機械計算的歷史在齒輪的轉動下推進了兩個世紀。齒輪要工作寇漫，必須給它一個旋轉的動力刊殉，無論是旋鈕還是手柄，都逃不出這樣的思維定式州胳，靠手柄驅(qū)動的機械計算器也常被統(tǒng)稱為手搖（式）計算器记焊。
我們都知道，后來人與計算器的交互形式是按鍵的陋葡，這比手搖方便亚亲、快捷得多。對于電子計算器腐缤，很容易通過按鍵操作實現(xiàn)電路的通斷控制捌归，但在機械計算器中，如何靠按鍵驅(qū)動齒輪運轉呢岭粤？
最早的按鍵輸入出現(xiàn)于與計算毫無關系的領域惜索。1714年，英國人亨利·米爾（Henry Mill）取得打字機的發(fā)明專利剃浇，此時巾兆，年近古稀的萊布尼茨正從曠日持久的微積分之爭中敗下陣來；19世紀初虎囚，意大利一位美麗的貴族女性雙目失明角塑，深愛著她的男友和她的哥哥合力為她建造了第一臺打字機，此時淘讥，年輕的托馬斯還沒有想到算術儀的點子圃伶；1874年，素有“打字機之父”之稱的美國人克里斯托夫·拉森·肖爾斯（Christopher Latham Sholes）開始了打字機的商業(yè)化生產(chǎn)，并設計了我們熟悉的“QWERTY”樣式窒朋，此時搀罢，托馬斯剛過世不久，他的算術儀占據(jù)了整個機械計算市場侥猩，而鮑德溫和奧德納還未取得銷輪計算器的專利榔至。
打字機便捷的鍵盤操作啟發(fā)著機械計算器的設計者們，最早的按鍵式計算器設計見諸1822年《新世紀的發(fā)明》（《A New Century of Inventions: Being Designs & Descriptions of One Hundred Machines, relating to Arts, Manufactures, & Domestic Life》欺劳，作者James White）一書唧取，隨后有意、法杰标、美等多國的發(fā)明家為按鍵式計算器的建造與改進前赴后繼兵怯。在歷經(jīng)60多年默默無聞的技術儲備之后，按鍵式計算器終于由一位名叫做多爾·尤金·菲爾特（Dorr Eugene Felt）的美國人帶進了大眾的視野腔剂。
菲爾特和他的機器
菲爾特出生于美國威斯康星洲的貝洛伊特鎮(zhèn)，14歲前湾碎，在家里的農(nóng)場上宙攻，是無憂無慮的童年。年齡稍大些后介褥，菲爾特漸漸意識到自己對機械技術有著濃厚的興趣和很高的天賦座掘，于是在16歲時到鎮(zhèn)上找了一家機器坊，開始了機械設計生涯柔滔。1882年初溢陪，20歲的菲爾特來到芝加哥的一家軋鋼廠擔任領班，工作之余睛廊，一個個的分散的零件在他腦中相互連接形真，它們不斷調(diào)整著自己的位置和形狀，一臺按鍵式計算器的架構逐漸成形超全。
然而當機器的所有細節(jié)都已就位咆霜，菲爾特卻犯起了難——一沒有資金，二沒有合適的材料嘶朱，模型一直停留在想象當中蛾坯。有一天，他突然發(fā)現(xiàn)裝通心粉的盒子和他構想的機器外形十分相似疏遏，也許能派上用場偿衰，說做就做挂疆，從1884年的感恩節(jié)假期，到1885年元旦過后不久下翎，第一臺樸素原型機誕生了——這是一只木質(zhì)的通心粉盒子，里面組裝著從小商店里淘來的肉扦子宝当、訂書釘视事、橡皮筋等小零件。
放錯了庆揩，不是通心粉俐东，是盒子！
好在不多久订晌，菲爾特就遇到了贊助商羅伯特·塔蘭特（Robert Tarrant）虏辫。塔蘭特十分看好菲爾特計算器的前景，于是給他提供了每周6美元的補助和一個像樣的工作臺锈拨，以及高達5000美元的制作費用砌庄。
事實證明，塔蘭特的眼光是正確的奕枢。1886年的秋天娄昆，菲爾特就做出了第一臺實際可用的原型，并于次年7月獲得專利缝彬。1887年11月萌焰，倆人簽訂合作協(xié)議，一個提供技術谷浅，一個提供資金扒俯，于1889年1月25日成立菲爾特&塔蘭特制造公司（Felt & Tarrant Manufacturing Company）。他們?yōu)樗a(chǎn)的計算器專門想了個名字——comptometer（計算儀）一疯，這個單詞后來成為按鍵式計算器的代名詞撼玄，盡管菲爾特和塔蘭特一再強調(diào)其商標的專用性。
計算儀的內(nèi)部實現(xiàn)基本參考了帕斯卡的算術機违施，尤其在進位方面沿用了他的蘇托爾裝置互纯。在此基礎上，菲爾特又照搬了美國人托馬斯·希爾（Thomas Hill）的按鍵設計磕蒲。
這是一種“全鍵盤”設計十偶，每個數(shù)位都有1～9九個按鍵（0不需要置數(shù)）菩鲜，某一位上要置什么數(shù)，就按下這一列上對應的按鍵惦积。每列按鍵都裝在一根杠桿上接校，杠桿前端有一根與杠桿垂直的齒條，按下按鍵帶動杠桿擺動狮崩，與齒條嚙合的齒輪隨之旋轉一定角度蛛勉。按鍵1～9的鍵程依次遞增，按下之后所帶動杠桿擺動的幅度便依次遞增睦柴，齒輪旋轉的角度也依次遞增诽凌。手指抬起后，在彈簧的作用下坦敌，按鍵和杠桿恢復原位侣诵，同時帶動齒輪反向旋轉，此時的齒輪帶動示數(shù)輪旋轉相應角度恬试。這意味著窝趣，按完一個鍵，這個鍵所代表的數(shù)值就已經(jīng)被累加到結果之上了训柴，置數(shù)與計算一氣呵成哑舒，不再像手搖計算器那樣，完成置數(shù)后還要旋轉計算手柄幻馁。
公司成立之后洗鸵，在菲爾特的持續(xù)改進下，計算儀經(jīng)歷了多個階段的發(fā)展仗嗦。
1889～1903年間膘滨，F(xiàn)&T公司生產(chǎn)了約6500臺計算儀，它們是通心粉盒子的“直系后代”稀拐，有著木質(zhì)的外殼火邓。作為一款產(chǎn)品，此時的算術儀已經(jīng)擁有了一些出色的細節(jié)設計德撬，比如按鍵——在縱向上铲咨，菲爾特采用了雙色設計，每三列按鍵替換一種顏色蜓洪，方便使用者辨別數(shù)位纤勒；在橫向上，奇數(shù)行和偶數(shù)行上的鍵有著不同的觸感隆檀，前者表面平坦而規(guī)整摇天，后者表面兩端微微翹起粹湃，方便使用者辨別數(shù)字；由于減法的實現(xiàn)沿用了帕斯卡的補碼方法泉坐，每個按鍵的數(shù)字旁邊用小字號標著它的補九碼为鳄。
木質(zhì)的機器雖然輕巧，但不夠結實坚冀，1904～1906年济赎，菲爾特將材料改為了金屬，這一階段的計算儀有了型號——Model A记某。在這一型中，菲爾特優(yōu)化了帕斯卡的進位機構构捡，使得按下按鍵所需的力減少了四分之三液南，并改進了清零功能——只需要旋轉1周機器側身的把手即可（之前的機器需要轉多周）。最了不起的勾徽，是支持同時按下多個數(shù)位上的按鍵滑凉，這一特性大大提升了計算儀的使用效率，以至于后來電子計算器出現(xiàn)后喘帚，某些情況下計算儀的速度仍更勝一籌畅姊。
1907～1915年相繼推出了Model B～E。其中吹由，產(chǎn)于1913～1915年的Model E增加了一種錯誤“應激”機制：當某個按鍵沒有按到位（按得太輕）時若未，除了該按鍵所在的那一列，其他所有列的按鍵都會自動鎖死倾鲫，需要使用者將這個按鍵按到位后粗合，使用解鎖按鈕將它們解鎖，才能繼續(xù)置數(shù)乌昔。按鍵的自鎖功能是由包裹在其周圍的金屬片實現(xiàn)的隙疚，看上去像一個小人萌萌地捂著自己的耳朵。
1915～1920年推出的Model F將Model E的鎖鍵機構移進了盒內(nèi)磕道，并將解鎖按鈕做成了醒目的紅色供屉。這一型計算儀得到了市場的強烈反響，銷量超過4萬臺溺蕉。
1920年～二戰(zhàn)前伶丐，持續(xù)改進的Model H、Model J和ST（Super Totalizer）等型號將這種經(jīng)典的“鞋盒形”計算儀推向了極致焙贷。其中撵割，ST型還在原本結果示數(shù)的下方增加了一排可臨時記錄中間結果的區(qū)域。
30年代～50年代辙芍，Model K啡彬、Model 992等機型相繼問世羹与，F(xiàn)&T公司仿效電動打字機的做法，為它們加裝了馬達庶灿，旨在減輕按鍵所需的指力纵搁，從而進一步提高使用體驗和效率。
F&T公司在機械計算器市場一路高歌猛進往踢，菲爾特在計算儀的改進上先后取得了46項美國專利和25項國外專利腾誉。在1947年F&T公司國有化之后，計算儀的生產(chǎn)幾經(jīng)易主峻呕，1961年利职，其實際控股公司推出了世界上第一批電子計算器ANITA Mark VII和ANITA Mark VIII——計算儀被它青出于藍的后裔逐漸替代。
菲爾特不僅開辟了按鍵計算器市場瘦癌，還誘發(fā)了另一個配套行業(yè)的興起——計算儀培訓猪贪。由于人機交互方式從手搖到按鍵的根本性變革，解決計算問題的操作步驟和技巧也與以前有了很大不同讯私。菲爾特認為热押，本身只提供加減功能的計算儀更像一款通用型工具，只有掌握了豐富的算法斤寇，才能應對各領域復雜的計算問題桶癣。1914年，菲爾特出版了一本厚達600頁的專著——《Applied Mechanical Arithmetic as practised on the Comptometer》娘锁，提供了各種主流計算問題的最佳算法牙寞。到20年代晚期，全美一共涌現(xiàn)了超過百家計算儀的培訓學校致盟，加上其他國家的學校碎税，平均每年約有2萬名畢業(yè)生成為合格的計算儀操作員（comptometrist），支撐起日漸繁榮的機械計算時代馏锡。
后話
菲爾特的人生無疑是得意的雷蹂，F(xiàn)&T公司成立那年，27歲的他就已榮獲富蘭克林學會的約翰·斯科特獎章杯道。除了從商匪煌，菲爾特還擔任過美國商務部大使。他環(huán)游世界党巾，成為一名出色的攝影師萎庭，其許多有關一戰(zhàn)的攝影作品為政府所用。
1919年齿拂，57歲的菲爾特被密歇根湖畔的美景深深吸引驳规，便在這里一個叫霍蘭的鎮(zhèn)郊買下幾百畝地。隨后他用了三四年的時間署海，建起一座12000多平方英尺（約1115平方米）的豪華公館吗购。公館內(nèi)設25個房間和1個三層樓高的舞廳医男，足夠菲爾特夫婦和他們4位已婚女兒各自的家庭共同生活。不幸的是捻勉，在這個大家庭入住僅6個星期后镀梭，菲爾特的妻子就去世了，而他自己也在一年半后死于中風踱启。
1949年后报账，菲爾特公館幾經(jīng)易手，最后由州政府接管埠偿，成為一處尋覓計算機歷史的圣地透罢。
參考文獻
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