Charles Babbage je bil angleški matematik in izumitelj, ki je zasnoval prvi avtomatski digitalni računalnik. Poleg tega je pomagal ustvariti sodoben angleški poštni sistem in sestavil prve zanesljive aktuarske tabele, izumil vrsto merilnika hitrosti in izumil železniško preglednico.
Biografija Charlesa Babbagea
Rojen v Londonu 26. decembra 1791 v družini Benjamina Babbagea, partnerja pri Praeds Bank, lastnika Bitton Estate v Teignmouthu, in Betsy Plumley Tip. Leta 1808 se je družina odločila preseliti v staro hišo Rowden v East Teignmouth, oče pa je postal upravitelj bližnjega St Michael's.
Charlesov oče je bil bogat človek, zato je lahko študiral v več elitnih šolah. Pri 8 letih je moral v podeželsko šolo, da bi si opomogel od nevarne bolezni. Njegovi starši so se odločili, da otrokovi možgani "ne bi smeli biti pretrdi". Babbage pravi: "Ta velika brezdelnost je morda privedla do njegovega otroškega razmišljanja."
Potem je vstopil v gimnazijo kralja Edvarda VI v Totnesu, Južni Devon,uspešna javna šola, ki deluje še danes, a zdravstvene razmere so Charlesa prisilile, da se je za nekaj časa obrnil na zasebne učitelje. Končno je prišel v zaprto akademijo za 30 študentov, ki jo je vodil prečastiti Stephen Freeman. Institucija je imela obsežno knjižnico, ki jo je Babbage uporabljal za samostojno študij matematike in se je naučil ljubiti. Po odhodu z akademije je imel še dva osebna mentorja. Eden izmed njih je bil duhovnik iz Cambridgea, katerega nauk je Charles komentiral: "Bojim se, da nisem izkoristil vse prednosti, ki bi jih lahko imel." Drugi je bil profesor na Oxfordu. Charlesa Babbagea je učil klasike, da bi ga lahko sprejeli v Cambridge.
univerzitetni študij
Oktobra 1810 je Babbage prispel v Cambridge in vstopil na Trinity College. Imel je sijajno izobrazbo - poznal je Lagrangea, Leibniza, Lacroixa, Simpsona in je bil resno razočaran nad matematičnimi programi, ki so bili na voljo. Zato se je odločil ustanoviti Analytical Society z Johnom Herschelom, Georgeom Peacockom in drugimi prijatelji.
Ko se je Babbage leta 1812 preselil v Cambridge Peterhouse, je bil najboljši matematik; vendar ni diplomiral z odliko. Kasneje je prejel častno diplomo, ne da bi opravljal izpite, leta 1814.
Leta 1814 se je Charles Babbage poročil z Georgiano Whitmore. Njegov oče ga iz nekega razloga ni nikoli blagoslovil. Družina je živela v miru na ulici Devonshire Street 5 v Londonu, preživeli so le trije od osmih otrok.do polnoletnosti.
Charlesov oče, njegova žena in eden od sinov so tragično umrli leta 1827.
računalniški projekt
V času Charlesa Babbagea so se pri izračunu matematičnih tabel pogosto pojavljale napake, zato se je odločil poiskati novo metodo, ki bi to naredila mehansko, pri čemer bi odpravila dejavnik človeške napake. Ta ideja se mu je porodila zelo zgodaj, leta 1812.
Na njegovo odločitev so vplivali trije različni dejavniki:
- ni maral površnosti in netočnosti;
- logaritmične tabele so bile zanj enostavne;
- navdihnilo ga je obstoječe delo o računskih strojih W. Schickarda, B. Pascala in G. Leibniza.
O osnovnih načelih izračunavanja naprave je razpravljal v pismu siru H. Davyju na začetku leta 1822.
Difference Engine
Babbage je Kraljevemu astronomskemu društvu 14. junija 1822 predstavil tisto, kar je imenoval "motor razlike", v prispevku z naslovom "Opombe o uporabi strojnega izračunavanja astronomskih in matematičnih tabel". Znal je izračunati polinome z uporabo numerične metode, imenovane razlika.
Društvo je to idejo odobrilo in leta 1823 mu je vlada dala 1500 funtov za gradnjo. Babbage je naredil delavnico v eni od sob svoje hiše in najel Josepha Clementa, da je nadzoroval gradnjo naprave. Vsak kos je bilo treba izdelati ročno s posebnimi orodji, od katerih jih je veliko oblikoval sam. Charles je opravil veliko potovanj v industrijska podjetja, da bi se izboljšalrazumeti proizvodne procese. Na podlagi teh potovanj in svojih osebnih izkušenj pri gradnji stroja je Babbage leta 1832 objavil O ekonomiji strojev in proizvodnje. To je bila prva objava tega, kar danes imenujemo "znanstvena organizacija proizvodnje".
Osebna tragedija in potovanje po Evropi
Smrt žene Georgiane, očeta Charlesa Babbagea in njegovega sina, je leta 1827 prekinila gradnjo. Delo ga je zelo obremenjevalo in bil je na robu zloma. John Herschel in številni drugi prijatelji so Babbagea prepričali, naj se odpravi v Evropo na okrevanje. Potoval je po Nizozemski, Belgiji, Nemčiji, Italiji, obiskoval univerze in tovarne.
V Italiji je izvedel, da je bil imenovan za Lucasian profesorja matematike na Univerzi v Cambridgeu. Sprva je hotel zavrniti, a so ga prijatelji prepričali v nasprotno. Po vrnitvi v Anglijo leta 1828 se je preselil na 1 Dorset Street.
Nadaljujem z delom
Med Babbagejevo odsotnostjo je bil projekt Difference Engine pod udarom kritik. Razširile so se govorice, da je zapravil državni denar, da stroj ne deluje in da ne bi imel praktične vrednosti, če bi ga naredili. John Herschel in Kraljeva družba sta javno zagovarjala projekt. Vlada je nadaljevala s podporo tako, da je 29. aprila 1829 zagotovila 1500 funtov, 3. decembra 3000 funtov in 24. februarja 1830 enak znesek. Delo se je nadaljevalo, Babbage pa nenehnoimel težave pri pridobivanju denarja iz zakladnice.
Opustitev projekta
Finančne težave Charlesa Babbagea so sovpadale z naraščajočimi nesoglasji s Clementom. Babbage je za svojo hišo zgradil dvonadstropno, 15 metrov dolgo delavnico. Imela je stekleno streho za razsvetljavo, pa tudi ognjevarno čisto sobo za shranjevanje avtomobila. Klement se ni hotel preseliti v novo delavnico in je zahteval denar za potovanje po mestu, da bi nadzoroval delo. V odgovor je Babbage predlagal, da ga plača neposredno iz zakladnice. Clement je zavrnil in prenehal delati na projektu.
Poleg tega je zavrnil predajo načrtov in orodij, uporabljenih za izgradnjo Difference Engine. Po vlaganju 23.000 £, vključno s 6.000 £ Babbagejevih lastnih sredstev, so dela na nedokončani napravi prenehala leta 1834. Leta 1842 je vlada uradno opustila projekt.
Charles Babbage in njegov analitični stroj
Daleč od motorja razlike, je izumitelj začel razmišljati o svoji izboljšani različici. Med letoma 1833 in 1842 je Charles poskušal zgraditi napravo, ki bi jo bilo mogoče programirati za izvajanje vseh izračunov, ne le tistih, ki so povezani s polinomskimi enačbami. Prvi preboj je prišel, ko je preusmeril izhod stroja na njegov vhod, da bi rešil nadaljnje enačbe. Opisal ga je kot stroj, ki "poje svoj rep". Ni trajalo dolgo, da je ugotovil osnovne elemente analitičnega stroja.
Računalnik Charlesa Babbagea je za vnos podatkov in navedbo vrstnega reda potrebnih izračunov uporabljal luknjane kartice, izposojene iz žakardne statve. Naprava je bila sestavljena iz dveh delov: mlina in skladišča. Mlin, ki ustreza procesorju sodobnega računalnika, je izvajal operacije na podatkih, prejetih iz pomnilnika, ki jih lahko štejemo za pomnilnik. To je bil prvi računalnik za splošno uporabo na svetu.
Računalnik Charlesa Babbagea je bil zasnovan leta 1835. Obseg dela je bil res neverjeten. Babbage in več pomočnikov so izdelali 500 velikih oblikovalskih risb, 1000 listov z mehanskimi označbami in 7000 opisnih listov. Dokončan mlin je bil visok 4,6 m in premer 1,8 m. Shramba za 100 števk se je razširila 7,6 m. Za svoj novi stroj je Babbage izdelal le majhne testne dele. Naprava ni bila nikoli v celoti dokončana. Leta 1842 se je po večkratnih neuspešnih poskusih pridobivanja državnih sredstev obrnil na sir Roberta Peela. Ta je zavrnil in mu namesto tega ponudil viteško mesto. Babbage je zavrnil. Z leti je še naprej spreminjal in izboljševal dizajn.
grofica Lovelace
Oktobra 1842 je Federico Luigi, italijanski general in matematik, objavil članek o analitičnem stroju. Augusta Ada King, grofica Lovelace, Babbageova stara prijateljica, je delo prevedla v angleščino. Charles ji je predlagal, da opiše prevod. Med letoma 1842 in 1843 je par skupaj napisal 7 zapiskov,katerih skupna dolžina je bila trikrat večja od dejanske velikosti artiklov. V enem izmed njih je Ada pripravila tabelo izvajanja programa, ki jo je Babbage ustvaril za izračun Bernoullijevih števil. V drugem je pisala o posplošenem algebraičnem stroju, ki bi lahko izvajal operacije tako na simbolih kot na številkah. Lovelace je bil morda prvi, ki je razumel splošnejše cilje Babbageove naprave, nekateri pa ga štejejo za prvega računalniškega programerja na svetu. Začela je delati na knjigi, ki je podrobneje opisala analitični stroj, vendar je ni imela časa dokončati.
čudež inženiringa
Med oktobrom 1846 in marcem 1849 je Babbage začel načrtovati drugi motor razlike, pri čemer je uporabil znanje, ki ga je pridobil pri izdelavi analitičnega. Uporabil je le 8000 delov, trikrat manj kot prvi. To je bil čudež inženiringa.
Za razliko od analitičnega, ki ga je nenehno odpravljal in spreminjal, se drugi motor razlike Charlesa Babbagea po zaključku začetne stopnje razvoja ni spremenil. V prihodnosti izumitelj ni poskušal izdelati naprave.
Risbe 24 so ostale v arhivu Znanstvenega muzeja, dokler niso bile ideje Charlesa Babbagea realizirane v letih 1985-1991 z izdelavo replike v polni velikosti ob 200. obletnici njegovega rojstva. Mere naprave so bile 3,4 m v dolžino, 2,1 m v višino in 46 cm v globino, njena teža pa 2,6 tone. Meje natančnosti so bile omejene na tisto, kar je bilo takrat mogoče doseči.
dosežki
Leta 1824 je Babbage prejel zlato medaljo Kraljevega astronomskega društva "za svoj izum stroja za računanje matematičnih in astronomskih tabel."
Od leta 1828 do 1839 je bil Babbage Lucasian profesor matematike v Cambridgeu. Obširno je pisal za številne znanstvene časopise in je bil pomemben pri ustanovitvi Astronomskega društva leta 1820 in Statističnega društva leta 1834.
Leta 1837 je kot odgovor na 8 uradnih Bridgewaterovih razprav "O božji moči, modrosti in dobroti, ki se manifestirajo v stvarstvu", objavil deveto Bridgewaterjevo razpravo, v kateri je postavil tezo, da je Bog, ki ima vsemogočnost in predvidevanje, ustvaril božanski zakonodajalec, ki proizvaja zakone (ali programe), ki so nato ustvarili vrste v ustreznih časih, s čimer je odpravljena potreba po izvajanju čudežev vsakič, ko je bila potrebna nova vrsta. Knjiga vsebuje odlomke iz avtorjeve korespondence z Johnom Herschelom na to temo.
Charles Babbage je dosegel tudi opazne rezultate v kriptografiji. Razbil je šifro avtoključa, pa tudi veliko šibkejšo šifro, ki se danes imenuje šifra Vigenère. Babbageovo odkritje je uporabila britanska vojska in je bilo objavljeno šele nekaj let pozneje. Posledično je pravica prvenstva prešla na Friedricha Kasiskega, ki je nekaj let pozneje prišel do enakega rezultata.
Leta 1838 je Babbage izumil čistilec tira, kovinski okvir, pritrjen na sprednji del lokomotiv, da bi očistil tireovire. Izvedel je tudi številne študije Velike zahodne železnice kraljestva Isambard Brunel.
Samo enkrat je poskusil vstopiti v politiko, ko je leta 1832 sodeloval na volitvah v mestu Finsbury. Glede na rezultate glasovanja je Babbage zasedel zadnje mesto.
Matematik in izumitelj je umrl 18. oktobra 1871 v starosti 79 let.
Deli nedokončanih mehanizmov računalniških naprav, ki jih je ustvaril, so na voljo za ogled v Muzeju znanosti v Londonu. Leta 1991 je bil Difference Engine Charlesa Babbagea zgrajen na podlagi njegovih prvotnih načrtov in je deloval odlično.
