Staffels dator

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 13 april 2020; kontroller kräver 3 redigeringar .

Staffels dator är en mekanisk anordning som låter dig utföra operationerna addition , subtraktion , multiplikation , division , exponentiering och den ungefärliga beräkningen av kvadratroten . Designad av Israel Abraham Staffel och presenterades först på en industriutställning i Warszawa 1845. Det är den mest komplexa enheten som utvecklats av Staffel.

Inte ett enda exemplar av maskinen har överlevt fram till 2000-talet. Dess design är endast känd från historiska källor, främst pressartiklar, reportage och jurybeslut från utställningar där bilen demonstrerades [1] .

Historik

Skaparen av maskinen, Israel Abraham Staffel, var bosatt i Warszawa, urmakare till yrket. Staffel växte upp i en fattig judisk familj och hade inte tillgång till vetenskapliga publikationer som täckte de senaste uppfinningarna i Västeuropa . Han lärde sig polska , vilket gjorde det möjligt för honom att läsa vetenskapliga och tekniska publikationer om mekanik publicerade i kungariket Polen [2] .

Det är inte känt om han var medveten om beräkningsmaskinerna från andra Warszawa-uppfinnare, Abraham Stern eller Chaim Slonimsky , och därför är det omöjligt att på ett tillförlitligt sätt ange hur de påverkade enheten han designade. Staffel var inte bekant med konstruktionen av de Colmar adderingsmaskin eller andra beräkningsmaskiner som skapats i Västeuropa. I detta avseende bör det antas att maskinen han byggde var hans egen uppfinning, som inte liknar tidigare utvecklade datorenheter.

Staffel började bygga maskinen 1835 och avslutade arbetet 10 år senare. Han demonstrerade maskinen först för allmänheten 1845. Det har inte patenterats . Senare introducerade Staffel ytterligare flera modeller av maskinen, innehållande olika förbättringar.

I polska publikationer kallades räknemaskinen liczebnik , liczebnica , machina rachunkowa eller mechaniczne szczoty . Det är nu också känt som arytmometr Staffela [1] .

1845, vid en industriutställning i Warszawa, belönades Israel Abraham Staffel med en silvermedalj. Kommittén som tilldelade medaljen inkluderade Adrian Krzhizhanovsky [3] . Beskrivningen av maskinen noterade en betydande minskning av den tid som krävs för att utföra beräkningar jämfört med manuella beräkningar på papper.

Samma 1845 introducerade Staffel Uvarov till ministern för offentlig utbildning , presidenten för St. Petersburg Academy of Sciences , när han var i Warszawa, lovade Uvarov honom hjälp . Efter att Staffel mottagit en silvermedalj på utställningen , gav vicekungen i kungariket Polen , Paskevich, prins av Warszawa , honom 150 rubel för en resa till St. Petersburg för att presentera maskinen vid Vetenskapsakademien . År 1846 instruerade Uvarov akademin att undersöka bilen "enligt juden Slonims exempel förra året." Som ett resultat av studien fick hon ett stort erkännande bland medlemmarna i akademin. Positiv feedback gavs till henne, inklusive den berömda matematikern Viktor Bunyakovsky , som själv senare designade datorenheten " Bunyakovskys självräknare ", och fysikern Boris Yakobi . Det har noterats att, jämfört med Slonimskys maskin , kräver multiplikation inte flera additioner, och att maskinen endast är baserad på mekanismer och inte på speciella egenskaper hos tal . M. V. Ostrogradsky föreslog att nominera Staffel till Demidovpriset . Samtidigt sades det om den höga kostnaden för att tillverka maskinen, vilket gjorde det omöjligt att masssälja enheten. År 1847 fick Staffel, enligt rapporten från Uvarov, en belöning på 1 500 rubel från de belopp som kejsaren i kungariket Polen förfogade över [4] .

1851 presenterades maskinen, tillsammans med några av Staffels andra enheter, på världsutställningen i London . Staffels maskin fick en silvermedalj och erkändes som den bästa av de datorer som deltog i utställningen:

Den bästa maskinen av detta slag som visas är den från Staffel (Ryssland, 148), som vid granskning tycks kombinera noggrannhet med tidsekonomi och fungerar enkelt och direkt.

Samtidigt tilldelades andraplatsen sensationellt den mycket mer kända de Colmar tillsatsmaskinen vid den tiden. När de besökte utställningen , blev drottning Victoria och prins Albert mycket imponerade av Staffels maskin, prins Albert skickade till Staffel 20 brittiska pund som ett tecken på hög uppskattning av uppfinningen, vilket var ett aldrig tidigare skådat steg [5] . Maskinens framgång nämndes i tidskriften Scientific American , som noterade "den fantastiska hastigheten och noggrannheten i beräkningar" [6] .

Troligtvis placerades Staffels dator efter utställningen i London 1851 i det ryska hovet [6] .

År 1876 donerade Staffel ett exemplar av sin maskin till Imperial Academy of Sciences . Maskinen ställdes ut på Akademiens fysiska kontor. Anordningen förstördes eller förlorades troligen under plundringen av akademins samling under oktoberrevolutionen [1] .

Staffel-räkneanordningen, belägen i Tekniska museet i Warszawa, är en enklare anordning, inte strukturellt relaterad till maskinen som introducerades 1845.

Trots erkännande på en internationell utställning gick maskinen aldrig i massproduktion, till skillnad från de Colmars tilläggsmaskin, som blev den första enheten att serietillverkas. Israel Abraham Staffel hade inte de ekonomiska resurserna att starta industriell produktion av sina maskiner, kostnaden för maskinen var för hög, och efterfrågan på sådana enheter var låg.

Uppfinnaren av mekaniska räknare, Franz Trix från Brunsviga Maschinenwerke , menade att utformningen av Staffel-maskinen kan ha påverkat Odhners adderingsmaskin : "Die [Odhner] Maschine, von der nur ein Stück gebaut wurde, ist der obengenannten Universal-Rechenmaschine von Staffel in mancher Beziehung so ähnlich, dass die Annahme naheliegt, Odhner habe sie gekannt und sie beim Bau seiner Maschine zum Vorbild genommen" [7] .

Maskindesign

Maskinen var 20 tum lång, 10 tum bred och 8 tum hög [8] formad som en kuboid , 18 tum lång, 9 tum bred och 4 tum hög [9] enligt andra källor . Maskinens mekanism baserades på Leibniz-hjulet , som har använts flitigt i beräkningsmaskiner sedan Gottfried Leibniz byggde sin adderingsmaskin 1694 [10] .

Gränssnittet bestod av 13 resultatvisningsfönster placerade under de sju omkopplaraxeln och 7 multiplikatorfönster som visar värdet av en av faktorerna under en multiplikationsoperation eller en kvot under en divisionsoperation. Operatören kunde ställa in värdena för enskilda siffror på axeln och i multiplikatorns displayfönster. Axeln kan röra sig till höger eller till vänster. Enheten fungerade i decimalnotation , varje fönster kunde visa vilken som helst av de 10 siffrorna från 0 till 9.

Maskinen var utrustad med ett handtag och en omkopplare som gjorde att du kunde växla mellan addition / multiplikation, subtraktion / division och kvadratrotsextraktion. Dessa lägen var märkta på enhetens kropp som additio/multiplio , substractio/divisio respektive extraktion . Under subtraktionsoperationen måste handtaget vridas i motsatt riktning än under additionsoperationen [11] .

Beräkningar per maskin

Maskinens funktion är baserad på enkla regler:

I additions-/multiplikationsläget ökade vridning av ratten värdet i resultatrutorna med det belopp som ställts in av omkopplarna på axeln, och minskade värdet i multiplikatorrutorna med 1;
I subtrahera/diva -läget fick vridning av ratten att värdet i resultatrutorna minskade med det belopp som ställts in av omkopplarna på axeln, och att värdet i multiplikatorrutorna ökade med 1.

Det var möjligt att utföra en kedja av operationer på maskinen utan att registrera mellanliggande resultat. Resultatet av den tidigare operationen lagrades i resultatrutorna och kunde användas som ett argument för den efterföljande operationen [1] .

Tillägg

För att beräkna värdet på uttrycket ställdes additions-/multiplikationsläget in och resultatrutorna nollställdes. Sedan, med hjälp av omkopplarna på axeln, ställdes värdet på numret och ett varv av handtaget utfördes. Därefter visades värdet på numret i resultatrutorna. Vid nästa steg matades värdet av numret in på axeln och ett varv av handtaget utfördes. Därefter presenterades uttryckets värde i resultatrutorna . $a+b$ $a$ $a$ $b$ $a+b$

Subtraktion

För att beräkna värdet på uttrycket sattes värdet på numret i resultatrutorna genom att lägga till talet till de tidigare nollställda resultatrutorna. Därefter byttes maskinen till subtraktions-/divisionsläget, värdet på talet sattes på axeln och ett varv av handtaget utfördes i motsatt riktning. Därefter visades uttryckets värde i resultatrutorna . $ab$ $a$ $a$ $b$ $ab$

När man försökte subtrahera ett större tal från ett mindre ringde en varningsklocka. Detta var särskilt användbart när du utför divisionsoperationen, som består i att upprepade gånger subtrahera samma tal.

Multiplikation

Multiplikation utfördes genom att utföra additionen flera gånger. För att beräkna värdet på uttrycket ställdes additions-/multiplikationsläget in och resultatrutorna nollställdes. Därefter sattes det antal som var störst av faktorerna på axeln, och värdet på den mindre sattes i multiplikatorfönstren. Därefter gjordes flera varv på handtaget i den mängd som motsvarar den mindre multiplikatorn, tills värdet i multiplikatorfönstren minskade till noll. Därefter visas uttryckets värde i resultatrutorna . $a\cdot b$ $a\cdot b$

Division

Divisionen utfördes som en multipel subtraktion. För att beräkna värdet på uttrycket i resultatrutorna sattes värdet på talet genom att lägga till talet till de tidigare nollställda resultatrutorna. Därefter byttes maskinen till subtraktions-/divisionsläget, värdet på siffran sattes på axeln och ett tillräckligt antal vevvarv utfördes tills siffran i resultatfönstren blev mindre än . Ett försök att vända på handtaget utlöste en varningsklocka. Efter att divisionsoperationen utförts innehöll multiplikatorrutorna heltalsdelen av kvoten, och resultatrutorna visade resten av divisionen med . $a\div b$ $a$ $a$ $b$ $b$ $a$ $b$

rotextraktion

Staffel-maskinen gjorde det möjligt att beräkna det ungefärliga värdet av kvadratroten ur ett tal. För att göra detta, i resultatrutorna, sattes värdet på talet vars rot de ville beräkna, med hjälp av omkopplarna sattes värdet på axeln till noll, och en matades in i multiplikatorrutorna. Funktionsomkopplaren satte maskinen i kvadratrotsläget [12] . En mer detaljerad beskrivning av de åtgärder som utförs i processen att extrahera kvadratroten har inte bevarats, men det allmänna schemat var förmodligen nära en liknande operation på Stern -kalkylmaskinen [11] . En ytterligare mekanism användes för att beräkna roten. Rapporten från världsutställningen i London 1851 noterade att operationen att extrahera roten, även om det inte krävde att gissa siffrorna för resultatet, tog lång tid [9] .

Anteckningar

↑ 1 2 3 4 Ewa Wyka. Mechanik warszawski Abraham Izrael Staffel (1814-1885) och jego wynalazki (polska) . chc60.fgcu.edu. Datum för åtkomst: 1 oktober 2016. Arkiverad från originalet den 19 juli 2011.
↑ Israel Abraham Sztaffel. Wspomnienie pośmiertne: [ polska. ] // Kłosy. - 1885. - T. 40 (1041). - S. 385-386.
↑ Staffels beräkningsmaskin: [ eng. ] // The Illustrated London News, Exhibition Supplement. - 1851. - T. 19 (518). - S. 1.
↑ Stafel, Israel Abraham // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.
↑ Geoffrey Cantor. Religion och den stora utställningen 1851 . - Oxford University Press, 2011. - S. 164. - ISBN 978-0-19-959667-6 .
↑ 1 2 Ny beräkningsmaskin: [ eng. ] // Scientific American . - 1851. - T. 6 (49). - S. 392.
↑ Trinks F. Geschichtliche Daten aus der Entwicklung der Rechenmaschine von Pascal bis zur Nova-Brunsviga. - Braunschweiger GNC Monatsschrift, 1926. - S. 249-276.
↑ ? : [ pol. ] // Kurier Warszawski . - 1845. - T. 119. - S. 579-580.
↑ 1 2 Beräkningsmaskiner // Rapporter från juryerna om ämnet i de trettio klasser som utställningen var indelad i. ClassX: [ engelska ] ] . - London, 1852. - S. 310-311.
↑ Kidwell, Peggy Aldritch; Williams, Michael R. Beräkningsmaskinerna: Deras historia och utveckling (engelska) . — Massachusetts Institute of Technology och Tomash Publishers, 1992.
↑ 1 2 Izabela Bondecka-Krzykowska. Början av mekanisk beräkning i Polen: [ eng. ] // Studier i logik, grammatik och retorik. - 2012. - T. 27 (40). - S. 45-62.
↑ Machina rachunkowa pana Izraela Abrahama Staffel z Warszawy : [ Polska. ] // Tygodnik Ilustrowany . - 1863. - T. 192. - S. 207.