查尔斯·斯坦霍普

查尔斯·斯坦霍普的肖像。

关键点：

• 这些老式加法器已经存在很久了！可以追溯到1770年代！
• 斯坦霍普的美丽机器由黄铜、铁、象牙制成，外壳采用桃花心木。
• 他的前两个原型机是由查尔斯·巴贝奇购买的。

查尔斯·斯坦霍普的计算机

英国政治家和多才多艺的科学家查尔斯·斯坦霍普，曼恩子爵（参见查尔斯·斯坦霍普的传记）将他的时间和金钱投入到了设计三个原始设计的计算设备和一台逻辑机（参见查尔斯·斯坦霍普的演示者）的开发上。

斯坦霍普的计算机是由熟练的机械师詹姆斯·布洛克制造的，第一台机器于1775年制造，第二台于1777年制造，最后一台于1780年制造。

最后一台机器（来自1780年）是这三台设备中最简单的设备（见下图），封面上刻有字样：“visc(oun) mahon inv(enit) 1780 ja(me) bullock fecit”。

这台机器是一种小巧简单的计算设备，尺寸为2.2 x 23.2 x 7.5 cm，重量为0.9 kg。

斯坦霍普于1780年设计的加法器。

斯坦霍普于1780年设计的加法器（由nico baaijens提供，www.calculi.nl）。

斯坦霍普的加法设备有12个数字位置（刻度盘）。前8个（最左边）刻度盘是十进制的，标有“hm”表示亿，标有“xm”表示千万，标有“h”表示十万，标有“x”表示万，标有“t”表示千，标有“h”表示百，标有“t”表示十。下面的4个刻度盘分别标有英镑、先令、便士和四分之一便士。这是英国的旧货币系统，一直使用到1971年（4分之一便士=1便士，12便士=1先令，20先令=1英镑）。

斯坦霍普于1780年设计的加法器。

斯坦霍普于1780年设计的加法器（©牛津大学历史科学博物馆）。

刻度盘旋转和输入数字是通过一支笔实现的，该笔可以插入刻度盘周围的开口。刻度盘通过只有一个齿的齿轮依次连接在机构内部，因此十位数的传动机构很难使用，存在力量传递问题。

斯坦霍普的另外两台计算机是更复杂的设备，可以用于四则运算。在1775年的机器中使用了著名的莱布尼兹的阶梯式鼓（见下图），但其齿轮并不平滑，实际上是齿条（1至9个齿的条状齿轮）。这种机制也被称为改进的阶梯式鼓或适应段。

由查尔斯·斯坦霍普于1775年发明，詹姆斯·布洛克制造的计算机，1909年拍摄的照片。

由查尔斯·斯坦霍普于1775年发明，詹姆斯·布洛克制造的计算机，1909年拍摄的照片（©伦敦科学博物馆）。

该机器（带有桃花心木外壳）的尺寸为9 x 45 x 17.5 cm，重量为9 kg。

查尔斯·斯坦霍普于1775年设计的机器的现代复制品。

查尔斯·斯坦霍普于1775年设计的机器的现代复制品（©伦敦科学博物馆）。

计算机制包含12个经过改进的阶梯滚筒（见下图），安装在一个特殊的可移动车架上。数字轴连接到这些滚筒上的轴上，并且每个数字对应的滚筒条上都有相应数量的齿（即数字0对应滚筒的光滑表面，数字1对应一个齿条，依此类推）。

斯坦霍普的齿条阶梯滚筒。

斯坦霍普的齿条阶梯滚筒。

在计算过程中，车架会移动，而在此移动过程中，齿条会与主计数器的齿轮进行啮合，并根据齿条的齿数将其旋转。首先，这会将输入的数字转移到结果机制中，然后，如果需要，进行十进位进位。机器还具有一个次级计数器，用于计数进位的移动次数，并在乘法/除法过程中使用。该机器还具有一个位移机制，以允许多位数乘数并便于除法运算。

在乘法过程中，乘数在开始时设置好，当达到零时，乘法过程完成。这也便于减法和除法，因为计数器从零上升到答案。为了准备机器进行此操作，侧面的切换杆会移动，直到在右侧的窗口中出现而不是。这样，在推拉车架的过程中，结果机制的转移现在在第二步中进行，所有旋转都被反转，并且十进位进位步骤在第一步中执行。然而，这样做的缺点是在第二步中出现的十进位进位步骤不会被执行。斯坦霍普通过在左侧加入一个额外的小白色把手曲柄来解决这个问题，可以用它来完成任何未完成的十进位进位步骤。

十进位进位机制相当复杂和创新。实际上，斯坦霍普是第一个将十进位进位操作分为两个阶段的发明家（尽管在pascaline的sautoir中有类似的东西），第一个阶段是准备阶段，当数字轮从9转到0时进行，第二个阶段是在车架移动过程中进行。大约100年后，这种两阶段的十进位进位操作被机械学家广泛接受，因为这种操作模式消除了机制中“力量积累”的恶劣效果。

1777年的这台机器（见下图）与1775年的机器有一些相似之处，再次使用了斯坦霍普的改进的阶梯滚筒机制，但其中第一台机器中使用的直线运动被更方便和快速的旋转运动所取代。十进位进位机制也得到了改进。

1777年的斯坦霍普机器，由詹姆斯·布洛克制造。

1777年的斯坦霍普机器，由詹姆斯·布洛克制造（©伦敦科学博物馆）。

该机器由黄铜、铁、象牙和木材（桃花心木箱）制成，尺寸为36 x 22 x 21厘米，重量为9公斤。

乘法和除法通过重复加法和减法并伴随中间车架移动来完成，使用一个由与设置机制连接的杠杆操作的12位数的革命计数器。

斯坦霍普的第一台计算机（1775年）有一些缺陷，但是在1777年创建了他彻底的第二台计算机，他证明了自己能够建造一个精巧而完全功能的四位数设备。因此，他被认为是18世纪机械计算器中最有创新的发明家之一。

斯坦霍普的前两台计算机的原型最终被查尔斯·巴贝奇（charles babbage）收购，传给他的儿子亨利·p·巴贝奇，并于1905年由他转交给伦敦的维多利亚和阿尔伯特博物馆。