Персоны | Бэббидж, Чарльз
Ранние годы
Молодые годы. Начало бурной деятельности
Разностная машина
Аналитическая машина
Сотрудничество с Адой Лавлейс
Поздние годы
Чарльз Бэббидж был одним из величайших изобретателей XIX века. Он сделал так много вещей и сделал их так чрезвычайно хорошо. Он был математиком, инженером и больше всего конструктором компьютеров. Как будто в одном лице было десять разных лиц. Сконструировал и построил машину для табулирования (1820-1822 гг.). С 1822 года занимался разработкой
разностной машины. С 1834 года много лет работал над созданием первой “
аналитической вычислительной машины. В 1833 разработал проект универсальной
цифровой вычислительной машины — прообраза современной ЭВМ. Иностранный член-корреспондент Императорской академии наук в Санкт-Петербурге (1832 г.). Автор множества трудов по теории функций, механизации счёта в экономике.
Говард Эйкен - создатель одного из первых компьютеров, однажды заметил, что живи Бэббидж лет на 75 позже, то изобрета-тель XIX века мог бы затмить его славу. Пусть такие предположения довольно беспочвенны, однако существует большая несправедливость — Чарльз Бэббидж оказался настолько дальновидным, что более чем на полвека опередил свое время. Чарльз застал то время, когда существующие технологии делали трудным для конструктора компьютеров осуществление его идей: уровень техники XIX века не позволял достичь необходимой для построения вычислительных машин точ-ности. Но была ещё одна причина, не менее важная - Бэббидж был одержим чувством совершенства, которое делало его неспособным завершить один проект, перед тем как начать новый. Миру пришлось ждать изобретения компьютера еще около 70 лет. Несмотря ни на что схема компьютера была настолько близка к цели, что Бэббидж стал неотъемлемой частью ранней истории компьютеров. Его по праву называют первопроходцем компьютерной эры.
Посети Бэббидж нашу эпоху, сильно бы удивился, увидев насколько широко используются компьютеры, а посмотреть внутрь любого стандартного ПК, его удивление ничуть не уменьшилось. Он мог быть ошеломлен использованием электронной техники, пусть ему бы и показались поразительно знакомыми основные принципы устройства
центрального процессора и памяти.
Бэббидж родился 26 декабря 1791 года, в том месте, где сейчас расположен небольшой городок Саутворк, пригород Лондона. В детстве у Чарльза было очень слабое здоровье, однако он обладал сильным любопытством и богатым воображением умом. Стоило ему получить в руки игрушку, как он тут же разламывал ее на части, чтобы узнать, как она устроена. Как-то в детстве он сделал две прикрепленные на петлях доски, которые давали ему возможность ходить по воде. Бэббидж рано начал проявлять интерес к математике, возможно унаследованную от своего отца, Бенджамина Бэббиджа, банкира. Также Чарльз с большим энтузиазмом смотрел на сверхъестественное. Однажды он попытался установить контакт с дьяволом: проколол палец, получил каплю крови, прочитав, наконец, молитву Богу задом наперед, Бэббидж был сильно разочарован, обнаружив, что дьявол не появился. Однако, его интерес к оккультному продолжился. Позже, он заключил соглашение с другом детства о том, что кто из них умрет первым, появится перед выжившим участником соглашения. Когда друг скончался в возрасте 18 лет, Бэббидж простоял целую ночь в ожидании появления призрака — чтобы только обнаружить, что его друг не отнесся серьезным образом к своей роли в этой сделке. Спустя время, обучаясь в колледже, Бэббидж основал клуб привидений для сбора информации по сверхъестественному феномену.
В октябре 1810 году Бэббидж поступил в Тринити — колледж Кембриджа, где он изучал математику и химию. Однако основам математики он обучался самостоятельно по книжкам. Бэббидж тщательно изучал труды
Ньютона,
Лейбница,
Эйлера,
Лагранжа и других математиков академий Санкт-Петербурга, Берлина и Парижа. Чарльз быстро обогнал своих учителей по знаниям и, в общем, был разочарован низким уровнем преподавания математики в Кембридже. Он заметил, что Британия в целом заметно отстала от континентальных стран по уровню математической подготовки. Математика Ньютона, умершего 200 лет назад, все еще удерживала свои позиции в
Кембридже, несмотря на наличие множества новых идей, циркулирующие в Европе. Бэббидж с друзьями основали клуб, который получил название “Аналитическое общество”, обещая друг другу приложить все усилия, чтобы мир стал мудрее, чем он был ранее. Общество помогло возродить изучение математики в Англии, делая упор на абстрактной природе алгебры и пытаясь привнести новые идеи.
Бэббидж обдумывал вступление в церковь, но отклонил выбор, обнаружив отсутствие денег на это. Он подумывал о горном деле как о потенциально доходном предприятии, но позже забросил эту идею.
В 1812 году Бэббидж перешёл в колледж Св. Петра (Peterhouse). В 1814 году он получил степень бакалавра.
2 июля 1814 года он женился на Джорджиане Витмор. В следующие 5 лет Бэббидж сильно увлекся математикой. Он изучал алгебру и написал научные статьи по теории функций. Будучи либералом, во время правления консерваторов Бэббидж не смог добиться покровительства, которое обеспечило бы ему хорошо оплачиваемое положение. Было несколько вакансий профессоров, однако его попытки получить место профессора оказались безуспешны. Джорджиана Бэббидж родила восьмерых детей в течение 13 лет, три сына дожили до совершеннолетия. Один из сыновей Бэббиджа -
Бенджамин Гершель Бэббидж — известный инженер и путешественник.
Будучи убежденным эклектиком (эклектика - смешение, соединение разнородных стилей, идей, взглядов и т. п.), Бэббидж занялся продолжительным исследованием того, как сделать жизнь более целесообразной. Например, он обдумывал как дешевле перевозить посылок для почтовых учреждений. Бэббидж проводил даже довольно опасные эксперименты, погружаясь для изучения в океанские глубины в водолазном колоколе. Также неоднократно ставил эксперименты о том, может ли человек ходить по воде… Увы.
Бэббидж иногда ставил эксперименты с настоящим риском для жизни: как-то он вошёл в духовой шкаф, чтобы определить воздействие
температуры 256 градусов по
Фаренгейту (~124 по
Цельсию). Ему пришлось быстро покинуть духовой шкаф, получив незначительные ожоги. Бэббидж был довольно плодотворным писателем, опубликовавшим более 80 книг и статей в самых разнообразных отраслях, таких как математика и богословие, астрономия и управление. Например, его книгу “Экономика машин и производства”, на-писанная в 1832 году, назвали первой попыткой производственного исследования. Основные тезисы книги заключаются в том, что промышленность требует научного подхода. Кроме неоспоримого звания дедушки современного компьютера, Бэббидж был крупным изобретателем.
Одним из его изобретений был так называемый “таинственный” маяк, в котором свет вспыхивает и гаснет; эта система используется сегодня во всем мире. Другим изобретением был офтальмоскоп, который врачи до сих пор применяют для осмотра внутренней стороны глаза. Также Бэббидж изобрел оборудованные приборами железнодорожные вагоны, используемые британскими проводниками для измерения давления, при движении поезда. Благодаря Чарльзу Бэббиджу британские железные дороги имеют широкую колею. Кроме всего прочего, он был выдающимся шифровальщиком своего времени, использовавшим математический аппарат для дешифровки.
Вся эта разносторонняя деятельность приносила ему большое удовольствие. Он обладал характерной чертой — стремлением к совершенству. Ученый двигался от задания к заданию с настойчивостью, которая порождала вспышки гениальности. Но он был слишком нетерпелив, чтобы позволить себе время перевести эти вспышки в конкретную реальность. Однако он был всегда точен. После чтения строк Теннисона из “Видения греха”: “Каждую минуту умирает человек, каждую минуту рождается”, он написал поэту: “Очевидно, что если бы это было правдой, то население стояло бы на мертвой точке”. Он предложил следующее: “Каждую мгновение умирает человек и 1 и 1/16 рождается”. Теннисон, по-видимому, уловил суть, поскольку изменил строки на “Каждый миг умирает человек, каждый миг рождается”.
Наиболее существенный вклад Чарльзом Бэббиджем был сделан в области механических вычислений, хотя признание пришло спустя долгое время после его смерти. Стремившийся к совершенству Бэббидж высоко ценил точность и видел необходимость улучшать механические
калькуляторы своего времени. Примитивные и управляемые вручную, они не только медленно работали, но и были склонны к ошибкам. Из-за небрежности ошибки встречались в большом количестве в астрономических картах и навигационных таблицах, ошибки, которые приводили к трагическим кораблекрушениям. Бэббидж пытался изобрести такую машину, которая могла бы выполнять две операции: вычислять и выводить на печать математические таблицы, тем самым избегая ошибок, которые возникают между рукописной копией и отпечатанной версией.
Однажды вечером, когда полусонный Бэббидж просматривал таблицу лога-рифмов в комнате Аналитического общества, к нему подошел другой член общества и спросил, о чем он мечтает. Посмотрев вверх, Бэббидж ответил, что думает о возможности найти способ подсчитывать все таблицы на машине. Этот короткий, довольно-таки незначительный разговор стал поворотным пунктом в ранней истории компьютеров. Бэббидж решил все свое время использовать для того, чтобы приблизиться к своей цели — автоматизации вычисления математических таблиц. К 1822 году он спроектировал то, что он назвал разностной машиной, маленькое устройство для вычисления таблиц, важных для навигации.
Бэббидж создал небольшую рабочую модель. Она могла управлять шестизначными числами и выражать в числах любую функцию, которая имела постоянную вторую разность. Затем 14 июня 1822 года, выступив перед Королевским астрономическим обществом, он предложил создание большой, в натуральную величину разностной машины, первого автоматического вычислительного устройства. Его научный доклад обществу, озаглавленный “Наблюдения за применением машинного оборудования к вычислению математических таблиц”, был хорошо принят. “Вся арифметика теперь происходила внутри способного к быстрому восприятию механизма”, — писал он позже.
Этот доклад был самым первым докладом по механическому вычислению. Бэббидж представлял себе машину, которая могла делать многочисленные вычисления автоматически. Когда машина начнет работать, оператор будет выполнять работу наблюдателя. Как провозгласил Бэббидж в письме к президенту Королевского общества сэру Хемфри Деви, люди теперь избавлены от “невыносимого труда и утомляющей монотонности” математических вычислений; вместо этого машины, используя “гравитационную или любую другую движущую силу”, могли запросто заменить человеческий интеллект.
Разностная машина снабжалась бы силовым двигателем при помощи падающего груза, поднимаемого паровой машиной. По одной версии машина Бэббиджа печатала бы числа с 18 знаками. Не было бы больше типографских ошибок, потому что таблицы печатались бы прямо с металлических пластин машины.
К июлю 1823 года Бэббидж добился согласия канцлера казначейства предос-тавить ему 1500 фунтов, что было гораздо меньше, чем требовалось, но, тем не менее, приличная сумма. Этого было достаточно, чтобы поддержать у Бэббиджа веру в то, что он заручился поддержкой официального покровителя на необходимое время, что было ошибочным мнением с его стороны.
Разностная машина была самым крупным проектом того времени, финан-сируемым правительством, предположительно потому, что правительственные официальные лица были заинтересованы обещанием более точных на-вигационных и артиллерийских таблиц. В конечном счете Бэббидж вложил от 3000 до 5000 фунтов из собственного кармана, предполагая, что со временем правительство возместит ему затраты. Он нашел выдающегося инстру-ментального мастера Англии Джозефа Клемента, который в свою очередь взял лучших рабочих страны.
Бэббидж надеялся построить действующую машину через два или три года, но скоро обнаружил, что это слишком оптимистично. Собрать вместе детали, которые дали бы ему возможность создать части машины, оказалось намного сложнее, чем предполагалось. Несколько следующих лет он проектировал детали машины, а потом пытался построить машину, которая бы делала сами детали. Это была утомительная и тщетная работа, которая не дала желаемых результатов, хотя способствовала развитию британского инструментального мастерства. Временами казалось, что Бэббидж был сам себе врагом.
Его одержимость совершенством толкала его на многочисленные изменения в чертежах. Рабочим приходилось заново изобретать новые детали, затягивая проект. Его младший сын Чарльз умер в июне 1827 года, жена в августе того же года. В том же году Бэббидж хоронит и отца. Бэббидж переложил заботу о выживших детях на свою мать. Он так и не женился вновь. Следующий год Бэббидж провел за границей.
Спустя немного времени он стал профессором математических наук в Кембридже, и занимал этот пост в течение 12 лет. После того, как он покинул этот пост, он большую часть своего времени посвятил делу его жизни — разработке вычислительных машин.
В 1834 году Бэббидж написал одну из самых важных работ «Экономика технологий и производств» (Economy of Machines and Manufactures, 1832), в которой он предлагал то, что сейчас называется «Исследованием операций».
Не смотря на то что он унаследовал 100 000 фунтов от отца и получил дополнительных 1500 фунтов от правительства, финансовые дела беспокоили Бэббиджа. Он вложил свои собственные средства, друзья предоставили 6000 фунтов. Тем не менее прошло 20 лет после того, как он задумал разностную машину, а она осталась неоконченной, в то время как Бэббидж и британское правительство находилось в конфликте по поводу собственности изобретения.
С одной стороны, процесс создания машины разности был замедлен из-за разногласий между Бэббиджем и Клементом. Клемент всегда считал, что с Бэббиджем трудно работать, но еще одна проблема встала, когда Бэббидж решил перенести мастерскую ближе к своему дому (мастерская Клемента была в 4 милях). Когда Бэббидж попросил Клемента переехать с инструментами и чертежами в новую мастерскую, последний отказался. Его не привлекала перспектива вынужденно делить свое время и энергию между двумя рабочими адресами. Бэббидж оказался в затруднительном положении. Он не имел желания платить Клементу из своего собственного кармана, но понимал, что отсутствие Клемента означало бы приостановку проекта. Бэббидж оказался экономным, поэтому все работы по разностной машине были остановлены в 1833 году.
Приблизительно в это же время шведский технический редактор
Георг Шутц, прочитав об устройстве в “Эдинбургском обозрении”, предпринял попытку построения разностной машины, похожей на машину Бэббиджа. Вскоре к проекту присоединился его сын инженер Эдвард. Не сумев заручиться поддержкой шведского правительства, эти двое продолжали самостоятельно, создав к 1840 году небольшую машину, которая могла произво-дить операции с разностями первого порядка.
В течение нескольких следующих лет они расширили машину до трех порядков разности и создали печатающее устройство. К 1853 году они имели свою “табличную машину”, как они назвали ее, которая могла выполнять операции с разностями четвертого порядка, обрабатывать 15-значные числа и выводить на печать результаты. Она вычисляла намного быстрее, чем любой человек, и представила первое реальное доказательство тому, что машины могут быть использованы в операциях с числами.
В 1854 году семья
Шутцев показала свое изобретение Королевскому обществу в Лондоне, получив поддержку самого Чарльза Бэббиджа. На большой выставке в Париже в следующем году табличная машина завоевала золотую медаль, частично благодаря попыткам воздействия Бэббиджа на членов комиссии. Награжденное золотой медалью, семейство смогло продать машину за 5000 долларов доктору Бенджамину Гоулду, директору Дадлинской обсерватории в Олбани, штат Нью-Йорк. Доктор Гоулд использовал ее для вычисления ряда таблиц, связанных с орбитой планеты Марс. Однако, несмотря на всю точность машинных вычислений, в 1859 году доктор Гоулд был уволен! Табличная машина была передана в Смитсоновский институт. Копия устройства была построена в конце 50-х годов XIX века британским журналом “Реджистер Дженерал”.
Машина Шутца не всегда функционировало правильно. Существование этой более простой версии машины Бэббиджа наводит на мысль о том, что отсутствие технологии не может являться единственной причиной неспособности Бэббиджа создать свои машины.
Лишенный своих инструментов и чертежей (Клемент присвоил их после спора в 1833 году) Бэббидж решил разработать проект совершенно другой машины, которая была бы легче в изготовлении, чем разностная. Он начал в 1834 году и в течение следующих двух лет создал основные элементы современного компьютера. Еще до создания разностной машины Бэббидж понял ее недостатки.
По существу, это был калькулятор специального назначения, а компьютер должен быть не только удобным, но и универсальным, способным выполнить любую арифметическую или логическую операцию. Бэббидж назвал это более, сложное устройство аналитической машиной”. Если бы он преуспел в ее создании, это был бы первый универсальный компьютер. Важно также и то, что аналитическая машина была задумана как программируемая, поэтому ее команды были изменяемыми. Бэббидж писал, что он был удивлен той силе, которую способен был дать машине, забывая, что ему надо еще построить ее. Его биограф Энтони Хаймэн называл аналитическую машину одним из наиболее важных интеллектуальных достижений.
Идеи Бэббиджа сейчас вызывают удивление своей схожестью с общими концепциями современных компьютеров. Инструкции должны были вводиться в аналитическую машину при помощи перфокарт, затем сохраняться на складе, по существу в памяти современного компьютера. Идея перфокарт была заимствована из революционного тогда
ткацкого станка Жаккарда, который использовал карты с отверстиями, чтобы автоматически контролировать нити, проходящие над или под движущимся челноком. Бэббидж использовал карты с отверстиями для быстрого ввода команд.
К сожалению, он так и не достиг конечной цели в природе современного компьютера. Во-первых, он думал только о механических устройствах, мысль об электричестве, по-видимому, никогда не приходила ему в голову. Он также не представлял себе команды, имеющие две части: операционную и адресную. Бэббидж обдумывал множество систем счисления для аналитической машины, но остановился на десятичной. Числа должны были содержаться в памяти. Он хотел нанести на колесики по 10 различных позиций чисел.
Числа должны были передаваться при помощи системы рычагов на центральное устройство. Контроль всего процесса осуществлялся с помощью нескольких
перфокарт, которые точно определяли операцию и обеспечивали адресом объект действия в памяти. Когда команды помещались на операционные карты, устройство, соответствующее центральному процессору современного компьютера, принимало информацию и выполняло операцию.
Одна арифметическая операция завершалась за секунду. Результаты затем отсылались в память. Конечные результаты распечатывались — это действие производилось автоматически. Бэббидж предполагал, что емкость запоминающего устройства будет 1000 пятидесятизначных чисел. Исследовав много вариантов для выполнения четырех арифметических действий, он изобрел понятие упреждающего переноса. Это было гораздо быстрее, чем последовательный перенос от одного разряда к другому. Бэббидж также изобрел параллельный перенос, с помощью которого могла быть выполнена целая серия сложений с единственной операцией переноса в конце. Аналитическая машина требовала шесть паровых машин для питания силовых двигателей, которые производили сильный шум.
Современники Чарльза Бэббиджа могли не узнать о достижениях изобретателя, если бы не старания
Ады, графини Лавлейс, дочери поэта лорда Байрона. Бэббидж встретил ее впервые на вечеринке, которую он давал 5 июня 1833 года. Ей тогда было 17 лет. 9 лет спустя в Италии итальянский военный инженер,
Луиджи Федерико Менабреа, описал математические принципы Аналитической машины в научной статье. В 1843 году Ада Лавлейс выполнила английский перевод научной статьи Менабреа, сопроводив ее обширными примечаниями. Этот перевод дал Англии первое небольшое представление о достижениях Бэббиджа в области компьютеров.
Настоящие заметки оцениваются как один из главных документов в истории компьютеров. Ада писала: “Мы можем с большой уверенностью сказать, что аналитическая машина плела алгебраические модели точно так же, как и ткацкий станок Жаккарда ткал цветы и листья”. Для Бэббиджа Ада и ее муж, граф Лавлейс, стали друзьями на всю жизнь, а Ада, кроме того, стала общественным адвокатом Бэббиджа.
Только в возрасте 71 года Бэббидж был готов предать гласности свои идеи. Его первая разностная машина демонстрировалась в Лондонском научном музее, и Бэббидж был рядом, чтобы объяснить ее действие. В последние годы жизни Бэббидж был бодрым, с постоянным желанием похвастать своей мастерской, уделял много времени философии и политической экономии.
Несмотря на то, что Чарльз Бэббидж считается изобретателем вычислительных машин, на самом деле он был очень разносторонним человеком. Бэббидж занимался безопасностью железнодорожного движения, для чего оборудовал вагон-лабораторию всевозможными датчиками, показания которых фиксировались самописцами. Изобрёл спидометр. В числе его изобретений были
спидометр, офтальмоскоп,
сейсмограф, устройство для наведения артиллерийского орудия. Участвовал в изобретении
тахометра. Создал приспособление, сбрасывающее случайные предметы с путей перед локомотивом.
В ходе работ над созданием вычислительных машин, сделал большой прогресс в металлообработке. Сконструировал поперечно-строгальный и токарно-револьверный станки, придумал методы изготовления зубчатых колес. Предложил новый метод заточки инструментов и литья под давлением.
Он содействовал реформированию
почтовой системы в Англии. Составил первые надёжные страховые таблицы. Занимался теорией функционального анализа, экспериментальными исследованиями
электромагнетизма, вопросами шифрования, оптикой, геологией, религиозно-философскими вопросами. Более того, известен как человек, первым взломавший код Виженера. Бэббидж оставил огромный след в истории XIX века. И сделал переворот не только в математике и вычислительной технике, но и в науке в целом.
Бэббидж был очень общительным человеком. Часто по субботам он собирал в доме гостей. Иногда приходило до 200 или 300 человек.
Вечером 18 октября 1871 года, за два месяца до своего восьмидесятилетия, Чарльз Бэббидж умер. Только несколько человек присутствовали на похоронах, что говорило об отсутствии интереса к его работе со стороны его современников. Бэббидж получил признание за свою работу только в 40-х годах XX века с началом компьютерной эры.
© vantuz
В начало
Ранние годы
Молодые годы. Начало бурной деятельности
Разностная машина
Аналитическая машина
Сотрудничество с Адой Лавлейс
Поздние годы
Персоны | Лавлейс, Ада
