机械时期（17世纪初~19世纪末）的一些计算设备

这是一篇关于机械时期（17世纪初~19世纪末）的一些计算设备的思维导图，主要内容包括：菲尔特自动计算器（Comptometer），鲍德温 - 奥德纳机（Pinwheel calculator），托马斯四则计算器（Arithmometer），莱布尼茨计算器（Stepped Reckoner），帕斯卡加法器（Pascaline），契克卡德计算钟（Rechenuhr），背景。

机械时期（17世纪初~19世纪末）的一些计算设备

• 背景
  • 17世纪人们开始尝试用机械装置进行数学运算，以减轻人工计算负担和降低出错概率。机械计算设备的出现源于西方资产阶级对海外贸易和航海事业的需求，以及对数学用表中数据计算的需求。
• 契克卡德计算钟（Rechenuhr）
  • 研制时间：1623年~1624年
  • 发明者：德国数学、天文学教授威廉·契克卡德
  • 结构原理：支持六位整数计算，主要分为加法器、乘法器和中间结果记录装置三部分。乘法器是对纳皮尔棒的改进，通过圆筒和挡板实现乘法运算；加法器通过齿轮实现累加功能，采用单齿进位机构。
  • 特点：计算结果溢出时会发出响铃警告，结构简单但意义重大，可惜原机器在火灾中烧毁。
• 帕斯卡加法器（Pascaline）
  • 研制时间：1642年~1652年
  • 发明者：法国数学家、物理学家、发明家、作家、哲学家布莱斯·帕斯卡
  • 结构与原理：作为加法器，只实现了加减法运算。起初采用长齿进位机构，后为解决连续进位时齿轮受力问题，设计了sautoir进位机构，并引入补码思想实现减法运算。
  • 特点:：显示数字的同时显示补九码，通过挡板控制原数和补码的显示，原理简单但有趣。
• 莱布尼茨计算器（Stepped Reckoner）
  • 研制时间：1672年~1694年
  • 发明者：德国数学家、哲学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨
  • 结构与原理：采用梯形轴实现乘法运算，分为可动部分和不动部分。通过手柄旋转和移位手柄实现加减乘除运算，大圆盘可控制计算手柄转动圈数并显示除法运算信息
  • 特点：进位机构较复杂，未实现连续进位，需手动完成
• 托马斯四则计算器（Arithmometer）
  • 研制时间：1818年~1820年
  • 发明者：：法国发明家、企业家查尔斯·泽维尔·托马斯
  • 结构与原理：基本采用莱布尼茨的设计，同样使用梯形轴，分为可动和不动两部分，手柄在加减乘除时均顺时针旋转，示数轮旋转方向通过与不同方向齿轮啮合改变。
  • 特点：：托马斯对其进行了细节改进，包括实现连续进位，使机器实用、可靠，获得巨大成功
• 鲍德温 - 奥德纳机（Pinwheel calculator）
  • 研发时间：1874年
  • 发明者：美国发明家弗兰克·史蒂芬·鲍德温和瑞典人、俄国发明家、工程师、企业家W.T.奥德纳
  • 结构与原理：采用可变齿数齿轮代替梯形轴，该齿轮通过控制销钉伸缩得到不同齿数，从而缩减机器体积和重量
  • 特点：此类计算机器在1885年投产后面世，产量较大，电影《横空出世》中出现过。
• 菲尔特自动计算器（Comptometer）
  • 研发时间：1884年~1886年
  • 发明者：美国发明家、实业家菲尔特
  • 结构与原理：采用“全键盘”设计，按键操作通过杠杆带动齿轮旋转实现，还发明了能在纸带上打印计算结果的Comptograph。
  • 特点：1901年开始为按键式计算器安装电动马达，1902年出现“十键式”道尔顿加法器，1961年Comptometer被改进为电子计算器并保留“全键盘”设计。