Машини Беббіджа
(1791-1871 р.)
Після закінчення коледжу Чарльз Беббідж зацікавився ідеєю створення обчислювальної машини, що виключала б можливість математичних помилок, здійснюючи розрахунки логарифмічних таблиць. Справою життя створення обчислювальної машини стало для молодого математика після його переїзду до Франції для продовження навчання.
Британський учений 1819 року зміг описати машину, здатну розраховувати і друкувати великі математичні таблиці, і сконструював машину для табулювання, що складалася з валів і шестерень, що оберталися за допомогою важеля. Він назвав її різницевою машиною. Машина могла здійснювати деякі математичні обчислення з точністю до восьмого знака після коми.
На ній Беббідж власноруч розрахував таблиці квадратів. Винайшовши цю машину, Беббідж, сповнений творчим ентузіазмом, вважав, що основні труднощі вже позаду.
1822 року Беббідж звернувся до президента Королівського товариства Деві з листом, в якому пропонував побудувати різницеву машину значно більших розмірів, ніж попередня, для розрахунку, в першу чергу, астрономічних та навігаційних таблиць. Цінність різницевої машини Чарльза Беббіджа в тому, що він вперше запропонував машину, яка на відміну від усіх попередніх могла не тільки робити один раз задану дію, але й здійснювати цілу програму обчислень. Поряд з табулюванням поліномів за методом кінцевих різниць на машині можна було розраховувати значення функцій, які не мають постійних різниць, за допомогою вдало підібраних емпіричних формул.Через фінансову неспроможність проекту роботу над створенням різницевої машини довелося припинити, так і не досягнувши помітного результату. Правда, різницева машина все-таки буде збудована, але лише через 200 років.
На момент припинення робіт над створенням різницевої машини діяльний мозок Беббіджа був зайнятий вирішенням вже іншого, більш важкого завдання. Беббідж захотів створити новий прилад – аналітичну машину. На відміну від різницевої машини, аналітична мала б сама керувати процесом обчислень. Для цього алгоритм такої машини повинен бути не жорстко зашитий в її конструкцію, а задаватися зовні, а сама машина повинна вміти виконувати всі арифметичні операції, а також керувати ходом виконання обчислень.
Від арифмометра нова машина відрізнялася наявністю регістрів. У них зберігався проміжний результат обчислення, і з їхньою ж допомогою виконувалися дії, визначені програмою.
Конструкція аналітичної машини Чарльза Беббіджа була дуже подібна до сучасних ЕОМ. У ній були всі три класичні складові сучасного комп'ютера:
control barrel – керуючий барабан (управляючий пристрій – УП),
store – сховище (тепер ми називаємо це пам'яттю – ЗП),
mill – млин (арифметичний пристрій – АП).
Регістрова пам'ять машини Беббіджа була здатна зберігати як мінімум сто десяткових чисел по 40 знаків, теоретично ж могла бути розширена до тисячі 50-розрядних. Арифметичний пристрій мав апаратну підтримку всіх чотирьох дій арифметики. Машина здійснювала додавання за 3 секунди, множення і ділення – за 2 хвилини. «Млин» складався з трьох основних регістрів: два для операндів, а третій для результатів дій, що відносяться до множення. Була також таблиця для зберігання проміжних результатів і лічильник числа ітерацій. Основна програма заносилася на барабан (керуючий пристрій), як додаток до неї можна було використовувати перфокарти. Значну допомогу при розробці машини Беббіджу надала Ада Лавлейс.
Ада Лавлейс - графиня, дочка поета Джорджа Байрона, учениця Чарльза Беббіджа, перша жінка-програміст. З ранніх років почала проявляти інтерес до точних наук, в тому числі до математики. Ада була першою жінкою, яка розібралася в принципі роботи логарифмічної обчислювальної машини Беббіджа.
Саме Лавлейс належить ідея використання для подачі на вхід машини двох потоків перфокарт, які були названі операційними картами і картами змінних: перші управляли процесом обробки даних, які були записані на інших.
(1815-1852 р.)
Аналітична машина, за задумом автора, повинна була містити пристрій друку і пристрій виведення результатів на перфокарти для подальшого використання.
Так що Беббідж став піонером ідеї введення-виведення інформації. Беббідж запропонував також створити механізм для перфорування цифрових результатів на бланку або металевих пластинках. Для зберігання інформації в пам'яті вчений збирався використовувати не тільки перфокарти, а й металеві диски, які будуть повертатися на осі. Металеві пластинки і металеві диски можуть тепер розглядатися нами як далекі прототипи магнітних карт і магнітних дисків. У своєму остаточному вигляді машина повинна була бути не менше залізничного локомотива. Її внутрішня конструкція являла собою безладне нагромадження сталевих, мідних і дерев'яних деталей, годинникових механізмів, що приводяться в дію паровим двигуном.
Якщо Різницева машина мала сумнівні шанси на успіх, то Аналітична машина і зовсім виглядала нереалістичною. Її просто неможливо було побудувати і запустити в роботу. Однією з двох головних причин незавершеності роботи була відсутність в часи Беббіджа потрібних передових технологій, а саме неможливість в ті часи обробляти метал з високим ступенем точності, коли для успішної реалізації проекту аналітичної машини знадобилося б кілька тисяч зубчастих коліс. Другою проблемою була фінансова. Якщо спочатку різні наукові товариства з ентузіазмом підтримували Беббіджа, то зовсім скоро вони охололи до затратного проекту з розмитими цілями .Аналітична машина так і не була побудована. Все, що дійшло від неї до наших днів, - це декілька креслень і малюнків, а також невелика частина арифметичного пристрою і друкуючий пристрій, сконструйований сином Беббіджа. Доля Беббіджа – це трагічна доля вченого, який поклав усе своє життя на найважливішу для людства справу, але так і не побачив плодів своєї праці.
Джерело: Аналітична машина Беббіджа. Історія розвитку обчислювальної техніки. URL: https://cherto4ka.xyz/posibniki/history/page17.html (дата звернення: 27.06.2022).