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 от почечной недостаточности. Похоронен на кладбище Кенсал Грин в Лондоне. Ученый внес огромный вклад в развитие вычислительной техники и являлся первым автором идеи создания компьютера.

Награды Чарльза Бэббиджа

Основные Изобретения Чарльза Бэббиджа

Память о Чарльзе Бэббидже

Семья Чарльза Бэббиджа