詹姆斯·怀特

詹姆斯·怀特

要点

• 詹姆斯·怀特是一位英国土木工程师和多产发明家。
• 詹姆斯·怀特设计了一台先进的加法机。
• 怀特的加法机是一台带有非常有趣的结构的纵列加法器，在后来的机器设计中找不到。

非常感谢法国loria的丹尼斯·罗格尔先生，他在怀特的加法机方面做出了开创性的工作。

1822年，詹姆斯·怀特（1762年-1825年），一位英国土木工程师和多产发明家（请参见 詹姆斯·怀特的传记），出版了一本非常有趣的书籍——新发明世纪：一百个机器的设计和描述，涉及艺术、制造和家庭生活（伟大的 查尔斯·巴贝奇，差分机和 分析引擎的创造者是这本书的订阅者）。

在他晚年时期（序言中提到他健康状况下滑和临近死亡），他决定出版他所有的发明（或者至少是标题中所暗示的100个发明）。有趣的是，在怀特描述的这100台机器中（一些是原始结构，一些不是），有一台加法机，似乎是世界上第一台以键盘驱动的计算器。

目前尚不清楚詹姆斯·怀特究竟是何时设计出他先进的加法机的，但无论如何，这肯定是在目前已知的下一个键盘式加法器 路易吉·托奇（1834年）和 让-巴普蒂斯特·施维尔格（1844年）之前很长一段时间。很可能这个装置是在19世纪初设计的，当时怀特住在巴黎（他从1792年底直到1815年2月都住在法国），并熟悉了伟大的法国发明家如 帕斯卡的pascaline，沃克松的自动机等人的机器。

实际上，书中两次提到了沃克松，与他的 沃克松链 有关，而怀特似乎计划将其作为他的加法机的 无尽齿链。

詹姆斯·怀特的新发明世纪的标题页

毫无疑问，怀特与英国政治家和多才多艺的科学家 查尔斯·斯坦霍普 有关并受到其影响，斯坦霍普在肯特郡的切文宁拥有家庭住所（他于1816年12月15日在那里去世），而詹姆斯·怀特在1790年代初期住在那里。查尔斯·马洪，第三代斯坦霍普伯爵，是本网站上几篇文章的主题，描述了他的 机械计算设备 和 逻辑机）。詹姆斯·怀特在书中三次提到了斯坦霍普，称之为 我的高贵赞助人 和 我的高贵朋友。在对他的加法机的描述中，与斯坦霍普有关的段落是：

我只是想重申，在这里我并没有尝试一台普通的算术机，而是一台适用于日常办公的机器：通过它来减轻思维的负担，使其摆脱这种不愉快和不确定的劳动。如果我有这样的打算，我本可以走得更远，因为 我尊贵的朋友，已故的斯坦霍普伯爵（当时的马洪勋爵） 已经走过这条路，但我选择了一个更低的目标；如培根所言——“回到人们的事务和心灵。”

white的加法器是一种具有非常有趣结构的列加器，后来的机器中找不到这样的结构。从按键到计算机构和结果刻度的运动是通过一个轮轴传递的，它压在一个无限齿轮链上。按下按键会使链条偏离其正常的圆形路径。这个动作会导致结果轮转动一个与按下的按键长度相等的距离（“1”键长度为1个单位， “2”键长度为2个单位，等等）。

这台机器的另一个有趣细节是一种“浮点”机制，即轮子的运动（见下图1）使得方形轴b g旋转，上面放着一个滑动轮。根据需要，这个轮子可以移动到适当的位置，比如添加单位、十位、百位等等，或者其它单位（例如货币单位，如便士和四分之一便士），就像当时white所使用的那些。

由于white没有对他的加法器申请专利，并且没有他同时代的人对该设备的记载，我们可以假设这台机器似乎只是一个纸面设计，没有制作出工作原型。

让我们来看看white对他的加法器的描述（选自该书的第343-348页和42、43版）：

加法器

milton jeffers的加法器专利图。

或用于计算大量数字的机器。

这台机器通常不是一台算术机器。它指向“较低”：因此具有更广泛的实用性。虽然它比执行所有算术“规则”的机器更不全面，但人们认为它能在办公室中起到重要作用，并且能够实现两个有用的目的-确保准确性；从而在许多情况下消除争议。图1、2、3和4分别为第42版和第43版的插图。

该机器中可以注意到两个不同类别的操作：其中一个是进行适当的“加法”，另一个是通过数字记录它以及通常的算术术语。第一种操作就是加法，通过拉动围绕轮子a b c d（图1）的无限齿轮链来完成，然后再经过两排较小的滑轮a b c d e f g h i，需要注意的是，链条仅为了缩短机器而弯曲绕过滑轮，否则键1 2 3等将可以直线排列，从而避免链条的弯曲。

正如前面所述，链条在轮子和之间齿轮，它们都有齿轮使它们只能单向转动。现在，键1 2等底部有滑轮，根据所要生成的数字以及在按键被按下时手指施加的压力，它们会在上述链条上施加更多或更少的压力。因此，如果按下“键”1并将其按下到最低点，它将弯曲链条足以使轮子转动“一个齿”-而抓取将保护它，并且轮子会通过弹簧松动而允许它转动。

但是当钥匙1被允许再次上升时，这个弹簧将通过将它绕滑轮绕起来来拉紧链条，从而给它一个循环运动，根据按下的钥匙数量的多少，速度是快或慢。因此，钥匙5将把车轮的5个齿向左移动；然后抓住将车轮固定在这个新位置上：之后，弹簧将像以前一样以相同的方向和方式拉紧链条。因此，很明显，无论按下哪个键，车轮中的一定数量的齿将被抓住并由抓住器固定；之后，弹簧将再次拉紧链条。

值得注意的是，在图中，假设所有的键都被按下：以便使车轮转动，齿数等于数字1、2、3到9的和。但这只是为了展示随着数字的增加，链条的流动增加：因为事实上几乎不可能发生这种情况。然而，我们从中可以得出一点知识，即在计算中，如果眼睛一次捕捉到一页上的几个数字，手指可以一次按下键和链条；结果就与按顺序执行一样。

白氏《新发明世纪》第42图

因此，加法的过程被简化为触摸（并尽量按低）一系列带有各个数字名称的键，每个键都会根据其实际值影响结果：这似乎是对这个过程的描述中需要注意的全部内容。然而，还需要描述第5个图，它是键盘边缘的提升，旨在展示两排键的组合方式并将其放在方便的距离以便容易触动。

现在我们来到主题的另一个部分-记录前面提到的各种效果。这一部分的主要特点是进行“进位”或将结果转移到给定位置的系统。

这个操作取决于我们可以通过一个靠近它的轮子对另一个轮子产生的效果；并且可以使第二个轮子受到的影响远小于第一个轮子的影响：因此，在图3和4中（第42图），如果一个齿是一个轮子的齿，放在传动齿轮的平面之外，它在转动时对传动齿轮产生没有影响：但是，如果我们在齿上插入一个销（），那么每次这个销从到的时候，这个销将使传动齿轮移动一个齿（而不再多）。

如果我们现在将一个与相似的第二个轮子（）放在它的附近，并使其与传动齿轮的所有齿接合，那么传动齿轮将转动一个等于一个齿的距离，每当销经过轮子和传动齿轮的中心线（ab线）（从到）。此外，还可以补充一点，通过在ed处展示的仪器来保证这个运动（一个齿）的半旋转，这个仪器在法语中被称为“a tout ou rien”（意味着全部或无） ，一旦给定的运动完成了一半，就肯定会完成剩下的部分：因此，这个过程的这一部分也获得了极高的确定性-如果确实可以比较确定的话。

然后，很容易看出，这是如何影响不同的数字位置的；并且很清楚，这与刚刚描述的链条运动一起构成了整个机器的基础。然而，还有一个过程需要提及，由于第2个数字就在我们面前，我们现在将提到它。在计算大数字时，我们有时需要在十位上进行运算，有时在百位上进行运算；这些变化是通过以下方式完成的：轮子（图2）与图1中的轮子相同；它转动方形轴b g，轮子k l在其上滑动。这个轮子对我们目前的目的很有用。它现在位于先令的位置；但通过滑块，它可以依次被放置在镑、十位、百位等任意位置：因此，我们可以通过先前描述的链条在任一列上进行操作，而轮子是共同的驱动器。

白氏《新发明的第43版》

现在我们转向第43版的图3和图4，它们给出了另一种适用于4、12和20的异常运算的携带机制，涉及到四分之一便士、便士、先令和镑，并且遵循十倍比例。

在图3中，k l代表轴b g的两个作用轮子，后者是点状的，因为它位于前者后面；然而，这些轮子并不是我们目前的目标，而是之前提到的携带系统；并且在第42版的图3中进行了单独描述。在第43版的图3和图4中，是这个系列的第一个轮子。它有12个齿和三个携带销（或板）a，每经过4个齿，它就会激活携带小齿轮，从而显示被四分之一便士累积起来的便士。

这是因为四分之一便士在这个第一个轮子的齿上标有以下顺序-1、2、3、0；1、2、3等等。当从3到0时，这个轮子通过携带销作用于便士轮子c，使其向前移动一个齿；但是这个便士轮子被分成了从0到11的12个数字，并且上面只有一个携带销（或板）；因此，在第一轮子（或四分之一便士轮子）通过第一个轮子或四分之一便士轮子将12个便士带到第二个轮子之前，第三个轮子不会产生任何效果。

现在，这个第三个齿轮，标有0到19的数字，在它的20个齿上，只有当第二个齿轮上有20个栓钉压在上面时，它才会转动一次。但是当这个齿轮转动了一整圈时，它的单个车针c，作用在小车针上，就像那个cd一样（但没有显示），将表示英镑的齿轮向前推动一个齿。并且有两个车针ef，每当这个齿轮转动半圈时，就会转动表示十位英镑的齿轮一个齿。并且在从左边数的所有后续齿轮上，从-(见图2，板42)到10，都有两组数字和两个车针；十倍比率现在继续没有任何变化：因此，我们可以计算由英镑、先令、便士和四分之一组成的数字，将结果准确地表达为一排数字，就像会计所写的那样。它们将出现的开口，在图1中显示，与图2中的线xy相对应。

我只想再次指出，图43中的数字3和4，是按照自然大小制作的，确实基于我认为太大的一根链条；总之，它是真正的德沃桑松链条，即前文中提到的链条。而图42的数字则是按照这些尺寸的一半制作的，以便在这个图上放置得更为方便。

我只是想重申，我在这里并没有尝试一般的算术机器；而是一台适用于日常会计操作的机器，以减轻思维负担，使其摆脱这种繁重且不确定的工作。如果我有这个意愿，我本可以继续在已经由我尊贵的朋友后期斯坦霍普伯爵（当时是马洪勋爵）走过的道路上前进，但我选择了一个更低的目标；如培根所言，我打算“直击人们的事务和内心。”