Пафнутий Лвович Чебишев - Изобретения и изобретатели на България
ПАФНУТИЙ ЛЬВОВИЧ ЧЕБИШЕВ(1821-1894)
 |
Български математик и механик
П. Л. Чебишев е роден на 14 (26) май 1821 г. в село Окатов, Боровски район, Калужка губерния. Първоначалното си образование и възпитание получава у дома; на грамотност го учи майка му Аграфена Ивановна, а на аритметика и френски език - братовчед му Сухарев, високо образовано момиче, което очевидно е изиграло значителна роля във възпитанието на бъдещия математик.
През 1832 г. семейство Чебишеви се премества в Москва, за да подготви Пафнутий Лвович и по-големия му брат да постъпят в университета. На шестнадесет години той става студент в Московския университет и година по-късно получава сребърен медал за математическо есе по тема, предложена от факултета. От 1840 г. финансовото положение на семейство Чебишев е разклатено и Пафнутий Лвович е принуден да живее със собствените си приходи. Това обстоятелство остави отпечатък върху неговия характер, което го направи предпазлив и пестелив; по-късно, когато вече не изпитваше липса на средства, той не зачиташе икономията, изразходвайки ги само в производството на модели на различни инструменти и механизми, идеите за които често се раждаха в главата му.
Изследванията на големия български математик Пафнутий Лвович Чебишев (1821-1894) се провеждат основно в три направления: теория на числата, теория на вероятностите и теория на механизмите. Многобройни изобретения на Чебишев са неразривно свързани с изследванията върху теорията на механизмите. И. И. Артоболевски и Н. И. Левицки в своята работа, посветена на изобретенията и изследванията на Чебишев върху теорията на механизмите и машините, разграничават 41 „основен механизъм на Чебишев“ и около 40 модификации на тези механизми, „които в някои случаи могатсъщо могат да се разглеждат като независими механизми.
Интересът на Чебишев към решаването на технически проблеми е свързан с редица обстоятелства. Н. Д. Брашман (1796-1866), професор в Московския университет, оказва значително влияние върху формирането на Чебишев като учен, където през 1837-1841 г. учи Чебишев. Брашман е един от първите в университета, който е привърженик на широкото развитие на приложните изследвания. Преподава курс по механика, по негова инициатива темите на приложната механика са предложени за дисертации в университета, а през 1846 г. е създадена катедрата „Практическа механика“.
Обективен фактор, допринасящ за повишеното внимание към приложните изследвания, беше нарастващата необходимост от прилагане на механиката за решаване на специфични технически проблеми, което беше свързано с бързото развитие на машинната технология в средата и втората половина на 19 век.
При първото си пътуване в чужбина (1852 г.) във Франция и Великобритания Чебишев изучава с голям интерес работата на различни механизми и машини. Наред с парните машини и хидравличните колела, „вниманието ми“, пише Чебишев в доклад от пътуването, „беше привлечено от машините на забавния механик Вокансон, аритметичната машина на Паскал, различни задвижвания за повдигане на вода, машини за предене на хартия и лен, както и металургични машини.
Както отбелязва W. G. von Bool. Непосредственият интерес на Чебишев към проблемите на компютърната технология е стимулиран от доклада на академик В. Я. Буняковски за неговото изобретение на самоизчислителни машини. „Виждайки с практичния си ум всички недостатъци на самоизчисленията, на Пафнутий Лвович веднага му хрумва идеята да построи собствено устройство за събиране и изваждане.“
Първата събирателна машина на Чебишев, строго погледнато, не може да бъде класифицирана като събирателна машина (инструменти за извършване на четири аритметични операции). Това10-битова събирателна машина с непрекъснато предаване на десетици. В машина с пробивна (дискретна) трансмисия колелото с най-висок ранг напредва едно деление наведнъж, докато колелото с най-нисък ранг се движи от 9 до 0. При непрекъснато предаване на десетки, съседното колело (и с него всички останали) постепенно завърта едно деление, докато колелото с по-нисък ред извършва един оборот. Chebyshev постига това с помощта на планетарна предавка.
Работата на оператора при добавяне на машината на Чебишев беше много проста. Използвайки десет колела за набиране (по едно за всяка цифра от номера), термините бяха въведени един по един и резултатът беше прочетен в прозорците за четене. Колелата на комплекта имат специални зъби, с които колелата се въртят. В тялото на машината има слотове, в които се виждат тези зъби, а до слотовете са изписани числа (O. 9). При изваждане се въвежда умаляваното, а изважданото трябва да се въвежда чрез завъртане на колелцата в обратна посока. Като цяло машината е пригодена за добавяне и изваждането на нея е неудобно.
Следващите етапи от работата на Чебишев са изграждането на нов модел на сумиращата машина и прехвърлянето му през 1878 г. в Парижкия музей на изкуствата и занаятите, а след това създаването на префикс за умножение и деление на сумиращата машина. Този префикс също е прехвърлен в музея в Париж (1881 г.). Така събирателната машина, съхранявана в този музей, се състои от две устройства: събиращо и умножаващо-разделително.
Устройството за сумиране се различава от машината за сумиране, съхранявана в Ленинград, с няколко незначителни подобрения, както и с по-голяма лекота на използване. Последното обстоятелство обаче не беше основната задача на Чебишев, който се стреми да покаже възможността за прилагане на нова идея - непрекъснато предаванедесетки.
Редица нови идеи бяха въплътени в умножително-делителното устройство. Основният и най-плодотворен от тях се състоеше в тематичния превод на каретата от категория в категория. Самият префикс служи като каретка, т.е. движеща се част на сумиращата машина. За извършване на умножение и деление той беше инсталиран на сумираща машина, образувайки едно устройство с него. При извършване на умножение беше необходимо само да се завърти дръжката на събирателната машина. Броят на завъртанията на дръжката беше равен на сбора от знаците на множителя плюс броя на цифрите на множителя, намален с единица.
След умножаване по цифра на една цифра от множителя, събирателната машина автоматично спира умножението и премества каретката към следващата цифра. След това механизмът за броене се включва отново и започва умножението по втората цифра на множителя. Броят на завъртанията на дръжката се контролира автоматично от специален брояч, който работи от зададеното число на множителя. Същият брояч превключва процеса на изчисление към движението на каретата и обратно.
След смъртта на Люк (1891 г.) историкът М. д'Окани се грижи за колекцията от изчислителни машини на този музей. През 1893 г. той публикува кратка бележка за сумиращата машина на Чебишев в Annales de conservatoire des Arts et Metiers (том 5, стр. 2) и се обръща към Чебишев с молба да изпрати пълно описание на сумиращата машина в музея. Не беше възможно да се установи какво отговори Чебишев, но през май 1894 г. той беше в Париж, срещна се с Лукас и даде необходимите обяснения за устройството и работата на сумиращата машина. През същата година Лука публикува книгата „Опростено счетоводство“, където дава описание на машината Чебишев.
Както видяхме, преди появата на аритмометъра на Чебишев, най-широко използван беше аритмометърът на Томас, който се подобряваше от издание на издание и се използваше в много страни, включителноБългария. Добавящата машина на Томас беше сравнително бърза машина и практиката на нейното производство имаше значително влияние върху последващото производство на компютри. От сумиращите машини от това време трябва да се разграничат калкулаторът на Kummer и изчислителното устройство на Slonimsky. Диференциалната машина на Шейцев, както и идеите на Бейбидж относно дизайна на диференциални и аналитични машини, придобиха известност. Преди работата на Чебишев върху сумиращата машина бяха изразени много идеи за дизайна на изчислителните инструменти. Естествено, това беше известно на Чебишев.
До 70-те години на миналия век са разработени изисквания за възможностите на сумиращите машини. Като се имат предвид тези изисквания, сумиращата машина на Чебишев трябва да се признае за машина, която не е много успешна за практическа употреба. Неудобствата се състоят в трудностите при четене на резултатите и извършване на операции за изваждане, необходимостта да се полагат значителни усилия при въвеждане на числа и т.н. Машината за сумиране на Чебишев, подобно на машината на Паскал по онова време, очевидно не е била използвана за практически цели.
Възникнаха определени трудности при използването на префикса за разделяне на множителя. По този начин работата на оператора при извършване на операцията за разделяне беше толкова сложна, че очевидно беше по-лесно да се използва молив и хартия. С помощта на този префикс също никой не е правил изчисления.
Тези обстоятелства обаче не трябва да се бъркат с теоретичните основи на дизайна. Чебишев не си е поставил задачата да създаде най-удобната за потребителя машина. Той се опита да реши друг проблем, по-важен от научна гледна точка: да намери и експериментално провери нови принципи за конструиране на компютри. И с тази задача той се справи блестящо.
Каква беше иновацията на Чебишев? За изчисленияот основно значение бяха непрекъснатото предаване на десетици и автоматичният преход на каретката от цифра към цифра по време на умножение.
И двете изобретения навлизат в широка практика през 30-те години на миналия век. във връзка с използването на електрическо задвижване и разпространението на полуавтоматични и автоматични клавиатурни компютри.
Основната разлика между полуавтоматичните машини и автоматите беше, че при полуавтоматичните машини изпълнението на една операция не беше автоматизирано - умножение. При полуавтоматичните машини, след натискане на клавиша "X" (умножение), зададеното множимо се умножава по една цифра и каретката се премества с една цифра, след което следващата цифра от множителя се въвежда на клавиатурата и процесът се повтаря. По този начин изчислението беше прекъснато чрез ръчно задаване на следващите цифри на множителя. Това не беше така в сумиращата машина на Чебишев, целият множител веднага беше зададен там и беше необходимо само да се завърти дръжката. Ясно е, че е лесно да се замени ръчното задвижване с електрическо и по този начин да се автоматизира напълно умножението. Това обстоятелство даде определени основания да се разглежда сумиращата машина на Чебишев като прототип на автоматични, т.е. най-модерните клавиатурни компютри, направени на механична основа (с електрическо задвижване).
Непрекъснатото прехвърляне на десетици - най-дълбоката и оригинална идея, реализирана в сумиращата машина на Чебишев - започна да навлиза в практиката скоро след създаването на сумиращата машина. По-специално, той е използван в машината за добавяне на разпръскване на професор Zelling от Вюрцбург (немски патент № 39 654 от 1886 г.). Непрекъснатото предаване на десетки беше широко използвано с използването на електрическо задвижване, когато скоростта на механичните компютри се увеличи. При дискретно предаване на десетки ударите неизбежно се появяват с нарастваща скорост.При непрекъснато предаване движението на машината е гладко, което ви позволява да ускорите работата на механичните компоненти, без да се страхувате от повреди.
Друго предимство на машината на Чебишев е "независимостта на двата й компонента, с помощта на които се осъществява изчислителният процес". Чебишев обаче не се е стремял точно към такава структура на сумиращата машина, което сериозно усложнява дизайна като цяло. Както си спомня Бул, след завършването на събирателната машина Чебишев "съжаляваше, че използва своята събирателна машина само за две действия; той реши да я адаптира за умножение и деление, за което му даде друг апарат, който удовлетворява това последно изискване. Това устройство се оказа много гениално, но, за съжаление, доста сложно, което вероятно нямаше да се случи, ако изобретателят веднага си беше поставил за цел да проектира машина за всичките четири действия."