Самосчёты Буняковского

Известный русский математик, академик Виктор Яковлевич Буняковский (1804-1889) прославился не только своими фундаментальными исследованиями в области математики, активной деятельностью по развитию математического просвещения в России, но и талантливыми изобретениями. В 1867 г. им были созданы самосчеты – одно из первых изобретений в области отечественной счетной техники, оригинальная попытка усовершенствования русских счетов.

Буняковский очень любил и высоко ценил русские счеты как самый простой и дешевый из существовавших в то время счетных приборов. Вероятно, интерес к счетам у него появился еще в 1828 г., когда ему предложили написать отзыв на первую модификацию счетов генерал-майора русской армии, математика Ф.М. Свободского. «Мы едва ли ошибемся, - говорил Буняковский, - утверждая, что ни один из существующих арифметических снарядов и из тех, которые со временем будут придуманы, не вытеснят из общего у нас употребления простых русских счетов». Вместе с тем, он отмечал неудобство, связанное с переносом единиц из низшего разряда в высший. Желая устранить этот недостаток, он изобретает «русские самосчеты». «Наименование это оправдывается тем, - объяснил Буняковский, - что, с одной стороны, в моем приборе постановка цифр имеет сходство с перекидыванием косточек, а с другой, что числа на нем складываются сами, причем единицы различных разрядов сами размещаются по соответствующим местам».

По устройству самосчеты совсем не похожи на русские счеты, только принцип действия их одинаков. Этот механический счетный прибор предназначен для многократных сложений и вычитаний. Основу его конструкции составляет металлическое кольцо (колесо), свободно вращающееся на оси, проходящей через центр основания. К кольцу на одинаковых расстояниях жестко крепятся небольшие кружки (30 шт.) с выгравированными цифрами от 0 до 9, повторяющимися три раза, причем после каждой цифры 9 на кольце предусмотрен зубец для передачи десятков в счетчик. У каждого кружка есть изогнутый металлический стержень с шаровидной косточкой на конце, с их помощью кольцо приводится в движение при установке чисел. Вращая кольцо против часовой стрелки, производится сложение чисел, при вращении кольца по часовой стрелке - вычитание. В средней части прибора - планка с окошками счетчика.

Переход из разряда в разряд обеспечивался за счёт сцепленных друг с другом зубчатых колёс:

Вычисления на приборе сводятся к последовательному сложению отдельно единиц, затем десятков, сотен и так далее всех слагаемых, полученные результаты фиксируются на маленьких счетах или дощечке. При вычитании в счетчике устанавливается уменьшаемое и последовательно производится вычитание также единиц, десятков и т.д.

Один экземпляр самосчетов был изготовлен по указанию В.Я.Буняковского механиком Академии наук и 14 февраля 1867 г. представлен на обсуждение физико-математическому отделению Академии. В наставлении об употреблении самосчетов подчеркивалось, что прибор довольно прост по конструкции, главное его назначение – «определение механическим путем итога большого числа слагаемых написанных подряд».

Самосчеты использовались В.Я.Буняковским для вычисления средних месячных и годовых температур и высот барометра. Это был единственный прибор, облегчавший утомительные вычисления в метеорологии. Он оказал серьезное влияние на развитие отечественной изобретательской деятельности, в частности на работы П.Л. Чебышева в области счетной техники.

 


А как было раньше, как появились "самосчетные" инструменты? 

 

Абак - самый древний счетный инструмент

Бухгалтерские, "русские" счеты

Вильгельм Шиккард (Wilhelm Schickard, 1592-1636) - востоковед и математик, профессор Тюбинского университета - в письмах своему другу Иогану Кеплеру описал устройство "часов для счета" - счетной машины с устройством установки чисел и валиками с движком и окном для считывания результата. Это была весьма «продвинутая» 6-разрядная машина, состоявшая из трех узлов: устройства сложения-вычитания, множительного устройства и блока записи промежуточных результатов. Если сумматор был выполнен на традиционных зубчатых колесах, имевших кулачки для передачи в соседний разряд единицы переноса, то множитель был построен весьма изощренно. В нем немецкий профессор применил метод «решетки», когда при помощи «насаженной» на валы зубчатой «таблицы умножения» происходит перемножение каждой цифры первого сомножителя на каждую цифру второго, после чего со сдвигом складываются все эти частные произведения.

 

Французский математик Блэз Паскаль (Blaise Pascal, 19.06.1623–19.08.1662) сконструировал счетное устройство, чтобы облегчить труд своего отца - налогового инспектора. Это устройство позволяло суммировать десятичные числа. Внешне оно представляло собой ящик с многочисленными шестеренками. 

 


Основой суммирующей машины стал счетчик-регистратор, или счетная шестерня. Она имела десять выступов, на каждом из которых были нанесены цифры. Для передачи десятков на шестерне располагался один удлиненный зуб, зацеплявший и поворачивающий промежуточную шестерню, которая передавала вращение шестерне десятков. Дополнительная шестерня была необходима для того, чтобы обе счетные шестерни - единиц и десятков - вращались в одном направлении. 

Немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгейм Лейбниц (Gottfried Wilhelm Leibniz, 01.07.1646 - 14.11.1716) создал "ступенчатый вычислитель" - счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления. Первый арифмометр Лейбниц изготовил в 1673 году. После чего более 20 лет занимался совершенствованием своей счетной машины. Полученная в результате напряженного поиска 8-разрядная модель могла складывать, вычитать, умножать, делить, возводить в степень. Результат умножения и деления имел 16 знаков. Лейбниц применил в своем арифмометре такие конструктивные элементы, которые использовались при проектировании новых моделей вплоть до ХХ века. К ним, прежде всего, необходимо отнести подвижную каретку, что позволило существенно увеличить скорость умножения. Управление этой машиной было предельно упрощено за счет использования рукоятки, при помощи которой вращались валы, и автоматического контроля количества сложений частных произведений во время умножения.

В XVII веке, конечно же, не могло идти и речи о серийном производстве арифмометров Лейбница. Однако выпущено их было не столь уж и мало. Так, например, одна из моделей досталась Петру I. Русский царь распорядился математической машиной весьма своеобразно: подарил ее китайскому императору в дипломатических целях.

Машина являлась прототипом арифмометра, использующегося с 1820 года до 60-х годов ХХ века.

 

Чарльз Ксавьер Томас (1785-1870) создал первый механический калькулятор, который мог не только складывать и умножать, но и вычитать и делить. Бурное развитие механических калькуляторов привело к тому, что к 1890 году добавился ряд полезных функций: запоминание промежуточных результатов с использованием их в последующих операциях, печать результата и т.п.

Арифмометр "Феликс"

Полуавтоматические вычислительные машины:

БК-1

  Потом наступила эра электроники. Механические устройства остались в музеях.