矩阵最简行阶梯型计算器_商人懂技术,谁也挡不住——首位将机械计算器推向全世界的人...
从契克卡德开始,机械计算像一株微弱的小火苗,时而明亮,时而暗淡,在一小群“极客”的守护下顽强地燃烧了两个世纪。星星之火还未燎原,与数字打着交道的人们,仍被手动计算的繁重和易错折磨得焦头烂额。
直到19世纪初,莱布尼茨逝世百年之后,一个技术精湛又有商业头脑的法国人,在弥补了步进计算器的缺陷之后,将机械计算推广到了全世界。
他叫查尔斯·泽维尔·托马斯(Charles Xavier Thomas)。
托马斯早年经历
托马斯出生于法国莱茵河畔一个叫科尔马(Colmar)的美丽小镇,早年在军队工作,是整个法国军队后勤补给的检查员,繁重的计算使他萌生了建造实用机械计算器的想法。
他总结了帕斯卡和莱布尼茨的经验教训,经过两年的潜心研究,在一位巴黎钟表匠的帮助下,于1820年完成了第一台原型机,并取得了专利。托马斯给了它一个极普通的名字——算术仪(arithmometer)。随后这台机器,和后续零零散散的几台改良机一起,在托马斯的工作台上搁置了30年之久。
在1819年退伍之后,托马斯一头扎进了保险事业。
19世纪动荡的法国没有健全的消防体系,少数大城市设立了专门的消防站,但装备简陋,队伍还主要是由非专业的志愿者组成的。每次发生火灾,损失都十分惨重。托马斯从中看到了火险的商机,特地到保险体系比较健全的英国学习系统知识,成为法国第一批开拓保险市场的商客。他分别在1829年和1843年创办了保险公司Le Soleil和L'Aigle,Soleil和Aigle在法语中分别是“太阳”和“鹰”的意思,前者象征法国先前的历代君王,后者象征拿破仑·波拿巴(Napoléon Bonaparte),这样就更全面地覆盖了当时政治信仰各不相同的客户。
这两家公司在托马斯的经营下成长为法国保险业的龙头老大,在1946年国有化后运营至今。
花甲之后,功成名就的托马斯终于重拾起年轻时的发明专利,把算术仪推向全世界成了他晚年的第二事业。这份事业,掀起了世界范围内计算方式的变革,算术仪的热销成为人类开启自动化计算时代的里程碑。
算术仪
采购算术仪的买家会得到一个质感厚重的木盒,打开盒盖,只见里头是一架结构精致的黄铜机械。算术仪有4种主流型号,分别支持10位数、12位数、16位数和20位数的计算,各型号机身的宽度都在18cm左右,高度约在10~15cm范围,长度与位数相关,10位算术仪约长45cm,20位算术仪约长70cm。
算术仪是对步进计算器的改进,机身同样分为可动和不动两大部分。
可动部分主要用于显示计算结果,以及计算手柄的旋转圈数,借助两侧的把手可以将其抬起并左右移动,这把手同时也是清零按钮,可以实现计算结果和旋转圈数的一键清零(左侧把手清零计算结果,右侧把手清零旋转圈数)。
不动部分主要用于置数和计算,托马斯用滑钮代替传统的旋钮(这在后来也成为经典的输入装置之一),每个滑钮下都藏着一个阶梯轴,与阶梯轴啮合的是一个与滑钮联动的小齿轮,滑钮推到某个数字的位置,小齿轮就与阶梯轴相应数量的齿啮合。这样,相对“大块头”的阶梯轴就可以始终呆在原位,减少机械损耗。
不论加减乘除,算术仪的计算手柄都是顺时针旋转的,托马斯设计了一个用于选择运算模式的滑钮,上下分别与一对朝向相反的锥形齿轮之一啮合,以此实现示数轮的正转与反转。
相比前面几位机械计算器的发明者,托马斯是幸运的。他的时代,有着更好的机械制造能力。在此基础上,他贴心的细节设计为用户提供了最大限度的便利,比如一键清零、滑钮置数、手柄始终顺时针旋转——正是这些看似微小的改进,使得算术仪虽与步进计算器的用法大致相似,却更受欢迎。
为了提高可靠性,托马斯在内部结构的改进上下了更多功夫,比如考虑到手柄旋转过快可能导致齿轮由于惯性转过头,便引入了槽轮机构(Geneva drive)——一种可以严格限制受动轮旋转角度的装置。
在进位上,托马斯采用的仍是最简单的单齿机构,但结构精细,比前人的设计可靠得多。
这台机器能力几何?据当时英国伦敦一本名为《绅士》的杂志报道,8位数乘8位数仅需18秒,16位数除以8位数仅需24秒,而借助它进行16位数的开平方运算也只需75秒。
后话
1851年,66岁的托马斯开始了算术仪的商业生产,作为一件正式商品,每台算术仪上都标有独一无二的产品序列号,并附带使用说明书。托马斯的尝试非常成功,他在余生的20年时间里卖出了大约1000台算术仪。
1821年,托马斯因发明了算术仪而获得法国荣誉军团骑士勋章^1。1857年,他又因推广了算术仪的使用而获得军官勋章。
除了托马斯的公司,整个欧洲还先后出现了约20家竞争对手。截至1915年停产,这些公司总共生产了约5500台算术仪,其中四成内销法国,六成出口世界。各国军队、政府、金融公司和科研机构纷纷采购,传统计算员的工作模式发生了质的改变。
他们的习惯动作从计算尺的一抽一拉,变成了手柄的不停旋转,一个“手摇计算”的时代正式开启。
参考文献
- Wikipedia. Charles Xavier Thomas[EB/OL].
- Wikipedia. Arithmometer[EB/OL].
- J. Joly. Thomas de Colmar[EB/OL].
- Wikipedia. Geneva drive[EB/OL].
- 百度百科. 法国荣誉军团勋章[EB/OL].
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