26. detsember 2015 kell 22:44

Charles Babbage, matemaatik ja maailma esimese arvuti leiutaja: 224. sünniaastapäev

Charles Babbage 1860. aastal

224 aastat tagasi, 26. detsembril 1791, sündis Londonis, Walworth Roadil Crosby Row 44-s poiss, kes sai nimeks Charles. Kokku oli pankur Benjamin Babbage’i peres neli last.

Charles oli lapsepõlves palju haige ja kaheksa-aastaselt saadeti ta pärast tõsist palavikku, mis peaaegu ta elu lõpetas, isegi maale kooli, et tervist parandada. Ja pärast seda tuli tal tervislikel põhjustel sageli õppida kodus eraõpetajate juures.

Õpingute ajal hakkas Charles tõsiselt matemaatika vastu huvi tundma. Olles astunud Holmwoodi akadeemiasse, veetis ta palju aega sealses raamatukogus matemaatikateemalisi raamatuid lugedes ja tema vanemad palkasid tema palvel lisaks instituudi programmile õpetajaid, kes aitasid tal sellest teadusest kodus aru saada. Üks õpetajatest parandas Charlesi haridust kraadini, mis sobis Cambridge'i sisenemiseks.

Olles 1810. aasta oktoobris Cambridge'i sisenenud ja seal lühikest aega õppinud, oli Charles pettunud matemaatika õpetamise kohalikus tasemes. Charles kohtus teiste andekate õpilastega – George Peacockiga (tulevane kuulus matemaatik), John Herscheliga (tulevane matemaatik, astronoom, keemik, botaanik, leiutaja ja eksperimentaalfotograaf) ja teistega.

Koos korraldati nn. "Analüütiline selts", mille teenete hulka kuulub muu hulgas Leibnizi sümboolika edendamine diferentsiaalvõrranditega töötamiseks. Enne seda tõlkisid nad ühiselt prantsuse matemaatiku Sylvester Lacroix’ õpiku “Integraal- ja diferentsiaalarvutuse teaduslikud alused”. Alustades koomilise tudengiprojektina, oli 1830. aastateks analüüsiühingust saanud ülikooli ametlik osakond ja see on seal tänaseni.

Pärast Cambridge'i pidas Charles loenguid ja töötas koos Herscheliga elektriga seotud teadustöö alal. Ta kirjutas raamatuid ja püüdis poliitikas kaasa lüüa. Tema 1832. aastal ilmunud tööstusliku tootmise korraldusele pühendatud raamat "Mehhanismide ja tootmise ökonoomika" avaldas fundamentaalset mõju operatsioonide uurimise matemaatilistele meetoditele (matemaatilisel modelleerimisel põhinevate optimaalsete lahenduste leidmise meetodite väljatöötamine ja rakendamine, statistiline modelleerimine ja erinevad heuristilised lähenemisviisid). Eelkõige propageeris raamat aktiivselt tööjaotuse põhimõtet ja tõestas, et see tehnika suurendab tootmise efektiivsust. Suurbritannias nimetatakse seda põhimõtet nüüd Babbage'i põhimõtteks.

Lisaks oli Babbage huvitatud inseneritööst, eelkõige rongide käitamisest. Ta leiutas kolmnurkse seadme nimega "tuisk" või "rajapuhastaja", mida sageli nimetati "tapamajaks" (analoogia põhjal võib meenutada maasturite "luudade valvureid") - see aitas raudteerööpad kiiresti võõrkehadest puhastada. (ja olendid). Samuti töötas ta välja spetsiaalse dünamomeetriga auto, mis mõõdab raudteerööpa erinevaid kriitilisi parameetreid.

Osalenud Astronoomia Seltsi loomisel ja astronoomiliste arvutuste ühtse standardi loomisel. Just loendustabelite vigade parandamise töö andis Babbage'ile idee rutiinse loendamise mehhaniseerimisest.

Tsitaat ajaloolisest eluloost:

1812. aastal istus ta ühes oma toas ja vaatas vigu täis logaritmiabeleid. Ja äkki tuli tal idee need numbrid masinate abil automaatselt välja arvutada. Prantsusmaa valitsus on välja töötanud uue meetodi tabelite loendamiseks. 3-4 matemaatikut lahendasid arvutusülesandeid, veel kümmekond jagasid töö lihtsamateks osadeks ning rutiinne töö ise, mis koosnes liitmisest ja korrutamisest, jäi 80 loenduri kanda, kes ei saanud matemaatikast midagi rohkemat kui need kaks lihtsat. tegevused. Seega hakati masstootmist kasutama matemaatilistel eesmärkidel. Babbaget köitis mõte, et kogenematute raamatupidajate töö võiks täielikult asendada mehhanismidega, mis töötaksid usaldusväärsemalt ja kiiremini.

Arvutite tööjaotuse idee kuulus Gaspard de Pronyle, kes juhtis aastatel 1790–1800 Prantsusmaa rahvaloendusbürood.

1822. aastal avaldas Babbage artikli, milles kirjeldas masinat, mis võiks asendada inimese kalkulaatoreid, ja alustas peagi selle praktilist loomist. Matemaatikuna tundis Babbage funktsioonide polünoomide järgi lähendamise ja lõplike erinevuste arvutamise meetodit. Selle protsessi automatiseerimiseks hakkas ta projekteerima masinat, mida nimetati erinevusmasinaks. See masin pidi suutma arvutada polünoomide väärtusi kuni kuuenda astmeni täpsusega kuni 18. numbrini.

Kahjuks ei suutnud leiutaja ehitada oma eluajal ette kujutatud masinast täielikult töötavat versiooni. Kolme aasta asemel kulutas ta sellele rohkem kui 9 aastat, selle loomise eelarve kasvas 10 korda, kuid ta ei osanud ette näha kõiki oma idee elluviimisega kaasnevaid raskusi.

Pärast seda, kui valitsus keeldus ebaõnnestunud projekti rahastamiseks lisaraha andmast, hakkas Babbage töötama mehaanilise arvuti üldisema versiooni, "analüütilise mootori" kallal, mida ta nimetas erinevuste mootoriks nr 2.

Pärast tema surma 19. sajandi teisel poolel suutsid teised leiutajad tema jooniseid kasutades ehitada tööversioone erinevusmootoritest, millest ühte kasutati isegi sihtotstarbeliselt, logaritmitabelite arvutamiseks ja avaldamiseks.

Üks erinevusmootoritest, mille ehitas teine ​​leiutaja Babbage'i jooniste järgi

Ajavahemikul 1989–1991, Charles Babbage'i kahesajandaks sünniaastapäevaks, koostati Londoni teadusmuuseumis Difference Engine nr 2 töökoopia. Aastal 2000, samuti Babbage'i leiutatud printer oma masina jaoks hakkas tegutsema samas muuseumis. Pärast vanadel joonistel leitud väiksemate projekteerimise ebatäpsuste kõrvaldamist töötasid mõlemad kujundused laitmatult.

Meie ajal leiutaja jooniste järgi ehitatud erinevusmootor, mis asub Londoni muuseumis

Leiutaja leiutatud analüütiline mootor on tänapäevase digitaalarvuti otsene prototüüp. Babbage ühendas üheks loogiliseks ahelaks aritmeetilise seadme (mida ta nimetas "veskiks"), ühtseks tervikuks ("ladu") kombineeritud mäluregistrid ja kolme tüüpi perfokaartide abil rakendatud sisend-/väljundseadme. Perforeeritud operatsioonikaardid lülitasid masina liitmise, lahutamise, jagamise ja korrutamise režiimide vahel. Muutuvad perfokaardid juhtisid andmete ülekandmist mälust aritmeetikaseadmesse ja tagasi. Numbrilisi perfokaarte sai kasutada nii andmete sisestamiseks masinasse kui ka arvutustulemuste salvestamiseks, kui mälust ei piisa.

Masina teine ​​kaasaegne koopia asub Californias Mountain View'is asuvas arvutiajaloo muuseumis:

Analüütilise mootori kallal töötades pidas Babbage kirjavahetust Briti matemaatiku Ada Lovelace'iga. Nad kohtusid Babbage'iga, kui ta oli vaid 17-aastane. Seejärel ei andnud ta talle mitte ainult ideid masina kujundamiseks, vaid töötas välja ka algoritmi selle toimimiseks Bernoulli arvude arvutamiseks. Sellega seoses nimetatakse teda sageli ajaloo esimeseks programmeerijaks.

2011. aastal töötasid Babbage'i Briti austajad välja plaani ehitada analüütiline mootor täielikult sellisel kujul, nagu autor seda kavatses. Algatus kandis nime "Plaan 28". Siiani pole neil õnnestunud oma projektile mitme miljoni naela rahastust leida, kuid nad loodavad selle lõpule viia vähemalt 2021. aastal, leiutaja 150. surma-aastapäeval. Kaasaegsetesse ühikutesse tõlgituna on sellisel masinal 675 baiti mälu ja see töötab sagedusel 7 Hz.

Rohkem kui 40 aastat elas ja töötas Babbage Westminsterist põhja pool Marylebone'is 1 Dorset Street. Ta suri seal, 79-aastaselt, 18. oktoobril 1871. aastal. Nüüd võib sellelt aadressilt leida tema nimega ümmarguse mälestustahvli.

Sildid: lisa sildid

Charles Babbage'i peetakse kaasaegse andmetöötluse rajajaks. Charles Babbage’i töös saab jälgida kahte suunda: erinevus- ja analüütilised arvutid. Charles Babbage'i analüütiline mootor kasutab programmijuhtimise põhimõtet ja on kaasaegsete arvutite eelkäija.

Charles Babbage'i aparaadi esimene väikemudel

Aastal 1822 lõi Charles Babbage oma aparaadist esimese väikese mudeli, mida nimetatakse "erinevusmootoriks". Vahemasina mehhanism koosnes rullidest ja hammasratastest, mida pöörati käsitsi spetsiaalse hoova abil. Erinevuste mootor suutis manipuleerida kuuekohaliste numbritega ja väljendada numbrites mis tahes funktsiooni, millel oli konstantne teisene erinevus. Charles Babbage'i erinevusmootori väärtus seisneb selles, et see ei suuda mitte ainult üks kord sooritada antud toimingut, vaid viia läbi ka terve arvutusprogrammi. Babbage ise oli oma masina otstarbe osas üsna selge. Ta propageeris matemaatiliste meetodite kasutamist erinevates teadusvaldkondades ja ennustas arvutite laialdast levikut.

Babbage pöördus Briti valitsuse poole palvega rahastada täiemahulist arendust. Ideest huvitatud Briti valitsus eraldas raha projekti edasiseks arendamiseks. 1834. aastal hakkas Babbage välja töötama veelgi keerukamat seadet - analüütilist mootorit, mis on võimeline sooritama teatud toiminguid vastavalt operaatori juhistele. Analüütilise mootori mudelit võib tegelikult pidada tänapäevase arvuti prototüübiks. Peamine erinevus analüütilise mootori ja erinevuse mootori vahel on see, et see on programmeeritav ja suudab teha mis tahes sellele antud arvutusi.

Charles Babbage'i analüütilise mootori põhimõte

Charles Babbage'i analüütiline mootor kasutab programmijuhtimise põhimõtet ja on kaasaegsete arvutite eelkäija.

Analüütilise mootori peamised osad

Analüütiline mootor koosnes järgmisest neljast põhiosast:

• plokk alg-, vaheandmete ja arvutustulemuste salvestamiseks. (koosnes hammasrataste komplektist, mis identifitseerivad numbreid nagu liitmismasin);
• laost pärit numbritöötlusüksus, mida nimetatakse veskiks (tänapäeva terminoloogias on see aritmeetiline seade);
• arvutusjärjestuse juhtseade (kaasaegses terminoloogias on see juhtseadme juhtseade);
• plokk algandmete sisestamiseks ja tulemuste printimiseks (tänapäeva terminoloogias on see sisend/väljundseade).

Analüütilist mootorit ei ehitanud kunagi Charles Babbge. Lisaks kroonilisele rahaliste vahendite nappusele on kõige olulisem põhjus tehnoloogiline. Sel ajal ei osatud metalli suure täpsuse ja suure tootlikkusega töödelda – ja projekti elluviimiseks oli vaja tuhandeid hammasrattaid.

Leiutaja pojal kindral Babbage'il oli suur mõju masina postuumsele saatusele. Pärast pensionile jäämist 1874. aastal pühendas ta mitu aastat oma isa pärandi uurimisele ja 1880. aastal alustas ta tööd Difference Engine'i riistvara taastamisega. Töö jätkus vahelduva eduga kuni aastani 1896. Lõpuks, 1904. aastaks, loodi väike fragment masinast, mis trükkis arvutuste tulemused. Lisaks tegi Babbage Jr mitu Difference Engine'i minikoopiat ja saatis need üle maailma.

1991. aastal, teadlase kahesajanda sünniaastapäeva puhul, taastasid Londoni teadusmuuseumi töötajad tema jooniste põhjal 2,6-tonnise “diferentsimootori nr 2” ja 2000. aastal ka Babbage’i 3,5-tonnise printeri. Mõlemad 19. sajandi keskpaiga tehnoloogial valmistatud seadmed töötavad suurepäraselt – Babbage’i arvutustes leiti vaid kaks viga.

Loomise ajalugu

Erinevusmootori esimese idee esitas Saksa insener Johann Muller 1788. aastal ilmunud raamatus.

Aastatel 1989–1991, Charles Babbage’i kahesajandiks sünniaastapäevaks, koostati tema algsest tööst Londoni teadusmuuseumis töötav koopia. vahe mootor nr 2. 2000. aastal alustas samas muuseumis tööd printer, mille leiutas samuti Babbage oma masina jaoks. Pärast vanadel joonistel leitud väiksemate projekteerimise ebatäpsuste kõrvaldamist töötasid mõlemad kujundused laitmatult. Need katsed tegid lõpu pikale arutelule Charles Babbage'i kavandite põhimõttelise toimivuse üle (mõned uurijad usuvad, et Babbage tõi oma joonistesse tahtlikult ebatäpsusi, püüdes sellega kaitsta oma loomingut volitamata kopeerimise eest).

Analüütiline mootor

Kuigi erinevus mootor ei olnud selle leiutaja ehitatud, arvutustehnoloogia edasise arengu jaoks oli peamine miski muu: oma töö käigus tekkis Babbage'il idee luua universaalne arvuti, mille ta nimetas. analüütiline ja millest sai tänapäevase digitaalarvuti prototüüp. Babbage ühendas üheks loogiliseks ahelaks aritmeetilise seadme (mida ta nimetas "veskiks"), ühtseks tervikuks ("ladu") kombineeritud mäluregistrid ja kolme tüüpi perfokaartide abil rakendatud sisend-/väljundseadme. Perforeeritud operatsioonikaardid lülitasid masina liitmise, lahutamise, jagamise ja korrutamise režiimide vahel. Muutuvad perfokaardid juhtisid andmete ülekandmist mälust aritmeetikaseadmesse ja tagasi. Numbrilisi perfokaarte sai kasutada nii andmete sisestamiseks masinasse kui ka arvutustulemuste salvestamiseks, kui mälust ei piisa.

Mõju kultuurile

1972. aastal ilmus Harry Harrisoni steampunk-lugu "A Transatlantic Tunnel, Hurraa!" viidati "Brabbage'i arvutimasinale, mis hõivas peaaegu veerandi allveelaeva mahust", mida kasutati kaablite seisukorra analüüsimiseks ja nende pinge reguleerimiseks Atlandi-ülese tunneli ehitusosade transportimisel, samuti kalibreerida Nautilus II kursi.

1990. aastal kirjutas Michael Flynn ulmeromaani "Pimedate maal". Pimedate riigis), mis räägib teatud salaorganisatsioonist täiustatud abiga analüütilised masinad Charles Babbage, kes arvutas matemaatiliselt välja sündmuste võimaliku arengu ja sai seeläbi võimaluse mõjutada ajaloo kulgu.

1992. aastal kirjutasid Bruce Sterling ja William Gibson steampunk-stiilis ulmeromaani The Difference Machine. Erinevuste mootor), mis samuti kirjeldab erinevus mootor.

2005. aastal avaldas John Crowley raamatu "Lord Byroni romaan". See on väljamõeldud lugu Byroni ainsa proosateose, romaani "Õhtumaa" käsikirja avastamisest ja dešifreerimisest. Romaani hävingust päästmiseks krüpteeris Byroni tütar Ada Lovelace selle nii, et ainult järeltulijad saaksid teksti lugeda, kasutades arvutusmasinaid, mis pärinevad Babbage’i erinevuse mootorist.

Veebiprojekt Hand of Orion kirjeldab täielikult intelligentseid ja autonoomseid mehaanilisi suure asteroidi suurusi tehisintellekti, mis on loodud Babbage’i ideede põhjal.

Vaata ka

Kirjandus

• Per. inglise keelest K. G. Bataev, toim. V. M. Kurotškin. Meet: arvuti = Arvutitest arusaamine. - M.: Mir, 1989. - 240 lk. - (Sissejuhatus arvutisse). - ISBN 5-03-001147-1
• Doron Swade. Erinevusmootor: Charles Babbage ja püüdlus ehitada esimene arvuti. - ISBN 0-670-91020-1

Lingid

• Georgi Dalakov Johann Helfrich Mülleri (inglise) arvutusmasinad. Arhiveeritud originaalist 4. veebruaril 2012. Vaadatud 25. jaanuaril 2012.
• Londoni teadusmuuseumi veebinäitus
• Charles Babbage'i esimese erineva mootori mudel, mis on kokku pandud Meccano laste ehituskomplekti elementidest (inglise keeles)
• Erinevusmasina kokkupanek LEGO elementidest

Ajalugu tunneb paljusid inimesi, kes sündisid selgelt varem, kui nad oleks pidanud olema. Ja vastavalt olid nad oma ajast ees. Mõnes mõttes ületasid nad oma ajastu teadusliku ja tehnoloogilise arengu taseme. 19. sajandil oli üks neist talentidest Charles Babbage, inglise teadlane, matemaatik, arvuti leiutaja. Jah, täpselt arvuti, kuigi mehaaniline.

Kuidas see kõik algas

Charles Babbage sündis 26. detsembril 1791 Londonis. Täpselt ajal, mil inimkond oli vaevalt küps elektri vallutamiseks ja hakkas ehitama esimesi vooluallikaid.

Eduka pankuri poeg Charles õppis esmalt erakoolis ning seejärel Enfieldi akadeemias ja Cambridge'is. Arvutuste automatiseerimise peale mõtles noormees juba 1812. aastal. Mehhanismi hakkas ta ehitama aga alles seitse aastat hiljem, olles eelnevalt uurinud Blaise Pascali arvutusseadet (“Pascalina”) ja Gottfried Leibnizi mehaanilist kalkulaatorit.

Kolm aastat rasket tööd – ja 1822. aastal kuulas üllatunud Kuninglik Astronoomia Selts noore disaineri aruannet uue aparaadi kohta nimega Difference Engine.

Miks nii imelik nimi? Tegelikult pole selles midagi imelikku, sest kasutati nn lõplike erinevuste meetodit.

Üldiselt hakkasid hammasratastega rullid liikuma, veidi keerlema ​​- mõne minuti pärast oli tulemus valmis. Rõõmustasid nii astronoomid kui matemaatikud: enam ei tulnud kulutada pikki tunde arvutuste peale, küünalde valguses pabereid poristada ja seejärel väsimusest tehtud vigu otsida.

Suure erinevusega mootor

"Vau!" - hüüatas eelmainitud Royal Astronomical Society üksmeelselt. - "Vau! Hoidke kuldmedalit! Charles Babbage vastas umbes nii: „Ma tahan ehitada sama asja, aga suuremat. See on lihtsalt väike. Aga raha on vaja...” Kogukond rahustas: „Kas teil on raha vaja? Anname! Kuidas ma ei saa seda anda, see on progress!" Ja töö hakkas keema.

Maailma esimene mehaaniline arvuti oli planeeritud hiiglaslikuks, ühekorruselise maja kõrguseks. See pidi sisaldama 25 tuhat elementi ja kaaluma poolteist tosinat tonni. Tuhande lahtriga RAM-iga, millest igaühe maht on viiskümmend bitti.

“Suure erinevuse mootori” ehitamine venis aga pikki aastaid. Kas mu tervis ütles üles või isiklikus elus sadas tragöödiaid üksteise järel. Noh, peamine põhjus oli muidugi selle ajastu tehnilise arengu tase. 19. sajandi esimesel poolel polnud tuhandete osade tootmine nii lihtne.

Sellist asja nähes loobusid 1842. aastal volitused projektist ja lõpetasid rahastamise.

Analüütiline mootor

Hr Babbage ei andnud nii kergelt alla ja otsustas teha teise arvuti – “Analüütilise mootori”. Veelgi enam, tänapäevaste arvutite põhiplokkskeemidega sarnase arhitektuuriga. RAM-i ja vahemäluga (ta nimetas seda poeks), protsessori (“veski”), kontrollerite (juhtimine) ja isegi sisend-/väljundseadmetega. Üldjoontes kirjeldas ta kõike, mida sada aastat hiljem õigel ajal sündida vedanud Von Neumann maailmale pakkus.

Esimesed arvutiprogrammid inimkonna ajaloos lõi luuletaja George Byroni tütar Ada Augusta Lovelace, kellega härra Babbage sõbrunes. Need olid juhised analüütilise mootoriga arvutuste tegemiseks. Ta tutvustas ka tsükli mõistet.

1851. aastal sai härra Babbage'il aga lihtsalt raha otsa. Töö lõpetas tema poeg Henry Babbage ja siis alles 1906. aastal, kui praegune koopia turule tuli. Leiutaja ise ei elanud selle õnneliku päevani, ta suri 18. oktoobril 1871. aastal.

Muud leiutised

Üldiselt, olenemata olude kujunemisest, kannab andekus alati vähemalt vilja, isegi kui sa ei näe oma elu peamist unistust oma silmaga. Charles Babbage'i loodud mittetäieliku, kuid üsna visuaalse kasulike asjade loendi saab vormindada umbes järgmiselt:

1. "väikese vahe masin", mehaaniline kalkulaator, liitmismasinate eelkäija;
2. spidomeeter (mõeldud raudteeohutuse parandamiseks töötades);
3. risthöövelmasin;
4. torn treipink;
5. seismograaf;
6. oftalmoskoop silmaarstide jaoks.

Jälgijad

1854. aastal muutis rootslane Georg Scheutz Babbage'i kalkulaatorit ja sai modifikatsiooni eest ka kuldmedali. Aga mitte Inglismaal, vaid näitusel Pariisis. Ja iroonilisel kombel müüs ta 1859. aastal ühe eksemplari valitsusameti Inglise ametnikele, kes keeldusid kaasmaalast abistamast.

Teine rootslane Martin Wiberg vaatas Schutzi versiooni ja jätkas selle moderniseerimist mugavama logaritmidega töötamise suunas.

Noh, seal ei olnud see juba elektromehaanilistest võimalustest kaugel. Selle lõi 1890. aastal ameeriklane Herman Hollerith. Tema kappe, mille sees olid näärmed ja mis oskasid lugeda, nimetati tabulaatoriteks. Siis tekkiski idee kasutada perfokaarti. Nii sündis IBM.

Järeldus

Kas Charles Babbage'i võib pidada arvuti leiutajaks? Jah, sa saad. Veelgi enam, isegi kõige täpsemate kaasaegsete standardite järgi. Esiteks esitles teadlane 1822. aastal töötavat prototüüpi. Teiseks töötas ta iseseisvalt välja võimsama arvutusseadme kavandi, mis ehitati tema jooniste järgi kahekümnenda sajandi alguses.

Võib-olla ei tekita kahtlusi ka teiste leiutiste, “kõrvalasjade” nagu masinad ja instrumendid eelised. Algne 1991. aastal taasloodud „erinevusmootor“ eksponeeriti Londoni teadusmuuseumis, et kõik saaksid näha materiaalseid tõendeid tõeliselt andeka inimese andekuse kohta.

Varasemad väljaanded: