Жизнь и деятельность чарльза бэббиджа. Аналитическая машина Бэббиджа Чарльза: описание, особенности, история и свойства

История знает немало людей, которые родились явно раньше, чем следовало. И, соответственно, опередили своё время. В смысле, вышли за пределы уровня научно-технического развития своей эпохи. В девятнадцатом веке одним из таких талантов был Чарльз Бэббидж, английский учёный, математик, изобретатель... компьютера. Да, именно вычислительной машины , пусть и механической.

Как всё начиналось

Чарльз Бэббидж (Charles Babbage) родился 26 декабря 1791-го года в Лондоне. Аккурат в то время, когда человечество едва созрело для покорения электричества и начало конструировать первые источники тока.

Сын успешного банкира, Чарльз учился сначала в частной школе, а затем в Энфилдской академии и в Кэмбридже. Об автоматизации вычислений юноша задумался ещё в 1812-м. Однако строить механизм взялся лишь через семь лет, предварительно изучив счётное устройство Блеза Паскаля («Паскалину») и механический калькулятор Готфрида Лейбница.

Три года упорного труда - и в 1822-м изумлённое Королевское Астрономическое сообщество слушает доклад молодого конструктора о новом аппарате, получившем название «разностный механизм» (Difference Engine).

Почему такое странное наименование? На самом деле в нём нет ничего странного, ведь использовался так называемый метод конечных разностей.

В общем, валики с шестерёнками пришли в движение, немножко покрутились - через несколько минут был готов результат. И астрономы, и математики возрадовались: больше не нужно тратить долгие часы на расчёты, корпеть над бумажками в свете свечей и потом искать ошибки, допущенные из-за усталости.

Большая разностная машина

«Ух ты!» - дружно воскликнуло вышеупомянутое Королевское Астрономическое сообщество. - «Вот это да! Держите золотую медаль!» Чарльз Бэббидж ответил примерно так: «Хочу построить такую же штуковину, но большую. Эта - всего лишь малая. Но требуется финансирование...» Сообщество успокоило: «Деньги нужны? Дадим! Как же не дать, прогресс ведь!» И работа закипела.

Первый в мире механический компьютер планировался огромным, высотой с одноэтажный дом. Он должен был содержать 25 тысяч элементов и весить полтора десятка тонн. С оперативной памятью в тысячу ячеек вместимостью пятьдесят разрядов каждая.

Впрочем, строительство «большой разностной машины» затянулось на долгие годы. То здоровье подводило, то в личной жизни трагедии сыпались одна за одной. Ну а основная причина, конечно, заключалась в уровне технического развития той эпохи. В первой половине девятнадцатого века было не так уж легко изготовить тысячи деталей.

Видя такое дело, в 1842-м власть имущие махнули на проект рукой и прекратили финансирование.

Аналитическая машина

Мистер Бэббидж так просто не сдался и решил сделать другой компьютер - «аналитическую машину.» Причём, с архитектурой, похожей на принципиальные блок-схемы современных компьютеров. С оперативной памятью и кэшем (он назвал это store, «склад»), с процессором («мельницей», mill), контроллерами (control) и даже устройствами ввода-вывода . В общем, описал всё то, что через сто лет предоставил миру Фон Нейман, которому посчастливилось родиться вовремя.

Первые в истории человечества компьютерные программы создала дочь поэта Джорджа Байрона, Ада Августа Лавлейс, с которой сдружился мистер Бэббидж. Это были инструкции по осуществлению вычислений на аналитической машине. Она же ввела понятие «цикл».

Однако в 1851-м у мистера Бэббиджа банально закончились деньги. Работу завершил его сын, Генри Бэббидж, и то лишь в 1906-м, когда был запущен действующий экземпляр. Сам изобретатель до этого счастливого дня не дожил, умер 18 октября 1871-го года.

Другие изобретения

В общем-то, как бы ни складывались обстоятельства, одарённость всегда приносит хоть какие-нибудь плоды, даже если главную мечту всей жизни увидеть своими глазами не удаётся. Неполный, но довольно наглядный список полезных вещей, созданных Чарльзом Бэббиджем, можно оформить примерно так:

1. «малая разностная машина», механический калькулятор , предшественник арифмометров;
2. спидометр (изобрёл, когда работал над повышением безопасности железнодорожного транспорта);
3. поперечно-строгальный станок;
4. револьверный токарный станок;
5. сейсмограф;
6. офтальмоскоп для использования врачами-окулистами.

Последователи

В 1854-м швед Георг Шутц (Georg Scheutz) доработал калькулятор Бэббиджа и тоже получил золотую медаль за свою модификацию. Но не в Англии, а на выставке в Париже. И, по иронии судьбы, в 1859-м продал один экземпляр английским чиновникам из канцелярии правительства, отказавшимся помогать соотечественнику.

Другой швед, Мартин Виберг (Martin Wiberg), посмотрел на вариант Шутца и продолжил модернизацию в сторону более удобной работы с логарифмами.

Ну а там уже и до электромеханических вариантов было недалеко. Таковой создал в 1890-м американец Герман Холлерит. Его шкафы с железками внутри, умеющие считать, назывались табуляторами. Тогда же возникла идея применения перфокарты. Так зародилась фирма IBM.

Заключение

Можно ли считать Чарльза Бэббиджа изобретателем компьютера? Да, можно. Причём, даже по самым дотошным современным меркам. Во-первых, в 1822-м учёный предъявил действующий прототип. Во-вторых, самостоятельно разработал проект более мощного вычислительного устройства , которое по его чертежам было построено в начале двадцатого века.

Польза от других изобретений, «побочных мелочей» вроде станков и приборов, пожалуй, никаких сомнений не вызывает. Ну а воссозданную в 1991-м изначальную «разностную машину» выставили в лондонском Музее науки, чтобы каждый желающий мог увидеть материальное свидетельство одарённости по-настоящему талантливого человека.

Предыдущие публикации:

Чарльз Бэббидж (1791-1871) - пионер создания вычислительной техники, который разработал 2 класса вычислительных машин - разностные и аналитические. Первый из них свое название получил благодаря математическому принципу, на котором основан - методу конечных разностей. Его красота заключается в исключительном использовании арифметического сложения без необходимости прибегать к умножению и делению, которые сложно реализовать механически.

Больше чем калькулятор

Разностная машина Бэббиджа представляет собой счетное устройство. Она оперирует числами единственным способом, на который способна, постоянно складывая их в соответствии с методом конечных разностей. Ее нельзя использовать для общих арифметических расчетов. Аналитическая же машина Бэббиджа гораздо больше, чем просто калькулятор. Она знаменует переход от механизированной арифметики к полномасштабным вычислениям общего назначения. На разных этапах эволюции идей Бэббиджа насчитывалось по меньшей мере 3 проекта. Поэтому на его аналитические машины лучше ссылаться во множественном числе.

Удобство и инженерная эффективность

Бэббиджа являются десятеричными устройствами в том смысле, что они используют 10 цифр от 0 до 9, и цифровыми потому, что оперируют только с целыми числами. Значения представлены шестернями, а каждому разряду отведено свое колесо. Если оно останавливается в промежуточном положении между целыми значениями, то результат считается неопределенным, а работа машины блокируется, чтобы показать нарушение целостности расчетов. Это является своеобразной формой обнаружения ошибок.

Бэббидж также рассматривал использование систем счисления, отличных от десятеричной, в т. ч. двоичной и с основанием 3, 4, 5, 12, 16 и 100. Он остановился на десятеричной по причине ее привычности и инженерной эффективности, поскольку благодаря ей значительно уменьшается количество движущихся частей.

Разностная машина №1

В 1821 г. Бэббидж начал разработки с механизма, предназначенного для расчета и табуляции полиномиальных функций. Автор описывает его как устройство для автоматического вычисления последовательности значений с автоматической печатью результатов в виде таблицы. Интегральной частью конструкции является принтер, механически связанный с расчетной секцией. Разностная машина №1 представляет собой первую полноценную конструкцию для автоматического выполнения расчетов.

Время от времени Бэббидж менял функциональные возможности устройства. Дизайн 1830 г. изображает машину, рассчитанную на 16 цифр и 6 порядков разности. Модель состояла из 25 тыс. частей, разделенных поровну между вычислительной секцией и принтером. Если бы устройство было построено, то весило бы, по оценкам, 4 т и имело бы высоту 2,4 м. Работа по созданию разностной машины Бэббиджа была остановлена в 1832 г., после спора с инженером Джозефом Клементом. Государственное финансирование окончательно прекратилось в 1842 г.

Аналитическая машина

Когда работа над разностным аппаратом застопорилась, в 1834 году Бэббидж задумал более амбициозное устройство, которое позже получило название аналитического универсального программируемого вычислительного механизма. Структурные свойства машины Бэббиджа во многом соответствуют основным блокам современного цифрового компьютера. Программирование производится с помощью перфокарт. Эта идея была заимствована у жаккардового ткацкого станка, где они служат для создания сложных текстильных узоров.

Логическая структура аналитической машины Бэббиджа в основном соответствует доминирующему дизайну компьютеров электронной эры, который подразумевает наличие памяти («магазина»), отделенной от центрального процессора («мельницы»), последовательное выполнение операций и средства для ввода и вывода данных и инструкций. Поэтому звание пионера вычислительной техники автор разработки получил вполне заслуженно.

Память и центральный процессор

У машины Бэббиджа есть «магазин», где хранятся числа и а также отдельная «мельница», где выполнялась арифметическая обработка. Она имела набор из 4 арифметических функций и могла выполнять прямое умножение и деление. Кроме того, устройство было способно производить операции, которые теперь получили названия условного разветвления, цикла (итерации), микропрограммирования, параллельной обработки, фиксации, формирования импульсов и т. п. Сам автор такую терминологию не использовал.

ЦПУ аналитической машины которое он называл «мельницей», обеспечивает:

• хранение чисел, операции над которыми производятся немедленно, в регистрах;
• имеет аппаратные средства для произведения с ними основных арифметических операций;
• передачу ориентированных на пользователя внешних инструкций в детальное внутреннее управление;
• систему синхронизации (такт) для выполнения инструкций в тщательно подобранной последовательности.

Механизм управления аналитической машины выполняет операции автоматически и состоит из двух частей: нижнего уровня, контролируемого массивными барабанами, называемыми бочками, и высокого уровня, использующего перфокарты, разработанными Жаккардом для ткацких станков, широко применявшихся в начале 1800-х годов.

Устройства вывода

Результат вычислений выводится различными способами, включая печать, перфокарты, построение графиков и автоматическое производство стереотипов - лотков из мягкого материала, на которых производится оттиск результата, способных служить формой для отливки пластин для печати.

Новая конструкция

Новаторскую работу над аналитической машиной Бэббидж в основном завершил к 1840 г. и начал разрабатывать новое устройство. В период с 1847 по 1849 год он закончил разработку разностной машины №2, представлявшей собой улучшенную версию оригинала. Эта модификация была рассчитана на операции с 31-разрядными числами и могла привести в табличную форму любой полином 7-го порядка. Дизайн был изящно простым и требовал лишь третью часть от количества деталей первоначальной модели, обеспечивая равную с ней вычислительную мощность.

В разностной и аналитической машинах Чарльза Бэббиджа использовалась одна и та же конструкция устройства вывода, которое не только делало распечатку на бумаге, но и автоматически создавало стереотипы и самостоятельно производило форматирование согласно заданному оператором макету страницы. При этом предусматривалась возможность настройки высоты строки, числа столбцов, ширины полей, обеспечивались автоматическое сворачивание строк или столбцов и расстановка пустых строк для удобства чтения.

Наследие

Помимо нескольких частично созданных механических сборок и тестовых моделей небольших рабочих секций, ни одна из конструкций не была реализована полностью в течение жизни Бэббиджа. Основная собранная в 1832 г. модель была 1/7 частью разностной машины №1, которая состояла примерно из 2 тыс. деталей. Она безупречно работает по сей день и является первым успешным автоматическим вычислительным устройством, которое реализует математические расчеты в механизме. Бэббидж умер, когда собиралась небольшая экспериментальная часть аналитической машины. Многие детали конструкции сохранились, как и полный архив чертежей и записок.

Проекты огромных механических вычислительных машин Бэббиджа считаются одним из потрясающих интеллектуальных достижений XIX века. Только в последние десятилетия его работа была детально изучена, и степень важности того, что он совершил, становится все более очевидной.

Чарльз Бэббидж (Charles Babbage)

Первый компьютер был придуман в 1834 году: деревянный "дисковод", картонные перфокарты, "процессор" на шестеренках и рычагах...

Каждое утро тысячи служащих заполняли тесные лондонские улочки начала XIX века. Они спешили в свои конторы, чтобы погрузиться в душный мир цифр - финансовые прогнозы и отчеты о сборе налогов, мореходные астрономические таблицы и календари. Могущество "Владычицы морей" опиралось в том числе на армию безвестных вычислителей, терпеливо перемалывающих мириады чисел.

В 1812 г. Чарльз Бэббидж дремал над открытой таблицей логарифмов. Приятель молодого математика разбудил его возгласом: "О чем замечтался?", на что Бэббидж ответил:
"...А ведь все эти таблицы могли быть вычислены с помощью машины!"

В эпоху, когда пароходы и паровозы еще считались многообещающей новинкой, Чарльз Бэббидж решил избавить людей от гнета рутинных вычислений. Он говорил: "Я отдаю себе отчет, что мои утверждения могут рассматриваться как нечто сверхутопическое и что они вызовут в памяти философов Лапуты..." (Лапута - летающий остров, придуманный Джонатаном Свифтом. На Лапуте жили мудрецы, примечательные своей оторванностью от реальной жизни и пространными псевдонаучными рассуждениями.) И точно - в возможности создания автоматической вычислительной машины сомневались тогда не только обыватели, но и многие ученые.

ЧАРЛЬЗ РОДИЛСЯ В 1791 ГОДУ в семье банкира Бенджамина Бэббиджа. Из-за неважного здоровья он до 11 лет учился дома. Потом его отдали в одну из лучших частных школ Англии, где Чарльза сразу покорила богатая библиотека. Среди прочего там были прекрасные книги по математике...

К этой науке Бэббидж относился с трепетом всю дальнейшую жизнь. Иногда дело доходило до курьезов.

Каждую минуту умирает человек,
Но каждую минуту человек рождается.

Этот фрагмент из стихотворной поэмы Альфреда Теннисона заставил Бэббиджа отправить поэту письмо, где математик придирчиво заметил: "...Хорошо известно, что упомянутая сумма (население Земли) постоянно увеличивается. Поэтому я беру на себя смелость предположить, что в следующем издании Вашей превосходной поэмы ошибочные расчеты будут исправлены следующим образом:

Каждое мгновение умирает человек,
Но 1,16 человека рождается...

Может, это был своеобразный юмор Бэббиджа? Его отношение к предмету выдает следующее добавление: "Я мог бы указать Вам и более точную цифру -1,167; но это, конечно, нарушило бы ритм стиха..."

Также безоглядно он увлекался изобретательством. Например, попав в оперу на "Дон Жуана", смертельно заскучал и уже через пять минут ушел из зала - посмотреть, как устроен механизм сцены...

Бэббидж пытался вдохнуть жизнь в "нагромождение" валов, шестеренок и рычагов, названное им "Разностной машиной" не один год. Поначалу некоторые средства ученому выделяло Министерство финансов Ее Величества. Но исследования затянулись и господин министр соскучился ждать. Ученому удалось построить только отдельные узлы своей машины.

Неудача с "Разностной машиной" нисколько не обескуражила Бэббиджа. Напротив, он сразу же "замахнулся" на новый, несравненно более сложный агрегат.

В 1834 году конструктор впервые в мире задумал создать механическое устройство, способное не просто считать, но управлять ходом собственной работы, в зависимости от заложенной программы и результатов промежуточных вычислений! Прародитель ЭВМ был назван им "Аналитической машиной". Бэббидж придумал все основные части, которые сегодня составляют компьютер: накопитель для хранения чисел, арифметическое устройство, механизм, управляющий последовательностью операций, устройства ввода и вывода данных. До него никто еще не пытался создать по-настоящему универсальный вычислитель. Даже собранный на несколько лет раньше "арифмометр" Блеза Паскаля был, по сути, не более чем усложненными счетами.

Ход вычислений в машине Бэббиджа определяли перфокарты с программой. А первым в мире программистом стала леди Ада Лавлейс . Дочь Джорджа Байрона - она проявляла несравненно больший интерес к математике, нежели к поэзии, и в этом походила на Бэббиджа. Ада была знакома со многими учеными своего времени, часто принимала их у себя дома, выступая не только в роли хозяйки, но и как активная участница научных споров.

Бэббидж "заразил" Аду идеей создания программируемой вычислительной машины, и она составила несколько программ для его агрегата. Применить их так и не пришлось, зато леди Лавлейс разработала все основные принципы программирования, применяемые до сих пор. Ее именем даже назвали один из компьютерных языков - "Ада".

ЧАРЛЬЗ БЫЛ ГОТОВ ПОЙТИ на самые экзотические авантюры, чтобы добыть средства на постройку "Аналитической машины"" Сначала, вместе с леди Лавлейс, Бэббидж придумал "беспроигрышную" систему ставок на скачках. Однако математический талант Ады не помог: изобретатели проигрались в пух и прах, и леди Лавлейс пришлось продать свой фамильный жемчуг.

Неунывающий Бэббидж решил написать роман в трех томах, рассчитывая выручить за него 500 фунтов, но быстро охладел к идее. Зато загорелся новым проектом - деньги ему должен принести автомат... для игры в крестики-нолики, с которым Бэббидж предполагал разъезжать по стране. Знакомый Чарльза отговорил его от этой затеи, уверяя, что данным способом не удастся выколотить из чопорной английской публики требуемую сумму. Автомат для крестиков-ноликов так и не был создан. Как и сама "Аналитическая машина", хотя Бэббидж продолжал работу над ней до конца жизни.

Вскоре после смерти Бэббиджа журнал "Панч" написал:

Служа науке, он терпел лишенья.
Был рок его тревожен и суров,
Он злой судьбою избран был мишенью
Скорей ударов, нежели даров...
(Перевод И. Липкина.)
Тогда же британский комитет по науке отозвался о его изобретении: "Мы полагаем, что подобные машины, помимо экономии труда, сделают осуществимым то, что находится слишком близко к пределам человеческих возможностей", Почему это признание не появилось при жизни изобретателя?

ТОЛЬКО ПОСЛЕ СМЕРТИ Бэббиджа его сын Генри сумел построить по чертежам отца центральный узел "Аналитической машины" - арифметическое устройство, которое в 1888 году вычислило произведения числа "пи" на числа натурального ряда от одного до 32 с точностью до 29 знаков! Машина Бэббиджа оказалась работоспособной, но Чарльз этого уже не увидел.

Природа научных знаний такова, что малопонятные и совершенно бесполезные приобретения сегодняшнего дня становятся популярной пищей для будущих поколений.

Чарльз Бэббидж

Чарльз Бэббидж (26 декабря 1791, Лондон, Англия - 18 октября 1871, там же) - английский математик, изобретатель первой аналитической вычислительной машины.

Бэббидж родился 26 декабря 1791 года, в том месте, где сейчас расположен небольшой городок Саутворк, пригород Лондона. Он был слабым, болез-ненным ребенком с сильным любопытством и одаренным богатым вообра-жением умом. Когда ему давали игрушку, он разламывал ее на части, чтобы узнать, как она сконструирована. Как-то раз он сделал две прикрепленные на петлях доски, которые давали ему возможность ходить по воде. Бэббидж рано проявил склонность к математике, возможно унаследованную от своего отца, банкира.

В октябре 1810 году Бэббидж поступил в Тринити-колледж Кембриджа, где изучал математику и химию. Он самостоятельно осваивал труды Ньютона, Лейбница, Лагранжа, Лакруа, Эйлера и других математиков академий Санкт-Петербурга, Берлина и Парижа. Бэббидж очень быстро обогнал своих преподавателей по знаниям и был сильно разочарован уровнем преподавания математики в Кембридже. Более того, он заметил, что Британия в целом заметно отстала от континентальных стран по уровню математической подготовки.

Его преподаватели были разочарованы такими выводами Бэббиджа. Математика Ньютона, умершего 100 лет назад, все еще удерживала свое влияние в Кембридже, не-смотря на новые идеи, циркулирующие в Европе.

В связи с этим Бэббидж и его друзья соз-дали клуб, получивший название “Аналитическое общество”, обещая друг другу сделать все от них зависящее, чтобы мир стал мудрее, чем он был до них. Они стали проводить собрания. Обсуждать различные вопросы, связанные с математикой. Начали публиковать свои труды. Например, в 1816 году они опубликовали переведённый ими на английский язык «Трактат по дифференциальному и интегральному исчислению» французского математика Лакруа, а в 1820 году опубликовали два тома примеров, дополняющих этот трактат. Аналитическое общество своей активностью инициировало реформу математического образования вначале в Кембридже, а затем и в других университетах Британии. Общество помогло возродить изучение математики в Англии, делая упор на абстрактной природе алгебры и пытаясь привнести новые идеи.

Бэббидж обдумывал вступление в церковь, но отклонил этот выбор. Он подумывал о горном деле как о потенциально прибыльном предприятии, но отказался и от этой идеи.

2 июля 1814 года он женился на Джорджиане Витмор. Джорджиана Бэббидж родила восьмерых детей в течение 13 лет, но лишь трое тз них дожили до совершеннолетия.

В 1816 году Бэббидж стал членом Королевского Общества Лондона. К тому времени он написал несколько больших научных статей в разных математических дисциплинах.

В 1820 году он стал членом Королевского Общества Эдинбурга и Королевского Астрономического Общества.

В 1827 году Бэббидж похоронил отца, жену и двоих детей. В этом же году он вступил на пост руководителя кафедрой математики Кембриджского университе, занимаемый в своё время Ньютоном, и занимал этот пост в течение 12 лет. После того, как он покинул этот пост, он большую часть своего времени посвятил делу его жизни — разработке вычислительных машин.

Главной страстью Бэббиджа была борьба за безукоризненную математическую точность. Он обнаружил погрешности в таблицах логарифмов Непера, которыми широко пользовались при вычислениях астрономы, математики, штурманы дальнего плавания. В 1819 году приступил к разработке своей вычислительной машины, которая помогла бы выполнить более точные вычисления. К 1822 году Бэббидж спроектировал то, что он назвал разностной машиной, маленькое устройство для вычисления таблиц, важных для навигации.

Бэббидж продемонстрировал работу машины на примере вычисления членов последовательности. Работа разностной машины была основана на методе конечных разностей. Малая машина была полностью механической и состояла из множества шестерёнок и рычагов. В ней использовалась десятичная система счисления. Она оперировала 18-разрядными числами с точностью до восьмого знака после запятой и обеспечивала скорость вычислений 12 членов последовательности в 1 минуту. Малая разностная машина могла считать значения многочленов 7-й степени.

За создание разностной машины Бэббидж был награждён первой золотой медалью Астрономического общества. Однако малая разностная машина была экспериментальной, так как имела небольшую память и не могла быть использована для больших вычислений.

14 июня 1822 года, выступив перед Королевским астрономическим обществом, он предложил создание большой разностной машины, первого автоматического вычислительного устройства. Его научный доклад обществу, озаглавленный “Наблюдения за применением машинного обору-дования к вычислению математических таблиц”, был хорошо принят. “Вся арифметика теперь происходила внутри способного к быстрому восприятию механизма”, — писал он позже. Этот доклад был самым первым докладом по механическому вычислению. Бэббидж представлял себе машину, которая могла делать многочисленные вычисления автоматически. Когда машина начнет работать, оператор будет выполнять работу наблюдателя. Как про-возгласил Бэббидж в письме к президенту Королевского общества люди теперь избавлены от “невыносимого труда и утомляю-щей монотонности” математических вычислений; вместо этого машины, используя “гравитационную или любую другую движущую силу”, могли за-просто заменить человеческий интеллект.

Со своим предложением профинансировать создание большой разностной машины Чарльз Бэббидж обратился в Королевское и Астрономическое общества. И те, и другие отозвались на это предложение положительно. В 1823 году Бэббидж получил 1500 фунтов стерлингов и приступил к разработке новой машины. Он планировал сконструировать машину за 3 года. Однако Бэббидж не учёл сложности конструкции, а также технические возможности того времени.

Бэббидж надеялся построить действующую машину через два или три года, но скоро обнаружил, что это слишком оптимистично. Собрать вместе дета-ли, которые дали бы ему возможность создать части машины, оказалось на-много сложнее, чем предполагалось. Несколько следующих лет он проекти-ровал детали машины, а потом пытался построить машину, которая бы де-лала сами детали. Это была утомительная и тщетная работа, которая не дала желаемых результатов, хотя способствовала развитию британского инстру-ментального мастерства.

У же к 1827 году был о затрачено 3500 фунтов стерлингов. Ход работы по созданию разностной машины сильно замедлился.

В 1830 году Бэббидж получил от правительства ещё 9000 фунтов стерлингов, после чего продолжил конструирование разностной машины.

В 1834 году работы по созданию машины были приостановлены. На тот момент уже было затрачено 17000 фунтов государственных денег и 6000 личных. С 1834 по 1842 год правительство обдумывало, оказывать поддержку проекту или нет. Большая разностная машина должна была состоять из 25 000 деталей, весить почти 14 тонн и быть 2,5 метра высотой. А в 1842 году отказалось финансировать проект. Разностная машина так и не была достроена.

Бэббидж решил разработать проект совершенно другой машины, которая была бы легче в изготовлении, чем разностная. Он начал в 1834 году и в течение следующих двух лет создал основные элементы совре-менного компьютера. Еще до создания разностной машины Бэббидж понял ее недостатки. По существу это был калькулятор специального назначения, а компьютер должен быть не только удобным, но и универсальным, способ-ным выполнить любую арифметическую или логическую операцию. Бэб-бидж назвал это более, сложное устройство “аналитической машиной”. Если бы он преуспел в ее создании, это был бы первый универсальный компью-тер. Важно также и то, что аналитическая машина была задумана как про-граммируемая, поэтому ее команды были изменяемыми. Бэббидж писал, что он был удивлен той силе, которую способен был дать машине, забывая, что ему надо еще построить ее.

Идеи Бэббиджа сейчас вызывают удивление своей схожестью с общими концепциями современных компьютеров. Инструкции должны были вво-диться в аналитическую машину при помощи перфокарт, затем сохраняться на складе, по существу в памяти современного компьютера. Мельница (арифметико-логическое устройство, часть современного процессора) должна была производить операции над переменными, а также хранить в регистрах значение переменных, с которыми в данный момент осуществляет операцию. Третье устройство, которому Бэббидж не дал названия, осуществляло управление последовательностью операций, помещением переменных в склад и извлечением их из склада, а также выводом результатов. Оно считывало последовательность операций и переменные с перфокарт.

Если Разностная машина имела сомнительные шансы на успех, то Аналитическая машина и вовсе выглядела нереалистичной. Ее просто невозможно было построить и запустить в работу. В своем окончательном виде машина должна была быть не меньше железнодорожного локомотива. Ее внутренняя конструкция представляла собой беспорядочное нагромождение стальных, медных и деревянных деталей, часовых механизмов, приводимых в действие паровым двигателем.

Аналитическая машина так и не была построена. Все, что дошло от нее до наших дней, - это ворох чертежей и рисунков, а также небольшая часть арифметического устройства и печатающее устройство, сконструированное сыном Бэббиджа.

Наивысшим достижением Чарльза Бэббиджа и вместе с тем его величайшей болью была разработка принципов, положенных в основу современных компьютеров, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Он потратил несколько десятилетий, крупные правительственные субсидии и значительную часть собственных средств в попытках создать вычислительную машину, работающую на этих принципах. Интересно, что в процессе работы над проектом Аналитической машины Бэббидж нашел подходы к созданию значительно менее громоздкого устройства Разностной машины №2.

Современники Чарльза Бэббиджа могли не узнать о достижениях изобрета-теля, если бы не старания Ады, графини Лавлейс, дочери поэта лорда Бай-рона. Бэббидж встретил ее впервые на вечеринке, которую он давал 5 июня 1833 года. Ей тогда было 17 лет. 9 лет спустя в Италии итальянский воен-ный инженер, Луиджи Федерико Менабреа, описал математические прин-ципы Аналитической машины в научной статье. В 1843 году Ада Лавлейс выполнила английский перевод научной статьи Менабреа, сопроводив ее обширными примечаниями. Этот перевод дал Англии первое небольшое представление о достижениях Бэббиджа в области компьютеров. Для Бэббиджа Ада и ее муж, граф Лавлейс, стали друзьями на всю жизнь, а Ада, кроме того, стала обществен-ным адвокатом Бэббиджа.

Несмотря на то, что Чарльз Бэббидж считается изобретателем вычислительных машин, на самом деле он был очень разносторонний человек. Бэббидж занимался безопасностью железнодорожного движения, для чего оборудовал вагон-лабораторию всевозможными датчиками, показания которых фиксировались самописцами. Изобрёл спидометр. Участвовал в изобретении тахометра. Создал приспособление, сбрасывающее случайные предметы с путей перед локомотивом.

В ходе работ над созданием вычислительных машин, сделал большой прогресс в металлообработке. Сконструировал поперечно-строгальный и токарно-револьверный станки, придумал методы изготовления зубчатых колес. Предложил новый метод заточки инструментов и литья под давлением.

Он содействовал реформированию почтовой системы в Англии. Составил первые надёжные страховые таблицы. Занимался теорией функционального анализа, экспериментальными исследованиями электромагнетизма, вопросами шифрования, оптикой, геологией, религиозно-философскими вопросами.

В 1834 году Бэббидж написал одну из самых важных работ «Экономика технологий и производств», в которой он предлагал то, что сейчас называется «Исследованием операций».

Он был одним из основателей Лондонского статистического общества. В числе его изобретений были спидометр, офтальмоскоп, сейсмограф, устройство для наведения артиллерийского орудия.

Кроме того, Бэббидж был очень общительным человеком. Часто по субботам он собирал в доме гостей. Иногда приходило от 200 до 300 гостей, среди которых были такие знаменитые люди того времени: Жан Фуко, Пьер Лаплас, Чарльз Дарвин, Чарльз Диккенс,Александр Гумбольдт. Помимо этого он поддерживал близкие отношения с Юнгом, Фурье, Пуассоном, Бесселем, Мальтусом.

Бэббидж оставил огромный след в истории XIX века. И сделал переворот не только в математике и вычислительной технике, но и в науке в целом.

Вечером 18 октября 1871 года, за два месяца до своего восьмидесятилетия, Чарльз Бэббидж умер.

P.S.

Уже 130 лет существует Международное сообщество IEEE - The Institute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и электронике . К числу его основателей принадлежат Томас Эдисон, Александр Белл, Никола Тесла. Это международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике.

С 1981 года существует Медаль "Computer Pioneer" - Пионер компьютерной техники , - самая престижная награда Компьютерного сообщества IEEE . Вручается эта медаль за выдающиеся достижения в компьютерных науках, при этом основной вклад должен быть совершен более 15 лет назад. Так вот, на лицевой стороне Медали "Computer Pioneer" выполнен барельеф выдающегося британского учёного Чарльза Бэббиджа.

Лауреатами этой почетной награды стали такие классики отечественной науки как:

• В.М. Глушков с формулировкой "основал первый в СССР Институт Кибернетики на Украине, разработал теорию цифровых автоматов и компьютерной архитектуры, а также рекурсивный макроконвейерный процессор";
• С.А. Лебедев - "разработал и построил первый советский компьютер и основал советскую компьютерную промышленность";
• А.А. Ляпунов - "разработал теорию операторных методов для абстрактного программирования и основал советскую кибернетику и программирование".

По материалам Википедии и статьи "Чарльз Бэббидж. Провозвестник эры компьютеров" книги А. Частикова "Архитекторы компьютерного мира", сайта ieee.ru .

Английский математик и инженер Чарльз Бэббидж (1791-1871) является одной из самых значительных фигур в предыстории компьютерных вычислений. Его по праву называют отцом вычислительной техники. Построенная им разностная машина № 1 (Difference Engine № 1) была первым успешным автоматическим устройством и остается примером инженерной точности даже в наше время. Хотя идеи Бэббиджа прямо не повлияли на создание современных компьютеров, его Аналитическая машина, задуманная в 1834 г., обладала всеми существенными логическими возможностями сегодняшних универсальных ПК.

Чарльз Бэббидж родился 26 декабря 1791 г. в Уолворте, графство Суррей, Англия. Он был одним из четырех детей в семье банкира Бенджамина Бэббиджа и Элизабет Тип (Elizabeth Teape). В юные годы Чарльз самостоятельно изучал алгебру, в которую был прямо-таки влюблен, а также штудировал труды многих европейских математиков. Посещая Тринити-Колледж в Кембридже в 1810 г., он обнаружил, что опережает в этой области некоторых учителей. Свое образование он завершил в в 1814 г. в Питерхаузе (колледж Святого Петра, Кембридж). В 1816 г. Чарльз Бэббидж был избран членом Королевского общества и занимал должность Лукасовского профессора математики (основана лордом Генри Лукасом в 1663 г.) в Кембриджском университете с 1828 г. по 1839 г.

Для правильной оценки мотиваций Чарльза Бэббиджа необходимо немного представить «технологическую атмосферу» 20-30-х годов XIX столетия. Это было время беспрецедентных инженерных амбиций. Транспорт, коммуникации, архитектура и производство находились в состоянии лихорадочных изменений. Изобретатели и конструкторы использовали новые материалы и процессы, и, казалось, инновациям не будет конца. Паровые машины неуклонно заменяли тягловую силу животных, металлические пароходы начали конкурировать с парусными судами, сеть железных дорог стремительно расширялась, а телеграф совершил революцию в коммуникациях. Расцвет науки, инженерии и появление новых технологий сулили неограниченные возможности.

В то же время архитекторы, математики, астрономы, штурманы, специалисты ряда других профессий, в общем, все, кому необходимо было выполнять нетривиальные вычисления, использовали для этого напечатанные числовые таблицы, которые вычислялись, копировались, проверялись и набирались для печати вручную. Однако людям свойственно ошибаться, и предчувствие, что необнаруженная в расчетах ошибка приведет к катастрофе, никогда не покидало пользователей этих таблиц. Современник Бэббиджа Дионисиус Ларднер (Dionysius Lardner) написал в 1834 г., что случайная выборка из 40 томов числовых таблиц содержала не менее 3700 подтвержденных ошибок и неизвестное количество неподтвержденных. Это обусловливалось тремя основными причинами: ошибками в вычислениях, при подготовке рукописей и при наборе и печати.

Чарльз Бэббидж был не только экспертом в числовых таблицах, но и большим их поклонником: его собственная коллекция насчитывала около 300 томов и слыла самой представительной в мире. Он весьма критически относился к ошибкам, и его основным мотивом для разработки счетной машины стало желание удалить риск их возникновения при создании математических таблиц.

Довольно активные попытки автоматизировать вычисления предпринимались еще в XVII-XVIII веках. Приведем здесь наиболее известные примеры. Так, в 1623 г. Вильгельм Шиккард (Wilhelm Schickard) построил первый дискретный автоматический калькулятор и таким образом, по существу, открыл компьютерную эру. Его устройство, которое называлось «вычисляющие часы», было способно складывать и вычитать шестизначные числа и сообщало о переполнении звуком колокольчика. Операции выполнялись с помощью колесиков, и полный оборот колесика единиц инкрементировал колесо десятков. Эта концепция впоследствии нашла широкое применение. Шиккард был другом Иоганна Кеплера, и говорят, что тот пользовался изобретением Шиккарда при своих вычислениях. И машина, и ее чертежи пропали во время войны. Она была вновь «переоткрыта» в 1935, чтобы снова затеряться в очередной войне, а затем еще раз в 1956 г., и реконструирована в 1960-м.

Блез Паскаль построил суммирующий аппарат в 1642 г. Хотя его Pascaline была и не столь мощной, как машина Шиккарда, она получила большую известность. Он собрал около 50 штук, но смог продать только дюжину различных модификаций, работающих с восьмизначными числами.

В 1671 г. известный математик Готфрид Лейбниц разработал устройство, которое могло умножать пяти- и двенадцатиразрядные числа и давать шестнадцатиразрядный результат. Оно затерялось на чердаке и было вновь изобретено в 1879 г. Однако наибольшим вкладом Лейбница в вычисления считается введение им двоичной системы счисления, использующейся сегодня во всех компьютерах. Но вернемся к Чарльзу Бэббиджу.

Предание гласит, что в 1821 г. Бэббидж и его друг, астроном Джон Гершель (John Hershel), сын известного астронома сэра Уильяма Гершеля, открывшего планету Уран, проверяли вручную числовые таблицы и находили одну ошибку за другой. Тогда Чарльз в отчаянии воскликнул: «Господи, если бы эти вычисления выполнялись с помощью пара!». Именно после этого он задумал сконструировать механический вычислитель беспрецедентной величины и сложности. Стереотипирование - процесс автоматической штамповки результатов - должно исключить ошибки при тиражировании таблиц. Таковым являлся план, который изобретатель, к сожалению, не смог реализовать при жизни. И причиной тому стали отнюдь не принципиальные ошибки.

Итак, Бэббидж начал работу над своим проектом в 1821 г. В отличие от калькуляторов Шиккарда, Паскаля и Лейбница, разностная машина Бэббиджа предназначалась не для выполнения базовой арифметики, а для вычисления полиномов, имеющих множество приложений, и автоматической печати результатов. Она использовала метод разделенных разностей, хорошо известный тогда. Его преимущество заключается в том, что вычисление значений полиномов (в частном случае) на последовательности равноотстоящих точек не требовало производить операции умножения и деления, а сложение на механических калькуляторах было реализовать намного легче.

Однако технологические требования для производства частей машины Бэббиджа выходили за стандарты существующей на тот момент инженерной практики. Сложные формы деталей нуждались в специальных шаблонах и инструментах, к тому же необходимо было изготовить сотни идентичных деталей с довольно высокой точностью. К сожалению, Бэббидж задумал свою машину в то время, когда технология производства находилась в переходном периоде между ручным штучным и массовым изготовлением, и средств для автоматического производства повторяющихся деталей еще не было.

Конечно, Бэббидж тщательно рассмотрел существующие технологию и практику производства, посетив фабрики и мастерские как в Англии, так и на континенте. И сделал неутешительные выводы: точность и сложность требуемых для его машины деталей находятся за пределами возможностей технологии того времени. Согласно проекту полноразмерная разностная машина № 1 должна была состоять приблизительно из 25 тыс. деталей, суммарный вес которых достигал примерно 15 т. В собранном виде ее размеры составляли 2,1×2,5×0,9 м (Д×В×Ш).

Для создания проекта Чарльз Бэббидж нанял опытного инструментальщика и чертежника Джозефа Клемента (Joseph Clement). Законченная часть машины была собрана в 1832 г. и сегодня является одним из наиболее известных экспонатов в предыстории вычислительной техники. Это старейший из сохранившихся автоматических калькуляторов и пример непревзойденной по тем временам точности изготовления.

Надо сказать, что Бэббидж получил от правительства огромный грант - 17 500 фунтов стерлингов. Но работа над машиной остановилась в 1833 г., когда Клемент отказался от дальнейшего участия ввиду неразрешимого спора о компенсации за перемещение его мастерской на расстояние 4 мили к новому жилищу Бэббиджа. Так это устройство никогда и не построили. Около 12 тыс. неиспользованных частей, изготовленных с высокой точностью, позднее расплавили на лом. За средства, потраченные на разработку, можно было купить 22 новых паровоза на фабрике Роберта Стивенсона - чудовищная сумма в 1831 г.

Но Чарльз Бэббидж не сдался. В 1834 г. он задумывает новый, более амбициозный проект - универсальную программируемую вычислительную машину, впоследствии названную аналитической (Analytical Engine). Это был качественный скачок как в отношении логической концепции, так и инженерной конструкции. Данная модель расценивается как одно из замечательнейших интеллектуальных достижений XIX столетия.

Аналитическая машина обладала многими особенностями, присущими современным цифровым компьютерам. Она программировалась с помощью перфокарт - идея была заимствована из ткацкого станка Жаккарда, где они использовались для выработки крупноузорчатых тканей. Машина имела «склад», где хранились числа и промежуточные результаты, и отдельную «фабрику», выполняющую арифметические операции. В нее были «встроены» четыре арифметические функции, и она могла осуществлять прямые операции умножения и деления. Аналитическая машина также выполняла ряд действий, которые в современной терминологии носят названия «условный переход», «цикл», «микропрограммирование», «параллельная обработка», «защелка», «опрос», хотя сам Бэббидж никогда не применял этих терминов. В ней предполагались разные устройства вывода, включающие вывод на печать, перфоратор, плоттер и автоматическое получение стереотипов для изготовления печатных форм.

Логическая структура аналитической машины, по существу, совпадала с таковой для современных компьютеров: отдельные память (склад) и центральный процессор (фабрика), последовательные операции, использующие цикл «выборка-исполнение», и блоки для ввода и вывода данных и инструкций.

Небезынтересно отметить, что в 1833 г. на сцене появляется Ада Лавлейс, дочь английского поэта лорда Байрона, эпатировавшего лондонский истеблишмент до такой степени, что даже Пушкин, тоже не подарок, от него открещивался. «Нет, я не Байрон, я - другой...», - писал он, возможно, с сожаленьем.

Чарльз Бэббидж встретил ее на какой-то вечеринке. Лавлейс, которой исполнилось тогда семнадцать, имела некоторые познания в математике, что считалось весьма необычным для женщин того времени. Она познакомилась с небольшой рабочей секцией машины и сразу же стала приверженцем работы Бэббиджа. В 1843 г. Лавлейс перевела и опубликовала статью итальянского инженера Луиджи Менабреа (Luigi Menabrea) и написала к ней довольно обширное приложение, занимавшее в три раза больший объем, чем сам оригинал. Оно включало описание шагов, которые должна была сделать машина для решения определенной математической задачи, то есть, по сути, представила первое описание программы.

Лавлейс предположила, что машина способна выйти за границы чисел и манипулировать символами по определенным правилам. Она увидела, что числа могут быть представлены другими сущностями - например, буквами алфавита, и вместо манипулирования только цифрами вычислительные машины расширят свои возможности.

Эта запись, как показал XX век, оказалась пророческой, и появления программ Бэббидж не предвидел, несмотря на прозорливость.

В процессе работы над аналитической машиной он понял, как можно упростить разностную машину, и в период между 1847 г. и 1849 г. приступил к созданию ее второго варианта - Difference Engine № 2. Проект был более элегантный, поскольку вобрал в себя многие наработки от аналитической машины и требовал в три раза меньше деталей, чем предыдущий, при этом сохраняя все его возможности. С 8 тыс. деталей машина весила бы 5 т.

Бэббидж не предпринимал никаких попыток построить разностную машину № 2. Нужно сказать, что кроме нескольких частично завершенных механических сборок и тестовых моделей небольших работающих секций, ни одна из машин изобретателя не была построена в течение его жизни.

Чтобы доказать тезис, что только ограниченные возможности технологий викторианской эпохи стали основной причиной того, что Бэббидж не смог построить свои машины, Музей науки в Лондоне начал в 1985 г. создавать разностную машину № 2 по его оригинальным чертежам и из материалов, которые наиболее соответствовали бы тому периоду. Для производства повторяющихся деталей использовалась современная техника, точность же постарались оставить на уровне времен Бэббиджа. Вычислительная секция устройства, законченная в 1991 г., состоит из 4 тыс. движущихся деталей (исключая печатающий механизм) и весит 2,6 т. Ее длина достигает 3,4 м, высота - 2,1 м, а ширина - 5,5 м. В 2000-2002 гг. Музей добавил печатающее устройство, которое по размерам оказалось почти таким же, как и калькулятор, и весило 2,5 т, а также аппаратуру для стереотипирования. Таким образом, в целом проект занял 17 лет.

Дубликат машины и принтера, или «второй оригинал», закончили в апреле нынешнего года для частного благотворителя проекта Натана Мирвольда (Nathan Myhrvold), в прошлом вице-президента Microsoft. Мирвольд любезно согласился немного подождать с доставкой машины в его резиденцию и «одолжил» этот уникальный экспонат Музею истории компьютера в Маунтейн-Вью, Калифорния, где он будет выставлен вплоть до мая 2009 г. Можно сказать, что постиндустриальный век отдал должное человеку, который заложил его основы еще 160 лет назад.