Что изобрел чарльз бэббидж в середине xix века
Чарльз Беббидж считается основателем современной вычислительной техники. В работе Чарльза Бэббиджа прослеживается два направления: разностная и аналитическая вычислительная машины. Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа использует принцип программного управления и является предшественницей современных ЭВМ.
Первая небольшая модель аппарата Чарльза Бэббиджа
В 1822 году Чарльз Бэббидж создал первую небольшую модель своего аппарата, получившего название «разностная машина». Механизм разностной машины состоял из валиков и шестерней, вращаемых вручную при помощи специального рычага. Разностная машина могла управлять шестизначными числами и выражать в числах любую функцию, которая имела постоянную вторую разность. Ценность разностной машины Чарльза Бэббиджа в том, что она могла не только производить один раз заданное действие, но и осуществлять целую программу вычислений. Сам Бэббидж достаточно ясно представлял назначение своей машины. Он пропагандировал использование математических методов в различных областях науки и предсказывал при этом широкое применение вычислительных машин.
Первая в мире разностная аналитическая вычислительная машина Чарльза Бэббиджа
Первая в мире разностная аналитическая вычислительная машина Чарльза Бэббиджа
Принцип аналитической машины Чарльза Бэббиджа
Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа использует принцип программного управления и является предшественницей современных ЭВМ.
Основные части аналитической машины
Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей:
Аналитическая машина так и не была изготовлена Чарльзом Бэббджем. Кроме хронической нехватки финансовых средств, важнейшая из причин — технологическая. Тогда не умели обрабатывать металл с высокой степенью точности и с высокой производительностью — а для реализации проекта требовались тысячи одних только зубчатых колес.
Большое влияние на посмертную судьбу машины оказал генерал Бэббидж, сын изобретателя. Выйдя в отставку в 1874 году, он несколько лет посвятил изучению отцовского наследия, а в 1880 году начал работу по восстановлению Difference Engine в «железе». Работа продолжалась с переменным успехом до 1896 г. В конце концов к 1904 году был создан небольшой фрагмент машины, который печатал результаты вычислений. Кроме того, Бэббидж-младший сделал несколько мини-копий Difference Engine и разослал их по всему миру.
В 1991 году, к двухсотлетию со дня рождения ученого, сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам 2,6-тонную «разностную машину № 2», а в 2000 году — еще и 3,5-тонный принтер Бэббиджа. Оба устройства, изготовленные по технологиям середины XIX века, превосходно работают — в расчётах Бэббиджа было найдено всего две ошибки.
Чарльз Бэббидж, математик и изобретатель первого в мире компьютера: 224 года со дня рождения
Чарльз Бэббидж в 1860-м году
224 года назад, 26 декабря 1791 года, по адресу 44 Кросби Роу, Уолворт Роуд в Лондоне родился мальчик, которого назвали Чарльзом. Всего в семье банкира Бенджамина Бэббиджа было четверо детей.
Чарльз в детстве много болел, и в возрасте восьми лет был даже отправлен учиться в школу в сельской местности, чтобы поправить здоровье после сильной лихорадки, чуть не прервавшей его жизнь. И после этого по состоянию здоровья ему часто приходилось учиться дома с частными преподавателями.
Во время учёбы Чарльз всерьёз заинтересовался математикой. Поступив в академию Холмвуд, он много времени проводил в тамошней библиотеке за чтением книг по математике, а по его просьбе родители наняли дополнительных к институтской программе учителей, которые помогали ему постигать эту науку дома. Один из учителей подтянул образование Чарльза до степени, пригодной для поступления в Кембридж.
Поступив в Кембридж в октябре 1810 года, и отучившись там немного, Чарльз был разочарован местным уровнем преподавания математики. Чарльз познакомился с другими одарёнными студентами – Джорджем Пикоком (в будущем – известный математик), Джоном Гершелем (в будущем – математик, астроном, химик, ботаник, изобретатель и фотограф-экспериментатор), и другими.
Совместно они организовали в стенах университета т.н. «Аналитическое общество», к заслугам которого можно, в числе прочего, отнести пропаганду символики Лейбница для работы с дифференциальными уравнениями. До этого совместными усилиями они перевели учебник «Научные основы интегрального и дифференциального счисления» французского математика Сильвестра Лакруа. Начавшись в виде шуточного студенческого проекта, к 1830-х годам «Аналитическое общество» стало уже официальным подразделением университета, и существует там и поныне.
После Кембриджа Чарльз читал лекции, занимался совместно с Гершелем научной работой, связанной с электричеством. Писал книги и пробовал заниматься политикой. Его книга «Экономика механизмов и производств», посвящённая организации промышленных производств и изданная в 1832 году, оказала основополагающее влияние на математические методы исследования операций (разработку и применение методов нахождения оптимальных решений на основе математического моделирования, статистического моделирования и различных эвристических подходов). В частности, в книге активно пропагандировался принцип разделения труда, и доказывалось, что эта методика приводит к увеличению эффективности производства. Теперь этот принцип в Британии называют «Принципом Бэббиджа».
Кроме этого, Бэббидж интересовался инженерным делом, в частности работой поездов. Он изобрёл треугольное устройство «метельник» или «путеочиститель», которое часто называли «скотобойником» (по аналогии с этим можно вспомнить «кенгурятники» внедорожников) – оно помогало оперативно очищать железнодорожные пути от посторонних предметов (и существ). Также ему принадлежит разработка специального вагона-динамометра, измеряющего различные критичные параметры железнодорожного полотна.
Участвовал в создании Астрономического сообщества и в создании единого стандарта астрономических вычислений. Именно работа над исправлением ошибок в счётных таблицах натолкнула Бэббиджа на мысль о механизации рутинного труда по подсчётам.
Цитата из исторической биографии:
В 1812 году он сидел в одной из своих комнат, и смотрел на полные ошибок логарифмические таблицы. И внезапно ему пришла идея автоматических расчётов этих чисел при помощи машин. Французское правительство разработало новый метод подсчёта таблиц. 3-4 математика решали вопросы подсчётов, ещё десяток разбивал работу на более простые части, а сама рутинная работа, состоявшая из сложения и умножения, отдавалась на откуп 80-и работникам-счётчикам, которые и не смыслили в математике ничего больше, чем эти два простых действия. Таким образом массовое производство впервые было применено для математических целей. Бэббиджа захватила идея, что работу неопытных счетоводов можно полностью заменить механизмами, которые бы работали надёжнее и быстрее.
Идея разделения труда вычислителей принадлежала Гаспару де Прони, руководившего бюро переписи Франции с 1790 по 1800 года.
В 1822 году Бэббидж опубликовал статью с описанием машины, способной заменить людей-вычислителей, а вскоре приступил к её практическому созданию. Как математику, Бэббиджу был известен метод аппроксимации функций многочленами и вычислением конечных разностей. С целью автоматизации этого процесса он начал проектировать машину, которая так и называлась — разностная. Эта машина должна была уметь вычислять значения многочленов до шестой степени с точностью до 18-го знака.
В следующем году по рекомендации Королевского общества правительство Великобритании выделило ему субсидии в размере 1500 фунтов стерлингов на создание разностной машины.
К сожалению, изобретатель не смог при своей жизни построить полностью работающую версию задуманной им машины. Вместо трёх лет он потратил на неё более 9 лет, бюджет её создания вырос в 10 раз, но он не смог предвидеть всех трудностей, связанных с реализацией своей идеи.
После того, как правительство отказалось выделять дополнительные средства на финансирование неудавшегося проекта, Бэббидж занялся более общей версией механического компьютера, «аналитической машиной», которую он назвал «Разностная машина №2».
После его смерти во второй половине 19-го века другие изобретатели по его чертежам сумели построить работающие версии разностных машин, одна из которых даже использовалась по назначению, для расчёта и публикации логарифмических таблиц.
Одна из разностных машин, построенная другим изобретателем по чертежам Бэббиджа
В период 1989 по 1991 год к двухсотлетию со дня рождения Чарльза Бэббиджа на основе его оригинальных работ в лондонском Музее науки была собрана работающая копия разностной машины № 2. В 2000 году в том же музее заработал принтер, также придуманный Бэббиджем для своей машины. После устранения обнаруженных в старых чертежах небольших конструктивных неточностей, обе конструкции заработали безупречно.
Построенная в наше время по чертежам изобретателя разностная машина, находящаяся в лондонском музее
Аналитическая машина, придуманная изобретателем, является прямым прообразом современного цифрового компьютера. В единую логическую схему Бэббидж увязал арифметическое устройство (названное им «мельницей»), регистры памяти, объединённые в единое целое («склад»), и устройство ввода-вывода, реализованное с помощью перфокарт трёх типов. Перфокарты операций переключали машину между режимами сложения, вычитания, деления и умножения. Перфокарты переменных управляли передачей данных из памяти в арифметическое устройство и обратно. Числовые перфокарты могли быть использованы как для ввода данных в машину, так и для сохранения результатов вычислений, если памяти было недостаточно.
Ещё одна современная копия машины находится в музее компьютерной истории в Маунтин Вью в Калифорнии:
Во время работы над аналитической машиной Бэббидж вёл переписку с британским математиком Адой Лавлейс. Они познакомились с Бэббиджем, когда ей было всего 17 лет. Впоследствии она не только давала ему идеи по конструкции машины, но и разработала алгоритм её работы для вычисления чисел Бернулли. В связи с этим её часто называют первым программистом в истории.
В 2011 году британские поклонники Бэббиджа разработали план постройки Аналитической машины полностью в том виде, в котором её задумал автор. Инициатива получила название «Plan 28». Пока что им не удалось найти несколько миллионов фунтов на финансирование своего проекта, но они надеются завершить его хотя бы в 2021 году, к 150-й годовщине со дня смерти изобретателя. В переводе на современные единицы, такая машина будет обладать 675 байтами памяти и работать с частотой 7 Гц.
Более 40 лет Бэббидж жил и работал в доме №1 по Дорсет Стрит квартала Мэрилебон на севере Вестминстера. Умер он там же, в возрасте 79 лет, 18 октября 1871 года. Сейчас по этому адресу можно найти круглую мемориальную табличку с его именем.
Pop Hi-Tech
Новости высоких технологий
Чарльз Бэббидж — изобретатель первого компьютера
Биография Чарльза Бэббиджа.
В конце 1791 года в семье Бенджамина и Элизабет Бэббидж родился мальчик. При рождении его назвали Чарльз. По достижению восьмилетия, Бэнджамин Бэббидж определил своего отпрыска в частную школу в Альфингтоне. Слабое здоровье Чарльза не позволило ему посещать обычное, для детей его возраста, учебное заведение. В качестве учителя, будущий знаменитый изобретатель получил священника, который не мог дать полное образование. 
Поэтому когда в 1810 году Чарльз Бэббидж поступил в колледж, он заметно отставал от своих сверстников.
В детстве, Чарльз коротал время, разбирая механические игрушки. Конечно, многие из нас любят узнать, из чего же состоит та или иная игрушка, но не многие впоследствии связывают свою жизнь с механикой. Уже в детстве Бэббидж, разбирая игрушки, пытался понять, что заставляет их двигаться. И почти всегда это ему удавалось сделать.
До поступления в колледж, Чарльз отучился в Академии в Энфилде. Благодаря обширной математической библиотеке в этом учебном заведении, Бэббидж влюбился в эту науку и впоследствии стал на практике доказывать ее важность.
Благодаря надомному обучению, а именно так учился будущий изобретатель “Аналитической машины” в школе Альфингтона и академии в Энфильде, знаний Бэббиджу явно недоставало. Его отец после академии нанял репетиторов. Один из них смог дать Чарльзу необходимые для поступления в колледж знания.
В 1810 году Бэббидж поступил в Тринити-колледж в Кембридже. Все свободное время Чарльз посвятил самостоятельному изучению математики. Он изучал труды Лагранжа, Лейбница, Эйлера, Ньютона и других “великих математических умов”. Кроме того, молодой человек имел доступ к работам математиков Парижской, Берлинской и Санкт-Петербургской академий.
Быстро обогнав своих сверстников, Бэббидж разочаровался в системе образования Кембриджа. Он, совместно со своими друзьями по колледжу Гершелем и Пикоком в 1812 основали “Аналитическое общество”. С его помощью молодые британцы смогли получить труды известных математиков того времени на английском языке. Кроме того, на собраниях общества можно было обсудить некоторые вопросы, поспорить и узнать много того, что не рассказывали преподаватели в колледже.
Неожиданно, в 1812 году Бэббидж покидает Тринити-колледж, сославшись на низкий уровень получаемых студентами знаний. Злые языки, знавшие Чарльза, говорили, что он ушел из-за того, что большинство учителей и учеников считали Бэббиджа третьим человеком в колледже после Гершеля и Пикока. Не смерившись с этим, Бэббидж отправился в колледж св. Петра, где через два года получил степень бакалавра.
В 1815 году Чарльз с молодой супругой (в год окончания колледжа св. Петра он женился на Джорджиане Витмур) перебрались в столицу Англии, где через год Бэббидж стал Членом Королевского общества Лондона.
1827 год для молодого ученого стал черным. Сначала он похоронил отца, затем жену и двоих детей. Для того, чтоб не погрязнуть в бесконечной депрессии, Бэббидж отправился в путешествие по Британским островам, после которого он занял пост профессора математических наук в Кембридже.
Малая разностная машина.
Первым изобретением, которое сделало Бэббиджа знаменитым, стала вычислительная машина, которую Чарльз назвал “разностная машина”. В 1812 году Бэббидж был занят за изучением логарифмических таблиц. Занятия его так утомили, что молодой математик заснул прямо за письменным столом. Когда его разбудил друг с вопросом: “Чем занят?”, Чарльз ответил, что хочет создать машину, которая сможет проводить сложные математические расчеты. 
Бил Гейтс позирует на фоне машины Бэббиджа
Семь лет ушло у математика для того, чтоб он смог сформировать идеи и принципы вычисления при помощи машины. Еще через три года в 1822 Бэббидж начал создавать свою “разностную машину”. Она состояла из множества шестеренок и рычагов. Разностная машина оперировала 18-ти разрядными числами, с точностью до восьмого знака после запятой. Она могла сосчитать значение многочленов 7-й степени. За свое изобретение Чарльз Бэббидж получил медаль Астрономического общества.
Большая разностная машина.
В 1822 году для уменьшения количества людей занятых в астрономических, навигационных и математических расчетах Бэббидж задумал создание большой разностной машины. Королевское и Астрономическое общество, после запроса изобретателя, согласилось выделить средства.
С 1822 по 1834 на изготовление большой разностной машины было выделены 17000 фунтов от государства, и еще 6000 Чарльз потратил из своего кармана. Но низкая технологическая база того времени не позволила создать машину при жизни изобретателя.
После себя Чарльз Бэббидж оставил чертежи большой разностной машины, которая должна была состоять из 25 тысяч деталей и весить 14 тонн. Швейцарский изобретатель Шойц в 1854 году создал по чертежам Бэббиджа несколько разностных машин. 
Разностная машина Бэббиджа
Аналитическая машина — прототип первого компьютера
Бэббидж не очень расстроился неудаче с большой разностной машиной. Уже тогда он понимал, что дело будет за программируемыми машинами. В 1834 году Чарльз начал разрабатывать программируемую аналитическую машину, прообраз современной ЭВМ.
Аналитическая машина Бэббиджа должна была состоять из нескольких частей:
• Склада – хранение результатов операций и значения переменных. Современная память.
• Мельницы – отвечала за операции с переменными, хранения значения переменных участвующих в вычислении в данный момент. Современный процессор.
• Третьего устройства (в чертежах Бэббиджа его названия не называлось) – управление последовательностью операций, перемещение и извлечение переменных в склад, вывод результатов.
Аналитическая машина Бэббиджа программировалась с помощью двух видов перфокарт: операционных карт и карт переменных.
Ада Лавлейс в своих комментариях к лекциям Бэббиджа составила и первые инструкции по программированию аналитической машины. После этих инструкций Аду Лавлейс стали считать первым программистом.
В 1888 году сын Чарльза – Генри Бэббидж, создал по чертежам отца основной узел аналитической машины. Полностью машину Бэббиджа удалось создать только в 1906 году усилиями компании Монро.
Личность Чарльза Бэббиджа и его заслуги.
Как мы уже писали выше, технологическая база того времени значительно уступала ходу мыслей Чарльза Бэббиджа. Для изготовления своих машин изобретатель сконструировал поперечно-строгальный и токарно-револьверный станок, открыл новый метод изготовления зубчатых колес и сконструировал еще множество различных устройств. 
Перфокарты для програмирования аналитической машины Бэббиджа
Кроме того, ум Бэббиджа был использован в изобретении спидометра и тахометра. Так же ученый изобрел вагон-лабораторию оборудованную самописцами, приспособление для сбрасывания предметов с рельс.
Поучаствовал наш герой и в реформировании почтовой системы Англии, занимался вопросами шифрования и электромагнетизма.
Чарльз Бэббидж был очень разносторонним человеком. Среди его друзей значились Жан Фуко, Чарльз Дарвин, Юнг, Фурье и Пьер Лаплас. В истории талантливый изобретатель и математик оставил огромный след, недаром Бэббиджа называют изобретателем первого компьютера.
Чарльз Бэббидж и его машины
Американским издательством Viking Press выпущена примечательная книга под названием “Разностная машина. Чарльз Бэббидж и создание первого компьютера” (“The Difference Engine: Charles Babbage and the Quest to Build the First Computer” by Doron Swade, Viking Press, 2001).
Автор этой книги Дорон Суэйд, сотрудник Лондонского музея науки, дает портрет одного из оригинальнейших ученых Англии, который к середине XIX века спроектировал полноценный компьютер общего назначения, работавший на основе паровой машины. Но, к сожалению, этот аппарат не получил реального воплощения по причине неблагоприятно сложившихся исторических обстоятельств.
Еще примерно треть книги Суэйда посвящена тому, как в конце века двадцатого работники Музея науки все-таки построили по чертежам Бэббиджа одну из задуманных им машин и, продемонстрировав ее полную работоспособность, убедительно доказали, что эпоха компьютеров легко могла начаться на столетие раньше, не распорядись судьба иначе.
Чарльз Бэббидж (1791-1871) проявил свой талант математика и изобретателя весьма широко. Перечисление всех новаций, предложенных ученым, получится довольно длинным, однако в качестве примеров можно упомянуть, что именного Бэббиджу принадлежат такие идеи, как установка в поездах “черных ящиков” для регистрации обстоятельств аварии, переход к использованию энергии морских приливов после исчерпания угольных ресурсов страны, а также изучение погодных условий прошлых лет по виду годичных колец на срезе дерева.
Помимо серьезных занятий математикой, сопровождавшихся рядом заметных теоретических работ и руководством кафедрой в Кембридже, ученый всю жизнь страстно увлекался разного рода ключами-замками, шифрами и механическими куклами.
Во многом благодаря именно этой страсти, можно сказать, Бэббидж и вошел в историю как конструктор первого полноценного компьютера. Разного рода механические счетные машины были созданы еще в 17-18 веках, но эти устройства были весьма примитивны и ненадежны. А Бэббидж, как один из сооснователей Королевского астрономического общества, ощущал острую потребность в создании мощного механического вычислителя, способного автоматически выполнять длинные, крайне утомительные, но очень важные астрономические калькуляции.
Математические таблицы использовались в самых разнообразных областях, но при навигации в открытом море многочисленные ошибки в таблицах, рассчитанных вручную, бывало, стоили людям жизни. Основных источников ошибок было три: человеческие ошибки в вычислениях; ошибки переписчиков при подготовке таблиц к печати; ошибки наборщиков.
Будучи еще весьма молодым человеком, в начале 1820-х годов Чарльз Бэббидж написал специальную работу, в которой показал, что полная автоматизация процесса создания математических таблиц гарантированно обеспечит точность данных, поскольку исключит все три этапа порождения ошибок. Фактически, вся остальная жизнь ученого была связана с воплощением этой заманчивой идеи в жизнь.
Первое вычислительное устройство, разработанное Бэббиджем, получило название “Разностная машина”, поскольку в калькуляциях опиралось на хорошо разработанный в вычислительной математике метод конечных разностей. Благодаря этому методу все сложно реализуемые в механике операции умножения и деления сводились к цепочкам простых сложений известных разностей чисел.
Хотя работоспособный прототип, подтверждающий концепцию, был построен весьма быстро, что обеспечило финансирование работ правительством, сооружение полноценной машины оказалось делом весьма непростым, поскольку требовалось огромное количество идентичных деталей, а индустрия в те времена лишь только-только начинала переходить от ремесленного производства к массовому. Так что попутно Бэббиджу пришлось самому изобретать и машины для штамповки деталей.
К 1834 году, когда “Разностная машина №1” еще не была достроена, ученый уже задумал принципиально новое устройство — “Аналитическую машину”, явившуюся, по сути дела, прообразом современных компьютеров. К 1840 году Бэббидж практически полностью завершил разработку “Аналитической машины”, и тогда же понял, что практически ее воплотить сразу не удастся из-за технологических проблем.
А потому он начал проектировать “Разностную машину №2” — как бы промежуточную ступень между первым вычислителем, ориентированным на выполнение строго определенной задачи, и второй машиной, способной автоматически вычислять практически любые алгебраические функции.
Мощь общего вклада Бэббиджа в компьютерную науку заключается, прежде всего, в полноте сформулированных им идей. Ученым была спроектирована система, работа которой программировалась через ввод последовательности перфокарт. Система была способна выполнять разнообразные типы вычислений и была гибкой настолько, насколько это могли обеспечить инструкции, подаваемые на вход. Иными словами, гибкость “аналитической машины” обеспечивалась благодаря «программному обеспечению».
Разработав чрезвычайно развитую конструкцию принтера, Бэббидж стал пионером идеи компьютерного ввода/вывода, поскольку его принтер и пачки перфокарт обеспечивали полностью автоматический ввод и вывод информации при работе вычислительного устройства.
Были сделаны и дальнейшие шаги, предвосхитившие конструкцию современных компьютеров. “Аналитическая машина” Бэббиджа могла хранить промежуточные результаты вычислений (набивая их на перфокарты), чтобы обработать их впоследствии, или использовать один и тот же промежуточный массив данных для нескольких разных калькуляций в зависимости от получаемых в процессе вычислений результатов.
Наряду с разделением “процессора” и “памяти”, в «Аналитической машине» были реализованы возможности условных переходов, разветвляющих алгоритм вычислений, и организации циклов для многократного повторения одной и той же подпрограммы.
Не имея под рукой реального вычислителя, в своих теоретических рассуждениях Бэббидж продвинулся настолько, что сумел глубоко заинтересовать и привлечь к программированию своей гипотетической машины дочь Джорджа Байрона – Августину Аду Кинг, графиню Лавлейс, – обладавшую бесспорным математическим дарованием и вошедшую в историю как “первый программист”.
К сожалению, Чарльзу Бэббиджу не довелось увидеть реального воплощения большинства из своих революционных идей. Работу ученого всегда сопровождали несколько очень серьезных проблем.
Его крайне живой ум совершенно не был способен удержаться на месте и дождаться завершения очередного этапа. Едва предоставив мастерам чертежи изготовляемого узла, Бэббидж тут же начинал вносить в него поправки и добавления, непрерывно отыскивая пути для упрощения и улучшения работы устройства. Во многом именно из-за этой особенности практически все начинания Бэббиджа так и не были доведены до конца при его жизни.
Другая проблема — весьма ершистый и конфликтный характер. Вынужденный постоянно выбивать под проект деньги в правительстве, Бэббидж тут же мог выдавать такого рода фразы:
“Меня дважды спрашивали [члены парламента]: “А скажите, мистер Бэббидж, если заложить в машину неверные числа, на выходе она все равно выдаст правильный ответ?»… Я не в состоянии постичь, какую же кашу надо иметь в голове, чтобы она порождала подобного рода вопросы”…
Понятно, что при такой натуре и склонности к резким суждениям ученый постоянно имел трения не только со сменявшими друг друга правительствами, но и с духовными властями, недолюбливавшими вольнодумца, и с мастерами, изготовлявшими узлы его машин.
Однако, вплоть до начала 1990-х годов общепринятое мнение было таково, что идеи Чарльза Бэббиджа слишком опережали технические возможности его времени, а потому спроектированные вычислители в принципе невозможно было построить в ту эпоху.
И лишь в 1991 году, к двухсотлетию ученого сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам 2,6-тонную “Разностную машину №2”, а в 2000 году — еще и 3,5-тонный принтер Бэббиджа.
Оба устройства, созданные по технологиям середины XIX века, превосходно работают и наглядно демонстрируют, что история компьютеров вполне могла начаться сотней лет раньше.