在手持计算器出现之前,有一种名叫百万富翁计算器的机械设备,它是一台大而笨重、价格昂贵的机械机器,只需要转动曲柄就能进行直接乘法运算。
百万富翁计算器机器由瑞士工程师奥托·斯泰格(otto steiger)于1893年创建,并于1895年获得专利并由苏黎世的汉斯·埃格利(hans egli)公司推出市场。这是第一台在商业上取得成功的能够进行直接乘法运算的机械计算器。
汉斯·埃格利
百万富翁计算器机器的5个事实
- 百万富翁机器使用了乘法表的机械表示来形成部分乘积,就像人类“计算器”使用记忆的乘法表一样。
- 斯泰格的机器可被视为一种真正的乘法计算机,它根据乘法表直接解决乘法问题。相比之下,其他类型的计算机只是加法机,因此通过连续的加法进行乘法运算。
- 尽管在乘法和除法运算方面表现出色,百万富翁的滑杆设置机制在加总长列数字时过慢,无法发挥作用。
- 百万富翁计算器的生产时间为1893年至1935年。
- 共生产了约五千台机器,并广泛用于技术计算。
百万富翁计算器机器的历史
1892年,来自圣加仑(st. gallen)的杰出瑞士工程师奥托·斯泰格(otto steiger)(1858-1923)在慕尼黑获得了他的第一个直接乘法类型的计算器专利(德国专利de 72870)。在接下来的几年里,该机器在瑞士、英国、法国、美国和加拿大获得了专利。
奥托·斯泰格的机器是第四个设计的(在barbour、verea和bollée的机器之后),但是它是第一台在商业上取得成功的直接乘法计算器,生产一直持续到1935年,尽管价格极高(例如,在20世纪初,该机器在美国的售价从475美元到1100美元不等,与此同时,这是一辆普通汽车的价格),但仍取得了商业上的成功。
斯泰格/埃格利的百万富翁机(照片提供:arthur rosen先生)
在1892年的德国专利中,斯泰格描述了一种使用乘法表的机械表示来形成部分乘积的机器,就像人类“计算器”使用记忆的乘法表一样。然后,这些部分乘积通过“传递机构”传送到“组合和注册机构”以供操作者查看。
斯泰格的计算机的主要优点(以及所有其他直接乘法计算机的优点)与所有其他类型的计算机相比,是其操作速度惊人地快,尤其是在进行乘法和除法运算时。每个乘数或商的位只需要转动曲柄一次,期间必要的结果位移会自动发生。
例如,一个训练有素的操作员可以在大约7秒钟内将两个8位数相乘,这在当时是难以置信的速度。直到20世纪30年代中后期才有全自动旋转计算器问世,斯泰格的机器在快速而可靠的乘法方面是无法超越的。
steiger/egli的百万富翁计算器(john wolf先生提供)
百万富翁计算器的工作原理
百万富翁主要是一台乘法计算器,而不是加法计算器,最好从这个角度来描述和理解它。
当我们将7乘以6时,结果包括四十和两个个位数。我们存储在记忆中的乘法表将答案检索为单个数字42。百万富翁也包含一个乘法表,但不同之处在于它分别处理每个数字的十位和个位数。这些“部分乘积”在累加器中组合以显示单个结果。
带有键盘的百万富翁机器(john wolf先生提供)
当百万富翁将7乘以6时,其控制机构参考内部乘法表,并返回部分乘积4(十位数)。这被添加到寄存器中,然后向左移动一个位置。然后,乘法表返回2(个位数),将其添加到寄存器(此时位于十位的右侧)以显示答案42。这台机器每个乘数的每个数字只需要转动一次曲柄,但每个转动需要进行两个部分乘积循环-一个是十位数,然后是个位数。
百万富翁面板的绘图
如何执行算术运算:
乘法:
首先清除机器,将载车返回到右侧,并将调节器设置为(乘法)。将第一个因子(被乘数)设置在滑块或键盘上。将乘数杆设置为第二个因子的第一个(最高有效)数字,并顺时针旋转曲柄一整圈。对于剩余的数字,重复设置和旋转过程。在过程结束时,所有三个组件都可见供验证-设置机构中的被乘数,计数器寄存器中的乘数以及累加器中的结果。
加法:
要在乘法机器上执行加法,保持载车静止,同时将输入乘以1。部分乘积与原始输入相同,添加到累加器中。
操作员必须清除机器,将载车返回到右侧,将调节器设置为a,并将乘数设置为1。通过转动曲柄,将设置机构中输入的数字添加到累加器中。载车不移动,计数器机制不起作用。
在内部,将调节器设置为断开连接驱动狗,以使载车保持静止。将乘数设置为1,十位循环上的齿轮不会移动。在个位循环中,设置机构中的值将乘以1并添加到累加器中。驱动机器有一个杆(位于乘法器面板后面),将乘数杆锁定在1,并在每个循环结束时启用自动清除键盘机制。
减法:
减法与加法相同,只是差动器以相反的方向驱动寄存器。如果减法的初始值还没有作为前一个计算的结果出现在累加器中,可以使用旋钮手动输入。
division:
除法是通过重复减法的常规方法进行的,但有一个优势,即可以在一次操作中执行多次减法。首先,将运算柄清零并返回到右侧,然后将调节杆设置为x。被除数使用旋转器设置在累加器中,从左侧末端的一位开始(以便进行自动进位)。除数设置在滑块或键盘的左侧。
操作员通过比较每个数的初始数字来估计除数能从被除数中减去的次数,然后将乘数杠杆设置为估计值并转动曲柄。在循环完成后,乘数杠杆上设置的数字出现在计数器中,作为商的第一个数字,商的数字和除数的乘积已从累加器中减去,并且进位已向左移动一位。重复这个过程,直到获得足够多的数字。
在百万富翁上进行除法的效率取决于操作员估计商的数字的技巧,因为在更正不准确的估计时可能会浪费很多时间。如果估计值过高,将发生透支,并且铃声将响起。为了取消超额扣除,操作员必须将调节杆更改为加法,将乘数设置为1,转动曲柄直到透支清除,然后再将调节杆更改回除法并继续。
百万富翁的一般排列(john wolf先生提供)
如果估计值过低,将没有警报铃声。在准备下一个估计时,操作员必须注意观察除数是否大于被除数,然后按照类似的过程执行额外的减法。
为了帮助技术水平较低的操作员,机器的盖子内部固定了一个1到9乘以1到99的表格,配有一对滑动金属游标和一套纯机械估计方法的说明。由于第三位数的差异,偶尔可能会出现错误。
百万富翁的基本机械部件(john wolf先生提供)
百万富翁的乘数部件(john wolf先生提供)
百万富翁的滑块机构(john wolf先生提供)
百万富翁计算器机器:历史意义
百万富翁计算器机器是对莱昂·博莱机器的改进,能够直接进行乘法运算,而不需要通过重复计算得到结果。尽管百万富翁是为商业计算而开发的,但科学家也发现它非常有用,并且政府机构成为主要客户。
后期型号配备了键盘,使用户能够快速输入字符和执行任务。尽管它的生产在1935年结束,但这个想法为发展今天的计算器提供了一个有用的基石。