מכונת חישוב

מכונת חישוב היא מכונה המסייעת לבצע חישובים. הן היו מכניות, עם גלגלי שיניים ומנופים, ולהן היו גם גרסאות אלקטרוניות. במכונות הבסיסיות אפשר לבצע חיבור וחיסור. במכונות מתקדמות אפשר גם לכפל, לחלק, ולהשתמש בפונקציות מתמטיות מורכבות.

ההיסטוריה של כלי החישוב ארוכה. תרבויות קדומות השתמשו באבנים, מקלות ספירה וחשבונייה (אבקוס).
החשבון הפשוט התפתח למכונות אמיתיות רק במאות ה-17, 19, ואז התחילה תעשייה שלמה של ייצור מכונות חישוב.

וילהלם שיקארד בנה את אחת המכונות הראשונות בסביבות 1623. המכונה שלו שילבה "עצמות נייפייר" (כלים לכפל המבוססים על חיבור) ומכונת חיבור. שריפות ואובדן רישומים פגעו בשימור המכונות האלה.

בלייז פסקל המציא את ה"פסקלין" ב-1642. זו מכונת חיבור שעזרה להעביר נשאים (העברות כשספרה עוברת מ-9 ל-0).
הזנת המספרים נעשית על ידי סיבוב חוגות, והתוצאה מוצגת בחלונות על המכונה. הפסקלין השפיעה על תכנון מכונות חישוב רבות.

לייבניץ בנה מכונה שעשתה גם כפל. הוא תיאר שני מנגנונים עיקריים: תוף מדורג (גלגל לייבניץ) וגלגל פינים. עקרונותיו שימשו מכונות במשך מאות שנים.

ממציאים אחרים במאה ה-17 ובמאה ה-18 ניסו ופיתחו רעיונות שונים, אבל לא כולם זכו להצלחה מסחרית.

במאה ה-18 המשיכו בנייה ושיפורים. הרבה מכונות נוצרו כדגמים בודדים, ורבים מהם שמורים במוזיאונים.

במאה ה-19 נוצרה תעשייה ממשית של מכונות חישוב. יצרנים רבים באירופה ובארצות הברית ייצרו מאות דגמים.
בזמן הזה נוצרה הפרדה ברורה בין שתי משפחות של מכונות: "מכונות חיבור" שמיועדות בעיקר לחיבור, ו"מכונות ארבע פעולות" שיכולות גם לכפל ולחלק.

תומא המציא את האריתמומטר (Arithmometer) בתחילת המאה ה-19. זו הייתה מכונת ארבע פעולות אמינה יחסית, והיא פתחה את הדרך לייצור תעשייתי. האריתמומטר נחשב לאחת המכונות החשובות שייסדו את התעשייה.

בולדווין (ארה"ב) ווילגודט אודהנר (רוסיה) פיתחו מנגנון גלגל פינים בשנות ה-1870. מנגנון זה הפך לנפוץ מאוד, ובתצורות שונות הותקן בעשרות אלפי מכונות.

"מנוע הפרשים" (difference engine) הוא מכונה מיוחדת שמחשבת ערכים של פולינומים באמצעות סכימות של חיבור בלבד. בבג' ותכניו אנשי תקופה אחרים תכננו מכונות כאלה. חלק מהן הוקמו והופעלו בהצלחה.

קיימו גם ניסיונות להתבסס על בסיסים אחרים, למשל מכונה בבסיס 3 מאוזן שבנה תומאס פאולר.

הקומפטומטר (Comptometer) פותח ב-1884 על ידי דור פלט. החידוש היה לוח מקשים מלא: לכל ספרה יש עמודת מקשים 1, 9. זה הגדיל מאוד את מהירות ההזנה. הקומפטומטר שימש מאוד במשרדים ובחדרי חישוב.
בתי ספר מיוחדים הכשירו מפעילים רבים, בעיקר נשים, שנקראו "מחשבים", אנשים שביצעו חישובים ידניים בעזרת המכונה.

ויליאם ס. בורוז ייסד חברה בארצות הברית והפיק מכונות חיבור עם הדפסה. החברה התפתחה והפכה לשחקן מרכזי בתעשיית המחשוב המוקדמת.

מכונות כפל ישיר יכלו לבצע כפל בספרה אחת בפעולה יחידה. רמון ווראה, לאון בולה ואחרים פיתחו מכונות כאלו. ההצלחה המסחרית הגדולה הייתה במכונת "מיליונר" שהוצגה בסוף המאה ה-19.

בתחילת המאה ה-20 גדלה התעשייה. יצרנים בחלוקה גאוגרפית שונים התמקדו בסוגים שונים של מכונות. במהלך המאה נוספו מנועים חשמליים, הדפסה, לוחות מקשים בעשר ספרות, ואפשרויות כפל וחילוק אוטומטיים.

כמעט כל מכונות החישוב מחולקות לשתי משפחות גדולות: מכונות שהזנת הקלט מפעילה מיד את החיבור (כמו קומפטומטר), ומכונות שבהן הקלט נשאר בצובר עד שמופעל הארכובה (מכונות ארבע פעולות כמו אריתמומטר).

מכונת ארבע פעולות טיפוסית כוללת שלושה צוברים:
- צבור הקלט: כאן מזינים את המספרים. אפשר להזין באמצעות מנופים, לוח מקשים מלא, או לוח עשרתי.
- המונה (אוגר המנה): סופר כמה פעולות בוצעו. בחילוק הוא מציג את המנה.
- צבור התוצאה: מציג את התוצאה הסופית.

עקרון הכפל מבוסס על חזרה על חיבור והזחה (הזחה = הזזת "העגלה" שממקמת ספרות). כדי לכפל מספרים מזינים את הנכפל, ואז מבצעים סיבובים מתאימים של הארכובה במספרים לפי ספרות הכופל.

איפוס של צוברים חשוב לפני כל חישוב חדש.

מכונה מחולקת לגוף ולעגלה. הגוף מכיל את מנגנון הקלט וההנעה. העגלה נעה ימינה ושמאלה ומכילה את צובר התוצאה. ההזחה של העגלה מאפשרת לחשב עשרות, מאות וכן הלאה.

השני המנגנונים העיקריים שמשמשים מכונות ארבע פעולות הם:
- תוף הפסיעות (גלגל לייבניץ): תוף שמניע גלגלים לפי מיקום.
- גלגל פינים (pinwheel): גלגל עם פינים שנשלפים או נדחים, וכך קובעים כמה שיניים יעבדו.

רוב היצרנים השתמשו באחד מהמנגנונים הללו, ויש וריאציות רבות.

האתגרים המרכזיים בעיצוב מכונות היו אמינות המנגנון, מנגנון הנשא (carry) והימנעות מ"הנעת יתר" (שגיאות הנגרמות מעת המשך תנועה אחרי ניתוק).
פתרונות מכניים שונים פותחו במהלך המאה ה-19 וה-20 כדי להקטין תקלות.

בשנות ה-1960 החלו להופיע מכונות חישוב אלקטרוניות. הן היו שקטות, מהירות וקומפקטיות יותר. המעגל המשולב והמיקרו-מעבדים אפשרו יצירת מחשבונים זולים. בתוך שנים ספורות נעלמה רוב תעשיית המכונות המכניות, וחברות רבות קרסו או עברו למוצרים אלקטרוניים.

מכונות חישוב מכניות נשארו כחפצי אספנות ומוזיאון, ולפעמים כפתרון אמין במקומות עם משאבים מועטים.

מכונת חישוב היא מכונה שעוזרת לעשות חשבון. יש מכונות מכניות ויש אלקטרוניות.
מה שהתחיל כאבנים וספירה הפך למכונות עם גלגלים וכפתורים.

שיקארד בנה מכונה מוקדמת. אחרי כן בא פסקל. פסקל המציא את ה"פסקלין" ב-1642.
היא עשתה חיבור והראתה תוצאות בחלונות.

לייבניץ שיפר רעיונות והמציא מנגנונים חשובים. הרעיונות שלו שימשו מכונות במשך הרבה זמן.

במאות ה-19 התחילו לייצר הרבה מכונות. תומא המציא את ה"אריתמומטר". הוא היה מאוד חשוב.

הקומפטומטר היה עם לוח מקשים מלא. כך אפשר להקליד מספרים מהר מאוד.
חברת בורוז ייצרה מכונות עם מדפסת. המכונות האלה עזרו לבנקים ולמשרדים.

חלק מהמכונות יכלו לכפל מהר יותר. אחת מהן נקראה "מיליונר". היא עבדה טוב.

במכונה יש שלושה חלקים חשובים:
- צבר הקלט: המקום שבו מזינים את המספרים.
- המונה: מונה כמה פעולות נעשו.
- צבר התוצאה: המקום שבו רואים את התוצאה.

מכונות מכניות עובדות על ידי חיבור חוזר והזזה של העגלה. יש שתי דרכים מכניות נפוצות: תוף פסיעות וגלגל פינים.

בסוף הופיעו מחשבונים אלקטרוניים. הם היו קטנים וזולים יותר.
לכן רוב המכונות המכניות הלכו ונעלמו. היום הן נמצאות במוזיאונים.