기계식 계산기
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1. 개요
기계식 계산기는 고대부터 시작되어 17세기에 본격적으로 발명되었으며, 20세기 초까지 데스크톱 컴퓨팅 시장을 지배했다. 주판, 안티키테라 기계와 같은 초기 계산 도구에서 시작하여, 17세기에 파스칼의 계산기, 라이프니츠의 계단식 계산기와 같은 기계식 계산기가 등장했다. 19세기에는 아리트모메트르와 컴토미터와 같은 상업적인 기계식 계산기가 개발되었고, 찰스 배비지의 차분기관과 해석기관은 현대 컴퓨터의 개념을 제시했다. 20세기에는 자동화된 기계식 계산기가 등장했으며, 한국에서는 야즈 료이치의 자동산반과 타이거 계산기가 사용되었다. 이러한 기계식 계산기는 전자식 계산기의 등장과 함께 점차 쇠퇴했지만, 계산 기술 발전에 중요한 유산을 남겼다.
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| 기계식 계산기 | |
|---|---|
| 지도 | |
| 기본 정보 | |
| 종류 | 계산기 |
| 작동 방식 | 기계적 |
| 사용 | 산술 연산 |
| 전원 | 수동 |
| 시대 | 17세기 ~ 20세기 중반 |
| 관련 인물 | 빌헬름 시카르트 블레즈 파스칼 고트프리트 빌헬름 라이프니츠 찰스 바베지 발타자르 게르하르트 윌 고트 프랭크 스테판 볼드윈 오드너 커티스 달튼 마치 먼로 프리덴 |
| 역사 | |
| 초기 발명 | 빌헬름 시카르트의 계산 시계 (1623년) 블레즈 파스칼의 파스칼린 (1642년) |
| 라이프니츠의 계산기 | 고트프리트 빌헬름 라이프니츠의 스텝 실린더 (1673년) |
| 산업화 시대 | 19세기 초반 상용화 |
| 20세기 | 전자 계산기로 대체 |
| 기술적 측면 | |
| 주요 부품 | 기어 레버 실린더 다이얼 |
| 연산 방식 | 덧셈 뺄셈 곱셈 나눗셈 |
| 정밀도 | 제한된 소수점 자리수 |
| 속도 | 상대적으로 느림 |
| 유형 | |
| 덧셈기 | 덧셈과 뺄셈만 가능 |
| 곱셈기 | 덧셈, 뺄셈, 곱셈 가능 |
| 나눗셈기 | 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 가능 |
| 인쇄 기능 | 결과 인쇄 가능 |
| 문화적 영향 | |
| 과학 기술 발달 | 과학 및 공학 분야 계산 지원 |
| 수동 계산 시대 종결 | 전자 계산기 발달의 기반 마련 |
| 추가 정보 | |
| 관련 용어 | 계산기 컴퓨터 아날로그 계산기 전자 계산기 |
| 참고 문헌 | |
2. 초기 역사 (17세기 이전)
계산 도구의 역사는 고대 메소포타미아와 이집트 문명까지 거슬러 올라간다. 고대 중국에서는 주판이 발명되어 널리 사용되었으며, 이는 동아시아 전역으로 확산되었다. 고대 그리스에서는 안티키테라 기계와 같은 정교한 천문 계산 장치가 제작되었다.[19]
하워드 아이켄은 1937년 IBM에 제출한 자동 계산기 제안에서, 산술 계산에서 시간과 정신적 노력을 절약하고 인간의 오류 가능성을 제거하려는 욕구는 산술 자체의 역사만큼이나 오래되었다고 언급했다. 이러한 욕구는 계산을 위한 다양한 보조 도구의 설계와 제작으로 이어졌는데, 처음에는 자갈과 같은 작은 물체를 사용하다가 점차 발전하여 틀에 고정된 철사에 구슬을 장착한 주판과 같은 형태로 발전했다.
주판 발명 이후, 1617년 존 네이피어가 네이피어의 뼈를 고안하기 전까지는 큰 발전이 없었다. 1642년 블레즈 파스칼이 최초의 기계식 계산기를 고안하였다.
2. 1. 주판
주판은 고대부터 계산을 위해 사용된 도구이다. 처음에는 자갈과 같은 작은 물체를 사용하다가, 점차 발전하여 틀에 고정된 철사에 구슬을 장착한 형태로 발전했다. 셈족이 발명한 것으로 추정되며, 인도, 유럽, 중국, 일본 등지로 퍼져나갔다.[19] 한국에서는 조선 시대 산학(算學) 교육에서 주판이 중요한 역할을 했다.2. 2. 기타 고대 계산 도구
서기 이전에는 오도미터와 안티키테라 기계가 있는데, 이것은 보기 드물고 독특한 기어식 천문 시계이다. 안티키테라 기계는 톱니바퀴를 이용한 복잡한 계산 장치로, 천체 운행을 예측하는 데 사용되었다.[1] 안티키테라 기계 이후 1000년 이상 지나 초기 기계식 시계, 기어식 천체 측량기구가 뒤따랐고, 15세기에 보행계가 뒤따랐다.[1] 이러한 기계는 모두 어떤 종류의 캐리 메커니즘에 의해 연결된 이빨이 있는 기어로 만들어졌다.[1] 이러한 기계는 기계식 계산기와 달리 모든 바퀴가 독립적이지만 산술 규칙에 의해 함께 연결되어 있는 것과 달리 동일한 초기 설정에 대해 항상 동일한 결과를 생성한다.[1]3. 17세기: 기계식 계산기의 탄생
17세기 유럽에서는 과학 혁명과 함께 계산의 필요성이 증대되면서 기계식 계산기가 발명되었다.
빌헬름 쉬카르트(Wilhelm Schickard), 파스칼, 라이프니츠는 17세기에 매우 각광받았던 시계 장치에서 영감을 받았을 것으로 추정된다.[30] 그러나 단순히 맞물린 기어들을 적용하는 것만으로는 계산기를 만들기에 충분하지 않았다. 쉬카르트는 자리올림을 위해 단일 톱니 "절단된 기어"를 사용했고, 파스칼은 추를 이용한 솔투아(sautoir)로 이를 개선했다. 라이프니츠는 곱셈을 더 효율적으로 수행하기 위해 이동식 캐리지를 사용했지만, 완전한 자리올림 메커니즘은 구현하지 못했다.
17세기의 기술적 한계로 인해, 시계 원리를 이용한 직접 입력 계산 기계는 추가적인 혁신 없이는 완전히 효과적인 계산 기계를 만들기 어려웠다.[33] 자리올림을 여러 자릿수로 전달할 때 기어가 걸리는 문제가 발생했기 때문이다. 현존하는 유일한 17세기 계산 시계들은 기계 전체에 걸친 자리올림 메커니즘이 없어, 완전한 기계식 계산기라고 할 수 없다. 18세기에 조반니 폴레니(Giovanni Poleni)가 제작한 계산 시계는 훨씬 더 성공적이었으며, 숫자를 먼저 새기고 처리하는 이중 동작 방식이었다.
17세기에는 다음과 같은 초기 기계식 계산기 시도들이 있었다.
- 1623년, 독일의 빌헬름 쉬카르트(Wilhelm Schickard)가 계산 시계를 설계했다.
- 1643년경, 루앙의 프랑스 시계 제작자가 파스칼의 연구에 대해 듣고 자신이 계산 시계를 디자인했다고 주장했다.[37] 파스칼은 이 소식을 듣고 직원을 해고하며 계산기 개발을 중단했다가,[38] 왕실 특허를 확보한 후에야 활동을 재개했다.[39][40] 이 계산 시계는 제대로 작동하지 않았고, 파스칼은 이를 "avorton"(유산아)이라고 불렀다.
- 1659년, 이탈리아의 티토 리비오 부라티니(Tito Livio Burattini)는 작은 자리올림 톱니바퀴와 짝을 이룬 9개의 독립적인 톱니바퀴를 가진 기계를 제작했다.[41]
- 1666년, 사무엘 모를랜드(Samuel Morland)는 화폐 합계를 계산하도록 설계된 기계를 발명했지만,[42] 진정한 덧셈 기계는 아니었다. 티토 리비오 부라티니(Tito Livio Burattini)의 기계와 매우 유사했다.
- 1673년, 프랑스 시계 제작자 르네 그릴레는 파스칼의 계산기보다 작고 뺄셈을 위해 가역적인 계산 기계를 설명했다. 그러나 알려진 두 대의 그릴레 기계[45]에는 자리올림 메커니즘이 없었고, 9개의 독립적인 다이얼 3줄과 곱셈 및 나눗셈을 위한 9개의 회전 네이피어 막대를 가지고 있었다. 그릴레의 주장과는 달리, 이 기계는 기계식 계산기가 아니었다.[46]
17세기에는 빌헬름 쉬카르트(Wilhelm Schickard), 파스칼, 라이프니츠 등이 기계식 계산기를 설계·제작했으며, 18세기 말까지 산발적으로 연구 및 개발이 이루어졌다.
3. 1. 빌헬름 시카르트의 계산 시계
1623년과 1624년, 빌헬름 쉴리카르트(Wilhelm Schickard)는 요하네스 케플러(Johannes Kepler)에게 보낸 두 통의 편지에서 "산술 기구(arithmeticum organum)" 또는 후에 레헨우어(Rechenuhr, 계산 시계)로 불리게 된 기계의 설계 및 제작에 대해 보고했습니다. 이 기계는 사칙연산(덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈)을 돕도록 설계되었으며, 쉴리카르트는 천문표 계산이라는 어려운 작업에 도움이 될 것이라고 제안했습니다. 이 기계는 6자리 숫자를 더하고 뺄 수 있었고, 용량 초과 시 종을 울려 알렸습니다. 기본적인 덧셈 기계는 주로 여러 자릿수의 숫자를 더하거나 곱하는 어려운 작업을 돕기 위해 제공되었습니다. 이를 위해 회전 가능한 네이피어의 뼈(Napier's bones)가 독창적으로 배치되어 장착되었습니다. 중간 계산 결과를 기록하는 추가적인 "메모리 레지스터"도 있었습니다. 쉴리카르트는 덧셈 기계가 작동한다고 언급했지만, 편지에서 그는 요한 피스터(Johann Pfister)라는 시계 제작 전문가에게 완성된 기계를 제작하도록 의뢰했다고 밝혔습니다. 유감스럽게도 이 기계는 아직 미완성 상태이거나, 어쨌든 인도되기 전에 화재로 파괴되었습니다. 쉴리카르트는 그 후 얼마 지나지 않아 프로젝트를 포기했습니다. 그는 30년 전쟁 중 1635년 흑사병으로 가족과 함께 사망했습니다.
쉴리카르트의 기계는 작동자의 입력으로 인한 손상을 방지하기 위해 더 강하고 무거운 시계 바퀴를 사용했습니다. 각 자릿수는 표시 바퀴, 입력 바퀴, 중간 바퀴를 사용했습니다. 자리 올림이 발생하는 동안 이 모든 바퀴는 자리 올림을 받는 자릿수의 바퀴와 맞물렸습니다.
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튀빙겐 대학교(Universität Tübingen)의 히브리어 교수였던 빌헬름 시히카르트(Wilhelm Schickard)가 1623년에 발명한 기계식 계산기. '계산 시계'(Calculating Clock)라고 불렸다.
파스칼, 라이프니츠의 계산기보다 기능은 적지만, 20년 앞서 발명되었다. 이 계산기는 6자리의 덧셈과 뺄셈, 그리고 오버플로우 감지 기능이 있었고, 여러 개의 네이피어의 뼈(Napier's bones)를 이용한 곱셈도 가능했다. 디자인은 20세기까지 소실되었지만, 1960년에 복제품이 만들어졌다. 시히카르트가 요하네스 케플러(Johannes Kepler)에게 보낸 편지에는 천체 계산(astronomical tables)에 대한 활용 방법이 적혀 있다.
3. 2. 블레즈 파스칼의 파스칼린
블레즈 파스칼(Blaise Pascal)은 1642년 정교한 자리 올림 메커니즘을 갖춘 기계식 계산기인 파스칼린을 발명했습니다. 3년간의 노력과 50개의 시제품[21] 제작 끝에 파스칼린을 대중에게 선보였고, 그 후 10년 동안 20대의 기계를 제작했습니다.[22] 파스칼린은 두 수를 직접 더하고 뺄 수 있었으며, 반복을 통해 곱셈과 나눗셈도 가능했습니다.
파스칼은 1642년, 19세 때부터 계산기 연구를 시작했습니다. 세금 징수관이었던 아버지의 업무를 돕기 위해 계산기 개발을 시작했고, 1652년까지 50여 대의 시제품을 만들었지만, 실제 판매된 것은 12대 정도에 불과했습니다. 파스칼린은 고가이고 복잡했기 때문에, 1652년에 제작이 중단되었습니다.
파스칼린은 십진법 기반 기계였지만, 당시 프랑스 통화(리브르)는 십진법이 아니었습니다. 프랑스 통화는 영국의 파운드, 실링, 펜스와 유사한 체계였기 때문에, 파스칼린을 사용하여 금액 계산을 할 경우 추가적인 변환이 필요했습니다. 프랑스는 1799년에 미터법으로 전환했습니다.
최초의 파스칼린은 5개의 다이얼을 가졌으며, 이후 6개 또는 8개의 다이얼을 가진 모델도 제작되었습니다. 최대 9,999,999까지의 수를 처리할 수 있었고, 각 다이얼은 한 자리 숫자를 나타냈으며, 계산 결과는 상단의 창에 표시되었습니다. 톱니바퀴는 한 방향으로만 회전했기 때문에 음수를 직접 계산할 수 없었고, 뺄셈은 9의 보수를 이용하여 덧셈으로 처리해야 했습니다.
3. 3. 고트프리트 빌헬름 라이프니츠의 계단식 계산기
고트프리트 빌헬름 라이프니츠(Gottfried Wilhelm Leibniz)는 1670년대에 계단형 톱니바퀴(단계식 톱니바퀴)와, 이와 맞물리는 위치에 따라 임의의 톱니 수만큼 단계적으로 회전하는 원판이라는 메커니즘을 고안했다. 이는 후대의 기계식 계산기에 큰 영향을 미쳤다. 라이프니츠는 이 메커니즘을 이용한 'Stepped Reckoner'(단계식 계산기)라는 기계식 계산기를 제작했으며, 곱셈과 나눗셈 기능도 추가했다. 그는 "훌륭한 사람이 노동자처럼 누구나 할 수 있는 계산에 시간을 낭비하는 것은 쓸모없다. 기계를 사용할 수 있다면 다른 사람에게 시키면 된다"라고 말했다고 전해진다.[32] 라이프니츠는 이진법의 창시자이기도 하며, 이는 후대의 컴퓨터에 영향을 주었다.
후술하는 오드넬(Odhner)의 계산기 등은 톱니가 출입하는 톱니바퀴를 이용하여 "임의의 톱니 수의 톱니바퀴"를 구현했다. 라이프니츠의 발상에 가까운 계단형 톱니바퀴를 사용하여 소형화한 것으로는 1948년에 등장한 쿠르트 헤르츠슈타르크(Curt Herzstark)의 쿠르타 계산기(Curta calculator)가 있다.
4. 18세기: 기술 발전과 한계
17세기부터 개발되기 시작한 기계식 계산기는 18세기에도 여러 기술자들에 의해 연구되었지만, 여전히 기술적인 한계와 높은 생산 비용으로 인해 널리 보급되지는 못했다.[90] 이러한 초기 기계식 계산기들은 주로 유럽에서 개발되었으며, 19세기에 들어서야 대량 생산과 함께 보급이 시작되었다.[90]
19세기 전반, 프랑스의 샤를-크사비에 토마 드 콜마는 아리스모미터를 개발하여 소규모로 판매하였고, 19세기 후반에는 이 기계의 개량형이 널리 보급되었다.[90] 또한, 스웨덴의 오드너(Odhner)가 설계한 계산기는 완성도가 높아 여러 회사에서 동형기 및 개량기를 생산하게 되는 계기가 되었다.[90]
5. 19세기: 산업혁명과 기계식 계산기의 전성기
19세기에는 산업혁명과 함께 대량생산 기술이 발전하면서 기계식 계산기는 사무 자동화의 핵심 도구로 자리 잡았다. 1851년 토마 드 콜마가 간소화된 아리트모메트르(Arithmomètre)를 출시하면서 기계식 계산기 산업이 본격적으로 시작되었는데, 이는 사무실 환경에서 매일 사용할 수 있는 최초의 기계였다.[59] 40년 동안 아리트모메트르는 유일하게 판매되는 기계식 계산기였으며 전 세계적으로 판매되었다. 1890년까지 약 2,500대의 아리트모메트르가 판매되었고,[60] 독일의 Burkhardt(1878년)와 영국의 Layton(1883년)에서 복제 기계를 수백 대 더 판매했다.
루이지 토르키는 1834년 최초의 직접 곱셈 기계를 발명했다.[57] 이 기계는 제임스 화이트(1822년)의 기계에 이어 세계에서 두 번째로 키를 이용한 기계였다.[58]
1874년 스웨덴의 기술자 빌고트 오드너(Vilgot Odhner)는 아리스모미터를 개량한 계산기를 개발했다. 오드너의 설계는 이후 많은 기계식 계산기의 모델이 되었다.
19세기에는 찰스 배비지의 계산기 설계도 등장했는데, 1822년에 시작된 차분기관(Difference Engine)은 이전 연산의 결과를 다음 연산에 지속적으로 사용했기 때문에 최초의 자동 계산기였으며,[62] 1834년에 시작된 해석기관(Analytical Engine)은 자카드 카드를 사용하여 프로그램과 데이터를 읽는 최초의 프로그래밍 가능한 계산기였다.[62]
기계식 계산기는 국가 통계, 회사의 경리부, 회계사나 세무사, 상점, 개인 사업자, 설계기사, 엔지니어, 이공 및 인문[90] 연구자 등에 의해 20세기 후반까지 일상적으로 활발하게 사용되었다. 기계식 계산기에서 덧셈과 뺄셈은 비교적 단순하며, 콤프토미터처럼 버튼을 누르는 조작만으로 계산할 수 있는 것도 있었다. 한편, 다수 자릿수의 곱셈과 나눗셈은 시프트 조작과 덧셈과 뺄셈의 반복이 필요하여 복잡했다.
1930년대 - 1940년대에 일본의 나카지마 아키라[91]와 미국의 클로드 섀넌에 의해 불 대수와의 대응 관계가 이론화되었다. 1940년대의 대형 계산 기계인 Harvard Mark I에는 계산을 위한 요소로서 기어의 사용이 남아 있다는 점에서 기계식 계산기로서의 부분이 아직 남아 있었다.
5. 1. 토마 드 콜마의 아리스모미터
1820년 토마 드 콜마는 세계 최초로 상업적으로 성공한 기계식 계산기 '아리스모미터(Arithmometer)'를 발명했다.[64] 아리스모미터는 19세기 후반까지 가장 널리 사용된 기계식 계산기였다.[59]1851년, 토마 드 콜마는 한 자릿수 곱셈/나눗셈 장치를 제거하여 자신의 계산기를 단순화했다. 이로 인해 단순한 덧셈 기계가 되었지만, 색인 누산기로 사용되는 이동식 캐리지 덕분에 여전히 사용자 제어 하에 쉬운 곱셈과 나눗셈이 가능했다.[63] 이 계산기는 당시 제조 기술에 맞춰 조정되었고, 토마스는 견고하고 안정적인 기계를 꾸준히 제조할 수 있었다.[63] 매뉴얼이 인쇄되었고 각 기계에는 일련 번호가 부여되었다. 은행, 보험 회사, 정부 기관에서는 일상적인 업무에 아리스모미터를 사용하기 시작하여 기계식 책상용 계산기를 사무실에 서서히 도입했다.[64]
1878년 독일의 부르크하르트는 토마스의 계산기를 처음으로 복제하여 제조했다. 그때까지 토마스 드 콜마르는 세계 유일의 책상용 기계식 계산기 제조업체였으며 약 1,500대의 기계를 제조했다.[65] 1890년까지 약 2,500대의 아리스모미터가 판매되었고,[60] 독일의 Burkhardt(1878년)와 영국의 Layton(1883년)에서 수백 대가 더 판매되었다. 결국 20개의 유럽 회사가 제2차 세계 대전까지 토마스의 계산기를 복제하여 제조했다.
5. 2. 오드너 계산기
1874년 스웨덴의 기술자 빌고트 오드너(Vilgot Odhner)(1845년 - 1903년)는 아리스모미터를 개량한 계산기를 개발했다.[92] 오드너의 설계는 이후 많은 기계식 계산기의 모델이 되었다. 그는 그 설계를 공개했기 때문에, 세계 여러 나라에서 그 설계를 기반으로 한 기계가 제작되었다.5. 3. 찰스 배비지의 차분기관과 해석기관
찰스 배비지는 1822년에 이전 연산 결과를 다음 연산에 사용하는 자동 계산기인 '차분기관'(Difference Engine)을 고안했다.[62] 1834년에는 현대 메인프레임 컴퓨터의 원형이 되는 해석기관(Analytical Engine) 설계를 시작했다.[73] 해석기관은 데이터와 프로그램을 위한 별도의 입력 스트림(원시적인 하버드 아키텍처), 결과 출력을 위한 프린터, 처리 장치(계산기, mill), 메모리(저장장치, store), 최초의 프로그래밍 명령어 집합을 갖추고 있었다.[74]
1843년, 에이다 러브레이스는 해석기관에 대한 프랑스어 기사를 번역하면서 알고리즘에 베르누이 수를 계산하는 방법을 기록했는데, 이는 최초의 컴퓨터 프로그램으로 간주된다. 1872년부터 1910년까지 헨리 배비지는 아버지의 기계인 "중앙 처리 장치"의 계산기(mill)를 만들기 위해 노력했다. 1906년, 그는 계산기를 시연하여 소수점 이하 29자리까지 π의 처음 44배수를 출력했다.
5. 4. 기타 19세기 기계식 계산기
루이지 토르키는 1834년 최초의 직접 곱셈 기계를 발명했습니다.[57] 이 기계는 제임스 화이트(1822년)의 기계에 이어 세계에서 두 번째로 키를 이용한 기계였습니다.[58]
'''컴프토미터'''는 기계식 계산기의 일종으로, 키를 누르는 것만으로 작동되는 최초의 계산기였습니다. 도어 펠트가 1887년에 특허를 취득했습니다. 그는 Felt and Tarrant Manufacturing Company를 설립했고, "컴프토미터"는 동사의 상표로 사용되었지만, 일반적으로 계산기를 나타내는 말로도 널리 퍼졌습니다. 주로 덧셈을 위해 설계되었지만, 사칙연산 모두가 어느 정도 가능한 것도 있었습니다. 용도에 따라 다양한 컴프토미터가 제조되었는데, 예를 들어 회계, 시간 계산, 영국식 무게 단위 계산 등 복잡한 것에는 100개 이상의 키를 가진 것도 있었습니다.
윌리엄 수어드 버로우스 1세는 1888년 8월 21일에 가산기 특허를 취득했습니다. 버로우스 애딩 머신 컴퍼니(Burroughs Adding Machine Company)는 후에 버로우스(Burroughs)로 개칭되었습니다. 전자식 회계기와 메인프레임을 제조했으며, 후에 스페리(Sperry)사와 합병하여 유니시스(Unisys)사가 되었습니다. 발명가 버로우스의 손자 윌리엄 S. 버로우스는 작가로 유명합니다.
버로우스 가산기의 특징은 계산 과정과 결과를 인쇄하여 종이에 기록을 남길 수 있도록 되어 있었다는 것입니다. 이로 인해 편리성이 급격히 향상되었습니다.
6. 20세기: 자동화와 전자식 계산기의 등장
20세기에는 전동식 기계식 계산기가 등장하여 계산 속도와 효율성을 크게 향상시켰다. 이전의 수동식 계산기에 비해 더 빠르고 복잡한 계산이 가능해졌으며, 특히 곱셈과 나눗셈 자동화는 사용 편의성을 높였다.
1940년대에는 릴레이와 진공관을 사용한 전기 기계식 계산기가 개발되었다. 대표적인 예로 하버드 마크 I과 같은 대형 계산 기계가 있으며, 카시오 14-A는 릴레이를 사용한 소형 계산기였다.[91] 카시오는 14-A에 대해 "순수 전기식"이라는 표현을 사용했는데, 이는 기계적 동작을 하는 릴레이를 사용했지만 기어와 같은 부품은 계산 요소로 사용하지 않았음을 의미한다.
1960년대 이후, 전자계산기가 등장하면서 기계식 계산기는 점차 쇠퇴하기 시작했다. 전자 계산기는 크기가 작고, 전력 소비가 적으며, 조작이 쉽고 연산 속도가 빨랐기 때문에, 저렴한 가격과 함께 널리 보급되면서 기계식 계산기를 대체하게 되었다.[92]
하지만 기계식 계산기는 20세기 후반까지 통계, 경리, 회계사, 세무사 등 계산 업무가 많은 분야에서 활발하게 사용되었다. 특히 컴토미터 방식의 계산기는 숙련된 작업자가 한 번의 손동작으로 모든 자릿수를 입력할 수 있어 10키 전자 계산기보다 빠르게 연속 입력이 가능했기 때문에 오랫동안 사용되었다.
6. 1. 20세기 초 기계식 계산기
20세기 초, 프라이든, 먼로, 마찬트와 같은 여러 회사에서 전동식 기계식 계산기를 생산했다.[92] 이 계산기들은 이전의 수동식 계산기보다 더 빠르고 효율적으로 복잡한 계산을 수행할 수 있었다. 특히 곱셈과 나눗셈의 자동화는 사용자가 더 쉽고 빠르게 계산을 완료할 수 있도록 도왔다.쿠르타 계산기는 휴대 가능한 소형 기계식 계산기로, 1948년에 출시되어 큰 인기를 얻었다.[92] 이 계산기는 한 손에 쏙 들어오는 작은 크기에도 불구하고, 복잡한 사칙연산을 수행할 수 있었기 때문에 엔지니어, 과학자, 회계사 등 다양한 분야의 전문가들에게 널리 사용되었다.
6. 2. 전기 기계식 계산기
1940년대에는 하버드 마크 I과 같은 대형 전기 기계식 계산기가 개발되었다.[91] 카시오 14-A는 릴레이를 사용한 소형 전기 기계식 계산기였다.[91] 카시오는 14-A와 그 연구 개발 과정의 계산기에 대해 "순수 전기식"이라는 표현을 사용했는데, 이는 릴레이라는 기계적인 동작을 하는 부품을 사용했지만, 기어와 같은 부품은 계산 요소로 사용하지 않았음을 의미한다.[91]7. 한국의 기계식 계산기
일제강점기에 한국에 기계식 계산기가 도입되었다. 광복 이후에도 사무 현장에서 기계식 계산기는 널리 사용되었다. 20세기 후반까지 회사 경리부, 회계사, 세무사 등 계산 업무가 많은 곳에서 사용되었다.[90]
일본에서는 쇼와 시대 전반부터 중반 무렵까지 활발하게 사용되었으며, 일반적인 사무실 등에서 흔히 볼 수 있었다.
7. 1. 야즈 료이치의 자동산반
메이지 시대 초기 일본의 계산 기구 발명에 대해서는 특허 외에도 내국권업박람회 출품 기록 조사 보고서에 몇 가지 흥미로운 것들이 발견되었지만[94], 자세한 내용은 전해지지 않는다.
명확하게 기계식 계산기의 형태를 갖추고 실제로 제작된 것으로는 야즈 료이치(1878-1908)의 「자동산반」(Patent Yazu Arithmometer)이 금속으로 제작된 최초의 실용적인 것으로 여겨진다. 회전하는 원판을 이용하는 점은 같지만, 세부 구조는 오드넬 등의 것과 다르며 독자적으로 고안한 것으로 보인다. 1901년 모리 오가이를 방문하여 계산기 모형을 보여주고 협력을 요청한 사실이 오가이의 「고쿠라 일기」에 기록되어 있어 후일 재발견으로 이어졌다. 야즈는 계산기 판매로 얻은 자금을 바탕으로 동력 항공기를 연구했지만, 엔진 시제작 후 요절했다.
자동산반은 1902년에 완성되어 같은 해 특허를 신청하였고, 1903년에 일본국 특허 제6010호를 취득했다. 기어식이지만, 다른 곳에서 볼 수 있는 출입 기어나 계단식 기어가 아니라, 이빨을 좌우로 이동시키는 독특한 방식이다. 내부 계산 방식은 십진법이지만, 입력은 주판 또는 이진법 방식으로 특정 자릿수의 숫자를 두 번의 조작으로 할 수 있도록 고안되었다. 승제산 방식은 타이거 계산기 등의 가감산 횟수를 카운트업하는 방식과 달리, 미리 설정한 승수 또는 제수를 카운트다운하는 방식이다. 또한 승제산에서는 자릿수 이동과 계산 종료를 자동으로 수행하는 기구도 있다고 알려져 있으며, 개량형 특허(일본국 특허 제18119호)에는 승산의 경우 작동 방식이 설명되어 있지만, 명확하지 않다. 우치야마 아키라에 의한 현존 기기 확인 시 수리로 작동을 확인했다고 되어 있지만, 2010년 와다의 보고서에서는 해당 기기가 개량형 특허의 것과 동일 기종이며, 승제산을 위한 기구가 있다는 것이 확인되었지만, 작동은 확인할 수 없었다고 한다.[95]
당시 가격으로 250JPY였고, 약 200대가 제작되었으며, 모리의 협력으로 육군성, 내무성, 농사시험장 등에 판매되었다.[96][97][98][99] 야즈는 자금을 얻어 시제작 엔진의 성공을 거두었지만, 비행기의 꿈은 이루지 못하고 5년 후 병으로 사망했다. 일본국 특허 제18119호는 아버지 명의로 되어 있다.
이후 기계식 계산기로는 타이거 계산기가 대표적인 존재가 되었고, 고쿠라 일기가 분실된 것 등의 이유로 야즈의 자동산반은 잊혀졌다. 1950년대에 고쿠라 일기가 발견되면서 자동산반이 재발견되었고, 현존 기기도 확인되었다. 현존 기기는 후에 북큐슈시립문학관에 기증되었으며, 현재는 동관 소장이다. 2008년 7월에는 기계유산 제30호로 인정되었다.[100]
야즈가 특허를 취득한 1903년은, 마침 라이트 형제의 라이트 플라이어 초비행 성공의 해였다.
7. 2. 타이거 계산기
일본에서는 다이쇼 시대에 오오모토 토라지로에 의해 "타이거 계산기"가 개발되었으며, 그 상표는 다른 브랜드를 포함하여 동일한 계통의 구조를 가진 계산기를 가리키는 일본에서의 대명사(상표의 보통명칭화)가 되었다. 타이거 계산기는 1970년까지 판매되었다.[101] 『계산기야 각전하리』(하드커버판에서는 pp. 154-155)에 따르면, 오오모토는 참고한 기계가 있다고 언급하지 않았다고 하나, 기본적인 구조는 앞서 언급된 오도넬의 계산기에 준한다. 그러나 기계적인 완성도가 높고, 조작성이 좋은 레버를 이용해 리셋 조작이 가능하며, 누산 카운터의 곱셈과 나눗셈 모드 전환이 자동으로 선택되는 등 다양한 개량과 고기능화가 이루어졌다.
8. 기계식 계산기의 유산
기계식 계산기는 현대 컴퓨터의 발전에 중요한 기술적, 개념적 토대를 제공했다. 17세기에 시카르트, 파스칼, 라이프니츠 등이 설계·제작한 초기 기계식 계산기는 19세기에 대량생산되어 보급되기 시작했다. 프랑스의 샤를-크사비에 토마 드 콜마가 개발한 아리스모미터와 스웨덴의 오드너(Odhner)의 계산기는 널리 보급되었고, 일본의 "타이거 계산기"도 오드너의 설계를 기반으로 만들어졌다.
기계식 계산기는 20세기 후반까지 국가 통계, 회사 경리부, 회계사, 세무사, 설계기사, 엔지니어 등 다양한 분야에서 널리 사용되었다. 쇼와 시대 일본에서도 사무실 등에서 흔히 볼 수 있었다.
기계식 계산기는 덧셈과 뺄셈은 비교적 단순했지만, 곱셈과 나눗셈은 복잡하여 시프트 조작과 덧셈, 뺄셈의 반복이 필요했다. 특히 나눗셈은 "더하기 되돌리기법"이나 "빼기 내버리기법"과 같은 알고리즘을 사용해야 할 정도로 복잡했다. 이러한 복잡성은 동력화에 의한 자동화의 동기가 되었고, 20세기에는 전동식 기계식 계산기가 개발되어 곱셈과 나눗셈 조작이 자동화되었다. 배비지의 차분기관과 해석기관은 증기기관을 동력원으로 한 자동 계산 기계였으며, 특히 해석기관은 현대 컴퓨터의 방향성을 제시했다.
19세기 말부터 실용화된 전화교환기에 사용된 릴레이와 같은 전기 부품은 컴퓨터의 원리 발전에 기여했다. 1930년대 - 1940년대에 일본의 나카지마 아키라[91]와 미국의 클로드 섀넌은 전기 회로와 스위치의 기능이 불 대수와 대응된다는 것을 이론화했다.
1940년대의 대형 계산 기계인 Harvard Mark I은 기어와 같은 기계식 부품을 사용했지만, 1957년 카시오의 "14-A"는 릴레이를 사용하면서도 기어를 사용하지 않은 "순수 전기식" 계산기였다. 1950년대에는 진공관이나 트랜지스터를 사용한 "전자적인" 컴퓨터가 발전하면서 기계식 계산기는 점차 쇠퇴했다.
집적회로의 발전으로 전자계산기가 소형화, 저전력화되면서 기계식 계산기는 전자계산기로 대체되었다. 조작이 쉽고 연산이 빠른 전자계산기가 저렴하게 보급되면서 기계식 계산기는 현장에서 사라지게 되었다.[92]
기계식 계산기는 정보 처리 기술의 역사에서 중요한 이정표로 평가된다.
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