ماشین حساب های مکانیکی
توسط جیمز ردین
| «زیرا شایسته مردان برجسته نیست که ساعت‌ها مانند بردگان در کار محاسباتی وقت بگذرانند، در حالی که اگر از ماشین‌ها استفاده شود، می‌توان آن را با خیال راحت به شخص دیگری واگذار کرد.» – گوتفرید ویلهلم فون لایبنیتس – 1685 |
|
مقدمه هدف از این سند، توصیف مختصر رایج‌ترین دستگاه‌های محاسبه غیرالکترونیکی در یک زمینه تاریخی و ایجاد منبع مرجع برای سایر صفحات اینترنتی مرتبط با این موضوع است. این سفر 2500 سال پیش با چرتکه آغاز می‌شود و 30 سال پیش با معرفی اولین ماشین حساب‌های الکترونیکی به پایان می‌رسد. به منظور تسهیل دانلود، سند به سه بخش تقسیم شده است: قسمت اول، تکامل دستگاه‌های محاسبه را تا اختراع چرخ پله‌ای توسط لایبنیتس شرح می‌دهد. قسمت دوم، رویدادهای اصلی قرن نوزدهم را مورد بحث قرار می‌دهد و قسمت سوم، توسعه ماشین‌های اداری را تا دهه 1960 بررسی می‌کند، زمانی که اولین ماشین حساب‌های الکترونیکی در بازار ظاهر شدند. |
| مفاهیم ریاضی و فرزندان آنها، عملیات حسابی، برای هزاران سال یک تمرین فکری محض در نظر گرفته می‌شد که نمی‌توانست توسط یک مصنوع دست‌ساز تکرار یا انجام شود. حتی چرتکه یک دستگاه شمارش مبتکرانه است که بر اساس موقعیت‌های نسبی دو مجموعه مهره است که روی رشته‌های موازی حرکت می‌کنند. مجموعه اول شامل پنج مهره در هر رشته است و امکان شمارش از 1 تا 5 را فراهم می‌کند، در حالی که مجموعه دوم فقط دو مهره در هر رشته دارد که اعداد 5 و 10 را نشان می‌دهد. به نظر می‌رسد سیستم چرتکه بر اساس ریشه پنج باشد. استفاده از ریشه پنج منطقی است زیرا انسان‌ها شمارش اشیاء را با انگشتان خود شروع کردند. |
|
ماشین حساب Antikythera زمانی، بین 100 قبل از میلاد و 65 قبل از میلاد، یک کشتی یونانی که محموله‌ای از مجسمه‌های برنزی و مرمر و سایر مصنوعات از رودس به رم را حمل می‌کرد، در نزدیکی سواحل Antikythera، جزیره کوچکی در یونان، غرق شد. این کشتی به مدت دو هزاره در زیر 140 فوت آب دریا باقی ماند تا اینکه در سال 1901 توسط غواصان اسفنج بومی کشف شد. بقایای آن که در موزه ملی آتن نگهداری می‌شود، شامل یک مکانیزم چرخ دنده‌ای باستانی است که اکنون به عنوان ماشین حساب Antikythera شناخته می‌شود. این دستگاه جالب که از 32 چرخ دنده تشکیل شده است، شبیه مکانیزم ساعت قرن هجدهم است و برای محاسبه حرکات خورشید و ماه استفاده می‌شد. 
|
|
استخوان های Napier استخوان های Napier بسیار موفق بودند و تا اواسط دهه 1960 به طور گسترده در اروپا مورد استفاده قرار می گرفتند. لگاریتم ها نیز اساس اختراع … بودند. |
|
طراحی لئوناردو داوینچی لئوناردو داوینچی بسیاری از ایده های مبتکرانه خود را از مشاهده دقیق مکانیک درگیر در حرکات موجودات زنده به دست آورد. جالب اینجاست که طبیعت چرخ را به عنوان راه حلی برای این مشکل تکامل نداده است. این راه حل به نبوغ انسان واگذار شد. شایان ذکر است که چرخ پایه اصلی اکثر دستگاه های مکانیکی مورد استفاده برای تکرار فرآیند فکری درگیر در عملیات حسابی بوده است. همانطور که جورج چیس [1] گفت: “تاریخچه ماشین‌های محاسباتی مکانیکی در اصل داستان چرخ اعداد و دستگاه‌هایی است که آن را می‌چرخانند تا مقادیر دیجیتال و انتقال دهگان را ثبت کنند.” |
|
ماشین Schickard اولین ماشین جمعی شناخته شده توسط ویلهلم شیکارد (1592-1635) ساخته شد. در سال 1623، شیکارد، یک دانشمند و سپس استاد دانشگاه توبینگن در وورتمبرگ، که اکنون بخشی از آلمان است، یک دستگاه مکانیکی را طراحی و ساخت که آن را “ساعت محاسبه” نامید. شیکارد که دوست ستاره شناس بزرگ یوهانس کپلر (1571-1630) بود، نامه های متعددی در سال های 1623 و 1624 برای او ارسال کرد و به طور خلاصه اختراع خود را شرح داد. شیکارد و خانواده‌اش از طاعون بوبونیک جان سالم به در نبردند و یادداشت‌های دقیق او تا سال‌های 1935 و 1956 توسط مورخ فرانتس هامر کشف نشد. برونو فون فریتاگ، ریاضیدان دانشگاه توبینگن، از آنها برای بازسازی ماشین در سال 1960 استفاده کرد. یک واحد در موزه دویچس در مونیخ قرار دارد. 
|
|
پاسکالین Blaise Pascal (1623-1662) فقط 18 سال داشت که پاسکالین را تصور کرد. پاسکال از دستگاه شیکارد آگاه نبود و راه حل او به اندازه راه حل شیکارد ظریف و کارآمد نبود. همانطور که پل ای. دون گفت: “اگر ایده های شیکارد مخاطبان زیادی پیدا می کرد، ماشین پاسکال اختراع نمی شد.” این دستگاه بر روی یک جعبه مستطیلی برنجی ساخته شده بود، جایی که مجموعه ای از صفحه های دندانه دار، چرخ های داخلی را به گونه ای حرکت می دادند که چرخش کامل یک چرخ باعث می شد چرخ سمت چپ یک واحد افزایش یابد. اگرچه این دستگاه در آن روزها توجه زیادی را به خود جلب کرد، اما به دلیل گران بودن، غیرقابل اعتماد بودن و همچنین دشواری استفاده و ساخت، مورد پذیرش گسترده قرار نگرفت. تا سال 1652 حدود 50 دستگاه ساخته شده بود اما کمتر از 15 دستگاه فروخته شده بود. در ابتدا، پاسکال علاقه زیادی به اختراع خود پیدا کرد و حتی در سال 1649 برای ایده خود یک حفاظت “امتیازی” (معادل قرون وسطایی یک حق ثبت اختراع) به دست آورد، اما علاقه او به علم و اهداف “مادی” زمانی پایان یافت که در سال 1655 به صومعه یانسن رفت و تمام توجه خود را بر فلسفه متمرکز کرد. او در سال 1662 درگذشت. در طول یک دوره 30 ساله پس از اختراع پاسکال، چندین نفر ماشین های محاسبه ای را بر اساس این طرح ساختند. بدنام ترین آنها ماشین جمعی سر ساموئل مورلند (1625-1695) از انگلستان بود. این دستگاه که در سال 1666 اختراع شد، دارای یک مقیاس دوازده‌دهی بر اساس ارز انگلیسی بود و برای وارد کردن انتقال نمایش داده شده در یک صفحه کمکی به مداخله انسانی نیاز داشت. جالب اینجاست که حتی در آغاز قرن بیستم، چندین شرکت مدل هایی را مستقیماً بر اساس طرح پاسکال معرفی کردند. یک مثال … است. 
|
|
طبل پله ای لایبنیتس در سال 1672، گوتفرید ویلهلم فون لایبنیتس (1646-1716)، دانشمند، ریاضیدان و فیلسوف مشهور آلمانی، که مخترع مشترک حساب دیفرانسیل و انتگرال بود، تصمیم گرفت ماشینی بسازد که قادر به انجام چهار عمل اصلی حسابی باشد. او از یک دستگاه شمارش گام (پدومتر) که در حین مأموریت دیپلماتیک در پاریس دیده بود الهام گرفت. لایبنیتس نیز مانند پاسکال یک نابغه کودک بود. او در سن 8 سالگی زبان لاتین را آموخت و در سن 19 سالگی دومین مدرک دکترای خود را دریافت کرد. به محض اینکه از طرح پاسکال مطلع شد، تمام جزئیات آن را جذب کرد و طرح را بهبود بخشید تا امکان ضرب و تقسیم فراهم شود. تا سال 1674 طرح او کامل شد و ساخت یک نمونه اولیه را به صنعتگری از پاریس به نام اولیویه سفارش داد. هیچ مدرکی وجود ندارد که بیش از دو نمونه اولیه از این دستگاه ساخته شده باشد. با وجود اینکه لایبنیتس یکی از برجسته ترین دانشمندان زمان خود بود، در فقر و بدون پاداش درگذشت. دستگاه او تا سال 1879 در اتاق زیر شیروانی دانشگاه گوتینگن باقی ماند تا اینکه یک کارگر در حین تعمیر نشتی در سقف آن را پیدا کرد. اکنون در موزه دولتی هانوفر است. یکی دیگر در موزه دویچس در مونیخ قرار دارد. 
|
|
دستگاه های محاسبه در طول قرن هجدهم طرح های پاسکال و لایبنیتس اساس بیشتر ماشین حساب های مکانیکی ساخته شده در طول قرن هجدهم بود. توجه ویژه ای باید به پارسون فیلیپ ماتیوس هان (1730-1790) داشت که در سال 1773 اولین ماشین حساب کاربردی را بر اساس طبل پله ای لایبنیتس توسعه داد. ماشین حساب هان دارای مجموعه ای از 12 طبل در یک آرایش دایره ای بود که توسط یک میل لنگ واقع در محور آرایش به حرکت در می آمد. هان این ماشین ها را تا زمان مرگش در سال 1790 ساخت، با این حال، دو پسرش و برادر شوهرش، یوهان کریستوفر شوستر، احتمالاً تا سال 1820 به تولید ادامه دادند. در پایان قرن هجدهم، ماشین های محاسبه هنوز کنجکاوی هایی بودند که به جای استفاده واقعی، برای اهداف نمایشی استفاده می شدند. محدودیت های تحمیل شده توسط فناوری، تحقق رویای پاسکال برای تبدیل آنها به یک دستگاه محاسبه عملی را غیرممکن کرد. |
|
منابع مرجع منابع اینترنتی [1] Chase, George C. “تاریخچه محاسبات مکانیکی”. |