ЭВМ: ЧТО? ГДЕ? КОГДА? | Аналитическая вычислительная машина Бэббиджа

Английский учёный и изобретатель Чарльз Бэббидж потратил очень много времени и сил на свою Разностную машину, призванную заменить людей-вычислителей, выполнявших однообразные математические расчёты. Сложности в жизни плюс отсутствие финансирования не позволили ему закончить его детище, машину доводил до ума другой учёный швед Пер Георг Шойц.

Однако, несмотря на неудачу он не бросил размышления о создании вычислительной машины, и в итоге пришёл к идее создания более мощной и универсальной машины. Новая аналитическая машина, по задумкам Бэббиджа, должна была не просто решать математические задачи одного определённого типа, а выполнять разнообразные вычислительные операции и расчёты в соответствии с инструкциями и командами оператора. Бэббидж замышлял «машину универсального характера», что на самом деле не что иное, кроме как первый универсальный программируемый компьютер.

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

Функция «склада» заключалась в хранении значений переменных, с которыми производятся операции, а также результатов операций. В современной терминологии это именуется памятью.

Память машины вмещала до ста 40-разрядных чисел. Данные числа должны были храниться в памяти, пока до них не дойдет очередь в арифметическом устройстве.

Функцией «мельницы» (арифметико-логическое устройство, часть современного процессора) было произведение операций над переменными, а также хранение в регистрах значений переменных, с которыми в данный момент осуществляется операция.

Управляющий элемент, соответственно, осуществлял управление последовательностью операций, помещение переменных в склад, а также извлечение их из него, плюс ко всему выводом результатов. Инструкции, команды, вводились в Аналитическую машину с помощью перфокарт. Перфокарты были двух видов: карты переменных и операционные карты. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций.

У Бэббиджа были обширные замыслы. Предполагалось, что Аналитическая машина будет оборудована устройством печати и устройством вывода результатов на перфокарты для последующего использования. Для создания компьютера в современном понимании необходимо было лишь придумать схему с хранимой программой, что было сделано 100 лет спустя, после Второй Мировой войны, американскими учёными Экертом, Мокли и Фон Нейманом. Бэббидж один разрабатывал конструкцию аналитической машины. Он часто посещал промышленные выставки, где были представлены различные новинки науки и техники. Именно там состоялось его знакомство с Адой Августой Лавлейс, которая стала его очень близким другом, помощником и единственным единомышленником.

Ада Байрон, единственный законный ребенок поэта лорда Байрона, графиня отдала все свои незаурядные математические и литературные способности осуществлению проекта Бэббиджа. «Можно с полным основанием сказать, Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок Жаккарда воспроизводит цветы и листья», - писала графиня Лавлейс, будучи одной из немногих, кто понимал принципы работы машины и каковы потенциальные области ее применения. В то время как сам Бэббидж и вовсе отмечал, что графиня «по-видимому, понимает её лучше меня, а уж объясняет её устройство во много-много раз лучше».

В 1840 году Бэббидж по приглашению итальянских математиков отправляется в Турин, где читал лекции о своей машине. Луиджи Менабреа, преподаватель туринской артиллерийской академии, создал и опубликовал конспект лекций на французском языке. Спустя время Ада Лавлейс сама перевела эти лекции на английский язык, причём дополнила их комментариями, которые по объёму превосходили исходный текст. В комментариях Ада сделала описание цифровой вычислительной машины и инструкции по программированию к ней. По факту, это были первые в мире программы. Именно поэтому Аду Лавлейс абсолютно по делу называют первым программистом.

Графиня Лавлейс воодушевляла Бэббиджа, глубоко интересуясь его работой и заражая своим энтузиазмом. Но, к большому сожалению, даже её литературного дара и обаяния оказалось недостаточно, чтобы решить главную проблему на пути создания Аналитической машины. Если Разностная машина имела сомнительные шансы на успех, то Аналитическая машина и вовсе выглядела нереалистичной. Ее просто невозможно было построить и запустить в работу. В своем окончательном виде машина должна была быть не меньше железнодорожного локомотива. Внутренняя конструкция Аналитической машины представляла собой беспорядочное нагромождение стальных, медных и деревянных деталей, часовых механизмов. Всё это приводилось в действие паровым двигателем. Если вдруг какая малейшая нестабильность какой-нибудь крошечной детали приводила бы к стократно усиленным нарушениям в других частях, и тогда вся машина пришла бы в бешенство.

Увы, аналитическая машина так и не была закончена. В 1851 году Бэббидж писал: «Все разработки, связанные с Аналитической машиной, выполнены за мой счёт. Я провёл целый ряд экспериментов и дошёл до черты, за которой моих возможностей не хватает. В связи с этим я вынужден отказаться от дальнейшей работы». Бэббидж подробно описал конструкцию аналитической машины и принципы её работы, но даже этого не хватило до конечного результата, она так и не была построена при его жизни. Причин этому было много, но основными стали полное отсутствие финансирования проекта по созданию аналитической машины, а также низкий уровень технологий того времени в принципе. На этот раз Бэббидж не стал просить помощи у правительства, понимая, что после неудачи с Разностной машиной ему всё равно откажут.

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

Лишь после смерти Чарльза Бэббиджа его сын, Генри Бэббидж, продолжил начатое отцом дело. В 1888 году Генри сумел построить по чертежам отца центральный узел аналитической машины. В 1906 году Генри совместно с фирмой Монро построил действующую модель аналитической машины, включающую арифметическое устройство и устройство для печатания результатов. В итоге машина Бэббиджа оказалась работоспособной, жаль только Чарльз не дожил до этих дней.

23.08.2015
© greenmile

В начало

ЭВМ: ЧТО? ГДЕ? КОГДА? | Аналитическая вычислительная машина Бэббиджа