Invențiile lui Babbage

Motor cu diferențe mici

Pentru prima dată, Babbage s-a gândit să creeze un mecanism care să permită calcule automate complexe cu mare precizie în 1812. Pe aceste gânduri a fost îndemnat de studiul tabelelor logaritmice, în timpul recalculării cărora s-au scos la iveală numeroase erori de calcul datorate factorului uman. Chiar și atunci, el a început să înțeleagă posibilitatea de a efectua calcule matematice complexe folosind dispozitive mecanice.

De asemenea foarte influență mare Babbage a fost influențat de lucrările omului de știință francez Baron de Prony, care a propus ideea diviziunii muncii la calcularea tabelelor mari (logaritmice, trigonometrice etc.). El a propus să împartă procesul de calcul în trei niveluri. Primul nivel este reprezentat de câțiva matematicieni eminenti care pregătesc software-ul matematic. Al doilea nivel este tehnologii educați care au organizat procesul de rutină al muncii de calcul. Iar al treilea nivel a fost ocupat de calculatoarele înșiși, de la care era necesară doar capacitatea de a adăuga și scădea. Ideile lui Prony l-au determinat pe Babbage să se gândească la înlocuirea celui de-al treilea nivel (calculatoare) cu un dispozitiv mecanic.

Cu toate acestea, Babbage nu a început imediat să dezvolte ideea de a construi un mecanism de calcul. Abia în 1819, când a devenit interesat de astronomie, și-a definit mai precis ideile și a formulat principiile calculării tabelelor prin metoda diferențelor folosind o mașină, pe care a numit-o mai târziu mașina diferențelor. Această mașină trebuia să efectueze calcule complexe folosind doar operația de adunare. În 1819, Charles Babbage a început să creeze un motor cu diferențe mici, iar în 1822 a finalizat construcția acestuia și a vorbit cu Royal Astronomical Society cu un raport despre utilizarea unui mecanism de mașină pentru calcularea tabelelor astronomice și matematice. El a demonstrat munca unei mașini prin exemplul calculării membrilor unei secvențe. Motorul diferențelor s-a bazat pe metoda diferențelor finite. Mașină mică era complet mecanic și era format din multe trepte și pârghii. A folosit un sistem numeric zecimal. Ea a operat cu numere de 18 biți cu o precizie de a opta zecimală și a oferit o viteză de calcul de 12 membri ai secvenței în 1 minut. Motorul cu diferențe mici ar putea număra valorile polinoamelor de gradul 7.

Pentru crearea Difference Engine, Babbage a primit prima medalie de aur a Societății Astronomice. Cu toate acestea, motorul cu diferențe mici a fost experimental deoarece avea puțină memorie și nu putea fi folosit pentru calcule mari.

Motor de diferență Charles Babbage

În 1822, Babbage s-a gândit să creeze un motor de diferențe mari care să înlocuiască numărul imens de oameni implicați în calcularea diverselor tabele astronomice, de navigație și matematice. Acest lucru ar economisi costurile cu forța de muncă și ar elimina erorile umane.

Charles Babbage a abordat Societatea Regală și Astronomică cu propunerea sa de a finanța crearea unui motor cu diferențe mari. Atât aceștia, cât și alții au răspuns pozitiv la această propunere. Babbage a primit 1.500 de lire sterline în 1823 și a început să se dezvolte mașină nouă... El a plănuit să construiască mașina în 3 ani. Cu toate acestea, Babbage nu a ținut cont de complexitatea designului și, de asemenea capabilități tehnice acel timp. Și până în 1827, au fost cheltuite 3.500 de lire sterline (mai mult de 1.000 de bani personali). Progresul lucrărilor privind crearea motorului de diferențe a încetinit foarte mult.

În plus, evenimentele tragice din viața lui Babbage din 1827 au avut o mare influență asupra procesului de proiectare a mașinii. Anul acesta și-a înmormântat tatăl, soția și cei doi copii. După aceste evenimente, sănătatea sa s-a înrăutățit și nu s-a putut implica în proiectarea mașinii. Pentru a-și restabili sănătatea, a călătorit pe tot continentul.

După ce a călătorit în 1828, Babbage a continuat să se dezvolte, dar banii dispăruseră. El a abordat multe societăți și guverne pentru ajutor. Abia în 1830 a primit încă 9.000 de lire sterline de la guvern, după care a continuat să proiecteze motorul de diferență.

În 1834, lucrările la crearea mașinii au fost suspendate. La acel moment, 17.000 de lire de bani publici și 6.000 de lire de bani personali fuseseră deja cheltuite. Din 1834 până în 1842, guvernul s-a gândit dacă să sprijine proiectul sau nu. Și în 1842 a refuzat să finanțeze proiectul. Motorul de diferențe nu a fost niciodată finalizat.

Motorul cu diferență mare trebuia să aibă 25.000 de piese, să cântărească aproape 14 tone și să aibă 2,5 metri înălțime. În plus, mașina de diferență a trebuit să fie echipată cu un dispozitiv de imprimare pentru ieșirea rezultatelor. Memoria a fost proiectată pentru 1000 de numere de 50 de biți.

Poate, motivul pentru eșecul de a crea o mașină de diferență, împreună cu evenimente tragice 1827 și nivel insuficient tehnologiile de atunci, au devenit versatilitatea excesivă a lui Babbage. A urcat cu o expediție în Vezuviu, s-a scufundat pe fundul lacului într-un clopot de scufundări, a participat la săpături arheologice, a studiat apariția minereurilor, coborând în mine. Timp de aproape un an a fost angajat în securitate traficul feroviar si a facut multe echipament special- inclusiv creat un vitezometru. În plus, la proiectarea mașinii de diferență, a dezvoltat o mulțime de echipamente pentru prelucrarea metalelor. În 1851, Charles Babbage a încercat să proiecteze o versiune îmbunătățită a Difference Engine, Difference Engine 2. Dar nici acest proiect nu a avut succes.

Unul dintre cele 6 modele demonstrative ale părții de calcul a lui Charles Babbage Difference Engine, asamblate după moartea sa de fiul său Henry, din piese găsite în laborator.

Cu toate acestea, munca lui Babbage la crearea motorului de diferență nu a fost în zadar. În 1854, inventatorul suedez Schoitz, pe baza lucrării lui Babbage, a construit mai multe mașini de diferență. Și după un timp, Martin Wiberg a îmbunătățit mașina Schoitz și a folosit-o pentru a calcula și a publica tabele logaritmice.

Difference Engine 2 a fost construit în 1891 și se află acum la Muzeul de Știință din Londra.

Charles Babbage (1791-1871) - un pionier în crearea tehnologiei de calcul, care a dezvoltat 2 clase de calculatoare - diferențiale și analitice. Prima dintre ele și-a primit numele datorită principiului matematic pe care se bazează - metoda diferențelor finite. Frumusețea sa constă în utilizarea excepțională a adunării aritmetice fără a fi nevoie să recurgă la înmulțire și împărțire, care sunt greu de implementat mecanic.

Mai mult decât un calculator

Babbage's Difference Engine este un dispozitiv de calcul. Ea operează cu numere în singurul mod în care poate, adăugându-le constant în conformitate cu metoda diferențelor finite. Nu poate fi folosit pentru calcule aritmetice generale. Motorul analitic al lui Babbage este mult mai mult decât un calculator. Acesta marchează tranziția de la aritmetica mecanizată la calculul la scară completă scop general... La diferite etape ale evoluției ideilor lui Babbage au existat cel puțin 3 proiecte. Prin urmare, este mai bine să ne referim la mașinile sale analitice la plural.

Comoditate și eficiență inginerească

Dispozitivele Babbage sunt zecimale în sensul că folosesc 10 cifre de la 0 la 9 și digitale pentru că funcționează doar pe numere întregi. Valorile sunt reprezentate de roți dințate, iar fiecare cifră are propria sa roată. Dacă se oprește la o poziție intermediară între valorile întregi, atunci rezultatul este considerat nedefinit, iar mașina este blocată pentru a indica o încălcare a integrității calculelor. Aceasta este o formă de detectare a erorilor.

Babbage a luat în considerare, de asemenea, utilizarea altor sisteme de numere decât cele zecimale, inclusiv binare și baza 3, 4, 5, 12, 16 și 100. S-a hotărât pe zecimală datorită familiarității și eficienței inginerești, deoarece reduce semnificativ numărul de părți în mișcare. .

Diferența motorului numărul 1

În 1821, Babbage a început dezvoltarea unui mecanism pentru calcularea și tabularea funcțiilor polinomiale. Autorul îl descrie ca un dispozitiv pentru calcularea automată a unei secvențe de valori cu imprimarea automată a rezultatelor sub forma unui tabel. O parte integrantă a structurii este o imprimantă conectată mecanic la secțiunea de calcul. Difference Engine # 1 este primul design complet pentru execuție automată calcule.

Din când în când Babbage se schimba funcţionalitate dispozitive. Designul din 1830 descrie o mașină cu 16 cifre și 6 ordine de mărime. Modelul a constat din 25 de mii de părți, împărțite în mod egal între secțiunea de calcul și imprimantă. Dacă dispozitivul ar fi fost construit, ar fi cântărit aproximativ 4 tone și ar fi avut o înălțime de 2,4 m. Lucrările la Babbage's Difference Engine au fost oprite în 1832 după o dispută cu inginerul Joseph Clement. Finanțarea statului s-a încheiat în cele din urmă în 1842.

Motor analitic

Când lucrările la motorul diferențelor au blocat, în 1834 Babbage a conceput un dispozitiv mai ambițios, care mai târziu a devenit cunoscut sub numele de motorul de calcul programabil universal analitic. Proprietățile structurale ale mașinii Babbage sunt în multe privințe în concordanță cu blocurile de bază ale unui computer digital modern. Programarea se face folosind carduri perforate. Această idee a fost împrumutată de la războaiele jacquard, unde servesc la crearea unor modele textile complicate.

Structura logică a motorului analitic al lui Babbage urmează în mare măsură designul dominant al computerelor în era electronică, care implică memorie („magazin”) separată de unitatea centrală de procesare („moară”), execuția secvențială a operațiunilor și mijloace pentru intrare și ieșire. de date și instrucțiuni. Prin urmare, autorul dezvoltării a primit titlul de pionier al tehnologiei informatice cu totul meritat.

Memorie și unitate centrală de procesare

Mașina lui Babbage are un „magazin” în care sunt stocate numerele și, de asemenea, o „moară” separată unde se efectua procesarea aritmetică. Ea avea un set de 4 funcții aritmetice și putea efectua înmulțiri și împărțiri directe. În plus, dispozitivul era capabil să efectueze operații care se numesc acum ramificare condiționată, buclă (iterație), microprogramare, procesare paralelă, fixare, modelare a pulsului etc. Autorul însuși nu a folosit o astfel de terminologie.

CPU-ul motorului analitic, pe care l-a numit „moara”, oferă:

• stocarea numerelor, operațiuni asupra cărora se efectuează imediat, în registre;
• are hardware pentru efectuarea de operații aritmetice de bază cu ele;
• transmisie orientată către utilizator instrucțiuni externe management intern detaliat;
• un sistem de sincronizare (ceas) pentru executarea instrucțiunilor într-o secvență atent selectată.

Mecanismul de control al motorului analitic efectuează operațiunile automat și constă din două părți: un nivel inferior controlat de tobe masive numite butoaie și nivel inalt folosind cărți perforate dezvoltate de Jacquard pentru războaie, utilizate pe scară largă la începutul anilor 1800.

Dispozitive de ieșire

Rezultatul calculului este afișat căi diferite inclusiv tipărire, cărți perforate, diagrame și stereotipuri automate - tăvi din material moale pe care se face amprenta, capabile să servească drept matriță pentru turnarea plăcilor pentru imprimare.

Design nou

Babbage și-a finalizat în mare parte munca de pionierat asupra motorului analitic până în 1840 și a început să dezvolte un nou dispozitiv. Între 1847 și 1849, el a finalizat dezvoltarea Difference Engine No. 2, care a fost o versiune îmbunătățită a originalului. Această modificare a fost concepută pentru operațiuni cu numere de 31 de biți și ar putea tabula orice polinom de ordinul 7. Designul a fost elegant simplu, necesitând doar o treime din piesele modelului original, oferind aceeași putere de procesare.

În diferență și mașini analitice Charles Babbage, a fost folosit același design al dispozitivului de ieșire, care nu numai că a făcut o imprimare pe hârtie, ci și a creat automat stereotipuri și a produs independent formatarea conform aspectului paginii specificat de operator. Totodată, a fost posibilă reglarea înălțimii rândului, a numărului de coloane, a lățimii câmpurilor, a fost prevăzută plierea automată a rândurilor sau coloanelor și aranjarea liniilor goale pentru ușurința citirii.

Patrimoniul

În afară de câteva create parțial ansambluri mecaniceși modele de testare a secțiunilor mici de lucru, niciunul dintre modele nu a fost implementat pe deplin în timpul vieții lui Babbage. Modelul principal, asamblat în 1832, era 1/7 din Difference Engine # 1, care consta din aproximativ 2.000 de piese. Funcționează impecabil până în prezent și este primul dispozitiv de calcul automat de succes care implementează calcule matematice într-un mecanism. Babbage a murit în timp ce o mică parte experimentală a motorului analitic era asamblată. Au supraviețuit multe detalii ale construcției, precum și o arhivă completă de desene și note.

Uriașele modele de calcul mecanice ale lui Babbage sunt considerate una dintre realizările intelectuale uimitoare ale secolului al XIX-lea. Abia în ultimele decenii munca sa a fost studiată în detaliu, iar gradul de importanță a ceea ce a realizat devine din ce în ce mai evident.

Orez. 5.

În ciuda eșecului său cu Difference Engine, Babbage în 1834 s-a gândit să creeze un programabil mașină de calcul, pe care l-a numit analitic (prototipul computerului modern). Spre deosebire de motorul diferențelor, motorul analitic a făcut posibilă rezolvarea unei game mai largi de probleme. Această mașină a devenit opera vieții sale și a adus faimă postumă. El a presupus că construcția unei noi mașini ar necesita mai puțin timp și bani decât finalizarea mașinii de diferență, deoarece aceasta trebuia să fie mai simplă. elemente mecanice... În 1834, Babbage a început să proiecteze motorul analitic.

Arhitectura unui computer modern este în multe privințe similară cu arhitectura unui motor analitic. În motorul analitic, Babbage a furnizat următoarele părți: un magazin, o fabrică sau o moară, un control și dispozitive de intrare-ieșire a informațiilor.

Depozitul a fost destinat să stocheze atât valorile variabilelor cu care se efectuează operațiuni, cât și rezultatele operațiunilor. În terminologia modernă, aceasta se numește memorie.

Moara (un dispozitiv logic aritmetic, parte a unui procesor modern) trebuia să efectueze operații asupra variabilelor, precum și să stocheze în registre valoarea variabilelor cu care în acest moment efectuează operația.

Al treilea dispozitiv, pe care Babbage nu l-a numit, controla succesiunea operațiunilor, plasarea variabilelor în depozit și preluarea lor din depozit și obținerea rezultatelor. Citea succesiunea operațiunilor și variabilelor din cărțile perforate. Cărțile perforate erau de două feluri: carduri operaționale și carduri variabile. O bibliotecă de funcții ar putea fi compilată din hărțile operaționale. În plus, conform designului lui Babbage, Motor analitic trebuia să conțină un dispozitiv de imprimare și un dispozitiv pentru trimiterea rezultatelor pe carduri perforate pentru utilizare ulterioară.

Pentru a crea un computer în sensul modern, a rămas doar să vină cu un circuit cu un program stocat, care a fost realizat 100 de ani mai târziu de Eckert, Mauchly și von Neumann.

Babbage a proiectat singur motorul analitic. A vizitat adesea expoziții industriale, unde au fost prezentate diverse inovații științifice și tehnologice. Acolo a cunoscut-o pe Ada Augusta Lovelace (fiica lui George Byron), care i-a devenit foarte apropiată prietenă, asistentă și singura persoană care are o părere similară. În 1840, Babbage a călătorit la Torino, la invitația matematicienilor italieni, unde a ținut prelegeri despre mașina sa. Luigi Menabrea, lector la Academia de Artilerie din Torino, a creat și publicat notele de curs în limba franceză. Mai târziu, Ada Lovelace a tradus aceste prelegeri în limba engleză, completându-le cu comentarii în volum depășind textul original. În comentarii, Ada a făcut o descriere a computerului digital și instrucțiuni de programare pentru acesta. Acestea au fost primele programe din lume. De aceea, Ada Lovelace este numită pe bună dreptate prima programatoare. Cu toate acestea, motorul analitic nu a fost niciodată terminat. Iată ce scria Babbage în 1851: „Toate dezvoltările legate de Motorul Analitic au fost efectuate pe cheltuiala mea. am cheltuit întreaga linie experimente și am ajuns la punctul dincolo de care capacitățile mele nu sunt suficiente. În acest sens, sunt nevoit să abandonez munca in continuare". În ciuda faptului că Babbage a descris în detaliu designul motorului analitic și principiile funcționării acestuia, acesta nu a fost niciodată construit în timpul vieții sale. Au fost multe motive pentru asta. Dar principalele au fost lipsa totală de finanțare pentru proiectul de a crea o mașină analitică și nivel scăzut tehnologii din acea vreme. Babbage nu a cerut ajutor guvernului de data aceasta, deoarece a înțeles că după defecțiunea cu motorul diferențiat va fi în continuare refuzat.

Abia după moartea lui Charles Babbage, fiul său, Henry Babbage, a continuat afacerea începută de tatăl său. În 1888, Henry a reușit să construiască unitatea centrală a motorului analitic conform desenelor tatălui său. Și în 1906, Henry, împreună cu firma Monroe, a construit un model funcțional al unei mașini analitice, inclusiv un dispozitiv aritmetic și un dispozitiv pentru imprimarea rezultatelor. Mașina lui Babbage s-a dovedit a fi funcțională, dar Charles nu a trăit ca să vadă zilele acestea.

În 1864, Charles Babbage scria: „Probabil va dura o jumătate de secol până când oamenii se vor convinge că fondurile pe care le las în urmă nu pot fi renunțate”. În presupunerea sa, s-a înșelat timp de 30 de ani. La doar 80 de ani de la construirea acestui enunț mașină МАРК-I, care se numea „Visul lui Babbage devenit realitate”. Arhitectura lui МАРК-I a fost foarte asemănătoare cu arhitectura motorului analitic. Howard Aiken, de fapt, a studiat serios publicațiile lui Babbage și Ada Lovelace înainte de a-și crea mașina, iar mașina sa este ideologic cu puțin înaintea mașinii analitice neterminate. Productivitatea lui МАРК-I s-a dovedit a fi de numai zece ori mai mare decât viteza calculată a motorului analitic.

MINISTERUL EDUCAȚIEI AL REPUBLICII BELARUS

UNIVERSITATEA DE STAT BELARUSIANĂ

DEPARTAMENTUL DE ISTORIE

CATEDRĂ DE STUDII SURSE

ESEU PE TEMA:

CALCULATORUL ANALITICE AL LUI CHARLES BABBIDGE.

INTRODUCERE:

Motorul analitic, proiectat de eminentul matematician și inventator englez Charles Babbage, marchează o piatră de hotar semnificativă în istoria computerului. Atunci când l-a proiectat în 1836-1848, Babbage a stabilit de fapt direcția pentru întreaga dezvoltare ulterioară a calculatoarelor electronice (în continuare - computere). La urma urmei, proiectul de creare a unui motor analitic prevedea o serie de mecanisme inerente calculatoarelor de astăzi. În primul rând, a fost presupusă prezența acelorași cinci dispozitive (aritmetică, memorie, control, intrare și ieșire). În al doilea rând, pe lângă cele patru operații aritmetice, numărul de operații includea operația de ramificare condiționată și operațiile cu coduri de instrucțiuni. În plus, trebuie menționat că toate programele de calcule din mașina analitică a lui Babbage au fost înregistrate pe carduri perforate cu perforații.

În eseul meu, voi încerca să iau în considerare motivele care l-au determinat pe Babbage să încerce să creeze un computer, să identifice ideile care au influențat proces creativ Inventator britanic, explicați motivele pentru care Babbage nu a reușit niciodată să creeze un motor analitic, în ciuda costurilor morale și fizice enorme ale omului de știință.

Deși Babbage însuși nu a văzut roadele muncii sale, influența sa neîndoielnică asupra a mai bine de un secol de creare a computerului cunoscut de noi este dovedită de următoarele fapte: în 1854, inventatorul suedez Scheutz a construit totuși o mașină de diferență doar într-un sub formă ușor modificată, iar în 1991, la bicentenarul lui Babbage, oamenii de știință britanici au recreat Difference Engine # 2, precum și o imprimantă de 3,5 tone din desenele sale. Ambele dispozitive încă funcționează excelent - doar două erori au fost găsite în desenele lui Babbage.

1. TINERETEA LUI CHARLES BABBIDGE

Charles Babbage s-a născut la 26 decembrie 1791 în sud-vestul Angliei, în orașul Totnes, Devonshire, în familia unui bancher. Tatăl său, Benjamin Babbage, bancher al firmei „Prad, Manquorth and Babbage”, i-a lăsat ulterior fiului său o avere destul de mare. Charles era un copil foarte slab, bolnav și, prin urmare, părinții lui nu se grăbeau să-l trimită la școală. Încă din copilărie, a studiat individual cu un profesor de algebră și nu este surprinzător că ea a devenit în curând știința sa preferată. Când a intrat în Trinity College, Universitatea Oxford în 1811, Babbage, în vârstă de optsprezece ani, era superior la matematică față de toți colegii săi. Există dovezi că întrebările tânărului Babbage i-au nedumerit în mod repetat pe profesorii din facultate.

În ciuda durerii, tânărul Babbage era un tânăr foarte versatil și sociabil. Cei mai apropiați prieteni ai săi din facultate au fost John Herschel, nepotul marelui astronom W. Herschel și George Peacock. Prietenii au făcut odată chiar un acord curios: „a părăsi această lume este mai înțelept decât a fost găsit de ei”.

La un an de la intrarea la facultate, Babbage și prietenii săi au luat parte la crearea Societății Analitice, care avea ca scop reformarea anumitor postulate ale matematicii lui Newton, a predat la universitate și a studia realizările avansate ale științei europene. „Societatea Analitică” a început să țină ședințe regulate, la care membrii săi au făcut rapoarte științifice, și au desfășurat o activitate publicistică furtunoasă. Așadar, Babbage, Herschel și Peacock au tradus în 1816 tratatul de matematică al profesorului Lacroix din franceză și l-au completat cu două volume din propriile lor exemple.

Babbage era un student talentat, dar credea că prietenii săi - Herschel și Peacock - aveau mult mai mult succes la matematică decât el. Nevrând să fie al treilea cel mai bun student după absolvirea facultății, Charles s-a transferat la St. Peter's College. Într-adevăr, acolo a devenit primul student și și-a primit diploma de licență în 1814. Trei ani mai târziu, Babbage și-a primit diploma de master.

2. INTERESE ŞTIINŢIFICE. ÎNCEPEREA LUCRĂRII LA CALCULATOR.

Stăpânul nou bătut era o natură extrem de activă, posedătoare cea mai largă gamă interese științifice. În anii săi mai tineri, a început să scrie vocabularul și gramatica limbii universale mondiale, dar această lucrare a rămas neterminată. Cam în același timp, Babbage a devenit interesat de posibilitatea creării unui computer care exclude posibilitatea calculelor inexacte și a erorilor matematice la calcularea tabelelor logaritmice. Există două legende frumoase despre modul în care Babbage și-a formulat în cele din urmă sarcina de a crea o mașină capabilă să creeze independent tabele fără erori. Conform primei versiuni, prezentată de Babbage, într-o zi Herschel i-a adus calcule efectuate de calculatoarele Societății Astronomice. Cu toate acestea, Babbage și Herschel aveau îndoieli cu privire la calitatea muncii calculatoarelor. Au trecut la teste obositoare și au găsit un număr mare de erori. Babbage a spus: „Aș dori ca aceste calcule să fie făcute cu o sursă de energie”, la care Herschel a răspuns: „Este foarte posibil”. Potrivit lui Babbage, această conversație a dat naștere unei idei pe care a urmărit-o toată viața.

Conform celei de-a doua versiuni, prezentată de Babbage, situația era oarecum diferită. Într-o seară, Babbage stătea într-o cameră a Societății Analitice și se gândea la dificultatea de a calcula tabele logaritmice. În acest moment, unul dintre prietenii lui a intrat în cameră și a întrebat: „Păi, Charles, la ce visezi?” Arătând spre tabelul logaritmilor, Babbage a răspuns: „Cred că toate aceste tabele pot fi calculate de mașină”. Babbage scrie că „acest eveniment trebuie să fi avut loc în 1812 sau 1813”.

Crearea unei mașini de calcul a devenit o problemă de viață pentru tânărul matematician după ce s-a mutat în Franța pentru a-și continua studiile. Acolo Babbage s-a întâlnit cu marii Pierre Laplace și Jean-Baptiste Fourier, dar cea mai mare impresie asupra lui a fost baronul Gaspard de Prony. În scrierile lui de Prony, Babbage a avut ideea de a crea o tehnologie de calcul.

Pentru a înțelege detașarea cu care inventatorul britanic s-a angajat să creeze o mașinărie, voi da următorul fapt. În 1828, Babbage a fost ales profesor de matematică la Lukas College, Universitatea Cambridge (mulți ani mai târziu, va spune că aceasta a fost singura onoare pe care a primit-o în țara sa). Deci: timp de 11 ani de profesor, omul de știință nu a citit nicio prelegere la universitate, tot timpul consacrat calculelor mașinii.

Cu toate acestea, departamentul a luat încă o anumită perioadă de timp, iar apoi, în 1839, Babbage și-a părăsit funcția de profesor. De acum înainte și până la sfârșit, viața lui va fi în întregime dedicată creării computerelor.

3. MAȘINA DE DIFERENȚĂ BABBIDGE.

Pentru a înțelege mai bine ideile viitoare ale lui Babbage, să luăm în considerare mai detaliat principalele repere științifice din viața lui de Prony. Guvernul Franței, reînnoit după noua perioadă a imperiului Franței, a decis să creeze noi tabele logaritmice și trigonometrice. Această lucrare a fost încredințată baronului de Prony, care la vremea aceea se ocupa de Biroul de Recensământ.

De Proni a transferat ideea diviziunii muncii în procesul de calcul. El a împărțit performanții în trei niveluri de calificare: cel mai înalt nivel a fost ocupat de mai mulți matematicieni remarcabili, printre care s-au numărat Legendre și Lazare Nicolas Carnot, care au pregătit software-ul matematic. La al doilea nivel erau „tehnologi” educați care organizau procesul de rutină de calcul. Ultimele din această structură au fost computere - calculatoare (prima utilizare a acestui cuvânt): maximul lor de calificare este capacitatea de a adăuga și scădea (de obicei computerele au fost recrutate din fetele pulmonare comportament care după revoluţie au decis să-şi schimbe profesia).

Meritul lui De Prony este că a găsit abordări algoritmice și tehnologice pentru a reduce calculele complexe la operațiuni de rutină care nu necesită creativitate din partea majorității interpreților. În principiu, de Prony a creat prima mașină de calcul, unde computerele erau folosite ca procesor. Această abordare a fost aplicată cu succes timp de 150 de ani în calcule complexe și chiar foarte complexe - de la dezvoltarea proiectelor de nave până la crearea primelor bombe atomice.

Distribuția lui De Prony a lucrărilor de calcul îl determină pe Babbage să se gândească la înlocuirea calculatorului uman (care greșește în mod inevitabil) cu o mașină - despre care, credea Babbage, nu se știa că este eronată.

Omul de știință britanic se grăbește cu capul înainte într-o nouă ipostază a științei matematice pentru el. În 1819, Babbage a descris o mașină capabilă să calculeze și să imprime tabele matematice mari și a proiectat o mașină de tabelare care consta din role și roți dințate rotite de o pârghie. Aparatul putea efectua unele calcule matematice cu o precizie de opt zecimale. Pe ea, Babbage, în special, a calculat un tabel de pătrate. După ce a terminat această mașină, Babbage a fost plin de entuziasm creativ, crezând că principalele dificultăți au fost deja depășite. Planurile ulterioare ale inventatorului erau foarte optimiste.

În 1822, Babbage a scris o scrisoare președintelui Societății Regale din Davy, în care propunea să construiască un motor de diferență mult mai mare decât cel precedent, pentru calcularea, în primul rând, a tabelelor astronomice și de navigație. Charles Babbage a început să lucreze la construirea unui motor de diferențe în 1823, imediat după ce a primit o bursă guvernamentală pentru a continua să lucreze la crearea computerelor. Motorul de diferențe trebuia să efectueze calcule cu o precizie de a douăzecea zecimală. Construcția mecanismului i-a luat lui Babbage zece ani, designul său a devenit mai complex, mai greoi și mai scump. Din cauza insolvenței financiare a proiectului a trebuit să fie oprită lucrările la crearea mașinii de diferență, fără a se ajunge la un rezultat tangibil. Adevărat, motorul de diferență va fi în continuare construit, dar numai după aproape 200 de ani (vezi introducerea) ...

Valoarea mașinii de diferență a lui Charles Babbage este că el a fost primul care a propus o mașină care, spre deosebire de toate cele anterioare, ar putea nu doar să efectueze o anumită acțiune o dată, ci și să realizeze un întreg program de calcule. Împreună cu tabularea polinoamelor prin metoda diferențelor finite pe mașină, a fost posibil să se calculeze valorile funcțiilor care nu au avut diferențe constante folosind formule empirice selectate cu pricepere.

Babbage însuși a fost destul de clar cu privire la scopul mașinii sale. A promovat utilizarea metodelor matematice în diverse domenii ale științei și a prezis în același timp și utilizarea pe scară largă a computerelor.

4. MAȘINA ANALITĂ A LUI BABBIDGE

La momentul încheierii lucrărilor la crearea mașinii diferențelor, creierul activ al lui Babbage era ocupat să rezolve o altă problemă, mai dificilă. Babbage dorea să creeze dispozitiv nou- Motor analitic. Principala sa diferență față de motorul de diferență a fost faptul că era programabil și putea efectua orice calcule date.

Noua mașină se deosebește de mașina de adăugare prin prezența registrelor. Au salvat rezultatul intermediar al calculului, iar cu ajutorul lor au fost efectuate acțiunile prescrise de program. Puterea de calcul a inventării registrelor l-a uimit pe Babbage însuși. Din acest motiv, a supraviețuit următoarea remarcă a inventatorului: „Timp de șase luni am realizat un proiect de mașină mai perfect decât primul. Eu însumi sunt complet uimit de puterea de procesare pe care o va avea. Acum un an nu aș fi putut crede în așa ceva!”

Arhitectura motorului analitic al lui Charles Babbage este aproape identică cu computerele moderne. Conține toate cele trei componente clasice ale unui computer:

Controlbarrel - tambur de control (dispozitiv de control - UU), -store - stocare (acum o numim memorie - memorie) -mill - moara (dispozitiv aritmetic - AU).

Memoria de registru a mașinii lui Babbage era capabilă să stocheze cel puțin o sută de numere zecimale a câte 40 de caractere fiecare, dar teoretic putea fi extinsă la o mie de numere de 50 de biți (pentru comparație, vom sublinia că dispozitivul de memorie al unuia dintre primele computere „Eniak” din 1945 au stocat doar 20 de numere din zece cifre). Unitatea aritmetică a avut, așa cum am spune acum, suport hardware pentru toate cele patru operații aritmetice. Mașina a efectuat adunarea în 3 secunde, înmulțirea și împărțirea în 2 minute. Această „moara” era formată din trei registre principale: două pentru operanzi, iar al treilea pentru rezultatele acțiunilor legate de înmulțire. Era și o masă de depozitare rezultate intermediareși un contor pentru numărul de iterații. Programul principal a fost înregistrat pe tobă ( Dispozitiv de control), pe lângă acesta, puteau fi folosite și cărți perforate, propuse de Joseph Marie Jaccard încă din 1801 pentru o trecere rapidă de la model la model la mașinile de țesut.

Ada Lovelace (născută Byron) a ajutat foarte mult la dezvoltarea mașinii lui Babbage. Lovelace era fiica celebrului poet englez Lord Byron, dar nu l-a văzut niciodată, deoarece cu puțin timp înainte de nașterea ei a plecat în Grecia, unde a murit ca parte a unui detașament rebel. Lovelace a vizitat-o ​​pe Babbage împreună cu prietena ei Mary Sommerville. Babbage i-a tratat întotdeauna amabil și le-a explicat pe larg scopul tuturor dispozitivelor mașinii. Și a descoperit curând abilitățile matematice extraordinare ale Adei Lovelace. Ea a fost cea care a creat apoi primele baze teoretice ale programării din lume, a scris primul manual de programare și a intrat în istorie ca „primul programator”.

Lovelace a venit cu ideea de a folosi două fluxuri de carduri perforate pentru a alimenta mașina la intrare, care au fost numite carduri operaționale și carduri variabile: primul controla procesul de prelucrare a datelor, care au fost înregistrate pe al doilea. .

Informațiile au fost introduse pe cărți perforate prin perforarea unor găuri. O bibliotecă de funcții ar putea fi compilată din hărțile operaționale. În plus, AnalyticalEngine, așa cum a fost conceput de autor, ar fi trebuit să conțină un dispozitiv de imprimare și un dispozitiv pentru transmiterea rezultatelor pe carduri perforate pentru utilizare ulterioară. Așa că Babbage a fost pionier în ideea I/O.

Babbage a propus, de asemenea, să creeze un mecanism de perforare a rezultatelor digitale pe antet sau plăci metalice. Pentru a stoca informații în memorie, omul de știință urma să folosească nu numai carduri perforate, ci și discuri metalice care se rotesc pe o axă. Plăcile și discurile metalice pot fi acum privite de noi ca prototipuri îndepărtate de carduri magnetice și discuri magnetice.

Într-un singur aspect, motorul analitic nu era automat. Funcțiile scrise în formă tabelară trebuiau să fie pre-perforate. Anticipând viitorul computerelor, Babbage a scris: „Se pare că ea calculează mult mai rapid folosind formule adecvate decât folosind propriile foi de calcul”. Într-adevăr, în computerele moderne există o bibliotecă extinsă de subrutine standard, cu ajutorul căreia sunt calculate funcții de diferite grade de complexitate. Interesant este că termenul „biblioteca” pentru aceasta aplicație a fost consumat prima dată de Charles Babbage!

5. MOTIVE ALE EȘECULUI BABBIDGE

Cu toate acestea, în ciuda unei serii de perspective strălucitoare și invenții inovatoare care au fost cu un secol înaintea timpului lor, Charles Babbage nu a finalizat niciodată Motorul analitic. Principalul motiv al eșecului este principalul avantaj al mașinii: Babbage și-a depășit cu adevărat timpul prea mult (nu întâmplător, la sfârșitul vieții, va spune: „Sunt gata să dau anul trecut din viața mea pentru a trăi trei zile în 150 de ani și pentru a mi se explica în detaliu principiul de funcționare a viitoarelor mașini "). După cum puteți vedea, Babbage nu se mai îndoia de dezvoltarea viitoare a computerului. Faptul este că unul dintre cele două motive principale ale lucrării neterminate este imposibilitatea la acel moment de a prelucra metalul cu grad înalt acuratețe (în timp ce doar pentru implementarea proiectului Motor analitic roți dintate ar fi nevoie de câteva mii!) Și în zilele noastre tehnologii se gândeau mult la posibilitatea de a construi o astfel de mașină, iar în acele vremuri Babbage însuși trebuia adesea să inventeze tehnologii pentru producția de piese, distragerea atenției de la Direcția Generală proiect.

A doua problemă a fost financiară. Dacă la început diferite societăți științifice au susținut cu entuziasm Babbage, atunci foarte curând s-au răcit la un proiect costisitor cu obiective vagi. În 1851, Babbage a declarat cu amărăciune că făcuse tot ce ține de mașină pe cheltuiala lui. Se știe că omul de știință a scris un roman pentru a obține resurse materiale, a încercat să fie ales în Parlamentul Imperiului Britanic, ba chiar a jucat la loto la un moment dat!

Destinul lui Babbage este soartă tragică un om de știință care nu a văzut niciodată roadele muncii sale. Până la sfârșitul său, el a declarat că ura viața, oamenii și guvernul englez. Când s-a simțit rău pe 14 decembrie 1871, a spus un singur lucru: „Vine vremea mult așteptată!”. A murit în aceeași zi, seara, în brațele propriului fiu, înainte de a împlini vârsta de optzeci de ani, la doar câteva zile. La înmormântarea unui bărbat care a anticipat cu sute de ani dezvoltarea computerului, au participat doar câțiva prieteni apropiați.

CONCLUZIE

Marele om de știință englez Charles Babbage a încercat baza mecanica creați o mașină aparținând perioadei electronice. Prin urmare, această întreprindere a lui pur și simplu nu s-a putut termina cu succes. Cu toate acestea, aceeași discrepanță subliniază geniul lui Babbage: cu mult înainte de apariția computerelor electronice, el a dezvoltat principiile de construire a mașinilor, unitățile lor principale, a stabilit capacitățile computerelor și a prezis căile dezvoltării lor ulterioare.

La studierea operei lui Babbage, chiar și o simplă enumerare a problemelor pe care le-a pus și a încercat să le rezolve, unele mai cu succes, altele mai puțin, într-o mașină analitică uimește: 1) dezvoltarea compoziției de bază a blocurilor; 2) programarea unei cantități mari de memorie; 3) separarea dispozitivelor de aritmetică și de memorie; 4) aplicarea unui program de calcul variabil; 5) transferul controlului folosind un salt condiționat; 6) lucrul cu adrese și coduri de comandă; 7) control prin citire; 8) prezența unei biblioteci de subrutine; 9) utilizarea cardurilor perforate, tipărirea datelor de intrare și de ieșire și altele. Majoritatea covârșitoare a ideilor lui Babbage au fost realizate mai mult de o sută de ani mai târziu.

Fiecare nouă descoperire în stiinta moderna te face să privești realizările secolelor trecute într-un mod nou. Dacă la sfârșitul secolului trecut și începutul secolului nostru numele de Babbage a fost aproape uitat, iar lucrările sale nu au fost apreciate și înțelese, atunci odată cu dezvoltarea computerelor, interesul pentru opera și personalitatea sa a crescut.

Babbage apare în fața noastră ca un om de știință strălucit, anticipând în multe privințe dezvoltarea tehnologiei de calcul, care a devenit cea mai importantă manifestare a revoluției științifice și tehnologice moderne.

BIBLIOGRAFIE

1. Dorofeeva A. V. Charles Babbage și motorul său analitic: Dezvoltat. proiect calculat. masini cu pro-gr. ex. Engleză matematician la mijlocul anilor 40 ai secolului al XIX-lea. // Noi metode și mijloace de predare - În ogl. autor: Dorofeeva V.V. - M. - 1993 .-- S. 65-69.

2. Dorofeeva A. V. Charles Babbage și motorul său analitic: [Despre viața și opera englezilor. matematică, 1791-1871] // Matematica în școală. - 1995. - Nr. 2. - S. 78-80.

3. I.A. Apokin, L.E. Maistrov, I.S. Edlyn „Charles Babbage”.

4. Mare enciclopedie Cyril și Methodius - 2004. Articole „Charles Babbage” și „Ada Lovelace”.

5. Site: http://joinbiz.ru. Articolul: „Charles Babbage. Un om înaintea erei sale.”

6. Site: http: /eakolesnikov.ru. Articol " Poveste scurta cărți perforate”.

În ciuda eșecului său cu mașina de diferență, Babbage în 1834 a început să se gândească la crearea unui computer programabil, pe care l-a numit o mașină analitică (prototipul computerului modern). Spre deosebire de motorul diferențelor, motorul analitic a făcut posibilă rezolvarea unei game mai largi de probleme. Această mașină a devenit opera vieții sale și a adus faimă postumă. El a presupus că construcția unei noi mașini va necesita mai puțin timp și bani decât finalizarea mașinii de diferență, deoarece aceasta trebuia să fie compusă din elemente mecanice mai simple. În 1834, Babbage a început să proiecteze motorul analitic.

Arhitectura unui computer modern este în multe privințe similară cu arhitectura unui motor analitic. În motorul analitic, Babbage a furnizat următoarele părți: un magazin, o fabrică sau o moară, un control și dispozitive de intrare-ieșire a informațiilor.

Depozitul a fost destinat să stocheze atât valorile variabilelor cu care se efectuează operațiuni, cât și rezultatele operațiunilor. În terminologia modernă, aceasta se numește memorie.

Moara (un dispozitiv logic aritmetic, parte a unui procesor modern) trebuia să efectueze operații asupra variabilelor, precum și să stocheze în registre valoarea variabilelor cu care efectuează în prezent operația.

Al treilea dispozitiv, pe care Babbage nu l-a numit, controla succesiunea operațiunilor, plasarea variabilelor în depozit și preluarea lor din depozit și obținerea rezultatelor. Citea succesiunea operațiunilor și variabilelor din cărțile perforate. Cărțile perforate erau de două feluri: carduri operaționale și carduri variabile. O bibliotecă de funcții ar putea fi compilată din hărțile operaționale. În plus, conform planului lui Babbage, motorul analitic trebuia să conțină un dispozitiv de imprimare și un dispozitiv pentru afișarea rezultatelor pe carduri perforate pentru utilizare ulterioară.

Pentru a crea un computer în sensul modern, a rămas doar să vină cu un circuit cu un program stocat, care a fost realizat 100 de ani mai târziu de Eckert, Mauchly și von Neumann.

Babbage a proiectat singur motorul analitic. A vizitat adesea expoziții industriale, unde au fost prezentate diverse inovații științifice și tehnologice. Acolo a cunoscut-o pe Ada Augusta Lovelace (fiica lui George Byron), care i-a devenit foarte apropiată prietenă, asistentă și singura persoană care are o părere similară. În 1840, Babbage a călătorit la Torino, la invitația matematicienilor italieni, unde a ținut prelegeri despre mașina sa. Luigi Menabrea, lector la Academia de Artilerie din Torino, a creat și publicat notele de curs în limba franceză. Mai târziu, Ada Lovelace a tradus aceste prelegeri în engleză, completându-le cu comentarii peste textul original. În comentarii, Ada a făcut o descriere a computerului digital și instrucțiuni de programare pentru acesta. Acestea au fost primele programe din lume. De aceea, Ada Lovelace este numită pe bună dreptate prima programatoare. Cu toate acestea, motorul analitic nu a fost niciodată terminat. Iată ce scria Babbage în 1851: „Toate dezvoltările legate de Motorul Analitic au fost efectuate pe cheltuiala mea. Am făcut o serie de experimente și am ajuns la punctul în care capacitățile mele nu erau suficiente. În acest sens, trebuie să renunț la munca în continuare.” În ciuda faptului că Babbage a descris în detaliu designul motorului analitic și principiile funcționării acestuia, acesta nu a fost niciodată construit în timpul vieții sale. Au fost multe motive pentru asta. Dar principalele au fost lipsa totală de finanțare pentru proiectul de creare a unui motor analitic și nivelul scăzut de tehnologie la acea vreme. Babbage nu a cerut ajutor guvernului de data aceasta, deoarece a înțeles că după defecțiunea cu motorul diferențiat va fi în continuare refuzat.

Abia după moartea lui Charles Babbage, fiul său, Henry Babbage, a continuat afacerea începută de tatăl său. În 1888, Henry a reușit să construiască unitatea centrală a motorului analitic conform desenelor tatălui său. Și în 1906, Henry, împreună cu firma Monroe, a construit un model funcțional al unei mașini analitice, inclusiv un dispozitiv aritmetic și un dispozitiv pentru imprimarea rezultatelor. Mașina lui Babbage s-a dovedit a fi funcțională, dar Charles nu a trăit ca să vadă zilele acestea.

În 1864, Charles Babbage scria: „Probabil va dura o jumătate de secol până când oamenii se vor convinge că fondurile pe care le las în urmă nu pot fi renunțate”. În presupunerea sa, s-a înșelat timp de 30 de ani. La doar 80 de ani de la această declarație a fost construită mașina MARK-I, care a fost numită „Visul lui Babbage devenit realitate”. Arhitectura lui МАРК-I a fost foarte asemănătoare cu arhitectura motorului analitic. Howard Aiken a studiat serios publicațiile lui Babbage și Ada Lovelace înainte de a-și crea mașina, iar mașina lui este ideologic cu puțin înaintea mașinii analitice neterminate. Productivitatea lui МАРК-I s-a dovedit a fi de numai zece ori mai mare decât viteza calculată a motorului analitic.