機(jī)械計(jì)算的歷史在齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)下推進(jìn)了兩個(gè)世紀(jì)。齒輪要工作，必須給它一個(gè)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，無(wú)論是旋鈕還是手柄，都逃不出這樣的思維定式，靠手柄驅(qū)動(dòng)的機(jī)械計(jì)算器也常被統(tǒng)稱為手搖（式）計(jì)算器。
我們都知道，后來(lái)人與計(jì)算器的交互形式是按鍵的，這比手搖方便、快捷得多。對(duì)于電子計(jì)算器，很容易通過(guò)按鍵操作實(shí)現(xiàn)電路的通斷控制，但在機(jī)械計(jì)算器中，如何靠按鍵驅(qū)動(dòng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)呢？
最早的按鍵輸入出現(xiàn)于與計(jì)算毫無(wú)關(guān)系的領(lǐng)域。1714年，英國(guó)人亨利·米爾（Henry Mill）取得打字機(jī)的發(fā)明專利，此時(shí)，年近古稀的萊布尼茨正從曠日持久的微積分之爭(zhēng)中敗下陣來(lái)；19世紀(jì)初，意大利一位美麗的貴族女性雙目失明，深愛(ài)著她的男友和她的哥哥合力為她建造了第一臺(tái)打字機(jī)，此時(shí)，年輕的托馬斯還沒(méi)有想到算術(shù)儀的點(diǎn)子；1874年，素有“打字機(jī)之父”之稱的美國(guó)人克里斯托夫·拉森·肖爾斯（Christopher Latham Sholes）開(kāi)始了打字機(jī)的商業(yè)化生產(chǎn)，并設(shè)計(jì)了我們熟悉的“QWERTY”樣式，此時(shí)，托馬斯剛過(guò)世不久，他的算術(shù)儀占據(jù)了整個(gè)機(jī)械計(jì)算市場(chǎng)，而鮑德溫和奧德納還未取得銷輪計(jì)算器的專利。
打字機(jī)便捷的鍵盤(pán)操作啟發(fā)著機(jī)械計(jì)算器的設(shè)計(jì)者們，最早的按鍵式計(jì)算器設(shè)計(jì)見(jiàn)諸1822年《新世紀(jì)的發(fā)明》（《A New Century of Inventions: Being Designs & Descriptions of One Hundred Machines, relating to Arts, Manufactures, & Domestic Life》，作者James White）一書(shū)，隨后有意、法、美等多國(guó)的發(fā)明家為按鍵式計(jì)算器的建造與改進(jìn)前赴后繼。在歷經(jīng)60多年默默無(wú)聞的技術(shù)儲(chǔ)備之后，按鍵式計(jì)算器終于由一位名叫做多爾·尤金·菲爾特（Dorr Eugene Felt）的美國(guó)人帶進(jìn)了大眾的視野。
菲爾特和他的機(jī)器
菲爾特出生于美國(guó)威斯康星洲的貝洛伊特鎮(zhèn)，14歲前，在家里的農(nóng)場(chǎng)上，是無(wú)憂無(wú)慮的童年。年齡稍大些后，菲爾特漸漸意識(shí)到自己對(duì)機(jī)械技術(shù)有著濃厚的興趣和很高的天賦，于是在16歲時(shí)到鎮(zhèn)上找了一家機(jī)器坊，開(kāi)始了機(jī)械設(shè)計(jì)生涯。1882年初，20歲的菲爾特來(lái)到芝加哥的一家軋鋼廠擔(dān)任領(lǐng)班，工作之余，一個(gè)個(gè)的分散的零件在他腦中相互連接，它們不斷調(diào)整著自己的位置和形狀，一臺(tái)按鍵式計(jì)算器的架構(gòu)逐漸成形。
然而當(dāng)機(jī)器的所有細(xì)節(jié)都已就位，菲爾特卻犯起了難——一沒(méi)有資金，二沒(méi)有合適的材料，模型一直停留在想象當(dāng)中。有一天，他突然發(fā)現(xiàn)裝通心粉的盒子和他構(gòu)想的機(jī)器外形十分相似，也許能派上用場(chǎng)，說(shuō)做就做，從1884年的感恩節(jié)假期，到1885年元旦過(guò)后不久，第一臺(tái)樸素原型機(jī)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(lái)的肉扦子、訂書(shū)釘、橡皮筋等小零件。
放錯(cuò)了，不是通心粉，是盒子！
好在不多久，菲爾特就遇到了贊助商羅伯特·塔蘭特（Robert Tarrant）。塔蘭特十分看好菲爾特計(jì)算器的前景，于是給他提供了每周6美元的補(bǔ)助和一個(gè)像樣的工作臺(tái)，以及高達(dá)5000美元的制作費(fèi)用。
事實(shí)證明，塔蘭特的眼光是正確的。1886年的秋天，菲爾特就做出了第一臺(tái)實(shí)際可用的原型，并于次年7月獲得專利。1887年11月，倆人簽訂合作協(xié)議，一個(gè)提供技術(shù)，一個(gè)提供資金，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(jì)算器專門(mén)想了個(gè)名字——comptometer（計(jì)算儀），這個(gè)單詞后來(lái)成為按鍵式計(jì)算器的代名詞，盡管菲爾特和塔蘭特一再?gòu)?qiáng)調(diào)其商標(biāo)的專用性。
計(jì)算儀的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)基本參考了帕斯卡的算術(shù)機(jī)，尤其在進(jìn)位方面沿用了他的蘇托爾裝置。在此基礎(chǔ)上，菲爾特又照搬了美國(guó)人托馬斯·希爾（Thomas Hill）的按鍵設(shè)計(jì)。
這是一種“全鍵盤(pán)”設(shè)計(jì)，每個(gè)數(shù)位都有1～9九個(gè)按鍵（0不需要置數(shù)），某一位上要置什么數(shù)，就按下這一列上對(duì)應(yīng)的按鍵。每列按鍵都裝在一根杠桿上，杠桿前端有一根與杠桿垂直的齒條，按下按鍵帶動(dòng)杠桿擺動(dòng)，與齒條嚙合的齒輪隨之旋轉(zhuǎn)一定角度。按鍵1～9的鍵程依次遞增，按下之后所帶動(dòng)杠桿擺動(dòng)的幅度便依次遞增，齒輪旋轉(zhuǎn)的角度也依次遞增。手指抬起后，在彈簧的作用下，按鍵和杠桿恢復(fù)原位，同時(shí)帶動(dòng)齒輪反向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)的齒輪帶動(dòng)示數(shù)輪旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度。這意味著，按完一個(gè)鍵，這個(gè)鍵所代表的數(shù)值就已經(jīng)被累加到結(jié)果之上了，置數(shù)與計(jì)算一氣呵成，不再像手搖計(jì)算器那樣，完成置數(shù)后還要旋轉(zhuǎn)計(jì)算手柄。
公司成立之后，在菲爾特的持續(xù)改進(jìn)下，計(jì)算儀經(jīng)歷了多個(gè)階段的發(fā)展。
1889～1903年間，F(xiàn)&T公司生產(chǎn)了約6500臺(tái)計(jì)算儀，它們是通心粉盒子的“直系后代”，有著木質(zhì)的外殼。作為一款產(chǎn)品，此時(shí)的算術(shù)儀已經(jīng)擁有了一些出色的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，比如按鍵——在縱向上，菲爾特采用了雙色設(shè)計(jì)，每三列按鍵替換一種顏色，方便使用者辨別數(shù)位；在橫向上，奇數(shù)行和偶數(shù)行上的鍵有著不同的觸感，前者表面平坦而規(guī)整，后者表面兩端微微翹起，方便使用者辨別數(shù)字；由于減法的實(shí)現(xiàn)沿用了帕斯卡的補(bǔ)碼方法，每個(gè)按鍵的數(shù)字旁邊用小字號(hào)標(biāo)著它的補(bǔ)九碼。
木質(zhì)的機(jī)器雖然輕巧，但不夠結(jié)實(shí)，1904～1906年，菲爾特將材料改為了金屬，這一階段的計(jì)算儀有了型號(hào)——Model A。在這一型中，菲爾特優(yōu)化了帕斯卡的進(jìn)位機(jī)構(gòu)，使得按下按鍵所需的力減少了四分之三，并改進(jìn)了清零功能——只需要旋轉(zhuǎn)1周機(jī)器側(cè)身的把手即可（之前的機(jī)器需要轉(zhuǎn)多周）。最了不起的，是支持同時(shí)按下多個(gè)數(shù)位上的按鍵，這一特性大大提升了計(jì)算儀的使用效率，以至于后來(lái)電子計(jì)算器出現(xiàn)后，某些情況下計(jì)算儀的速度仍更勝一籌。
1907～1915年相繼推出了Model B～E。其中，產(chǎn)于1913～1915年的Model E增加了一種錯(cuò)誤“應(yīng)激”機(jī)制：當(dāng)某個(gè)按鍵沒(méi)有按到位（按得太輕）時(shí)，除了該按鍵所在的那一列，其他所有列的按鍵都會(huì)自動(dòng)鎖死，需要使用者將這個(gè)按鍵按到位后，使用解鎖按鈕將它們解鎖，才能繼續(xù)置數(shù)。按鍵的自鎖功能是由包裹在其周圍的金屬片實(shí)現(xiàn)的，看上去像一個(gè)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(jī)構(gòu)移進(jìn)了盒內(nèi)，并將解鎖按鈕做成了醒目的紅色。這一型計(jì)算儀得到了市場(chǎng)的強(qiáng)烈反響，銷量超過(guò)4萬(wàn)臺(tái)。
1920年～二戰(zhàn)前，持續(xù)改進(jìn)的Model H、Model J和ST（Super Totalizer）等型號(hào)將這種經(jīng)典的“鞋盒形”計(jì)算儀推向了極致。其中，ST型還在原本結(jié)果示數(shù)的下方增加了一排可臨時(shí)記錄中間結(jié)果的區(qū)域。
30年代～50年代，Model K、Model 992等機(jī)型相繼問(wèn)世，F(xiàn)&T公司仿效電動(dòng)打字機(jī)的做法，為它們加裝了馬達(dá)，旨在減輕按鍵所需的指力，從而進(jìn)一步提高使用體驗(yàn)和效率。
F&T公司在機(jī)械計(jì)算器市場(chǎng)一路高歌猛進(jìn)，菲爾特在計(jì)算儀的改進(jìn)上先后取得了46項(xiàng)美國(guó)專利和25項(xiàng)國(guó)外專利。在1947年F&T公司國(guó)有化之后，計(jì)算儀的生產(chǎn)幾經(jīng)易主，1961年，其實(shí)際控股公司推出了世界上第一批電子計(jì)算器ANITA Mark VII和ANITA Mark VIII——計(jì)算儀被它青出于藍(lán)的后裔逐漸替代。
菲爾特不僅開(kāi)辟了按鍵計(jì)算器市場(chǎng)，還誘發(fā)了另一個(gè)配套行業(yè)的興起——計(jì)算儀培訓(xùn)。由于人機(jī)交互方式從手搖到按鍵的根本性變革，解決計(jì)算問(wèn)題的操作步驟和技巧也與以前有了很大不同。菲爾特認(rèn)為，本身只提供加減功能的計(jì)算儀更像一款通用型工具，只有掌握了豐富的算法，才能應(yīng)對(duì)各領(lǐng)域復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題。1914年，菲爾特出版了一本厚達(dá)600頁(yè)的專著——《Applied Mechanical Arithmetic as practised on the Comptometer》，提供了各種主流計(jì)算問(wèn)題的最佳算法。到20年代晚期，全美一共涌現(xiàn)了超過(guò)百家計(jì)算儀的培訓(xùn)學(xué)校，加上其他國(guó)家的學(xué)校，平均每年約有2萬(wàn)名畢業(yè)生成為合格的計(jì)算儀操作員（comptometrist），支撐起日漸繁榮的機(jī)械計(jì)算時(shí)代。
后話
菲爾特的人生無(wú)疑是得意的，F(xiàn)&T公司成立那年，27歲的他就已榮獲富蘭克林學(xué)會(huì)的約翰·斯科特獎(jiǎng)?wù)?。除了從商，菲爾特還擔(dān)任過(guò)美國(guó)商務(wù)部大使。他環(huán)游世界，成為一名出色的攝影師，其許多有關(guān)一戰(zhàn)的攝影作品為政府所用。
1919年，57歲的菲爾特被密歇根湖畔的美景深深吸引，便在這里一個(gè)叫霍蘭的鎮(zhèn)郊買(mǎi)下幾百畝地。隨后他用了三四年的時(shí)間，建起一座12000多平方英尺（約1115平方米）的豪華公館。公館內(nèi)設(shè)25個(gè)房間和1個(gè)三層樓高的舞廳，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，在這個(gè)大家庭入住僅6個(gè)星期后，菲爾特的妻子就去世了，而他自己也在一年半后死于中風(fēng)。
1949年后，菲爾特公館幾經(jīng)易手，最后由州政府接管，成為一處尋覓計(jì)算機(jī)歷史的圣地。
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