Аналитическая машина Бэббиджа
В 1822 году была построена пробная модель Разностной машины, способной рассчитывать и печатать большие математические таблицы. Работа модели основывалась на принципе, известном в математике как "метод конечных разностей": при вычислении многочленов используется только операция сложения и не выполняется умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. При этом предусматривалось применение десятичной системы счисления, а не двоичной, как в современных компьютерах. Это было очень сложное, большое устройство и предназначалось для автоматического вычисления логарифмов.
На протяжении следующих десятилетий Бэббидж работал над своим изобретением. В 1834 году он пришел к идее создания еще более мощной машины - Аналитической, которая не просто должна была решать математические задачи одного определенного типа, а выполнять разнообразные вычислительные операции в соответствии с инструкциями, задаваемыми оператором. В этой машине он использовал идею программного управления Жаккарда с помощью перфокарт.
Бэббидж развил эту идею, применив ее для автоматизации вычислений, и реализовал управление в зависимости от текущего результата вычислений. Аналитическая машина должна была иметь такие компоненты, как "мельница" и "склад" (арифметическое устройство и память), состоящие из механических рычажков и шестеренок. Память машины вмещала до 100 сорокоразрядных чисел. Эти числа должны были храниться в памяти, пока до них не дойдет очередь в арифметическом устройстве. Результаты операции либо отправлялись в память, чтобы также ждать своей очереди, либо распечатывались.
Если Разностная машина имела сомнительные шансы на успех, то Аналитическая машина и вовсе выглядела нереалистичной. Ее просто невозможно было построить и запустить в работу. В своем окончательном виде машина должна была быть не меньше железнодорожного локомотива. Ее внутренняя конструкция представляла собой беспорядочное нагромождение стальных, медных и деревянных деталей, часовых механизмов, приводимых в действие паровым двигателем.
Аналитическая машина так и не была построена. Все, что дошло от нее до наших дней, - это ворох чертежей и рисунков, а также небольшая часть арифметического устройства и печатающее устройство, сконструированное сыном Бэббиджа.
Наивысшим достижением Чарльза Бэббиджа и вместе с тем его величайшей болью была разработка принципов, положенных в основу современных компьютеров, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Он потратил несколько десятилетий, крупные правительственные субсидии и значительную часть собственных средств в попытках создать вычислительную машину, работающую на этих принципах. Интересно, что в процессе работы над проектом Аналитической машины Бэббидж нашел подходы к созданию значительно менее громоздкого устройства Разностной машины №2.
По иронии судьбы Разностной машине повезло больше. Шведский издатель, изобретатель, переводчик Пер Георг Шойц, прочтя как-то об этом устройстве, построил его слегка видоизмененный вариант, воспользовавшись ценными советами Бэббиджа. В 1854 году это устройство прошло испытание в Лондоне, а годом позже Разностная машина Шойца была удостоена золотой медали на Всемирной выставке в Париже. Спустя еще несколько лет английский инженер Данкин по заказу британского правительства, отказавшего в свое время в поддержке Бэббиджу, сделал копию шведской машины для правительственной канцелярии.
В чем же суть достижений Чарльза Бэббиджа и его ученицы и помощницы Ады Лавлейс?
- Идея программного управления процессом вычислений.
- Предложение использовать перфокарты для ввода и вывода данных и для управления, а также для обмена и передачи чисел в самой машине.
- Изобретение системы предварительного переноса для ускорения расчетов.
- Применение способа изменения хода вычислений, получившего в дальнейшем название условного перехода.
- Введение понятия циклов операций и рабочих ячеек.