Счетная машина Якобсона

Одна из первых отечественных счетных машин была создана Евной Якобсоном. Точное время изготовления счетной машины неизвестно, но его можно установить, основываясь на орнаменте и надписях, украшавших верхнюю крышку устройства, способах обработке деталей и других косвенных признаках, позволяющих датировать сохранившуюся модель счетного устройства 18-ым веком.

Внешне изобретение Якобсона представляло собой латунную коробку, длинной 34.2 см, шириной 21.8 см и высотой 3.4 см, располагающуюся на четырех маленьких ножках, высотой около сантиметра. Верхняя крышка была искусно украшена и содержала ряд надписей:

Mechanische Rechnungs Mashine (нем. Механическая счетная машина)

Mechina Mechaniszna do Rachunku (польск. Механическая счетная машина)

Zu der Aufgabe des Addirens, Subtantirens, Multiplicirens, und Devidirens von den Nummer Eins biz kann man hier in der Bruchen zertheilen (нем. Для задачи сложения, вычитания, умножения и деления от числа один до тысячи миллионов, и остающееся от деления можно здесь же расчленить на дроби.).

Erfunden und verfertigen von dem Hebreer Jawna Jacobson, Uhrmacher und Mechanicis in der Stadt Nieswiez in Lithauen, Gouvernement Minsk. (нем. Изобретена и изготовлена Евной Якобсоном, часовым мастером и механиком, в городе Несвиже Литвы, Минское воеводство.).

Именно последняя фраза, несмотря на то, что в ней явно не указана дата создания машины, позволила довольно точно ее определить. Дело в том, что город Несвиж был городом Минского воеводства только до 1793 года, а, следовательно, время изготовления машины должно быть не позднее этой даты. Если принять во внимание расцвет науки и искусства, пришедшийся на 40-80 года 18 века в городе Несвиж, когда под меценатством Михаила Радзивила, избравшего этот город своей резиденцией с 1726 года, было создано огромное число ценных работ, оставивших весомый след в истории искусств, то можно предположить, что и создание счетной машины Якобсона пришлось именно на этот период. К сожалению, точнее оценить дату создания машины не представляется возможно, ввиду отсутствия более развернутых сведений о биографии великого изобретателя.

В отличие от биографии механика, его изобретения прекрасно сохранилось и на данный момент находится в музее имени М.В. Ломоносова в Санкт-Петербурге. Конструкция вычислительной машины - очень любопытна и заслуживает детального изучения.

Механизм счетной машины закреплялся с нижней стороны верхней крышки, управление осуществлялось с помощью специальных ключей через отверстия в этой же крышке. Всего на верхней стороне устройства располагалось семь рядов отверстий, по девять штук в каждом ряду.

Ряд А использовался для сохранения промежуточных результатов вычисления. Через отверстия этого ряда были выведены девять поводков (H), имевших квадратные сечения (2 на 2 миллиметра). Эти поводки поворачивались с помощью специального ключа. Каждый поводок был жестко соединен с расположенным под крышкой диском (I). На каждом диске (I) были нанесены цифры от 0 до 9, которые просматривались в окошках ряда В. Эти диски не были связаны между собой и с другими частями счетной машины. Единственное их назначение – сохранение промежуточных результатов вычисления для облегчения работы с устройством. Поводки ряда А поворачивали таким образом, чтобы в окошках ряда В отобразилось число, которое необходимо запомнить для использования в последующих вычислениях.

Ряд С содержал такие же поводки (J), как и ряд А, однако, использовались они для проведения операций сложения и умножения. При этом результат операций не должен превышать 109.

Над каждым поводком ряда С была нанесена дуга с числами, располагающимися по часовой стрелке: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Рядом с дугой находилась надпись, определяющая разрядность цифры. Дуги располагались в порядке возрастания разрядности справа на лево: Hundert Million (), Zehn Million (десятки миллионов), Eines Million (миллионы), Hundert Tausend (сотни чисел), Zehn Taisend (десятки чисел), Eines Tausend (тысячи), Hundert (сотни), Zehn (десятки), Eins (единицы).

Под каждым из поводков ряда С в круглых углублениях находятся квадратные окошки (D). В этих окошках отображается результат проведенной операции.

Операции сложения и умножения на машине Якобсона производились следующим образом. Вводится первое слагаемое, начиная с младшего разряда. Для этого с помощью ключа последовательно поворачиваются поводки J против часовой стрелки. На поводке J жестко закреплена зубчатая гребенка (К), поворачивающаяся вместе с поводком и входящая в зацепление с зубчатым колесом R, закрепленным на одной оси (М) с цифровым диском (N). Таким образом, цифровой диск (N) поворачивался так, что в окошке (D) отображался введенный разряд первого слагаемого. После того, как установочный ключ отпускался, поводок (J) вместе с гребенкой (K) возвращался в исходное состояние под действием пружины (L). Аналогично, вводились следующие разряды первого слагаемого.

Далее с помощью этих же поводков (J) вводилось второе слагаемое, по описанному выше алгоритму. Если при вводе очередного разряда слагаемого происходило переполнение, то разряд переполнения переносился в старший разряд.

Происходило это так. На оси (М), к которой был прикреплен цифровой диск (N), располагался однозубый диск(Q), входящий в зацепление с зубчатым диском (P) в момент переполнения разряда и поворачивающий его на одно деление. Зубчатый диск, в свою очередь, входил в зацепление с зубчатым диском (Z), поворачивающим цифровой диск старшего разряда на одно деление.

По окончанию ввода второго слагаемого в окошках (D) отображалась сумма, и можно было начинать ввод третьего слагаемого или вычитание какого-либо числа.

Умножение осуществлялось путем последовательного ввода множимого столько раз, на сколько требовалось его умножить. Для облегчения умножения, под дугами поводков ряда (F) была нанесена таблица умножения, выглядевшая следующим образом. Около каждого была нанесена цифра. У крайнего левого поводка – 1, у второго слева - 2 и так далее до 9. Над цифрами дуговых шкал располагался еще один ряд чисел, символизирующий умножение чисел дуговой шкалы на цифру, выгравированную рядом с поводком. На рисунке приведен пример элемента таблицы умножения, выгравированной на машине Якобсона.

Ряд поводков (I) использовался для установки счетной машины в исходное состояние после проведения операций сложения, вычитания, умножения или деления. Поводки (I) – это стержни (M), на которых закреплены: цифровой диск (N), зубчатое колесо (R) и однозубое колес переноса переполнения (Q). Поворачивая эти поводки, пользователь устанавливал цифровые диски так, чтобы в окошках результата отображались нули.

Модель вычислительной машины также позволяла проводить вычитание и деление. Для этого использовались поводки ряда (F). Организация процесса вычитания и деления было организована схоже с процессом сложения. Внешне для пользователя счетной машины это отличие заключалось в направлении поворота поводков (W). Так при сложении они поворачивались против часовой стрелки, а при вычитании - по часовой стрелке.

Если рассмотреть вычитание на уровне устройства механизма счетной машины, то организация вычитания также схожа со сложением. Поводок (W) поворачивал зубчатую гребенку (T), которая входила в зацепление с зубчатым колесом (Z), поворачивая его. При этом поворот зубчатого колеса осуществлялся в противоположную сторону, относительно поворота этого же зубчатого колеса при сложении. После окончания ввода вычитаемого в окошках отображения результата (D) показывался результат вычитания. Если при вычитании величины уменьшаемого разряда не хватало, то от старшего разряда отнималась единица и прибавлялась к младшему. Осуществлялось это автоматически, с помощью того же механизма, который использовался для переноса переполнения при сложении.

Деление выполнялось, как последовательное вычитание с автоматическим подсчетом количества произведенных вычитаний. Для установки делимого использовались поводки сложения (ряд С), а делитель вводился с помощью поводков вычитания (ряд F) до тех пор, пока в окошках результата не отображалось число, меньшее делителя. При этом количество вводов делителя автоматически отображалось в окошках ряда (G).

Автоматический подсчет количества вычитаний происходил следующим образом. Когда водился делитель с помощью поводков ряда (F), одновременно с ними, по часовой стрелке, поворачивались зубчатые гребенки (T). Внизу гребенки располагалась подпружиненная планка. При повороте по часовой стрелке подпружиненная планка задевала за штыри (Y) диска (Х) и заходила в паз гребенки. Когда нижняя часть гребенки отворачивалась от штырьков, подпружиненная планка выходила из паза.

После окончания ввода разряда делителя гребенка (T) под действием пружины (U) возвращалась в исходное состояние, при этом, расположенная в нижней части гребенки, подпружиненная пластинка входила в зацепление со штырьками (Y) диска (X), поворачивая его на одно деление. Диск (X) был жестко закреплен на стрежне (W) с цифровым колесом (V), которое также поворачивалось на одно деление. Таким образом, в окошках ряда (G) отображалось число, показывающее количество вводов всех разрядов делителя.

Как видно из описания, устройство машины Якобсона было удобным для обращения и надежным, а размещение зубчатых колес в несколько уровней делало его еще и компактным. Были продуманы мельчайшие детали, вплоть до маркировки деталей одного разряда одним и тем же знаком, чтобы при разборке и сборке машины, в случае ремонта, они не были перепутаны, и небольших углублений в пазах для ключей установки, позволяющие точно фиксировать поворотные ключи в требуемом положении.

Устройство, изобретенное Якобсоном, было выдающимся достижением научной мысли своего времени и заслуженно занимает почетное место в истории вычислительной техники.