Чарльз Бэббидж

Charles Babbage

26.12.1791 - 18.10.1871

Чарльз Бэббидж был сыном богатого банкира из Дэвона (Англия) и очень талантливым математиком. В течение 13 лет он заведовал кафедрой математики Кембриджского университета (когда-то этот пост занимал Ньютон), но не прожил при университете ни дня и не прочел там ни одной лекции. Бэббидж был одним из основателей Королевского астрономического общества, автором всевозможных сочинений на самые различные темы - от политики до технологии производства. Он принимал участие в создании различных приборов, в частности, тахометра, и приспособлений, например предохранительной решетки для железнодорожного локомотива, которая позволяла отбрасывать с пути случайно попавшие туда предметы. Бэббидж занимался и такими серьезными проблемами, как расчет смертности населения и реформа почтовой службы.

Однако 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 1821 году приступил к разработке своей вычислительной машины, которая помогла бы выполнить более точные вычисления.

В 1822 году была построена пробная модель Разностной машины, способной рассчитывать и печатать большие математические таблицы. Работа модели основывалась на принципе, известном в математике как "метод конечных разностей": при вычислении многочленов используется только операция сложения и не выполняется умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. При этом предусматривалось применение десятичной системы счисления, а не двоичной, как в современных компьютерах. Это было очень сложное, большое устройство и предназначалось для автоматического вычисления логарифмов.

Часть Разностной машины Бэббиджа, собранная после его смерти сыном из частей, найденных в лаборатории.

На протяжении следующих десятилетий Бэббидж работал над своим изобретением. В 1834 году он пришел к идее создания еще более мощной машины - Аналитической, которая не просто должна была решать математические задачи одного определенного типа, а выполнять разнообразные вычислительные операции в соответствии с инструкциями, задаваемыми оператором. В этой машине он использовал идею программного управления Жаккарда с помощью перфокарт.

Бэббидж развил эту идею, применив ее для автоматизации вычислений, и реализовал управление в зависимости от текущего результата вычислений. Аналитическая машина должна была иметь такие компоненты, как "мельница" и "склад" (арифметическое устройство и память), состоящие из механических рычажков и шестеренок. Память машины вмещала до 100 сорокоразрядных чисел. Эти числа должны были храниться в памяти, пока до них не дойдет очередь в арифметическом устройстве. Результаты операции либо отправлялись в память, чтобы также ждать своей очереди, либо распечатывались.

Так управляли компьютером

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.

В 1985 году сотрудники Музея науки в Лондоне решили выяснить , возможно ли на самом деле построить вычислительную машину Бэббиджа. После нескольких лет напряженной работы старания увенчались успехом. В ноябре 1991 года Разностная машина № 2 Чарльза Бэббиджа впервые произвела вычисления.

По иронии судьбы Разностной машине повезло больше. Шведский издатель, изобретатель, переводчик Пер Георг Шойц, прочтя как-то об этом устройстве, построил его слегка видоизмененный вариант, воспользовавшись ценными советами Бэббиджа. В 1854 году это устройство прошло испытание в Лондоне, а годом позже Разностная машина Шойца была удостоена золотой медали на Всемирной выставке в Париже. Спустя еще несколько лет английский инженер Данкин по заказу британского правительства, отказавшего в свое время в поддержке Бэббиджу, сделал копию шведской машины для правительственной канцелярии.

В чем же суть достижений Чарльза Бэббиджа и его ученицы и помощницы Ады Лавлейс?

1. Идея программного управления процессом вычислений.
2. Предложение использовать перфокарты для ввода и вывода данных и для управления, а также для обмена и передачи чисел в самой машине.
3. Изобретение системы предварительного переноса для ускорения расчетов.
4. Применение способа изменения хода вычислений, получившего в дальнейшем название условного перехода.
5. Введение понятия циклов операций и рабочих ячеек.

Перфокарты, которые использовались для ввода данных