Обчислювальна машина чарльза беббіджа. Біографія, ідеї та винаходи чарльза беббіджа

Чарльз Беббідж - англійський математик і винахідник, який спроектував перший автоматичний цифровий комп`ютер. Крім того, він допоміг створити сучасну англійську поштову систему і склав перші надійні актуарні таблиці, винайшов різновид спідометра і залізничний путеочістітель.

Біографія Чарльза Беббіджа

Народився в Лондоні 26 грудня 1791 в родині партнера банку Praeds Бенджаміна Беббіджа, власника Біттон-естейт в Тінмут, і Бетсі Пламлі Тип. У 1808 році сім`я вирішила переїхати в старий Роуд-хаус, розташований в Іст-Тінмут, і батько став старостою сусідній церкви Святого Михайла.

Батько Чарльза був багатою людиною, тому він міг вчитися в декількох елітних школах. У 8 років йому довелося перейти в сільську школу, щоб оговтатися від небезпечної хвороби. Його батьки вирішили, що мозок дитини «не варто занадто напружувати». За словами Беббіджа, «це велике неробство, можливо, призвело до деяких з його дитячих міркувань».

Потім він вступив до гімназії короля Едуарда VI в Тотнес, Саут-Девон, процвітаючу загальноосвітню школу, яка діє і до цього дня, але стан здоров`я змусило Чарльза на час звернутися до приватних викладачам. Нарешті він потрапив в закриту академію на 30 учнів, якою керував преподобний Стівен Фріман. Установа мало велику бібліотеку, яку Беббідж використовував для самостійного вивчення математики і навчився любити її. Після відходу з академії у нього було ще два особистих наставника. Один з них був кліриком Кембриджа, про викладання якого Чарльз відгукнувся наступним чином: «Боюся, що я не зробив всіх переваг, які міг би отримати». Інший був викладачем Оксфорда. Він навчав Чарльза Беббіджа класиці, щоб той міг бути прийнятий в Кембридж.

Навчання в університеті

У жовтні 1810 року Беббідж прибув в Кембридж і поступив в Трініті-коледж. Він мав блискучу освіту - знав Лагранжа, Лейбніца, Лакруа, Сімпсона і був серйозно розчарований доступними математичними програмами. Тому він разом з Джоном Гершелем, Джорджем Пікок і іншими друзями вирішив сформувати Аналітичної суспільство.

Коли в 1812 році Беббідж перевівся в кембриджський Петерхаус, він був кращим математіком- але він не закінчив його з відзнакою. Почесний ступінь він отримав пізніше, навіть не здаючи іспитів, в 1814 році.

У 1814-му Чарльз Беббідж одружився на Джорджіане Уітмор. Його батько з якихось причин так ніколи і не благословив його. Сім`я жила в спокої в Лондоні, на Девоншир-стріт, 5. Тільки троє з них вісьмох дітей дожили до дорослого віку.

Батько Чарльза, його дружина і один з його синів трагічно загинули в 1827 році.

проект комп`ютера

За часів Чарльза Беббіджа при розрахунку математичних таблиць часто допускалися помилки, тому він вирішив знайти новий метод, який би робив це механічно, усуваючи фактор людської помилки. Ця ідея зародилася у нього його дуже рано, ще в 1812 році.

Три різних чинники вплинули на прийняття ним такого рішення:

• він не любив неакуратність і неточність;
• йому легко давалися логарифмічні таблиці;
• його надихнули існуючі роботи по рахунковим машинам У. Шикард, Б. Паскаля і Г. Лейбніца.

Основні принципи розрахунку пристрою він обговорив у листі серові Х. Деві на початку 1822 року.

Разностная машина

Беббідж представив те, що він назвав «разностной машиною», Королівському астрономічному суспільству 14 червня 1822 року у роботі, названій «Зауваження про застосування машинного обчислення астрономічних і математичних таблиць». Він міг обчислювати многочлени за допомогою чисельного методу, званого різницевим.

Суспільство схвалив ідею, і в 1823 році уряд надав йому 1500 фунтів на її будівництво. Беббідж зробив в одній з кімнат свого будинку майстерню і найняв Джозефа Клемента наглядати за будівництвом пристрою. Кожну частину потрібно було робити вручну за допомогою спеціальних інструментів, багато з яких розробив він сам. Чарльз зробив безліч поїздок по промисловим підприємствам, щоб краще зрозуміти виробничі процеси. На підставі цих подорожей і свого особистого досвіду створення машини в 1832 році Беббідж опублікував роботу «Про економіку машин і виробництва». Це була перша публікація про те, що сьогодні називається "наукова організація виробництва".

Особиста трагедія і подорож по Європі

Смерть дружини Джорджіани, батька Чарльза Беббіджа і його малолітнього сина перервали будівництво в 1827 році. Робота сильно обтяжувала його, і він був на межі зриву. Джон Гершель і кілька інших друзів переконали Беббіджа зробити поїздку в Європу, щоб відновити сили. Він проїхав через Нідерланди, Бельгію, Німеччину, Італію, відвідуючи університети та виробництва.

В Італії він дізнався, що його призначили лукасовськими професором математики Кембриджського університету. Спочатку він хотів відмовитися, але друзі переконали його в протилежному. Після повернення до Англії в 1828 році він переїхав на Дорсет-стріт, 1.

відновлення роботи

Під час відсутності Беббіджа проект разностной машини потрапив під вогонь критики. Поширилися чутки, що він даремно витратив гроші уряду, що машина не працює і що вона не мала б ніякого практичного значення, якби була зроблена. Джон Гершель і Королівське товариство публічно захищали проект. Уряд продовжив свою підтримку, надавши 1500 фунтів 29 квітня 1829 року, 3000 фунтів 3 грудня і стільки ж 24 лютого 1830 року. Робота була продовжена, але Беббідж постійно відчував труднощі з отриманням грошей з державної скарбниці.

Відмова від проекту

Фінансові проблеми Чарльза Беббіджа збіглися із загостренням розбіжностей з Клементом. Беббідж за своїм будинком побудував двоповерхову, 15-метрової довжини майстерню. У неї була скляний дах для освітлення, а також згорає чиста кімната для зберігання машини. Клемент відмовився переїжджати в нову майстерню і почав вимагати грошей на переїзди по місту для спостереження за роботою. У відповідь Беббідж запропонував йому отримувати плату безпосередньо з казни. Клемент відмовився і припинив роботу над проектом.

Більш того, відмовився передати креслення і інструменти, використовувані для створення різницевої машини. Після інвестування 23 000 фунтів, в тому числі 6000 фунтів власних коштів Беббіджа, робота над незавершеним пристроєм припинилася в 1834 р У 1842 році уряд офіційно відмовилося від цього проекту.

Чарльз Беббідж і його аналітична машина

У видаленні від різницевої машини винахідник почав думати про її поліпшеному варіанті. Між 1833 і тисячі вісімсот сорок два роками Чарльз намагався побудувати пристрій, який можна б було запрограмувати на виробництво будь-яких обчислень, а не тільки відносяться до поліноміальних рівнянь. Перший прорив стався, коли він перенаправив висновок апарату на його вхід для вирішення подальших рівнянь. Він описав це як машину, яка «їсть свій власний хвіст». Йому не знадобилося багато часу на визначення основних елементів аналітичного двигуна.

Обчислювальна машина Чарльза Беббіджа для введення даних і вказівки порядку необхідних обчислень використовувала перфокарти, запозичені у жаккардового ткацького верстата. Пристрій складався з двох частин: млини і сховища. Млин, відповідна процесору сучасного комп`ютера, виконувала операції над даними, отриманими зі сховища, яке можна вважати пам`яттю. Це був перший в світі комп`ютер загального призначення.

Комп`ютер Чарльза Беббіджа був спроектований в 1835 році. Масштаб роботи був воістину неймовірним. Беббідж і кілька помічників створили 500 великих проектних креслень, 1000 аркушів механічних позначень і 7000 листів описів. Завершена млин була 4,6 м у висоту і 1,8 м в діаметрі. Сховище на 100 цифр простягалося на 7,6 м. Для своєї нової машини Беббідж побудував лише невеликі тестові частини. Повністю апарат так і не був завершений. У 1842 році, після неодноразових невдалих спроб отримати урядове фінансування, він звернувся до сера Роберта пилю. Той відмовив і замість цього запропонував йому лицарське звання. Беббідж відмовився. Він продовжував змінювати і вдосконалювати конструкцію протягом багатьох наступних років.

графиня Лавлейс

У жовтні 1842 року Федеріко Луїджі, італійський генерал і математик, опублікував статтю про аналітичну машині. Серпня Ада Кінг, графиня Лавлейс, давній друг Беббіджа, перевела роботу на англійську мову. Чарльз запропонував їй забезпечити переклад примітками. Між 1842 і 1843 роками пара спільно написала 7 заміток, сумарна довжина яких в три рази перевищила фактичний розмір статей. В одній з них Ада підготувала таблицю виконання програми, яку Беббідж створив для обчислення чисел Бернуллі. Іншим вона писала про узагальненої алгебраїчної машині, яка може виконувати операції з символами так само, як з цифрами. Лавлейс була, мабуть, першою, хто зрозумів більш загальні цілі пристрої Беббіджа, а деякі вважають її першим в світі комп`ютерним програмістом. Вона почала працювати над книгою, яка описує аналітичну машину більш детально, але не встигла її закінчити.

чудо машинобудування

У період між жовтнем тисяча вісімсот сорок шість-го по березень 1849 го Беббідж приступив до проектування другої різницевої машини, використовуючи знання, отримані ним при створенні аналітичної. У ній використовувалося лише 8000 частин, в три рази менше, ніж в першій. Це було диво машинобудування.

На відміну від аналітичної, яку він постійно налагоджував і модифікував, друга разностная машина Чарльза Беббіджа після завершення початкового етапу розробки змін не зазнала. Надалі винахідник не робив ніяких спроб побудувати пристрій.

24 креслення залишалися в архівах музею науки, поки ідеї Чарльза Беббіджа не були реалізовані в 1985-1991 роках створенням повнорозмірною репліки з нагоди 200-ї річниці від дня його народження. Розміри пристрою склали 3,4 м в довжину, 2,1 м у висоту і 46 см в глибину, а його вага - 2,6 тонни. Межі точності були обмежені значеннями, яких можна було досягти в той час.

досягнення

У 1824 році Беббідж отримав Золоту медаль Королівського астрономічного товариства «за його винахід машини для обчислення математичних і астрономічних таблиць».

З 1828 по 1839 р Беббідж був лукасовськими професором математики в Кембриджі. Він багато писав для ряду наукових періодичних видань, а також зіграв важливу роль в створенні Астрономічного товариства в 1820 році і Статистичного товариства в 1834 році.

У 1837 році, відповідаючи на 8 офіційних Бріджуотерскіх трактатів «Про силу, мудрості і доброти Бога, який проявляється у творенні», він опублікував дев`ятий Бріджуотерскій трактат, висунувши тезу про те, що Бог, володіючи всемогутністю і далекоглядністю, створив божественного законодавця, котра здійснює закони ( або програми), які потім у відповідні моменти часу створювали види, тим самим усуваючи необхідність творити дива кожен раз, коли потрібно створити новий вид. Книга містить уривки з листування автора з Джоном Гершелем на цю тему.

Чарльз Беббідж також домігся помітних результатів в криптографії. Він зламав шифр з автоключом, а також значно слабший шифр, який сьогодні носить назву шифру Віженера. Відкриття Беббіджа була використано англійськими військовими і було опубліковано лише через кілька років. В результаті право першості перейшла до Фрідріха Касіскі, який прийшов до того ж результату на кілька років пізніше.

У 1838 р Беббідж винайшов путеочістітель, металевий каркас, що прикріплюється до передньої частини локомотивів, очищающий шляху від перешкод. Він також провів ряд досліджень Великій західній залізниці Ізамбард Кінгдома Брюнеля.

Він лише одного разу спробував зайнятися політикою, коли в 1832 році брав участь у виборах в містечку Фінсбері. За результатами голосування Беббідж посів останнє місце.

Математик і винахідник помер 18 жовтня 1871 року в віці 79 років.

Частини створених їм незавершені механізмів обчислювальних пристроїв доступні для відвідування в музеї науки в Лондоні. У 1991 році була побудована різницева машина Чарльза Беббіджа на підставі його початкових планів, і вона функціонувала відмінно.