РЕФЕРАТ
«АРИФМОМЕТР»
Выполнила:
Хрестенко С. В.
студентка 1 курса ФМФ
специальности Прикладная
математика и информатика
Ставрополь, 2012г.
Содержание
Введение ………………………………………………………………………….3
1. История арифмометров……..…………………………………… ……….5
2. Модели арифмометров………..………………………………… ………..9
3. Функции арифмометров…………………………….……………… ……10
Заключение…………………………………………………… …………………13
Список используемых источников…………………………………………….14
Введение
Арифмометр (от греч. ??????? - «число», «счёт» и греч. ?????? - «мера», «измеритель») - настольная (или портативная) механическая вычислительная машина, предназначенная для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания.
Чаще всего арифмометры были настольные или «наколенные» (как современные ноутбуки), изредка встречались карманные модели (Curta). Этим они отличались от больших напольных вычислительных машин, таких как табуляторы (Т-5М) или механические компьютеры (Z-1, Разностная машина Чарльза Бэббиджа).
Числа вводятся в арифмометр, преобразуются и передаются пользователю (выводятся в окнах счётчиков или печатаются на ленте) с использованием только механических устройств. При этом арифмометр может использовать исключительно механический привод (то есть для работы на них надо постоянно крутить ручку) или производить часть операций с использованием электромотора (Наиболее совершенные арифмометры - вычислительные автоматы, например «Facit CA1-13», почти при любой операции используют электромотор).
Арифмометры являются цифровыми (а не аналоговыми, как например логарифмическая линейка) устройствами. Поэтому результат вычисления не зависит от погрешности считывания и является абсолютно точным. Они предназначены в первую очередь для умножения и деления. Поэтому почти у всех арифмометров есть устройство, отображающее количество сложений и вычитаний - счётчик оборотов (так как умножение и деление чаще всего реализовано как последовательное сложение и вычитание; подробнее - см. ниже).
Арифмометры могут выполнять сложение и вычитание. Но на примитивных рычажных моделях (например, на «Феликсе») эти операции выполняются очень медленно - быстрее, чем умножение и деление, но заметно медленнее, чем на простейших суммирующих машинах или даже вручную.
При работе на арифмометре порядок действий всегда задаётся вручную - непосредственно перед каждой операцией следует нажать соответствующую клавишу или повернуть соответствующий рычаг. Это особенность арифмометра не включается в определение, так как программируемых аналогов арифмометров практически не существовало.
1. История арифмометров
Арифмометр - прибор, служащий для механического выполнения больших вычислений, или числительная машина. История открытия Арифмометра начинается с самой глубокой старины; во все почти периоды человеческого развития мы видим попытки к нахождению способа облегчения вычислений путем автоматического приспособления. В древний период истории, когда пользование древними цифровыми знаками представляло немало неудобств, был придуман так называемый абакос (см. это сл.); или счетная доска, к которой прибегали не только дети, но и математики и астрономы. У китайцев, в свою очередь, был в общеупотреблении счетный прибор, напоминавший по форме русские счеты нашего времени, который значительно облегчал вычисления в уме. Позднее открытие логарифмов и приспособление их к сложным арифметическим вычислениям есть крупный шаг к нахождению метода, которым мы могли бы исполнять и контролировать наши вычисления. В то же время мы видим, что усилия многих изобретателей направлены к тому, чтобы построить такую числительную машину, которая не требовала бы от человека других познаний, кроме чтения цифровых знаков. В период от начала XVII стол. до настоящего времени можно насчитать бесчисленное множество числительных аппаратов, отчасти для общих, отчасти для специальных вычислений. Все подобные числительные аппараты, или Арифмометры, как их обыкновенно называют, можно подвести под два главных типа: к первому типу относятся такие приборы, которые лишь сокращают и облегчают умственные напряжения человека, тогда как приборы второго типа производят самые сложные вычисления без всякого участия человеческого разума, путем известных манипуляций, и которые можно скорее назвать автоматическими счетчиками. Из А-ов первого типа укажем на А-ры Эдмона Гунтера (изобр. в 1624 г.) и Гаспара Шотта (1668 г.). Оба воспользовались открытием логарифмических таблиц, которые они расположили первый на круге, а второй на подвижных цилиндрах так, что при весьма простом приспособлении получаются сразу результаты умножения и деления над большими числами. К этому же типу должен быть отнесен счетчик при помощи прутиков Непера (rabdology), Арифмопланиметр Лаланда (1839 г.) и многие другие, которые, отличаясь по своей конструкции, имели в основании одну и ту же идею - путем простого приспособления облегчить и сократить производство сложных действий над большими числами. Открытие А-ов второго типа составляет всецело достояние нашего века. Лучшим представителем этого типа должен быть бесспорно признан Ар-р эльзасца Томаса, изобретенный в 1820 г., как удовлетворяющий всем справедливым требованиям автоматического счетчика и как приобретший всеобщее употребление в практической математике, несмотря на сложность своей конструкции. На прилагаемом здесь чертеже мы приводим схематическое изображение этого остроумного прибора.
Схематический чертеж арифмометра Томаса.
Передвигая указатели С, устанавливаем данное число, подвергающееся известному действию; рукоятка, приводящая в движение целую систему зубчатых колес, переводит данное число в нумераторы Е; второе число снова устанавливается на указателях С, и при помощи той же рукоятки, с соблюдением известных правил, получается в нумераторах Е уже результат действий, которым должны подвергнуться данные числа. Арифм. Томаса, кроме всех четырех основных действий арифметики, производит возвышение в степень, логарифмирование и др. вычисления, причем все действия абсолютно верны и математически точны. Но главным и неоценимым достоинством прибора Томаса должно признать то обстоятельство, что всякий может с легкостью пользоваться им без специальных математических познаний; прибор довольно прост и не вызывает усталости при продолжительном употреблении. Не вдаваясь в подробности конструкции А-ра Томаса и методов обращения с ним, отсылаем интересующегося читателя к статьям: «Instruction pour se servir de l’Arithmometre, inventee par Thomas» (Париж, 1851) и «La grande Encyclopedie», т. III, стр. 957. Из арифмометров русского происхождения укажем на А-ы: нашего знаменитого академика П. Л. Чебышева, ученого еврея X. З. Слонимского и новейшей конструкции А-р В. Т. Однера, изобретенный в 1890 г. Мы помещаем на прилагаемой таблице рисунок Арифмометра Однера в? натуральной величины.
Арифмометр В. Т. Орднера.
Остановимся подробно на устройстве этого прибора и способе его употребления. Рукоятка В соединена с цилиндром, к которому прикреплены спицы, выходящие из прорезей А кожуха. Спицы перестанавливаются в разное положение друг к другу, вдоль прорезей. Первоначальное положение цилиндра обозначается вертикальным положением рукоятки; в этом положении рукоятка придерживается пружиной, следовательно, для вращения необходимо ее освобождение. Первоначальное положение цилиндра есть также первоначальное положение спиц, показывающее нуль. Передвигая спицы, можно поставить все цифры на крышке от 0 до 9; для облегчения постановки цифр прорези нумерованы справа налево. Ящик содержит две системы отверстий; в больших отверстиях появляются цифры, установленные до вращения рукоятки спицами на крышке, а также результат суммирования или вычитания. Цифры в маленьких отверстиях показывают разницу числа поворотов рукоятки в обоих направлениях (стрелка + и стрелка -), иначе говоря, контроль над числом оборотов рукоятки. Весь ящик, смотря по надобности, передвигается нажатием на кнопку D, при чем защелка впадает в прорези, удерживая ящик. Последнее положение обозначается точками, находящимися над отверстиями, а именно: если одна из точек находится под стрелой с левой стороны крышки, защелка впадает в прорези и удерживает ящик. Ящик передвигается лишь при вертикальном положении рукоятки, движение которой возможно только при вышеупомянутом положении ящика. Погашение цифр ящика в больших отверстиях производится посредством вращения правой и в маленьких отверстиях левой ласточки С. Ласточки должны постоянно находиться в первоначальном положении, обозначенном углублениями. Манипуляция Арифмометра Однера сводится к следующим четырем пунктам: установка цифр на крышке, вращение рукоятки, передвижение ящика и вращение ласточек. На основании этих четырех операций решаются задачи по всем четырем правилам арифметики. Приведем несколько примеров, иллюстрирующих пользование А-ом Однера. Пусть требуется найти сумму: 75384 + 6278 + 6278 + 9507.
Рукоятка предварительно должна находиться в первоначальном положении и цифры в отверстиях показывать нуль. Установив на спицах 75384 рукоятка повертывается по направлению стрелки + один раз; установив затем 6278, рукоятка повертывается в том же направлении два раза; установив снова 9507 и повернув рукоятку, в больших отверстиях появится число 97447 - искомая сумма. В маленьких отверстиях число 4 покажет только количество оборотов рукоятки. Найти произведение 49563 х 24? Так как произведение состоит из 24 численной суммы числа 49563, поэтому требуется установить на крышке число 49563 и произвести 24 поворота рукоятки по направлению стрелки +. Передвижение же ящика позволяет сократить число оборотов на 4 + 2 = 6. Сделав 4 оборота, ящик передвигается к следующей точке под стрелку с левой стороны крышки и повертывается рукоятка еще два раза, причем большие отверстия ящика показывают результат 1189512 и маленькие - множителя 24. В начале операции, понятно, все отверстия должны показывать 0. Легко догадаться, что для вычитания пользуются стрелкой -, а что деление есть сокращенное вычитание, сводимое на приборе к действию последнего (об А-х другого рода см. статьи: Бабедж, Интеграторы и «Прибавление»).
2. Модели арифмометров
Модели арифмометров различались в основном по степени автоматизации (от неавтоматических, способных самостоятельно выполнять только сложение и вычитание, до полностью автоматических, снабженных механизмами автоматического умножения, деления и некоторыми другими) и по конструкции (наиболее распространены были модели на основе колеса Однера и валика Лейбница). Следует сразу же отметить, что неавтоматические и автоматические машины выпускались в одно и то же время - автоматические, конечно, были гораздо удобнее, но они стоили примерно на два порядка дороже неавтоматических.
Неавтоматические арифмометры на колесе Однера
«Ари?мометръ системы В. Т. Однеръ» - первые арифмометры этого типа. Выпускались при жизни изобретателя (примерно 1880-1905 гг.) на заводе в Петербурге.
«Союз» - выпускался с 1920 г. на Московском заводе счётных и пишущих машин.
«ОригиналДинамо» выпускался с 1920 г. на заводе «Динамо» в Харькове.
«Феликс» - самый распространённый арифмометр в СССР. Выпускался с 1929 по конец 1970-х.
Автоматические арифмометры на колесе Однера
Facit CA 1-13 - один из самых маленьких автоматических арифмометров
ВК-3 - его советский клон.
Неавтоматические арифмометры на валике Лейбница
Арифмометры Томаса и ряд похожих рычажных моделей, выпускавшихся до начала XX века.
Клавишные машины, например, Rheinmetall Ie или Nisa K2
Автоматические арифмометры на валике Лейбница
Rheinmetall SAR - Один из двух лучших вычислительных автоматов Германии. Его отличительная особенность - маленькая десятиклавишная (как на калькуляторе) клавиатура слева от основной - использовалась для ввода множителя при умножении.
ВМА, ВММ - его советские клоны.
Friden SRW - один из немногих арифмометров, способных автоматически извлекать квадратные корни.
Другие арифмометры
Mercedes Euklid 37MS, 38MS, R37MS, R38MS, R44MS - эти вычислительные автоматы были основными конкурентами Rheinmetall SAR в Германии. Они работали чуть медленнее, но обладали большим числом функций.
Заключение
Таким образом, рассмотрев тему «Арифмометр», хочется сказать, что его изобретение сыграло немаловажную роль в науке. Арифмометр - это механизм, приспособленный для быстрого выполнения арифметических действий, включая сложение, вычитание, умножение и деление. Создав ступенчатый валик и сдвиг множителя, он дал толчок к развитию вычислительной техники.
Список используемых источников
1. Организация и техника механизации учёта; Б. Дроздов, Г. Евстигнеев, В. Исаков; 1952
2. Счётные машины; И. С. Евдокимов, Г. П. Евстигнеев, В. Н. Криушин; 1955
3. Вычислительные машины, В. Н. Рязанкин, Г. П. Евстигнеев, Н. Н. Тресвятский. Часть 1.
4. Каталог центрального бюро технической информации приборостроения и средств автоматизации; 1958
5. http://www.brocgaus.ru/text/ 006/184.htm
Примерно V - VI век до н.э.
Появление абака (Египет, Вавилон)
Примерно VI век н.э.
Появляются китайские счёты.
1623 г.
Первая счётная машина (Германия, Вильгельм Шиккард). Состоит из отдельных устройств - суммирующего, множительного и записывающего. Об этом устройстве почти ничего не было известно до 1957 года, поэтому существенного влияния на развитие счётного машиностроения оно не оказало.
1642 г.
Восьмиразрядная суммирующая машина Блеза Паскаля. В отличие от машины Шиккарда, машина Паскаля получила относительно широкую известность в Европе и до недавнего времени считалась первой счётной машиной в мире. Всего было выпущено несколько десятков машин.
1672 - 1694 гг.
Создан первый арифмометр (Готфрид Лейбниц, Германия). В 1672 году появилась двухразрядная, а в 1694 г. - двенадцатиразрядна
и т.д.................
Примерно VI век н.э. Появляются китайские счёты.
1846 г. Счислитель Куммера (Российская империя, Польша). Он сходен с машиной Слонимского (1842, Российская Империя), но компактнее. Был широко распространён во всём мире вплоть до 1970-х годов в качестве дешёвого карманного аналога счёт.
1950-е гг. Расцвет вычислительных автоматов и полуавтоматических арифмометров. Именно в это время выпущена большая часть моделей электрических вычислительных машин.
1962 - 1964 гг. Появление первых электронных калькуляторов (1962 - опытная серия ANITA MK VII (Англия), к концу 1964 электронные калькуляторы выпускаются многими развитыми странами, в т.ч. в СССР (ВЕГА КЗСМ)). Начинается жестокая конкурентная борьба между электронными калькуляторами и мощнейшими вычислительными автоматами. Но на производстве маленьких и дешёвых арифмометров (в основном - неавтоматических и с ручным приводом) появление калькуляторов почти не сказалось.
1968 г. Начато производство Contex-55 - вероятно, самой поздней модели арифмометров с высокой степенью автоматизации.
1969 г. Пик производства арифмометров в СССР. Выпущено около 300 тысяч "Феликсов" и ВК-1.
1978 г. Примерно в это время прекращён выпуск арифмометров "Феликс-М". Возможно, это был последний в мире выпускавшийся тип арифмометров.
1988 г. Последняя достоверно известная дата выпуска механической вычислительной машины - кассового аппарата "Ока".
1995-2002 Механические кассовые аппараты (ККМ) "Ока" (модели 4400, 4401, 4600) исключены из государственного реестра РФ. Видимо, исчезла последняя область применения сложных механических вычислительных машин на территории России.
2008 В некоторых магазинах Москвы всё ещё встречаются счёты...
Готфрид Вильгельм Лейбниц в 1694 году создал машину, которая давала возможность механически выполнять операции умножения и получила название «калькулятор (арифмометр) Лейбница». Главной частью у арифмометра был ступенчатый валик, так называемый цилиндр с разной длины зубцами, они могли взаимодействовать со счетным колесом. А передвигая это колесо вдоль валика, оно цеплялось за необходимое число зубцов, что обеспечивало установку нужной цифры.
По существу, арифмометр Лейбница был первой арифметической машиной в мире, которая предназначена для выполнения четырех основных арифметических операций и позволяющая применять 9-разрядный множитель с 8-разрядным множимым для получения 16-разрядного произведения. По сравнению с устройством Паскаля, арифмометр существенно ускорял выполнение арифметических операций, однако не получил особое распространение по причине отсутствия на него спроса и конструкционной неточности. Но сама идея Лейбница оказалась весьма плодотворной — установить ступенчатый валик в свой арифмометр. Фото для сравнения можно найти в интернете.
Как считает Норберт Винер — святым покровителем кибернетики мог бы стать и Лейбниц, имея в виду его работы по двоичной системе счисления и математической логике. Однако в те времена ученые редко оказывались теоретиками, поэтому Лейбниц стал вехой в истории информатики и кибернетики. Так появился прототип — первый арифмометр 1672.
Прототип калькулятора - арифмометр - существовал уже более 300 лет назад. В наши дни сделать сложные математические расчеты можно с легкостью, бесшумно нажимая на клавиши того же калькулятора или компьютера, мобильного телефона, смартфона (на которых установлены соответствующие приложения). А раньше эта процедура занимала много времени и создавала много неудобств. Но все же появление первого счетного устройства позволило сэкономить на затратах умственного труда, а также подтолкнуло к дальнейшему прогрессу. Поэтому интересно узнать, кто придумал арифмометр и когда это произошло.
Появление арифмометра
Кто придумал арифмометр первым? Этим человеком стал немецкий ученый Готфрид Лейбниц. Великий философ и математик сконструировал устройство, состоявшее из подвижной каретки и ступенчатого валика. Г. Лейбниц представил миру в 1673 году.
Его идеи перенял французский инженер Томас Ксавье. Он изобрел счетную машину для выполнения четырех действий арифметики. Установка чисел осуществлялась передвижением зубчатки по оси, пока в прорези не появятся нужные цифры, при этом каждому ступенчатому валику соответствовал один разряд чисел. Устройство приводилось в действие вращением ручного рычажка, который, в свою очередь, двигал шестерни и зубчатые валики, выдавая искомый результат. Это был первый арифмометр, запущенный в массовое производство.
Модификации устройства
Англичанин Дж. Эдмондзон был тем, кто придумал арифмометр с круговым механизмом (каретка совершает действие по окружности). Это устройство было создано в 1889 году на базе аппарата Томаса Ксавье. Однако особенных изменений в конструкции приспособления не произошло, и этот аппарат оказался таким же громоздким и неудобным, как и его предшественники. Тем же грешили и последующие аналоги прибора.
Хорошо известно, кто изобрел арифмометр с цифровой клавиатурой. Это был американец Ф. Болдуин. В 1911 году он представил счетное приспособление, в котором набор чисел производился по вертикальным разрядам, содержащим 9 знаков.
Производство в Европе таких счетных устройств наладил инженер Карл Линдстрем, создав более компактное по размерам и оригинальное по конструкции приспособление. Здесь ступенчатые валики уже располагались вертикально, а не горизонтально, и, помимо того, эти элементы были расставлены в шахматном порядке.
На территории Советского Союза первый арифмометр был создан на заводе «Счетмаш» им. Дзержинского в Москве в 1935 году. Он назывался клавишной (КСМ). Их производство продолжалось до а затем было возобновлено в виде новых моделей полуавтоматических машин только в 1961 году.
В эти же годы были созданы и автоматические устройства, такие как «ВММ-2» и «Зоемтрон-214» , которые использовались в различных сферах, при этом работа характеризовалась большим шумом и неудобством, однако это было единственное приспособление на то время, помогающее справляться с большим объемом расчетов.
Сейчас эти устройства считаются раритетом, их можно встретить только в качестве музейного экспоната или же в коллекции любителей старинной техники. Мы рассмотрели вопрос о том, кто придумал арифмометр, а также предоставили информацию об истории технического развития этого аппарата и надеемся, что эти сведения будут полезны для читателей.
Предназначенная для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания.
Настольная или портативная: Чаще всего арифмометры были настольные или «наколенные» (как современные ноутбуки), изредка встречались карманные модели (Curta). Этим они отличались от больших напольных вычислительных машин, таких как табуляторы (Т-5М) или механические компьютеры (Z-1 , Разностная машина Чарльза Бэббиджа).
Механическая: Числа вводятся в арифмометр, преобразуются и передаются пользователю (выводятся в окнах счётчиков или печатаются на ленте) с использованием только механических устройств. При этом арифмометр может использовать исключительно механический привод (то есть для работы на них надо постоянно крутить ручку. Этот примитивный вариант используется, например, в «Феликсе») или производить часть операций с использованием электромотора (Наиболее совершенные арифмометры - вычислительные автоматы, например «Facit CA1-13», почти при любой операции используют электромотор).
Точное вычисление: Арифмометры являются цифровыми (а не аналоговыми, как например логарифмическая линейка) устройствами. Поэтому результат вычисления не зависит от погрешности считывания и является абсолютно точным.
Умножение и деление: Арифмометры предназначены в первую очередь для умножения и деления. Поэтому почти у всех арифмометров есть устройство, отображающее количество сложений и вычитаний - счётчик оборотов (так как умножение и деление чаще всего реализовано как последовательное сложение и вычитание; подробнее - см. ниже).
Сложение и вычитание: Арифмометры могут выполнять сложение и вычитание. Но на примитивных рычажных моделях (например, на «Феликсе») эти операции выполняются очень медленно - быстрее, чем умножение и деление, но заметно медленнее, чем на простейших суммирующих машинах или даже вручную .
Не программируемый: При работе на арифмометре порядок действий всегда задаётся вручную - непосредственно перед каждой операцией следует нажать соответствующую клавишу или повернуть соответствующий рычаг. Это особенность арифмометра не включается в определение, так как программируемых аналогов арифмометров практически не существовало.
Счётная машинка Феликс (Музей Воды, Санкт-Петербург)
Арифмометр Facit CA 1-13
Арифмометр Mercedes R38SM
Модели арифмометров различались в основном по степени автоматизации (от неавтоматических, способных самостоятельно выполнять только сложение и вычитание, до полностью автоматических, снабженных механизмами автоматического умножения, деления и некоторыми другими) и по конструкции (наиболее распространены были модели на основе колеса Однера и валика Лейбница). Следует сразу же отметить, что неавтоматические и автоматические машины выпускались в одно и то же время - автоматические, конечно, были гораздо удобнее, но они стоили примерно на два порядка дороже неавтоматических .
Mercedes Euklid 37MS, 38MS, R37MS, R38MS, R44MS - эти вычислительные автоматы были основными конкурентами Rheinmetall SAR в Германии. Они работали чуть медленнее, но обладали большим числом функций.
Если при вычитании получается отрицательное число, в арифмометре звенит звоночек. Так как арифмометр не оперирует с отрицательными числами, надо «отменить» последнюю операцию: не изменяя положения рычажков и консоли, проверните ручку в обратном направлении.
По аналогии с умножением столбиком - умножают на каждый разряд, записывая результаты со смещением. Смещение определяется тем, в каком разряде стоит второй множитель.
Для перемещения консоли используйте ручку спереди арифмометра (Феликс) или клавиши со стрелками (ВК-1, Rheinmetall).
Разберём пример: 1234x5678:
Рассмотрим случай деления 8765 на 432:
