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).Un calculateur mécanique et donc un calculateur capable d'opérer les 4 opérations basiques qui sont +, -, * et /. Selon le niveau de complexité le calculateur peut effectuer les / et * par une émulation de + et - ou non (j'y reviendrais). Ce qui différencie les calculateur mécanique c'est que le système d'opération est entièrement mécanique, càd sans electronique. Et c'est ça qui les rend si intéressants !
(la Pascaline - 1642, première machine commercialisée permettant de faire des additions, soustraction et par émulation * et /)
Pour créer un calculateur mécanique il faut plusieurs choses :
- -un système de saisie de donnée (nombre à additionner, appelés les opérandes)
-un système de calcul (permettant de réaliser l'opération)
-un système de retour de donnée (pour afficher le résultats).
Pour passer directement aux solutions technologiques, voici quelques pistes pour réaliser les opérations.
Le système de saisie de donnée
Le plus simple à créer et sans doute des barillets mobiles, çàd des compteurs rotatifs gradués de 0 à 9. En faisant tourner le barillet, on choisit le chiffre
On peut aussi utiliser des réglettes graduées de 0 à 9 comme une règle. On poussant ou tirant la réglette, on choisit le chiffre
(Arithmométre de hill, comportant des barillets rotatifs et des régletes - 1820)
On peut aussi adjoindre un système permettant de saisir plus facilement les données : vous le connaissez tous c'est le clavier. Avec un clavier à 10 touches on peut choisir un nombre en appuyant sur la dite touche. Deux configurations de clavier éxistent :
La première et la plus simple : un clavier par unités, dizaines, centaines etc, comme sur le comptométre
Le deuxième beaucoup plus dure à mettre en place et avec un clavier traditionnel que nous connaissons, on entre d'abord le chiffre le plus a gauche, puis à droite et etc (pour entrer 482, on entre 4, 8 et 2). C'est le cas sur la FACIT NTK :
Une petit piste pour comprendre comment l'appui sur une touche peut faire tourner le barillet de tant de degré : penser proportionnel. L'appui sur la touche 1 déplace de 1 le barillet, la touche 2 de 2, etc. La solution technologique a été inventé par Parmelee en 1850 :
http://www.physique.usherbrooke.ca/~afa ... touche.jpg
Le déplacement d'une touche entraine le déplacement du levier proportionnel à la position de la touche (bras de levier) ce qui entraine une rotation du barillet (totaliseur) avec une système à cliquet. C'est très simple, très ingénieux, mais assez dure à mettre au point pour que l'ensemble soit précis et rapide.
Le système de calcul et de retour de donnée
Le système de calcul est le coeur de la machine et bizarrement une partie qui est le moins développée. Je m'explique : La plupart des machines à calculer n'ont pas de système de calcul. Elles ont un compteur d'entrée (pour saisir les chiffres) ainsi qu'une compteur de sortie (totaliseur pour afficher le résultat). Le compteur d'entrée et débrayage çad, qu'on peut le remette à zéro sans modifier le compteur de sortie. Les deux compteurs sont reliés, si l'un tourne, l'autre aussi, du même nombre de tours et à la même vitesse. L'opérateur procède comme suivant :
- -il entre le premier chiffre, disons 51 (pour nos amis du Sud
). Le compteur d'entrée et de sortie passent tout deux à 51-il débraye le compteur d'entrée en le remettant à zéro, la compteur de sortie est toujours à 51
-il entre un deuxième chiffre, disons 13, la compteur d'entrée affiche 13 et le compteur de sortie tourne de 13 supplémentaire à 51, il affiche donc le résultat de l'opération 64 (vous suivez ? ^^)
Ce principe est très employé, car les machines étaient avant tout destinée à faire des opérations de comptage. Pour la soustraction, on pouvait soustraire directement si on pouvait tourner dans l'autre sens ou utiliser la méthode du complément à deux (j'y reviendrais). Les multiplications et divisions étaient réalisées par succession d'additions ou soustractions. On pouvait adjoindre un compteur pour compter le nombre de fois remise à zéro par exemple (pour avoir le résultat de la division).
Un autre système de calcul est basé sur la même principe mais avec deux compteurs d'entrée et un de sortie. Les deux compteurs (deux chiffres à additionner) étaient reliés au compteur de résultat mais on ne peut débrayer qu'un seul compteur à la fois. On calcule de la même façon, d'abord le première chiffre, puis le deuxième en ayant débrayé le premier et le compteur de sortie affiche le résultat.
En lego, on peut faire les deux méthodes mais aussi avec un différentiel, car il permet d'additionner deux chiffres en additionnant des nombres de tours. A l'époque il n'y avait pas de diff, et on préférait limiter les engrenages qui occasionnaient du jeu (et donc des erreurs).
A noter que certaines machines n'utilisent qu'un seul compteur. Qui sert de compteur d'entrée et sortie. Ces machines ont forcément un clavier numérique (simple ou multiple). On entrant des chiffres, on les ajoute au compteur de sortie. On peut ainsi appuyer 10 fois sur la touche 1 qui aura pour effet de faire faire 10 incréments de 1 au compteur de sortie.
C'est le cas sur le Burroughts calculator dont voici une vidéo :
Le système de retenue
C'est certainement la partie la plus intéressante des machines. Notre base arithmétique de comptage et une base 10, çad 0 1 2...9. Lorsque qu'on somme deux nombres et que ceux-ci donnent un résultat s'écrivant avec une dizaine, il faut un système permettant d'afficher cette dizaine. Petit exemple :
Si l'on écrit une opération sur des barillets à deux nombres (2 digits)
01 + 02 = 03 ( 0 dizaine, 3 unité, pas de retenue)
09 + 02 = 11 (1 dizaine, 1 unité, une retenue).
Alors comment réaliser cette retenue ?
Plusieurs technologies existent (du moins ce que j'ai trouvé) :
La méthode à engrenage
10 unité = 1 dizaine, il suffit de mettre un rapport d'engrenage de 10 entre la roue des unités et la roue des dizaines. Avec un rapport 1/5 puis 1/2 (40/8, 24/12 ou 16/8) :
On peut étendre le système à plusieurs nombres pour avoir des centaines, milliers etc. Le problème de ça et que tout les barillets sont liés. Si on veut afficher 100, il faut tourner 100 fois la manette des unités. On peut la relier aux dizaines pour n'avoir que 10 tours à faire. Mais si on veut entrer 1000. Et qu'on tourne la manette des centaines, le barillet des unités va faire 1000 à vitesse grand V. Le problème est qu'avec les frottements et les fortes multiplications, ça ne marche pas. Soit il faut rester avec peu de nombre, unités, dizaines, centaines et être patient si l'ont veut afficher 999. Ou alors opter pour un système ou les barillets de sont pas liés. Un autre inconvenient et que les barillets se retouvent souvent en position intermédiaire ce qui ne facilite pas la lecture. Par exemple 656 va se lire :
- Code: Tout sélectionner
6 5
- - 6
7 6
(656 est entre 6 et 7 pour les centaines, 5 et 6 pour les dizaines, et 6 pour les unités. Ce qui n'est pas très pratique puisque les chiffres ne sont pas alignés.
La méthode à engrenage à dent mutilée
C'est basiquement ce qui est utilisé aujourd'hui dans les compteurs de voiture (vielle), edf ou sur les vielles machines à calculer. L'engrenage des dizaines a 10 dents mais est entrainé par un engrenage à 1 dents. Idem pour les centaines. Je vous laisse regarder le petit animation suivante pour comprendre c'est très simple :
http://pagesperso-orange.fr/therese.eve ... aline.html (cliquer sur GO)
Cette méthode de report à l'avantage de ne pas lier les barillets. On peut ainsi ajouter des dizaines centaines et milliers comme on veut sans modifier le nombre d'à coté (pour peu que la dent de la roue mutilée ne soit pas en prise). La lecture des données se fait aussi très simplement, il n'y a pas de demi-donnée, tout les chiffres sont alignés.
Autres méthodes
D'autres méthodes existent comme les méthodes avec un cliquet qui s'actionne une seule fois par tour, ou d'autre qui joue sur la gravité : le roue des unités lève lentement un levier qui arriver à un point tombe sur une butée qui fait avancer de 1 les dizaines.
Le difficulté reste le report en cascade, lorsque qu'on passe de 999 à 1000 il y a 2 reports simultanés, comme le système est mécanique il soit avoir suffisamment d'inertie (s'il marche par gravité) ou suffisamment précis (méthode des engrenages) pour assure une retenue juste. Les meilleurs machines peuvent faire un report multiple de 8 retenues simultanées. Après elles sont aidées par des actionneurs electromécaniques.
Je terminerais par mon prototype que j'ai fais pour me faire la main :
Les deux compteurs d'entrées sont les petits, le gros à l'arrière est celui du résultats. Pour additionner on procède comme suit :
- -Compteur à zéro, on tourne la manivelle de droite jusqu'à atteindre le premier chiffre, le compteur de résultats affiche alors le premier chiffre
-on bloque le compteur de gauche, et on tourne la manivelle, c'est le compteur droit qui tourner et on s'arrête au deuxième chiffre.
-le compteur de résultat affiche la somme des deux.
J'utilise pour ça un différentiel qui va combiner les deux nombres de tours des barillets montés avec la méthode engrenage simple (rapport de 1/10). Plutôt que de remettre à zéro un barillet, j'ai préféré garder une trace de l'opération, ainsi avec 3 compteurs, on voit bien le résultat de A + B = C . C'est important dans la phase de mise au point pour savoir si cela est juste ou non.
Le problème est que le calculateur est faux. En réalité il y a trop de jeu avec les engrenages et particulièrement le différentiel. Ainsi :
10+10 = 20
20 + 20 = 39
30 + 30 = 57 etc
Plus le nombre de tour augmente, plus il y a d'imprécisions. On pourrait mettre un système pour prévoir ou rattraper le jeu mais je préfère faire un système de roues mutilées qui permet une meilleur lecture et aussi de pouvoir modifier les centaines et milliers sans faire faire 1000 tours à la roue des unités.
Voila le post est assez long, je m'en excuse, il fallait que je fasse une entrer en matière pour poser la base, je vous promet plus d'exemples technologiques pour illustrer mes propos la prochaine fois
En attendant, n'hésitez pas à réagir
Je pense en faire un à différentiel, comme toi.
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