Аналітична машина Чарльза Беббіджа

Чарльз Беббідж з'явивсяна світло 26 грудня 1791 на південному заході Англії в містечку Тотнес графстваДевоншир в родині банкіра. Батько його, Бенджамін Беббідж, банкір фірми В«Пред,Манкворт і Беббідж В», згодом залишив синові досить велику спадщину.Чарльз був дуже слабким, хворобливою дитиною, і тому батьки не поспішаливіддавати його в школу. З самого дитинства він індивідуально займався з вчителемалгебри, і не дивно, що незабаром вона стала його улюбленою наукою. До часунадходження в 1811 році в Трініті-коледж Оксфордського університету,вісімнадцятирічний Беббідж перевершував в своїх математичні знання всіхсвоїх однолітків. Залишилися відомості, що питання юного Беббіджа неодноразовоставили в тупик самих викладачів коледжу.

Незважаючи нахворобливість, юний Беббідж був дуже різнобічним і товариським молодимлюдиною. Найбільш близькими його друзями в коледжі стали Джон Гершель, онуквеликого астронома У. Гершеля, і Джордж Пікок. Друзі якось навіть уклалипрецікаві угоду: В«залишити цей світ мудріше, ніж він був ними знайденийВ».

Через рік післянадходження в коледж Беббідж і його друзі взяли участь у створенніАналітичного суспільства, спрямованого на реформування окремих постулатівматематики Ньютона, викладав в університеті, і вивчення передовихдосягнень європейської науки. В«Аналітичне суспільствоВ» стало проводитирегулярні засідання, на яких його члени виступали з науковими доповідями,розвинуло бурхливу видавничу діяльність. Так, Беббідж, Гершель і Пікок в 1816році перевели з французької математичний трактат професора Лакруа тадоповнили його двома томами власних прикладів.

Беббідж був обдарованимстудентом, але вважав, що його друзі - Гершель і Пікок - досягли в математицікуди більших успіхів, ніж він. Не бажаючи після закінчення коледжу бути третім усписку кращих студентів, Чарльз перевівся в коледж святого Петра.Дійсно, там він став першим студентом і в 1814 році отримав ступіньбакалавра. Через три роки Беббідж отримав вчене звання магістра.

2.ВЧЕНІ ІНТЕРЕСИ. Початок роботи над обчислювальними машинами.

Новоспечений магістрбув вкрай діяльною натурою, що володіла широким діапазоном науковихінтересів. В молоді роки він почав писати словник і граматику світовогоуніверсальної мови, однак ця робота залишилася незавершеною. Приблизно в цейВодночас Беббідж зацікавився можливістю створення обчислювальної машини,виключало можливість неточних розрахунків та математичних помилок при розрахункулогарифмічних таблиць. Існує дві красиві легенди щодо того, як Беббіджостаточно сформулював для себе завдання створення машини, здатноїсамостійно створювати безпомилкові таблиці. Згідно з першою версією,викладеної Беббідж, одного разу Гершель приніс йому розрахунки, виконаніобчислювачами Астрономічного товариства. Однак у Беббіджа і Гершеля виниклисумніви щодо якості роботи обчислювачів. Вони взялися застомлюючу перевірку і виявили велику кількість помилок. Беббідж сказав: В«Яхотів би, щоб ці розрахунки виконувалися за допомогою джерела енергії В», на щоГершель відповів: В«Це цілком можливоВ». За словами Беббіджа, ця розмовапородив ідею, втіленням якої він займався все життя.

За другою версією,викладеної Беббідж, справа йшла трохи інакше. Одного разу ввечері Беббіджсидів у кімнаті Аналітичного суспільства і розмірковував про складність розрахункулогарифмічних таблиць. В цей час до кімнати зайшов один з його друзів ізапитав: В«Ну, Чарльз, про що ти мрієш?В» Вказуючи на таблицю логарифмів,Беббідж відповів: В«Я думаю, що всі ці таблиці можна розрахувати на машиніВ».Беббідж пише, що В«ця подія, повинно бути, сталося в 1812 або 1813В».

Справою життя створенняобчислювальної машини стало для молодого математика після його переїзду для продовженнянавчання до Франції. Там Беббідж зустрічався з великими П'єром Лапласом іЖаном-Батистом Фур'є, але найбільше враження на нього справив барон Гаспарде Проні. Саме в працях де Проні Беббідж почерпнув думка про створеннятехнології обчислень.

Для того, щоб зрозумітивідчуженість, з якою взявся за створення машини британський винахідник,наведу наступний факт. У 1828 році Беббідж був обраний професором математикиЛюкасовского коледжу Кембріджського університету (через багато років він скаже,що це була єдина честь, якої він був удостоєний в своїй країні). Такот: за 11 років професорської діяльності вчений не прочитав в університеті ніоднієї лекції, весь час присвячуючи розрахунками машини.

Тим не менш, кафедратаки забирала певний час, і тоді в 1839 році Беббідж залишаєпрофесорську діяльність. Відтепер і до кінця його життя цілком і повністюбуде присвячена створенню обчислювальних машин.

3. Різницевої машиниБеббідж.

Щоб краще зрозуміти майбутні ідеї Беббіджа, розглянемо докладніше основнінаукові віхи в житті де Проні. Уряд оновленої після пе періодуімперії Франції вирішило створити нові логарифмічні і тригонометричнітаблиці. Цю роботу і доручили баронові де Проні, який керував в ту поруБюро перепису.

Де Проні переніс ідею поділу праці на обчислювальний процес. Він розподілив виконавців за трьомарівнями кваліфікації: вищий щабельзаймали кілька видатних математиків,серед яких були Лежандр і Лазар Нікола Карно, - вони готувалиматематичне забезпечення. На другому рівні стояли освічені В«технологиВ»,які організовували рутинний процес обчислювальнихробіт. Останніми в цій структурі булиобчислювачі - computers (перше використання цьогослова): їх кваліфікаційний максимум - вміння складати і віднімати (зазвичай обчислювачів набирали з дівчат легкої поведінки, які післяреволюції зважилися змінити професію).

Заслугаде Проні в тому, що він знайшов алгоритмічний і технологічнийпідходи для відомості складних обчислень до рутинних операціях, що не вимагають від більшості виконавців творчого підходу. В принципі, де Проні створив першу обчислювальнумашину, де в якості процесора використовувалися обчислювачі. Цей підхід 150 років успішно застосовувався при проведенніскладних і навіть дуже складних розрахунків - від розробки конструкцій кораблів до ...створенняперших атомних бомб.

Розподіл обчислювального праціу де Проні наводить Беббіджа на думка про заміну людини-обчислювача (який неминуче помиляється) машиною - якої, як вважав Беббідж, помилки невідомі.

Британськийвчений з головою кидається в нову для нього іпостась математичної науки. В1819 Беббідж описав машину, здатну розраховувати і друкувати великіматематичні таблиці, і сконструював машину для табулювання, що складаласяз валиків і шестерень, що обертаються за допомогою важеля. Машина могла вироблятидеякі математичні обчислення з точністю до восьмого знака післякоми. На ній Беббідж, зокрема, Розрахував таблицю квадратів. Післязакінчення цієї машини Беббідж був повний творчого ентузіазму, вважаючи, щоосновні труднощі вже пройдені. Подальші плани винахідника були вельмиоптимістичні.

У 1822 р. Беббідж звернувся до президента Королівського товариства Деві з листом, в якому пропонувавпобудувати різницеву машину значно більших розмірів, ніж попередня, длярозрахунку, в першу чергу, астрономічних і навігаційних таблиць Роботу над спорудою різницевої машини ЧарльзБеббідж почав в 1823 році, відразу після того, як отримав урядовустипендію для продовження робіт над створенням обчислювальних машин. Різницевамашина повинна була робити обчислення з точністю до двадцятого знака післякоми. Споруда механізму відняла у Беббіджа десять років, її конструкціяставала все більш складною, громіздкою і дорогою. Саме через фінансовунеспроможності проекту роботу над створенням різницевої машини довелося припинити,так і не досягнувши відчутного результату. Правда, різницева машина все-такибуде побудована, але лише через без малого 200 років (див. введення) ...

Цінністьрізницевої машини Чарльза Беббіджа в тому, що він вперше запропонував машину,яка на відміну від усіх попередніх могла не тільки проводити один раззадану дію, але й здійснювати цілу програму обчислень. Поряд з табулювання поліномів пометодом кінцевих різниць на машині можна було розраховувати значення функцій,не мають постійних різниць, за допомогою майстерно підібраних емпіричнихформул.

Сам Беббідж доситьясно представляв призначення своєї машини. Він пропагував використанняматематичних методів в різних галузях науки і пророкував при цьомушироке застосування обчислювальних машин

4.Аналітична машина Беббіджа

Намомент припинення робіт над створенням різницевої машини діяльний мозокБеббіджа був зайнятий вирішенням вже інший, більш важкої задачі. Беббідж побажавстворити новий прилад - Аналітичну машину (Analytical Engine). Її головнимвідмінністю від різницевої машини повинно було стати та обставина, що вона булапрограмованої і могла виконувати будь задані їй обчислення.

Відарифмометра нова машина відрізнялася наявністю регістрів. У них зберігавсяпроміжний результат обчислення, і з їхньою ж допомогою виконувалися дії,наказані програмою. Обчислювальні можливості, що відкрилися післявинаходи регістрів, вразили самого Беббіджа. На цей рахунок зберегласянаступна репліка винахідника: В«Шість місяців я складав проект машини, більшдосконалою, ніж перша. Я сам абсолютно вражений тією обчислювальною потужністю,якої вона буде володіти. Ще рік тому я не зміг би в таке повірити! В»

АрхітектураАналітичної машини Чарльза Беббіджа вже практично відповідає сучаснимЕОМ. У ній присутні всі три класичних складових комп'ютера:

-control barrel - керуючийбарабан (управляючий пристрій - УУ),-store - сховище(Тепер ми називаємо це пам'яттю - ЗУ)-mill - млин(Арифметичний пристрій - АУ).

Реєстрова пам'ять машини Беббіджа булаздатна зберігати як мінімум сто десятковихчисел по 40 знаків, теоретично ж моглабути розширена до тисячі 50-розрядних(Для порівняння зазначимо, щозапам'ятовуючий пристрій однією зперших ЕОМ В«ЕНІАКВ» у 1945 р. зберігало всього 20 десятирозрядних чисел). Арифметичне пристрій мав, як ми б зараз сказали, апаратну підтримку всіх чотирьох дій арифметики. Машина виробляла додавання за 3 секунди, множення і ділення - за 2 хвилини. Ця В«млинВ» складалася з трьох основних регістрів: два дляоперандів, а третій для результатів дій, що відносяться до множення. Малисятакож таблиця для зберіганняпроміжних результатів і лічильникчисла ітерацій. Основна програма заносилася на барабан (Керуючий пристрій), на додаток до неї могли використовуватися перфокарти, запропоновані Жозеф Марі Жаккар ще в 1801 р. для швидкого переходу з візерунка на візерунок у ткацькихверстатах.

Великудопомога в розробці машини Беббіджу надала Ада Лавлейс (уроджена Байрон).Лавлейс була дочкою знаменитого англійського поета лорда Байрона, але так йогоніколи й не побачила, так як незадовго до її народження він поїхав до Греції, де ізагинув у складі загону повстанців. Лавлейс бувала в гостях у Беббіджа зі своєюподругою Мері Соммервіллем. Беббідж завжди ставився до них привітно й подовгупояснював призначення всіх пристроїв машини. А незабаром він виявив неабиякіматематичні здібності Ади Лавлейс. Саме вона згодом створить першийв світі теоретичні основи програмування, напише перший підручник по програмуванню,і ввійде в історію як В«перша программісткаВ».

СамеЛавлейс належить ідея використання для подачі на вхід машини двох потоківперфокарт, які були названі операційними картами і картами змінних:Першим керуючим процесом обробки даних, які були записані на других.

Інформаціязаносиласяна перфокарти шляхом пробивки отворів. З операційних картможна було скластибібліотеку функцій. Крім цього, Analytical Engine, за задумомавтора, повинна була містити пристрій друку і пристрій виводурезультатів на перфокарти для подальшого використання. Так що Беббідж ставпіонером ідеї введення-виведення.

Беббідж пропонував такожстворити механізм для перфорування цифрових результатів на бланку абометалевих пластинках. Для зберігання інформації в пам'яті учений збиравсявикористовувати не тільки перфокарти, але і металеві диски, які будутьповертатися на осі. Металеві пластинки і металеві диски можутьтепер розглядатися нами як далекі прототипи магнітних карт і магнітнихдисків.

Тільки в одному відношенніаналітична машина не була автоматичною. Функції, записані таблично,повинні були бути заздалегідь відперфорованих. Передбачаючи майбутнє обчислювальнихмашин, Беббідж писав: В«Здається найбільш імовірним, що вона розраховує набагатошвидше за відповідними формулами, ніж користуючись своїми ж власнимитаблицями В». І дійсно, в сучасних обчислювальних машинах існуєвелика бібліотека стандартних підпрограм, за допомогою якої розраховуютьсяфункції різного ступеня складності. Цікаво, що термін В«бібліотекаВ» дляданого застосування також був вперше використаний Чарльзом Беббіджем!

5.Причини невдач Беббіджа

Івсе ж, незважаючи на цілий ряд блискучих здогадок і новаторських винаходів,випередили свій час на ціле століття, Чарльзу Беббіджу так і не вдалосязакінчити Аналітичну машину. Основною причиною невдачі є головнегідність машини: Беббідж дійсно занадто перевершив свого часу (невипадково в кінці життя він скаже: В«я готовий віддати останні роки свого життя зате, щоб прожити три дні через 150 років, і щоб мені докладно пояснили принципроботи майбутніх машин В»). Як бачимо, Беббідж вже не сумнівався в майбутньому розвиткуобчислювальної техніки. Справа в тому, що одна з двох головних причиннезакінченості роботи - неможливість в той час обробляти метал з високоюступенем точності (в той час як для реалізації проекту Аналітичної машинитільки зубчастих коліс треба було б кілька тисяч!) І в наші днітехнологиб сильно задумалися над можливістю побудови подібної машини, а в ті часисамому Беббіджу нерідко доводилося винаходити технології виробництва деталей, відволікаючисьвід загального напрямупроекту.

Другийпроблемою була фінансова. Якщо спочатку різні наукові товариства зентузіазмом підтримували Беббіджа, то зовсім скоро вони охололи до затратномупроекту з розмитими цілями. У 1851 році Беббідж з гіркотою заявляв, що всі,пов'язане з машиною, він зробив за власні ...гроші. Відомо, що вчений вцілях видобутку матеріальних засобів написав роман, намагався обратися в ПарламентБританської імперії, навіть один час грав в лотерею!

ДоляБеббіджа - це трагічна доля вченого, так і не побачив плодів свогопраці. До самого свого кінця він заявляв, що ненавидить життя, людей іАнглійський уряд. Коли він 14 грудня 1871 відчув себепогано, він сказав лише одне: В«Довгоочікуване час приходить!В». Він помер в цей жедень, ввечері, на руках у власного сина, не доживши до вісімдесятиріччявсього декількох днів. На похороні людини, що передбачив розвитокобчислювальної техніки на сотні років уперед, були присутні всього лише кількаблизьких друзів.

ВИСНОВОК

Великий

1.упр. англ.

2.- № 2.

3.І.А.

4.Велика

5.

6.