Контакты
Главная / Люстры

Аналитическая машина Бэббиджа Чарльза: описание, особенности, история и свойства. Изобретатель первой в мире вычислительной машины

Сообщение о Чарльзе Бэббидже, известном английском математике, изобретателе первой аналитической вычислительной машины изложено в этой статье. Доклад Вы можете дополнить .

Чарльз Бэббидж краткая биография

Будущий ученый появился на свет 26 декабря 1791 года в пригороде Лондона (в современном городке Саутворк) в семье банкира. Юноша рано проявил интерес к математике, которую унаследовал от отца. Чарльз в октябре 1810 года поступает в колледж Кембриджа – Тринити и занимается изучением химии и математики. Однажды студент решил, что знает больше преподавателей, чем сильно их расстроил. Вместе со своими друзьями они создали клуб «Аналитическое общество», цель которого сделать мир намного мудрее и возродить изучение математики в стране. После колледжа Беббидж думал поступать в церковь, но ему не хватило финансов. Задумывался о горном деле, считая его потенциальным прибыльным предприятием, но вскоре отказался и от этой задумки.

Жизнь и деятельность Чарльза Бэббиджа была полностью посвящена математики. Он серьезно изучал алгебру и в период 1815 – 1820 годов написал много научных статей на тему теорий функции. По политическим взглядам он придерживался либерализма. Когда к власти пришли консерваторы, ученый не смог найти достойной работы. Он несколько раз пытался получить место профессора, но тщетно. Поэтому Чарльз продолжил заниматься своими исследованиями и изобретениями. Ему принадлежит создание офтальмоскопа, фонарика, приборов для измерения давления при движении поезда. Кроме того, он страсть как любил шифрования.

Чарльз Бэббидж основные достижения

Чарльз Бэббидж изобретения которого намного опередили свое время, всю свою жизнь посвятил изобретению машины, которая выполняла бы операции вычисления и выведения на печать математических таблиц без ошибок. В 1822 году математик спроектировал свою первую машину,– небольшое рабочее устройство, способное автоматически вычислять таблицы. Управляла она шестизначными числами и могла выражать любую функцию. Как называлась машина изобретенная Чарльзом Бэббиджем? Это была «Разносная машина №1».

Выступая 14 июня 1822 года перед астрономическим Королевским обществом, ученый предложил создать устройство в натуральную величину. И получил финансовую поддержку. Он хотел построить ее через 2-3 года, но как оказалось, что собрать все детали вместе намного сложнее. Последующие годы он занимался проектированием деталей машины, став одержимым этой идеей. Спустя пару лет, в 1834 году ученый создал элементы современного компьютера. Новое устройство получило название «Аналитическая машина». Если бы его удалось собрать, то это был бы первый компьютер. Инструкции по вычислению вводились бы через перфокарты, потом сохранялись на складе (в памяти) и могли повторно применяться при исчислениях.

Английский эрудит, математик, философ, изобретатель и инженер-механик, в 19-м веке разработавший концепцию универсальной цифровой вычислительной машины, которая считается прообразом современных компьютеров.


Собственно, Чарльзу Бэббиджу приписывают изобретение первого механического компьютера, что, в конце концов, привело к более сложным разработкам. Кроме того, ему принадлежит множество выдающихся работ в других областях. Часть незавершенных механизмов Бэббиджа демонстрируются на выставке в лондонском Музее науки (London Science Museum). В 1991 году по чертежам изобретателя была построена прекрасно функционирующая так называемая разностная машина Чарльза Бэббиджа. Бэббидж часто упоминается в романах в жанре стимпанк. В 2008 о нем сняли короткометражный фильм "Babbage", показанный на Каннском фестивале (Cannes Film Festival).

Будущий изобретатель появился на свет 26 декабря 1791 года в Лондоне (London). Он был одним из четырех детей банкира Бенджамина Бэббиджа (Benjamin Babbage) и его жены Бетси Пламли Тип (Betsy Plumleigh Teape). Когда мальчику исполнилось восемь, его отослали в школу-интернат в сельской местности, чтобы набраться сил после опасной для жизни лихорадки. Какое-то время он учился в школе короля Эдуарда VI (King Edward VI Grammar School), но слабое здоровье вынудило родителей обратиться к услугам репетиторов. Позже Бэббидж стал учеником Академии Холмвуд (Holmwood academy) в Мидлсексе (Middlesex), располагавшей богатой научной библиотекой – именно там пробудилась его любовь к математике.

Так или иначе, учителя и репетиторы смогли подготовить юного Чарльза к экзаменам в Кембриджском Университете (University of Cambridge), и в октябре 1810 он стал студентом Тринити-колледжа (Trinity College). Увы, уровень математики в Кембридже разочаровал Бэббиджа, который к тому времени самостоятельно изучил многие работы современных ему выдающихся математиков. В 1812 вместе с несколькими друзьями он основал в университете Аналитическое общество (Analytical Society), а в 1814 получил степень без экзаменов. Он быстро добился определенного успеха – год спустя молодой Бэббидж читал лекции по астрономии в Королевском институте (Royal Institution), в 1816 он стал членом Лондонского королевского общества (Royal Society), в 1819 посетил Париж (Paris), где встречался с ведущими французскими математиками и физиками. С другой стороны, ему не слишком везло в плане карьеры – несмотря на несомненные способности и отличные рекомендации, выгодные и престижные преподавательские позиции все время доставались кому-то другому, и Чарльз был вынужден полагаться на поддержку отца. В 1827, после его смерти, Бэббидж унаследовал крупное по тем временам состояние, около 100 000 фунтов, что сделало его независимым в своих исследованиях.

Он рано женился, в 1814 году, у них с женой было восемь детей (хотя только четверо из них выжили), а после смерти жены, скончавшейся в 1827, много путешествовал. Он находился в Риме (Rome), когда узнал, что наконец-то получил профессорское место в Кембридже, который до этого трижды ему отказывал.

Основной страстью Бэббиджа было создание вычислительных машин, но всю свою жизнь он оставался человеком широких интересов. Бэббидж сыграл важную роль в создании Астрономического общества (Astronomical Society) в 1820 году, разработал требования к современной почтовой системе, с 1828 по 1939 год преподавал в Кембриджском Университете и опубликовал три важных научных труда в этот период, а в 1832 году был избран почетным иностранным членом Американской академии искусств и наук (American Academy of Arts and Sciences). Он испытывал большой интерес к политической экономии, пытался заниматься политикой (без особых успехов) и увлекался богословием, криптографией, металлообработкой в частности и технологиями вообще, а также участвовал в общественных кампаниях. Коллеги его не любили, поскольку Бэббиджу всегда интереснее были собственные исследования, чем преподавание, но всегда отдавали ему должное как ученому и изобретателю. В числе прочих известных изобретений Бэббиджа – такие необходимые в современной жизни предметы как сейсмограф, спидометр и офтальмоскоп.

Несмотря на неудачу с разностной машиной, Бэббидж в 1834 году задумался о создании программируемой вычислительной машины, которую он назвал аналитической (прообраз современного компьютера). В отличие от разностной машины, аналитическая машина позволяла решать более широкий ряд задач. Именно эта машина стала делом его жизни и принесла посмертную славу. Он предполагал, что построение новой машины потребует меньше времени и средств, чем доработка разностной машины, так как она должна была состоять из более простых механических элементов. С 1834 года Бэббидж начал проектировать аналитическую машину.

Архитектура современного компьютера во многом схожа с архитектурой аналитической машины. В аналитической машине Бэббидж предусмотрел следующие части: склад (store), фабрика или мельница (mill), управляющий элемент (control) и устройства ввода-вывода информации.

Склад предназначался для хранения как значений переменных, с которыми производятся операции, так и результатов операций. В современной терминологии это называется памятью.

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. Перфокарты были двух видов: операционные карты и карты переменных. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций. Кроме того, по замыслу Бэббиджа, Аналитическая машина должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования.

Для создания компьютера в современном понимании оставалось лишь придумать схему с хранимой программой, что было сделано 100 лет спустя Эккертом, Мочли и Фон Нейманом.

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 превосходящими 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, включающую арифметическое устройство и устройство для печатания результатов. Машина Бэббиджа оказалась работоспособной, но Чарльз не дожил до этих дней.

В 1864 году Чарльз Бэббидж написал: «Пройдёт, вероятно, полстолетия, прежде чем люди убедятся, что без тех средств, которые я оставляю после себя, нельзя будет обойтись». В своём предположении он ошибся на 30 лет. Только через 80 лет после этого высказывания была построена машина МАРК-I, которую назвали «осуществлённой мечтой Бэббиджа». Архитектура МАРК-I была очень схожа с архитектурой аналитической машины. Говард Айкен на самом деле серьёзно изучал публикации Бэббиджа и Ады Лавлейс перед созданием своей машины, причём его машина идеологически незначительно ушла вперёд по сравнению с недостроенной аналитической машиной. Производительность МАРК-I оказалась всего в десять раз выше, чем расчётная скорость работы аналитической машины.

История создания

Первая идея разностной машины была выдвинута немецким инженером Иоганном Мюллером в книге, изданной в 1788 году.

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. Эти эксперименты подвели черту под долгими дебатами о принципиальной работоспособности конструкций Чарльза Бэббиджа (некоторые исследователи полагают, что Бэббидж умышленно вносил неточности в свои чертежи, пытаясь таким образом защитить свои творения от несанкционированного копирования).

Аналитическая машина

Несмотря на то, что разностная машина не была построена её изобретателем, для будущего развития вычислительной техники главным явилось другое: в ходе работы у Бэббиджа возникла идея создания универсальной вычислительной машины , которую он назвал аналитической и которая стала 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.

Влияние на культуру

В 1972 году Гарри Гаррисоном в стимпанк рассказе «A Transatlantic Tunnel, Hurrah!» была упомянута «компьютерная машина Брэббеджа, занимавшая почти четверть объема субмарины», использовавшаяся для анализа состояния тросов и регулирования их натяжения во время транспортировки строительных секций Трансатлантического туннеля, а также для калибровки курса «Наутилуса II».

В 1990 году Майклом Флинном был написан фантастический роман «В стране слепых» (англ. In the Country of the Blind ), в котором рассказывается о некой тайной организации, с помощью усовершенствованных аналитических машин Чарльза Бэббиджа математически рассчитывавшую возможное развитие событий и таким образом получившую возможность влиять на ход истории.

В 1992 году Брюсом Стерлингом и Уильямом Гибсоном написан фантастический роман в стилистике стимпанка «Машина различий» (англ. The Difference Engine ), где также описывается разностная машина .

В 2005 Джон Краули опубликовал книгу «Роман лорда Байрона». Это вымышленная история о находке и расшифровке рукописи единственного прозаического произведения Байрона - романа «Вечерняя земля». Чтобы спасти роман от уничтожения, дочь Байрона Ада Лавлейс зашифровала его так, чтобы прочитать текст могли только потомки с помощью счётных машин, восходящих к разностной машине Бэббиджа.

В онлайн-проекте Рука Ориона описываются созданные на основе идей Бэббиджа полностью разумные и автономные механические ИИ величиной с крупный астероид.

См. также

Литература

  • Пер. с англ. К. Г. Батаев, ред. В. М. Курочкин. Знакомьтесь: компьютер = Understanding computers. - М .: Мир, 1989. - 240 с. - (Знакомство с компьютером). - ISBN 5-03-001147-1
  • Doron Swade. The difference engine: Charles Babbage and the quest to build the first computer. - ISBN 0-670-91020-1

Ссылки

  • Georgi Dalakov The calculating machines of Johann Helfrich Müller (англ.) . Архивировано из первоисточника 4 февраля 2012. Проверено 25 января 2012.
  • Онлайн-выставка лондонского Музея науки (англ.)
  • Модель первой разностной машины Чарльза Бэббиджа, собранная из элементов детского конструктора Meccano (англ.)
  • Сборка разностной машины из элементов конструктора LEGO (англ.)

Чарльз Бэббидж вклад в информатику, известного английского математика, изобретателя первой аналитической вычислительной машины изложен в этой статье.

Чем знаменит Чарльз Бэббидж?

Изобретения Чарльза Бэббиджа: первая аналитическая вычислительная машина, спидометр, офтальмоскоп, сейсмограф, устройство для наведения артиллерийского орудия. Участвовал в изобретении тахометра. Создал приспособление, сбрасывающее случайные предметы с путей перед локомотивом.

Английский математик является величайшим изобретателем XIX века. Кроме того, что он серьезно увлекался математикой, теоретическими работами, Беббидж еще руководил кафедрой в Кембриджском университете и увлекался механическими куклами, шифрами и ключами-замками разной сложности.

Возможно, благодаря своим увлечениям Чарльз вошел в историю как человек, сконструировавший первый полноценный компьютер. Стоит отметить, что счетные механические машины были уже известны c XVII века, но они были ненадежны и примитивны. Беббидж, будучи одним из основателей астрономического Королевского общества, загорелся идеей создать мощный механический вычислитель, способный выполнять в автоматическом режиме длинные и важные калькуляции.

Люди использовали математические таблицы во всех областях. Рассчитанные вручную таблицы часто были с погрешностями и в некоторых ситуациях стояли людям жизни. Поэтому еще в молодости, в начале 20-тых годов XIX века Чарльз Бэббидж написал работу, в которой обосновал тезис о том, что автоматизация создания математических таблиц обеспечит высокую точность, так как этапы порождения ошибок будут полностью исключены. Он в 1822 году разработал первое вычислительное устройство — «Разностную машину». Она реализовала сложные вычислительные операции, деления и умножения сводились к простым сложениям разных чисел.

Спустя десятилетие, математик в 1834 году приступил к конструированию аналитической машины. Он тщательно разработал чертежи, опираясь на постигнутую концепцию компьютера. Вычислительная машина Чарльза Бэббиджа предназначалась для решения математических задач любой сложности. Свою разработку «Аналитической машины» ученый завершил к 1840 году. Но воплотить чертежи в жизнь не удалось из-за наличия технологических проблем. Поэтому Беббидж приступил к проектированию «Разностной машины №2», которая стала промежуточной ступенью между первой и второй машинами, способной вычислять алгебраические функции автоматически.

В чем же суть достижений Чарльза Бэббиджа?

Суть достижений математика заключается в том, что он был первым, кто в полной мере сформулировал идеи создания компьютерной машины , которые стали основой создания современных компьютеров.

Ученый спроектировал систему, которая работала по принципу последовательности перфокарт. Данная система выполняла любые вычисления и была очень гибкой. Бэббидж является автором развитой конструкции принтера и перфокарт, автоматически выполняющие ввод и вывод нужной информации. Его «Аналитическая машина» могла сохранять промежуточные результаты проведенных вычислений для дальнейшей обработки и калькуляции. Кроме того, что машине были присущи «память» и «процессор», она также реализовывала условные переходы в разветвляющих алгоритмах вычислений и реализовывала цикли многократных повторений. Но через ряд технологических причин его машина не реализовались при жизни Беббиджа. Ему так и не удалось увидеть реального воплощения своих идей.