Счётные устройства известны с незапамятных времён. В дошедших до нашего времени старинных рукописях есть описания таинственных механизмов для точных арифметических действий. Их можно назвать древними калькуляторами или аналоговыми компьютерами. Как же работали эти прототипы современных вычислительных машин, которым легенды приписывали божественное значение?

Суаньпань. На этом абаке представлено число 6 302 715 408

Вечно молодые счёты

Учёные предполагают, что первое счётное устройство были создано для сборщиков налогов. Оно появилось в Вавилоне примерно пять тысяч лет назад и представляло собой деревянную или глиняную доску с длинными горизонтальными углублениями, в которых передвигались круглые камешки (по сути, это знакомые нам счёты, только вместо проволочек — углубления). Перенявшие это устройство греки назвали его абак ("доска").
В абаках вавилонян использовалась не десятеричная, а двенадцатеричная система исчисления, она до сих пор сохранилась в расчётах времени (в часе 60 минут, в минуте 60 секунд), а также окружности (её делят на 360 градусов).
От вавилонян абак переняли не только греки, но и египтяне, римляне и даже китайцы. Любопытно, что в Древнем Египте камешки передвигали справа налево, а в Греции — слева направо. Привычная для нас десятеричная система исчисления в абаках стала применяться только во II тысячелетии до нашей эры.
В Древнем Китае абак усовершенствовали: камешки заменили костяшками и стали нанизывать их на проволоку, закреплённую в деревянных рамах. То есть устройства превратились в хорошо известные нам счёты.
На Руси они появились в XVI веке — первоначально с пятеричной системой исчисления. Но в 1535 году началась денежная реформа Елены Глинской, вдовствующей царицы и регента при малолетнем царе Иване IV. В результате рубль был разделён на 100 копеек, а на проволоки в счетах стали нанизывать по 10 косточек (обычно вишневых).

Реконструкция римского абака

Нити за океаном

Совсем другие счётные устройства применялись на американском континенте, там инки и майя использовали цветные нити с узлами, называемые кипу (на языке кечуа — "узел"). Археологи нашли их в древних гробницах, они состояли из большого (до двух тысяч) количества нитей, сплетённых из шерсти и покрытых узлами. Исследователи до сих пор спорят о применяемой инками и майя системе исчисления — на вид она очень похожа на десятеричную, но в то же время напоминает двоичный код, присущий современным компьютерам. Самые ранние из найденных на сегодняшний день кипу датируются VIII веком нашей эры и, кроме цифровой, содержат дополнительную информацию (погодные данные, топографические названия, принятые законы и т.д.).
Также инки и майя в своих вычислениях пользовались устройством юпана (на языке кечуа — "счётное устройство"), напоминающим абак. Расчёты на нём базировались на числе 40. Учёные предполагают, что когда-то это было минимально необходимое для посева число зёрен.

Юпана(абак инков) предположительно использовал числа Фибоначчи

Волшебные камни

Абак, кипу, юпана или счёты являлись простейшими ручными приспособлениями для вычислений. Но человечество всегда стремилось к изобретению устройств, которые могли бы совершать расчёты самостоятельно.
Известный писатель и палеоэтнограф Владимир Дегтярёв занимается изучением древних текстов. По его мнению, много лет назад на земле существовали прототипы современных компьютеров — просто отыскать их пока не удалось. Но упоминания о таинственных устройствах присутствуют в фольклоре или древних рукописях многих народов.
К примеру, довольно часто встречается описание волшебного квадратного камня. В легендах и на рисунках Древнего Египта он находится под сиденьем бога Хнума, который лепит людей из глины. В новгородских сказаниях говорится, что купцы советовались с "камнем-шептуном", заложенным под торговыми палатами. Летопись рассказывает, что во время строительства монастыря Новый Иерусалим патриарх Никон где-то раздобыл волшебный камень, при касании издававший благодатную музыку, — и ночью сам вложил его в фундамент, никому не сказав, в какое именно место.
Владимир Дегтярёв уверен, что упоминания о подобных квадратных камнях — это сохранившиеся свидетельства того, что компьютеры уже когда-то существовали. Но как они появились, благодаря мудрости людей или инопланетному вмешательству, сказать пока нельзя.

Знаете ли вы что…

На русских счетах с XVI века сохранилась линия с четырьмя костяшками. Сейчас она не применяется для вычислений, а когда-то использовалась для расчётов в полушках (половинах деньги или четвертях копейки).

Бронзовые перфокарты

Первое из дошедших до нас механических вычислительных устройств названо Антикитерским механизмом. Оно было обнаружено в море возле небольшого острова Антикитера рядом с Критом. Этот механизм, состоящий из множества передач и зубчатых колёс, был создан примерно во II веке до нашей эры для математических вычислений, а также расчётов движения планет Солнечной системы.
Есть письменные свидетельства о ещё более древних вычислительных машинах Вавилона. Данные в них вводили с тонких бронзовых табличек с пробитыми дырочками — по сути, аналогов перфокарт для ЭВМ. Круговое вращение ручки обеспечивало движение по пластинке тонких проволочек, и, когда одна из их попадала в пробитое отверстие, её положение фиксировалось с помощью системы рычагов. Такой механизм позволял выполнять сложные инженерные расчёты.
К сожалению, эти вычислительные устройства не сохранились, хотя упоминания о них присутствуют в греческих и египетских текстах. Более того — в начале IX века арабский историк Китаб ал-Хиял в "Книге изобретённых устройств" писал, что сотни подобных механизмов, воссозданных по древним текстам, делали в Греции и рассылали по христианским монастырям. Не мог ли один из них быть тем самым камнем для патриарха Никона, о котором упоминала летопись?
Удивительно и то, что ни одно из этих устройств до сих пор так и не найдено. Хотя, возможно, священники, как и Никон, закладывали их в фундаменты храмов. Известно, что при перенесении некоторых монастырей служители культа тайно забирали закладной камень на новое место и там его вновь замуровывали.

Кодекс Леонардо

В середине XV века созданием вычислительного механизма заинтересовался Леонардо да Винчи. В его бумагах сохранился чертёж 13-разрядного аппарата, названного Мадридским кодексом и состоящего из нескольких колец, каждое из которых имеет по 10 зубцов. Первое колесо, делая 10 оборотов, заставляло второе сделать один оборот, так же соотносились движения последующих колёс — то есть система исчисления кодекса была десятеричной.
Леонардо не удалось создать механизм в действии — он так и остался только на чертеже. Но в конце 1960-х годов Роберта Гуателли, биограф да Винчи и исследователь его творчества, сконструировал Мадридский кодекс, который до сих пор работает как вполне точный калькулятор.

Счётные палочки не для первоклашек

Настоящий прорыв в области счетных устройств произошёл в XVII веке в Европе.
В 1617 году шотландский математик Джон Непер предложил использовать счётные палочки. Конечно, они значительно отличались от тех, что сейчас есть у первоклассников: на каждую палочку наносилась определённая цифра, все операции выполнялись на специальной доске. Таблица, куда вставлялись палочки, позволяла перемножать любые числа вплоть до 123456789 на 123456789.
В 1642 году французский учёный Блез Паскаль создал паскалину — вычислительную машину, работающую примерно так же, как механизм Леонардо. Правда, колёсики в ней вращались только в одну сторону, что позволяло легко умножать, но долго и трудно делить. Но в 1673 году немецкий математик Вильгельм Лейбниц усовершенствовал машину Паскаля, добавив дополнительную движущуюся часть, которая ускорила операцию деления. Именно этот аппарат и стал прообразом современного калькулятора.

Железные "Феликсы"

В 1820 году французский изобретатель Шарль Тома де Кольмар на основе механизма Лейбница создал арифмометр — компактную вычислительную машину. Поначалу устройства были достаточно дорогими, они стоили 400 франков (цена пяти франков равнялась одному грамму золота или 25 граммам серебра). Но благодаря серийному выпуску цену удалось существенно снизить — и арифмометры стали очень популярными.
В России их производство было налажено в 1890 году механиком шведского происхождения Вильгодтом Однером, который усовершенствовал изобретение де Кольмара и получил патент на арифмометр нового типа. Однер стал владельцем петербургского предприятия "Механический и меднолитейный завод". В первый же год было выпущено 500 устройств.
После революции производство арифмометров возобновили в 1929 году на заводах счетных машин в Курске, Пензе и Москве. Они стали называться "Феликс", регулярно выпускались вплоть до 1978 года и успешно конкурировали с первыми электромеханическими калькуляторами типа созданной в 1960-х годах ВММ (вычислительная машина многоклавишная), которая весила 23 килограмма.
Первый в мире карманный калькулятор был выпущен в 1971 году фирмой Bomwar и стоил 240 долларов.
В СССР собственные устройства "Электроника Б3-04" и "Электроника Б3-04А" поступили в продажу, соответственно, в 1974 и 1976 годах. Их цена составляла 220 рублей (месячный заработок инженера был от 120 до 130 рублей), поэтому 15-рублёвые "Феликсы" ещё долго служили своим хозяевам. И только в 1980-е годы, после резкого удешевления всей электронной продукции началась эра привычных всем калькуляторов.

Автор: Платон Викторов

Журнал: Тайны 20-го века №12, март 2016 года