Charles Babbages Computer. Biographie, Ideen und Erfindungen von Charles Babbage

Charles Babbage ist ein englischer Mathematiker und Erfinder, der den ersten automatischen Digitalcomputer entwarf. Darüber hinaus half er beim Aufbau des modernen englischen Postsystems und stellte die ersten zuverlässigen Versicherungsmathematischen Tabellen zusammen, erfand eine Art Tachometer und erfand den Eisenbahnreiniger.

Biografie von Charles Babbage

Geboren am 26. Dezember 1791 in London in der Familie von Benjamin Babbage, einem Partner der Praeds Bank, Eigentümer von Bitton Estate in Teignmouth, und Betsy Plumley Tip. 1808 beschloss die Familie, in das alte Rowden House in East Teignmouth zu ziehen, und der Vater wurde Direktor des nahe gelegenen St. Michael's.

Charles' Vater war ein reicher Mann, deshalb konnte er an mehreren Eliteschulen studieren. Im Alter von 8 Jahren musste er auf eine ländliche Schule gehen, um sich von einer gefährlichen Krankheit zu erholen. Seine Eltern entschieden, dass das Gehirn des Kindes "nicht zu hart hätte sein dürfen". Laut Babbage "hat diese große Untätigkeit möglicherweise zu einigen seiner kindischen Argumentationen geführt."

Anschließend besuchte er die King's Grammar School in Totnes, South Devon, eine florierende öffentliche Schule, die noch heute in Betrieb ist, aber die gesundheitlichen Bedingungen zwangen Charles, sich eine Zeit lang an Privatlehrer zu wenden. Schließlich kam er in eine geschlossene Akademie für 30 Studenten, die von Reverend Stephen Freeman geleitet wurde. Die Institution verfügte über eine umfangreiche Bibliothek, die Babbage für sein eigenes Mathematikstudium nutzte und lieben lernte. Nach dem Verlassen der Akademie hatte er zwei weitere persönliche Mentoren. Einer von ihnen war ein Geistlicher aus Cambridge, dessen Lehren Charles kommentierte: "Ich fürchte, ich habe nicht alle Vorteile genutzt, die ich haben könnte." Der andere war ein Oxford-Professor. Er unterrichtete Charles Babbage in den Klassikern, damit er in Cambridge zugelassen werden konnte.

Studieren an der Universität

Im Oktober 1810 kam Babbage in Cambridge an und trat in das Trinity College ein. Er hatte eine brillante Ausbildung – er kannte Lagrange, Leibniz, Lacroix, Simpson und war ernsthaft enttäuscht von den verfügbaren mathematischen Programmen. Also beschloss er, zusammen mit John Herschel, George Peacock und anderen Freunden, die Analytical Society zu gründen.

Als Babbage 1812 an das Cambridge Peterhouse wechselte, war er der beste Mathematiker; aber er schloss sein Studium nicht mit Auszeichnung ab. Später, ohne Prüfungen abzulegen, erhielt er 1814 die Ehrendoktorwürde.

1814 heiratete Charles Babbage Georgiana Whitmore. Sein Vater hat ihn aus irgendeinem Grund nie gesegnet. Die Familie lebte ruhig in London in der Devonshire Street 5. Nur drei ihrer acht Kinder erreichten das Erwachsenenalter.

Charles' Vater, seine Frau und einer seiner Söhne starben 1827 auf tragische Weise.

Computerprojekt

Zu Charles Babbages Zeiten wurden bei der Berechnung mathematischer Tabellen oft Fehler gemacht, also beschloss er, eine neue Methode zu finden, die dies mechanisch bewerkstelligte und den Faktor menschlicher Fehler eliminierte. Diese Idee entstand in ihm schon sehr früh, bereits im Jahr 1812.

Drei verschiedene Faktoren beeinflussten seine Entscheidung:

• er mochte keine Ungenauigkeit und Ungenauigkeit;
• er bekam leicht logarithmische Tabellen;
• er ließ sich von bestehenden Arbeiten von W. Schickard, B. Pascal und G. Leibniz inspirieren.

Anfang 1822 erörterte er die Grundprinzipien der Berechnung des Geräts in einem Brief an Sir H. Davy.

Unterschied Motor

Babbage stellte der Royal Astronomical Society am 14. Juni 1822 in einem Artikel mit dem Titel „Bemerkungen zur Anwendung der maschinellen Berechnung astronomischer und mathematischer Tabellen“ vor, was er die „Differenzmaschine“ nannte. Er konnte Polynome mit einer numerischen Methode namens Differenz berechnen.

Die Gesellschaft stimmte der Idee zu, und 1823 gab ihm die Regierung 1.500 Pfund für den Bau. Babbage richtete in einem der Zimmer seines Hauses eine Werkstatt ein und stellte Joseph Clement ein, um den Bau des Geräts zu überwachen. Jedes Teil musste von Hand mit gemacht werden Spezialwerkzeug, von denen er viele selbst entwickelt hat. Charles unternahm viele Arbeitsreisen, um besser zu verstehen Herstellungsprozesse. Basierend auf diesen Reisen und persönliche Erfahrung Die Schaffung der Maschine im Jahr 1832 veröffentlichte Babbage On the Economics of Machinery and Production. Es war die erste Veröffentlichung dessen, was man heute „wissenschaftliche Organisation der Produktion“ nennt.

Persönliche Tragödie und Reise durch Europa

Der Tod seiner Frau Georgiana, der Tod von Charles Babbages Vater und seines kleinen Sohnes unterbrachen den Bau im Jahr 1827. Die Arbeit belastete ihn sehr, und er stand kurz vor dem Zusammenbruch. John Herschel und mehrere andere Freunde überredeten Babbage, eine Reise nach Europa zu unternehmen, um sich zu erholen. Er reiste durch die Niederlande, Belgien, Deutschland, Italien und besuchte Universitäten und Fabriken.

In Italien erfuhr er, dass er zum Lucasian-Professor für Mathematik an der University of Cambridge ernannt worden war. Zunächst wollte er ablehnen, aber Freunde überzeugten ihn vom Gegenteil. Bei seiner Rückkehr nach England im Jahr 1828 zog er in die 1 Dorset Street.

Wiederaufnahme der Arbeit

Während Babbages Abwesenheit geriet das Difference Engine-Projekt unter Beschuss. Gerüchte verbreiteten sich, dass er Regierungsgelder verschwendet habe, dass die Maschine nicht funktioniere und dass sie keinen praktischen Wert hätte, wenn sie hergestellt würde. John Herschel und die Royal Society verteidigten das Projekt öffentlich. Die Regierung setzte ihre Unterstützung fort, indem sie am 29. April 1829 1.500 £, am 3. Dezember 3.000 £ und am 24. Februar 1830 den gleichen Betrag bereitstellte. Die Arbeit wurde fortgesetzt, aber Babbage hatte ständig Schwierigkeiten, Geld aus der Staatskasse zu bekommen.

Projektabbruch

Die finanziellen Probleme von Charles Babbage fielen mit wachsenden Meinungsverschiedenheiten mit Clement zusammen. Babbage baute hinter seinem Haus eine zweistöckige, 15 Meter lange Werkstatt. Sie hatte ein Glasdach für die Beleuchtung sowie einen feuerfesten Reinraum, um ihr Auto zu lagern. Clement weigerte sich, in eine neue Werkstatt zu ziehen und verlangte Geld, um durch die Stadt zu reisen und die Arbeiten zu beaufsichtigen. Als Antwort schlug Babbage vor, dass er direkt aus der Staatskasse bezahlt werden sollte. Clement lehnte ab und stellte die Arbeit an dem Projekt ein.

Darüber hinaus weigerte er sich, die Blaupausen und Werkzeuge zu übergeben, die zum Bau der Differenzmaschine verwendet wurden. Nach einer Investition von 23.000 £, einschließlich 6.000 £ aus eigenen Mitteln von Babbage, wurde die Arbeit an dem unvollendeten Gerät 1834 eingestellt. 1842 gab die Regierung das Projekt offiziell auf.

Charles Babbage und seine Analytical Engine

Abseits des Differenzmotors begann der Erfinder über seine verbesserte Version nachzudenken. Zwischen 1833 und 1842 versuchte Charles, ein Gerät zu bauen, das so programmiert werden konnte, dass es beliebige Berechnungen durchführen konnte, nicht nur solche, die sich auf Polynomgleichungen bezogen. Der erste Durchbruch kam, als er die Ausgabe der Maschine auf ihre Eingabe umleitete, um weitere Gleichungen zu lösen. Er beschrieb es als eine Maschine, die "ihren eigenen Schwanz frisst". Er brauchte nicht lange, um die Grundelemente der Analytical Engine zu verstehen.

Charles Babbage benutzte Jacquard-Lochkarten, um Daten einzugeben und die Reihenfolge der notwendigen Berechnungen anzuzeigen.Das Gerät bestand aus zwei Teilen: einer Mühle und einem Speicher. Die Mühle, die dem Prozessor eines modernen Computers entspricht, führte Operationen mit aus dem Speicher empfangenen Daten durch, die als Speicher betrachtet werden können. Es war der erste Computer der Welt allgemeiner Zweck.

Der Computer von Charles Babbage wurde 1835 entworfen. Das Ausmaß der Arbeit war wirklich unglaublich. Babbage und mehrere Assistenten erstellten 500 große Konstruktionszeichnungen, 1.000 mechanische Bezeichnungsblätter und 7.000 Beschreibungsblätter. Die fertiggestellte Mühle war 4,6 m hoch und hatte einen Durchmesser von 1,8 m. Speicher für 100 Ziffern erweitert 7,6 m. Für seine neues Auto Babbage baute nur kleine Teststücke. Das Gerät wurde nie vollständig fertiggestellt. 1842, nach wiederholt fehlgeschlagene Versuche Um staatliche Mittel zu erhalten, wandte er sich an Sir Robert Peel. Er lehnte ab und bot ihm stattdessen die Ritterschaft an. Babbage lehnte ab. Er veränderte und verbesserte das Design in den kommenden Jahren weiter.

Gräfin von Lovelace

Im Oktober 1842 veröffentlichte Federico Luigi, ein italienischer General und Mathematiker, einen Artikel über die Analytical Engine. Augusta Ada King, Countess of Lovelace, Babbages langjährige Freundin, verlegte die Arbeit nach englische Sprache. Charles schlug ihr vor, die Übersetzung zu kommentieren. Zwischen 1842 und 1843 schrieb das Paar gemeinsam 7 Notizen, deren Gesamtlänge dreimal so groß war wie die tatsächliche Größe der Artikel. In einem von ihnen bereitete Ada eine Programmausführungstabelle vor, die Babbage erstellt hatte, um Bernoulli-Zahlen zu berechnen. In einem anderen schrieb sie über eine verallgemeinerte algebraische Maschine, die Operationen sowohl mit Symbolen als auch mit Zahlen durchführen konnte. Lovelace war vielleicht der erste, der die allgemeineren Ziele von Babbages Gerät verstand, und wird von einigen als der erste Computerprogrammierer der Welt angesehen. Sie begann mit der Arbeit an einem Buch, das die Analytical Engine detaillierter beschreibt, hatte aber keine Zeit, es fertigzustellen.

Das Wunder der Technik

Zwischen Oktober 1846 und März 1849 begann Babbage mit der Entwicklung einer zweiten Differenzmaschine, wobei er das Wissen nutzte, das er beim Bau der analytischen Maschine gewonnen hatte. Es wurden nur 8.000 Teile verwendet, dreimal weniger als beim ersten. Es war ein Wunderwerk der Technik.

Im Gegensatz zur analytischen, die er ständig debuggte und modifizierte, änderte sich die zweite Differenz-Engine von Charles Babbage nach Abschluss der ersten Entwicklungsphase nicht. In Zukunft unternahm der Erfinder keine Versuche, ein Gerät zu bauen.

24 Zeichnungen verblieben in den Archiven des Wissenschaftsmuseums, bis Charles Babbages Ideen 1985-1991 durch die Schaffung einer Replik in Originalgröße anlässlich seines 200. Geburtstags verwirklicht wurden. Die Abmessungen des Geräts betrugen 3,4 m Länge, 2,1 m Höhe und 46 cm Tiefe, und sein Gewicht betrug 2,6 Tonnen. Die Grenzen der Genauigkeit waren durch die damals erreichbaren Werte begrenzt.

Erfolge

1824 erhielt Babbage die Goldmedaille der Royal Astronomical Society „für seine Erfindung einer Maschine zur Berechnung mathematischer und astronomischer Tabellen“.

Von 1828 bis 1839 war Babbage der Lucasian-Professor für Mathematik in Cambridge. Er schrieb ausführlich für eine Reihe von wissenschaftlichen Zeitschriften und spielte auch wichtige Rolle bei der Gründung der Astronomischen Gesellschaft 1820 und der Statistischen Gesellschaft 1834.

1837 veröffentlichte er als Antwort auf die 8 offiziellen Bridgewater Treatises „On the Power, Wisdom, and Goodness of God Manifested in Creation“ die neunte Bridgewater Treatise, in der er die These aufstellte, dass Gott, der Allmacht und Weitblick besitzt, a göttlicher Gesetzgeber, der Gesetze (oder Programme) erlässt, die dann zu geeigneten Zeiten Ansichten schufen, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wurde, jedes Mal, wenn es erforderlich war, Wunder zu vollbringen die neue art. Das Buch enthält Auszüge aus der Korrespondenz des Autors mit John Herschel zu diesem Thema.

Charles Babbage erzielte auch bemerkenswerte Ergebnisse in der Kryptographie. Er brach die Autokey-Chiffre, ebenso wie eine viel schwächere Chiffre, die heute Babbage's Discovery heißt, vom britischen Militär verwendet und erst einige Jahre später veröffentlicht wurde. Damit ging das Primatsrecht auf Friedrich Kasiski über, der wenige Jahre später zum gleichen Ergebnis kam.

1838 erfand Babbage den Gleisreiniger, einen Metallrahmen, der an der Vorderseite von Lokomotiven befestigt ist und die Gleise von Hindernissen befreit. Er führte auch eine Reihe von Studien zum Great Western durch Eisenbahn Isambard Kingdom Brunel.

Er versuchte nur einmal, in die Politik einzusteigen, als er 1832 an den Wahlen in der Stadt Finsbury teilnahm. Den Abstimmungsergebnissen zufolge belegte Babbage den letzten Platz.

Teile der unvollendeten Mechanismen der von ihm geschaffenen Computergeräte können im Science Museum in London besichtigt werden. 1991 wurde die Difference Engine von Charles Babbage nach seinen ursprünglichen Plänen gebaut und funktionierte perfekt.

Charles Babbage (1791-1871) - ein Pionier in der Entwicklung der Computertechnologie, der zwei Klassen von Computern entwickelte - Differenz und Analyse. Der erste von ihnen erhielt seinen Namen aufgrund des mathematischen Prinzips, auf dem er basiert - der Methode der endlichen Differenzen. Seine Schönheit liegt in der ausschließlichen Verwendung der arithmetischen Addition, ohne auf die mechanisch schwer zu implementierende Multiplikation und Division zurückgreifen zu müssen.

Mehr als ein Taschenrechner

Babbage's Difference Engine ist ein Rechengerät. Sie manipuliert Zahlen auf die einzig mögliche Weise, indem sie sie ständig nach der Methode der endlichen Differenzen addiert. Es kann nicht für allgemeine arithmetische Berechnungen verwendet werden. Die Analytical Engine von Babbage ist viel mehr als nur ein Taschenrechner. Es markiert den Übergang von mechanisierter Arithmetik zu vollwertigem Allzweck-Computing. In verschiedenen Stadien der Entwicklung von Babbages Ideen gab es mindestens 3 Projekte. Daher werden seine Analysemaschinen besser im Plural bezeichnet.

Komfort und technische Effizienz

Babbages sind dezimal in dem Sinne, dass sie 10 Ziffern von 0 bis 9 verwenden, und digital, da sie nur mit ganzen Zahlen arbeiten. Werte werden durch Zahnräder dargestellt, und jede Ziffer hat ein eigenes Rad. Wenn es an einer Zwischenposition zwischen ganzzahligen Werten stoppt, wird das Ergebnis als unbestimmt angesehen und die Maschine wird blockiert, um eine Verletzung der Integrität der Berechnungen anzuzeigen. Dies ist eine Form der Fehlererkennung.

Babbage erwog auch die Verwendung anderer Zahlensysteme als der Dezimalzahl, einschließlich binär und der Basen 3, 4, 5, 12, 16 und 100. Er entschied sich für die Dezimalzahl wegen ihrer Vertrautheit und technischen Effizienz, da sie die Anzahl beweglicher Teile erheblich reduziert.

Differenz-Engine Nr. 1

Im Jahr 1821 begann Babbage mit der Entwicklung eines Mechanismus zur Berechnung und Tabellierung von Polynomfunktionen. Der Autor beschreibt es als ein Gerät zur automatischen Berechnung einer Wertefolge mit automatischem Ausdruck der Ergebnisse in Form einer Tabelle. Ein integraler Bestandteil des Designs ist ein Drucker, der mechanisch mit dem Berechnungsabschnitt verbunden ist. Difference Engine #1 ist das erste vollständige Design für automatische Ausführung Berechnungen.

Von Zeit zu Zeit änderte sich Babbage Funktionalität Geräte. Ein Entwurf von 1830 zeigt eine Maschine, die für 16 Ziffern und 6 Differenzordnungen ausgelegt ist. Das Modell bestand aus 25.000 Teilen, die zu gleichen Teilen zwischen der Computerabteilung und dem Drucker aufgeteilt waren. Wäre das Gerät gebaut worden, hätte es schätzungsweise 4 Tonnen gewogen und wäre 2,4 Meter hoch gewesen.Die Arbeit an Babbages Differenzmaschine wurde 1832 nach einem Streit mit dem Ingenieur Joseph Clement eingestellt. 1842 endete die staatliche Förderung endgültig.

Analytische Engine

Als die Arbeit am Differenzapparat ins Stocken geriet, konzipierte Babbage 1834 ein ehrgeizigeres Gerät, das später als Analytical Universal Programmable Computing Engine bekannt wurde. Die strukturellen Eigenschaften von Babbages Maschine entsprechen weitgehend den Grundbausteinen eines modernen Digitalcomputers. Die Programmierung erfolgt über Lochkarten. Diese Idee wurde dem Jacquard-Webstuhl entlehnt, wo sie dazu dienen, komplizierte Textilmuster zu erzeugen.

Die logische Struktur von Babbages Analytical Engine entspricht im Wesentlichen dem vorherrschenden Design von Computern des elektronischen Zeitalters, das das Vorhandensein eines von der zentralen Verarbeitungseinheit („Mühle“) getrennten Speichers („Store“), die sequentielle Ausführung von Operationen und beinhaltet Mittel zur Eingabe und Ausgabe von Daten und Befehlen. Daher erhielt der Autor der Entwicklung zu Recht den Titel eines Pioniers der Computertechnologie.

Arbeitsspeicher und CPU

Die Maschine von Babbage hat einen "Speicher", in dem Zahlen gespeichert werden, und eine separate "Mühle", in der arithmetische Verarbeitung durchgeführt wird. Sie hatte einen Satz von 4 arithmetischen Funktionen und konnte direkte Multiplikationen und Divisionen durchführen. Darüber hinaus war das Gerät in der Lage, Operationen durchzuführen, die heute als bedingte Verzweigung, Schleife (Iteration), Mikroprogrammierung, Parallelverarbeitung, Fixierung, Impulsformung usw. bezeichnet werden. Der Autor selbst verwendete keine solche Terminologie.

Die CPU der Analytical Engine, die er "Mühle" nannte, bietet:

• Speicherung von Zahlen, an denen sofort Operationen durchgeführt werden, in Registern;
• hat Hardware zur Durchführung grundlegender arithmetischer Operationen mit ihnen;
• Übertragung von benutzerorientierten externe Anweisungen bis hin zur detaillierten internen Verwaltung;
• ein Zeitsystem (Uhr) zum Ausführen von Anweisungen in einer sorgfältig ausgewählten Reihenfolge.

Der Steuermechanismus der analytischen Engine führt Operationen automatisch aus und besteht aus zwei Teilen: der unteren Ebene, die von massiven Trommeln, den sogenannten Fässern, gesteuert wird, und hohes Level Verwendung von Lochkarten, die von Jacquard für Webstühle entwickelt wurden, die im frühen 19. Jahrhundert weit verbreitet waren.

Ausgabegeräte

Das Ergebnis der Berechnung wird angezeigt verschiedene Wege, einschließlich Drucken, Lochkarten, Plotten und automatische Herstellung von Stereotypen - Schalen aus weichem Material, auf die das Ergebnis gedruckt wird und die als Form zum Gießen von Druckplatten dienen können.

Neues Design

Babbages Pionierarbeit an der Analytical Engine war 1840 weitgehend abgeschlossen und begann mit der Entwicklung eines neuen Geräts. Zwischen 1847 und 1849 schloss er die Entwicklung der Differenzmaschine Nr. 2 ab, die eine verbesserte Version des Originals war. Diese Modifikation wurde für Operationen mit 31-Bit-Zahlen entwickelt und konnte jedes Polynom der 7. Ordnung tabellieren. Das Design war äußerst einfach und erforderte nur ein Drittel der Anzahl der Teile des Originalmodells bei gleicher Rechenleistung.

im Unterschied u analytische Maschinen Charles Babbage verwendete das gleiche Design des Ausgabegeräts, das nicht nur auf Papier druckte, sondern auch automatisch Stereotypen erstellte und gemäß dem vom Betreiber vorgegebenen Seitenlayout selbstständig formatierte. Gleichzeitig war es möglich, die Höhe der Zeile, die Anzahl der Spalten, die Breite der Felder, das automatische Falten von Zeilen oder Spalten und die Anordnung von Leerzeilen für die Lesbarkeit anzupassen.

Erbe

Neben einigen teilweise erstellt mechanische Baugruppen und Testmodelle kleiner Arbeitsabschnitte, keiner der Entwürfe wurde zu Babbages Lebzeiten vollständig realisiert. Das 1832 zusammengebaute Hauptmodell war 1/7 der Differenzmaschine Nr. 1, die aus ungefähr 2.000 Teilen bestand. Es funktioniert bis heute einwandfrei und ist der erste erfolgreiche Rechenautomat, der mathematische Berechnungen in einen Mechanismus umsetzt. Babbage starb, während der kleine experimentelle Teil der Analytical Engine zusammengebaut wurde. Viele Details der Konstruktion sind erhalten geblieben, ebenso wie ein vollständiges Archiv mit Zeichnungen und Notizen.

Babbages Entwürfe für riesige mechanische Computer gelten als eine der beeindruckendsten intellektuellen Errungenschaften des 19. Jahrhunderts. Erst in den letzten Jahrzehnten wurde sein Werk eingehend studiert, und die Bedeutung seines Schaffens wird immer deutlicher.

Wie ich bereits im Artikel geschrieben habe, wurde es nicht von seinem Schöpfer gebaut. Im Laufe seiner Arbeit hatte Babbage jedoch die Idee, eine universelle Rechenmaschine zu schaffen, die ohne menschliches Zutun programmgemäß funktionieren sollte.

Er nannte eine solche Maschine analytisch. Mehr als 100 Jahre später war diese Idee die Grundlage für die Entwicklung elektronischer Computer.

1834 beschrieb Charles Babbage seine Analytische Engine(Analyse-Engine). Es war ein Allzweck-Computerprojekt mit Lochkarten und auch Dampfmaschine als Energiequelle.

Karte

Lochkarten waren Stücke aus perforiertem Karton. Sie wurden erstmals 1804 von dem Franzosen Jacquard für einen mechanischen Webstuhl verwendet, der durch Folgen von Lochkarten gesteuert wurde. Entsprechend der Position der Löcher auf der Karte machte das Shuttle bestimmte Bewegungen und gab dem Stoff die entsprechende Struktur.

Übrigens, in den frühen 1980er Jahren haben alle Benutzer-Programmierer dieser Zeit ihre Programme auf Lochkarten gestopft.

Lochkarten wurden benötigt, um die Arbeit der analytischen Engine zu automatisieren, was durch die Arbeit an einem von einer Person vorgefertigten Bild erreicht wird Programm. Charles Babbage ist der Gründer der Idee mechanische Maschine mit Softwaresteuerung.

Allerdings ohne Automatik Programmsteuerung Während des Rechenvorgangs muss jede nachfolgende Operation von einer Person durch Drücken der entsprechenden Tasten an der Maschine „angefordert“ werden. Eine bedeutungsvolle Person in sich I'm besten fall kann dies aufgrund der Trägheit seines Nervensystems 1-2 Mal pro Sekunde tun.

Unabhängig davon, wie schnell die Blöcke der Maschine arbeiten, arbeitet sie langsam, wenn sie jeden Vorgang auf Anweisung einer Person ausführt - im Tempo ihres Besitzers. Und nur indem man der Maschine vorher ein Programm zur Lösung eines Problems einführt, indem man ihr „beibringt“, dieses oder jenes Problem selbst zu lösen, kann man sie „ohne Rücksicht auf eine Person“ mit der für sie charakteristischen Geschwindigkeit zählen lassen , eine Maschine.

Gemäß dem von Babbage auf Papier entwickelten Projekt von 1834 umfasste die Analysemaschine 4 Blöcke:

1. Speicherregister (nach Babbages Terminologie speichern - Lager, Lager) - dies ist ein Analogon eines modernen Speichergeräts (Speicher) zum Speichern von Anfangsdaten und Ergebnissen;
2. arithmetischer Block (in Babbages Terminologie Mühle - Mühle) ist ein Analogon modernes Gerät zum Rechnen;
3. eine Trommel, die den Betrieb der Maschine steuert (Steuerlauf) - ein Prototyp eines modernen Steuergeräts (CU);
4. Lochkarten - ein Prototyp der Eingabe / Ausgabe von Informationen.

Erinnert Sie dieses Muster an etwas? Immerhin ist dies praktisch die Architektur elektronischer Rechner (Computer). Es bleibt nur noch ein Schema für die gemeinsame Speicherung von Programmen und Daten im Speicher des Computers zu finden. Dies gelang 100 Jahre später einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des amerikanischen Mathematikers John von Neumann.

Gehen wir zurück ins Jahr 1834. Fotografie und Elektrizität sind noch nicht erfunden, Telefon und Radio gibt es nicht. Auf den Meeren fahren nur Segelschiffe, und an Land ist das Pferd der beste Freund des Menschen. Und plötzlich - eine analytische Engine, das heißt, mechanische Vorrichtung mit den Ideen der automatischen Programmsteuerung! Die Menschheit konnte dies mehr als 100 Jahre später dank des Aufkommens der Elektronik realisieren.

Bereits 1834 war die Addiermaschine erfunden. Analytische Engine unterschied sich davon durch das Vorhandensein von Registern, die es ihm ermöglichten, nach einem zuvor von einer Person zusammengestellten Programm zu arbeiten. Das Zwischenergebnis der Berechnung wurde in den Registern gespeichert und mit ihrer Hilfe wurden die vom "Programm" vorgeschriebenen Aktionen ausgeführt.

Die Erfindung von Registern bot Rechenfähigkeiten, die Babbage im Vergleich zu seiner ersten Differenzmaschine erstaunten: „Sechs Monate lang entwarf ich eine Maschine, die fortschrittlicher war als die erste. Ich selbst bin erstaunt über die Rechenleistung, die es haben wird; vor einem Jahr hätte ich es nicht geglaubt."

Wie bereits erwähnt, verband Babbage eine arithmetische Einheit („Mühle“), zu einem Ganzen zusammengefasste Speicherregister („Warenhaus“) und ein drittes Gerät, dem der Autor keinen Namen gab, zu einem einzigen logischen Schaltkreis. Es wurde mit drei Arten von Lochkarten implementiert:

1. Betriebskarten ( Englisch Betriebskarte) diente zum Umschalten der Maschine zwischen Additions-, Subtraktions-, Divisions- und Multiplikationsmodus;
2. Variablenkarten ( Englisch variable Karte) steuerte die Informationsübertragung vom "Lager" zur "Mühle" und zurück;
3. Numerische Lochkarten konnten verwendet werden, um Daten in die Maschine einzugeben und zu speichern Zwischenergebnisse Berechnungen, wenn der Platz im "Lager" begrenzt war.

Außerdem konnte aus Bedienkarten eine Funktionsbibliothek zusammengestellt werden. Die Analytical Engine sollte nach den Vorstellungen des Autors ein Druckgerät und ein Gerät zur Ausgabe der Ergebnisse auf Lochkarten zur späteren Verwendung enthalten. So war es Babbage, der auf die Idee von I/O kam.

Die Analytical Engine wurde nicht gebaut. Der Erfinder schrieb 1851: „Alle Entwicklungen im Zusammenhang mit der Analytical Engine gehen auf meine Kosten. Ich habe ausgegeben ganze Linie Experimente und erreichte die Grenze, jenseits derer meine Fähigkeiten nicht ausreichen. Insofern sehe ich mich gezwungen, weitere Arbeiten abzulehnen.

Ende 1791 wurde in der Familie von Benjamin und Elizabeth Babbage ein Junge geboren. Bei der Geburt hieß er Charles. Im Alter von acht Jahren schickte Benjamin Babbage seinen Nachwuchs auf eine Privatschule in Alphington. Der schlechte Gesundheitszustand von Charles erlaubte ihm nicht, die für Kinder seines Alters übliche Bildungseinrichtung zu besuchen. Als Lehrer erhielt der zukünftige berühmte Erfinder einen Priester, der keine vollständige Ausbildung geben konnte. Als Charles Babbage 1810 das College betrat, blieb er weit hinter seinen Altersgenossen zurück.

Als Kind verbrachte Charles die Zeit damit, mechanisches Spielzeug auseinander zu nehmen. Natürlich möchten viele von uns herausfinden, woraus dieses oder jenes Spielzeug besteht, aber nicht viele verbinden ihr Leben anschließend mit Mechanik. Schon als Kind versuchte Babbage beim Zerlegen von Spielzeug zu verstehen, was es bewegt. Und das ist ihm fast immer gelungen.

Bevor er aufs College kam, studierte Charles an der Academy in Enfield. Dank der umfangreichen mathematischen Bibliothek in diesem Bildungseinrichtung, Babbage verliebte sich in diese Wissenschaft und begann anschließend, ihre Bedeutung in der Praxis zu beweisen.

Dank Homeschooling, und genau so studierte der spätere Erfinder der Analytical Engine an der Alphington School und der Enfield Academy, fehlte es Babbage eindeutig an Wissen. Sein Vater stellte nach der Akademie Tutoren ein. Einer von ihnen konnte Charles das Wissen vermitteln, das er brauchte, um aufs College zu gehen.

1810 trat Babbage in das Trinity College in Cambridge ein. Charles widmete seine gesamte Freizeit dem unabhängigen Studium der Mathematik. Er studierte die Werke von Lagrange, Leibniz, Euler, Newton und anderen „großen mathematischen Köpfen“. Darüber hinaus hatte der junge Mann Zugang zu den Werken von Mathematikern der Akademien in Paris, Berlin und St. Petersburg.

Babbage überholte schnell seine Kollegen und wurde vom Cambridge-Bildungssystem desillusioniert. Zusammen mit seinen Studienfreunden Herschel und Peacock gründete er 1812 die „Analytical Society“. Mit seiner Hilfe gelang es jungen Briten, die Werke berühmter Mathematiker der damaligen Zeit auf Englisch zu bekommen. Darüber hinaus war es bei den Treffen der Gesellschaft möglich, einige Probleme zu diskutieren, zu streiten und viele Dinge zu lernen, die die Lehrer im College nicht erzählten.

Unerwarteterweise verließ Babbage 1812 das Trinity College unter Berufung auf niedriges Niveau von Schülern erworbenes Wissen. Böse Zungen, die Charles kannten, sagten, dass er ging, weil die meisten Lehrer und Schüler Babbage als die dritte Person im College nach Herschel und Peacock betrachteten. Daran gemessen ging Babbage nach St. Peter, wo er zwei Jahre später einen Bachelor-Abschluss erhielt.

1815 zogen Charles und seine junge Frau (im Jahr seines Abschlusses am St. Peter's College heiratete er Georgiana Whitmoor) in die Hauptstadt Englands, wo Babbage ein Jahr später Fellow der Royal Society of London wurde.

1827 wurde für den jungen Wissenschaftler zu einem schwarzen Jahr. Zuerst begrub er seinen Vater, dann seine Frau und zwei Kinder. Um nicht in endlosen Depressionen zu versinken, unternahm Babbage eine Reise auf die Britischen Inseln, woraufhin er eine Stelle als Professor für mathematische Wissenschaften in Cambridge antrat.

Kleiner Unterschied Maschine.

Die erste Erfindung, die Babbage berühmt machte, war ein Computer, den Charles „Differenzmaschine“ nannte. 1812 war Babbage damit beschäftigt, logarithmische Tabellen zu studieren. Im Unterricht war er so müde, dass der junge Mathematiker direkt am Schreibtisch einschlief. Als ein Freund ihn weckte und fragte: „Was machst du da?“, antwortete Charles, dass er eine Maschine bauen wolle, die komplexe mathematische Berechnungen durchführen könne.


Sieben Jahre brauchte der Mathematiker, um die Ideen und Prinzipien des Rechnens mit Hilfe einer Maschine zu formulieren. Drei Jahre später, im Jahr 1822, begann Babbage mit der Entwicklung seiner eigenen „Differenzmaschine“. Es bestand aus vielen Zahnrädern und Hebeln. Die Differenzmaschine arbeitete mit 18-Bit-Zahlen, genau auf die achte Dezimalstelle. Sie konnte den Wert von Polynomen 7. Grades zählen. Charles Babbage erhielt für seine Erfindung eine Medaille der Astronomical Society.

Großer Unterschied Maschine.

Um die Zahl der mit astronomischen, Navigations- und mathematischen Berechnungen beschäftigten Personen zu reduzieren, konzipierte Babbage 1822 die Schaffung einer Großdifferenzmaschine. Die Royal and Astronomical Society erklärte sich auf Bitten des Erfinders bereit, Mittel bereitzustellen.

Von 1822 bis 1834 wurden vom Staat 17.000 Pfund für die Herstellung eines Motors mit großem Unterschied bereitgestellt, und Charles gab weitere 6.000 aus seiner eigenen Tasche aus. Aber die geringe technologische Basis der damaligen Zeit erlaubte es nicht, zu Lebzeiten des Erfinders eine Maschine zu bauen.

Nach sich selbst hinterließ Charles Babbage Zeichnungen eines großen Unterschiedsmotors, der aus 25.000 Teilen bestehen und 14 Tonnen wiegen sollte. Der Schweizer Erfinder Scheutz schuf 1854 mehrere verschiedene Motoren nach Babbages Zeichnungen.

Die Analytical Engine - der Prototyp des ersten Computers

Babbage war nicht sehr verärgert über den Ausfall der Big-Different-Engine. Schon damals verstand er, dass es für programmierbare Maschinen sein würde. 1834 begann Charles mit der Entwicklung einer programmierbaren Analysemaschine, dem Prototyp des modernen Computers.

Babbages Analytical Engine musste aus mehreren Teilen bestehen:
Warehouse - Speicherung der Ergebnisse von Operationen und der Werte von Variablen. modernes Gedächtnis.
Mills - war verantwortlich für Operationen mit Variablen und speicherte die Werte der an der Berechnung beteiligten Variablen in dieser Moment. Moderner Prozessor.
Das dritte Gerät (sein Name wurde in Babbages Zeichnungen nicht erwähnt) ist die Steuerung des Arbeitsablaufs, die Bewegung und Extraktion von Variablen im Lager, die Ausgabe von Ergebnissen.

Die Analytical Engine von Babbage wurde mit zwei Arten von Lochkarten programmiert: Betriebskarten und variable Karten.

Charles Babbage starb 1871. Nach sich selbst hinterließ er Zeichnungen der analytischen Engine Der erste Programmierer - Ada Lovelace und Vorlesungsnotizen, die vom Lehrer der Artillerieakademie Turin, Luigi Menabrea, aufgezeichnet wurden. Die Notizen wurden von Babbages Freundin und Kollegin Ada Lovelace (Tochter von George Byron) ins Englische übersetzt. Sie versah die Notizen mit ihren Kommentaren, die länger als der Haupttext waren.

Ada Lovelace hat in ihren Kommentaren zu Babbages Vorlesungen auch die ersten Anleitungen zur Programmierung der Analytical Engine zusammengestellt. Nach diesen Anweisungen galt Ada Lovelace als die erste Programmiererin.

1888 schuf Charles' Sohn Henry Babbage die Haupteinheit der Analysemaschine nach den Zeichnungen seines Vaters. Erst 1906 wurde Babbages Maschine vollständig durch die Bemühungen der Firma Monroe geschaffen.

Persönlichkeit von Charles Babbage und seine Verdienste.

Wie wir oben geschrieben haben, war die damalige technologische Basis dem Gedankengang von Charles Babbage deutlich unterlegen. Für die Herstellung seiner Maschinen konstruierte der Erfinder eine Plan- und Revolverdrehbank, entdeckte ein neues Fertigungsverfahren Zahnräder und viele weitere verschiedene Geräte entworfen.


Darüber hinaus wurde Babbages Verstand bei der Erfindung des Tachometers und des Drehzahlmessers verwendet. Der Wissenschaftler erfand auch einen Laborwagen, der mit Rekordern ausgestattet war, einer Vorrichtung zum Fallenlassen von Gegenständen von den Schienen.

Unser Held nahm auch an der Reform des Postsystems in England teil und befasste sich mit Fragen der Verschlüsselung und des Elektromagnetismus.

Charles Babbage war ein sehr vielseitiger Mensch. Unter seinen Freunden waren Jean Foucault, Charles Darwin, Jung, Fourier und Pierre Laplace. In der Geschichte hat ein talentierter Erfinder und Mathematiker große Spuren hinterlassen, nicht umsonst wird Babbage als Erfinder des ersten Computers bezeichnet.

Babbages Differenzmaschine- der Computer des britischen Mathematikers Charles Babbage, der Berechnungen automatisieren soll, indem er Funktionen durch Polynome approximiert und endliche Differenzen berechnet. Im frühen 19. Jahrhundert enthielten logarithmische Tabellen viele Fehler. Babbage löste das Problem ihrer Korrektur und kam zu dem Schluss, dass es notwendig sei, eine Maschine für automatische Berechnungen zu entwickeln.

1822 veröffentlichte Babbage einen Artikel, der dies beschrieb Computer und fing an es zu bauen. Die Maschine basierte auf der mathematischen Methode, Funktionen durch Polynome zu approximieren und endliche Differenzen zu berechnen. Daher wurde Babbages Maschine als Differenzmaschine bezeichnet, sie musste die Werte von Polynomen bis zum sechsten Grad mit einer Genauigkeit von bis zur achtzehnten Stelle berechnen. 1822 baute Babbage ein Modell eines Differenzmotors, bestehend aus Rollen und Zahnrädern, die von Hand mit einem Hebel gedreht wurden. 1823 gewährte die britische Regierung Babbage ein Stipendium weitere Arbeit. Der Gesamtbetrag der von Babbage erhaltenen Subventionen belief sich auf 17.000 Pfund.

Als Babbage mit dem Bau der Maschine begann, konnte er sich nicht vorstellen, welche Schwierigkeiten vor ihm liegen würden, und neun Jahre später musste er die Arbeit einstellen. Ein Teil der Maschine funktionierte jedoch und führte Berechnungen mit größerer Genauigkeit als erwartet durch. Das Design der Differenzmaschine basierte auf dem Dezimalsystem. Als die Finanzierung für die Difference Engine eingestellt wurde, wandte sich Babbage dem Design einer allgemeineren Analytical Engine zu und kehrte dann wieder zum ursprünglichen Design zurück. Neues Projekt, an dem er zwischen 1847 und 1849 arbeitete, wurde als Differenzmaschine Nr. 2 (Difference Engine No. 2) bezeichnet.

Basierend auf den Erfahrungen von Babbage begann der schwedische Erfinder Georg Scheutz ab 1854 mit dem Bau unterschiedlicher Motoren und schaffte es sogar, 1859 eine davon an das Büro der britischen Regierung zu verkaufen. 1855 erhielt Scheutz den Unterschiedsmotor Goldmedaille Weltausstellung in Paris. Später verbesserte der schwedische Erfinder Martin Wiberg das Design der Scheutz-Maschine und verwendete sie, um gedruckte logarithmische Tabellen zu berechnen und zu veröffentlichen.

1989-1991 wurde anlässlich des 200. Geburtstags von Charles Babbage eine Arbeitskopie seiner Arbeit im London Science Museum zusammengestellt. Differenzmaschine Nummer 2. Im Jahr 2000 wurde im selben Museum ein von Babbage für seine Maschine entworfener Drucker zusammengebaut. Diese Experimente beendeten die Debatte über die Realisierbarkeit von Charles Babbages Entwürfen.

Im Laufe der Arbeit hatte Babbage die Idee, einen universellen Computer zu schaffen, den er Analytical nannte. Sie wurde zum Prototyp des Computers. In einer einzigen logischen Schaltung verband Babbage ein arithmetisches Gerät (von ihm „Mühle“ genannt), Speicherregister, die zu einem einzigen Ganzen zusammengefasst wurden („Warenhaus“), und ein Eingabe- / Ausgabegerät, das mit drei Arten von Lochkarten implementiert wurde. Betriebslochkarten schalteten die Maschine zwischen Additions-, Subtraktions-, Divisions- und Multiplikationsmodi um. Variable Lochkarten steuerten den Informationstransfer vom „Lager“ zur „Mühle“ und umgekehrt. Numerische Lochkarten konnten sowohl zur Eingabe von Daten in die Maschine als auch zur Speicherung von Rechenergebnissen verwendet werden, wenn der Platz im "Lager" begrenzt war.