Первый компьютер: аналитический движок Чарльза Бэббиджа

Современный компьютер родился из неотложной необходимости после Второй мировой войны, чтобы противостоять нацизм через инновации. Но первая итерация работы компьютера, как мы теперь понимаем, произошла намного раньше, когда в 1830-х годах изобретатель по имени Чарльз Бэббидж разработал устройство под названием «Аналитический механизм».

Родился в 1791 году английским банкиром и его женой, Чарльз Бэббидж (1791–1871) увлекся математикой в ​​раннем возрасте, изучая алгебру и широко читая континентальную математику. Когда в 1811 году он отправился учиться в Кембридж, он обнаружил, что его наставникам не хватает нового математического ландшафта, и что он уже знал больше, чем они. В результате он в 1812 году сам по себе основал Аналитическое общество, которое помогло бы преобразовать область математики в Британии. Он стал членом Королевского общества в 1816 году и был соучредителем нескольких других обществ. В какой-то момент он был профессором математики в Лукаске в Кембридже, хотя и оставил это, чтобы работать над своими двигателями. Изобретатель, он был в авангарде британских технологий и помогал в создании современной почтовой службы Великобритании, ловца коров для поездов и других инструментов.

Бэббидж был одним из основателей Британского королевского астрономического общества, и вскоре он увидел возможности для инноваций в этой области. Астрономам приходилось делать длительные, сложные и трудоемкие вычисления, которые могли быть пронизаны ошибками. Когда эти таблицы использовались в ситуациях с высокими ставками, таких как логарифмы навигации, ошибки могут оказаться фатальными. В ответ Бэббидж надеялся создать автоматическое устройство, которое будет производить безупречные таблицы. В 1822 году он написал президенту общества сэру Хамфри Дэви (1778–1829), чтобы выразить эту надежду. Вслед за этим он написал статью «Теоретические основы машин для расчета таблиц», которая получила первую золотую медаль Общества в 1823 году. Бэббидж решил попробовать создать «Разностный двигатель».

Когда Бэббидж обратился к правительству Великобритании за финансированием, они дали ему то, что было одним из первых в мире правительственных грантов на технологии. Бэббидж потратил эти деньги, чтобы нанять одного из лучших механиков, которых он мог найти для изготовления деталей: Джозефа Клемента (1779–1844). И было бы много частей: 25 000 были запланированы.

В 1830 году Бэббидж решил переехать, создав мастерскую, которая была невосприимчива к пожару в районе, свободном от пыли на его собственной территории. Строительство прекратилось в 1833 году, когда Климент отказался продолжать без предоплаты. Однако Бэббидж не был политиком; ему не хватало способности сгладить отношения с последовательными правительствами, и вместо этого он отчуждал людей своим нетерпеливым поведением. К этому времени правительство потратило 17 500 фунтов стерлингов, больше не приходило, и Бэббидж закончил только одну седьмую часть расчетной единицы. Но даже в этом сокращенном и почти безнадежном состоянии машина оказалась на переднем крае мировых технологий.

Бэббидж не собирался сдаваться так быстро. В мире, где расчеты обычно сводились не более чем к шести цифрам, Бэббидж стремился произвести более 20, а получившемуся в результате двигателю 2 потребовалось бы только 8000 деталей. Его механизм различий использовал десятичные числа (0–9) - больше, чем двоичные «биты», которые Готфрид фон фон из Германии Лейбниц (1646–1716) предпочитал - и они были бы установлены на зубьях / колесах, которые сцеплены, чтобы нарастить расчеты. Но Двигатель был разработан, чтобы делать больше, чем имитировать счеты: он мог работать над сложными задачами, используя серию расчетов и может хранить результаты внутри себя для последующего использования, а также штамповать результат на металле выход. Хотя он все еще мог запускать только одну операцию одновременно, он был далеко за пределами любого другого вычислительного устройства, которое когда-либо видел мир. К сожалению для Бэббиджа, он никогда не заканчивал Разностный Двигатель. Без каких-либо дополнительных правительственных грантов его финансирование закончилось.

В 1854 году шведский типограф Георгий Шойц (1785–1873) использовал идеи Бэббиджа, чтобы создать функционирующую машину, которая производила таблицы с высокой точностью. Тем не менее, они опускали функции безопасности, и это имело тенденцию выходить из строя, и, следовательно, машина не оказывала влияния. В 1991 году исследователи из Музея науки Лондона, где Записи Бэббиджа и испытания, проведенные, создали Difference Engine 2 к оригинальному дизайну после шести лет работы. DE2 использовал около 4000 деталей и весил чуть более трех тонн. Соответствующий принтер был завершен в 2000 году, и в нем снова было столько же деталей, хотя его вес был немного меньше 2,5 тонны. Что еще более важно, это работало.

При жизни Бэббиджа обвиняли в том, что он больше интересовался теорией и передовыми инновациями, чем производил столы, которые ему платило правительство. Это было не совсем несправедливо, потому что к тому времени, когда финансирование механизма различий испарилось, у Бэббиджа появилась новая идея: аналитический механизм. Это был огромный шаг за пределы механизма различий: это было универсальное устройство, которое могло вычислять множество различных задач. Он должен был быть цифровым, автоматическим, механическим и управляемым переменными программами. Короче говоря, это решит любой расчет, который вы пожелаете. Это был бы первый компьютер.

Аналитический движок состоял из четырех частей:

• Мельница, которая была секцией, которая выполняла вычисления (по сути, процессор)
• Магазин, где хранится информация (в основном, память)
• Считыватель, который позволяет вводить данные с помощью перфокарт (по существу, клавиатуры)
• Принтер

Перфокарты были смоделированы на тех, которые были разработаны для Жаккардовый ткацкий станок и предоставил бы машине большую гибкость, чем когда-либо изобретенный для выполнения расчетов. У Бэббиджа были большие амбиции на устройство, и магазин должен был содержать 1050 цифр. Он будет иметь встроенную возможность взвешивать данные и обрабатывать инструкции в случае необходимости. Он будет с паровым приводом, изготовлен из латуни и требует обученного оператора / водителя.

Бэббиджу помогли Ада Ловелас (1815–1852), дочь британского поэта Лорд Байрон и одна из немногих женщин эпохи с математическим образованием. Бэббидж очень восхищалась ее опубликованным переводом французской статьи о работе Бэббиджа, которая включала ее объемные записи.

Двигатель был выше того, что мог себе позволить Бэббидж, и, может быть, то, что могли потом производить технологии, но правительство разозлилось на Бэббиджа, и финансирование не было предоставлено. Бэббидж продолжал работать над проектом, пока он не умер в 1871 году. По многим признакам озлобленный человек, считавший, что больше государственных средств должно быть направлено на развитие науки. Возможно, он еще не закончен, но аналитическая машина была прорывом в воображении, если не практичности. Двигатели Бэббиджа были забыты, и сторонники должны были изо всех сил пытаться держать его уважаемым; некоторым представителям прессы было легче издеваться. Когда компьютеры были изобретены в двадцатом веке, изобретатели не использовали планы или идеи Бэббиджа, и только в семидесятые годы его работа была полностью понята.

Прошло более ста лет, но современные компьютеры превзошли возможности аналитического движка. Теперь эксперты создали программу, которая копирует способности двигателя, так что вы можете попробуй сам.

• Бромли, А. ГРАММ. "Аналитический двигатель Чарльза Бэббиджа, 1838." Летопись истории вычислительной техники 4.3 (1982): 196–217.
• Готовьте, Саймон. "Умы, машины и экономические агенты: Кембриджские приемы Буле и Бэббиджа«Изучение истории и философии науки, часть A 36.2 (2005): 331–50.
• Кроули, Мэри Л. "«Разница» в механизме различий Бэббиджа." Учитель математики 78.5 (1985): 366–54.
• Хайман, Энтони. «Чарльз Бэббидж, пионер компьютера». Принстон: издательство Принстонского университета, 1982.
• Линдгрен, Майкл. «Слава и неудача: отличия от Иоганна Мюллера, Чарльза Бэббиджа, Георга и Эдварда Шойца». Сделка Маккей, Крейг Дж. Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 1990.