Кіріспе

Абакус (немесе абакустар), сондай-ақ санау рамасы деп аталады, ежелгі Таяу Шығыста, Еуропада, Қытайда және Ресейде араб сандарының жүйесі қабылданғанға дейін қолданылған қолмен жұмыс істейтін есептеу құралы. Абакус – екі өлшемді сырғанақ бөлшектерден (немесе ұқсас заттардан) тұратын массив. Алғашқы үлгілерінде бөлшектер тегіс бетте немесе ойықтарда сырғанап орналастырылатын. Кейіннен бөлшектер таяқшаларға бекітіліп, рамаға орнатылды, бұл оларды жылдамрақ пайдалануға мүмкіндік берді. Әрбір таяқша әдетте, ондық негіз сияқты позициялық сандық жүйеде көрсетілген көп таңбалы санның бір цифрын білдіреді (кейбір мәдениеттер басқа сандық негіздерді қолданған). Римдік және Шығыс Азия абакустары бинарлық-ондық кодталған жүйеге ұқсас жүйе қолданады, онда жоғарғы қабатта (бір немесе екі бөлшектен тұрады) бес, ал төменгі қабатта (төрт немесе бес бөлшектен тұрады) бірлік көрсетіледі. Әдетте, натурал сандар қолданылады, бірақ кейбіреулері қарапайым бөлшек компоненттерге (мысалы, , және римдік абакуста) мүмкіндік береді, ал тұрақты нүктелі арифметика үшін ондық нүкте ойша қолданылуы мүмкін. Кез келген нақты абакус дизайны есептеулерді орындау үшін бірнеше әдістерді қолдайды, соның ішінде қосу, алу, көбейту, бөлу, квадрат түбір және куб түбір табу. Бөлшектер алдымен санды көрсету үшін орналастырылады, содан кейін математикалық операция жасау үшін олармен манипуляция жасалады, ал олардың соңғы орналасуы нәтиже ретінде оқылады (немесе келесі операциялар үшін бастапқы сан ретінде пайдаланылуы мүмкін). Ежелгі заманда абакустар есептеу құралы ретінде кеңінен қолданылған. Бүгінде калькуляторлар мен компьютерлер абакустардың орнына жиі қолданылса да, абакустар кейбір елдерде күнделікті қолданылуда. Абакустың артықшылығы – оған жазу құралы мен қағаз (алгоритм үшін қажет) немесе электр қуаты қажет болмайды. Шығыс Еуропаның, Ресейдің, Қытайдың және Африканың кейбір аймақтарындағы саудагерлер, көпестер және кеңсе қызметкерлері абакустарды пайдаланады. Абакус электронды емес үстел ойындарында ұпай санау жүйесі ретінде де қолданылады. Басқалары калькуляторды пайдалануға кедергі келтіретін көру қабілетінің бұзылуына байланысты абакусты пайдалануы мүмкін. Этимологияға қатысты көне мәтіндерге сілтеме жасамай, бұл сөздің "тозаңмен шашылған төртбұрышты тақташа" немесе "математикалық есептеулер үшін қолданылатын тозаңмен жабылған сурет салу тақтасы" дегенді білдіретіні айтылған (латын сөзінің пішіні грек сөзінің жатыс септігін – ἄβακoς (abakos) – көрсетеді). Шаңмен шашылған тақташа туралы анықтама танымал болғанымен, кейбіреулер бұл тұжырымға жеткілікті дәлелдер жоқ деп санайды. Британ мұражайындағы Египет және Ассирия ескерткіштерін сақтаушы К. Дж. Гадд және Талмуд пен Мидраштарға арналған жаңа еврей-халдей сөздігін жазған еврей тарихшысы Яков Леви "тозаңды үстел" теориясымен келіспейді. Абакустар мен абацилер.

Месопотамия

Шумерлік абакус б.з.д. 2700-2300 жылдар аралығында пайда болды. Ол олардың 60-дық (негізі 60) сандар жүйесінің кезекті мәндік дәрежелерін бөлетін бірнеше бағаннан тұратын кестеге ие болды. Кейбір ғалымдар Бабылдың клинопись жазуындағы бір белгінің абакус бейнесінен шыққан болуы мүмкін екенін көрсетеді. Этторе Карруччо сияқты ежелгі Вавилон ғалымдарының пікірінше, ежелгі Вавилондықтар "қосу және алу амалдарын орындау үшін абакусты пайдаланған сияқты; алайда, бұл қарапайым құрал күрделі есептеулер үшін қолдануға қиын болды".

Мысыр

Грек тарихшысы Геродот ежелгі Египетте санау тақтасын (абакусты) атаған. Ол египеттіктердің қиыршық тастарды оңнан солға қарай жылдырғанын, бұл гректердің солдан оңға жылдыру әдісіне кері екенін жазған. Археологтар сану үшін қолданылған деп саналатын түрлі өлшемдегі көне дискілерді тапты. Дегенмен, осы құралдың қабырғадағы бейнелері әліге дейін табылған жоқ.

Персия

600 жылға дейін перстер Ахемен империясы тұсында алғаш рет есептеу тақтасын (абакусты) қолдана бастады. Парфян, Сасанид және Иран империялары кезінде ғалымдар Үндістан, Қытай және Рим империясы сияқты көрші елдермен білім мен өнертабыстар алмасуға ден қойды, осы арқылы есептеу тақтасы (абакус) басқа елдерге таралған болуы мүмкін.

Грекия

Грек абакусының қолданылуы туралы ең алғашқы археологиялық дәлелдер б.з.б. 5 ғасырына дейін жетеді. Демосфен (б.з.б. 384–322 жж.) есептеулер үшін тастарды пайдаланудың тым қиын екеніне шағымданған. Б.з.б. 4 ғасырдағы Алексистің пьесасында есеп жүргізу үшін абакус пен тастар туралы айтылады, ал Диоген мен Полибий абакусты адам мінез-құлқының метафорасы ретінде пайдаланады, оны "кейде көбірек, кейде азырақ тұратын" тастарға теңейді. Сонымен қатар, осы кезеңде 1851 жылы Дарийдің вазасы табылды. Ол суреттермен жабылған, оның ішінде бір қолында балауыз тақта ұстап, екінші қолымен үстелдегі санау тізімдерін жылжытатын "қазынашының" суреті бар. Римдік абакустың археологиялық дәлелінің бір мысалы, жақын жерде реконструкцияланған күйде көрсетілген, ол б.з. 1 ғасырына жатады. Онда әрқайсысында 5 данаға дейін болатын сегіз ұзын ойық және әрқайсысында бір немесе ешқандай бұршақ жоқ сегіз қысқа ойық бар. I белгісі бірліктерді, X ондықтарды, ал миллионға дейін сандарды көрсетеді. Қысқа ойықтардағы бұршақтар бесті білдіреді (бес бірлік, бес ондық және т.б.), бұл римдік сандармен байланысты екілік-бестік кодталған ондық жүйеге ұқсас. Оң жақтағы қысқа ойықтар римдік "унцияларды" (яғни бөлшектерді) көрсету үшін қолданылған болуы мүмкін.

Орта ғасырлардағы Еуропа

Римдік "қарсы құю" жүйесі ортағасырлық Еуропада кеңінен қолданылды және 19 ғасырға дейін шектеулі түрде қолданыла берді. Бай абакистер әдемі безенділген, соғылған жетонды пайдаланды. Папа Сильвестр II абакты өзгерістермен қайта енгізген соң, ол 11 ғасырда Еуропада қайтадан кеңінен таралды. Бұл абакус сымдардағы дөңгелектерді пайдаланды, бұл дәстүрлі римдік санау тақталарынан өзгешелік еді, соның арқасында абакуспен әлдеқайда жылдам жұмыс істеуге және оны оңай жылжытуға болады.

Қытай

Қытайдағы ең ерте жазбаша құжаттар б.з.б. 2 ғасырға дейін сақталып қалған. Қытайлық абакус, суанпан (算盤/算盘, lit. "есептеу тақтасы"), операторға байланысты әртүрлі ұзындығы мен енімен келеді. Ол әдетте жетіден астам таяқшадан тұрады. Жоғарғы қатардағы әр таяқшада екі, ал төменгі қатардағы әрқайсысында бес моншақ болады, олар екілік-бес жүйесіндегі сандарды көрсетеді. Моншақтар көбінесе дөңгелек пішіндес және қатты ағаштан жасалған. Моншақтарды арқалыққа қарай жылжыту арқылы санау жүргізіледі; арқалыққа жақын жылжытылған моншақтар есептеледі, ал алыс жылжытылғандары есептелмейді. Жоғарғы қатардағы бір моншақ 5-ті, ал төменгі қатардағы бір моншақ 1-ді білдіреді. Әр таяқшаның астында оның разряды көрсетілген сан жазылған. Суанпанды жылдам горизонталь ось бойымен жылжыту арқылы ортадағы арқалықтан барлық моншақтарды алыс жылжытып, бастапқы күйіне бірден келтіруге болады. Қытайлық абакустың прототипі Хань әулеті кезінде пайда болды, ал моншақтар сопақ пішіндес болған. Сун әулеті мен одан бұрынғы кезеңдерде қазіргі заманғы абакусқа ұқсас, әсіресе жапон стиліндегі абакусқа тән моншақ пішінімен 1:4 типіндегі немесе төрт моншақты абакус қолданылған. Мин әулетінің басында абакус 1:5 пропорциясында пайда бола бастады. Жоғарғы қабатта бір, ал төменгі қабатта бес моншақ болды. Мин әулетінің соңында 2:5 пропорциясындағы абакус стильдері пайда болды. Үнді мәтіндерінде абакустағы бос бағанды көрсету үшін śūnya (нөл) термині қолданылған.

Жапония

Жапонияда абакусты соробан (算盤, そろばん, lit. "сақтау табағы") дейді. Ол 14 ғасырда Қытайдан әкелінген. Бұл құралды жұмысшы класы басқарушы сынып қолданар алдында бір ғасыр немесе одан да көп уақыт бұрын қолданған, себебі таптық құрылым мұндай өзгерістерге кедергі келтірді. 1940 жылдары сирек қолданылатын екінші және бесінші бұршақтары алынып тасталған 1:4 абакусы танымал болды. Қазіргі жапондық абакус – Муромачи дәуірінде Қытайдан әкелінген 1:4 типті, төрт бұршақты абакус. Ол жоғарғы қабатта бір бұршақ және төменгі қабатта төрт бұршақтан тұрады. Жоғарғы қабаттағы бұршақ беске тең, ал төменгі бұршақтар қытай немесе корей абакусына ұқсас, ондық санды көрсетуге мүмкіндік береді, сондықтан абакус 1:4 құрылғысы ретінде жасалған. Бұршақтар әрқашан алмаз тәрізді болады. Бөлу әдісінің орнына көбінесе үлестік бөлу қолданылады, сондай-ақ көбейту мен бөлу операцияларында дәйектілік үшін бөлу-көбейту әдісі пайдаланылады. Кейін Жапонияда 3:5 абакусы пайда болды, ол 天三算盤 деп аталды және қазір Ямагата қаласындағы Шанси ауылындағы Изе Ронгжи коллекциясында сақтаулы. Жапонияда 2:5 типті абакус та қолданылды. Төрт бұршақты абакус кеңінен таралып, бүкіл әлемде қолданысқа енді. Жапондық абакустың жақсартулары әртүрлі елдерде жасалды. Қытайда алюминийлі жақтауы бар, пластик бұршақты абакус қолданылды. Бұршақтардың жанында файл орналасқан, ал "тазалау" батырмасын басқанда жоғарғы бұршақ жоғары, ал төменгі бұршақ төменгі жағдайға түседі. Абакус, қапшағай электронды калькуляторлардың кең таралуына, тиімділігіне және қолжетімділігіне қарамастан, Жапонияда әлі де өндіріледі. Соробанды қолдану әлі де жапондық бастауыш мектептерде математика пәнінің бір бөлігі ретінде оқытылады, негізінен жылдам ойша есептеуге көмек ретінде. Көрнекі бейнелерді пайдалану физикалық құрал сияқты жылдам есептеуге мүмкіндік береді.

Корея

Қытайлық есептегіш 1400 жыл шамасында Қытайдан Кореяға көшіп келді. Кореялықтар оны jupan (주판), supan (수판) немесе jusan (주산) деп атайды. Төрт есеп таспен (1:4) есептегіш Корё әулеті кезінде енгізілді. 5:1 есептегіш Мин әулеті кезінде Қытайдан Кореяға әкелінді.

Американың түпкүллі халқы

Кейбір дереккөздерде ежелгі ацтек мәдениетінде nepohualtzintzin деп аталатын есептеу тақтасының қолданылуы туралы айтылады. Бұл Мезоамерикалық есептеу тақтасы 5 таңбалы, 20-лық санау жүйесін пайдаланған. Nepōhualtzintzin сөзі науатль тілінен шыққан, оның түбірлері: Ne – жеке; pōhual немесе pōhualli – есеп; және tzintzin – ұсақ, ұқсас элементтер. Оның толық мағынасы: ұсақ, ұқсас элементтермен санау. Оның қолданылуы Calmecac-та temalpouhqueh-ке үйретілген, олар – аспанның есебін жүргізуге арналған студенттер, бала кезінен бастап. Nepōhualtzintzin екі негізгі бөлікке бөлінген, олар бір таяқша немесе аралық жіппен бөлінген. Сол жақта төрт дөңгелек болған. Бірінші қатардағы дөңгелектердің мәндері 1, 2, 3 және 4-ке тең, ал оң жақтағы үш дөңгелектердің мәндері 5, 10 және 15-ке тең. Жоғары қатардағы дөңгелектердің мәнін білу үшін бірінші қатардағы тиісті дөңгелек мәнін 20-ға (әр қатар үшін) көбейту жеткілікті. Құрылғыда 13 қатарда 7 дөңгелек болған, барлығы 91 дөңгелек. Бұл мәдениет үшін маңызды сан болды. Ол табиғат құбылыстарымен, жер асты әлемімен және аспан циклдарымен тығыз байланысты. Бір Nepōhualtzintzin (91) – жылдың бір маусымының ұзақтығын, екі Nepōhualtzintzin (182) – жүгерінің егілуінен бастап жинауға дейінгі циклының күндер санын, үш Nepōhualtzintzin (273) – нәрестенің жүктілік мерзімінің күндер санын, ал төрт Nepōhualtzintzin (364) – циклді аяқтап, шамамен бір жылға тең. Қазіргі заманғы компьютерлік арифметикаға аударғанда, Nepōhualtzintzin 10-дан 18-ге дейінгі қозғалмалы нүктеге тең келеді, бұл үлкен және кішкентай шамаларды дәл есептейді, бірақ дөңгелектеуге рұқсат берілмейді. Nepōhualtzintzinнің қайта жаңғыруы мексикалық инженер Давид Эспарса Идальгоға байланысты, ол Мексика бойынша саяхаттап, осы құралдың әртүрлі гравюраларын және суреттерін тапқан, олардың бірнешеуін алтын, жаде, қабықшалармен және т.б. қалпына келтірген. Көне Nepōhualtzintzin-дер ольмектер мәдениетіне, сондай-ақ майялардың білезіктеріне және басқа мәдениеттердегі әртүрлі нысандар мен материалдарға жатқызылады. Санчес "Майя арифметикасы" еңбегінде Юкатан түбегінде базасы 5, базасы 4 есептеу тақтасы табылғанын, ол да күнтізбе деректерін есептегенін жазды. Бұл саусақпен есептеуге арналған есептеу тақтасы, бір жағынан 0, 1, 2, 3 және 4 қолданылса, екінші жағынан 0, 1, 2 және 3 қолданылған. Екі циклдің басында және соңында нөлдің қолданылуына назар аударыңыз. Инкалардың кипуі – сандық деректерді жазу үшін қолданылатын түсті түйіндермен жасалған баулар жүйесі, бірақ есептеулер үшін пайдаланылмаған. Есептеулер юпана арқылы жүргізілген (кечуа тілінде "санау құралы"; суретті қараңыз), ол Перуді жаулап алғаннан кейін де қолданылып келді. Юпананың жұмыс істеу принципі белгісіз, бірақ 2001 жылы итальяндық математик Де Паскуале түсіндірме ұсынды. Бірнеше юпананың пішінін салыстыра отырып, зерттеушілер есептеулер Фибоначчи тізбесін 1, 1, 2, 3, 5 және 10, 20 және 40-тың дәрежелерін құралдағы әртүрлі өрістердің разрядтық мәндері ретінде пайдаланып жасалғандығын анықтады. Фибоначчи тізбесін қолдану кез келген өрістегі дөңгелектердің санын ең аз деңгейде ұстайды.

Ресей

Орыс санағышы, шот (көпше саны – шоттар, санау үшін), әдетте, әр сымында он бұрандасы бар бір көлбеу тақтадан тұрады (бір сымында төрт бұрандасы бар, ол ширек рубльдік бөлшектер үшін арналған). Төрт бұрандалы сымдар ширек копек үшін енгізілді, олар 1916 жылға дейін соғылды. Орыс санағышы тік пайдаланылады, әр сымы көлденең бағытта жүреді. Сымдар әдетте ортасынан жоғары қарай иіледі, бұрандалар екі жаққа да бекітіліп тұру үшін. Барлық бұрандалар оңға жылжытылғанда санағыш тазаланады. Пайдалану кезінде бұрандалар солға жылжытылады. Көруге қолайлы болу үшін әр сымның ортаңғы екі бұрандасы (5-ші және 6-шы бұрандасы) әдетте қалған сегіз бұрандадан өзге түспен болады. Сол сияқты, мыңдық сымның сол жақ бұрандасы (болған жағдайда, миллиондық сым да) басқа түс болуы мүмкін. Орыс санағышы бұрынғы Кеңес Одағының дүкендері мен базарларында кеңінен қолданылды және оның пайдалануы 1990-жылдарға дейін көптеген мектептерде оқытылды. Тіпті 1874 жылы ойлап табылған механикалық калькулятор – Однер арифмометрі де Ресейде оны толығымен алмастыра алмады. Яков Перельманның сөзіне сүйенсек, Ресей империясына калькуляторларды импорттауға тырысқан кейбір кәсіпкерлер, шебер санағыш операторын көргеннен кейін үмітсіздікке ұшыраған. Сол сияқты, 1924 жылдан бастап Феликс арифмометрлерін жаппай өндіру Кеңес Одағында санағыштың қолданылуын күрт азайта алмады. Орыс санағышы 1974 жылы отандық микрокалькуляторларды жаппай өндіру басталғаннан кейін ғана танымалдығын жоғалта бастады. Орыс санағышын 1820 жылы математик Жан Виктор Понселе Францияға әкелді, ол Наполеон армиясында қызмет еткен және Ресейде тұтқынға түскен болатын. Санағыш 16 ғасырда ондық санау жүйесі мен алгоритмдік әдістердің пайда болуымен Батыс Еуропада қолданудан шықты. Понселенің француз замандастары үшін ол жаңалық болды. Понселе оны ешқандай қолданбалы мақсатта емес, оқу және демонстрациялық құрал ретінде пайдаланды. Түріктер мен армян халқы орыс шоттарына ұқсас санағыштарды қолданды. Түріктер оны кульба, ал армяндар хореб деп атады.

Мектептегі абакус

Әлем бойынша абакустар балабақшаларда және бастауыш мектептерде сандық жүйе мен арифметиканы оқытуға көмектес құрал ретінде қолданылып келеді. Батыс елдерінде орыс абакусына ұқсас, бірақ тік сымдары және тік жақтауы бар бұрандалы жақтау жиі кездеседі (суретті қараңыз). Бұл жақтау басқа абакустар сияқты позициялық санау жүйесімен немесе әрбір бұранда бір бірлікті білдіретіндей етіп қолданылуы мүмкін (мысалы, 74 санын 7 сымдағы барлық бұрандаларды және 8-ші сымдағы 4 бұранданы жылжыту арқылы көрсетуге болады, сондықтан 100-ге дейінгі сандарды бейнелеуге болады). Суретте көрсетілген бұрандалы жақтаудағы әр сымдағы 5-ші және 6-шы бұрандалардың түсінің өзгеруіне сәйкес 5-ші және 6-шы сым арасындағы кеңістік соңғы тәсілді қолдануға нұсқайды. Мысалы, 6-ны 7-ге көбейтуді оқыту үшін 6 сымға 7 бұранданы жылжыту арқылы көрсетуге болады. Қызыл және ақ абакус қазіргі бастауыш мектептерде санға қатысты сабақтардың кең ауқымында пайдаланылады. Голландтық "rekenrek" ("есептеу жақтауы") деп аталатын жиырма бұрандалы нұсқасы жиі жіпке тізілген немесе қатты жақтауға орнатылған күйде қолданылады.

Фейнман және абакус

Физик Ричард Фейнман математикалық есептеулерді оңай жасау қабілетімен белгілі болды. Ол Бразилияда жапондық санақ шеберімен болған кездесуі туралы жазды, ол Фейнманды қалам мен қағаз бен санақ арасында жылдамдық сынағына қатысуға шақырды. Санақ қосуда және көбейтуде анағұрлым жылдам болды, бірақ Фейнман бөлуде одан жылдам еді. Санақты өте қиын есептер үшін қолданғанда, атап айтқанда, куб түбір табуда, Фейнман жеңіске жетті. Дегенмен, кездейсоқ таңдалған сан Фейнманның куб түбірі белгілі бір санға жақын болды, бұл оған жуықтап есептеу әдістерін қолдануға мүмкіндік берді.

Неврологиялық талдау

Абакуспен есептеуді үйрену ақыл-ойдың есептеу қабілетін арттыруы мүмкін. Абакустан туындаған Абакус негізіндегі ақылмен есептеу (АМЕ) – қосу, алу, көбейту және бөлу сияқты есептеулерді, санада көзге елестетілген абакусты қолдану арқылы орындау болып табылады. Бұл тиімді алгоритммен есептеу жүргізетін жоғары деңгейдегі танымдық дағды. Ұзақ мерзімді АМЕ жаттығуларын жасаған адамдар жоғары сандық жад сыйымдылығын көрсетеді және олардың жүйке жолдары тиімдірек байланысқан. Олар күрделі процестерді шешу үшін жадтан ақпаратты шақыра алады. АМЕ көзге көрінетін абакусты жасап, көзге елестетілген дөңгелектерді жылжытатын визуалды-кеңістіктік және визуалды-қимылдық өңдеуді қамтиды. Ол тек дөңгелектердің соңғы орнын жаттауды қажет ететіндіктен, жадқа және есептеу уақытына талаптар азырақ. Абакус сандарды, әріптерді және белгілерді компьютерде немесе ASCII арқылы екілік жүйеде қалай сақтауға болатынын көрсетеді. Бұл құрылғы үш қатарға орналасқан параллель сымдарға бекітілген дөңгелектерден тұрады. Дөңгелектер компьютердегі "қосылған" немесе "өшірілген" күйіндегі коммутаторды білдіреді.

Көру қабілеті нашар пайдаланушылар

Тим Кранмер ойлап тапқан және Кранмер абакусы деп аталатын бейімделген абакусты көру қабілеті нашар адамдар жиі қолданады. Бұрандалардың артына жұмсақ мата немесе резеңке қойылады, ол пайдаланушылар бұрандаларды жылжытқанда оларды орнында ұстап тұрады. Бұл құрылғы көбейту, бөлу, қосу, алу, квадрат түбір және куб түбір сияқты математикалық амалдарды орындау үшін қолданылады. Көру қабілеті бар оқушыларға сөйлейтін калькуляторлар көмектессе де, абакус көбінесе осы оқушыларға бастауыш сыныптарда үйретіледі. Көзі жоқ оқушылар математикалық тапсырмаларды Брайль әрпімен және Немет кодын (математика үшін Брайль кодінің бір түрі) пайдалана отырып жасай алады, бірақ үлкен көбейту және ұзақ бөлу есептері қиынға соғады. Абакус осы оқушыларға қалам мен қағазды пайдаланатын көретін әріптестеріне қажетті жылдамдық пен математикалық білімге тең математикалық есептерді шешуге мүмкіндік береді. Көптеген көзі жоқ адамдар бұл сандық құралды өмір бойы пайдалы деп есептейді.