关键要点:
- 多才多艺的塞缪尔·莫兰德(samuel morland)是17世纪着名的英国学者、外交官、间谍、发明家和数学家,被认为在计算、液压和蒸汽动力方面有早期的发展。
- 在1660年代,他设计了总共三台计算机——一台用于三角学(1663年),一台用于加减法(1666年)和一台用于乘除法(1662年)。
- 莫兰德的加法机有四个样本保存下来。最大的模型可以进行十进制或英镑、先令和便士的加法运算,最大能加到一百万。
- 尽管莫兰德的算术设备工艺精湛,但对于实际需求并不是非常有用。
塞缪尔·莫兰德爵士的计算机器
多才多艺的塞缪尔·莫兰德(参见 塞缪尔·莫兰德的传记)是17世纪着名的英国学者、外交官、间谍、发明家和数学家,被认为在计算、液压和蒸汽动力方面有早期的发展。他对本网站非常重要,因为在1660年代,他设计了总共三台计算机——一台用于三角学(1663年),一台用于加减法(1666年)和一台用于乘除法(1662年)。莫兰德的计算机器变得相当受欢迎,伦敦的仪器制造商直到1710年仍在销售莫兰德的计算器。
莫兰德于1653年进入政府服务,当时他被选中陪同英国的外交使团前往瑞典女王克里斯蒂娜的宫廷。瑞典女王是科学的赞助人,很可能是在她的宫廷上,莫兰德首次接触到了克里斯蒂娜女王的朋友布莱兹·帕斯卡的计算机——pascaline,帕斯卡在1652年向克里斯蒂娜女王展示了一台样机。这可能是最重要的原因之一,导致大约10年后,莫兰德开始制造三台计算设备。
在他的书《两种算术仪器的描述和使用》中,莫兰德在1673年发表在伦敦,描述了他发明的两种计算设备,这些设备可以在不占用内存、不干扰思维或不引起任何不确定性的情况下工作。这是第一本用英语写成的计算器书籍,也是自纳皮尔(napier)的《rabdologiae》以来该主题的第一本独立著作。从这本书到1827年的巴贝奇(babbage)的出版物,英语中几乎没有其他关于计算仪器的著作长达160多年。这本书也可以被认为是计算机文献中第一本综合性的书籍,因为布莱兹·帕斯卡除了在1644年发表的一本18页小册子之外,没有发表过关于他自己的机器的任何东西。
莫兰德的两种算术仪器的描述和使用
莫兰德的算术机器是在1662年至1666年之间设计的,并向查理二世国王和普通观众展示。第一台机器(见下图)是一种简单的加法设备,类似于意大利人蒂托·利维奥·布拉蒂尼(ciclografo)在1650年代末生产的设备。
萨缪尔·莫兰德的加法器,由亨弗莱·亚当森制造
四个加法机的样品保存下来。最大的模型可以进行十进制或英镑、先令和便士的加法运算,最大能加到一百万。
这个装置(材料是银和黄铜)是一个真正的袖珍计算器,尺寸仅为4×3英寸,厚度不到四分之一英寸(122×71×8毫米)。在该书第12页上,莫兰德宣传说,这些仪器可以从乔纳斯·摩尔的塔楼中居住的亨弗莱·亚当森那里订购(乔纳斯·摩尔爵士是一位英国数学家、测量员、军械官员和天文学资助人,他热情推荐了莫兰德的机器)。亨弗莱·亚当森是一位非常熟练的英国钟表和仪器制造商。
塞缪尔·莫兰德的加法装置
装置盖上安装了8对刻度盘。刻度盘的刻度标在它们周围的环上。较低的三个刻度盘分为4、12和20等份,并用于17世纪英国货币单位的计算—几尼亚(相当于20先令)、先令(相当于12便士)和便士(相当于4份子)。较大的五个刻度盘上有十进制刻度,并以“单位”、“十位”、“百位”、“千位”和“十分位”的字样刻有标记
塞缪尔·莫兰德的加法装置
每个大刻度盘的周边都有开口,根据刻度盘的刻度—4、10、12或20。在这些开口中可以插入一支尖笔,并且可以旋转刻度盘。在旋转过程中,可以在每个刻度盘上部的小窗口中看到相应的数字。在每个窗口下方都安装有一个止针,用于限制加法运算期间的旋转。每个大刻度盘上方都安装有一个较小的刻度盘,用作大刻度盘的旋转计数器。为此,使用了一齿轮装置—较低的刻度盘有一齿,而较高的刻度盘有十齿,因此,较低刻度盘的完整旋转导致较高刻度盘旋转1/10圈。
进行加法运算时,顺时针旋转相应的刻度盘,将尖笔插入开口并对准相应的数字,然后旋转刻度盘,直到尖笔被止针停住。减法可以通过逆时针旋转刻度盘,在窗口下方的开口中插入尖笔,并旋转刻度盘,直到刻度盘移动到相应的数字下方来完成。
这台机器没有十进位运算机构,因此在实际需要中没有用处。1668年,莫兰德在一份伦敦报纸上发表了一篇简短的描述,试图推销它,但没有成功。
莫兰德的乘法机器(© istituto e museo di storia della scienza, florence)
莫兰德的第二台计算机—所谓的“乘法机器”(见上面的照片),基于纳皮尔棒的原理。这个装置在莫兰德上述的书中被描述为“cyclologica”(见下图)。
莫兰德将该装置的制造委托给了著名的英国机械师亨利·萨顿和塞缪尔·尼布,并且这台特别的机器于1679年由莫兰德亲自赠送给了科西莫三世·德·美第奇大公。献给大公的致辞中存在一个明显的错误:它将发明年份写成了1666年,制造年份写成了1664年。让我们来看看这台“乘法机器”的结构。
摘自莫兰德的书《两个算术仪器的描述和使用》的乘法机的草图(©美国国会图书馆)
该装置由银、镀金和镀银黄铜、木材和水晶制成。尺寸为18 x 55.5厘米。
实际上,莫兰德的乘法机只简化了中间产物,使用了纳皮尔的棒原理。没有提供自动或机械进位机制。
例如,要将23乘以7,用户首先需要取出数字2和3的圆盘,将它们放在中央柱上,并关闭门,从而在窗口中显示数字23(最左边的窗口显示3,第二对窗口的左侧显示2)。然后,用户将旋钮旋转,直到滑动刻度上的销针指向7。每次旋转旋钮,盘片都会旋转一次,这样就可以使所选数字(2和3)的乘法表显示前进一次。窗口是这样构造的,以便一个圆盘的最左边的数字与下一个圆盘的最右边的数字相邻。最终的答案必须通过将窗口中的相邻数字相加来获得,可以使用纸和笔,也可以使用发明者建议的辅助工具进行加法计算。因此,以完成这个例子为例,当盘片2和3旋转了7次后,显示窗口中的数字将读取为:1 4 2 1。最终的结果是通过将相邻的数字相加得到161。
除了上述两种计算设备外,莫兰德在1663年还发明了第三种。它是一种用于三角学计算的设备(见附近的照片),他称之为“maccina cyclologica trigonometrica”。三角测量仪允许操作员通过“绘制”问题并测量解决方案来进行三角学计算,就像使用绘图仪器一样,但无需纸和笔。它是一组三个放置在一个刻度圆内的尺子,可以使用刻度盘移动它们以形成任何形状的三角形。
1668年4月16日,莫兰德首次在《伦敦公报》上发表了有关这两种加法设备的简短描述。正如现在所预期的那样,这个仪器进入了现代年轻绅士的口袋中(价格为3英镑10先令)。
尽管莫兰德的算术设备制造工艺优秀,但在实际需求上它们并不是很有用,而且他的一些同代人对它们的实用性也没有那么着迷。塞缪尔·皮皮斯(曾是莫兰德在剑桥的学生)在他1667-8年的日记中写道,莫兰德的机器“非常漂亮,但不是很有用”,而著名科学家罗伯特·胡克在他1673年1月31日的日记中写道:“看到了萨尔斯伯里·莫兰德爵士的算术机器,非常愚蠢”。然而,莫兰德的机器受到了查理二世国王和托斯卡纳大公科西莫三世的赞赏,这对于莫兰德作为典型的“宫廷-发明家”来说更重要。