Чарльз біббідж біографія. Різнисна машина чарльза беббіджа

Чарльз Беббідж – англійський математик та 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 та залізничний очисник.

Біографія Чарльза Беббіджа

Народився в Лондоні 26 грудня 1791 року в сім'ї партнера банку Praeds Бенджаміна Беббіджа, власника Біттон-естейт у Тінмуті, та Бетсі Пламлі Тип. В 1808 сім'я вирішила переїхати в старий Роуден-хаус, розташований в Іст-Тінмут, і батько став старостою сусідньої церкви Святого Михайла.

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

Потім він вступив до гімназії короля в Тотнесі, Саут-Девон, що процвітає загальноосвітню школу, що діє і донині, але стан здоров'я змусив Чарльза на якийсь час звернутися до приватних викладачів. Нарешті він потрапив до закритої академії на 30 учнів, якою керував преподобний Стівен Фріман. Установа мала велику бібліотеку, яку Беббідж використовував для самостійного вивченняматематики і навчився любити її. Після виходу з академії він мав ще двох особистих наставників. Один із них був кліриком Кембриджа, про викладання якого Чарльз відгукнувся так: «Боюсь, що я не отримав усіх переваг, які міг би отримати». Інший був викладачем Оксфорду. Він навчав Чарльза Беббіджа класиці, щоб той міг бути прийнятий до Кембриджу.

Навчання в університеті

У жовтні 1810 року Беббідж прибув до Кембриджу і вступив до Трініті-коледжу. Він мав блискучу освіту – знав Лагранжа, Лейбніца, Лакруа, Сімпсона та був серйозно розчарований доступними математичними програмами. Тому він разом із Джоном Гершелем, Джорджем Пікоком та іншими друзями вирішив сформувати Аналітичне суспільство.

Коли 1812 року Беббідж перевівся в кембриджський Петерхаус, він був найкращим математиком; але він не закінчив його з відзнакою. Почесний ступінь він отримав пізніше, навіть не складаючи іспитів, у 1814 році.

1814-го Чарльз Беббідж одружився з Джорджіаною Уітмор. Його батько з якихось причин ніколи і не благословив його. Сім'я жила в спокої в Лондоні, на Девоншир-стріт, 5. Тільки троє з вісім дітей дожили до дорослого віку.

Батько Чарльза, його дружина та один із його синів трагічно загинули у 1827 році.

Проект комп'ютера

За часів Чарльза Беббіджа при розрахунку математичних таблиць часто припускалися помилок, тому він вирішив знайти новий методякий би робив це механічно, усуваючи фактор людської помилки. Ця ідея зародилася в нього дуже рано, ще 1812 року.

Три різних факторавплинули на ухвалення ним такого рішення:

він не любив неакуратності та неточності;
йому легко давалися логарифмічні таблиці;
його надихнули існуючі роботи з У. Шикарда, Б. Паскаля та Г. Лейбніца.

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

Різнисна машина

Беббідж представив те, що він назвав «різницевою машиною», Королівському астрономічному товариству 14 червня 1822 в роботі, під назвою «Зауваження про застосування машинного обчислення астрономічних та математичних таблиць». Він міг обчислювати многочлени з допомогою чисельного методу, званого разностным.

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

Особиста трагедія та подорож Європою

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

В Італії він дізнався, що його призначили Лукасівським професором математики Кембриджського університету. Спочатку він хотів відмовитися, але друзі переконали його у протилежному. Після повернення Англію в 1828 року він переїхав на Дорсет-стрит, 1.

Відновлення роботи

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

Відмова від проекту

Фінансові проблеми Чарльза Беббіджа збіглися із загостренням розбіжностей із Клементом. Беббідж за своїм будинком збудував двоповерхову, 15-метрову довжину майстерню. У неї був скляний дах для освітлення, а також негорюча чиста кімната для зберігання машини. Клемент відмовився переїжджати в нову майстерню та зажадав грошей на переїзди містом для спостереження за роботою. У відповідь Беббідж запропонував йому отримувати плату безпосередньо з казни. Клемент відмовився та припинив роботу над проектом.

Більше того, відмовився передати креслення та інструменти, які використовуються для створення різницевої машини. Після інвестування 23 000 фунтів, у тому числі 6000 фунтів власних коштівБеббіджа, робота над незавершеним пристроєм припинилася в 1834 р. У 1842 уряд офіційно відмовився від цього проекту.

Чарльз Беббідж та його аналітична машина

На відстані від різницевої машини винахідник почав думати про її покращений варіант. Між 1833 і 1842 роками Чарльз намагався побудувати пристрій, який можна було б запрограмувати на виробництво будь-яких обчислень, а не тільки пов'язаних з поліноміальними рівняннями. Перший прорив стався, коли він перенаправив виведення апарату з його вхід на вирішення подальших рівнянь. Він описав це як машину, яка їсть свій власний хвіст. Йому не знадобилося багато часу визначення основних елементів аналітичного двигуна.

Чарльза Беббіджа для введення даних та вказівки порядку необхідних обчислень використовувала перфокарти, запозичені у жаккардового Пристрій складався з двох частин: млина та сховища. Млин, що відповідає процесору сучасного комп'ютера, виконував операції над даними, отриманими зі сховища, яке можна вважати пам'яттю. Це був перший у світі комп'ютер загального призначення.

Комп'ютер Чарльза Беббіджа було спроектовано 1835 року. Масштаб роботи був справді неймовірним. Беббідж і кілька помічників створили 500 великих проектних креслень, 1000 аркушів механічних позначень та 7000 аркушів описів. Завершений млин був 4,6 м у висоту та 1,8 м у діаметрі. Сховище на 100 цифр сягало 7,6 м. Для своєї нової машини Беббідж побудував лише невеликі тестові частини. Повністю апарат так і не було завершено. У 1842 році, після неодноразових невдалих спроб отримати урядове фінансування, він звернувся до сера Роберта Піля. Той відмовив і натомість запропонував йому лицарське звання. Беббідж відмовився. Він продовжував змінювати та вдосконалювати конструкцію протягом багатьох наступних років.

Графіня Лавлейс

У жовтні 1842 року Федеріко Луїджі, італійський генерал і математик, опублікував статтю про аналітичну машину. Августа Ада Кінг, графиня Лавлейс, давній друг Беббіджа, перевела роботу на англійська мова. Чарльз запропонував їй забезпечити переклад примітками. Між 1842 та 1843 роками пара спільно написала 7 нотаток, сумарна довжина яких утричі перевищила фактичний розмір статей. В одній із них Ада підготувала таблицю виконання програми, яку Беббідж створив для обчислення чисел Бернуллі. В іншій вона писала про узагальнену алгебраїчну машину, яка може виконувати операції із символами так само, як із цифрами. Лавлейс була, мабуть, першою, хто зрозумів загальніші цілі пристрою Беббіджа, а деякі вважають її першим у світі комп'ютерним програмістом. Вона почала працювати над книгою, що описує аналітичну машину детальніше, але не встигла її закінчити.

Чудо машинобудування

У період між жовтнем 1846-го до березня 1849-го Беббідж розпочав проектування другої різницевої машини, використовуючи знання, отримані ним під час створення аналітичної. У ній використовувалося лише 8000 частин, утричі менше, ніж у першій. Це було диво машинобудування.

На відміну від аналітичної, яку він постійно налагоджував та модифікував, друга різницева машина Чарльза Беббіджа після завершення початкового етапу розробки змін не зазнавала. Надалі винахідник не робив жодних спроб побудувати пристрій.

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

Досягнення

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

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

У 1837 році, відповідаючи на 8 офіційних Бриджуотерських трактатів «Про силу, мудрість і доброту Бога, що виявляється в творінні», він опублікував дев'ятий Бриджуотерський трактат, висунувши тезу про те, що Бог, володіючи всемогутністю і далекоглядністю, створив божественного законодавця або програми), які потім у відповідні моменти часу створювали види, тим самим усуваючи необхідність творити чудеса щоразу, коли потрібно було створити новий вигляд. Книга містить уривки з листування автора з Джоном Гершелем на цю тему.

Чарльз Беббідж також домігся помітних результатіву криптографії. Він зламав шифр з автоключом, а також значно слабший шифр, який сьогодні зветься Відкриття Беббіджа було використане англійськими військовими і було опубліковано лише через кілька років. В результаті право першості перейшло до Фрідріха Касіскі, який прийшов до того ж результату на кілька років пізніше.

У 1838 р. Беббідж винайшов путеочисник, металевий каркас, що прикріплюється до передньої частини локомотивів, що очищає шляхи від перешкод. Він також провів низку досліджень Великої західної залізниціІзамбарда Кінгдома Брюнеля.

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

Частини створених незавершених механізмів обчислювальних пристроїв доступні для відвідування в музеї науки в Лондоні. У 1991 році було побудовано різницеву машину Чарльза Беббіджа на основі його початкових планів, і вона функціонувала відмінно.

Незважаючи на невдачу з різницевою машиною, Беббідж в 1834 задумався про створення програмованої обчислювальної машини, яку він назвав аналітичним (прообраз сучасного комп'ютера). На відміну від різницевої машини, аналітична машина дозволяла вирішувати ширший ряд завдань. Саме ця машина стала справою його життя та принесла посмертну славу. Він припускав, що побудова нової машини вимагатиме менше часу і коштів, ніж доробка машини різницевої, так як вона повинна була складатися з більш простих механічних елементів. З 1834 року Беббідж почав проектувати аналітичну машину.

Архітектура сучасного комп'ютера багато в чому схожа на архітектуру аналітичної машини. В аналітичній машині Беббідж передбачив такі частини: склад (store), фабрика або млин (mill), керуючий елемент (control) та пристрої введення-виведення інформації.

Склад призначався зберігання як значень змінних, із якими проводяться операції, і результатів операцій. У сучасній термінології це називається пам'яттю.

Млин (арифметико-логічний пристрій, частина сучасного процесора) повинен був здійснювати операції над змінними, а також зберігати в регістрах значення змінних, з якими даний моментздійснює операцію.

Третій пристрій, якому Беббідж не дав назви, здійснювало управління послідовністю операцій, розміщенням змінних до складу та вилученням їх зі складу, а також виведенням результатів. Воно зчитувало послідовність операцій та змінні з перфокарт. Перфокарти були двох видів: операційні карти та карти змінних. З операційних карток можна було скласти бібліотеку функцій. Крім того, за задумом Беббіджа, Аналітична машина повинна була містити пристрій друку та пристрій виведення результатів на перфокарти для подальшого використання.

Для створення комп'ютера в сучасному розуміннізалишалося лише придумати схему зі збереженою програмою, що було зроблено через 100 років Екертом, Мочлі і Фон Нейманом.

Беббідж розробляв конструкцію аналітичної машини поодинці. Він часто відвідував промислові виставки, де були представлені різноманітні новинки науки та техніки. Саме там відбулося його знайомство з Адою Августою Лавлейс (дочкою Джорджа Байрона), яка стала його дуже близьким другом, помічником та єдиним однодумцем. У 1840 році Беббідж їздив на запрошення італійських математиків у Турін, де читав лекції про свою машину. Луїджі Менабреа, викладач туринської артилерійської академії, створив та опублікував конспект лекцій на французькою мовою. Пізніше Ада Лавлейс переклала ці лекції англійською мовою, доповнивши їх коментарями за обсягом, що перевершують вихідний текст. У коментарях Ада зробила опис ЦВМ та інструкції щодо програмування до неї. Це були перші у світі програми. Саме тому Аду Лавлейс слушно називають першим програмістом. Однак аналітична машина так і не була закінчена. Ось, що писав Бэббидж в 1851 року: «Всі розробки, пов'язані з Аналітичною машиною, виконані мій рахунок. Я провів цілу низку експериментів і дійшов до межі, за якою моїх можливостей не вистачає. У зв'язку з цим я змушений відмовитись від подальшої роботи». Незважаючи на те, що Беббідж докладно описав конструкцію аналітичної машини та принципи її роботи, вона так і не була побудована за його життя. Причин тому було багато. Але основними стали повна відсутністьфінансування проекту зі створення аналітичної машини та низький рівеньтехнологій на той час. Беббідж не став цього разу просити допомоги в уряду, бо розумів, що після невдачі з машиною різниною йому все одно відмовить.

Тільки після смерті Чарльза Бебіджа його син, Генрі Бебідж, продовжив розпочату батьком справу. 1888 року Генрі зумів побудувати за кресленнями батька центральний вузол аналітичної машини. А в 1906 році Генрі спільно з фірмою Монро побудував модель аналітичної машини, що діє, що включає арифметичний пристрій і пристрій для друкування результатів. Машина Бебіджа виявилася працездатною, але Чарльз не дожив до цих днів.

У 1864 році Чарльз Бебідж написав: «Пройде, ймовірно, півстоліття, перш ніж люди переконаються, що без тих коштів, які я залишаю після себе, не можна буде обійтися». У припущенні він помилився на 30 років. Тільки через 80 років після цього висловлювання було побудовано машину МАРК-I, яку назвали «здійсненою мрією Беббіджа». Архітектура МАРК-I була схожа з архітектурою аналітичної машини. Говард Айкен насправді серйозно вивчав публікації Беббіджа та Ади Лавлейс перед створенням своєї машини, причому його машина ідеологічно трохи пішла вперед порівняно з недобудованою аналітичною машиною. Продуктивність МАРК-I виявилася всього вдесятеро вищою, ніж розрахункова швидкість роботи аналітичної машини.

Історія знає чимало людей, які народилися явно раніше, ніж слід. І, відповідно, випередили свій час. У сенсі вийшли за межі рівня науково-технічного розвитку своєї епохи. У дев'ятнадцятому столітті одним із таких талантів був Чарльз Беббідж, англійський вчений, математик, винахідник... комп'ютера. Так, саме обчислювальної машини, нехай і механічної.

Як все починалося

Чарльз Бебідж (Charles Babbage) народився 26 грудня 1791-го року в Лондоні. Саме тоді, коли людство ледве дозріло для підкорення електрики і почало конструювати перші джерела струму.

Син успішного банкіра, Чарльз навчався спочатку у приватній школі, а потім у Енфілдській академії та в Кембриджі. Про автоматизацію обчислень юнак задумався ще 1812-го. Однак будувати механізм взявся лише через сім років, попередньо вивчивши лічильний пристрій Блеза Паскаля («Паскаліну») та механічний калькулятор Готфріда Лейбніца.

Три роки наполегливої праці - і в 1822-му здивоване Королівське Астрономічне співтовариство слухає доповідь молодого конструктора про новий апарат, який отримав назву «різноманітний механізм» (Difference Engine).

Чому таке дивне найменування? Насправді, в ньому немає нічого дивного, адже використовувався так званий метод кінцевих різниць.

Загалом, валики з шестеренками почали рухатися, трошки покрутилися - через кілька хвилин був готовий результат. І астрономи, і математики зраділи: більше не треба витрачати довгий годинникна розрахунки, корпіти над папірцями у світлі свічок і потім шукати помилки, допущені через втому.

Велика різницева машина

"Ух ти!" - дружно вигукнула вищезгадана Королівська Астрономічна спільнота. - «Оце так! Тримайте золоту медаль! Чарльз Беббідж відповів приблизно так: «Хочу побудувати таку саму штуковину, але велику. Ця - лише мала. Але потрібне фінансування...» Спільнота заспокоїла: «Гроші потрібні? Дамо! Як же не дати, адже прогрес! І робота закипіла.

Перший у світі механічний комп'ютер планувався величезним, висотою з одноповерхового будинку. Він мав утримувати 25 тисяч елементів та важити півтора десятки тонн. З оперативною пам'яттю тисячу осередків місткістю п'ятдесят розрядів кожна.

Втім, будівництво великої різницевої машини затяглося на довгі роки. То здоров'я підводило, то в особистого життятрагедії сипалися одна за одною. Ну а основна причина, звісно, полягала у рівні технічного розвитку тієї доби. У першій половині дев'ятнадцятого століття було не так легко виготовити тисячі деталей.

Бачачи таку справу, 1842-го можновладці махнули на проект рукою і припинили фінансування.

Аналітична машина

Містер Беббідж так просто не здався і вирішив зробити інший комп'ютер – «аналітичну машину». Причому, з архітектурою, схожою принципові блок-схеми сучасних комп'ютерів. З оперативною пам'яттю та кешем (він назвав це store, "склад"), з процесором ("млином", mill), контролерами (control) і навіть пристроями введення-виведення. Загалом описав все те, що через сто років надав світові Фон Нейман, якому пощастило народитися вчасно.

Перші в історії людства комп'ютерні програми створила дочка поета Джорджа Байрона Ада Августа Лавлейс, з якою здружився містер Беббідж. Це були інструкції щодо здійснення обчислень на аналітичній машині. Вона ж запровадила поняття «цикл».

Проте 1851-го у містера Беббіджа банально закінчилися гроші. Роботу завершив його син, Генрі Бебідж, і то лише 1906-го, коли було запущено діючий екземпляр. Сам винахідник до цього щасливого дняне дожив, помер 18 жовтня 1871 року.

Інші винаходи

Загалом, як би не складалися обставини, обдарованість завжди приносить хоч якісь плоди, навіть якщо головну мрію всього життя побачити на власні очі не вдається. Неповний, але досить наочний список корисних речей, створених Чарльзом Беббіджем, можна оформити приблизно так:

"мала різницева машина", механічний калькулятор, попередник арифмометрів;
спідометр (винайшов, коли працював над підвищенням безпеки залізничного транспорту);
поперечно-стругальний верстат;
револьверний токарний верстат;
сейсмограф;
офтальмоскоп для використання лікарями-окулістами.

Послідовники

1854-го швед Георг Шутц (Georg Scheutz) доопрацював калькулятор Беббіджа і теж отримав золоту медаль за свою модифікацію. Але не в Англії, а на виставці у Парижі. І, за іронією долі, 1859-го продав один екземпляр англійським чиновникам з канцелярії уряду, які відмовилися допомагати співвітчизнику.

Інший швед, Мартін Віберг (Martin Wiberg), подивився на варіант Шутца і продовжив модернізацію у бік зручнішої роботи з логарифмами.

Ну, а там уже і до електромеханічних варіантів було недалеко. Такий створив 1890-го американець Герман Холлеріт. Його шафи з залізцями всередині, які вміють рахувати, називалися табуляторами. Тоді виникла ідея застосування перфокарти. Так з'явилася фірма IBM.

Висновок

Чи можна вважати Чарльза Беббіджа винахідником комп'ютера? Так, можна. Причому, навіть за найприскіпливішими сучасними мірками. По-перше, 1822-го вчений пред'явив діючий прототип. По-друге, самостійно розробив проект потужнішого обчислювального пристрою, яке за його кресленнями було побудовано на початку ХХ століття.

Користь від інших винаходів, «побічних дрібниць» на кшталт верстатів та приладів, мабуть, жодних сумнівів не викликає. Ну а відтворену 1991-го початкову «різницеву машину» виставили в лондонському Музеї науки, щоб кожен бажаючий міг побачити матеріальне свідчення обдарованості по-справжньому талановитої людини.

Попередні публікації:

Чарльз Беббідж народився 26 грудня 1791 року у Лондоні. Його батько Бенджамін Беббідж був банкіром. Мати звали Елізабет Беббідж, у дівоцтві – Тип (англ. Teape). У дитинстві Чарльз мав дуже слабке здоров'я. У 8 років його відправили до приватної школи в Альфінгоні на виховання священика. На той момент його батько вже був достатньо забезпечений, щоб дозволити навчання Чарльза у приватній школі. Бенджамін Беббідж попросив священика не давати Чарльзу сильних навчальних навантаженьчерез слабке здоров'я.

Після школи в Альфінґтоні Чарльз був відправлений до академії в Енфілді, де по суті почалося його справжнє навчання. Саме там Беббідж почав виявляти інтерес до математики, чому посприяла велика бібліотекау академії.

Після навчання в академії Беббідж навчався у двох репетиторів. Перший був священиком, який жив біля Кембриджу. За словами Чарльза, священик не дав йому тих знань, які він міг отримати, навчаючись у досвідченішого репетитора. Після священика у Беббіджа був репетитор з Оксфорда. Він зміг дати Беббіджу основні класичні знання, достатні для вступу до коледжу.

У 1810 році Беббідж вступив до Трініті-коледжу в Кембриджі. Однак основ математики він навчався самостійно за книжками. Він ретельно вивчав праці Ньютона, Лейбніца, Лагранжа, Лакруа, Ейлера та інших математиків академій Санкт-Петербурга, Берліна та Парижа. Беббідж дуже швидко випередив своїх викладачів знань і був сильно розчарований рівнем викладання математики в Кембриджі. Більше того, він зауважив, що Британія загалом помітно відстала від континентальних країн за рівнем математичної підготовки.

У зв'язку з цим він вирішив створити суспільство, метою якого було внесення сучасної європейської математики до Кембриджського університету. У 1812 році Чарльз Беббідж, його друзі, Джон Гершель (John Herschel) і Джордж Пікок (George Peacock) та ще кілька молодих математиків заснували «Аналітичне суспільство». Вони почали проводити збори. Обговорювати різні питання, пов'язані з математикою. Почали публікувати свою працю. Наприклад, в 1816 році вони опублікували перекладений ними англійською мовою «Трактат з диференційного та інтегрального обчислення» французького математика Лакруа, а в 1820 опублікували два томи прикладів, що доповнюють цей трактат. Аналітичне суспільство своєю активністю ініціювало реформу математичної освіти спочатку у Кембриджі, та був та інших університетах Британії.

У 1812 році Беббідж перейшов до коледжу Св. Петра (Peterhouse). А 1814 року він отримав ступінь бакалавра. У тому ж році Чарльз Беббідж одружився з Джорджіаною Вітмур (Georgiana Whitmore), і в 1815 році вони переїхали з Кембриджу до Лондона. За тринадцять років шлюбу мали вісім дітей, але п'ятеро з них померли в дитинстві. У 1816 він став членом Королівського Товариства Лондона. На той час він написав кілька великих наукових статей у різних математичних дисциплінах. У 1820 він став членом Королівського Товариства Единбурга і Королівського Астрономічного Товариства. У 1827 році він поховав батька, дружину та двох дітей. У 1827 році він став професором математичних наук в Кембриджі і займав цю посаду протягом 12 років. Після того, як він покинув цю посаду, він більшу частинусвого часу присвятив справі його життя – розробці обчислювальних машин.

Останні роки життя Беббідж присвятив філософії та політичній економії.

Винаходи Беббіджа

Мала різницева машина

Вперше Беббідж задумався про створення механізму, який дозволив би робити автоматично складні обчислення з великою точністю 1812 року. На ці думки його наштовхнуло вивчення логарифмічних таблиць, при перерахунку яких виявлено численні помилки у обчисленнях, обумовлені людським фактором. Ще тоді почав осмислювати можливість проведення складних математичних розрахунків з допомогою механічних апаратів.

Також дуже велике впливом геть Беббиджа надали роботи французького вченого барона де Проні, який запропонував ідею поділу праці при обчисленні великих таблиць (логарифмічних, тригонометричних та інших.). Він пропонував поділити процес обчислення на три рівні. Перший рівень - кілька видатних математиків, які готують математичне забезпечення. Другий рівень – освічені технологи, які організовували рутинний процес обчислювальних робіт. А третій рівень займали самі обчислювачі, від яких вимагалося лише вміння складати та віднімати. Ідеї Проні навели Беббіджа на думку про заміну третього рівня (обчислювачів) механічним пристроєм.

Проте Беббідж не відразу почав займатися розвитком ідеї побудови обчислювального механізму. Лише у 1819 році, коли він зацікавився астрономією, він більш точно визначив свої ідеї та сформулював принципи обчислення таблиць різницевим методом за допомогою машини, яку він згодом назвав різницею. Ця машина мала виробляти комплекс обчислень, використовуючи лише операцію складання. У 1819 році Чарльз Беббідж приступив до створення малої різницевої машини, а в 1822 він закінчив її будівництво і виступив перед Королівським Астрономічним товариством з доповіддю про застосування машинного механізму для обчислення астрономічних і математичних таблиць. Він продемонстрував роботу машини з прикладу обчислення членів послідовності. Робота різницевої машини була заснована на методі кінцевих різниць. Мала машина була повністю механічною і складалася з безлічі шестерень і важелів. У ній використовувалася десяткова система числення. Вона оперувала 18-розрядними числами з точністю до восьмого знака після коми та забезпечувала швидкість обчислень 12 членів послідовності за 1 хвилину. Мала різницева машина могла вважати значення багаточленів 7-го ступеня.

За створення різницевої машини Бебідж був нагороджений першою золотою медаллю Астрономічного товариства. Однак мала різницева машина була експериментальною, оскільки мала невелику пам'ять і не могла бути використана для великих обчислень.

Велика різницева машина

У 1822 році Беббідж задумався про створення великої різницевої машини, яка б дозволила замінити величезна кількістьлюдей, які займаються обчисленням різних астрономічних, навігаційних та математичних таблиць. Це дозволило б заощадити витрати на оплату праці, а також позбутися помилок, пов'язаних із людським фактором.

Зі своєю пропозицією профінансувати створення великої різницевої машини Чарльз Беббідж звернувся до Королівського та Астрономічного товариств. І ті, й інші відгукнулися на цю пропозицію позитивно. У 1823 році Беббідж отримав 1500 фунтів стерлінгів і розпочав розробку нової машини. Він планував сконструювати машину за три роки. Однак Бебідж не врахував складності конструкції, а також технічні можливості того часу. І вже до 1827 року було витрачено 3500 фунтів стерлінгів (понад 1000 особистих грошей). Хід роботи зі створення різницевої машини сильно сповільнився.

Крім того, на процес конструювання машини великий вплив мали трагічні події в житті Беббіджа в 1827 році. Цього року він поховав батька, дружину та двох дітей. Після цих подій у нього погіршилося самопочуття, і він не міг займатися конструюванням машини. Щоб відновити здоров'я, він поїхав у подорож континентом.

Після подорожі 1828 року Беббідж продовжив розробку, але грошей вже не було. Він звертався до багатьох товариств та уряду з проханням про допомогу. Тільки в 1830 він отримав від уряду ще 9000 фунтів стерлінгів, після чого продовжив конструювання різницевої машини.

У 1834 році роботи зі створення машини було припинено. На той момент вже було витрачено 17000 фунтів державних грошей та 6000 особистих. З 1834 по 1842 уряд обмірковував, надавати підтримку проекту чи ні. А 1842 року відмовилося фінансувати проект. Різнисна машина так і не була добудована.

Велика різницева машина мала складатися з 25 000 деталей, важити майже 14 тонн і бути 2,5 метра заввишки. Крім того, різницева машина мала бути оснащена друкарським пристроєм для виведення результатів. Пам'ять було розраховано на 1000 50-розрядних чисел.

Можливо, причиною невдачі створення різницевою машиною, поряд з трагічними подіями 1827 року і недостатнім рівнем технологій на той час, стала зайва різнобічність Беббіджа. Він піднімався з експедицією на Везувій, занурювався на дно озера у водолазному дзвоні, брав участь у археологічних розкопкахвивчав залягання руд, спускаючись у шахти. Майже рік він займався безпекою залізничного руху та зробив дуже багато спеціального обладнання – у тому числі створив спідометр. Крім того, під час конструювання різницевої машини він розробив чимало обладнання для обробки металу. У 1851 році Чарльз Беббідж зробив спробу сконструювати покращену версію різницевої машини - «Розносну машину 2». Але цей проект не був вдалим.

Проте праці Бебіджа зі створення різницевої машини не зникли даремно. У 1854 році шведський винахідник Шойц з робіт Беббіджа побудував кілька різницевих машин. А ще через деякий час Мартін Віберг удосконалив машину Шойца та використав її для розрахунків та публікації логарифмічних таблиць.

У 1891 році була побудована «Розносна машина 2», яка знаходиться зараз у Лондонському науковому музеї.

Аналітична машина

Незважаючи на невдачу з різницевою машиною, Беббідж в 1834 задумався про створення програмованої обчислювальної машини, яку він назвав аналітичною (прообраз сучасного комп'ютера). На відміну від різницевої машини, аналітична машина дозволяла вирішувати ширший ряд завдань. Саме ця машина стала справою його життя та принесла посмертну славу. Він припускав, що побудова нової машини вимагатиме менше часу і коштів, ніж доробка машини різницевої, так як вона повинна була складатися з більш простих механічних елементів. З 1834 року Беббідж почав проектувати аналітичну машину.

Млин (арифметико-логічний пристрій, частина сучасного процесора) повинен був проводити операції над змінними, а також зберігати в регістрах значення змінних, з якими в даний момент здійснює операцію.

Для створення комп'ютера в сучасному розумінні залишалося лише придумати схему зі збереженою програмою, що було зроблено через 100 років Екертом, Мочлі і Фон Нейманом.

Беббідж розробляв конструкцію аналітичної машини поодинці. Він часто відвідував промислові виставки, де були представлені різноманітні новинки науки та техніки. Саме там відбулося його знайомство з Адою Августою Лавлейс (дочкою Джорджа Байрона), яка стала його дуже близьким другом, помічником та єдиним однодумцем. У 1840 році Беббідж їздив на запрошення італійських математиків у Турін, де читав лекції про свою машину. Луїджі Менабреа, викладач туринської артилерійської академії, створив та опублікував конспект лекцій французькою мовою. Пізніше Ада Лавлейс переклала ці лекції англійською мовою, доповнивши їх коментарями за обсягом, що перевершують вихідний текст. У коментарях Ада зробила опис ЦВМ та інструкції щодо програмування до неї. Це були перші у світі програми. Саме тому Аду Лавлейс слушно називають першим програмістом. Однак аналітична машина так і не була закінчена. Ось, що писав Бэббидж в 1851 року: «Всі розробки, пов'язані з Аналітичною машиною, виконані мій рахунок. Я провів цілу низку експериментів і дійшов до межі, за якою моїх можливостей не вистачає. У зв'язку з цим я змушений відмовитись від подальшої роботи». Незважаючи на те, що Беббідж докладно описав конструкцію аналітичної машини та принципи її роботи, вона так і не була побудована за його життя. Причин тому було багато. Але основними стали повна відсутність фінансування проекту зі створення аналітичної машини та низький рівень технологій на той час. Беббідж не став цього разу просити допомоги в уряду, бо розумів, що після невдачі з машиною різниною йому все одно відмовить.

Інші заслуги Чарльза Беббіджа

Незважаючи на те, що Чарльз Беббідж вважається винахідником обчислювальних машин, насправді він був дуже різнобічною людиною. Бэббидж займався безпекою залізничного руху, навіщо обладнав вагон-лабораторію всілякими датчиками, показання яких фіксувалися самописцями. Винайшов спідометр. Брав участь у винаході тахометра. Створив пристрій, що скидає випадкові предмети зі шляхів перед локомотивом.

У ході робіт над створенням обчислювальних машин зробив великий прогрес у металообробці. Сконструював поперечно-стругальний та токарно-револьверний верстати, придумав методи виготовлення зубчастих коліс. Запропонував новий метод заточування інструментів та лиття під тиском.

Він сприяв реформуванню поштової системи у Англії. Склав перші надійні страхові таблиці. Займався теорією функціонального аналізу, експериментальними дослідженнямиелектромагнетизму, питаннями шифрування, оптикою, геологією, релігійно-філософськими питаннями

У 1834 році Беббідж написав одну з найважливіших робіт «Економіка технологій та виробництв», в якій він пропонував те, що зараз називається «Дослідженням операцій».

Він був одним із засновників Лондонського статистичного товариства. Серед його винаходів були спідометр, офтальмоскоп, сейсмограф, пристрій для наведення артилерійської зброї.

Крім того, Беббідж був дуже товариською людиною. Часто щосуботи він збирав у будинку гостей. Іноді приходило від 200 до 300 гостей, серед яких були такі знамениті людина той час: Жан Фуко, П'єр Лаплас, Чарльз Дарвін, Чарльз Діккенс, Олександр Гумбольдт. Крім цього, він підтримував близькі відносини з Юнгом, Фур'є, Пуассоном, Бесселем, Мальтусом.

Беббідж залишив величезний слід історія XIX століття. І зробив переворот у математиці і обчислювальної техніки, а й у науці загалом.

У свій час його вважали генієм, потім мало не посадили в боргову яму.
Та й справді витрачені суми були фантастичні для початку 19 століття.
А обіцяна машина так і не запрацювала. А він мріяв уже про наступну.
Принагідно він винайшов тахометр. Він піднімався з експедицією на Везувій,
занурювався на дно озера у водолазному дзвоні, брав участь у археологічних
розкопках, вивчав залягання руд, спускаючись у шахти.

Майже рік він займався безпекою залізничного руху та зробив
дуже багато спеціального обладнання. У тому числі створив спідометр.
Крім того, він розробив чимало обладнання для обробки металу.

Чарльз Беббідж народився 26 грудня 1791 року у Лондоні. Його батько Бенджамін Беббідж був банкіром. Мати звали Елізабет Беббідж. Її дівоче прізвищеТип (Teape). У дитинстві Чарльз мав дуже слабке здоров'я. У 8 років його відправили до приватної школи в Альфінгоні на виховання священика. На той момент його батько вже був достатньо забезпечений, щоб дозволити навчання Чарльза у приватній школі. Бенджамін Бебідж попросив священика не давати Чарльзу сильних навчальних навантажень через слабке здоров'я.
Після школи в Альфінґтоні Чарльз був відправлений до академії в Енфілді, де по суті почалося його справжнє навчання. Саме там Беббідж почав виявляти інтерес до математики, чому сприяла велика бібліотека в академії.

У 1810 році Беббідж вступив до Трініті-коледжу в Кембриджі. Проте, основ математики він навчався самостійно за книжками. Він ретельно вивчав праці Ньютона, Лейбніца, Лагранжа, Лакруа, Ейлера та інших математиків академій Санкт-Петербурга, Берліна та Парижа. Беббідж дуже швидко випередив своїх викладачів знань і був сильно розчарований рівнем викладання математики в Кембриджі. Більше того, він зауважив, що Британія в цілому помітно відстала від континентальних країн за рівнем математичної підготовки.

У 1812 році Беббідж перейшов до коледжу Св. Петра (Peterhouse). А 1814 року він отримав ступінь бакалавра. У тому ж році Чарльз Беббідж одружився з Джорджією Вітмур (Georgiana Whitmore), і в 1815 вони переїхали з Кембриджу до Лондона. За тринадцять років шлюбу мали вісім дітей, але п'ятеро з них померли в дитинстві. У 1816 він став членом Королівського Товариства Лондона. На той час він написав кілька великих наукових статей у різних математичних дисциплінах. У 1820 він став членом Королівського Товариства Единбурга і Королівського Астрономічного Товариства. У 1827 році він поховав батька, дружину та двох дітей. У 1827 році він став професором математичних наук в Кембриджі, і обіймав цю посаду протягом 12 років. Після того, як він залишив цей пост, він більшу частину свого часу присвятив справі його життя – розробці обчислювальних машин.

Частина різниць ой машини Чарльза Беббіджа, зібранапісля смерті вченого його сином із деталей, знайдених у лабораторії батька.

Мала різницева машина

Однак, Беббідж не одразу почав займатися розвитком ідеї побудови обчислювального механізму. Лише у 1819 році, коли він зацікавився астрономією, він більш точно визначив свої ідеї та сформулював принципи обчислення таблиць різницевим методом за допомогою машини, яку він згодом назвав різницею. Ця машина мала виробляти комплекс обчислень, використовуючи лише операцію складання. У 1819 році Чарльз Беббідж приступив до створення малої різницевої машини, а в 1822 він закінчив її будівництво і виступив перед Королівським Астрономічним товариством з доповіддю про застосування машинного механізму для обчислення астрономічних і математичних таблиць. Він продемонстрував роботу машини з прикладу обчислення членів послідовності. Робота різницевої машини була заснована на методі кінцевих різниць. Мала машина була повністю механічною і складалася з багатьох шестерень і важелів. У ній використовувалася десяткова система числення. Вона оперувала 18 розрядними числами з точністю до восьмого знака після коми та забезпечувала швидкість обчислень 12 членів послідовності за 1 хвилину. Мала різницева машина могла вважати значення багаточленів 7-го ступеня.

За створення різної машини Беббідж був нагороджений першою золотою медаллю Астрономічного товариства. Однак, мала різницева машина була експериментальною, оскільки мала невелику пам'ять і не могла бути використана для великих обчислень.

Працююча копія різницевої машини у лондонському Музеї науки

У 1823 уряд Великобританії надав йому субсидію в розмірі 1500 фунтів стерлінгів (загальна сума урядових субсидій, отриманих Беббіджем на реалізацію проекту, склала в кінцевому рахунку 17 000 фунтів стерлінгів).

Розробляючи машину, Бэббидж і представляв всіх труднощів, що з її реалізацією, і не тільки не вклався в обіцяні три роки, а й через дев'ять років змушений був призупинити свою роботу. Однак частина машини все ж таки почала функціонувати і проводила обчислення навіть з більшою точністю, ніж очікувалося.

Конструкція різницевої машини ґрунтувалася на використанні десяткової системи числення. Механізм наводився на дію спеціальними рукоятками. Коли фінансування створення різницевої машини припинилося, Беббідж зайнявся проектуванням набагато загальнішою. аналітичної машиниАле потім все-таки повернувся до початкової розробки. Поліпшений проект, над яким він працював між 1847 та 1849 роками, носив назву «Розносна машина № 2»(англ. Difference Engine No. 2).

Грунтуючись на роботах та порадах Беббіджа, шведський видавець, винахідник та перекладач Георг Шутц (швед. Georg Scheutz) Починаючи з 1854 року зумів побудувати кілька різницевих машин і навіть зумів продати одну з них канцелярії англійського уряду у 1859 році. У 1855 році різницева машина Жартуздобула золоту медаль Всесвітньої виставки в Парижі. Через деякий час інший винахідник, Мартін Віберг (швед. Martin Wiberg), покращив конструкцію машини Шутца і використав її для розрахунку та публікації друкованих логарифмічних таблиць.

Різностний калькулятор Жарту

Аналітична машина Беббіджа:

Незважаючи на те, що різницева машинане була побудована її винахідником, для майбутнього розвитку обчислювальної технікиголовним стало інше: у ході роботи у Беббіджа виникла ідея створення універсальної обчислювальної машини, яку він назвав аналітичноїта яка стала прообразом сучасного цифрового комп'ютера. У єдину логічну схему Беббідж ув'язав арифметичний пристрій (названий ним «млином»), регістри пам'яті, об'єднані в єдине ціле («склад»), та пристрій вводу/виводу, реалізований за допомогою перфокарт трьох типів. Перфокарти операцій перемикали машину між режимами складання, віднімання, поділу та множення. Перфокарти змінних керували передачею даних з пам'яті арифметичне пристрій і назад. Числові перфокарти могли бути використані як для введення даних у машину, так і для збереження результатів обчислень, якщо пам'яті було недостатньо.

Загалом Беббіджа підвела недостатня точність металообробки того часу і, звичайно, брак фінансування.

Надалі протягом майже століття нічого схожого на аналітичну машину не з'явилося, проте ідея використання перфокарт для обробки даних була випробувана незабаром. Через 20 років після смерті Беббіджа американський винахідник Герман Холлеріт створив електромеханічну лічильну машину - табулятор, в якій перфокарти використовувалися для обробки результатів перепису населення, що проводився в США 1890 року.

Принтер! для машини Беббіджа:

Останні роки життя Беббідж присвятив філософії та політичній економії.
Чарльз Бебідж помер у віці 79 років 18 жовтня 1871 року.

Машина відмінностей Беббіджа:

PS.

Багато з того, що відомо про цю машину, дійшло до нас завдяки науковим працямобдарованого математика-аматора Огасти Ади Байрон (графині Лавлейс), дочки поета лорда Байрона. У 1843 р. вона переклала статтю про Аналітичну машину, написану одним італійським математиком, забезпечивши її власними докладними коментарями, які стосувалися потенційних можливостей машини.

Аду Лавлейс, одну з небагатьох сучасників Чарлза Бебіджа, хто зумів оцінити Аналітичну машину, іноді називають першим у світі про грамістом. Вона розробила теоретично деякі прийоми керування послідовністю обчислень, які використовуються у програмуванні і досі. Наприклад, вона описала команди, що забезпечують повторення певної послідовності кроків доти, доки не виконано задану умову. Тепер така конструкція називається циклом.

На честь Ади Лавлейс названо одну з мов програмування.

У період 1989 по 1991 рік до двохсотліття від дня народження Чарльза Беббіджа на основі його оригінальних робіт у лондонському Музеї науки було зібрано діючу копію різницевої машини № 2. У 2000 році в тому ж музеї запрацював принтер, також придуманий Беббідж для своєї машини. Після усунення виявлених у старих кресленнях невеликих конструкційних неточностей обидві конструкції запрацювали бездоганно. Ці експерименти підвели межу під довгими дебатами про принципову працездатність конструкцій Чарльза Беббіджа (деякі дослідники вважають, що Беббідж навмисне вносив неточності у свої креслення, намагаючись таким чином захистити свої твори від несанкціонованого копіювання).

Джерела:

1. Біографія Чарльза Беббіджа
2. Чарльз Беббідж - винахідник і... політеконом
3. Нас переїхали колеса Беббіджа
4. http://www.sciencemuseum.org.uk/onlinestuff/stories/babbage.aspx