大卫·罗斯

关键要点：

roth发明的目的之一是让人们更好地理解数学。
他设计了几种不同的加法器和乘法器。
roth与同行以及特别是与查尔斯·巴贝奇合作并思考了差分引擎的问题。

david roth的机器

齿轮机构，从leibniz的草图和poleni（1709年）和braun（1727年）的机器中已经知晓很久了。直到大约1840年，才出现了两位几乎同时且可能独立设计的齿轮计算机发明家。首先是波兰犹太人以色列·亚伯拉罕·斯塔费尔（参见staffel的机器），第二位是奥地利犹太人大卫·罗斯（参见david roth的传记）。实际上，在这个故事中还有一位英国犹太人——大卫·艾萨克·沃特海默，在1843年1月获得了第9816号英国专利，但沃特海默使用了罗斯的机器设计，并在英国对其进行专利保护，以便作为他的代理人和商业代理人工作。

大卫·罗斯在法国从事医学工作，大约在1840年开始将注意力转向设计和制造机械计算器上。1841年8月，他来到伦敦并拜访了查尔斯·巴贝奇。两人讨论了那时已经中止的差分引擎项目。

大卫·罗斯打算将他的计算器用于军队、政府机构、商业以及学校。他指出，通过理解计算器的机械工作原理，孩子们将更好地理解算术。他设计了许多型号的计算设备，可以分为两组——加法器和乘法器。

1. 加法器。
罗斯的加法机有很多变种。有些容量不同。有些没有归零机制。其他一些已经适应了外国市场。有简单的加法机和加减法计算器。但它们都共享齿轮、双凸轮和杠杆。

罗斯加法机的专利图纸。

罗斯的加法机之一在1842年在维也纳展出，并在1844年获得法国国家工业产品展览会的青铜奖章。法国“国家工业鼓励协会”（societe d’encouragement pour l’industrie nationale）授予了该加法器银质奖章，并且法国海军部使用了它。

这个仪器被封装在一个长方形的柚木盒子中。它由一个上铜板组成，通过圆形插槽部分可见表盘的齿轮。这些齿轮的周长有20个齿，对应于数字0.1.2.3.4.5.6.7.8.9的两倍系列。

由简单的平面弹簧组成的跳线弹簧会在每个齿位停住齿轮。

盖子上可以刻上一行（用于加法机）或两行数字（用于加减法计算器）。插槽外部的一行在加法时使用，而插槽下方的一行在减法时使用（它的数字是上一行数字的9的补数）。

携带机构非常高效。每对车轮之间都有一个l形杠杆，固定在轴上并由弹簧支撑。每个齿轮下面都有一个双凸轮，逐渐卷起杠杆并突然释放它。在弹簧的压力下，杠杆就像一个平衡器一样，使下一个齿轮向前移动一个刻度（一个单位）。

复位到零的机制同样巧妙。下盘上有三个弯曲的槽，上面有装有小针的平板杆移动。当拉动杆时，它会做出一个轻微的半圆形运动。小针作用于放置在双凸轮下的螺旋桨形件上。无论它们的位置如何，它们都将形成一个水平线，在表盘的数字上，对应于9的值。然后，操作员只需用他的钢笔加上一个单位，就可以从99999999变为00000000。

根据roth的专利（他持有多项专利，例如fr13269、fr11462和fr16536），制造了许多国家的加法机，包括法国、德国、俄罗斯、英国和日本等。

2. 乘法器。
有3种由罗斯设计的乘法设备。首先是圆形乘法器（见下图）。

罗斯的圆形乘法器。

罗斯的圆形乘法器（© musée des arts et métiers (cnam)）。

外部圆圈（所谓的）总计器由一系列九个刻度盘组成，每个刻度盘上有一系列数字（0-9/9-0）。这些圆盘上有20个孔。右半部用于加法，左半部用于减法。数字系列呈半圆形排列（减法的数字为红色）。

该机器没有复位机制。进位机构的工作原理如下：有一系列二十个齿轮，上面刻有两个系列的数字（互补编号）。由于每个齿对应一个单位，因此不是一个小杆，而是两个固定在齿轮下的小棍子，在每半转时，它们将作用在一个杠杆上，将下一个齿轮向前移动一个刻度。

由于机器是圆形的，刻度盘位于一个弯曲的线上，但罗斯指出他可以制造一个完全直线的机器，没有任何问题。在每个刻度盘之间，与简单的加法器不同，添加了转数计数器（商）（8个计数器）。在每个刻度盘下面，有一个小齿轮与偏心小齿轮啮合，移动转数计数器（商）。

移动中间部分由5个登记册和一个按钮组成，用于在加法和减法之间进行切换。每个登记册由一系列数字组成，刻在盘子上，从0到9编号，一个中央盘片上有一个孔，一个显示表盘上数字的窗口。当移除外部盘子时，可以看到一个有100个齿的大轮，与登记册相同轴上有五个较小的轮子。还有5个称为发展轮的轮子，基于针轮机构，罗斯这样描述-它是一个铜盘，其五分之一的厚度刻有九个凹槽。凹槽里有九个可移动的螺栓，当向外推动时，会形成相同的齿，但当缩回凹槽时，盘片的边缘会平滑无缺。如果将其中一个螺栓移出凹槽，盘片就有一个齿；如果将两个螺栓移出，就有两个齿；如果所有的螺栓都移出凹槽，就有九个齿。另一方面，如果没有一个螺栓移出凹槽，就没有齿。每个螺栓中间都有一个销，由盖住盘片和凹槽的移动板切成的小斜面对其起作用。正是由于这个斜面，螺栓才会从凹槽中移出并返回。
现在想象一下，五个发展轮放在移动盘的下部的一个圆线上，而大的中央轮有100个齿与发展轮的下部的二十齿小齿轮啮合。想象一下，大轮被分成十个相等的部分，很容易看出，当它转动十分之一圈时，发展轮会围绕轴心做一整圈

大的中央轮有一百个齿。假设每个发展轮都有一个突出的齿（即登记册上的11111）。如果大轮转动十分之一圈，发展轮将为每个计数器添加一个单位，并且标记为11111。如果它转动四分之一圈，计数器将显示44444。
操作员在与曲柄相同轴上放置一个移动指针的圆盘上指示乘法器的值。当达到该值时，指针会遇到一个停止钩。曲柄从不完全转动；一个棘轮总是使其返回初始位置。

移动部分（小车）位于中央部分，也就是登记册所在的位置。只需要按下按钮就可以释放它。然后只需将右侧的第一个发展轮放在外圈的个位数表盘前即可开始操作。

为了防止机构中的速度过高，导致轮子翻转太远，罗斯提供了一个飞轮刹车。

罗斯的第二个乘法装置被称为永久啮合乘法器。这是一个比他精美的可变齿圆形乘法器简单且廉价得多的乘法器。

roth使用了加法器的构造方法来进行乘法运算，但在每个刻度齿轮上都添加了一系列连续的齿轮传动装置。每个刻度齿轮上方都垂直排列了八个其他刻度齿轮，并通过齿轮轴机械地连接在一起，使它们以相同的方向转动，并且有一个特点，即它们的速度从下到上逐渐增加十分之一。简而言之，当顶部刻度盘（9的倍数）完成一次转动时，8的刻度盘将完成2次转动，依此类推，加法器（总计数器）刻度盘将完成9次转动。由于它有进位，所以得到的结果将是81。
想象一下，它具有八位数的容量。那么它将有72个刻度盘，这将不容易制造。
对于每个十位数，将有九个刻度盘。最下面的是加法器的总计数器刻度盘。其他刻度盘对应于2、3、4、5、6、7、8和9的倍数。
在板子下面，对于每个倍数，有一个带有20个齿的刻度盘轮，装有一个跳动弹簧，并带有编号0.1.2.3.4.5.6.7.8.9. 0.1.2.3.4.5.6.7.8.9，两个上下安排的90齿齿轮用于9的倍数，两个80齿齿轮用于8的倍数，等等。这些齿轮被加倍，可能是出于强度原因。中间的小齿轮也是双倍的，其齿数与齿轮成反比，以保持每个刻度盘之间的等距离。

roth的永久连续乘法器。

roth的永久连续乘法器（照片提供：valéry monnier先生）。

罗斯设计的第三种乘法装置被称为“带小尺子的乘法器和除法器”（multiplicateur et diviseur à réglettes）（请参见附近图中的专利图纸）。roth构想了一种非常巧妙的使用小尺子进行乘法和除法的系统。在这种新的设置中，一共有九个系列的数字，从1到9依次排列在一个小卡纸刻度尺上。
它们显示了每个数字的倍数。仪器容量为6位数，有6个部分重叠的小尺子。小心放置的切口显示了“单位对十位的传输超出”。简而言之，这是将一个数字乘以另一个数字的乘积分散到两个小数位数上。
小尺子放置在一个木制框架中，其中有9个水平窗口（用于每个倍数）。底部部分有六个带有游标的垂直槽，允许小尺子从0到9上下移动。