Biografia Charlesa Babbage'a, matematyka i pioniera komputerowego
Ojciec komputerów
Profesor Charles Babbage (1792 - 1871), matematyk i wynalazca niedokończonego silnika różnicowego Babbage, mechanicznego programowalnego komputera, około 1860 roku.
Corbis / Getty Images
Charles Babbage (26 grudnia 1791 – 18 października 1871) był angielskim matematykiem i wynalazcą, któremu przypisuje się konceptualizację pierwszego cyfrowego programowalnego komputera. Zaprojektowany w 1821 roku silnik różnicowy Babbage'a nr 1 był pierwszą udaną, bezbłędną automatyczną maszyną liczącą i jest uważany za inspirację dla nowoczesnych programowalnych komputerów. Często nazywany Ojcem Komputera, Babbage był także płodnym pisarzem, z wieloma zainteresowaniami, w tym matematyką, inżynierią, ekonomią, polityką i technologią.
Szybkie fakty: Charles Babbage
- Babbage, Karolu. „Wersety z życia filozofa”. Dzieła Charlesa Babbage'a. Wyd. Campbell-Kelly, Martin. Tom. 11. Londyn: William Pickering, 1864. Drukuj.
- Bromley, AG '.' Maszyna analityczna Charlesa Babbage'a, 1838 r Roczniki Historii Informatyki 4.3 (1982): 196-217. Wydrukować.
- Gotuj, Szymonie. '.' Umysły, maszyny i agenci ekonomiczni: przyjęcie Boole i Babbage w Cambridge Studia z historii i filozofii nauki Część A 36,2 (2005): 331–50. Wydrukować.
- Crowley, Mary L. ' „Różnica” w silniku różnicowym Babbage'a . Nauczyciel matematyki 78,5 (1985): 366–54. Wydrukować.
- Franksena, Olego Immanuela. ' Babbage i kryptografia. Lub Tajemnica Szyfru Admirała Beauforta . Matematyka i komputery w symulacji 35,4 (1993): 327–67.
- Hollings, Christopher, Ursula Martin i Adrian Rice. ' Wczesna edukacja matematyczna Ady Lovelace . Biuletyn BSHM: Journal of the British Society for the History of Mathematics 32,3 (2017): 221-34. Wydrukować.
- Hyman, Antoni. — Charles Babbage, pionier informatyki. Princeton: Princeton University Press, 1982. Drukuj.
- Kuskey, Jessiko. ' Matematyka i mechaniczny umysł: Charles Babbage, Charles Dickens i praca umysłowa w „Little Dorrit” .'' Roczne studia Dickensa 45 (2014): 247–74. Wydrukować.
- Lindgrena, Michaela. „Chwała i porażka: silniki różnicowe Johanna Müllera, Charlesa Babbage oraz Georga i Edvarda Scheutzów”. Przeł. McKay, Craig G. Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1990. Druk.
Wczesne życie i edukacja
Charles Babbage urodził się 26 grudnia 1791 roku w Londynie jako najstarszy z czworga dzieci urodzonego przez londyńskiego bankiera Benjamina Babbage i Elizabeth Pumleigh Teape. Tylko Karol i jego siostra Mary Ann przeżyli wczesne dzieciństwo. Rodzina Babbage była dość zamożna i jako jedyny żyjący syn Karol miał prywatnych nauczycieli i został wysłany do najlepszych szkół, w tym do Exeter, Enfield, Totnes i Oksfordu, zanim ostatecznie wstąpił do Trinity College w Cambridge w 1810 roku.
W Trinity Babbage czytał matematykę, aw 1812 dołączył do Peterhouse na Uniwersytecie Cambridge, gdzie był najlepszym matematykiem. Będąc w Peterhouse, był współzałożycielem Towarzystwa Analitycznego, mniej lub bardziej udanego towarzystwa naukowego złożonego z najbardziej znanych młodych naukowców w Anglii. Dołączył także do mniej zorientowanych akademicko stowarzyszeń studenckich, takich jak The Ghost Club, zajmujący się badaniem zjawisk nadprzyrodzonych, oraz Extractors Club, którego celem jest uwolnienie swoich członków z zakładów psychiatrycznych, które określali jako domy wariatów, gdyby ktoś był im oddany.
Charles Babbage (1791-1871) Angielski matematyk i pionier informatyki, 1871. Kolekcjoner wydruków / Getty Images
Chociaż był najlepszym matematykiem, Babbage nie ukończył Peterhouse w Cambridge z wyróżnieniem. Ze względu na spór o przydatność jego pracy dyplomowej do publicznego przeglądu, zamiast tego otrzymał stopień naukowy bez egzaminu w 1814 roku.
Po ukończeniu studiów Babbage został wykładowcą astronomii w Królewskim Instytucie Wielkiej Brytanii, organizacji zajmującej się edukacją naukową i badaniami z siedzibą w Londynie. Następnie został wybrany do stypendium Royal Society of London na rzecz poprawy wiedzy naturalnej w 1816 roku.
Droga Babbage do maszyn liczących
Pomysł maszyny zdolnej do obliczania i drukowania bezbłędnych tablic matematycznych po raz pierwszy pojawił się w Babbage w 1812 lub 1813 roku. Na początku XIX wieku tablice nawigacyjne, astronomiczne i aktuarialne były istotnymi elementami rozwijającego się Rewolucja przemysłowa . W nawigacji używano ich do obliczania czasu, pływów, prądów, wiatrów, pozycji słońca i księżyca, linii brzegowych i szerokości geograficznych. W tym czasie pracowicie konstruowane ręcznie, niedokładne tabele prowadziły do katastrofalnych opóźnień, a nawet utraty statków.
Działanie krosna żakardowego, wykorzystywanego do produkcji gobelinów i tapicerki. Niedatowane zdjęcie. Corbis / Getty Images
Babbage czerpał inspirację dla swoich maszyn liczących z 1801 roku Krosno żakardowe , zautomatyzowaną maszynę tkacką, która była ręcznie kręcona i programowana zgodnie z instrukcjami dostarczonymi przez karty perforowane. Widząc misterne portrety utkane automatycznie w jedwabiu przez krosno żakardowe, Babbage postanowił zbudować niezawodną, napędzaną parą lub ręcznie korbową maszynę liczącą, która podobnie obliczy i wydrukuje tabele matematyczne.
Silniki różnicowe
Babbage zaczął tworzyć maszynę do mechanicznego wytwarzania tablic matematycznych w 1819 roku. W czerwcu 1822 roku ogłosił swój wynalazek Królewskiemu Towarzystwu Astronomicznemu w artykule zatytułowanym Uwaga na temat zastosowania maszyn do obliczania tablic astronomicznych i matematycznych. Nazwał go Difference Engine nr 1, nawiązując do zasady różnic skończonych, zasady matematycznego procesu rozwiązywania wyrażenia wielomianowe przez dodawanie, a zatem rozwiązywalne przez proste maszyny. Projekt Babbage'a wymagał ręcznej maszyny, zdolnej do tabelaryzowania obliczeń z dokładnością do 20 miejsc po przecinku.
Ilustracja silnika różnicowego. Bettmann / Współtwórca / Getty Images
W 1823 r. brytyjski rząd zainteresował się tym projektem i dał Babbage'owi 1700 funtów na rozpoczęcie prac nad projektem, mając nadzieję, że jego maszyna sprawi, że zadanie tworzenia krytycznych tabel matematycznych będzie mniej czasochłonne i kosztowne. Chociaż projekt Babbage'a był wykonalny, ówczesny stan obróbki metali sprawił, że produkcja tysięcy potrzebnych precyzyjnie obrobionych części była zbyt kosztowna. W rezultacie rzeczywisty koszt budowy silnika różnicowego nr 1 znacznie przekroczył wstępne szacunki rządu. W 1832 roku Babbage zdołał stworzyć działający model pomniejszonej maszyny zdolnej do zestawiania obliczeń z dokładnością do sześciu miejsc po przecinku, zamiast 20 miejsc po przecinku przewidzianych w pierwotnym projekcie.
Zanim rząd brytyjski porzucił projekt silnika różnicowego nr 1 w 1842 r., Babbage pracował już nad projektem swojego silnika analitycznego, znacznie bardziej złożonej i programowalnej maszyny liczącej. W latach 1846-1849 Babbage wyprodukował projekt ulepszonego silnika różnicowego nr 2, zdolnego do szybszego obliczania do 31 miejsc po przecinku i przy mniejszej liczbie ruchomych części.
W 1834 szwedzki drukarz Per Georg Scheutz z powodzeniem skonstruował maszynę opartą na silniku różnicowym Babbage'a, znanym jako silnik obliczeniowy Scheutziana. Chociaż był niedoskonały, ważył pół tony i był wielkości fortepianu, silnik Scheutzian został pomyślnie zademonstrowany w Paryżu w 1855 roku, a jego wersje zostały sprzedane rządom USA i Wielkiej Brytanii.
Maszyna różnicowa Charlesa Babbage'a nr 1, prototyp maszyny liczącej, 1824-1832, zmontowany w 1832 przez Josepha Clementa, wykwalifikowanego ślusarza i rysownika. Ann Ronan Pictures / Print Collector / Getty Images
Silnik analityczny, prawdziwy komputer
W 1834 Babbage zaprzestał prac nad Maszyną Różnicową i zaczął planować większą i bardziej wszechstronną maszynę, którą nazwał Maszyną Analityczną. Nowa maszyna Babbage'a była ogromnym krokiem naprzód. Zdolny do obliczenia więcej niż jednego zadania matematycznego, miał naprawdę być tym, co dzisiaj nazywamy programowalnym.
Podobnie jak współczesne komputery, silnik analityczny Babbage'a zawierał jednostkę arytmetyczno-logiczną, przepływ sterowania w postaci warunkowych rozgałęzień i pętli oraz zintegrowaną pamięć. Podobnie jak krosno żakardowe, które wiele lat wcześniej zainspirowało Babbage'a, jego silnik analityczny miał być zaprogramowany do wykonywania obliczeń za pomocą kart dziurkowanych. Wyniki — dane wyjściowe — byłyby dostarczane na drukarce, ploterze krzywym i dzwonku.
Nazywana sklepem pamięć Silnika Analitycznego miała być w stanie pomieścić 1000 liczb po 40 cyfr dziesiętnych każda. Młyn silnika, podobnie jak jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU) we współczesnych komputerach, miała być w stanie wykonywać wszystkie cztery podstawowe operacje arytmetyczne, plus porównania i opcjonalnie pierwiastki kwadratowe. Podobnie jak w przypadku nowoczesnej jednostki centralnej komputera (CPU), papiernia miała polegać na własnych wewnętrznych procedurach wykonywania instrukcji programu. Babbage stworzył nawet język programowania do użycia z silnikiem analitycznym. Podobny do nowoczesnego języki programowania , to pozwoliło na zapętlenie instrukcji oraz rozgałęzienie warunkowe .
W dużej mierze z powodu braku funduszy Babbage nigdy nie był w stanie skonstruować w pełni działających wersji żadnej ze swoich maszyn liczących. Dopiero w 1941 roku, ponad sto lat po tym, jak Babbage zaproponował swój silnik analityczny, niemiecki inżynier mechanik Konrad Zuse zademonstruj jego Z3 , pierwszy na świecie działający programowalny komputer.
W 1878 roku, nawet po tym, jak Babbage’s Analytical Engine ogłosił, że jest „cudem mechanicznej pomysłowości”, komitet wykonawczy Brytyjskiego Stowarzyszenia Postępu Naukowego zalecił, by go nie konstruować. Mimo uznania użyteczności i wartości maszyny, komisja sprzeciwiła się szacunkowym kosztom jej budowy bez żadnej gwarancji, że będzie działać poprawnie.
Babbage i Ada Lovelace, pierwszy programista
5 czerwca 1883 Babbage poznał 17-letnią córkę słynnego poety Lord Byron , Augusta Ada Byron, hrabina Lovelace – lepiej znana jako Jest Lovelace . Ada i jej matka uczestniczyły w jednym z wykładów Babbage'a i po krótkiej korespondencji Babbage zaprosił ich do obejrzenia małej wersji Silnika Różnicowego. Ada była zafascynowana i poprosiła o kopie planów Silnika Różnicowego i otrzymała je. Ona i jej matka odwiedziły fabryki, aby zobaczyć inne maszyny w pracy.
Ada Lovelace, uważana za utalentowanego matematyka, uczyła się u dwóch najlepszych matematyków swoich czasów: Augustusa De Morgana i Mary Somerville. Poproszona o przetłumaczenie artykułu włoskiego inżyniera Luigiego Federico Menabrei o silniku analitycznym Babbage'a, Ada nie tylko przetłumaczyła oryginalny tekst francuski na angielski, ale także dodała własne przemyślenia i pomysły dotyczące maszyny. W swoich dodanych notatkach opisała, w jaki sposób można stworzyć silnik analityczny do przetwarzania liter i symboli oprócz cyfr. Zajęła się również teoretyzacją procesu powtarzania instrukcji lub zapętlania, niezbędnej funkcji używanej we współczesnych programach komputerowych.
Opublikowane w 1843 r. tłumaczenie i notatki Ady opisały, jak zaprogramować silnik analityczny Babbage'a, co w gruncie rzeczy uczyniło Adę Byron Lovelace pierwszym na świecie programistą komputerowym.
Małżeństwo i życie osobiste
Wbrew życzeniom ojca Babbage poślubił Georgianę Whitmore 2 lipca 1814 roku. Jego ojciec nie chciał, aby jego syn się ożenił, dopóki nie miał wystarczająco dużo pieniędzy, aby się utrzymać, ale mimo to obiecał mu 300 funtów (36 175 funtów w 2019 r.) rocznie za życie. Para ostatecznie miała ośmioro dzieci, z których tylko troje dożyło dorosłości.
W ciągu zaledwie jednego roku, od 1827 do 1828, Babbage dotknął tragedię, gdy jego ojciec, jego drugi syn (Charles), jego żona Georgiana i nowo narodzony syn zginęli. Prawie niepocieszony udał się w długą podróż po Europie. Kiedy jego ukochana córka Georgiana zmarła około 1834 roku, zdewastowany Babbage postanowił oddać się swojej pracy i nigdy nie ożenił się ponownie.
Po śmierci ojca w 1827 r. Babbage odziedziczył 100 000 funtów (ponad 13,2 miliona dolarów w 2019 r.). W dużej mierze to spore dziedzictwo umożliwiło Babbage'owi poświęcenie swojego życia pasji tworzenia maszyn liczących.
Ponieważ nauka nie została jeszcze uznana za zawód, Babbage był postrzegany przez współczesnych mu jako dżentelmen naukowiec – członek dużej grupy arystokratycznych amatorów, który z racji bycia niezależnie bogatym był w stanie realizować swoje zainteresowania bez żadnych zewnętrznych środków. wsparcia. Zainteresowania Babbage'a nie ograniczały się w żaden sposób do matematyki. W latach 1813-1868 był autorem kilku książek i opracowań dotyczących wytwarzania, procesów produkcji przemysłowej i międzynarodowej polityki gospodarczej.
Dr Ken Arnold, szef wystaw Wellcome Trust, pozuje do zdjęcia obok mózgu Charlesa Babbage'a 14 marca 2002 r. na wystawie „Head On, Art with the Brain in Mind” w Science Museum w Londynie. Sion Touhig / Getty Images
Inne wynalazki Babbage'a, choć nigdy nie tak dobrze nagłośnione jak jego maszyny liczące, obejmowały oftalmoskop, czarny rejestrator katastrof kolejowych, sejsmograf, wysokościomierz i wyłapywacz krów do zapobiegania uszkodzeniom przedniej części lokomotyw kolejowych. Ponadto zaproponował wykorzystanie ruchów pływowych oceanów do produkcji energii, co jest obecnie procesem rozwijanym jako źródło energii odnawialnej.
Choć często uważany za ekscentryka, Babbage był supergwiazdą w londyńskich kręgach społecznych i intelektualnych lat 30. XIX wieku. Jego regularne sobotnie imprezy w jego domu na Dorset Street były uważane za wydarzenia „nie przegap”. Wierny swojej reputacji uroczego gawędziarza, Babbage oczarowywał swoich gości najnowszymi londyńskimi plotkami i wykładami na temat nauki, sztuki, literatury, filozofii, religii, polityki i sztuki. Wszyscy byli chętni do pójścia na jego chwalebne wieczory, napisał filozof Harriet Martineau imprez Babbage'a.
Mimo swojej społecznej popularności Babbage nigdy nie był mylony z dyplomatą. Często przeprowadzał gwałtowne publiczne ataki werbalne na członków tego, co uważał za establiszment naukowy z powodu braku wizji. Niestety czasami atakował nawet te same osoby, do których szukał wsparcia finansowego lub technicznego. Rzeczywiście, pierwsza biografia jego życia, napisana przez Mabotha Moseleya w 1964 roku, nosi tytuł „Irascible Genius: A Life of Charles Babbage, Inventor”.
Śmierć i dziedzictwo
Babbage zmarł w wieku 79 lat 18 października 1871 roku w swoim domu i laboratorium przy 1 Dorset Street w londyńskiej dzielnicy Marylebone i został pochowany na londyńskim Kensal Green Cemetery. Dziś połowa mózgu Babbage jest przechowywana w Hunterian Museum w Royal College of Surgeons w Londynie, a druga połowa jest wystawiona w Science Museum w Londynie.
Silnik różnicowy nr 2 Muzeum Nauki, zbudowany według projektu Charlesa Babbage'a. Geni / Wikimedia Commons / Domena publiczna
Po śmierci Babbage'a jego syn Henryk kontynuował dzieło ojca, ale nie zdołał też zbudować w pełni działającej maszyny. Inny z jego synów, Benjamin, wyemigrował do Australii Południowej, gdzie w 2015 roku odkryto wiele dokumentów Babbage'a i fragmentów jego prototypów.
W 1991 roku w pełni funkcjonalna wersja Silnik różnicowy Babbage'a nr 2 został pomyślnie zbudowany przez Dorona Swade'a, kuratora londyńskiego Muzeum Nauki. Dokładny do 31 cyfr, z ponad 4000 części i ważący ponad trzy tony, działa dokładnie tak, jak przewidywał to Babbage 142 lata wcześniej. Drukarka, ukończona w 2000 roku, miała kolejne 4000 części i ważyła 2,5 tony metrycznej. Dziś Swade jest kluczowym członkiem zespołu Plan 28 projekt, próba London Science Museum zbudowania działającej na pełną skalę silnika analitycznego Babbage.
Gdy zbliżał się do końca swojego życia, Babbage pogodził się z faktem, że nigdy nie ukończy działającej wersji swojej maszyny. W swojej książce z 1864 r. Fragmenty z życia filozofa proroczo potwierdził swoje przekonanie, że jego lata pracy nie poszły na marne.
Jeśli, nie ostrzeżony przez mój przykład, ktoś podejmie się i odniesie sukces w zbudowaniu silnika, który będzie zawierał w sobie cały wydział analizy matematycznej na innych zasadach lub za pomocą prostszych środków mechanicznych, nie obawiam się pozostawienia mojej reputacji w jego za, bo tylko on będzie w stanie w pełni docenić charakter moich wysiłków i wartość ich wyników.
Charles Babbage był jedną z najbardziej wpływowych postaci w rozwoju technologii. Jego maszyny służyły jako intelektualny poprzednik szerokiej gamy technik sterowania produkcją i technik obliczeniowych. Ponadto uważany jest za znaczącą postać w XIX-wiecznym społeczeństwie angielskim. Opublikował sześć monografii i co najmniej 86 artykułów i prowadził wykłady na tematy od kryptografii i statystyki po interakcje między teorią naukową a praktykami przemysłowymi. Miał duży wpływ na znanych filozofów politycznych i społecznych, w tym: John Stuart Mill oraz Karol Marks .
Źródła i dalsze odniesienia
aktualizowany przezRobert Longley