Чарльз Бэббидж, математик и изобретатель первого в мире компьютера: 224 года со дня рождения
- История IT
Чарльз Бэббидж в 1860-м году
224 года назад, 26 декабря 1791 года, по адресу 44 Кросби Роу, Уолворт Роуд в Лондоне родился мальчик, которого назвали Чарльзом. Всего в семье банкира Бенджамина Бэббиджа было четверо детей.
Чарльз в детстве много болел, и в возрасте восьми лет был даже отправлен учиться в школу в сельской местности, чтобы поправить здоровье после сильной лихорадки, чуть не прервавшей его жизнь. И после этого по состоянию здоровья ему часто приходилось учиться дома с частными преподавателями.
Во время учёбы Чарльз всерьёз заинтересовался математикой. Поступив в академию Холмвуд, он много времени проводил в тамошней библиотеке за чтением книг по математике, а по его просьбе родители наняли дополнительных к институтской программе учителей, которые помогали ему постигать эту науку дома. Один из учителей подтянул образование Чарльза до степени, пригодной для поступления в Кембридж.
Поступив в Кембридж в октябре 1810 года, и отучившись там немного, Чарльз был разочарован местным уровнем преподавания математики. Чарльз познакомился с другими одарёнными студентами – Джорджем Пикоком (в будущем – известный математик), Джоном Гершелем (в будущем – математик, астроном, химик, ботаник, изобретатель и фотограф-экспериментатор), и другими.
Совместно они организовали в стенах университета т.н. «Аналитическое общество», к заслугам которого можно, в числе прочего, отнести пропаганду символики Лейбница для работы с дифференциальными уравнениями. До этого совместными усилиями они перевели учебник «Научные основы интегрального и дифференциального счисления» французского математика Сильвестра Лакруа. Начавшись в виде шуточного студенческого проекта, к 1830-х годам «Аналитическое общество» стало уже официальным подразделением университета, и существует там и поныне.
После Кембриджа Чарльз читал лекции, занимался совместно с Гершелем научной работой, связанной с электричеством. Писал книги и пробовал заниматься политикой. Его книга «Экономика механизмов и производств», посвящённая организации промышленных производств и изданная в 1832 году, оказала основополагающее влияние на математические методы исследования операций (разработку и применение методов нахождения оптимальных решений на основе математического моделирования, статистического моделирования и различных эвристических подходов). В частности, в книге активно пропагандировался принцип разделения труда, и доказывалось, что эта методика приводит к увеличению эффективности производства. Теперь этот принцип в Британии называют «Принципом Бэббиджа».
Кроме этого, Бэббидж интересовался инженерным делом, в частности работой поездов. Он изобрёл треугольное устройство «метельник» или «путеочиститель», которое часто называли «скотобойником» (по аналогии с этим можно вспомнить «кенгурятники» внедорожников) – оно помогало оперативно очищать железнодорожные пути от посторонних предметов (и существ). Также ему принадлежит разработка специального вагона-динамометра, измеряющего различные критичные параметры железнодорожного полотна.
Участвовал в создании Астрономического сообщества и в создании единого стандарта астрономических вычислений. Именно работа над исправлением ошибок в счётных таблицах натолкнула Бэббиджа на мысль о механизации рутинного труда по подсчётам.
Цитата из исторической биографии:
В 1812 году он сидел в одной из своих комнат, и смотрел на полные ошибок логарифмические таблицы. И внезапно ему пришла идея автоматических расчётов этих чисел при помощи машин. Французское правительство разработало новый метод подсчёта таблиц. 3-4 математика решали вопросы подсчётов, ещё десяток разбивал работу на более простые части, а сама рутинная работа, состоявшая из сложения и умножения, отдавалась на откуп 80-и работникам-счётчикам, которые и не смыслили в математике ничего больше, чем эти два простых действия. Таким образом массовое производство впервые было применено для математических целей. Бэббиджа захватила идея, что работу неопытных счетоводов можно полностью заменить механизмами, которые бы работали надёжнее и быстрее.
Идея разделения труда вычислителей принадлежала Гаспару де Прони, руководившего бюро переписи Франции с 1790 по 1800 года.
В 1822 году Бэббидж опубликовал статью с описанием машины, способной заменить людей-вычислителей, а вскоре приступил к её практическому созданию. Как математику, Бэббиджу был известен метод аппроксимации функций многочленами и вычислением конечных разностей. С целью автоматизации этого процесса он начал проектировать машину, которая так и называлась - разностная. Эта машина должна была уметь вычислять значения многочленов до шестой степени с точностью до 18-го знака.
К сожалению, изобретатель не смог при своей жизни построить полностью работающую версию задуманной им машины. Вместо трёх лет он потратил на неё более 9 лет, бюджет её создания вырос в 10 раз, но он не смог предвидеть всех трудностей, связанных с реализацией своей идеи.
После того, как правительство отказалось выделять дополнительные средства на финансирование неудавшегося проекта, Бэббидж занялся более общей версией механического компьютера, «аналитической машиной», которую он назвал «Разностная машина №2».
После его смерти во второй половине 19-го века другие изобретатели по его чертежам сумели построить работающие версии разностных машин, одна из которых даже использовалась по назначению, для расчёта и публикации логарифмических таблиц.
Одна из разностных машин, построенная другим изобретателем по чертежам Бэббиджа
В период 1989 по 1991 год к двухсотлетию со дня рождения Чарльза Бэббиджа на основе его оригинальных работ в лондонском Музее науки была собрана работающая копия разностной машины № 2. В 2000 году в том же музее заработал принтер, также придуманный Бэббиджем для своей машины. После устранения обнаруженных в старых чертежах небольших конструктивных неточностей, обе конструкции заработали безупречно.
Построенная в наше время по чертежам изобретателя разностная машина, находящаяся в лондонском музее
Аналитическая машина, придуманная изобретателем, является прямым прообразом современного цифрового компьютера. В единую логическую схему Бэббидж увязал арифметическое устройство (названное им «мельницей»), регистры памяти, объединённые в единое целое («склад»), и устройство ввода-вывода, реализованное с помощью перфокарт трёх типов. Перфокарты операций переключали машину между режимами сложения, вычитания, деления и умножения. Перфокарты переменных управляли передачей данных из памяти в арифметическое устройство и обратно. Числовые перфокарты могли быть использованы как для ввода данных в машину, так и для сохранения результатов вычислений, если памяти было недостаточно.
Ещё одна современная копия машины находится в музее компьютерной истории в Маунтин Вью в Калифорнии:
Во время работы над аналитической машиной Бэббидж вёл переписку с британским математиком Адой Лавлейс . Они познакомились с Бэббиджем, когда ей было всего 17 лет. Впоследствии она не только давала ему идеи по конструкции машины, но и разработала алгоритм её работы для вычисления чисел Бернулли . В связи с этим её часто называют первым программистом в истории.
В 2011 году британские поклонники Бэббиджа разработали план постройки Аналитической машины полностью в том виде, в котором её задумал автор. Инициатива получила название «Plan 28». Пока что им не удалось найти несколько миллионов фунтов на финансирование своего проекта, но они надеются завершить его хотя бы в 2021 году, к 150-й годовщине со дня смерти изобретателя. В переводе на современные единицы, такая машина будет обладать 675 байтами памяти и работать с частотой 7 Гц.
Более 40 лет Бэббидж жил и работал в доме №1 по Дорсет Стрит квартала Мэрилебон на севере Вестминстера. Умер он там же, в возрасте 79 лет, 18 октября 1871 года. Сейчас по этому адресу можно найти круглую мемориальную табличку с его именем.
Теги:
- чарльз бэббидж
- разностная машина
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.
Иностранный член-корреспондент Императорской академии наук в Санкт-Петербурге (). Труды по теории функций, механизации счёта в экономике. Сконструировал и построил ( -) машину для табулирования . С работал над постройкой разностной машины . В разработал проект универсальной цифровой вычислительной машины - прообраза современной ЭВМ .
Биография
Изобретения Бэббиджа
Малая разностная машина
Впервые Бэббидж задумался о создании механизма, который позволил бы производить автоматически сложные вычисления с большой точностью в 1812 году . На эти мысли его натолкнуло изучение логарифмических таблиц, при пересчёте которых были выявлены многочисленные ошибки в вычислениях, обусловленные человеческим фактором. Ещё тогда он начал осмысливать возможность проведения сложных математических расчётов при помощи механических аппаратов.
Так же, очень большое влияние на Бэббиджа оказали работы французского учёного барона де Прони, который предложил идею разделения труда при вычислении больших таблиц (логарифмических, тригонометрических и др.). Он предлагал разделить процесс вычисления на три уровня. Первый уровень - несколько выдающихся математиков, подготавливающих математическое обеспечение. Второй уровень - образованные технологи, которые организовывали рутинный процесс вычислительных работ. А третий уровень занимали сами вычислители, от которых требовалось лишь умение складывать и вычитать. Идеи Прони навели Бэббиджа на мысль о замене третьего уровня (вычислителей) механическим устройством.
Однако, Бэббидж не сразу начал заниматься развитием идеи построения вычислительного механизма. Лишь в 1819 году , когда он заинтересовался астрономией, он более точно определил свои идеи и сформулировал принципы вычисления таблиц разностным методом при помощи машины, которую он впоследствии назвал разностной. Эта машина должна была производить комплекс вычислений, используя только операцию сложения. В 1819 году Чарльз Бэббидж приступил к созданию малой разностной машины, а в 1822 году он закончил её строительство и выступил перед Королевским Астрономическим обществом с докладом о применении машинного механизма для вычисления астрономических и математических таблиц. Он 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-ой 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.
Большая разностная машина
Бэббидж разрабатывал конструкцию аналитической машины в одиночку. Он часто посещал промышленные выставки, где были представлены различные новинки науки и техники. Именно там состоялось его знакомство с Адой Августой Лавлейс (дочерью Джорджа Байрона), которая стала его очень близким другом, помощником и единственным единомышленником. В 1840 году Бэббидж ездил по приглашению итальянских математиков в Турин, где читал лекции о своей машине. Луиджи Менабреа, преподаватель туринской артиллерийской академии, создал и опубликовал конспект лекций на французском языке. Позже Ада Лавлейс перевела эти лекции на английский язык, дополнив их комментариями по объёму превосходящих исходный текст. В комментариях Ада сделала описание ЦВМ и инструкции по программированию к ней. Это были первые в мире программы. Именно поэтому Аду Лавлейс справедливо называют первым программистом. Однако, аналитическая машина так и не была закончена. Вот, что писал Бэббидж в 1851 году : « Все разработки, связанные с Аналитической машиной, выполнены за мой счёт. Я провёл целый ряд экспериментов и дошёл до черты, за которой моих возможностей не хватает. В связи с этим я вынужден отказаться от дальнейшей работы». Несмотря на то, что Бэббидж подробно описал конструкцию аналитической машины и принципы её работы, она так и не была построена при его жизни. Причин этому было много. Но основными стали: полное отсутствие финансирования проекта по созданию аналитической машины и низкий уровень технологий того времени. Бэббидж не стал в этот раз просить помощи у правительства, так как понимал, что после неудачи с разностной машиной ему всё равно откажут.
Только после смерти Чарльза Бэббиджа его сын, Генри Бэббидж, продолжил начатое отцом дело. В 1888 году Генри сумел построить по чертежам отца центральный узел аналитической машины. А в 1906 году Генри совместно с фирмой Монро построил действующую модель аналитической машины, включающая арифметическое устройство и устройство для печатания результатов. Машина Бэббиджа оказалась работоспособной, но Чарльз не дожил до этих дней.
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.
| Разностная машина № 2 в сборе |
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.
| Устройство вывода (принтер) |
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.
| Основные этапы сборки машины в Музее истории компьютера и команда, которая ее осуществила |
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.
В конце 1791 года в семье Бенджамина и Элизабет Бэббидж родился мальчик. При рождении его назвали Чарльз. По достижению восьмилетия, Бэнджамин Бэббидж определил своего отпрыска в частную школу в Альфингтоне. Слабое здоровье Чарльза не позволило ему посещать обычное, для детей его возраста, учебное заведение. В качестве учителя, будущий знаменитый изобретатель получил священника, который не мог дать полное образование. Поэтому когда в 1810 году Чарльз Бэббидж поступил в колледж, он заметно отставал от своих сверстников.
В детстве, Чарльз коротал время, разбирая механические игрушки. Конечно, многие из нас любят узнать, из чего же состоит та или иная игрушка, но не многие впоследствии связывают свою жизнь с механикой. Уже в детстве Бэббидж, разбирая игрушки, пытался понять, что заставляет их двигаться. И почти всегда это ему удавалось сделать.
До поступления в колледж, Чарльз отучился в Академии в Энфилде. Благодаря обширной математической библиотеке в этом учебном заведении, Бэббидж влюбился в эту науку и впоследствии стал на практике доказывать ее важность.
Благодаря надомному обучению, а именно так учился будущий изобретатель “Аналитической машины” в школе Альфингтона и академии в Энфильде, знаний Бэббиджу явно недоставало. Его отец после академии нанял репетиторов. Один из них смог дать Чарльзу необходимые для поступления в колледж знания.
В 1810 году Бэббидж поступил в Тринити-колледж в Кембридже. Все свободное время Чарльз посвятил самостоятельному изучению математики. Он изучал труды Лагранжа, Лейбница, Эйлера, Ньютона и других “великих математических умов”. Кроме того, молодой человек имел доступ к работам математиков Парижской, Берлинской и Санкт-Петербургской академий.
Быстро обогнав своих сверстников, Бэббидж разочаровался в системе образования Кембриджа. Он, совместно со своими друзьями по колледжу Гершелем и Пикоком в 1812 основали “Аналитическое общество”. С его помощью молодые британцы смогли получить труды известных математиков того времени на английском языке. Кроме того, на собраниях общества можно было обсудить некоторые вопросы, поспорить и узнать много того, что не рассказывали преподаватели в колледже.
Неожиданно, в 1812 году Бэббидж покидает Тринити-колледж, сославшись на низкий уровень получаемых студентами знаний. Злые языки, знавшие Чарльза, говорили, что он ушел из-за того, что большинство учителей и учеников считали Бэббиджа третьим человеком в колледже после Гершеля и Пикока. Не смерившись с этим, Бэббидж отправился в колледж св. Петра, где через два года получил степень бакалавра.
В 1815 году Чарльз с молодой супругой (в год окончания колледжа св. Петра он женился на Джорджиане Витмур) перебрались в столицу Англии, где через год Бэббидж стал Членом Королевского общества Лондона.
1827 год для молодого ученого стал черным. Сначала он похоронил отца, затем жену и двоих детей. Для того, чтоб не погрязнуть в бесконечной депрессии, Бэббидж отправился в путешествие по Британским островам, после которого он занял пост профессора математических наук в Кембридже.
Малая разностная машина.
Первым изобретением, которое сделало Бэббиджа знаменитым, стала вычислительная машина, которую Чарльз назвал “разностная машина”. В 1812 году Бэббидж был занят за изучением логарифмических таблиц. Занятия его так утомили, что молодой математик заснул прямо за письменным столом. Когда его разбудил друг с вопросом: “Чем занят?”, Чарльз ответил, что хочет создать машину, которая сможет проводить сложные математические расчеты.
Семь лет ушло у математика для того, чтоб он смог сформировать идеи и принципы вычисления при помощи машины. Еще через три года в 1822 Бэббидж начал создавать свою “разностную машину”. Она состояла из множества шестеренок и рычагов. Разностная машина оперировала 18-ти разрядными числами, с точностью до восьмого знака после запятой. Она могла сосчитать значение многочленов 7-й степени. За свое изобретение Чарльз Бэббидж получил медаль Астрономического общества.
Большая разностная машина.
В 1822 году для уменьшения количества людей занятых в астрономических, навигационных и математических расчетах Бэббидж задумал создание большой разностной машины. Королевское и Астрономическое общество, после запроса изобретателя, согласилось выделить средства.
С 1822 по 1834 на изготовление большой разностной машины было выделены 17000 фунтов от государства, и еще 6000 Чарльз потратил из своего кармана. Но низкая технологическая база того времени не позволила создать машину при жизни изобретателя.
После себя Чарльз Бэббидж оставил чертежи большой разностной машины, которая должна была состоять из 25 тысяч деталей и весить 14 тонн. Швейцарский изобретатель Шойц в 1854 году создал по чертежам Бэббиджа несколько разностных машин.
Аналитическая машина — прототип первого компьютера
Бэббидж не очень расстроился неудаче с большой разностной машиной. Уже тогда он понимал, что дело будет за программируемыми машинами. В 1834 году Чарльз начал разрабатывать программируемую аналитическую машину, прообраз современной ЭВМ.
Аналитическая машина Бэббиджа должна была состоять из нескольких частей:
Склада – хранение результатов операций и значения переменных. Современная память.
Мельницы – отвечала за операции с переменными, хранения значения переменных участвующих в вычислении в данный момент. Современный процессор.
Третьего устройства (в чертежах Бэббиджа его названия не называлось) – управление последовательностью операций, перемещение и извлечение переменных в склад, вывод результатов.
Аналитическая машина Бэббиджа программировалась с помощью двух видов перфокарт: операционных карт и карт переменных.
Чарльз Бэббидж умер в 1871 году. После себя он оставил чертежи аналитической машины 
Первый программист - Ада Лавлейс и конспекты лекций, которые записал преподаватель туринской артиллерийской академии Луиджи Менабреа. На английский язык конспекты перевела друг и соратник Бэббиджа – Ада Лавлейс (дочь Джорджа Байрона). Она снабдила конспекты своими комментариями, которые по объему превосходили основной текст.
Ада Лавлейс в своих комментариях к лекциям Бэббиджа составила и первые инструкции по программированию аналитической машины. После этих инструкций Аду Лавлейс стали считать первым программистом.
В 1888 году сын Чарльза – Генри Бэббидж, создал по чертежам отца основной узел аналитической машины. Полностью машину Бэббиджа удалось создать только в 1906 году усилиями компании Монро.
Личность Чарльза Бэббиджа и его заслуги.
Как мы уже писали выше, технологическая база того времени значительно уступала ходу мыслей Чарльза Бэббиджа. Для изготовления своих машин изобретатель сконструировал поперечно-строгальный и токарно-револьверный станок, открыл новый метод изготовления зубчатых колес и сконструировал еще множество различных устройств.
Кроме того, ум Бэббиджа был использован в изобретении спидометра и тахометра. Так же ученый изобрел вагон-лабораторию оборудованную самописцами, приспособление для сбрасывания предметов с рельс.
Поучаствовал наш герой и в реформировании почтовой системы Англии, занимался вопросами шифрования и электромагнетизма.
Чарльз Бэббидж был очень разносторонним человеком. Среди его друзей значились Жан Фуко, Чарльз Дарвин, Юнг, Фурье и Пьер Лаплас. В истории талантливый изобретатель и математик оставил огромный след, недаром Бэббиджа называют изобретателем первого компьютера.
