爱德蒙·达纳·巴伯(来源:哈佛大学档案馆,hugfp 125.32,盒1,文件夹巴伯)
要点
- 爱德蒙·d·巴伯获得了两项美国专利,用于计算设备。
- 在直接乘法计算机中,当乘数是一位数字时,操作员只需执行操作。
- 机器的累加器机制,包括数字轮和用于传递十位数的装置,安装在机器顶部的滑动车厢中。
爱德蒙·巴伯
1872年,来自马萨诸塞州波士顿的爱德蒙·d·巴伯获得了两项非常有趣的美国专利,用于计算设备(美国专利号№№130404和133188),描述了一种机器,似乎是所谓的直接乘法设备的第一个代表(同年,巴伯还在英国获得了专利(gr187202437)和法国(brevet n°96190)。在他的第二个专利中,他不仅改进和简化了他的第一台机器,还提供了一个简单的打印机制。
此外,1875年,巴伯获得了一台新的机器(美国专利号№168080),不是直接乘法的机器,而是带有更复杂的打印装置。巴伯似乎是第一批设计机械计算器打印机制的人之一(在穆勒和巴贝奇之后)。
除了这三项专利外,我们没有其他关于这位发明家(根据专利申请,他是爱德蒙·d·巴伯)的任何信息,以及他的机器是否曾经量产(我认为它们对当时来说过于先进)。
根据我的个人调查,发明者是爱德蒙·达纳·巴伯(1841-1925),他是波士顿当地的商人、慈善家和家谱学家,是乔治·巴伯船长(1615-1685)光荣家族的继承人(第八代),乔治·巴伯是dedham和medfield的清教领袖,于1635年来到美国(参见爱德蒙·达纳·巴伯的传记)。
大多数早期计算机执行乘法时是通过重复加法来实现的。例如,要乘以十六,将车厢设置为最右边的位置,将操作曲柄转动六次,将车厢向左移动一位,然后转动曲柄一次。在直接乘法计算机中,操作员只需在乘数是一位数字时执行操作。
让我们从对巴伯第一台直接乘法设备的审查开始,显然这是世界上第一台这种设备。
巴伯第一台机器的专利图纸
机器的累加器机制,包括数字轮和用于传递十位数的装置,安装在机器顶部的滑动车厢中(参见专利图纸的图1),可以通过手柄操作。通过车厢底部延伸一系列的齿轮,每个序数数字轮都有一个齿轮,并通过棘轮和爪子动作与之相连。当车厢来回滑动时,这些齿轮可以与车厢下方的齿条配合运行。
手柄,图4,和齿轮,快速旋转到一个共同的轴,提供了一种在每个鼓的正确多个齿条系列被放置时操作整个鼓系列的手段。
以巴伯计算器的操作为例,假设要将7894乘以348。第一个鼓向右移动其设置的齿条,直到出现加倍四倍的系列齿条,左边的下一个更高的鼓则被设置为添加九倍的齿条系列,下一个更高的鼓则被设置为八倍的齿条系列,最左边的下一个更高的鼓,即第四个鼓,被设置为七倍的齿条系列。
然后,手柄首先转动到零,可以向右推动,使齿轮与齿轮啮合,通过将手柄转动到(8)来设置齿条,然后准备好将数字轮移动到以下注册:右侧或单位鼓已呈现出用于添加8×4倍数的乘法齿条,因此它将为十位轮提供三个齿,为单位轮提供两个齿。
十位鼓呈现出用于添加8×9倍数的齿条将为百位轮提供七个齿,为十位轮提供两个齿。百位鼓呈现出用于添加8×8倍数的齿条将为千位轮提供六个齿,为百位轮提供四个齿。
表示8×7倍数的千位鼓的齿条将为万位轮提供五个齿,为千位轮提供六个齿。因此,通过将车厢向右滑动一个空间,数字轮齿轮将首先与一个鼓上的单位齿轮啮合,然后与下一个较低的鼓上的十位齿轮啮合,并导致数字齿轮注册为63152。
操作者通过将手柄转动到(4),乘法器的下一个数字,转动鼓以呈现代表被乘数中的每个数字的4倍数的一系列乘法齿条,然后通过将车厢再次向右滑动一个空间,将4×7894的乘积添加到数字轮上。操作者然后将手柄转动到3并将车厢再向右移动一格,将3×7894的乘积添加到下一个更高序列的数字轮上,得到答案2747112。
edmund d. barbour的第一台计算机(由史密森尼学会提供)
美国专利局模型(直到1880年,专利局要求发明家在专利申请中提交一个模型)的edmund d. barbour的第一台计算机仍保留在美国国家历史博物馆(见上图)。
专利模型是专利机器的大大简化版本,整体尺寸为:14 cm x 41 cm x 13 cm。它由八个木制圆筒组成,在木箱内的横向轴上旋转。
每个圆筒的边缘都有大约90排齿(实际上没有构建,只是在第一个圆筒周围的一张纸上显示为钢笔标记)。每组九个齿代表一个数字的倍数(零倍对应空格)。
通过机器一端的旋钮(该旋钮也缺失)来旋转所有的圆柱体,将机器设置为给定的倍数。第一个圆柱体的左侧有一个木制的90齿齿轮。其他圆柱体也会有这样的齿轮,但它们没有切割。在齿轮下方拉出一个木制齿轮架,使其每移动一个单位,齿轮就会旋转1/90圈。因此,操作员可以设置一个被乘数。
在机器顶部的黄铜移动小车应与圆柱体连接,所以当小车向右移动一个单位时,记录轮会按照圆柱体边缘上的数字比例移动(在模型中,圆柱体没有与滑动小车连接)。
现在让我们来看一下第二项改进和简化了第一台带有打印机构的机器的专利(见下图)。
barbour的第二台机器的专利图
用于记录计算的打印装置非常简单,只能打印总数和小计。它的操作包括将一张纸放在一个铰接的平板下,并用手按下平板,就像使用时间戳一样。墨水必须通过手动操作涂抹在字模上,以使字模的印记清晰可见。
图1代表了机器的底座,而图4显示了一个小车,当放置在底座上时,与底座上方重叠,如图3和图5所示。
机器的操作首先是拉出滑块(如图1所示),设置每个序列的数字激活度;第二,通过操作手柄,从正常位置到1,如果需要进行加法,或者根据乘数的值选择其他数字进行乘法。
手柄从一个数字到另一个数字的移动将使小车产生往返运动,因此对于每个数字,都会发生一次往返运动。
每个滑块都有一系列九个齿条;每个齿条的齿数从第一个齿条的1齿逐渐增加到最后一个齿条的9齿,因此拉出滑块将使其中一个齿条与小车的计数器机制对齐,而小车在其上来回移动。
计数器机制由注册轮m1和m2以及类型轮m3和m4组成,它们安装在一个共同的轴上,并且每个序列的轮之间有一个进位转移装置。
在计数器轮和板齿条之间运行的是一对齿轮,其中一个齿轮采用散状齿轮的形式,松散地安装在计数器轮轴上,但通过棘轮和爪连接与其相连;另一个是与散状齿轮啮合的小齿轮,安装在一个独立轴上,伸出到小车下方的齿条路径中。
因此,当小车由与手柄连接的往复装置移动时,计数器的小齿轮将与已设置的任何齿条啮合,数字轮和类型轮将被操作以得到结果。
数字和类型轮具有两组数字,其中一组用于加法和乘法,而另一组则朝相反方向运行,用于负数计算或减法和除法。
一个排列有视孔的板覆盖了数字或注册轮,而类型轮则保持未覆盖,以允许安装在车厢顶部的铰链式平板(见图3)摆动在其上并按下。
附在平板上的是一系列弹簧夹子,可以在其下滑纸条(如图4所示),并在印刷时用于固定纸张。
似乎巴伯向美国专利局只提交了他的第二台计算机的模型的一部分,该模型仍保存在美国国家历史博物馆中(见下图)。
巴伯第二台计算机专利模型的一部分(由史密森尼学会提供)
该设备(整体尺寸:2.5 cm x 41 cm x 9.1 cm)具有一个矩形木底座,上面有九个凹槽。最右边的凹槽中有一个带有九行齿的矩形黄铜板。第一行有一颗齿,第二行有两颗,依此类推。该板上有一个金属手柄,上面标有从1到9的数字,可以向前拉动以输入数字。
在凹槽木底座及其金属板的右侧是另一个黄铜板,上面安装有一个用于控制应该在矩形板上移动的滑块的机构,以进行所需的算术运算。在这台机器中,乘法是通过滑块的重复运动完成的,而不是像巴伯的第一台机器那样在单次运动中完成。
巴伯的第三项专利于1873年申请,于1875年获得,描述的不是一台直接乘法机器,而是一台带有更复杂打印装置的计算机(见下面的专利图纸)。
巴伯第三台计算机的专利图纸
美国专利局巴伯第三台计算机的模型仍保存在美国国家历史博物馆中(见下图)。
这是一台小型黄铜机器,整体尺寸:5.5 cm x 19 cm x 12.2 cm,它有一个矩形底座,横向安装着一个旋转的圆柱体。圆柱体上有九个横向凹槽,这些凹槽填充的面积略小于四分之一。
金属带将凹槽分成列,每列都有一个由九个滑动标记器组成的组。滑动这些标记器可以设置一个数字。圆柱体周围还有一系列销子,用于进行搬运。圆柱体的两侧都有齿轮。
注册机构具有一个开放式框架,可容纳三根杆。一根杆上装有四个类型轮,另外两根杆上各装有四个齿轮。每个类型轮上都有从0到9的数字。
艾德蒙·d·巴伯的第三台计算机(由史密森尼学会提供)
让我们回顾一下-尽管这些机器在实践中没有得到实施(它们对于1870年代初来说太先进了),但巴伯的机器包含了一些非常有趣的技术解决方案和创新,并展示了发明者伟大的构造想象力。