Сообщение машина шиккарда кратко

Обновлено: 19.05.2024

Вычисляющие часы Шиккарда известны как одно из изобретений в области счетных механизмов. Этот аппарат стал первым механическим калькулятором, который с легкостью мог производить четыре арифметические операции. Устройство было отнесено к часам, так как в его основе лежал схожий принцип работы: на шестеренках и звездочках. Счетные часы стали новым этапом в развитии вычислительных механизмов.

История создания вычисляющих часов Шиккарда

До 50-х годов ХХ столетия считалось, что изобретение первой механической вычислительной машины принадлежит французскому ученому Блезу Паскалю. Однако Франц Гаммер, директор научного цента имени Кеплера, смог доказать, что первый вычислительный прибор был создан за 2 десятилетия до открытия Паскаля.

В городской библиотеке города Штутгарт Франц увидел копию изображения счетного аппарата, который ранее не был никому известен. Позже оказалось, что фотокопия является потерянной частью переписки Вильгельма Шиккарда с Иоганом Кеплером, датированной 1624 годом. Шиккард писал о своем новом изобретении, которое он называл часами для счета. А в более раннем письме Вильгельм рассказывал об изобретении аппарата, который состоял из одиннадцати десятизубчатых и шести однозубчатых колесиков, и мог выполнять арифметические операции без помощи человека.

Шиккард считал, что ему удалось механизировать то, что Кеплер вычислял с помощью алгебры вручную. Он говорил, что его собеседника удивит умение его изобретения переносить десятки при суммировании и занимать их из более высоких разрядов при операции вычитания.

Часы для счета Вильгельма Шиккарада не сохранились до нашего времени. В той же переписке между Шиккардом и Кеплером ученый говорил, что у него был только один экземпляр его изобретения, который полностью сгорел во время пожара. Однако Франц Гаммер сумел найти другое изображение устройства, а также несколько записей, сделанных Шиккардом для Пфистера, который участвовал при создании аппарата. Исходя из этих заметок, с помощью профессора барона Фрейтага-Леринга-Хофа механизм Шиккарда был восстановлен.

Вычисляющие часы Шиккарда – что это?

Счетная машина Шиккарда выполняла четыре операции с числами с шестью разрядами и представляла собой три отдельных механизма: суммирующий, множительный и механизм для записи чисел.

Суммирующий механизм состоял из двух рядов осей с десятизубчатыми шестеренками, надетыми на них. Верхний ряд содержал шесть осей, на которых находились однозубчатые колесики, диски для набора цифр и барабаны с цифрами в форме цилиндров. В нижнем ряду было всего пять осей, где размещались только десятизубчатые колесики.

Чтобы произвести операцию сложения, нужно было последовательно набрать слагаемые, используя специальные диски, а для процесса вычитания – ввести уменьшаемое и вычитаемое. При сложении и вычитании отличие было в том, что диски для набора делали обороты в разные стороны.

Суммирующий аппарат подходил и для деления : с помощью поочередного вычитания двух составляющих операции деления и записи количества произведенных расчетов можно было получить итоговый результат.

Для умножения в счетном аппарате Шиккарда использовалась решетчатая система, которая уже была базой для палочек Непера.

А третий раздел аппарата предназначался для записи чисел, которые должны были быть не больше шестого разряда. Это можно было сделать с помощью оборотов цилиндров, где следовало установить нужные цифры.

Вычисляющие часы Шиккарда заложили фундамент в развитии счетных механизмов. Практическое применение это устройство нашло в научной деятельности астронома и математика Иоаганна Кеплера. В городе Вайле, на родине ученого, в доме-музее сохранилась копия вычисляющих часов Шиккарда.

Механическая счетная машина для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел Шикарда.

Механическая счетная машина Шиккарда для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел

Причиной, побудившей Шиккарда разработать счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел, было его знакомство с польским астрономом И. Кеплером. Ознакомившись с работой великого астронома, связанной в основном с вычислениями, Шиккард загорелся идеей оказать ему помощь в нелегком труде. В письме на его имя, отправленном в 1623 г., он приводит рисунок машины и рассказывает, как она устроена.

Машина немецкого ученого Шиккарда содержала суммирующее и множительное устройства

В наши дни рабочая модель устройства Шиккарда была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность.

Открытие этого факта Гаммер сделал почти случайно. Когда он работал в штутгардской библиотеке, то наткнулся на загадочную фотокопию эскиза какого-то счетного устройства. И поскольку раньше ничего подобного не видел, очень заинтересовался неизвестным наброском. Проведя ряд исследований Гаммер установил, что найденный эскиз — это отсутствующее приложение к письму профессора Тюбингенского университета Вильгельма Шиккарда, адресованное его коллеге математику Иоганну Кеплеру. В своем письме Шиккард подробно описывал счетную машину и ссылался на чертеж.

копия эскиза

Немного истории

Вильгельм Шиккард родился 22 апреля 1592 года в городе Херренберг (Германия). Он был чрезвычайно талантлив и уже в 17 лет получил в Тюбингенском университете степень магистра, а через два года стал бакалавром наук. Он приобрел всемирную известность благодаря своим достижениям в науках: астрономии, математике и востоковедстве (профессор кафедры восточных языков в университете Тюбингена). А также, Шиккард создал первую вычислительную машину.

Вильгельм Шиккард (1592-1635)

С 1617 года Шиккард начал преподавать восточные языки в Тюбингенском университете. Там он и познакомился с Кеплером, который по достоинству оценил незаурядные способности молодого ученого и порекомендовал ему заняться математикой. Шиккард послушался совета и на новом поприще достиг значительных успеха. В 1631 году он стал профессором математики и астрономии Тюбингенского университета.

Шиккард был первопроходцем и в других сферах. Как например — в астрономии. Ученый постоянно развивался, вел переписку со многими немецкими, французскими, итальянскими и голландскими учеными по вопросам, касающимся астрономии. Он создал первый механический планетарий, который наглядно демонстрировал положение Солнца, Земли и Луны согласно системе Коперника. Кроме этого, наблюдал метеоры из разных пунктов для определения их траектории.

Широта интересов Шиккарда действительно заслуживает уважения. Он был опытным механиком, картографом, гравером по дереву и металлу, проводил астрономические наблюдения, писал трактаты о семитских языках, астрономии, математике, оптике и метеорологии. Ученый добился выдающихся научных успехов и был по истине гениальным изобретателем. Но оказался бессильным перед эпидемией холеры. Эта беспощадная болезнь XVII века в 1635 году забрала жизнь Шиккарда и его семьи. Труды ученого на время были забыты из-за Тридцатилетней войны.

Машина Шиккарда — начало XVII века

В одном из писем Кеплеру (от 20 сентября 1623 года) сообщалось, что Шиккард осуществил механически все то, что Кеплер делал алгебраически, а именно — сконструировал машину, которая автоматически выполняла сложение, вычитание, умножение и деление. Шиккард писал, что Кеплер приятно удивился, если бы увидел как устройство само накапливает и переносит влево десяток или сотню цифр и как отнимает то, что держала в памяти при вычитании.

Из письма Кеплеру:

… ааа — это верхние торцы вертикальных цилиндров, на их боковых поверхностях нанесены таблицы умножения; при необходимости цифры этих таблиц могут наблюдаться в окнах bbb скользящих планок. К дискам ddd крепятся изнутри машины колеса с десятью зубьями, каждое из которых находится в таком зацеплении с себе подобным, что если любое правое колесо повернется десять раз, то находящееся слева от него колесо сделает один поворот, или если первое из упомянутых колес сделает 100 оборотов, третье слева колесо повернется один раз. Для того чтобы зубчатые колеса вращались в одном и том же направлении, необходимо иметь промежуточные колеса…

Иоганн Кеплер (1571-1630)

На самом деле в работе машина Шиккарда была довольно простой. К примеру, чтобы узнать чему равно произведение 296 х 73, нужно установить цилиндр в положении, которое позволит вывести в верхнем ряду окошек первый множитель: 000296. Произведение 296 х 3 получится, если открыть окошки третьего ряда и просуммировать увиденные цифры, как в способе решетки. Далее точно также открываются окошки седьмого ряда, дающие произведение 296 х 7 к которому слава приписывается 0. И останется лишь сложить найденные числа на суммирующем устройстве. Все, результат готов.

Но что точно — долгое время машина Шиккарда оставалась известной лишь узкому кругу доверенных лиц. И данное изобретение не смогло оказать влияние на последующее развитие механизации счета. Кто знает, может быть с помощью этого проекта прогресс вычислительных устройств мог бы ускориться. Но так или иначе, имя немецкого ученого Вильгельма Шиккарда находится в одном ряду с великими умами, изобретателями счетных устройств XVII—XIX столетий. Такими, как Блез Паскаль, Готфрид Вильгельм Лейбниц, Чарльз Бэббидж, Пафнутий Львович Чебышев, Герман Холлерит и другими.

современный прообраз машины Шиккарда

Основываясь на материалах, найденных Гаммером, сотрудники Тюбингенского университета в начале 1960-х годов создали действующую модель машины Шиккарда. Операции сложения и вычитания осуществлялись в ней механически, а умножения и деления — с элементами механизации. Прообраз изобретения находится в собственности университета.

Эволюция в области вычислительных технологий — процесс довольно неравномерный, который происходит скачками от периодов спада до периодов падения. Достигнутые результаты используются на практике и каждый новый шаг выводит процесс вычислительной эволюции на новую, более высокую ступень.

Кеплер был бы приятно удивлен, если бы увидел, как машина сама накапливает и переносит влево десяток или сотню и как она вычитает то, что держит в уме.

Вильгельм Шиккард (22 апреля 1592 – 23 октября 1635) – немецкий учёный, астроном, математик и востоковед, создатель первого, после антикитерского механизма, механического калькулятора, профессор кафедры восточных языков в университете Тюбингена, одного из старейших университетов Германии, основанного в 1477 году.

Шиккард родился в городе Херренберг, на юге Германии. Его матерью была Маргарет Гмелин, дочь лютеранского пастора. Отец – Лукас Шиккард. Предки Шиккарда были родом из графства Нассау но переехали на юг в середине XV века. Лукас Шиккард и его родной брат Вильгельм были архитекторами, причём второй, – одним из ведущих архитекторов Германии эпохи Возрождения.

Вильгельм Шиккард был воспитан в Херренберге но, в раннем возрасте, заслужил стипендию для учёбы в монастырской школе к северу от Тюбингена, после окончания которой поступил в университет, получив первую степень, степень бакалавра в 1609 году и степень магистра в 1611 году.

Он изучал богословие и восточные языки в Тюбингене до 1613 года. Шиккард был универсальным ученым и изучал библейские языки, такие как арамейский, а также иврит. Кроме всего прочего Шиккард был известен современникам как мастер гравюры по дереву и меди.

В 1613 году Шиккард стал лютеранским священником, и продолжал свою деятельность в лютеранской церкви до 1619 года.

В 1619 году Шиккард оставляет церковную деятельность и становится профессором кафедры восточных языков университета в Тюбингене. Его усилия по улучшению преподавания своего предмета включают в себя замечательные инновации. Он твердо верил, что, как профессор, должен предпринимать все меры, чтобы упростить для своих учеников изучение иврита. Одно из его изобретений, – механическое устройство, предназначенное для отображения спряжений глаголов иврита. Устройство включало в себя два вращающихся диска, расположенные поверх друг друга, при вращении которых соответствующие формы спряжения глаголов появлялись в специальном окошке.

Ещё будучи лютеранским пастором Шиккард впервые встретил Иоганна Кеплера, который приехал в Тюбинген, чтобы поддержать свою мать, которая была обвинена в колдовстве. Кеплер попросил Шиккарда сделать некоторые гравюры и ксилографии для книги, а также попросил его помочь в расчете некоторых таблиц. Заметив в 25-летнем ученом незаурядные математические способности, Кеплер настоятельно советует ему заняться математикой. Последовав этому совету, Шиккард достиг больших успехов на новом поприще. Он вступает в переписку с Кеплером и рядом немецких, французских, итальянских и голландских ученых по вопросам астрономии.

Его исследования касались многих вопросов астрономии, математики и инженерного проектирования. Шиккард занимался расчётом астрономических дат, добился значительных успехов в картографии.

В 1631 году Вильгельм Шиккард занял кафедру математики и астрономии. Он читал лекции на тему картографии и геодезии, проводил исследования движения Луны. Кроме этого читал лекции по архитектуре, фортификации, и гидравлике.

Более 300 лет считалось, что автором первого механического калькулятора является Блез Паскаль. Правда, иезуит Иоганн Цирман в своей книге "Дисциплина математика" в 1640 году писал о счетной машине, которую он якобы изобрел и успешно демонстрировал во время своих лекций в Амстердаме и Левене. Однако машину отца Иоганна никто никогда не видел, и пальма первенства осталась за Паскалем.

Но только до тех пор, пока в 1957 году ни произошло событие, которое поколебало первенство "паскалева колеса". Вот что пишут по этому поводу авторы книги "От абака до компьютера" Р.С. Гутер и Ю.Л. Полунов

Работая в городской библиотеке Штутгарта, директор Кеплеровского научного центра доктор Гаммер обнаружил фотокопию эскиза неизвестной ранее счетной машины (оригинал хранился в архиве Кеплера, находящемся в Пулковской обсерватории близ Петербурга).

Ему удалось установить, что этот эскиз представляет собой отсутствующее приложение к опубликованному ранее письму, адресованному Кеплеру, от профессора университета в Тюбингене Вильгельма Шиккарда. В письме от 25 февраля 1624 года Шиккард, ссылаясь на чертеж, описывает внешнее устройство придуманной им счетной машины, которую он назвал "часами для счета":

AAA – верхние торцы вертикальных цилиндров, на боковых поверхностях которых нанесены таблицы умножения; цифры этих таблиц при необходимости могут наблюдаться в окнах BBB, скользящих пластинок. К дискам DDD крепятся изнутри машины колеса с десятью зубьями, каждое из которых находится в таком зацеплении к себе подобным, что если любое правое колесо повернется десять раз, то находящееся слева от него колесо сделает один поворот или, если первое из упомянутых колес сделает 100 оборотов, третье слева колесо повернется один раз. Для того чтобы зубчатые колеса вращались в одном и том же направлении, необходимо иметь промежуточные колеса. Цифры, которые имеются на каждом колесе, могут наблюдаться в отверстиях CCC среднего выступа. Наконец, на нижнем выступе имеются вращающиеся головки EEE, служащие для записи чисел, которые появляются при вычислениях – они видны в отверстиях FFF.

Теперь стало более понятным другое письмо Шиккарда Кеплеру от 20 сентября 1623 года, на которое прежде исследователи почти не обращали внимания. В нём говорилось:

То, что вы делали с помощью математических расчётов, я только что научился делать с помощью механики.

Шиккард сконструировал машину, состоящую из 11 полных и 6 неполных колес. Машина сразу и автоматически проделывает сложение и вычитание, умножение и деление. Шиккард писал:

Гаммеру удалось обнаружить еще один чернильный набросок машины Шиккарда и письменные указания механику Вильгельму Пфистеру, изготовлявшему машину, а также собрать некоторые биографические сведения об ученом.

Следуя найденным Гаммером материалам, ученые Тюбингенского университета в начале 60-х годов ХХ века построили действующую модель машины Шиккарда.

Кроме суммирующего механизма, в машине Шиккарда имелось множительное устройство, расположенное в верхней, вертикальной, части машины и представлявшее собой неперовские палочки, свернутые в цилиндр.

Была ли построена машина Шиккарда при жизни её изобретателя? К сожалению, на этот счет нет достоверных сведений. Из упоминавшегося выше письма Шиккарда от 25 февраля 1624 года следует, что один наполовину готовый экземпляр машины, находившейся у механика Пфистера, сгорел во время трехдневного пожара.

На вопрос, использовал ли Паскаль в своей "паскалине" идеи Шиккарда, следует ответить отрицательно. Документы говорят о том, что никаких сведений о счетной машине 1623 года не дошло до научных кругов Парижа, и, следовательно, Паскаль был полностью независимым в своем изобретении. Некоторые элементы, в частности, способ ввода чисел в машину, у Шиккарда и Паскаля в принципе идентичны, однако основной узел машины – механизм передачи десятков – выполнен у Шиккарда значительно проще и надежнее.

Справедливости ради, необходимо отметить, что и машина Шиккарда была не первой. Это обнаружилось в 1967 году, когда в Национальной библиотеке Мадрида были найдены два тома неопубликованных рукописей Леонардо да Винчи. Среди чертежей первого тома имелся эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с 10 зубчатыми колесами. Построенная в наше время по найденному эскизу машина оказалась работоспособной.

К наиболее раннему примеру счётной техники следует отнести и Антикитерский механизм. Это механическое устройство, обнаруженное в 1902 году на затонувшем древнем судне недалеко от греческого острова Антикитера. Датируется приблизительно 100 годом до нашей эры. Хранится в Национальном археологическом музее в Афинах.

Механизм содержал 37 бронзовых шестерён в деревянном корпусе, на котором были размещены циферблаты со стрелками и, по реконструкции, использовался для расчёта движения небесных тел. Другие устройства подобной сложности неизвестны в эллинистической культуре. В нём используется дифференциальная передача, которая, как ранее считалось, изобретена не раньше XVI века, а уровень миниатюризации и сложность сопоставимы с механическими часами XVIII века. Ориентировочные размеры механизма в сборе 33×18×10 см.

Вероятно, Вильгельма Шиккарда следует считать одним из предшественников механизации счета, но не изобретателем счетной машины. Действительно, хотя Шиккард сконструировал свою машину на двадцать лет раньше Паскаля, его машину никто не видел, распространения она не получила и, в отличие от калькулятора Паскаля, влияния на последующее развитие арифметических механических устройств не оказала, что нисколько не умаляет восхищение математическим и инженерным даром её создателя.

Труды, да и сама фигура Шиккарда, видного учёного эпохи Возрождения, были забыты в смутное время Тридцатилетней войны (1618–1648). После битвы близ баварского городка Нёрдлингена в сентябре 1634 года, когда католическая армия одержала решающую победу над протестантской армией, победоносные войска заняли Тюбинген. Войска принесли с собой бубонную чуму.

В течение следующего года от болезни скончались жена и дети учёного, которых ему суждено было пережить. 23 октября 1635 года от чумы умер и сам Вильгельм Шиккард.

Именем Шиккарда названы:

· Институт компьютерных наук Вильгельма Шиккарда при университете Тюбингена