Charles Babbage był angielskim matematykiem i wynalazcą, który zaprojektował pierwszy automatyczny komputer cyfrowy. Ponadto pomógł stworzyć nowoczesny angielski system pocztowy i skompilował pierwsze niezawodne tabele aktuarialne, wynalazł rodzaj prędkościomierza i wynalazł odśnieżarkę kolejową.
Biografia Karola Babbage
Urodzony w Londynie 26 grudnia 1791 w rodzinie Benjamina Babbage, partnera w Praeds Bank, właściciela Bitton Estate w Teignmouth i Betsy Plumley Tip. W 1808 roku rodzina zdecydowała się przenieść do starego Rowden House w East Teignmouth, a ojciec został naczelnikiem pobliskiego St Michael's.
Ojciec Karola był bogatym człowiekiem, więc mógł uczyć się w kilku elitarnych szkołach. W wieku 8 lat musiał iść do wiejskiej szkoły, aby wyzdrowieć z groźnej choroby. Jego rodzice zdecydowali, że mózg dziecka „nie powinien być zbyt twardy”. Według Babbage'a: „To wielkie lenistwo mogło doprowadzić do jego dziecięcego rozumowania”.
Następnie wstąpił do gimnazjum im. Króla Edwarda VI w Totnes w południowym Devon,dobrze prosperująca szkoła publiczna, która działa do dziś, ale warunki zdrowotne zmusiły Charlesa do zwrócenia się na jakiś czas do prywatnych nauczycieli. W końcu dostał się do zamkniętej akademii dla 30 uczniów, prowadzonej przez wielebnego Stephena Freemana. Instytucja miała obszerną bibliotekę, z której Babbage samodzielnie studiował matematykę i pokochał ją. Po opuszczeniu akademii miał jeszcze dwóch osobistych mentorów. Jednym z nich był duchowny z Cambridge, którego nauczanie Charles skomentował: „Obawiam się, że nie wykorzystałem całej przewagi, jaką mogłem mieć”. Drugi był profesorem z Oksfordu. Uczył klasyki Charlesa Babbage'a, aby mógł zostać przyjęty do Cambridge.
Studia uniwersyteckie
W październiku 1810 Babbage przybył do Cambridge i wstąpił do Trinity College. Miał genialne wykształcenie - znał Lagrange'a, Leibniza, Lacroix, Simpsona i był poważnie rozczarowany dostępnymi programami matematycznymi. Postanowił więc założyć Towarzystwo Analityczne z Johnem Herschelem, Georgem Peacockiem i innymi przyjaciółmi.
Kiedy Babbage przeniósł się do Cambridge Peterhouse w 1812 roku, był najlepszym matematykiem; ale nie ukończył z wyróżnieniem. Tytuł honorowy otrzymał później, nawet bez zdawania egzaminów, w 1814 roku.
W 1814 roku Charles Babbage poślubił Georgianę Whitmore. Jego ojciec z jakiegoś powodu nigdy go nie pobłogosławił. Rodzina mieszkała w pokoju przy Devonshire Street 5 w Londynie, przeżyło tylko troje z ośmiorga dzieci.do dorosłości.
Ojciec Karola, jego żona i jeden z synów zginęli tragicznie w 1827 roku.
Projekt komputerowy
Za czasów Charlesa Babbage'a często zdarzały się błędy w obliczaniu tablic matematycznych, więc postanowił znaleźć nową metodę, która zrobiłaby to mechanicznie, eliminując czynnik ludzkiego błędu. Ten pomysł przyszedł mu do głowy bardzo wcześnie, już w 1812 roku.
Trzy różne czynniki wpłynęły na jego decyzję:
- nie lubił niechlujstwa i niedokładności;
- tablice logarytmiczne były dla niego łatwe;
- zainspirowały go istniejące prace nad maszynami liczącymi autorstwa W. Schickarda, B. Pascala i G. Leibniza.
Omówił podstawowe zasady obliczania urządzenia w liście do Sir H. Davy'ego na początku 1822 roku.
Silnik różnic
Babbage przedstawił to, co nazwał „silnikiem różnicowym” Królewskiemu Towarzystwu Astronomicznemu 14 czerwca 1822 r. w artykule zatytułowanym „Remarks on the Application of the Machine Calculation of Astronomical and Mathematical Tables”. Potrafił obliczyć wielomiany za pomocą metody numerycznej zwanej różnicą.
Towarzystwo zatwierdziło pomysł, aw 1823 rząd dał mu 1500 funtów na jego budowę. Babbage stworzył warsztat w jednym z pomieszczeń swojego domu i zatrudnił Josepha Clementa do nadzorowania budowy urządzenia. Każdy element musiał być wykonany ręcznie przy użyciu specjalnych narzędzi, z których wiele sam zaprojektował. Karol odbył wiele podróży do przedsiębiorstw przemysłowych, aby lepiejzrozumieć procesy produkcyjne. Na podstawie tych podróży i osobistych doświadczeń związanych z budowaniem maszyny Babbage opublikował w 1832 roku O ekonomii maszyn i produkcji. Była to pierwsza publikacja tego, co dziś nazywa się „naukową organizacją produkcji”.
Osobista tragedia i podróż po Europie
Śmierć żony Georgiany, ojca Charlesa Babbage i jego małego syna, przerwała budowę w 1827 roku. Praca bardzo go obciążała i był na skraju załamania. John Herschel i kilku innych przyjaciół przekonało Babbage'a, aby wybrał się do Europy w celu powrotu do zdrowia. Podróżował przez Holandię, Belgię, Niemcy, Włochy, odwiedzając uniwersytety i fabryki.
We Włoszech dowiedział się, że został mianowany profesorem matematyki na Uniwersytecie Cambridge. Początkowo chciał odmówić, ale przyjaciele przekonali go inaczej. Po powrocie do Anglii w 1828 przeniósł się na 1 Dorset Street.
Wznowienie pracy
Pod nieobecność Babbage'a projekt Silnika Różnic znalazł się pod ostrzałem. Rozeszły się pogłoski, że zmarnował rządowe pieniądze, że maszyna nie działa i nie miałaby żadnej praktycznej wartości, gdyby została wykonana. John Herschel i Towarzystwo Królewskie publicznie bronili projektu. Rząd kontynuował swoje wsparcie, przekazując 1500 funtów 29 kwietnia 1829 r., 3000 funtów 3 grudnia i taką samą kwotę 24 lutego 1830 r. Praca trwała, ale Babbage ciąglemiał trudności z uzyskaniem pieniędzy ze skarbca.
Porzucenie projektu
Kłopoty finansowe Charlesa Babbage zbiegły się z rosnącymi nieporozumieniami z Klemensem. Babbage zbudował za swoim domem dwupiętrowy, 15-metrowy warsztat. Miała szklany dach do oświetlenia, a także ognioodporne, czyste pomieszczenie do przechowywania samochodu. Klemens odmówił przeprowadzki do nowego warsztatu i zażądał pieniędzy na podróżowanie po mieście w celu nadzorowania pracy. W odpowiedzi Babbage zasugerował, aby zapłacić mu bezpośrednio ze skarbca. Clement odmówił i przestał pracować nad projektem.
Ponadto odmówił przekazania planów i narzędzi użytych do zbudowania Silnika Różnicowego. Po zainwestowaniu 23 000 funtów, w tym 6 000 funtów z własnych środków Babbage'a, prace nad niedokończonym urządzeniem przerwano w 1834 roku. W 1842 rząd oficjalnie zrezygnował z projektu.
Charles Babbage i jego silnik analityczny
Z dala od silnika różnicowego, wynalazca zaczął myśleć o jego ulepszonej wersji. W latach 1833-1842 Charles próbował zbudować urządzenie, które można zaprogramować do wykonywania dowolnych obliczeń, nie tylko tych związanych z równaniami wielomianowymi. Pierwszy przełom nastąpił, gdy przekierował dane wyjściowe maszyny na ich dane wejściowe, aby rozwiązać dalsze równania. Opisał go jako maszynę, która „zjada swój własny ogon”. Nie zajęło mu dużo czasu poznanie podstawowych elementów silnika analitycznego.
Komputer Charlesa Babbage'a używał dziurkowanych kart pożyczonych z krosna żakardowego do wprowadzania danych i wskazywania kolejności niezbędnych obliczeń. Urządzenie składało się z dwóch części: młyna i magazynu. Młyn, odpowiadający procesorowi współczesnego komputera, wykonywał operacje na danych otrzymanych z pamięci, które można uznać za pamięć. Był to pierwszy na świecie komputer ogólnego przeznaczenia.
Komputer Charlesa Babbage'a został zaprojektowany w 1835 roku. Skala pracy była naprawdę niesamowita. Babbage wraz z kilkoma asystentami wykonał 500 dużych rysunków projektowych, 1000 arkuszy oznaczeń mechanicznych i 7000 arkuszy opisowych. Ukończony młyn miał 4,6 m wysokości i 1,8 m średnicy. Magazyn na 100 cyfr rozciągał się o 7,6 m. Dla swojej nowej maszyny Babbage zbudował tylko małe części testowe. Urządzenie nigdy nie zostało całkowicie ukończone. W 1842, po wielokrotnych nieudanych próbach uzyskania rządowych funduszy, zwrócił się do Sir Roberta Peela. Odmówił i zamiast tego zaproponował mu tytuł szlachecki. Babbage odmówił. Kontynuował modyfikowanie i ulepszanie projektu przez lata.
Hrabina Lovelace
W październiku 1842 r. Federico Luigi, włoski generał i matematyk, opublikował artykuł o Maszynie Analitycznej. Augusta Ada King, hrabina Lovelace, stara przyjaciółka Babbage'a, przetłumaczyła dzieło na angielski. Charles zasugerował, aby dodała adnotacje do tłumaczenia. W latach 1842-1843 para napisała razem 7 notatek,których całkowita długość była trzykrotnie większa od rzeczywistego rozmiaru artykułów. W jednym z nich Ada przygotowała tabelę wykonania programu, którą utworzył Babbage do obliczania liczb Bernoulliego. W innym pisała o uogólnionej maszynie algebraicznej, która potrafiła wykonywać operacje zarówno na symbolach, jak i na liczbach. Lovelace był prawdopodobnie pierwszym, który zrozumiał bardziej ogólne cele urządzenia Babbage'a i jest uważany przez niektórych za pierwszego programistę komputerowego na świecie. Zaczęła pracować nad książką opisującą bardziej szczegółowo silnik analityczny, ale nie miała czasu, aby ją dokończyć.
Cud inżynierii
Między październikiem 1846 a marcem 1849 Babbage zaczął projektować drugi silnik różnicowy, wykorzystując wiedzę zdobytą podczas budowania silnika analitycznego. Zużył tylko 8000 części, trzy razy mniej niż pierwszy. To był cud inżynierii.
W przeciwieństwie do silnika analitycznego, który stale debugował i modyfikował, drugi silnik różnicowy Charlesa Babbage'a nie został zmieniony po zakończeniu początkowego etapu rozwoju. W przyszłości wynalazca nie podejmował żadnych prób budowy urządzenia.
24 rysunki pozostały w archiwum Muzeum Nauki do czasu, gdy pomysły Charlesa Babbage'a zostały zrealizowane w latach 1985-1991 poprzez stworzenie pełnowymiarowej repliki z okazji 200. rocznicy jego urodzin. Wymiary urządzenia wynosiły 3,4 m długości, 2,1 m wysokości i 46 cm głębokości, a jego waga wynosiła 2,6 tony. Granice dokładności ograniczały się do tego, co można było wówczas osiągnąć.
Osiągnięcia
W 1824 Babbage otrzymał Złoty Medal Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego „za wynalezienie maszyny do obliczania tablic matematycznych i astronomicznych”.
Od 1828 do 1839 Babbage był lukazjańskim profesorem matematyki w Cambridge. Pisał obszernie do wielu czasopism naukowych i odegrał kluczową rolę w założeniu Towarzystwa Astronomicznego w 1820 roku i Towarzystwa Statystycznego w 1834 roku.
W 1837 roku, w odpowiedzi na 8 oficjalnych traktatów Bridgewater „O mocy, mądrości i dobroci Boga objawiającej się w stworzeniu”, opublikował dziewiąty traktat Bridgewater, wysuwając tezę, że Bóg, posiadający wszechmoc i dalekowzroczność, stworzył boski prawodawca tworzący prawa (lub programy), które następnie tworzyły gatunki we właściwym czasie, eliminując w ten sposób potrzebę czynienia cudów za każdym razem, gdy potrzebny jest nowy gatunek. Książka zawiera fragmenty korespondencji autora z Johnem Herschelem na ten temat.
Charles Babbage osiągnął również znaczące wyniki w kryptografii. Złamał szyfr z automatycznym kluczem, a także znacznie słabszy szyfr, który dziś nazywa się szyfrem Vigenère. Odkrycie Babbage'a zostało wykorzystane przez brytyjską armię i zostało opublikowane dopiero kilka lat później. W rezultacie prawo prymatu przeszło na Friedricha Kasiskiego, który doszedł do tego samego wyniku kilka lat później.
W 1838 r. Babbage wynalazł oczyszczacz torów, metalową ramę przymocowaną do przodu lokomotywy, aby oczyścić tory zbariery. Przeprowadził również szereg badań Great Western Railway Isambarda Kingdom Brunela.
On tylko raz próbował wejść do polityki, kiedy w 1832 brał udział w wyborach w mieście Finsbury. Według wyników głosowania Babbage zajął ostatnie miejsce.
Matematyk i wynalazca zmarł 18 października 1871 roku w wieku 79 lat.
Części niedokończonych mechanizmów urządzeń obliczeniowych, które stworzył, są dostępne do zwiedzania w Muzeum Nauki w Londynie. W 1991 roku silnik różnicowy Charlesa Babbage'a został zbudowany w oparciu o jego oryginalne plany i działał idealnie.
