История с вычислениями. Эпизод третий: империя арифмометров

В своей новой серии колонок на портале IQ.HSE редактор факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ Антон Басов рассказывает о захватывающей и малоизвестной истории вычислительной техники, а также о российских учёных и изобретателях, чей вклад в её развитие незаслуженно забыт. В третьем эпизоде вы узнаете как Российская империя привлекала таланты из разных стран и благодаря им стала главным экспортером технологий и лицензий на создание вычислительной техники в XIX – начале XX веков.

На страницах выпущенного в 1851 году справочника «Весь Петербург в кармане» можно найти необычное объявление:

Кем же был этот изобретатель Куммер? Ещё недавно информацию о нём нельзя было найти ни в одном справочнике. Историкам вычислительной техники хорошо знаком запатентованный им в 1847 году счислитель, а вот самом авторе патента известно только то, что он был учителем музыки по имени Г. Куммер. Кажется, что установить личность по таким скудным данным невозможно, однако историкам Тимо Лейпяле и Валерию Шилову удалось прояснить биографию этого интересного человека.

Генрих Готхельф Куммер (1809–1880) не занимался ни наукой, ни инженерией. Он был музыкантом. Семья Куммеров дала их немало миру — и талантливых! Например, отец Генриха, Готхельф Куммер, был известен по всей Европе как фаготист-виртуоз и композитор. Эксплуатация детского труда в то время не считалась зазорной, поэтому Генрих стал выступать вместе с отцом с шести лет. Музыкальная карьера складывалась успешно: уже в 1818 году баварский король наградил отца и сына Куммеров золотой табакеркой и тридцатью дукатами.

В 1827 году Генрих Куммер поступает на службу в дрезденскую капеллу, но уходит оттуда через пять лет — ему не смогли предложить постоянное место. Он уезжает работать преподавателем музыки в Царство Польское (часть Российской империи), а в 1834 году едет в Санкт-Петербург. Мы можем предположить, что у Куммера благодаря урокам музыки сложилась отличная репутация — в 1837 году он был принят первым фаготистом в оркестр императорских театров. Через десять лет службы он получает пенсию и уходит в отставку.

Несмотря на отсутствие формального образования, Куммер определённо имел технические наклонности: ещё в 1837 году он предложил проект моста через Неву, который, увы, был отвергнут. В сентябре 1846 года, под конец своей службы в оркестре, Куммер направляет в Петербургскую академию наук описание новоизобретённой счётной машины с просьбой дать на него отзыв. Читатель вспомнит, что академики не были профанами в области вычислительной техники — в том же году они уже рассматривали арифмометр Израиля Штаффеля, а годом ранее — суммирующую и множительную машины Хаима Слонимского.

Академик-математик Михаил Остроградский (он же занимался машинами Слонимского) дал машине Куммера «одобрение и похвалу». Воодушевленный изобретатель немедленно подал прошение министру финансов о выдаче привилегии (патента), но министр, ознакомившись с отзывом Остроградского, счёл устройство Куммера слишком похожим на машину Слонимского, запатентованную год назад.

Потребовалось ещё одно заседание академии, которое постановило: «Хотя по собственному признанию Куммера идея его прибора была внушена ему счётчиком Слонимского… расположение частей и внешняя форма счётчика Куммера столь существенно разнятся от прибора Слонимского, обращение с первым настолько проще… а стоимость изготовления настолько меньше», что никаких препятствий к выдаче привилегии нет. И уже в марте 1847 года Куммер получил десятилетнюю привилегию на свой счислитель (а ещё император Николай I освободил изобретателя от уплаты пошлины в 450 рублей).

Как же был устроен этот прибор? Внутри небольшого плоского корпуса (Куммер утверждал, что его можно делать размером с игральную карту) помещался набор плоских реек с зубцами. На каждой рейке были написаны цифры от нуля до девяти. На верхней крышке счислителя имелись прорези, сквозь которые можно было особым стилусом передвигать рейки, а также окошки для считывания цифр.

Чтобы сложить два числа, нужно было сперва набрать на рейках, двигая их вверх, первое слагаемое, а затем второе. Результат сложения появлялся в окошках в середине прибора. Но этот способ годится только при сложении без переноса в следующий разряд (например, 21 + 6). Механизм для переноса всегда был слабым местом механических счётных машин: он или требовал слишком больших усилий от пользователя, или работал с перебоями.

Куммер решил проблему просто — и гениально. В его счислителе перенос в следующий разряд осуществляется пользователем. Когда сложение предполагает перенос (например, 25 + 6), рейку нужно двигать не вверх, а вниз, вычитая второе слагаемое из первого по разрядам (в нашем примере 5 - 6 = -1). В самом низу прорезь для стилуса имеет изгиб, который позволяет сдвигать соседнюю рейку вверх на единицу (у нас 2 + 1 = 3). Так как счислитель не показывал разницы между положительными и отрицательными числами, результат в окошках считывался правильный (в данном случае — 31).

Ещё не дожидаясь получения привилегии, Куммер начал рекламировать свой прибор. 7 февраля 1847 года он получает разрешение цензуры на публикацию инструкции к счислителю на русском, французском и немецком языках. А 1 июня в немецкоязычной газете St. Petersburgische Zeitung выходит первая заметка про счислитель, сообщающая, что его можно купить по «умеренной цене» в часовом магазине Мозера на Невском проспекте (это тот самый Мозер, про которого Владимир Маяковский ещё напишет «Самый деловой, аккуратный самый, в ГУМе обзаведись мозеровскими часами»).

К 1851 году, как свидетельствует объявление из справочника «Весь Петербург в кармане», счислители изготавливал оптик Иоганн Эмиль Мильк. Какое-то количество приборов он несомненно сделал и продал — несколько дошли до наших дней. В 1855 году вышла новая инструкция к счислителю — очевидно, весь тираж инструкции 1847 года был роздан покупателям. И всё же приходится констатировать, что производство было недолгим — Мильк не публикует рекламу и не печатает новых инструкций.

Падение интереса, вероятно, объясняется низкой потребностью в расчётах и, как следствие, отсутствием рынка сбыта. Обыкновенные счёты были гораздо привычнее, а стоили дешевле. Возможно, свою роль сыграло и то, что изобретатель вышел из дела — в 1848 году Куммер уезжает в Швейцарию, а через три года переселяется на родину, в Дрезден. До конца жизни он будет совмещать работу учителя и музыканта с увлечением механикой. Правда, он отвернётся от мирных счётных машин и займется изготовлением винтовок и ружей. Произведения его оружейной мастерской принесут Куммеру известность и награды европейских выставок.

Хотя первая волна интереса к счислителю закончилась к 1860 году, и Куммер, и Мильк позже вспомнили о нём. Ещё в конце 1847 года Куммер (точнее, его поверенный) получил французский патент на счислитель. На протяжении 22 лет изобретатель и не думал о своём детище — и вот, в 1869 году он получил американский патент. Мы не знаем, какие планы были у Куммера. Возможно, он хотел наладить производство счислителя в США, где в то время выпускались несколько простых суммирующих машин. Впрочем, никакие свидетельства о производстве или продаже патента до нас не дошли.

Торговый дом «И. Э. Мильк» вспомнил о счислителях ещё позже — во второй половине 1880-х годов. В 1887 и 1888 годах выходят две инструкции для пользователей прибора — это явно указывает на возобновление производства. Но на этот раз выпуск приборов был свернут ещё быстрее, чем 40 лет назад — фирма не показывала счислители ни на Всемирной выставке 1893 года в Чикаго, ни на Всероссийской выставке 1896 года в Нижнем Новгороде.

К концу XIX века потребность в вычислениях выросла достаточно, чтобы произошёл переход от счёта на письме к счёту на машинах (ему предшествовал переход от абака к письменному счёту, случившийся в XVI–XVII веке). Изобретение и массовое производство счётных устройств наконец стало приносить прибыль. Простая и удобная конструкция счислителя Куммера не могла не привлечь внимание изобретателей в этот период.

В 1889 году французский учитель Луи Тронсе запатентовал и начал производить арифмограф, представляющий собой несколько усовершенствованный счислитель (в арифмографе за сложение и вычитание отвечал один и тот же набор прорезей, а у Куммера — два разных). У читателя может возникнуть желание обвинить Тронсе в плагиате, но такое обвинение было бы несправедливо. С одной стороны, все патенты и привилегии Куммера к тому моменту уже истекли и конструкция счислителя перешла в общественное достояние. С другой, Тронсе занимался изобретением счётных машин десять лет и уже имел несколько патентов, так что вполне возможно, что он изобрёл такую конструкцию самостоятельно, ничего не зная о Куммере.

В XX веке счислители куммеровского типа производились по всему миру. До смешного простая конструкция могла изготавливаться в самых кустарных условиях из любого листового металла и проволоки. Генрих Куммер уже был прочно забыт, в небытие отправился и Тронсе, а устройства такого типа стали называть аддиаторами (addiator, от латинского additio — сложение) и арифметическими линейками. Они благополучно просуществовали до 1970-х годов и были окончательно вытеснены только электронными калькуляторами (и то не сразу).

Интермедия: кто же был первым?

Хотя аддиаторы и выпускались миллионами, некорректно было бы считать это достижением Генриха Куммера. Да, он создал крайне удачную конструкцию счислителя и даже начал производство, но следующим поколениям пришлось изобретать его заново. А вот другой наш герой по праву должен считаться пионером массового производства вычислительной техники в России.

История жизни Вильгодта Теофила Однера (1845–1905) тоже была сравнительно мало известна до недавнего времени, хотя его никогда не забывали так прочно, как Куммера. Уже в наши годы подробности его биографии восстановил всё тот же историк Тимо Лейпяля.

Однер родился в Швеции в небогатой, но большой и дружной семье — у него было пять братьев и сестёр. Среди его родственников были люди самых разных занятий — дед Однера был священником, его дядья — торговцами, промышленниками, моряками. Отец, Теофил Однер, тоже должен был стать священником, но вместо этого выбрал профессию счетовода, а затем стал землемером. Его внезапная смерть в 1863 году лишила семью кормильца, но многочисленные родственники пришли на помощь.

Однер смог поступить в Королевский технологический институт в Стокгольме, но ушёл после третьего курса — то ли не хватило денег, то ли стало неинтересно учиться. Не имея диплома, он до конца жизни он называл себя механиком, а не инженером. Однер не смог найти работу на родине (возможно, ему всё-таки стоило окончить институт) и решил отправиться в соседнюю Россию. Осенью 1868 года, не зная ни слова по-русски и имея лишь восемь рублей, Однер прибыл в Санкт-Петербург. Шведский консул помог молодому механику найти первую работу, а уже через несколько месяцев Однер устроился на завод Людвига Нобеля.

В отсутствии квалифицированных рабочих Однер быстро стал мастером, а затем и старшим мастером. Несмотря на это, его жалованье оставалось не слишком высоким, а расходы росли — Однер женился, а вскоре появились дети. По его собственным словам, именно надежда разбогатеть заставила его заняться созданием вычислительной машины.

Не совсем ясно, как Однер заинтересовался именно этой областью механики. Сам он рассказывал, что примерно в 1871 году ему поручили отремонтировать арифмометр Тома де Кольмара. Тогда Однер уже работал у Нобеля, поэтому вполне возможно, что прибор принадлежал хозяину завода. Также изобретатель упоминал статью об арифмометре, прочитанную им в 1875 году. Так или иначе, Однер был знаком с конструкцией этой машины и счёл, что может улучшить её.

Осенью 1874 года Однер пишет сестре письмо, где упоминает о намерении создать счётную машину. Через год, 22 сентября 1875 года, газета St. Petersburgische Zeitung (та самая, которая в 1847 году рассказала о счислителе Куммера) уже описывает прототип нового арифмометра. В следующем году Однер заключает с Нобелем договор на строительство небольшой партии арифмометров. Нобель согласился оплатить все расходы, включая жалованье Однера, в обмен на половину прибыли после начала серийного производства машин.

Как же Однеру удалось улучшить арифмометр? Вспомним, что сердцем арифмометра Тома был изобретенный ещё Лейбницем ступенчатый валик, который позволял легко умножать и делить. Проблема заключалась в размерах валика — его нельзя было сделать слишком маленьким. Из-за этого все арифмометры такого типа имели достаточно большой размер (так, машины Тома весили свыше 10 кг).

Однер решил отказаться от ступенчатого валика и заменить его на зубчатое колесо с переменным числом зубцов. Он не был первым изобретателем такого колеса — идея восходит к всё тому же Лейбницу.

Упрощая, можно сказать, что каждое колесо в арифмометре Однера состоит из двух дисков. Один из них, установочный, вращается относительно другого. Если рычажок установочного диска указывает на 0, ни один из зубцов второго диска не выдвинут; если рычажок установлен на 1, выдвинут один зубец и так далее.

Все колеса Однера (именно так называется это устройство в российской литературе) в арифмометре насажены на одну ось. Каждый поворот этой оси — это одно сложение (или вычитание). Таким образом, колесо Однера, как и валик Лейбница, позволяет умножать и делить путем многократного повторения сложения и вычитания.

Неизвестно, знал ли Однер о предыдущих изобретателях — возможно, он мог изучить арифмометр Израиля Штаффеля, также действовавший благодаря колесам с переменным числом зубцов. Последний хранился в Санкт-Петербурге с 1876 года. Независимо от того, заимствовал ли Однер идею у кого-то из своих предшественников, он потратил много сил, времени и средств, чтобы превратить эту идею в опытный экземпляр, а его — в серийное изделие.

Поначалу всё идет хорошо: Однер изготавливает пробную партию из 14 арифмометров. Однако в 1877 году Нобель уезжает в долгую европейскую поездку. Между назначенными им директорами завода и Однером возникает конфликт, причины которого нам неизвестны. Осенью дело доходит до того, что изобретателю запрещают появляться на территории завода, а затем увольняют. После этого Однер вновь предлагал Нобелю партнёрство, но тот не захотел. Впрочем, Однер, видимо, получил несколько сделанных им арифмометров и начал искать для них рынок сбыта.

Партнёром Однера стал петербургский купец Карл Кёнигсбергер: с его помощью изобретателю удалось получить патенты в США, Германии, Швеции и России и даже продать германский патент фирме Grimme, Natalis & Co. Американский агент Кёнигсбергера даже продал два арифмометра чиновникам правительства США, которые использовали их на протяжении многих лет (сейчас эти арифмометры хранятся в Смитсоновском институте, а третий экземпляр из пробной партии находится в Политехническом музее). В 1878 году Однер также получил одобрительный отзыв Русского технического общества.

Несмотря на всю эту активность, Кёнигсбергеру не удаётся найти промышленника, заинтересованного в выпуске арифмометров. Между тем, Однер, уволенный с завода Нобеля, устраивается на работу в Экспедицию заготовления государственных бумаг — крупнейшее полиграфическое предприятие, которое занималось в том числе печатью ассигнаций и ценных бумаг.

Здесь Однера, наконец, оценили по достоинству: должность руководителя отдела, большое жалованье, золотая медаль за рационализаторские предложения. Он проработал в Экспедиции 14 лет и успел усовершенствовать многие технологии — например, он принимал непосредственное участие в создании орловской печати (особого процесса для изготовления банкнот и ценных бумаг, придуманный изобретателем Иваном Орловым).

Однако Однер не забывал ни о своей мечте разбогатеть, ни о своём детище. В 1887 году он открыл механическую мастерскую, которая быстро превратилась в небольшую фабрику. Известно, что фабрика занималась выпуском самых разных изделий из металла — от типографских прессов до скульптурных канделябров. В 1890 году Однер начал выпуск новой модели арифмометра, усовершенствованной в соответствии с рекомендациями Русского технического общества. Он запатентовал новую версию по всей Европе и в США (но не в России), а также добился передачи ему предыдущих патентов, взятых на имя Кёнигсбергера и Ко.

В 1892 году Однер уволился из Экспедиции и нашёл нового делового партнёра, англичанина Фрэнка Хилла (в то время его фамилия писалась как Гиль ). Уже в 1890 году было выпущено 500 арифмометров; к 1894 году в использовании находились 1200 машин, в следующем году — 1500. Доход приносит и продажа лицензий: немецкая фирма Grimme, Natalis & Co, уже купившая патент на первую модель арифмометра, приобретает право выпускать усовершенствованную версию под торговой маркой Brunsviga (к 1912 году фирма выпустит уже 20 000 арифмометров).

В 1893 году завод «Однер и Гиль» участвует во Всемирной выставке в Чикаго. Официальный каталог выставки сообщает, что на заводе работают 25 взрослых и десять детей (детский труд всё ещё законен), в год производится продукции на 30 тыс. рублей, используется четырёхсильный нефтяной двигатель и 25 станков.

На чикагской выставке арифмометр получает высшую награду, затем — золотые и серебряные медали выставок в Нижнем Новгороде, Брюсселе, Стокгольме и Париже. Арифмометры экспортируются в скандинавские страны, а крупнейшие российские предприятия покупают десятки машин (среди них и «Товарищество Братьев Нобель», которое уже в 1891 году пользовалось десятью арифмометрами).

К 1917 году Однер, а затем его наследники успели выпустить более 30 000 арифмометров (вспомним, что за сто лет производства было выпущено всего около 5000 арифмометров Тома). В то же время, отношения с рабочими у наследников изобретателя не задались и стачки были обычным делом.

В ноябре 1917 года зять Однера Карл Зиверт ушел с поста директора, а через год фабрика была национализирована. Советское правительство возобновило выпуск арифмометров в 1924 году — сперва под старым названием «Оригинал-Однер», а с 1928 года — под названием «Феликс» в честь Феликса Дзержинского (в его честь был назван и другой прибор — фотоаппарат ФЭД).

В СССР арифмометры «Феликс» производились до конца 1970-х годов. Тогда уже существовали карманные микрокалькуляторы, однако «Феликс» стоил примерно в десять раз дешевле. На Западе такие арифмометры пользовались не меньшей популярностью. Их модификации выпускали многие крупные производители вычислительной техники: Original-Odhner и Facit в Швеции, Brunsviga и Triumphator в Германии, Marchant в США… Появлялись многочисленные усовершенствования: электропривод, чтобы не нужно было вращать рукоятку, клавиатура вместо установочных рычагов.

Не будет преувеличением сказать, что арифмометр конструкции Однера был наиболее массовой из механических вычислительных машин — он и его потомки производились миллионами. Простота использования, надёжность конструкции и дешевизна — эти три качества позволили ему пользоваться спросом на протяжении целого века.

***

Мы увидели, как в XIX веке Российская империя прошла путь от страны, вовсе не имеющей своей вычислительной техники, до одного из крупнейших в мире производителей очень совершенных счётных машин. Ещё много остроумных устройств нам пришлось оставить за пределами нашего краткого обзора — самосчёты академика Буняковского, бруски Иоффе, арифмометр Чебышева. Это и неудивительно: по данным профессора Валерия Шилова, в Российской империи было выдано около 200 патентов на вычислительную технику.
IQ