Кто разработал инструкцию для первой аналитической машины

From Wikipedia, the free encyclopedia

The analytical engine was a proposed mechanical general-purpose computer designed by English mathematician and computer pioneer Charles Babbage.^[2][3] It was first described in 1837 as the successor to Babbage’s difference engine, which was a design for a simpler mechanical calculator.^[4]

The analytical engine incorporated an arithmetic logic unit, control flow in the form of conditional branching and loops, and integrated memory, making it the first design for a general-purpose computer that could be described in modern terms as Turing-complete.^[5][6] In other words, the structure of the analytical engine was essentially the same as that which has dominated computer design in the electronic era.^[3] The analytical engine is one of the most successful achievements of Charles Babbage.

Babbage was never able to complete construction of any of his machines due to conflicts with his chief engineer and inadequate funding.^[7][8] It was not until 1941 that Konrad Zuse built the first general-purpose computer, Z3, more than a century after Babbage had proposed the pioneering analytical engine in 1837.^[3]

Design[edit]

Babbage’s first attempt at a mechanical computing device, the Difference Engine, was a special-purpose machine designed to tabulate logarithms and trigonometric functions by evaluating finite differences to create approximating polynomials. Construction of this machine was never completed; Babbage had conflicts with his chief engineer, Joseph Clement, and ultimately the British government withdrew its funding for the project.^[9][10][11]

During this project, Babbage realised that a much more general design, the analytical engine, was possible.^[9] The work on the design of the analytical engine started around 1833.^[12][4]

The input, consisting of programs («formulae») and data,^[13][9] was to be provided to the machine via punched cards, a method being used at the time to direct mechanical looms such as the Jacquard loom.^[14] For output, the machine would have a printer, a curve plotter, and a bell.^[9] The machine would also be able to punch numbers onto cards to be read in later. It employed ordinary base-10 fixed-point arithmetic.^[9]

There was to be a store (that is, a memory) capable of holding 1,000 numbers of 50 decimal digits^[15] each (ca. 16.6 kB). An arithmetic unit (the «mill») would be able to perform all four arithmetic operations, plus comparisons and optionally square roots.^[16] Initially (1838) it was conceived as a difference engine curved back upon itself, in a generally circular layout, with the long store exiting off to one side.^[17] Later drawings (1858) depict a regularised grid layout.^[18] Like the central processing unit (CPU) in a modern computer, the mill would rely upon its own internal procedures, to be stored in the form of pegs inserted into rotating drums called «barrels», to carry out some of the more complex instructions the user’s program might specify.^[7]

The programming language to be employed by users was akin to modern day assembly languages. Loops and conditional branching were possible, and so the language as conceived would have been Turing-complete as later defined by Alan Turing. Three different types of punch cards were used: one for arithmetical operations, one for numerical constants, and one for load and store operations, transferring numbers from the store to the arithmetical unit or back. There were three separate readers for the three types of cards. Babbage developed some two dozen programs for the analytical engine between 1837 and 1840, and one program later.^[14][19] These programs treat polynomials, iterative formulas, Gaussian elimination, and Bernoulli numbers.^[14][20]

In 1842, the Italian mathematician Luigi Federico Menabrea published a description of the engine in French,^[21] based on lectures Babbage gave when he visited Turin in 1840.^[22] In 1843, the description was translated into English and extensively annotated by Ada Lovelace, who had become interested in the engine eight years earlier.^[13] In recognition of her additions to Menabrea’s paper, which included a way to calculate Bernoulli numbers using the machine (widely considered to be the first complete computer program), she has been described as the first computer programmer.

Construction[edit]

Late in his life, Babbage sought ways to build a simplified version of the machine, and assembled a small part of it before his death in 1871.^[1][7][23]

In 1878, a committee of the British Association for the Advancement of Science described the analytical engine as «a marvel of mechanical ingenuity», but recommended against constructing it. The committee acknowledged the usefulness and value of the machine, but could not estimate the cost of building it, and were unsure whether the machine would function correctly after being built.^[24][25]

Intermittently from 1880 to 1910,^[27] Babbage’s son Henry Prevost Babbage was constructing a part of the mill and the printing apparatus. In 1910, it was able to calculate a (faulty) list of multiples of pi.^[28] This constituted only a small part of the whole engine; it was not programmable and had no storage. (Popular images of this section have sometimes been mislabelled, implying that it was the entire mill or even the entire engine.) Henry Babbage’s «analytical engine mill» is on display at the Science Museum in London.^[26] Henry also proposed building a demonstration version of the full engine, with a smaller storage capacity: «perhaps for a first machine ten (columns) would do, with fifteen wheels in each».^[29] Such a version could manipulate 20 numbers of 25 digits each, and what it could be told to do with those numbers could still be impressive. «It is only a question of cards and time», wrote Henry Babbage in 1888, «… and there is no reason why (twenty thousand) cards should not be used if necessary, in an analytical engine for the purposes of the mathematician».^[29]

In 1991, the London Science Museum built a complete and working specimen of Babbage’s Difference Engine No. 2, a design that incorporated refinements Babbage discovered during the development of the analytical engine.^[5] This machine was built using materials and engineering tolerances that would have been available to Babbage, quelling the suggestion that Babbage’s designs could not have been produced using the manufacturing technology of his time.^[30]

In October 2010, John Graham-Cumming started a «Plan 28» campaign to raise funds by «public subscription» to enable serious historical and academic study of Babbage’s plans, with a view to then build and test a fully working virtual design which will then in turn enable construction of the physical analytical engine.^[31][32][33] As of May 2016, actual construction had not been attempted, since no consistent understanding could yet be obtained from Babbage’s original design drawings. In particular it was unclear whether it could handle the indexed variables which were required for Lovelace’s Bernoulli program.^[34] By 2017, the «Plan 28» effort reported that a searchable database of all catalogued material was available, and an initial review of Babbage’s voluminous Scribbling Books had been completed.^[35]

Many of Babbage’s original drawings have been digitised and are publicly available online.^[36]

Instruction set[edit]

Babbage is not known to have written down an explicit set of instructions for the engine in the manner of a modern processor manual. Instead he showed his programs as lists of states during their execution, showing what operator was run at each step with little indication of how the control flow would be guided.

Allan G. Bromley has assumed that the card deck could be read in forwards and backwards directions as a function of conditional branching after testing for conditions, which would make the engine Turing-complete:

…the cards could be ordered to move forward and reverse (and hence to loop)…^[14]

The introduction for the first time, in 1845, of user operations for a variety of service functions including, most importantly, an effective system for user control of looping in user programs.
There is no indication how the direction of turning of the operation and variable cards is specified. In the absence of other evidence I have had to adopt the minimal default assumption that both the operation and variable cards can only be turned backward as is necessary to implement the loops used in Babbage’s sample programs. There would be no mechanical or microprogramming difficulty in placing the direction of motion under the control of the user.^[37]

In their emulator of the engine, Fourmilab say:

The Engine’s Card Reader is not constrained to simply process the cards in a chain one after another from start to finish. It can, in addition, directed by the very cards it reads and advised by whether the Mill’s run-up lever is activated, either advance the card chain forward, skipping the intervening cards, or backward, causing previously-read cards to be processed once again.

This emulator does provide a written symbolic instruction set, though this has been constructed by its authors rather than based on Babbage’s original works. For example, a factorial program would be written as:

N0 6
N1 1
N2 1
×
L1
L0
S1
–
L0
L2
S0
L2
L0
CB?11

where the CB is the conditional branch instruction or «combination card» used to make the control flow jump, in this case backward by 11 cards.

Influence[edit]

Predicted influence[edit]

Babbage understood that the existence of an automatic computer would kindle interest in the field now known as algorithmic efficiency, writing in his Passages from the Life of a Philosopher, «As soon as an analytical engine exists, it will necessarily guide the future course of the science. Whenever any result is sought by its aid, the question will then arise—By what course of calculation can these results be arrived at by the machine in the shortest time?»^[38]

Computer science[edit]

From 1872 Henry continued diligently with his father’s work and then intermittently in retirement in 1875.^[39]

Percy Ludgate wrote about the engine in 1914^[40] and published his own design for an analytical engine in 1909.^[41][42] It was drawn up in detail, but never built, and the drawings have never been found. Ludgate’s engine would be much smaller (about 8 cubic feet (230 L), which corresponds to cube of side length 2 feet (61 cm)) than Babbage’s, and hypothetically would be capable of multiplying two 20-decimal-digit numbers in about six seconds.^[43]

In his work Essays on Automatics (1914) Leonardo Torres Quevedo, inspired by Babbage, designed a theoretical electromechanical calculating machine which was to be controlled by a read-only program. The paper also contains the idea of floating-point arithmetic.^[44][45][46] In 1920, to celebrate the 100th anniversary of the invention of the arithmometer, Torres presented in Paris the Electromechanical Arithmometer, which consisted of an arithmetic unit connected to a (possibly remote) typewriter, on which commands could be typed and the results printed automatically.
^[47][48]

Vannevar Bush’s paper Instrumental Analysis (1936) included several references to Babbage’s work. In the same year he started the Rapid Arithmetical Machine project to investigate the problems of constructing an electronic digital computer.^[49]

Despite this groundwork, Babbage’s work fell into historical obscurity, and the analytical engine was unknown to builders of electromechanical and electronic computing machines in the 1930s and 1940s when they began their work, resulting in the need to re-invent many of the architectural innovations Babbage had proposed. Howard Aiken, who built the quickly-obsoleted electromechanical calculator, the Harvard Mark I, between 1937 and 1945, praised Babbage’s work likely as a way of enhancing his own stature, but knew nothing of the analytical engine’s architecture during the construction of the Mark I, and considered his visit to the constructed portion of the analytical engine «the greatest disappointment of my life».^[50] The Mark I showed no influence from the analytical engine and lacked the analytical engine’s most prescient architectural feature, conditional branching.^[50] J. Presper Eckert and John W. Mauchly similarly were not aware of the details of Babbage’s analytical engine work prior to the completion of their design for the first electronic general-purpose computer, the ENIAC.^[51][52]

Comparison to other early computers[edit]

If the analytical engine had been built, it would have been digital, programmable and Turing-complete. It would, however, have been very slow. Luigi Federico Menabrea reported in Sketch of the Analytical Engine: «Mr. Babbage believes he can, by his engine, form the product of two numbers, each containing twenty figures, in three minutes».^[53]
By comparison the Harvard Mark I could perform the same task in just six seconds. A modern CPU could do the same thing in under a billionth of a second.

In popular culture[edit]

• The cyberpunk novelists William Gibson and Bruce Sterling co-authored a steampunk novel of alternative history titled The Difference Engine in which Babbage’s difference and analytical engines became available to Victorian society. The novel explores the consequences and implications of the early introduction of computational technology.
• Moriarty by Modem, a short story by Jack Nimersheim, describes an alternative history where Babbage’s analytical engine was indeed completed and had been deemed highly classified by the British government. The characters of Sherlock Holmes and Moriarty had in reality been a set of prototype programs written for the analytical engine. This short story follows Holmes as his program is implemented on modern computers and he is forced to compete against his nemesis yet again in the modern counterparts of Babbage’s analytical engine.^[57]

• A similar setting is used by Sydney Padua in the webcomic The Thrilling Adventures of Lovelace and Babbage.^[58][59] It features an alternative history where Ada Lovelace and Babbage have built the analytical engine and use it to fight crime at Queen Victoria’s request.^[60] The comic is based on thorough research on the biographies of and correspondence between Babbage and Lovelace, which is then twisted for humorous effect.
• The Orion’s Arm online project features the Machina Babbagenseii, fully sentient Babbage-inspired mechanical computers. Each is the size of a large asteroid, only capable of surviving in microgravity conditions, and processes data at 0.5% the speed of a human brain.^[61]

References[edit]

Bibliography[edit]

External links[edit]

• The Babbage Papers, Science Museum archive
• The Analytical Engine at Fourmilab, includes historical documents and online simulations
• «Image of the «General Plan of Babbage’s great calculating engine» (1840), plus a modern description of operational & programming features». Archived from the original on 21 August 2008.
• Image of a later Plan of Analytical Engine with grid layout (1858)
• First working Babbage «barrel» actually assembled, circa 2005
• Special issue, IEEE Annals of the History of Computing, Volume 22, Number 4, October–December 2000 (subscription required)
• Babbage, Science Museum, London (archived)
• «The Marvellous Analytical Engine- How It Works». 2D Goggles. 31 May 2015. Archived from the original on 26 November 2021. Retrieved 23 August 2017.
• Plan 28: Building Charles Babbage’s Analytical Engine

Аналитическая машина Бэббиджа. Часть первая — кто такой Бэббидж и зачем нужны счётные машины

Аналитическую машину Чарльза Бэббиджа считают первым прообразом современного компьютера. Эта машина фактически на века опередила прогресс. Но как и многие колоссы, опережавшие своё время, так и не была воплощенна в металле. Как всякое великое изобретение она не могла родиться на пустом месте, а её создатель не мог быть заурядным человеком. В последующих постах я хочу немного рассказать о биографии этого человека, что его подтолкнуло с созданию этой машины и чем закончилось главное дело его жизни.

Откуда берутся гении

Родился Чарльз Бэббидж в семье банкира Бенджамина Бэббиджа, 26 декабря 1791 года. В связи со слабым здоровьем, Чарльз не посещал школы, однако рос весьма любознательным ребёнком. Получая новую игрушку, он неизменно задавал вопрос «Мама, а что находится внутри?» и пока не получал ответ, не давал покоя ни игрушке ни окружающим. Если ответ его не устраивал, игрушка подвергалась вскрытию. Я думаю многие читатели хабра узнают в себе подобную черту — блог «старое железо» не страдает от отсутствия контента.

К одиннадцати годам родители всё таки решаются отправить Чарльза в частную школу и помещают под опеку священника, содержащего школу в городке Алфингтон в Девоншире. Бенджамин Бэббидж попросил священника не давать сыну сильных учебных нагрузок, дабы не подорвать его слабое здоровье.

По окончанию этой школы у Чарльза начинается настоящее обучение — его отправляют в академию в Энфилде, где он знакомится с учебником, определившим увлечение всей его дальнейшей жизни. Это было «Руководство Уорда для юных математиков». Он настолько увлёкся алгеброй, что поступив в Кэмбридж с удивлением обнаружил что знает о ней куда больше, чем его репетитор.

В 1811 году Чарльз становится студентом Тринити Коледжа — самого знаменитого коледжа Кембриджа. На тот момент из дверей этого учебного заведения уже вышли такие знаменитые личности как Исаак Барроу и его ученик Исаак Ньютон. Ближе к нашим дням данный колледж оканчивали такие личности как Бертран Рассел, ряд британских монархов и принцев (включая принца Чарльза).

(Тринити коледж, 1838 год)

Но вернёмся к нашему студенту. Обучаясь в Кэмбридже, Чарльз пришёл в выводу что Британия сильно отстала от континентальной Европы по уровню математической подготовки. Как результат родилось «Аналитическое общество», куда входили его друзья — Джон Гершель и Джордж Пикок. На встречах общества друзья обсуждают труды континентальных коллег, издают «Записики Аналитического общества».

Чарльз считал способности своих друзей куда выше собственных и дабы не быть третьим в Тринити коледже он переходит в колледж святого Петра, который он заканчивает на первом месте.

Перед нами вырисовывается портрет пытливого, способного, талантливого и честолюбивого молодого человека. Данное сочетания черт мало кому может позволить прожить жизнь тихо и спокойно. Наш герой не стал исключением. Естественно он интересовался актуальными и передовыми проблемами математики. Одной из таких проблем была проблема эффективного быстрого и точного составление различных таблиц — логарифмических, арифметических, таблиц процентов и т.п.

Почему именно таблицы?

Предпосылки появления вычислительных машин

Стоит вспомнить что на конец восемнадцатого — начало девятнадцатого века пришёлся пик промышленной революции, лидером которой была Британия. Переход от ручного труда к промышленным масштабам сопровождался, так сказать, бурным ростом других секторов экономики. Росло банковское и страховое дело, увеличивался объём морских перевозок, строительства — всё это требовало большого количества вычислений — расчёт сложных процентов, вычисление географических координат, инженерных расчётов и т.п. Уже в восемнадцатом веке мореходами активно использовались различные таблицы.

В 1776 году появился на свет «Морской календарь» (его автор — ученый доктор Маскелин, впоследствии королевский астроном). Календарь представлял из себя свод астрономических, навигационных и логарифмических таблиц, основанных на наблюдениях астронома Брэдли. Не смотря на невиданную доселе тщательность, данный труд имел немало ошибок и неточностей, порождённых малой точностью исходных данных, неточностью вычислений и ошибками при переписывании.

Интересный случай показывает к чему могут привести подобные ошибки. После окончания Англо-Испанской войны в средиземном море встретились Английское и Испанское суда. Свежеиспечёные друзья решили оказать друг другу знаки почтения и обменятся подарками. На счастье Английского капитана, его Испанский коллега решил преподнести ему лишь серебряный поднос. А вот Испанскому капитану повезло меньше — Англичанин преподнёс ему, без всякого злого умысла, навигационные таблицы Томаса Юнга. Издание было высочайшего качества, однако таблицы были совершенно не верными, так как не учитывали високосных годов. Испанского капитана, принявшего такой дар, больше никто никогда не видел, а вот Английский капитан прекрасно добрался до места назначения, используя французские и итальянские таблицы.

(Навигационный прибор 18го века. Источник)

«Морской календарь» выходил ежегодно, издателям приходилось держать большой штат корректоров, но даже это не спасало от ошибок.

В конце 18го века был предложен оригинальный способ организации вычислительного труда, повышающий надежность вычислений. Его автором был математик Гаспар Клэр Франсуа маркиз де Прони.

Вычисления были организованны по «конвеерной системе» состоящей из трёх групп. Первая, наиболее малочисленная, наиболее квалифицированная состояла из 5-6 математиков. Она занималось выбором формул и составлением схем расчётов. Вторая из 7-8 математиков по выбранным формулам определяла значения функций с шагом 5-6 интервалов. Третья же, наиболее многочисленная, состояла из девяноста вычислителей низкой квалификации, которые занимались уплотнением таблицы, заполняя интервалы, вычисленные на предыдущем этапе. Две группы вычислителей работали параллельно, сверяя свои результаты.

Бэббидж заинтересовался данной схемой и у него родилась идея заменить последний этап ручных вычислений, механической машиной, которая позволяла бы автоматизировать, как он писал «самые примитивные действия человеческого интеллекта».

(Калькулятор Блеза Паскаля. 17ый век. Источник)

Машины, способные производить простые операции сложения, вычитания и даже умножения к тому времени создавались уже не первый век различными математиками и механиками, хотя большого распространения на тот момент не получили. Бэббидж же задумал не просто «механические счёты». У него родилась идея специализированного вычислительного устройства, заточенного под создание таблиц, позволявшего вычислять их быстро, эффективно, требовавших невысокой квалификации персонала, а также (что немаловажно) позволявших фиксировать результаты проведённых вычислений на бумаге.

Для второго десятилетия девятнадцатого века это была весьма смелая задумка. Однако даже сам Бэббидж ещё не догадывался как далеко его заведёт, родившаяся в его голове в 1812-м году идея.

В следующей части я расскажу о создании разностной машины Чарльза Бэббиджа и рождении идеи создания Аналитической машины.

Основной источник, использованный при подготовке текста — «От абака до компьютера», Р. С. Гутер, Ю. Л. Поплунов, Москва 1981г.

Вторая часть.
Третья часть.

Чарльз Бэббидж
Charles Babbage

Английский математик. Изобретатель первой аналитической вычислительной машины.
Иностранный член-корреспондент Императорской академии наук в Санкт-Петербурге.
Разработал проект универсальной цифровой вычислительной машины: прообраза ЭВМ.

Чарльз Бэббидж родился 26 декабря 1791 года в городе Лондон. Мальчик вырос в семье банкира. В связи со слабым здоровьем при обучении, учителя избегали сильных учебных нагрузок. Поэтому настоящее обучение началось в академии в Энфилде, где юноша начал проявлять повышенный интерес к математике. Обучаясь в Тринити-колледже в Кембридже, молодой человек много занимался самостоятельным образованием, в итоге обогнав своих преподавателей математики. В 23 года получил степень бакалавра, в 36 лет стал профессором математических наук в Кембридже. Оставив пост через двенадцать лет, занялся разработкой вычислительной машины.

     Деятельность Чарльза Бэббиджа была очень разносторонней: экспедиция на Везувий, погружения в водолазном колоколе, археологические раскопки, геология, изучение безопасности железнодорожного движения, участие в реформировании почтовой системы в Англии. В его поле интересов находилось изучение теории функционального анализа, электромагнетизма, философии и политической экономии, вопросы шифрования, оптика.

    Изобретатель и создатель спидометра, тахометра, офтальмоскопа, сейсмографа, устройства для наведения артиллерийского орудия, Чарльз разработал много оборудования для обработки металла: поперечно-строгальный и токарно-револьверный станки, методы изготовления зубчатых колес, заточки инструментов и литья под давлением.

     Ученый выступал одним из основателей Лондонского статистического общества. Кроме того, Бэббидж являлся очень общительным человеком. Часто, по субботам собирал в доме гостей. Иногда приходило до 200 или 300 человек, среди которых были такие знаменитые люди того времени, как: Фуко, Пьер Лаплас, Чарльз Дарвин, Чарльз Диккенс, Александр Гумбольдт. Помимо этого поддерживал близкие отношения с Юнгом, Фурье, Пуассоном, Бесселем, Мальтусом.

     Впервые Бэббидж задумался о создании механизма, который позволил бы производить автоматически сложные вычисления с большой точностью в 1812 году. На эти мысли его натолкнуло изучение логарифмических таблиц, при пересчете которых выявлены многочисленные ошибки в вычислениях, обусловленные человеческим фактором. Еще тогда ученый начал осмысливать возможность проведения сложных математических расчетов при помощи механических аппаратов.

     Помимо этого, очень большое влияние на Бэббиджа оказали работы французского ученого барона де Прони, который предложил идею разделения труда при вычислении больших таблиц: логарифмических и тригонометрических. Чарльз предлагал разделить процесс вычисления на три уровня. Первый уровень: несколько выдающихся математиков, подготавливающих математическое обеспечение. Второй уровень: образованные технологи, которые организовывали рутинный процесс вычислительных работ. Третий уровень занимали сами вычислители, от которых требовалось лишь умение складывать и вычитать. Идеи Прони навели Бэббиджа на мысль о замене третьего уровня механическим устройством.

     Однако Бэббидж не сразу начал заниматься развитием идеи построения вычислительного механизма. Лишь в 1819 году, когда заинтересовался астрономией, более точно определил свои идеи и сформулировал принципы вычисления таблиц разностным методом при помощи машины, которую впоследствии назвал разностной. Эта машина должна была производить комплекс вычислений, используя только операцию сложения.

     В 1819 году Чарльз Бэббидж приступил к созданию малой разностной машины. Через три года, закончив ее строительство, 20 ноября 1822 года выступил перед Королевским Астрономическим обществом с докладом о применении машинного механизма для вычисления астрономических и математических таблиц. Ученый продемонстрировал работу машины на примере вычисления членов последовательности.

     Работа разностной машины основана на методе конечных разностей. Малая машина являлась полностью механической и состояла из множества шестеренок и рычагов. В ней использовалась десятичная система счисления. Механизм оперировал 18-разрядными числами с точностью до восьмого знака после запятой и обеспечивала скорость вычислений 12 членов последовательности в 1 минуту. Машина могла считать значения многочленов 7-й степени.

     За создание малой разностной машины Бэббидж награжден золотой медалью Астрономического общества. Однако малая разностная машина являлась экспериментальной, так как имела небольшую память и не могла использоваться для больших вычислений.

     В 1822 году Бэббидж задумался о создании большой разностной машины, которая позволила бы заменить огромное количество людей, занимающихся вычислением различных астрономических, навигационных и математических таблиц. Это позволило бы сэкономить затраты на оплату труда, а также избавиться от ошибок, связанных с человеческим фактором.

     Со своим предложением профинансировать создание большой разностной машины Чарльз Бэббидж обратился в Королевское и Астрономическое общества. И те, и другие отозвались на это предложение положительно. В 1823 году Чарльз получил 1500 фунтов стерлингов и приступил к разработке новой машины. Математик планировал сконструировать машину за три года. Однако Бэббидж не учел сложности конструкции, а также технические возможности того времени. Уже к 1827 году оказалось затрачено 3500 фунтов стерлингов, из которых более 1000 составляли его личные деньги. Ход работы по созданию разностной машины сильно замедлился.

     Кроме того, на процесс конструирования машины большое влияние оказали трагические события в жизни Бэббиджа в 1827 году. В этот год ученый похоронил отца, жену и двоих детей. После этих событий у него ухудшилось самочувствие, и не мог заниматься конструированием машины. Чтобы восстановить здоровье, поехал в путешествие по континенту.

     После этого, в 1828 году Чарльз Бэббидж продолжил разработку, но денег уже не было. Изобретатель обращался ко многим обществам и правительству с просьбой о помощи. Только в 1830 году получил от правительства еще девять тысяч фунтов стерлингов, после чего продолжил конструирование разностной машины.

     В 1834 году работы по созданию машины снова приостановились. На тот момент уже затрачено 17000 фунтов государственных денег и от 6000 до 7000 личных. С 1834 по 1842 год Правительство обдумывало, оказывать поддержку проекту или нет, а в 1842 году полностью отказалось финансировать проект. Разностная машина так и не была достроена. Механизм должна был состоять из 25 000 деталей, весить почти 14 тонн и быть 2,5 метра высотой. Кроме того, разностная машина должна была быть оснащена печатным устройством для вывода результатов. Память рассчитана на 1000 50-разрядных чисел.

     В 1851 году Чарлз Бэббидж предпринял попытку сконструировать улучшенную версию разностной машины: «Разностную машину 2». Но и этот проект оказался неудачным. Однако труды ученого по созданию разностной машины не пропали даром. Через три год шведский изобретатель Шойц по работам Бэббиджа построил несколько разностных машин. А еще через некоторое время Мартин Виберг усовершенствовал машину Шойца и использовал ее для расчетов и публикации логарифмических таблиц.

     Несмотря на неудачу с разностной машиной, Бэббидж задумался о создании программируемой вычислительной машины, которую назвал аналитической, выступавшей прообразом современного компьютера. В отличие от разностной машины, аналитическая позволяла решать более широкий ряд задач. Именно она стала делом его жизни и принесла посмертную славу. Математик предполагал, что построение новой машины потребует меньше времени и средств, чем доработка разностной машины, так как должна состоять из более простых механических элементов.

     Архитектура современного компьютера во многом схожа с архитектурой аналитической машины. В аналитической машине Бэббидж предусмотрел следующие части: склад, фабрика или мельница, управляющий элемент и устройства ввода-вывода информации. Склад предназначался для хранения как значений переменных, с которыми производятся операции, так и результатов операций. В современной терминологии это называется памятью. Мельница, по типу современного процессора должна была производить операции над переменными, а также хранить в регистрах значение переменных, с которыми в данный момент осуществляет операцию.

     Третье устройство, которому Бэббидж не дал названия, осуществляло управление последовательностью операций, помещением переменных в склад и извлечением их из склада, а также выводом результатов. Оно считывало последовательность операций и переменные с перфокарт. Перфокарты являлись двух видов: операционные карты и карты переменных. Из операционных карт можно составить библиотеку функций. Кроме того, по замыслу Бэббиджа, Аналитическая машина должна содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования.

     Для создания компьютера в современном понимании оставалось лишь придумать схему с хранимой программой, что было сделано 100 лет спустя Эккертом, Мочли и Фон Нейманом. Бэббидж разрабатывал конструкцию аналитической машины в одиночку. Изобретатель часто посещал промышленные выставки, где были представлены различные новинки науки и техники. Именно там состоялось его знакомство с Адой Августой Лавлейс, дочерью Джорджа Байрона, которая стала его очень близким другом, помощником и единственным единомышленником.

     Бэббидж ездил по приглашению итальянских математиков в Турин, где читал лекции о своей машине. Луиджи Менабреа, преподаватель туринской артиллерийской академии, создал и опубликовал конспект лекций на французском языке. Позже Ада Лавлейс перевела эти лекции на английский язык, дополнив их комментариями по объему превосходящими исходный текст. В комментариях Ада сделала описание ЦВМ и инструкции по программированию к ней. Это были первые в мире программы. Именно поэтому Аду Лавлейс справедливо называют первым программистом. Однако, аналитическая машина так и не была закончена.

     Вот, что писал Бэббидж в 1851 году: «Все разработки, связанные с Аналитической машиной, выполнены за мой счет. Я провел целый ряд экспериментов и дошел до черты, за которой моих возможностей не хватает. В связи с этим я вынужден отказаться от дальнейшей работы». Несмотря на то, что Бэббидж подробно описал конструкцию аналитической машины и принципы ее работы, она так и не была построена при его жизни. Чарльз не стал просить помощи у правительства, так как понимал, что после неудачи с разностной машиной ему все равно откажут.

     В 1864 году Чарлз Бэббидж написал: «Пройдет, вероятно, полстолетия, прежде чем люди убедятся, что без тех средств, которые я оставляю после себя, нельзя будет обойтись». В своем предположении ошибся на 30 лет. Только через 80 лет после этого высказывания построена машина МАРК-I, которую назвали «осуществленной мечтой Бэббиджа». Архитектура МАРК-I являлась очень схожа с архитектурой аналитической машины. Говард Эйкен на самом деле серьезно изучал публикации Бэббиджа и Ады Лавлейс перед созданием своей машины, причем его машина идеологически незначительно ушла вперед по сравнению с недостроенной аналитической машиной. Производительность МАРК-I оказалась всего в десять раз выше, чем расчетная скорость работы аналитической машины.

     Только после смерти Чарлза Бэббиджа его сын, Генри Бэббидж, продолжил начатое отцом дело. В 1888 году Генри сумел построить по чертежам отца центральный узел аналитической машины. А в 1906 году, совместно с фирмой Монро построил действующую модель аналитической машины, включающую арифметическое устройство и устройство для печатания результатов. Машина Бэббиджа оказалась работоспособной.

    Умер Чарльз Бэббидж 18 октября 1871 года в Лондоне в возрасте 79 лет. Похоронен на кладбище Кенсал Грин в Лондоне. Ученый внес огромный вклад в развитие вычислительной техники и являлся первым автором идеи создания компьютера.

Далеко не каждый человек знает, кем была изобретена первая аналитическая машина. Тем не менее, это устройство стало предшественником современных ЭВМ. Этот прибор фактически на века опередил научно-технический прогресс. Но, к сожалению, его так не удалось создать на практике. Однако сама задумка, принадлежавшая Чарльзу Бэббиджу, и ее детальное описание стали основой последующего развития вычислительной техники.

Зачем нужна была аналитическая машина

Идея создания первой подобной машины была взята из работ французского ученого – барона Гаспара де Прони. Он руководил бюро переписи, которое функционировало при правительстве Франции в период с 1790 по 1800 годы. Исследователь стремился усовершенствовать логарифмические и тригонометрические таблицы, поскольку в них присутствовало много ошибок.

«Предки» аналитической машины

Идею создать такое устройство впервые выдвинул немецкий инженер Иоганн Мюллер. Его книга с этими сведениями была издана в 1788 году. Впоследствии Бэббидж ознакомился с задумкой Мюллера. Однако так и не удалось установить, когда это произошло.

Эксперты считают, что ключевые идеи для своей разработки Бэббидж взял из работ Гаспара де Прони, который возглавлял бюро переписи при правительстве Франции. Именно на основе его разработок и была создана аналитическая машина.

Чем она лучше других устройств

Устройство, придуманное Бэббиджем, представляло собой универсальный вычислительный автомат. Он должен был функционировать по определенной программе без человеческого вмешательства. Свою машину ученый назвал аналитической. Через сотню лет она стала основой создания ЭВМ.

В 1834 году Чарльз Бэббидж создал описание своего прибора. По сути, это был проект компьютера общего назначения. В нем подразумевалось использование перфокарт. При этом в качестве источника энергии планировалось применение парового двигателя.

Кто ее изобрел

Устройство изобрел Чарльз Бэббидж. Ученого считают основателем современной вычислительной техники. В работе исследователя прослеживаются 2 направления. Он занимался созданием аналитической и разностной машин. Созданное ученым аналитическое устройство базируется на принципе программного управления и представляет собой предка современных ЭВМ.

В 1822 году исследователю удалось создать первую маленькую модель своего устройства. Он назвал прибор разностной машиной. В структуру механизма входили валики и шестерни, которые вращались вручную или при помощи особого рычага. Разностная модель имела возможность осуществлять управление 6-значными числами и выражать в них любую функцию второй разностью.

Важность устройства Бэббиджа заключалась в том, что оно могло не только выполнять однократно заданное действие, но и производить запрограммированные расчеты. Сам ученый представлял предназначение своего устройства довольно четко. Он ратовал за применение математических методов в разных сферах науки и предсказывал, что вычислительные приборы со временем получат широкое распространение.

Впоследствии исследователь обратился к британскому правительству с просьбой профинансировать его разработки. Власти заинтересовались проектом ученого и выделили средства на его последующее развитие. В 1834 году Бэббидж приступил к созданию более сложного прибора – аналитической машины. Она могла выполнять конкретные действия по заданной оператором инструкции.

Модель устройства с уверенностью можно назвать предком компьютера. Ключевым отличием аналитического прибора считается то, что он является программируемым, а потому способен выполнять любые заданные вычисления.

Сходства с современным компьютером

В основе работы аналитической машины Бэббиджа лежит принцип программного управления. По сути, устройство считается предшественником современных компьютеров. В проекте ученого, который был предложен в 1834 году, в структуру прибора входили такие компоненты:

1. Регистры памяти – считаются аналогами сегодняшних запоминающих устройств. Они использовались для хранения исходной информации и полученных результатов.
2. Барабан, который управляет машинными операциями, – считается прототипом устройства управления, которое применяется сейчас.
3. Арифметический блок – представляет собой аналог современного прибора для вычислений.
4. Перфокарты – представляют собой прототип ввода и вывода информации.

По сути, это можно считать архитектурой современных ЭВМ. Осталось только придумать систему совместного хранения информации и программ в памяти. Это удалось сделать спустя 100 лет коллективу ученых, который возглавил английский математик Джон фон Нейман.

Первая аналитическая машина считается предком компьютера. Это устройство было придумано известным ученым Чарльзом Бэббиджем. Исследователь описал прибор еще в далеком 1834 году.

Чарльз бэббидж

Charls
Babbige

(26.12.1791
– 18.10.1871)

Считается,
что первым ученым, предложившим
использовать принцип программного
управления для автоматического выполнения
арифметических
вычислений,
был Чарльз Бэббидж.

Английским
профессором математики Чарльзом
Бэббиджем (1791-1871) была разработана
полностью автоматическая вычислительная
машина с программным управлением.

Разочарованный
большим количеством ошибок в вычислениях
Королевского Астрономического Общества,
Бэббидж пришел к мысли о необходимости
автоматизации вычислений. Первая попытка
реализации такой машины была предпринята
Бэббиджем в 1822, когда он создал машину,
предназначенную для решения дифференциальных
уравнений, названную “разностной
машиной”.

Работа
модели основывалась на принципе,
известном в математике как «метод
конечных разностей». При вычислении
многочленов используется только операция
сложения, которая легко автоматизируется.
Бэббиджем была использована десятичная
система счисления, а не двоичная, как в
современных компьютерах.

В
1871 году Бэббидж изготовил опытный
образец арифметического устройства
(«завода») аналитической машины и
принтера.

Картонные
перфокарты

Первое
устройство, которое Бэббидж называет
«store» предназначено для хранения цифровой
информации на регистрах из колес; в
современных машинах это—запоминающее
устройство.

Во
втором устройстве с числами, взятыми
из памяти, проводятся цифровые операции;
у Бэббиджа оно носит название «mill», в
настоящее время — арифметическое
устройство.

Третье
устройство управляет последовательностью
операций, выборкой чисел, с которыми
производятся операции, и выводом
результатов. Бэббидж оставил это
устройство без названия; по современной
терминологии этот «мозг» машины
называется устройством управления.

В
конструкцию аналитической машины также
входило устройство ввода-вывода.
Предполагая, что скорость движущихся
частей машины не превышает 40 фут/мин
(12 м/мин), Бэббидж оценивал ее быстродействие
следующими цифрами: сложение (вычитание)
двух 50-разрядных чисел производится со
скоростью 60 сложений в минуту или 1
операция в секунду; умножение двух
50-разрядных чисел — со скоростью 1
операция в минуту; деление числа из 100
разрядов на число из 50 разрядов— со
скоростью 1 операция в минуту.

Перфокарты,
с помощью которых Бэббидж предполагал
автоматизировать работу аналитической
машины, могут быть разделены на две
основные группы: операционные и
управляющие. С помощью операционных
перфокарт осуществлялись сложение,
вычитание, умножение и деление чисел,
находящихся в арифметическом устройстве.

С
помощью управляющих перфокарт
осуществлялась передача чисел как
внутри машины (из памяти в арифметическое
устройство и обратно), так и в системе
— «человек-машина» (ввод оператором
новых чисел в память машины и вывод
результатов вычислений на печать).

Ада Лавлейс (1815-1842)

Большую
помощь в работе над аналитической
машиной оказывала Бэббиджу графиня Ада
Лавлейс (1815-1842), дочь английского поэта
Байрона.

Ада
Лавлейс была одним из немногих людей,
кто полностью понял проект Бэббиджа.
Она помогала добиваться финансирования
работы Британским правительством и
вела большую работу по популяризации
проекта, описывая его в научных статьях
и докладах.

Прекрасное
понимание леди Лавлейс принципов работы
аналитической машины позволило ей
создавать программы (последовательность
инструкций для аналитической машины).
Таким образом, ее можно считать первым
программистом. В 80-ых годах ХХ-го столетия
в ее честь был назван язык программирования
АДА.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #