Кто изобрел большую разностную машину
Паровой компьютер или разностная машина Бэббиджа 1840 года
Где-то в 1800-х годах Чарльз Бэббидж изобрел первый компьютер, тогда слово «компьютер» имело иное значение, и он назвал свое изобретение Разностной машиной или Аналитической машиной. Гениальный изобретатель опережал свое время, но, к сожалению, не завершил свое изобретение, и лишь спустя сто лет был изобретен первый настоящий компьютер, но это уже другая история. А сегодняшняя статья об Аналитической Машине Бэббиджа.
Согласно чертежам Бэббиджа машина должна была состоять из следующих частей:
1. Склад — жесткий диск, память; 2. Мельница — процессор; 3. Паровой двигатель — блок питания; 4. Принтер — принтер; 5. Карты операций — программы; 6. Карты переменных — система адресации; 7. Числовые карты — для ввода чисел; 8. Управляющие барабаны — микропрограммы.
Самовычисляющая машина
В этой статье мы попробуем выяснить устройство Аналитической Машины, но для начала следует отметить, что она принадлежала к распространенному с 1740-х годов семейству «автоматических» (само-) механизмов.
И хотя Бэббидж избегал использования этого понятия, в новостях и изданиях ее описывали именно так:
За завтраком я имела удовольствие сидеть рядом с мистером Бэббиджем, известным в наших кругах изобретателем самовычисляющей машины. Взгляд его кажется столь проницательным, будто он видит науку — или любой другой предмет, ставший объектом его внимания, — насквозь.
Эди Седжвик, 1841 г.
Центробежный регулятор — первый из «самодействующих» механизмов индустриальной эпохи. Кстати, именно он является одной из самых узнаваемых частей парового двигателя.
При разгоне двигателя шары отклоняются от оси под воздействием центробежной силы, из-за этого муфта сдвигается и ограничивает приток пара, а машина замедляет ход. Замедление машины опускает шары и этим открывает клапан — открывается приток пара, цикл замкнулся.
Сама же конструкция Разностной машины была схожа с арифмометрами, и, как арифмометры, Машина состояла из длинной череды зубчатых колес, которые складывают числа, а потом выдают сумму.
Где-то в 1834 году Бэббидж усовершенствовал конструкцию, и благодаря возврату суммы обратно в машину стали доступны более сложные вычисления.
Работа Аналитической машины основывалась именно на «пожирании своего хвоста», и работала система благодаря сложной цепи шестерней, которые управлялись перфокартами и барабанами, вычисляя суммы и отправляя результаты на склад, который состоял из ряда зубчатых колес.
Примерно все взаимодействовало так:
Память: склад
Любому компьютеру, паровому или электронному, необходима возможность хранения данных. В изобретении Бэббиджа он назывался складом, и, как практически вся машина, он состоял из зубчатых колес, расположенных в высоких столбцах. На каждом из столбцов хранилось только одно число не длиннее пятидесяти цифр, а верхнее колесо определяло положительно число или отрицательно.
Согласно моим оценкам, пройдет немало времени, прежде чем эти ограничения перестанут удовлетворять нуждам науки.
Чарльз Бэббидж
На чертежах Бэббиджа склад состоял из двух параллельных рядов высоких числовых столбцов, и в каждом из них хранилось одно число. Одна из сторон склада сообщалась с мельницей.
Кроме зубчатых колес числа могли храниться на числовых картах в виде комбинаций отверстий:
На своих схемах Чарльз изображал ряд столбцов уходящим за край листа и не указывал конечное количество чисел, которые могла бы запоминать заключительная версия Машины.
Рейки и карты переменных для передачи данных
Для передачи чисел со склада в Машину Бэббидж использовал опять зубчатые колеса рейки с длинными зубцами. Каждое из числовых колес склада с помощью шестеренок были связаны с рейками и при их помощи значения передавались на специальный столбец колец, находящийся между мельницей и складом, и таким же образом числа передавались обратно на склад.
Колеса склада А подключено к рейке В с помощью шестеренки. Обнуляясь, колесо слада поворачивает ось ввода до позиции переданного числа.
Для передачи числа с дальнего конца склада требовалась зубчатая рейка длинной в несколько метров.
На картах переменных нанесены адреса на складе, с которых производится выборка чисел. Эти же карты могут быть запрограммированы на получение значений с числовых карт.
Каждый адрес нанесен на карты переменных в виде отверстий, и их сочетание переключает определенные рычаги:
При отсутствии отверстия на перфокарте рычаг не задействован, но как только отверстие появлялось, рычаг соединял шестеренку со скобой. И шестеренка, поднимаясь вместе со скобой, соединяла колесо ввода с зубчатой рейкой.
Мельница вычислений
После попадания чисел в мельницу начинается главная часть работы Машины — арифметические действия, выполняемые снова и снова.
Бэббиджем были разработаны отдельные узлы сложения, вычитания, умножения и деления, а также один из любимых его механизмов — перенос с предварением.
В своих публикациях Бэббидж очеловечивал Машину и про «сквозной перенос» писал:
В случае сквозного переноса Машина способна предвидеть и действовать в соответствии с предвидением.
Чарльз Бэббидж
Конечно, до переноса числа необходимо было сложить, и происходило это примерно так:
Колесо А обнуляется и на нем задается первое число. Второе число задается на колесе В, которое в сцепке с колесом А. Обнуление первого колеса прибавляет число, которое там содержалось, к значению на колесе В.
Возьмем для примера:
Вспомним школьную арифметику, а именно сложение в столбик и перенос единиц. Если расположить цифры обоих чисел по столбцам, как это сделано в Машине, и складывать их по разрядам, то в первом случае не будет переноса, во втором будет перенесена единица, а в третьем сумма будет равна 9, но перенесенная ранее единица инициирует перенос.
Когда Разностная машина работает, можно наблюдать волнообразные движения рычажков переноса в задней части Машины. Волны происходят из-за последовательных переносов единиц снизу вверх с проверкой инициации новых переносов.
Эта штука переносит единицу снизу вверх по одной!
Программы
В то время программ не существовало, ну точнее они уже были придуманы, но тогда они назывались картами операций и выглядели примерно так:
Карта операций
Программами занималась Ада Лавлейс, и, как истинные аристократы, они отдавали приказы барабанам и картам переменных не контактируя с рабочими механизмами. Даже простое сложение задействовало множество деталей, и при помощи большого барабана один рычаг мог задавать любое значение для восьмидесяти других рычагов.
Согласно отверстиям на картах барабан поворачивается к рычагам разными секциями, которые содержат определенный шифр и задействуют разные наборы рычагов.
И хотя барабаны напоминают валики шарманок, действуют они иначе. Вместо непрерывного вращения барабан поворачивается до определенной позиции и затем двигается вперед, толкая и активируя набор необходимых рычагов.
Карты операций управляют и барабанами, и картами переменных, и выглядят примерно так:
Перфокарты
Первой системой, построенной на перфокартах, был жаккардов станок, и именно им вдохновлялся Бэббидж.
Карта Жаккара, 1850 г.
Принцип их работы прост и гениален одновременно: удерживающий перфокарты рычаг опускается, прижимая карту к набору подпружиненных горизонтальных штырьков. Если под штырьком отсутствует отверстие, то карта сдвигает штырек и наклоняет стержень с крючком так, что он цепляется за штифт. Затем штифты движутся вверх вместе с зацепившимися за них крючками.
Логика и циклы
Перфокарты и шестеренки — это великолепно, но не они делают Разностную машину компьютером. Из устройства для обсчета десятичной арифметики Машина превращается в компьютер благодаря небольшой детали — условному рычагу.
Этот рычаг автоматически опускается, если результат вычислений требует дальнейших действий со стороны программы. И если на определенной позиции барабана стоит штифт, а затем рычаг опускается — запускается новый цикл вычислений.
Таким образом, условный рычаг замыкает цикл, и Машина «поедает собственный хвост»: перфокарты управляют барабанами, барабаны Машиной, Машина барабанами, а барабаны перфокартами.
На этом я закончу сегодняшнюю статью. Если у вас есть какие-то дополнения, то я буду рад обсуждениям в комментариях.
Всем хорошего дня и точных вычислений!
Литература:
«Невероятные приключения Лавлейс и Бэббиджа. Почти правдивая история первого компьютера»
Автор: Сидни Падуа
Издательство: Манн, Иванов и Фербер, 2017 г.
ISBN: 978-5-00100-943-6
Паровой компьютер или разностная машина Бэббиджа 1840 года
Где-то в 1800-х годах Чарльз Бэббидж изобрел первый компьютер, тогда слово «компьютер» имело иное значение, и он назвал свое изобретение Разностной машиной или Аналитической машиной. Гениальный изобретатель опережал свое время, но, к сожалению, не завершил свое изобретение, и лишь спустя сто лет был изобретен первый настоящий компьютер, но это уже другая история. А сегодняшняя статья об Аналитической Машине Бэббиджа.
Согласно чертежам Бэббиджа машина должна была состоять из следующих частей:
1. Склад — жесткий диск, память; 2. Мельница — процессор; 3. Паровой двигатель — блок питания; 4. Принтер — принтер; 5. Карты операций — программы; 6. Карты переменных — система адресации; 7. Числовые карты — для ввода чисел; 8. Управляющие барабаны — микропрограммы.
Самовычисляющая машина
В этой статье мы попробуем выяснить устройство Аналитической Машины, но для начала следует отметить, что она принадлежала к распространенному с 1740-х годов семейству «автоматических» (само-) механизмов.
И хотя Бэббидж избегал использования этого понятия, в новостях и изданиях ее описывали именно так:
За завтраком я имела удовольствие сидеть рядом с мистером Бэббиджем, известным в наших кругах изобретателем самовычисляющей машины. Взгляд его кажется столь проницательным, будто он видит науку — или любой другой предмет, ставший объектом его внимания, — насквозь.
Эди Седжвик, 1841 г.
Центробежный регулятор — первый из «самодействующих» механизмов индустриальной эпохи. Кстати, именно он является одной из самых узнаваемых частей парового двигателя.
При разгоне двигателя шары отклоняются от оси под воздействием центробежной силы, из-за этого муфта сдвигается и ограничивает приток пара, а машина замедляет ход. Замедление машины опускает шары и этим открывает клапан — открывается приток пара, цикл замкнулся.
Сама же конструкция Разностной машины была схожа с арифмометрами, и, как арифмометры, Машина состояла из длинной череды зубчатых колес, которые складывают числа, а потом выдают сумму.
Где-то в 1834 году Бэббидж усовершенствовал конструкцию, и благодаря возврату суммы обратно в машину стали доступны более сложные вычисления.
Работа Аналитической машины основывалась именно на «пожирании своего хвоста», и работала система благодаря сложной цепи шестерней, которые управлялись перфокартами и барабанами, вычисляя суммы и отправляя результаты на склад, который состоял из ряда зубчатых колес.
Примерно все взаимодействовало так:
Память: склад
Любому компьютеру, паровому или электронному, необходима возможность хранения данных. В изобретении Бэббиджа он назывался складом, и, как практически вся машина, он состоял из зубчатых колес, расположенных в высоких столбцах. На каждом из столбцов хранилось только одно число не длиннее пятидесяти цифр, а верхнее колесо определяло положительно число или отрицательно.
Согласно моим оценкам, пройдет немало времени, прежде чем эти ограничения перестанут удовлетворять нуждам науки.
Чарльз Бэббидж
На чертежах Бэббиджа склад состоял из двух параллельных рядов высоких числовых столбцов, и в каждом из них хранилось одно число. Одна из сторон склада сообщалась с мельницей.
Кроме зубчатых колес числа могли храниться на числовых картах в виде комбинаций отверстий:
На своих схемах Чарльз изображал ряд столбцов уходящим за край листа и не указывал конечное количество чисел, которые могла бы запоминать заключительная версия Машины.
Рейки и карты переменных для передачи данных
Для передачи чисел со склада в Машину Бэббидж использовал опять зубчатые колеса рейки с длинными зубцами. Каждое из числовых колес склада с помощью шестеренок были связаны с рейками и при их помощи значения передавались на специальный столбец колец, находящийся между мельницей и складом, и таким же образом числа передавались обратно на склад.
Колеса склада А подключено к рейке В с помощью шестеренки. Обнуляясь, колесо слада поворачивает ось ввода до позиции переданного числа.
Для передачи числа с дальнего конца склада требовалась зубчатая рейка длинной в несколько метров.
На картах переменных нанесены адреса на складе, с которых производится выборка чисел. Эти же карты могут быть запрограммированы на получение значений с числовых карт.
Каждый адрес нанесен на карты переменных в виде отверстий, и их сочетание переключает определенные рычаги:
При отсутствии отверстия на перфокарте рычаг не задействован, но как только отверстие появлялось, рычаг соединял шестеренку со скобой. И шестеренка, поднимаясь вместе со скобой, соединяла колесо ввода с зубчатой рейкой.
Мельница вычислений
После попадания чисел в мельницу начинается главная часть работы Машины — арифметические действия, выполняемые снова и снова.
Бэббиджем были разработаны отдельные узлы сложения, вычитания, умножения и деления, а также один из любимых его механизмов — перенос с предварением.
В своих публикациях Бэббидж очеловечивал Машину и про «сквозной перенос» писал:
В случае сквозного переноса Машина способна предвидеть и действовать в соответствии с предвидением.
Чарльз Бэббидж
Конечно, до переноса числа необходимо было сложить, и происходило это примерно так:
Колесо А обнуляется и на нем задается первое число. Второе число задается на колесе В, которое в сцепке с колесом А. Обнуление первого колеса прибавляет число, которое там содержалось, к значению на колесе В.
Возьмем для примера:
Вспомним школьную арифметику, а именно сложение в столбик и перенос единиц. Если расположить цифры обоих чисел по столбцам, как это сделано в Машине, и складывать их по разрядам, то в первом случае не будет переноса, во втором будет перенесена единица, а в третьем сумма будет равна 9, но перенесенная ранее единица инициирует перенос.
Когда Разностная машина работает, можно наблюдать волнообразные движения рычажков переноса в задней части Машины. Волны происходят из-за последовательных переносов единиц снизу вверх с проверкой инициации новых переносов.
Эта штука переносит единицу снизу вверх по одной!
Программы
В то время программ не существовало, ну точнее они уже были придуманы, но тогда они назывались картами операций и выглядели примерно так:
Карта операций
Программами занималась Ада Лавлейс, и, как истинные аристократы, они отдавали приказы барабанам и картам переменных не контактируя с рабочими механизмами. Даже простое сложение задействовало множество деталей, и при помощи большого барабана один рычаг мог задавать любое значение для восьмидесяти других рычагов.
Согласно отверстиям на картах барабан поворачивается к рычагам разными секциями, которые содержат определенный шифр и задействуют разные наборы рычагов.
И хотя барабаны напоминают валики шарманок, действуют они иначе. Вместо непрерывного вращения барабан поворачивается до определенной позиции и затем двигается вперед, толкая и активируя набор необходимых рычагов.
Карты операций управляют и барабанами, и картами переменных, и выглядят примерно так:
Перфокарты
Первой системой, построенной на перфокартах, был жаккардов станок, и именно им вдохновлялся Бэббидж.
Карта Жаккара, 1850 г.
Принцип их работы прост и гениален одновременно: удерживающий перфокарты рычаг опускается, прижимая карту к набору подпружиненных горизонтальных штырьков. Если под штырьком отсутствует отверстие, то карта сдвигает штырек и наклоняет стержень с крючком так, что он цепляется за штифт. Затем штифты движутся вверх вместе с зацепившимися за них крючками.
Логика и циклы
Перфокарты и шестеренки — это великолепно, но не они делают Разностную машину компьютером. Из устройства для обсчета десятичной арифметики Машина превращается в компьютер благодаря небольшой детали — условному рычагу.
Этот рычаг автоматически опускается, если результат вычислений требует дальнейших действий со стороны программы. И если на определенной позиции барабана стоит штифт, а затем рычаг опускается — запускается новый цикл вычислений.
Таким образом, условный рычаг замыкает цикл, и Машина «поедает собственный хвост»: перфокарты управляют барабанами, барабаны Машиной, Машина барабанами, а барабаны перфокартами.
На этом я закончу сегодняшнюю статью. Если у вас есть какие-то дополнения, то я буду рад обсуждениям в комментариях.
Всем хорошего дня и точных вычислений!
Литература:
«Невероятные приключения Лавлейс и Бэббиджа. Почти правдивая история первого компьютера»
Автор: Сидни Падуа
Издательство: Манн, Иванов и Фербер, 2017 г.
ISBN: 978-5-00100-943-6
Кто изобрел большую разностную машину
Разностные вычислительные машины, которые начали появляться с конца XVIII века, являются предками современных компьютеров, но столь отдаленными и несовершенными, какими являются обезьяны по отношению к современному человеку. Вероятно, лишь меньшинство из сотен миллионов пользователей, решающих сегодня с помощью ЭВМ свои задачи или просто играющих в разнообразные компьютерные игры, представляет себе ту пропасть, которая отделяет их «пентиумы» (да и любые другие машины, на которых они работают) от разностных вычислительных машин.
Привыкнув к окружающим нас на работе и дома электронным чудо-помощникам, «работающим с умом», трудно представить, что и 200, и 100 лет назад умные помощники могли быть только механическими. Для хранения чисел и выполнения арифметических операций использовались зубчатые колеса, рейки, храповики и другие детали, имеющие странные названия, например собачки. В настоящее время для большинства из нас очевидно:
1) вычисления, да и любая обработка данных в компьютере, производятся по программам, описывающим последовательность действий;
2) эти программы хранятся в памяти компьютера.
На самом деле поиск, «осознание» и реализация этих двух решений означает примерно то же самое, что и переход от обезьяны к питекантропу, а затем от питекантропа к человеку.
Поиск первого из этих решений начинается от проекта Аналитической машины великого английского математика Чарльза Бэббеджа и программ, написанных для нее леди Адой Августой Лавлейс. Второе революционное решение связывают с принципом хранения программы, реализованным в архитектуре ЭВМ, которая была предложена американским математиком Джоном фон Нейманом.
Идее создания разностных машин больше 200 лет. Впервые она была высказана немецким военным инженером Иоганном Г. Мюллером (1746-1830). Считается, что Иоганн Мюллер был первым, кто предложил использовать метод разностей при вычислениях и сделать вычислительную машину, печатающую результаты.
Механизм универсального калькулятора И. Мюллера был основан на знаменитых ступенчатых валиках Готфрида В. Лейбница. Эта машина могла выполнять все четыре действия арифметики над 14-разрядными числами. Если пользователь машины делал какие-то некорректные установки на машине, то звонок предупреждал его об этом. Машина Мюллера была небольшой: всего 13 см в высоту и 30 см в диаметре. В настоящее время универсальный калькулятор Иоганна Мюллера хранится в Германии, в Hessisches Landesmuseum в Дармштадте. В 1784 г. в своем письме Мюллер говорит, что его машина будет вычислять и печатать арифметическую прогрессию. Это письмо содержит описание самого первого печатающего калькулятора. В другом письме, написанном в тот же год, Мюллер высказывает мысль о создании машины для вычисления площадей и объемов при помощи разностей. Мюллер придумал свою разностную машину за 36 лет до великого английского математика Ч. Бэббиджа. Ее описание было опубликовано в 1786 г. в книге, основные разделы которой были переведены для Ч. Бэббиджа его другом, математиком Джоном Гершелем. Дата этого перевода неизвестна и вопрос, насколько самостоятельно Бэббидж пришел к идеям разностных вычислительных машин, остается открытым.
Универсальный калькулятор Иоганна Мюллера, 1784 г.
Считается, что непосредственным толчком, заставившим Ч. Бэббиджа создавать свои разностные машины явилось введение метрической системы мер во Франции, которое потребовало пересчета огромного числа различных таблиц.
Во время великой Французской революции во Франции перестраивалось все государство (законодательство, армия, государственные учреждения и даже личная жизнь граждан). Также «в согласии с разумом, наукой и природой» французское правительство вводило метрическую систему в измерение длин, весов и т. д., стремилось внедрить принцип десятичности в самые различные области. Для такой перестройки требовалось пересчитать громадное число таблиц, в основном тригонометрических и связанных с ними логарифмических, а также нужно было составить много вспомогательных таблиц. Правительство Франции поставило перед математиками задачу подготовить необходимые таблицы на высоком научном уровне и в достаточно короткие сроки. Руководить сложными и трудоемкими расчетами было поручено талантливому французскому ученому барону Гаспару Прони. В 1795 году он был назначен одним из двенадцати комиссаров, на которых возлагалась вся работа по подготовке и введению метрической системы. В число комиссаров входили такие известные ученые, как Лагранж, Лаплас, Монж и др. Прони с самого начала понял, что для составления новых таблиц прежними методами (с помощью нескольких сотрудников) ему не хватит жизни. В это время он читал в Политехнической школе лекции по анализу, в частности разделы, связанные с интерполяцией*. Он хотел уяснить, как применить в расчетах разделение труда и как при этом использовать интерполяционные методы.
В то время в Париже были две вычислительные мастерские, в которых производили одни и те же расчеты для взаимной проверки. Г. Прони реорганизовал все расчетное дело, создал своеобразный вычислительный конвейер. Все вычислители (сотрудники) из двух мастерских, к которым он прибавил еще ряд нанятых им работников, были разделены на три группы. В первую группу входило пять-шесть крупных математиков, которые исследовали различные математические выражения, чтобы подобрать функцию, удобную для числовых расчетов. Естественно, она должна была наилучшим образом соответствовать той функции, таблицы которой составлялись. Эта группа фактически не была связана с непосредственной вычислительной работой, ее задача состояла в получении необходимых формул. После этого данные, рассчитанные первой группой, направляли во вторую группу. В нее входило девять-десять лиц, достаточно хорошо владевших математикой. Их задача состояла в преобразовании формул, переданных первой группой, к виду, удобному для работы с числами. Кроме того, вторая группа вычисляла значения функций для аргументов, отстоящих друг от друга на пять или десять интервалов. Подсчитанные ими значения входили в окончательную таблицу в качестве основных. Работа второй группы требовала хороших математических знаний. После этого формулы отправляли третьей, наиболее многочисленной группе, состоящей примерно из ста человек. Сотрудники третьей группы получали от второй вместе с формулами и исходные числа. Используя только сложение и вычитание в той последовательности, в которой это было указано в формулах, передаваемых из второй группы, третья группа получала окончательные числовые результаты. Таков был путь расчета таблиц. Члены второй группы имели возможность проверить расчеты третьей группы, применяя непреобразованные формулы, т. е. не повторяя работы третьей группы. Следует отметить, что 90% сотрудников третьей группы не знали математики далее двух первых действий арифметики, но ошибались значительно реже, чем те, кто лучше знал математику и больше понимал существо задачи. Вычислители третьей группы не знали общей задачи, да это им было и не нужно. Умея довольно хорошо складывать и вычитать, они работали совершенно механически.
Дело завершилось созданием двух экземпляров логарифмических и тригонометрических таблиц, состоящих из семнадцати больших рукописных томов. В дальнейшем отдельные таблицы часто использовались в качестве контрольных. Ими пользовался впоследствии и английский математик Ч. Бэббидж, который для этой цели ездил в Парижскую обсерваторию, где хранились таблицы.
После окончания работ по составлению таблиц в Париже английское правительство обратилось к французскому с предложением напечатать эти таблицы при совместных усилиях обеих стран с равным распределением затрат. Хотя это предложение и не завершилось изданием таблиц, но в связи с переговорами по этому поводу в Париже была выпущена небольшая брошюра с описанием процесса вычисления таблиц.
После ознакомления с этой брошюрой Ч. Бэббидж решил применить метод Гаспара Прони при создании своей вычислительной машины. Точнее говоря, машина должна была заменить третью группу вычислителей, на которую в основном и приходилась вся счетная работа. В основу работы машины Бэббидж решил положить известное свойство многочленов, состоящее в том, что их конечные разности соответствующих порядков (зависящие от степени многочлена) равны нулю. Машину, работающую на основе этого принципа, он назвал разностной.
Выражаясь современным языком, разностные машины явились первыми специализированными цифровыми вычислительными машинами. Алгоритм вычислений был неизменным и определял конструкцию машины. Таким образом, управление ходом вычислений осуществлялось не программно, а «конструктивно».
Широко известна работа великого английского математика Чарлза Бэббиджа над разностными машинами. Поставив перед собой цель механизировать вычисление логарифмических и тригонометрических таблиц, Бэббидж, начиная с 1812 г., конструирует и пытается изготовить разностную вычислительную машину. Свои мысли о разностной машине Ч. Бэббидж изложил в записке на заседании Астрономического общества 14 июня 1822 г., которая была опубликована под названием «Замечания о применении машины для расчета математических таблиц». Разработка и постройка механической вычислительной машины представляла в то время сложную проблему. В 1832 г. ученый посетил ряд промышленных центров в Англии и Шотландии. Постоянно изучая новое в промышленности, он посещал все, какие только мог, заводы и фабрики в Британии и на континенте. В результате сам Бэббидж стал неплохим механиком и предложил ряд усовершенствований по инструментам, станкам и методам обработки.
Беббидж считал свою «нотацию» пригодной не только для механических устройств, но и рассматривал ее как общий абстрактный дескриптивный язык, который может использоваться и в других науках, в частности в философии. Он сам постоянно ссылался на свою «нотацию», но для окружающих гордостью были его изобретения.
Записные книжки Ч. Бэббиджа
Рукописи, так называемые «Записные книжки», Ч. Бэббиджа содержат его проекты, исследования, чертежи и другие размышления. Всего в них около 7000 страниц. В настоящее время «Записные книжки» Ч. Бэббиджа хранятся в библиотеке Научного музея в Лондоне.
Получив моральную поддержку Королевского общества, Астрономического общества и некоторую финансовую помощь правительства, Бэббидж с июня 1823 г. начинает строить разностную машину, которая могла бы табулировать функции с постоянными шестыми разностями с точностью до 20 знаков. По замыслу Бэббиджа огромная машина должна была состоять примерно из 25000 деталей, иметь следующие размеры: 8 футов в высоту, 7 футов в длину и 3 фута в ширину (2,4х2,1х0,9 м3). Ее вес составлял несколько тонн. Для реализации своего проекта Бэббидж нанял Джозефа Клемента, очень квалифицированного слесаря-инструментальщика и чертежника, что было редкостью в то время.
Станок для выполнения различных видов обработки, принадлежавший Ч. Бэббиджу
При разработке своих проектов машин Бэббидж использовал картонные выкройки различных деталей.
Выкройки из картона деталей первой
разностной машины Ч. Бэббиджа, 1831 г.
На рисунке показаны два примера кулис для фиксации зубчатых колес. Кулисы являются шестеренками переменного диаметра, которые имеют сцепление с ведущими шестеренками. Эти устройства были предназначены для уменьшения начального вращающего момента и начального ускорения. Сохранилось свыше 132 отдельных выкроек различных деталей. На многих из них рукой Ч. Бэббиджа сделаны пометки, позволяющие оценить вклад, внесенный Джозефом Клементом.
Годы проектирования, разработки и создания машины были самыми изнурительными и полными разочарований в жизни Чарлза Бэббиджа. Работа над машиной была приостановлена в 1833 г. после конфликта с Д. Клементом в связи с переносом мастерской в помещение внутри дома Бэббиджа.
Разностная вычислительная машина Ч. Бэббиджа является одним из самых замечательных примеров в предыстории вычислительной техники.
А мысль великого изобретателя, несмотря на все трудности, не хотела останавливаться на достигнутом, с 1834 года он увлекается созданием новой более совершенной Аналитической машины.
В свою очередь историков техники продолжала волновать мысль о неудаче, постигшей Ч. Бэббиджа с полной реализацией постройки разностной машины. Причем неудач было много: трудный характер самого Бэббиджа, наличие недоброжелателей, разлад с Джозефом Клементом, проблемы с финансированием проекта, общий низкий уровень развития техники того времени, отсутствие поддержки предпринимателей, несколько перемен состава правительства, конфликт между чистой и прикладной наукой, разделение мнений экспертов по поводу реальной потребности в таком устройстве, отсутствие государственного видения и отказ в поддержке со стороны правительства Англии. Но самой главной причиной, как считают историки, явилось недостаточное развитие токарного и слесарного дела в ту эпоху. Полностью разностная машина Ч. Бэббиджа была достроена только в наше время в 1991 г. двумя инженерами Р. Криком и Б. Холловеем в Лондонском научном музее к 200-летию со дня рождения ее автора.
Разностная вычислительная машина Ч. Бэббиджа, 1991 г.
Она состоит из 4000 деталей, исключая печатающий механизм, который не был достроен; весит около 3 тонн; имеет размеры: 2,1х3,4х0,5 м3 и выполнена из бронзы, стали и железа. Она может вычислять разности 7 порядка. Машина работает при помощи поворота рукоятки, является действующим экспонатом Лондонского научного музея. Великие идеи великого изобретателя были все же реализованы и проверены на практике. Эта воссозданная машина является научно-исследовательским объектом, инженерной скульптурой и последним своеобразным памятником, поставленным великому изобретателю. У Ч. Бэббиджа оказалось много последователей в разных странах, создававших разностные вычислительные машины вплоть до начала XX века.
(Продолжение истории создания разностных машин можно прочитать в следующем номере журнала.)