Аналитическая машина бэббиджа кратко
Обновлено: 02.07.2024
Аналитическую машину Чарльза Бэббиджа считают первым прообразом современного компьютера. Эта машина фактически на века опередила прогресс. Однако при жизни Бэббидж её так и не создал.
Изначально Бэббидж работал над разностной машиной, предназначеной для вычисления конечных разностей путем аппроксимации функций многочленами. Работая над разностной машиной, Бэббидж пришёл к идее универсальной машины, которая смогла бы решать целый круг математических и инженерных задач. Его идея оказалась настолько оригинальной и опережающей своё время, что её реализация в задуманном виде воплотилась намного позже жизни её автора.
Идея, родившаяся в девятнадцатом веке и ставшая реальностью в веке двадцатом, сделала переворот не только в науке, но и в нашей повседневной жизни. Жизнь Бэббиджа, история создания его вычислительных машин является ярчайшим примером того на сколько дальновидным и упорным может быть гений, и на сколько тернистым и долгим бывает путь созидания.
Резюме. [ ]
Итак, аналитическая машина Бэббиджа – прототип современного компьютера. Машины должна была уметь выполнять все арифметические операции, а также управлять ходом выполнения вычислений. Поддерживались условные выполнения и циклы. Основные части Аналитической машины:
Машина работала на перфокартах. Объём памяти должен был составлять тысячу чисел по 50 десятичных знаков - то есть объём ОЗУ чуть больше двадцати килобайт. Первая программа для этой машины написана Адой Лавлейс (считается первой программисткой) – программа вычисления чисел Бернулли.
Аналитическую машину Чарльза Бэббиджа считают первым прообразом современного компьютера. Эта машина фактически на века опередила прогресс. Но как и многие колоссы, опережавшие своё время, так и не была воплощенна в металле. Как всякое великое изобретение она не могла родиться на пустом месте, а её создатель не мог быть заурядным человеком. В последующих постах я хочу немного рассказать о биографии этого человека, что его подтолкнуло с созданию этой машины и чем закончилось главное дело его жизни.
В 1811 году Чарльз становится студентом Тринити Коледжа — самого знаменитого коледжа Кембриджа. На тот момент из дверей этого учебного заведения уже вышли такие знаменитые личности как Исаак Барроу и его ученик Исаак Ньютон. Ближе к нашим дням данный колледж оканчивали такие личности как Бертран Рассел, ряд британских монархов и принцев (включая принца Чарльза).
(Тринити коледж, 1838 год)
Чарльз считал способности своих друзей куда выше собственных и дабы не быть третьим в Тринити коледже он переходит в колледж святого Петра, который он заканчивает на первом месте.
Перед нами вырисовывается портрет пытливого, способного, талантливого и честолюбивого молодого человека. Данное сочетания черт мало кому может позволить прожить жизнь тихо и спокойно. Наш герой не стал исключением. Естественно он интересовался актуальными и передовыми проблемами математики. Одной из таких проблем была проблема эффективного быстрого и точного составление различных таблиц — логарифмических, арифметических, таблиц процентов и т.п.
Почему именно таблицы?
Стоит вспомнить что на конец восемнадцатого — начало девятнадцатого века пришёлся пик промышленной революции, лидером которой была Британия. Переход от ручного труда к промышленным масштабам сопровождался, так сказать, бурным ростом других секторов экономики. Росло банковское и страховое дело, увеличивался объём морских перевозок, строительства — всё это требовало большого количества вычислений — расчёт сложных процентов, вычисление географических координат, инженерных расчётов и т.п. Уже в восемнадцатом веке мореходами активно использовались различные таблицы.
Интересный случай показывает к чему могут привести подобные ошибки. После окончания Англо-Испанской войны в средиземном море встретились Английское и Испанское суда. Свежеиспечёные друзья решили оказать друг другу знаки почтения и обменятся подарками. На счастье Английского капитана, его Испанский коллега решил преподнести ему лишь серебряный поднос. А вот Испанскому капитану повезло меньше — Англичанин преподнёс ему, без всякого злого умысла, навигационные таблицы Томаса Юнга. Издание было высочайшего качества, однако таблицы были совершенно не верными, так как не учитывали високосных годов. Испанского капитана, принявшего такой дар, больше никто никогда не видел, а вот Английский капитан прекрасно добрался до места назначения, используя французские и итальянские таблицы.
(Навигационный прибор 18го века. Источник)
В конце 18го века был предложен оригинальный способ организации вычислительного труда, повышающий надежность вычислений. Его автором был математик Гаспар Клэр Франсуа маркиз де Прони.
(Калькулятор Блеза Паскаля. 17ый век. Источник)
Для второго десятилетия девятнадцатого века это была весьма смелая задумка. Однако даже сам Бэббидж ещё не догадывался как далеко его заведёт, родившаяся в его голове в 1812-м году идея.
В следующей части я расскажу о создании разностной машины Чарльза Бэббиджа и рождении идеи создания Аналитической машины.
Друзья, настал тот час, когда все мальчики меряются. Мощностью компьютера! Но вот сегодня мне бы хотелось вспомнить можно сказчать первый прототип сего чуда. Не многие знают, что именно Чарльз Бэббидж создал первую программируемую вычислительную машину, сделав попытку реализовать многие идеи, которые в XX веке найдут свое применение в вычислительной технике. Но знаете ли Вы ещё и то, что даже сегодняшний, современный компьютер по сути то так и остался усовершенствованной копией той самой Разностной машины Чарльза Бэббиджа? Давайте именно о этой машине и поговорим.
И так, для начала, дабы немного понять о чём речь- предлагаю не большую цитату Википедии:
И так, как всегда предлагаю разделить публикацию на несколько частей. Для начала узнаем кто же такой Чарлз Бэббидж, после чего уже познакомимся с его работами, а в четвёртой части мы поговорим непосредственно о его аналитической машине и о том, почему же эти принципы мы используем до сих пор?
Часть 1. Кто такой Чарлз Бэббидж?
Ну и конечно же, кто, как не Википедия Ивановна нам может рассказать лучше о данном человеке:
Ча́рлз Бэ́ббидж— английский математик, изобретатель первой аналитической вычислительной машины. Иностранный член-корреспондент Императорской академии наук в Санкт-Петербурге (1832). Труды по теории функций, механизации счёта в экономике. Сконструировал и построил (1820-22) машину для табулирования. С 1822 года работал над постройкой разностной машины. В 1833 году разработал проект универсальной цифровой вычислительной машины — прообраза современной ЭВМ.
Чарлз Бэббидж родился 26 декабря 1791 года в Лондоне в семье банкира Бенджамина Бэббиджа и Элизабет Тип. В детстве у Чарльза было очень слабое здоровье. В 8 лет его отправили в частную школу в Альфингтоне на воспитание священнику. На тот момент его отец уже был достаточно обеспечен, чтобы позволить обучение Чарльза в частной школе. Бенджамин Бэббидж попросил священника не давать Чарльзу сильных учебных нагрузок из-за слабого здоровья.
После чего обучался у нескольких репетиторов, в том числе и репетитора из Оксфорда. Он смог дать Бэббиджу основные классические знания, достаточные для поступления в колледж. Именно там он проявил серьезные математические способности.
После чего Бэббидж продолжил образование во Франции, где познакомился с великими математиками Пьером Лапласом и Жаном Батистом Фурье. Но чистая математика его не привлекла. Сильнейшее влияние на молодого математика оказал барон Гаспар де Прони, чьи работы натолкнули Бэббиджа на мысль о построении технологии вычислений.
Так же в 1814 году Бэббидж получил степень бакалавра, а в 1816 году он стал членом Королевского Общества Лондона. К тому времени им было написано несколько больших научных статей в разных математических дисциплинах. В 1820 году он стал членом Королевского общества Эдинбурга и Королевского астрономического общества. В 1827 году он похоронил отца, жену и двоих детей. В 1827 году он стал профессором математических наук в Кембридже и занимал этот пост в течение 12 лет. После того, как он покинул этот пост, он большую часть своего времени посвятил делу его жизни — разработке вычислительных машин.
Чарлз Бэббидж умер в возрасте 79 лет 18 октября 1871 года. Похоронен на кладбище Кенсал Грин.
Часть 2. Предыстория создания аналитической машины.
Тут стоит вспомнить что на конец восемнадцатого — начало девятнадцатого века пришёлся пик промышленной революции. Переход от ручного труда к промышленным масштабам сопровождался, так сказать, бурным ростом других секторов экономики. Росло банковское и страховое дело, увеличивался объём морских перевозок, строительства — всё это требовало большого количества вычислений — расчёт сложных процентов, вычисление географических координат, инженерных расчётов и т.п. Уже в восемнадцатом веке мореходами активно использовались различные таблицы.
Интересный и одновременно с этим трагичный случай показывает, к чему могут привести подобные ошибки. После окончания Англо-Испанской войны в средиземном море встретились Английское и Испанское суда. Свежеиспечёные друзья решили оказать друг другу знаки почтения и обменятся подарками. На счастье Английского капитана, его Испанский коллега решил преподнести ему лишь серебряный поднос. А вот Испанскому капитану повезло меньше — Англичанин преподнёс ему, без всякого злого умысла, навигационные таблицы Томаса Юнга. Издание было высочайшего качества, однако таблицы были совершенно не верными, так как не учитывали високосных годов. Испанского капитана, принявшего такой дар, больше никто никогда не видел, а вот Английский капитан прекрасно добрался до места назначения, используя французские и итальянские таблицы.
Часть 3. Вычислительные машины Чарльза Бэббиджа.
Берясь за разработку машины, Бэббидж и не представлял всех трудностей, связанных с её реализацией. Он не только не уложился в обещанные три года, но и спустя девять лет вынужден был приостановить свою работу. На это повлияла не только сложность конструкции, но и трагические события в жизни 1827 года. В этот год он похоронил отца, жену и двоих детей. После этих событий у него ухудшилось самочувствие, и он не мог заниматься конструированием машины. Чтобы восстановить здоровье, он поехал в путешествие по континенту. После путешествия он конечно продолжил разработку, но денег уже не было. Он обращался ко многим обществам и правительству с просьбой о помощи. Только в 1830 году он получил от правительства ещё 9000 фунтов стерлингов, после чего продолжил конструирование разностной машины.
Но не смотря на всё, в 1834 году работы по созданию машины были приостановлены. На тот момент уже было затрачено 17000 фунтов государственных денег и от 6000 до 17000 личных. Часть машины конечно же была построена и начала функционировать. Причём производила вычисления даже с большей точностью, чем ожидалось!
На вход машины должны были поступать два потока перфокарт, которые Бэббидж назвал operation card (операционными картами) и variable card (картами переменных): первые управляли процессом обработки данных, которые были записаны на вторых. Информация заносилась на перфокарты путем пробивки отверстий. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций. Помимо этого, Analytical Engine, по замыслу автора, должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования. Так что Бэббидж стал пионером идеи ввода-вывода.
Часть 4. Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа.
Но не смотря на то, что при жизни изобретателю так и не удалось построить рабочий образец своей самой лучшей разработки- история на этом не закончилась. Ведь как я уже упоминал в начале- именно этими разработками мы пользуемся и до сих пор! Как это часто бывает- ввесь гений был признан только после смерти. После смерти Чарлза Бэббиджа его сын, Генри Бэббидж, продолжил начатое отцом дело. В 1888 году Генри сумел построить по чертежам отца центральный узел аналитической машины. А в 1906 году Генри совместно с фирмой Монро построил действующую модель аналитической машины, включающую арифметическое устройство и устройство для печатания результатов. Машина Бэббиджа оказалась работоспособной!
Кстати говоря, именно центральный узел, построенный сыном Генри Бэббидж, вы можете видеть на картинке левее.
Ну вот кажется и всё, что я хотел рассказать вам на сегодняшний день! Конечно, в попытке рассказать всё и во всех подробностях- публикация снова оказалась немного растянутой, но хочется верить, что интерес к истории переломил лень к чтению и вы смогли это осилить! ;)
Чарльз Бэббидж (1791-1871- человек, которого называют пионером компьютерной науки. А связано это с разработанными им машинами - разностной и, в большей степени, аналитической.
Поговорим о первом изобретении Бэббиджа - разностной машине.
Идея разностной машины пришла в голову Иогану Мюллеру в 1788 году, но принято считать, что Бэббидж основывался в своем изобретении на работы Гаспара де Прони. В 1822 году он сконструировал первую модель разностной машины, на которой можно было показать принцип для создания большого настоящего механизма.
Метод, который использует разностная машина для расчетов – называется метод конечных разностей. Простота метода заключается в том, что он использует только арифметическое сложение и устраняет необходимость применять деление или умножение (их намного сложнее реализовать механически).
Разностная машина считала числа только так, как заложил изобретатель. Она не могла использоваться для других математических расчетов. Зато машина, по замыслу, могла бы вычислять значения многочленов до 6 степени с точностью до 18 знака.
Механизм разностной машины - десятичный, то есть для расчетов используются знакомые десять чисел от 0 до 9. Каждой шестеренке в механизме соответствовала своя цифра, разряд цифры определялся колесом, на котором она закреплена. Интересно реализованы ошибки в расчетах – машина просто застревала. Десятичная система была выбрана Бэббиджем не случайно – он посчитал, что так людям будет проще работать. А сама машина потребует меньше деталей.
Тем не менее, даже так разностная машину имеющая восемнадцать цифр и шесть разрядов состояла бы из 25 000 частей – половина для вычислений, другая для показа результатов. Если бы этот механизм был построен, он бы весил четыре тонны и имел бы два с половиной метра в высоту.
Изобретатель не представлял с какими трудностями он столкнется во время постройки своего устройства. И, как следствие этому: не помогли даже государственные субсидии (а это не мало – 17000 фунтов) – дело застопорилось.
Тогда же, в 1834 году, Бэббидж задумал более амбициозную машину, позже названную аналитической, и она была уже самым настоящим компьютером - программируемым вычислительным механизмом.
Несмотря на то, что машины так и не были построены Бэббиджем, их разработка и описание оценивается как одно из потрясающих интеллектуальных достижений 19- го века.
К 200-летию со дня рождения Чарльза Бэббиджа (и с использованием его разработок) построена действующая копия разностной машины, хранящаяся в Лондонском музее науки.
Если вам понравился материал, пожалуйста, ставьте лайки и подписывайтесь на канал. Это не сложно и бесплатно, но очень важно для развития "НМ".
Мельница аналитической машины Чарльза Бэббиджа, созданная под руководством его сына Генри Бэббиджа и подаренная Лондонскому музею науки в 1910 году.
Аналитическая система ( аналитическая система на английском языке) является вычислительной машиной программируемой разработан в 1834 году по математику английского Чарльза Бэббиджа . Он никогда не смог бы сделать это (кроме незавершенного прототипа), но он провел остаток своей жизни, проектируя его до мельчайших деталей. Младший из его сыновей, Генри Бэббидж , построил центральный блок (мельницу) и принтер с 1880 по 1910 год.
Именно во время разработки вычислительной машины, предназначенной для расчета и печати математических таблиц ( разностной машины ), Бэббидж придумал включить карты жаккардового ткацкого станка , последовательное считывание которых давало бы инструкции и данные его машине, и так представлял себе, несмотря на заметные различия в работе (он работал с паром с механическими колесами и шестернями), предок современных компьютеров .
Именно во время разработки этой машины Ада Лавлейс формализовала идеи Бэббиджа и разработала первый алгоритм программирования в истории, став первым компьютерным ученым человечества.
Резюме
Описание и работа
Машина включает в себя различные части, которые используются в современных компьютерах : устройство ввода программ и данных (клавиатура или массовая память ), блок управления ( микропроцессор ), вычислительный блок (часть микропроцессора), память ( жесткий диск ) и устройство вывода ( принтер ).
- устройство ввода имеет два считывателя перфокарт (инструкции и данные); эти карты созданы на ткацком станке .
- контроллер управляет передачей номеров и упорядочиванием их для обработки;
- мельница отвечает за проведение операций с номерами;
- магазин используется для хранения промежуточных или окончательных результатов;
- Планируется три типа принтеров.
Программирование
Последовательность инструкций эквивалентна компьютерной программе или программному обеспечению .
«Аналитическая машина никоим образом не претендует на создание чего-либо сама по себе. Она может делать все, что мы можем ей приказывать […] Ее роль - помогать нам делать то, что мы уже знаем, как контролировать. "
Она показывает себя замечательным провидцем, понимая, что призвание этой машины выходит далеко за рамки простых числовых вычислений: обработка символов и символических уравнений также широко открыта для нее:
«Многие люди, незнакомые с математическими исследованиями, думают, что, поскольку работа машины заключается в выдаче результатов в числовой записи, природа процесса обязательно должна быть арифметической и числовой, а не алгебраической и аналитической. Это ошибка… Машина может выдать три типа результатов: […] символьный […]; цифровой […]; и алгебраический в буквальном обозначении. "
- Заметки Луиджи Федерико Менабреа к его книге о Бэббидже
История
Незавершенный прототип (1871 г.) аналитической машины Бэббиджа, выставленный в Музее науки в Лондоне ( фото на сайте музея ).
Карты, которые Бэббидж использует в своей аналитической машине. Карточки с инструкциями впереди, карточки данных сзади.
Аналитическая машина была не первой попыткой Бэббиджа, который уже изобрел машину разностей, заказанную британским правительством для создания безошибочных расчетных таблиц . Эта разностная машина была частично построена с 1822 по 1833 год Джозефом Клементом , одним из лучших британских мастеров своего времени.
Бэббидж начал разработку своей аналитической машины в 1834 году, понимая, что он может упростить свою разностную машину с помощью этой новой программируемой машины. Английский парламент отказался от этой смены руководства и официально прекратил финансовую поддержку в 1842 году. Машина так и не была завершена. Сегодня считается, что вся машина представляла бы собой клубок из колес и шестерен, приводимых в движение паром, и занимал бы место локомотива .
Бэббидж использовал принципы , обнаруженные при разработке аналитической машины , чтобы создать разность мейкер п уплотнительных 2 , который был построен только через сто лет, что подтверждает правильность своих взглядов.
Младший сын Бэббиджа разработал часть аналитической машины, чтобы доказать правильность идей своего отца. Он начал в 1880 году, но сдался в 1888 году из-за ошибки вычисления во время демонстрации вычисления и печати таблицы первых сорока кратных числа π с двадцатью девятью десятичными знаками. Он возобновил разработку в 1906 году и успешно продемонстрировал этот расчет Королевской английской академии астрономии. Генри Бэббидж подарил эту машину Музею науки в Лондоне в 1910 году.
Наследие: предок компьютеров
Несмотря на очевидные различия в технологиях, аналитическая машина считается прародительницей современных компьютеров .
План проекта 28
Проект должен быть запущен после сбора достаточного количества пожертвований для создания аналитической машины в соответствии с планами Бэббиджа.
Читайте также: