math4school.okis.ru

 

1792–1871

 

Природа научных знаний такова, что малопонятные и совершенно бесполезные приобретения сегодняшнего дня становятся популярной пищей для будущих поколений.

Чарльз Бэббидж

 

Чарльз Бэббидж (26 декабря 1791, Лондон, Англия – 18 октября 1871, там же) – английский математик, изобретатель первой аналитической вычислительной машины.

Бэббидж родился 26 декабря 1791 года, в том месте, где сейчас расположен небольшой городок Саутворк, пригород Лондона. Он был слабым, болез­ненным ребенком с сильным любопытством и одаренным богатым вообра­жением умом. Когда ему давали игрушку, он разламывал ее на части, чтобы узнать, как она сконструирована. Как-то раз он сделал две прикрепленные на петлях доски, которые давали ему возможность ходить по воде. Бэббидж рано проявил склонность к математике, возможно унаследованную от своего отца, банкира.

В октябре 1810 году Бэббидж поступил в Тринити-колледж Кембриджа, где изучал математику и химию. Он самостоятельно осваивал труды Ньютона, Лейбница, Лагранжа, Лакруа, Эйлера и других математиков академий Санкт-Петербурга, Берлина и Парижа. Бэббидж очень быстро обогнал своих преподавателей по знаниям и был сильно разочарован уровнем преподавания математики в Кембридже. Более того, он заметил, что Британия в целом заметно отстала от континентальных стран по уровню математической подготовки. 

Его преподаватели были разочарованы такими выводами Бэббиджа. Математика Ньютона, умершего 100 лет назад, все еще удерживала свое влияние в Кембридже, не­смотря на новые идеи, циркулирующие в Европе.

В связи с этим Бэббидж и его друзья соз­дали клуб, получивший название “Аналитическое общество”, обещая друг другу сделать все от них зависящее, чтобы мир стал мудрее, чем он был до них. Они стали проводить собрания. Обсуждать различные вопросы, связанные с математикой. Начали публиковать свои труды. Например, в 1816 году они опубликовали переведённый ими на английский язык «Трактат по дифференциальному и интегральному исчислению» французского математика Лакруа, а в 1820 году опубликовали два тома примеров, дополняющих этот трактат. Аналитическое общество своей активностью инициировало реформу математического образования вначале в Кембридже, а затем и в других университетах Британии. 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 этот выбор. Он подумывал о горном деле как о потенциально прибыльном предприятии, но отказался и от этой идеи.

2 июля 1814 года он женился на Джорджиане Витмор. Джорджиана Бэббидж родила восьмерых детей в течение 13 лет, но лишь трое тз них дожили до совершеннолетия.

В 1816 году Бэббидж стал членом Королевского Общества Лондона. К тому времени он написал несколько больших научных статей в разных математических дисциплинах.

В 1820 году он стал членом Королевского Общества Эдинбурга и Королевского Астрономического Общества.

В 1827 году Бэббидж похоронил отца, жену и двоих детей. В этом же году он вступил на пост руководителя кафедрой математики Кембриджского университе, занимаемый в своё время Ньютоном, 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.

Главной страстью Бэббиджа была борьба за безукоризненную математическую точность. Он обнаружил погрешности в таблицах логарифмов Непера, которыми широко пользовались при вычислениях астрономы, математики, штурманы дальнего плавания. В 1819 году приступил к разработке своей вычислительной машины, которая помогла бы выполнить более точные вычисления.  К 1822 году Бэббидж спроектировал то, что он назвал разностной машиной, маленькое устройство для вычисления таблиц, важных для навигации. 

Бэббидж продемонстрировал работу машины на примере вычисления членов последовательности. Работа разностной машины была основана на методе конечных разностей. Малая машина была полностью механической и состояла из множества шестерёнок и рычагов. В ней использовалась десятичная система счисления. Она оперировала 18-разрядными числами с точностью до восьмого знака после запятой и обеспечивала скорость вычислений 12 членов последовательности в 1 минуту. Малая разностная машина могла считать значения многочленов 7-й степени.

За создание разностной машины Бэббидж был награждён первой золотой медалью Астрономического общества. Однако малая разностная машина была экспериментальной, так как имела небольшую память и не могла быть использована для больших вычислений.

14 июня 1822 года, выступив перед Королевским астрономическим обществом, он предложил создание большой 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 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.

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 Бэббидж получил 1500 фунтов стерлингов и приступил к разработке новой машины. Он планировал сконструировать машину за 3 года. Однако Бэббидж не учёл сложности конструкции, а также технические возможности того времени. 

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.

Уже к 1827 году было затрачено 3500 фунтов стерлингов. Ход работы по созданию разностной машины сильно замедлился.

В 1830 году Бэббидж получил от правительства ещё 9000 фунтов стерлингов, после чего продолжил конструирование разностной машины.

В 1834 году работы по созданию машины были приостановлены. На тот момент уже было затрачено 17000 фунтов государственных денег и 6000 личных. С 1834 по 1842 год правительство обдумывало, оказывать поддержку проекту или нет. Большая разностная машина должна была состоять из 25 000 деталей, весить почти 14 тонн и быть 2,5 метра высотой. А в 1842 году отказалось финансировать проект. Разностная машина так и не была достроена.

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.

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. Мельница (арифметико-логическое устройство, часть 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.

Если Разностная машина имела сомнительные шансы на успех, то Аналитическая машина и вовсе выглядела нереалистичной. Ее просто невозможно было построить и запустить в работу. В своем окончательном виде машина должна была быть не меньше железнодорожного локомотива. Ее внутренняя конструкция представляла собой беспорядочное нагромождение стальных, медных и деревянных деталей, часовых механизмов, приводимых в действие паровым двигателем. 

Аналитическая машина так и не была построена. Все, что дошло от нее до наших дней, - это ворох чертежей и рисунков, а также небольшая часть арифметического устройства и печатающее устройство, сконструированное сыном Бэббиджа.

Наивысшим достижением Чарльза Бэббиджа и вместе с тем его величайшей болью была разработка принципов, положенных в основу современных компьютеров, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Он потратил несколько десятилетий, крупные правительственные субсидии и значительную часть собственных средств в попытках создать вычислительную машину, работающую на этих принципах. Интересно, что в процессе работы над проектом Аналитической машины Бэббидж нашел подходы к созданию значительно менее громоздкого устройства Разностной машины №2.

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. Для Бэббиджа Ада и ее муж, граф Лавлейс, стали друзьями на всю жизнь, а Ада, кроме того, стала обществен­ным адвокатом Бэббиджа.

Несмотря на то, что Чарльз Бэббидж считается изобретателем вычислительных машин, на самом деле он был очень разносторонний человек. Бэббидж занимался безопасностью железнодорожного движения, для чего оборудовал вагон-лабораторию всевозможными датчиками, показания которых фиксировались самописцами. Изобрёл спидометр. 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.

В 1834 году Бэббидж написал одну из самых важных работ «Экономика технологий и производств», в которой он предлагал то, что сейчас называется «Исследованием операций».

Он был одним из основателей Лондонского статистического общества. В числе его изобретений были спидометр, офтальмоскоп, сейсмограф, устройство для наведения артиллерийского орудия.

Кроме того, Бэббидж был очень общительным человеком. Часто по субботам он собирал в доме гостей. Иногда приходило от 200 до 300 гостей, среди которых были такие знаменитые люди того времени: Жан Фуко, Пьер Лаплас, Чарльз Дарвин, Чарльз Диккенс,Александр Гумбольдт. Помимо этого он поддерживал близкие отношения с Юнгом, Фурье, Пуассоном, Бесселем, Мальтусом.

Бэббидж оставил огромный след в истории XIX века. И сделал переворот не только в математике и вычислительной технике, но и в науке в целом. 

Вечером 18 октября 1871 года, за два месяца до своего восьмидесятилетия, Чарльз Бэббидж умер.

 

P.S.

Уже 130 лет существует Международное сообщество IEEE – The Institute of Electrical and Electronics Engineers – Институт инженеров по электротехнике и электронике. К числу его основателей принадлежат Томас Эдисон, Александр Белл, Никола Тесла. Это международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике.

Центральный вход одного из офисов Компьютерного сообщества Институт инженеров по электротехнике и электронике. США, Калифорния, Лос Аламос

 

С 1981 года существует Медаль "Computer Pioneer" – Пионер компьютерной техники, – самая престижная награда Компьютерного сообщества IEEE. Вручается эта медаль за выдающиеся достижения в компьютерных науках, при этом основной вклад должен быть совершен более 15 лет назад. Так вот, на лицевой стороне Медали "Computer Pioneer" выполнен барельеф выдающегося британского учёного Чарльза Бэббиджа.

Лауреатами этой почетной награды стали такие классики отечественной науки как: 

• В.М. Глушков с формулировкой "основал первый в СССР Институт Кибернетики на Украине, разработал теорию цифровых автоматов и компьютерной архитектуры, а также рекурсивный макроконвейерный процессор";
• С.А. Лебедев – "разработал и построил первый советский компьютер и основал советскую компьютерную промышленность";
• А.А. Ляпунов – "разработал теорию операторных методов для абстрактного программирования и основал советскую кибернетику и программирование".

 

По материалам Википедии и статьи "Чарльз Бэббидж. Провозвестник эры компьютеров" книги А. Частикова "Архитекторы компьютерного мира", сайта ieee.ru.