מכונת חישוב
עקרונות פעולה > עקרונות הפעולה של מכונות ארבע פעולות

מכונת ארבע פעולות אופיינית מכילה שלושה צוברים. בחלק מהמכונות המשוכללות יותר יש צוברים נוספים, אך גם הן מכילות את שלושת הצוברים המתוארים:
צובר הקלט : מפעיל המכונה מזין את המספר עליו יש לבצע את הפעולה לצובר זה. במהלך השנים פותחו שיטות שונות להזנת הקלט הנפוצות הן:
מנופים או מחלקים: האריתמומטר של תומא השתמש במנופים, או מחלקים, כשלכל ספרה של צובר הקלט יש מחלק נפרד, כלומר מחלק אחד ליחידות, שני לעשרות, שלישי למאות וכן הלאה. המפעיל מסיט את המחלק למיקום המתאים לספרה. כמוהו גם המכונה של אודהנר והמכונות שהתפתחו ממנה
במכונות מאוחרות יותר (החל מהמכונה של מונרו) הקלט מוזן על ידי לוח מקשים מלא, עם עמודת מקשים לכל ספרה – עמודה אחת ליחידות, שנייה למאות, שלישית לאלפים וכן הלאה בכל טור ספרות מ-1 עד 9. עבור 0 המפעיל לא לוחץ על אף מקש בעמודה.
לוח מקשים בן עשרה מקשים, מ-0 עד 9 בדומה למקשים המוכרים ממכונות חישוב ומחשבונים בני ימינו.
מונה, מכונה גם "המנה", משום שצובר זה מראה את התוצאה בסיום פעולת חילוק: המונה סופר את מספר הפעולות שבוצעו: בפעולת חיבור, המונה סופר את מספר המחוברים: למשל עבור 123 + 234 + 47, המונה יראה "3" בסיום הפעולה. בסיום פעולת כפל המונה מראה את הכופל (הנכפל הוזן לצובר הקלט), ובסיום פעולת חילוק, המונה מראה את המנה (כלומר תוצאת הפעולה). מכונות שונות נבדלות לגבי תוכן המונה בסיום פעולת חיסור.
צובר התוצאה. מונה זה מראה את התוצאה בסיום פעולת חיבור, חיסור או כפל. בפעולת חילוק, המחולק מוזן לצובר התוצאה לפני הפעולה, והמחלק לצובר הקלט. בסיום הפעולה, המנה מופיעה במונה, וצובר התוצאה מכיל את השארית.
הפעולה הבסיסית של מכונת ארבע פעולות היא חיבור או חיסור. העובדה שצובר הקלט לא מנוקה אחרי הפעולה, מאפשרת לחזור בקלות יחסית על הפעולה מספר פעמים, ועל ידי כך לבצע כפל. אם נבצע את הפעולה 7 פעמים, המונה יראה "7", והתוצאה תראה את הקלט מוכפל ב-7.
האריתמומטר והמכונות שהתפתחו ממנו מצוידות בארכובה, והפעולה הבסיסית של מכונות החישוב, כלומר חיבור תוכן הקלט לתוצאה, מתבצעת בעזרת סיבוב הארכובה פעם אחת. לארכובה יש "מצב אפס", או מצב מוצא, וכל פעולה מתחילה ומסתיימת כשהארכובה במצב זה. מכונות חישוב רבות מכילות מנגנונים שתפקידם לנעול את המכונה (כלומר למנוע כל שינוי במצב המכונה) כאשר הארכובה לא במצב אפס. יש מכונות בהן פעולת חיסור מתבצעת על ידי הנעת הארכובה בכיוון הפוך, ואחרות בהן הארכובה יכולה לנוע רק בכיוון אחד. במכונות מאוחרות יותר, מנוע חשמלי מחליף את הארכובה. גם במכונות אלו, הפעולה מתבצעת על ידי סיבוב ציר כלשהו סיבוב אחד בדיוק. בדרך כלל המנוע מסתובב באופן רצוף, ומצמד מכני משלב ומנתק את המנוע מציר זה, ומבטיח שהמכונה תחזור ל"מצב אפס" בסיום כל פעולה.
בעזרת המכונה כפי שתוארה עד כאן כבר ניתן לבצע כפל: למשל, כדי לכפול 12345 ב-13, אפשר להזין 12345 בצובר הקלט, ואז לסובב את הארכובה 13 פעמים. כשהכופל גדול מספיק, שיטה זו לביצוע כפל אינה מעשית, גם אם היא אפשרית. כל המכונות שמבוססות על המכונה של לייבניץ מכילות מנגנון שמאפשר להזיח את צובר התוצאה יחסית לצובר הקלט: אם צובר הקלט מראה "7", פעולה אחת (כלומר סיבוב יחיד של הארכובה) מוסיפה לצובר התוצאה 7 כשהמכונה נמצאת במצב הזחה 1, או "יחידות". במצב הזחה 2 (עשרות), פעולה אחת תוסיף 7 לספרת העשרות של צובר התוצאה, ובסיום הפעולה הוא יראה "70". במצב הזחה 3, פעולה אחת מוסיפה לתוצאה 700, וכן הלאה. גם המונה לוקח את מצב ההזחה בחשבון: בהזחה 1, פעולה אחת מקדמת את המונה ב-1, במצב הזחה 3, פעולה אחת מקדמת את המונה ב-100. אפשר לראות שמצב המכונה אחרי 1,000 סיבובים של הארכובה במצב הזחה, זהה למצב המכונה אחרי סיבוב יחיד של הארכובה במצב הזחה 4: המונה מכיל 1,000, והתוצאה מראה את הקלט מוכפל ב-1,000.
לפני התחלת חישוב חדש, יש לאפס את התוצאה והמונה. אם לא עושים זאת, תוצאת החישוב החדש תתווסף לתוצאה ולמונה הקיימים. במכונות שונות יש מנגנונים שונים לאיפוס, ומכונות רבות יש גם מנגנון לאיפוס צובר הקלט. בדרך כלל האיפוס מתבצע על ידי הסטת מנוף או סיבוב ארכובה נוספת. בדרך כלל יש שני מנופים נפרדים, לאיפוס התוצאה ולאיפוס המונה, אך יש מכונות בהן מנוף אחד מאפס את שני הצוברים, ובעזרת מנוף שני המפעיל יכול לקבוע אם הפעולה תנקה את שני הצוברים, את המונה בלבד או את התוצאה בלבד. במכונות עם מנוע חשמלי, בדרך כלל יש כפתורים שלחיצה עליהם משלבת את המנוע לאיפוס אחד הצוברים או שניהם.