第一传奇之四则运算器

寂静回声

       所谓计算机，往简单了说，就是可以实现计算功能的机器。诚然现在的计算机应用已经远远超出了计算本身，不论是电脑、平板、还是手机，我们天天靠着它们看电影、听音乐、交流感情，看似与计算已经毫无关系，但事实上最初计算机的诞生就是为了满足人们对数学计算的需求，而如今计算机这些强大功能的底层实现，也依旧靠的是数学计算。
远古时代，原始人为了搞清楚猎物的数目就已经与计算攀上了关系，他们用手指计数，用结绳记事。到了古代，人们又发明了算筹、算盘等简单工具。16世纪欧洲人又发明了纳皮尔棒，借助复杂的使用方法，求解复杂的问题。


到了17世纪， 西方国家不断扩大海外贸易，航海事业蓬勃兴起，航海就需要天文历表。在那个没有电子计算机的时代，一些常用的数据通常要通过查表获得，比如cos27°，不像现在这样掏出手机打开计算器APP就能直接得到答案，从事特定行业、需要这些常用数值的人们就会购买相应的数学用表（从简单的加法表到对数表和三角函数表等等），以供查询。而这些表中的数值，是由数学家们借助简单的计算工具如计算尺一个个算出来的，算完还要核对。脑力活硬生生沦为苦力活。而但凡是人为计算，总难免会有出错，而且还不少见，机械计算设备就在这样的迫切的需求背景下应运而生。可不要小看了只能做四则运算的机器，计算量大时，如果数值达到上万、上百万，手工计算十分吃力，而且容易出错，这些机器可以大大减轻人工负担、降低出错概率。


托马斯四则运算器（Arithmometer）
研制时间：1818年~1820年

以往的机械式计算器通常只是发明者自己制作了一台或几台原型，帕斯卡倒是有赚钱的念头，生产了20台加法器，但是根本卖不出去，这些机器往往并不实惠，也不好用。直到19世纪初，在莱布尼茨逝世百年后，一个技术精湛又有商业头脑的法国人，查尔斯 泽维尔 托马斯（查尔斯 泽维尔不就是X战警里的X教授吗）Charles Xavier Thomas是将机械式计算器商业化并取得成功的第一人，他不仅成为了机械式计算器的发明家，更成为了牛逼的企业家（创办了当时法国最大的保险公司）。
托马斯出生于法国莱茵河畔一个叫科尔马Colmar的小镇，从商之前，托马斯在法国军队从事过几年部队补给方面的工作，需要进行大量的运算，正是在这期间萌生了制作计算器的念头。他总结了帕斯卡加法器和莱布尼茨步进计算器的优点，从1818年开始设计，在巴黎一位钟表匠的帮助下，于1820年制成第一台，次年生产了15台。
1821年还因发明了运算器而获得法国荣誉军团骑士勋章。
1819年从部队退伍后，托马斯进入了保险行业，19世纪的法国没有健全的消防体系，少数大城市建立了专门的消防站，但装备简陋，队伍主要是由非专业的志愿者组成。托马斯从中看到了火险的商机，特意到保险体系比较齐备的英国学习，成为法国保险市场第一批开拓者。
1829年创办了Le Soleil保险公司，Soleil在法语中是太阳的意思，象征了法兰西历代帝王。
1843年创办了L Aigle保险公司，Aigle在法语中代表了鹰，象征着拿破仑，这样就全面覆盖了当时各种政治信仰的客户。这两家保险公司在托马斯的经营下成为法国保险业的龙头，在1946年国有化后运营至今。
花甲之年，功成名就的托马斯又想起了年轻时的发明，四则运算器，把运算器推向全世界成为他晚年的第二春。

托马斯四则运算器基本采用莱布尼茨的设计，同样使用步进轮，同样分为可动和不动两部分。

所不同的是， 它的手柄在加减乘除情况下都是顺时针旋转，示数轮的旋转方向通过与不同方向的齿轮啮合而改变

为了提高可靠性，托马斯在内部结构，考虑到插槽旋转过快可能导致齿轮由于惯性转过头，便引入了槽轮机构（Geneva Drive）

这台机器运算能力如何，据当时英国伦敦一本名为《绅士》的杂志报道，8位数乘8位数仅需18秒，16位数除以8位数仅需24秒，16位数的开平方运算只需75秒。
此外，托马斯还做了许多细节上的改进（包括实现了连续进位），比如一键清零，滑钮置数，手柄始终顺时针旋转，相较之前的机械计算器的发明家，托马斯是幸运的，他的时代，有了更好的机械制造能力，量产出来的机器实用、可靠，因而能获得巨大成功。
1851年，66岁的托马斯开始了运算器的商业生产，作为一件正式商品，每台运算器上都标有独一无二的产品序列号，并附带使用说明书，托马斯在最后的20年时间卖出了大约1000台运算器。
1857年，托马斯又因推广了运算器而获得军官勋章。法国荣誉军团勋章是法国政府颁布的，分为6个等级，从高到低依次为军团长，大十字骑士，大军官，高等骑士，军官，骑士。
当时除了托马斯的公司，整个欧洲还先后出现了约20家同类型公司。截至1915年，这些公司总共生产了约5500台运算器，其中四成内销法国，六成出口。各国政府，军队，金融公司和科研机构纷纷采购，传统计算员的工作方式发生了质的改变。
他们从习惯了计算尺的一拉一抽，变成了不停旋转手柄，一个手摇计算时代到来了。


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托马斯运算器原理 动画演示