипут», но совсем недолго. Имя Curta калькулятору дали в 1948 году, после торговой ярмарки, где один из ее участников обратил внимание на то, что эта машина для господина Херцштарка все равно, что дочь, и название Curtа ей очень подходит. Раз отец-создатель — Курт, то пусть «дочь» будет Curta.

Curta – это самый компактный механический карманный калькулятор, созданный когда-либо. 100 грамм – таков вес аппарата. Он умеет не только прибавлять, отнимать, умножать и делить, но и работает с квадратными корнями. Механических калькуляторов Curta было выпущено два вида: Curta I (11-разрядная) и Curta II (15-разрядная), появление которого стало возможно в 1954 году.

В калькуляторе Курта Херцштарка использовался «дополнительный ступенчатый барабан» (придуманный им самим), тогда как в других подобных устройствах применяли обычный ступенчатый барабан или же цевочное колесо. «Дополнительный ступенчатый барабан» умел по одному алгоритму выполнять различные арифметические действия, при этом работа устройства значительно упрощалась. Например, вычитание можно было превратить в сложение.

Конечно, возникает вопрос, как это происходит? Оказывается, очень просто. Допустим, нам надо узнать, какое число получится, если от 465702 отнять 5847.

Если взять модель Curta I, то будем иметь следующее:

• 00 000 465702 – значение уменьшаемое,
• 00 000 005847 – вычитаемое значение.

Теперь каждый разряд в вычитаемом значении нужно дополнить до девяти — 99 999 994152 (более подробно: 99 999 994152 + 00 000 005847 = 99 999 999 999).

Теперь к тому значению, которое у нас получилось, прибавляем уменьшаемое значение: 99 999 994152 + 00 000 465702 = 100 000 459 854

Цифра 1, не попадающая в 11 разрядный диапазон, отсекается. Результат получается на один разряд короче, и тогда значение низшего разряда увеличивается путем добавления единицы: 00 000459 854 + 00 000 000 001 = 00000459 855 – это и есть число ответа.

Кстати, в современных электронных калькуляторах вычитание происходит по точно такому же алгоритму, но в них используется двоичная система исчисления.

Сегодня повсеместное использование калькуляторов существенно облегчает работу человека в самых различных сферах. Впрочем, представить себе жизнь без таких помощников практически невозможно – ведь счетные устройства повсюду сопровождали человека в самые различные исторические периоды, хотя механизм их работы и был устроен иначе.

Уже три тысячи лет назад в Древнем Вавилоне появился первый абак – старинный аналог счет, в котором круглые камешки передвигались по специальным направляющим в форме углублений, и каждая из направляющих представляла собой отображение ряда единиц, десятков, сотен. Абак был известен также и в Древней Индии, а в X-ом веке нашей эры он также появился и в Западной Европе. Однако здесь вместо камешков было принято использовать специальные жетоны, на которые наносились цифры.

На Руси первым аналогом абака стали счеты – впервые они были построены в конце XV-го века и с тех пор их конструкция осталась практически неизменной, и по сей день они по-прежнему используются в различных областях торговли.

Абак и счеты представляют собой относительно простое приспособление для совершения математических действий. И всё же уже с самых древних времен люди стремились максимально упростить и ускорить проведение расчетов, а потому математиками изобретались всё новые и новые алгоритмы, а также – оригинальные устройства.

Например, найденный на древнем затонувшем судне близ греческого острова Антикитера механизм датируется приблизительно 100-150 гг. до н.э., однако это устройство уже поражает своими техническими возможностями. Бронзовые шестерни на деревянном корпусе, обрамленном красивым циферблатом со стрелками представляют собой древнейшее достижение ученых, которые при помощи Антикирейского механизма и подобных ему устройств осуществляли расчет движения небесных тел – ведь данное приспособление выполняло различные математические действия, в частности – сложение, вычитание, деление.

Следующее техническое достижение в области механизации расчетов датируется 1643-им годом и связано с именем ученого Блеза Паскаля. Новшество представляет собой суммирующую арифметическую машину, которая казалась совершенным достижением, но уже через тридцать лет Готфрид Вильгельм Лейбниц представил еще более сложное изобретение – первый механизированный калькулятор. Примечательно, что именно в эти годы (начало нового времени) несколько утихает борьба между «абацистами» и «алгоритмистами», и калькулятор представляет собой ожидаемый компромисс между двумя конфликтующими сторонами.

Активнейший всплеск в развитии калькуляторов происходит в XIX-XX-ом веках. В 1890-ые гг. в России активно используется арифмометр собственного производства, в уже в 50-ые годы последующего века налаживается массовое производство моделей с электрическим приводом – «Быстрица», «ВММ» и т.п. Карманные калькуляторы оказываются доступными нашим согражданам с 1974-го года, и первой такой моделью становится «Электроника Б3-04». В это же время в СССР появляются и первые программируемые калькуляторы, пиком развития которых становится модель «Электроника МК-85», работающая на языке программирования Basic.

За рубежом развитие счетных машин происходит не менее интенсивно. Первый калькулятор массового выпуска – ANITA MK VIII – выпускается в Англии в 1961-ом году и представляет собой устройство, работающее на газоразрядных лампах. Это устройство было достаточно громоздким по современным меркам, оно оснащалось клавиатурой для ввода числа, а также дополнительной 10-ти клавишной консолью для задания множителя. В 1965-ом году калькуляторы Wang впервые научились считать логарифмы, а уже через четыре года в США появился и первый настольный программируемый калькулятор. А в 1970-ые годы мир калькуляторов становится более совершенным и разнообразным – появляются новые настольные и карманные машины, а также профессиональные инженерные калькуляторы, позволяющие производить сложнейшие расчеты.

Сегодня усовершенствованные модели калькуляторов представляют собою высокотехнологичные разработки, при создании которых был использован колоссальный опыт инженерных предприятий во всем мире. И, несмотря на абсолютный приоритет ЭВМ, калькуляторы и прочие счетные устройства по-прежнему сопровождают человека в различных отраслях деятельности!

Выпуск WordPress 5.3 улучшает и расширяет представленный в WordPress 5.0 редактор блоков новым блоком, более интуитивным взаимодействием и улучшенной доступностью. Новые функции в редакторе […]

После девяти месяцев разработки доступен мультимедиа-пакет FFmpeg 4.2, включающий набор приложений и коллекцию библиотек для операций над различными мультимедиа-форматами (запись, преобразование и […]

Доступны новые сервисные релизы BIND, которые содержат исправления ошибок и улучшения функций. Новые выпуски могут быть скачано со страницы загрузок на сайте разработчика: […]

Exim — агент передачи сообщений (MTA), разработанный в Кембриджском университете для использования в системах Unix, подключенных к Интернету. Он находится в свободном доступе в соответствии с […]

После почти двух лет разработки представлен релиз ZFS on Linux 0.8.0, реализации файловой системы ZFS, оформленной в виде модуля для ядра Linux. Работа модуля проверена с ядрами Linux c 2.6.32 по […]

Комитет IETF (Internet Engineering Task Force), занимающийся развитием протоколов и архитектуры интернета, завершил формирование RFC для протокола ACME (Automatic Certificate Management Environment) […]

Некоммерческий удостоверяющий центр Let’s Encrypt, контролируемый сообществом и предоставляющий сертификаты безвозмездно всем желающим, подвёл итоги прошедшего года и рассказал о планах на 2019 год. […]

Вышла новая версия Libreoffice — Libreoffice 6.2

Калькулятор Лейбница

Первая счетная машина, позволявшая производить умножение и деление также легко, как сложение и вычитание, была изобретена в Германии в 1673 году Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646-1716), и называлась «Калькулятор Лейбница».

Идея создать такую машину у Вильгельма Лейбница появилась после знакомства с голландским астрономом и математиком Христианом Гюйгенсом. Видя нескончаемые вычисления, которые астроному приходилось производить, обрабатывая свои наблюдения, Лейбниц решил создать устройство, которое ускорило и облегчило бы эту работу.

Первое описание своей машины Лейбниц сделал в 1670 году. Через два года ученый составил новое эскизное описание, на основе которого в 1673 году построил действующее арифметическое устройство и продемонстрировал его в феврале 1673 года на заседании Лондонского Королевского общества. В заключение своего выступления он признал, что устройство не совершенно, и пообещал его улучшить.

В 1674 – 1676 годах Лейбниц провел большую работу по улучшению изобретения и привез в Лондон новый вариант калькулятора. Это была малоразрядная модель счетной машины, не пригодная для практического применения. И только в 1694 году Лейбниц сконструировал 12 разрядную модель. Впоследствии калькулятор несколько раз дорабатывался. Последний вариант был создан в 1710 году. По образцу двенадцатиразрядной счетной машины Лейбница в 1708 году профессор Вагнер и мастер Левин создали шестнадцатиразрядную счетную машину.

Как видно, работа над изобретением была длительной, но не непрерывной. Лейбниц одновременно трудился в самых разных областях науки. В 1695 году он писал: «Уже свыше двадцати лет назад французы и англичане видели мою счетную машину... с тех пор Ольденбург, Гюйгенс и Арно, сами или через своих друзей, побуждали меня издать описание этого искусного устройства, а я все откладывал это, потому что я сперва имел только маленькую модель этой машины, которая годится для демонстрации механику, но не для пользования. Теперь же с помощью собранных мною рабочих готова машина, позволяющая перемножать до двенадцати разрядов. Уже год, как я этого достиг, но рабочие еще при мне, чтобы можно было изготовить другие подобные машины, так как их требуют из разных мест».

Работа над калькулятором Лейбницу обошлась в 24 000 талеров. Для сравнения, годовая зарплата министра по тем временам составляла 1 – 2 тысячи талеров.

К сожалению, с полной уверенностью не об одной из сохранившихся моделей калькулятора Лейбница нельзя сказать, что она была создана именно автором. Из-за чего существует много предположений относительно изобретения Лейбница. Есть мнения, что ученый только высказал идею применения ступенчатого валика, или что он не создавал калькулятор целиком, а только демонстрировал работу отдельных механизмов устройства. Но, несмотря на все сомнения, можно точно утверждать, что идеи Лейбница надолго определили путь развития вычислительной техники.

Мы будем вести описание калькулятора Лейбница на основе одной из сохранившихся моделей, находящейся в музее в Ганновере. Она представляет собой ящик около метра длинной, 30 сантиметров шириной и около 25 сантиметров высотой.

Изначально, Лейбниц пытался лишь улучшить уже существующее устройство Паскаля , но вскоре он понял, что операция умножения и деления требуют принципиально нового решения, которое бы позволяло вводить множимое только один раз.

О своей машине Лейбниц писал: «Мне посчастливилось построить такую арифметическую машину, которая бесконечно отличается от машины Паскаля, так как моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно, притом не прибегая к последовательному сложению и вычитанию».

Это стало возможно, благодаря разработанному Лейбницем цилиндру, на боковой поверхности которого, параллельно образующей, располагались зубья различной длины. Этот цилиндр получил название «Ступенчатый валик».

К ступенчатому валику крепится зубчатая рейка. Эта рейка входит в сцепление с десятизубым колесом №1, к которому прикреплялся циферблат с цифрами от 0 до 10. Поворотом этого циферблата задается значение соответствующего разряда множимого.

Например, если второй разряд множимого равнялся 5, то циферблат, отвечающий за установку этого разряда, поворачивался в положение 5. В результате десятизубое колесо № 1, с помощью зубчатой рейки, так перемещало ступенчатый валик, что при повороте на 360 градусов он входит в зацеплении с десятизубым колесом № 2 только пятью наиболее длинными ребрами. Соответственно, десятизубое колесо №2 поворачивалось на пять частей полного оборота, на столько же поворачивался и связанный с ним цифровой диск, отображающий результирующее значение выполненной операции.

При следующем обороте валика на цифровой диск снова перенесется пятерка. Если цифровой диск совершал полный оборот, то результат переполнения переносился на следующий разряд.

Поворот ступенчатых валиков осуществлялся с помощью специальной ручки – главного приводного колеса.

Таким образом, при выполнении операции умножения не требовалось многократно вводить множимое, а достаточно вести его один раз и повернуть ручку главного приводного колеса столько раз, на сколько необходимо произвести умножение. Однако, если множитель будет велик, то операция умножения займет длительное время. Для решения этой проблемы Лейбниц использовал сдвиг множимого, т.е. отдельно происходило умножение на единицы, десятки, сотни и так далее множителя.

Для возможности сдвига множимого устройство было разделено на две части - подвижную и неподвижную. В неподвижной части размещался основной счетчик и ступенчатые валики устройства ввода множимого. Установочная часть устройства ввода множимого, вспомогательный счетчик и, главное, приводное колесо располагаются на подвижной части. Для сдвига восьмиразрядного множимого использовалось вспомогательное приводное колесо.

Так же для облегчения умножения и деления Лейбниц разработал вспомогательный счетчик, состоящий из трех частей.

Наружная часть вспомогательного счетчика - неподвижная. На ней нанесены числа от 0 до 9 для отсчета количества сложений множимого при произведении операции умножения. Между цифрами 0 и 9 расположен упор, предназначенный остановить вращение вспомогательного счетчика, когда штифт достигнет упора.

Средняя часть вспомогательного счетчика – подвижная, которая служит для отсчета количества сложений при умножении и вычитаний при делении. На ней имеется десять отверстий, напротив цифр внешней и внутренней частей счетчика, в которые вставляется штифт для ограничения вращения счетчика.

Внутренняя часть - неподвижная, которая служит для отчета количества вычитаний при выполнении операции деления. На ней нанесены цифры от 0 до 9 в обратном, относительно наружной части, порядке.

При полном повороте главного приводного колеса средняя часть вспомогательного счетчика поворачивается на одно деление. Если предварительно вставить штифт, например, в отверстие напротив цифры 4 внешней части вспомогательного счетчика, то после четырех оборотов главного приводного колеса этот штифт наткнется на неподвижный упор и остановит вращение главного приводного колеса.

Рассмотрим принцип работы калькулятора Лейбница на примере умножения 10456 на 472:

1. С помощью циферблатов вводится множимое (10456).

2. Устанавливается штифт в среднюю часть вспомогательного счетчика, напротив цифры 2, нанесенной на наружную часть вспомогательного счетчика.

3. Поворачивают главное приводное колесо по часовой стрелки, пока штифт, вставленный в вспомогательный счетчик, не упрется в упор (два поворота).

4. Сдвигается подвижная часть калькулятора Лейбница на одно деление влево, используя вспомогательное приводное колесо.

5. Устанавливается штифт в среднюю часть вспомогательного счетчика, напротив цифры, соответствующей количеству десяток множителя (7).

6. Поворачивается главное приводное колесо по часовой стрелки, пока штифт, вставленный в вспомогательный счетчик, не упрется в упор (семь поворотов).

7. Подвижная часть калькулятора Лейбница сдвигается еще на одно деление влево.

8. Устанавливается штифт в среднюю часть вспомогательного счетчика, напротив цифры, соответствующей количеству сотен множителя (4).

9. Поворачивают главное приводное колесо по часовой стрелки, пока штифт, вставленный в вспомогательный счетчик, не упрется в упор (четыре поворота).

10. Число, появившиеся в окошках отображения результата, – искомое произведение 10456 на 472 (10456 х 472 = 4 935 232).

При делении, сначала, в калькулятор Лейбница вводится делимое с помощью циферблатов, и один раз поворачивается главное приводное колесо по часовой стрелке. Затем, с помощью циферблатов вводится делитель, и главное приводное колесо начинает вращаться против часовой стрелки. При этом результат деления – это количество оборотов главного приводного колеса, а в окошках отображения результатов индицировался остаток от деления.

Если делимое много больше делителя, то для ускорения деления используют сдвиг делителя на необходимое количество разрядов влево с помощью вспомогательного приводного колеса. При этом, во время подсчета количества оборотов главного приводного колеса, необходимо учитывать сдвиг (один оборот главного приводного колеса при сдвиге подвижной части калькулятора Лейбница на одну позицию влево приравнивается к десяти оборотам главного приводного колеса).

Рассмотрим принцип работы калькулятора Лейбница на примере деления 863 на 64:

1. С помощью циферблатов вводим делимое (863).

2. Поворачиваем ручку главного приводного колеса по часовой стрелки один раз.

3. С помощью циферблатов вводим делитель (863).

4. Сдвигаем движущуюся часть калькулятора Лейбница на одну позицию влево с помощью вспомогательного приводного колеса.

5. Поворачиваем главное приводное колесо один раз против часовой стрелки и получаем первую часть результата деления - количество оборотов главного приводного колеса, умноженное на разрядность (положение подвижной части калькулятора). Для нашего случая - это 1х10. Таким образом, первая часть результата деления будет равна 10. В окошках результата отобразится остаток от первой операции деления (223).

6. Сдвигаем движущуюся часть калькулятора Лейбница на одну позицию вправо с помощью вспомогательного приводного колеса.

7. Поворачиваем главное приводное колесо против часовой стрелки до тех пор, пока остаток, отображающийся в окошках результата, не станет меньше делителя. Для нашего случая - это 3 оборота. Таким образом, вторая часть результата будет равна 3. Складываем обе части результата и получаем частное (результат деления) - 13. Остаток от деления отображается в окошках результата и составляет 31.

Сложение осуществляется следующим способом:

1. С помощью установки циферблатов в необходимое положение, вводится первое слагаемое

3. Вводится второе слагаемое по той же технологии, как и первое.

4. Еще раз поворачивается ручка главного приводного колеса.

5. В окне результата отображается результат сложения.

Для вычитания необходимо:

1. С помощью установки циферблатов в необходимое положение, вводится уменьшаемое.

2. Поворачивается ручка главного приводного колеса по часовой стрелки один раз.

3. С помощью циферблатов вводится вычитаемое.

4. Поворачивается ручка главного приводного колеса один раз против часовой стрелки.

5. В окне результата отображается результат вычитания.

Несмотря на то, что о машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы, она не получила большого распространения из-за высокой себестоимости, сложности изготовления и ошибок, изредка возникающих при переносе разрядов переполнения. Но основные идеи - ступенчатый валик и сдвиг множителя, позволяющие работать с многоразрядными числами, оставили заметный след в истории развития вычислительной техники.

Идеи, изложенные Лейбницем, имели большое количество последователей. Так, в конце 18 века над усовершенствованием калькулятора работали Вагнер и механик Левин, а после смерти Лейбница – математик Тоблер. В 1710 году машину, аналогичную калькулятору Лейбница, построил Буркхардт. Усовершенствованием изобретения занимались и Кнутцен, и Мюллер, и другие выдающиеся ученые того времени.