Pierwszy komputer: silnik analityczny Charlesa Babbage'a

Nowoczesny komputer narodził się z pilnej konieczności po II wojnie światowej, aby stawić czoła wyzwaniu nazizm poprzez innowacje. Ale pierwsza iteracja komputera, jaką teraz rozumiemy, pojawiła się znacznie wcześniej, gdy w latach trzydziestych XIX wieku wynalazca Charles Babbage zaprojektował urządzenie o nazwie Silnik analityczny.

Urodzony w 1791 r. W angielskim bankierze i jego żonie, Charles Babbage (1791–1871) w młodym wieku zafascynował się matematyką, ucząc się algebry i szeroko czytając matematykę kontynentalną. Kiedy w 1811 r. Pojechał na studia do Cambridge, odkrył, że jego wychowawcy mają braki w nowym krajobrazie matematycznym i że tak naprawdę wiedział już więcej niż oni. W rezultacie sam założył Towarzystwo Analityczne w 1812 r., Które pomogłoby przekształcić dziedzinę matematyki w Wielkiej Brytanii. Został członkiem Royal Society w 1816 roku i był współzałożycielem kilku innych towarzystw. Na pewnym etapie był profesorem matematyki na uniwersytecie w Cambridge, chociaż zrezygnował z tego, aby pracować na swoich silnikach. Wynalazca, który był liderem brytyjskiej technologii i pomógł stworzyć nowoczesną brytyjską usługę pocztową, cowcatchera dla pociągów i inne narzędzia.

Babbage był członkiem-założycielem brytyjskiego Royal Astronomical Society i wkrótce zobaczył możliwości innowacji w tej dziedzinie. Astronomowie musieli wykonywać długie, trudne i czasochłonne obliczenia, które można było zaliczyć błędami. Gdy te tabele były używane w sytuacjach wysokiego ryzyka, na przykład w logarytmach nawigacyjnych, błędy mogą okazać się śmiertelne. W odpowiedzi Babbage miał nadzieję stworzyć automatyczne urządzenie, które stworzy bezbłędne tabele. W 1822 roku napisał do prezesa Towarzystwa, Sir Humphry Davy (1778–1829), aby wyrazić tę nadzieję. Następnie napisał artykuł na temat „Teoretycznych zasad maszyn do obliczania tabel”, który zdobył pierwszy złoty medal Towarzystwa w 1823 r. Babbage postanowił zbudować „silnik różnicowy”.

Kiedy Babbage zwrócił się do rządu brytyjskiego o finansowanie, dali mu jedną z pierwszych dotacji rządowych na technologię. Babbage wydał te pieniądze na zatrudnienie jednego z najlepszych mechaników, jakich udało mu się wykonać: Josepha Clementa (1779–1844). I będzie dużo części: zaplanowano 25 000.

W 1830 r. Babbage postanowił przeprowadzić się, tworząc warsztat odporny na ogień w miejscu wolnym od pyłu na własnej posesji. Budowa zakończyła się w 1833 r., Kiedy Klemens odmówił kontynuacji bez zaliczki. Babbage nie był jednak politykiem; brakowało mu zdolności do łagodzenia relacji z kolejnymi rządami, a zamiast tego wyobcował ludzi swoją niecierpliwą postawą. Do tego czasu rząd wydał 17 500 funtów, nic więcej nie nadchodziło, a Babbage skończył tylko jedną siódmą jednostki obliczeniowej. Ale nawet w tym zredukowanym i prawie beznadziejnym stanie maszyna była w czołówce światowej technologii.

Babbage nie zamierzał się tak szybko poddawać. W świecie, w którym obliczenia były zwykle przenoszone na nie więcej niż sześć cyfr, Babbage zamierzał wyprodukować ponad 20, a wynikowy silnik 2 potrzebowałby tylko 8 000 części. Jego silnik różnicowy używał liczb dziesiętnych (0–9) - zamiast binarnych „bitów”, które niemiecki Gottfried von Preferowane Leibniz (1646–1716) - i byłyby ustawione na trybikach / kołach, które łączyły się ze sobą, aby tworzyć obliczenia. Ale silnik został zaprojektowany tak, aby nie tylko naśladować liczydła: mógł działać na skomplikowanych problemach przy użyciu serii obliczeń i może przechowywać wyniki w sobie do późniejszego wykorzystania, a także stemplować wynik na metalu wynik. Mimo że wciąż mógł wykonywać tylko jedną operację na raz, znacznie przekraczał jakiekolwiek inne urządzenie komputerowe, jakie kiedykolwiek widział świat. Niestety dla Babbage'a nigdy nie ukończył mechanizmu różnicowego. Bez dalszych dotacji rządowych skończyły mu się fundusze.

W 1854 r. Szwedzka drukarka o nazwisku George Scheutz (1785–1873) wykorzystała pomysły Babbage'a do stworzenia działającej maszyny, która produkowała tabele o dużej dokładności. Pominęli jednak zabezpieczenia i tendencja do psucia się, w wyniku czego maszyna nie wywarła wpływu. W 1991 r. Naukowcy z londyńskiego Muzeum Nauki, gdzie Rejestry Babbage'a po przeprowadzeniu prób opracowano silnik różnicowy 2 do oryginalnego projektu po sześciu latach pracy. DE2 zużył około 4000 części i ważył nieco ponad trzy tony. Dopasowana drukarka została ukończona w 2000 r. I znów miała tyle samo części, choć nieco mniejsza waga 2,5 tony. Co ważniejsze, zadziałało.

Za jego życia Babbage został oskarżony o większe zainteresowanie teorią i najnowocześniejszą innowacją niż faktyczną produkcję stolików, które rząd płacił mu za tworzenie. To nie było dokładnie niesprawiedliwe, ponieważ zanim fundusze mechanizmu różnicowego wyparowały, Babbage wpadł na nowy pomysł: silnik analityczny. Był to ogromny krok poza silnik różnicowy: było to urządzenie ogólnego przeznaczenia, które mogło obliczać wiele różnych problemów. Miał być cyfrowy, automatyczny, mechaniczny i kontrolowany przez zmienne programy. Krótko mówiąc, rozwiązałoby to wszelkie obliczenia, które chciałeś. Byłby to pierwszy komputer.

Silnik analityczny miał cztery części:

• Młyn, który był sekcją wykonującą obliczenia (głównie procesor)
• Sklep, w którym informacje były przechowywane (zasadniczo pamięć)
• Czytnik, który umożliwia wprowadzanie danych za pomocą kart perforowanych (głównie klawiatury)
• Drukarka

Karty ciosów były wzorowane na tych opracowanych dla Krosno żakardowe i pozwoliłoby maszynie na większą elastyczność niż cokolwiek, co kiedykolwiek wymyślono do wykonywania obliczeń. Babbage miał wielkie ambicje związane z urządzeniem, a sklep miał pomieścić 1050 cyfr. Miałby wbudowaną możliwość ważenia danych i przetwarzania instrukcji poza kolejnością, jeśli to konieczne. Byłby napędzany parą, wykonany z mosiądzu i wymagałby przeszkolonego operatora / kierowcy.

Babbage był wspierany przez Ada Lovelace (1815–1852), córka brytyjskiego poety Lord Byron i jedna z niewielu kobiet z epoki z wykształceniem matematycznym. Babbage bardzo podziwiała opublikowane przez nią tłumaczenie francuskiego artykułu na temat pracy Babbage'a, który zawierał obszerne notatki.

Silnik wykraczał poza to, na co mógł sobie pozwolić Babbage, i być może jaką technologię mogłaby wówczas wyprodukować, ale rząd zaczął się irytować Babbage'm i nie otrzymano funduszy. Babbage kontynuował prace nad tym projektem, dopóki nie zmarł w 1871 r. Z wielu powodów rozgoryczony człowiek, który poczuł, że więcej środków publicznych należy skierować na rozwój nauki. Być może nie został ukończony, ale silnik analityczny był przełomem w wyobraźni, jeśli nie praktyczności. Silniki Babbage'a zostały zapomniane, a kibice musieli walczyć, aby był dobrze oceniany; niektórym członkom prasy łatwiej było kpić. Kiedy w XX wieku wynaleziono komputery, wynalazcy nie wykorzystali planów ani pomysłów Babbage'a i dopiero w latach siedemdziesiątych jego praca została w pełni zrozumiana.

Zajęło to ponad wiek, ale współczesne komputery przekroczyły moc silnika analitycznego. Teraz eksperci stworzyli program, który replikuje plik umiejętności silnika, więc możesz Spróbuj sam.

• Bromley, A. SOL. "Silnik analityczny Charlesa Babbage'a, 1838." Roczniki historii informatyki 4.3 (1982): 196–217.
• Gotuj, Simon. "Umysły, maszyny i agenci ekonomiczni: Recepcje Cambridge Boole and Babbage"Studia w historii i filozofii nauki Część A 36.2 (2005): 331–50.
• Crowley, Mary L. "„Różnica” w silniku różnicowym Babbage'a." Nauczyciel matematyki 78.5 (1985): 366–54.
• Hyman, Anthony. „Charles Babbage, pionier komputera”. Princeton: Princeton University Press, 1982.
• Lindgren, Michael. „Chwała i porażka: silniki różnicowe Johanna Müllera, Charlesa Babbage'a oraz Georga i Edvarda Scheutza”. Trans. McKay, Craig G. Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1990.