Основоположник

18 октября исполнился 131 год со дня смерти создателя первого компьютера – Чарльза Бэббиджа

18 октября исполнился 131 год со дня смерти выдающегося английского ученого – Чарльза Бэббиджа. В историю он вошел в первую очередь, как конструктор первого в мире настоящего программируемого компьютера. «Аналитическая машина» Бэббиджа содержала все основные узлы современных универсальных вычислительных машин – память, арифметико-логическое устройство, устройства ввода-вывода.... Ни тогда, ни в наше время ни у кого не возникало и тени сомнения, что изобретение Бэббиджа вполне работоспособно. Почему же аналитическая машина так и не была построена?

Чарльз Бэббидж (Charles Babbage) родился в 1791 году в Англии. Любимым его чтением еще в школе был учебник алгебры. Поступив в 1810 году в знаменитый Тринити-колледж Кембриджского университета, Чарльз обнаружил, что уже знает математику лучше большинства своих сверстников. Идея построения «разностной машины» для вычисления разного рода таблиц (не только навигационных, но и тригонометрических, логарифмических, таблиц сложных процентов и других, совершенно необходимых для развития зарождающегося индустриального общества) у Ч. Бэббиджа возникла еще в 1812 году, во время учебы. Свое название она получила из-за использования метода «конечных разностей», широко применявшегося при ручном счете. Работать над созданием машины Бэббидж начал вскоре после 1812 года и сумел к 1822 году построить действующий прототип, на котором он рассчитал, в частности, таблицу квадратов. В 1823 году правительство Англии выделило первые 1500 фунтов с обязательством со стороны Бэббиджа построить усовершенствованную машину (позволяющую вести расчет навигационных, астрономических и тригонометрических таблиц) за три года. Через десять лет машина все еще не была построена, хотя истрачено было к тому времени 17 000 фунтов правительственных денег и 13 000 собственных денег Бэббиджа – огромное состояние по тем временам!

Около 1833 года ему пришла в голову идея усовершенствованной машины – «аналитической», после чего он разностную машину практически похоронил, так как возможности новой машины значительно перекрывали возможности разностной. И это была первая в истории идея ЦВМ. Аналитическая машина Бэббиджа содержала все узлы сегодняшнего компьютера: ОЗУ на регистрах из колес (Бэббидж назвал его «store» - склад), АЛУ – арифметико-логическое устройство («mill» - мельница), устройство управления и устройства ввода-вывода, последних было даже целых три: печать одной или двух копий (!), изготовление стереотипного отпечатка и пробивка на перфокартах. Перфокарты (изобретение не Бэббиджа, они использовались в ткацких станках Жаккара к тому времени уже несколько десятилетий) служили и для ввода программ и данных в машину. ОЗУ имело емкость 1000 чисел по 50 десятичных знаков (то есть около 20 килобайт), что более чем прилично – для сравнения укажем, что ЗУ одной из первых ЭВМ «Эниак» (1945 г.) имело объем всего 20 десятиразрядных чисел (а число в 50 знаков вообще было востребовано на практике только в 50-х годах ХХ столетия!). АЛУ имело, как мы бы сейчас сказали, аппаратную поддержку всех четырех действий арифметики. Можете себе представить – на дворе 1834 год! Еще не изобретены фотография и электрические генераторы, и в помине нет телефона и радио, только-только начали прокладывать первые железные дороги и телеграфные линии.

Чарльз Бэббидж (Charles Babbage, 1791 – 1871) и Ада Августа Лавлейс (Ada Augusta Lovelace, 1815-1852)

С именем Бэббиджа тесно связано имя Ады Августы Лавлейс, дочери Байрона. Ее комментарии к английскому переводу итальянского описания аналитической машины вошли в историю, как пример первого описания ЦВМ и инструкций по программированию к ней. В частности, в примечании B рассматривается ЗУ и предлагается  система для символического обозначения данных, содержащихся в памяти: кружок – число, квадратик – символ и т.д. В примечании D дана программа машинного расчета системы уравнений с двумя неизвестными. В примечании E рассматривается краеугольное понятие программирования – цикл операций и даже цикл циклов! В число управляющих команд была включена команда условного перехода. В процессе знакомства с работой молодой леди (ей тогда было всего 28 лет) приходится себе все время напоминать, что все это было в эпоху Пушкина, графа Монте-Кристо и начала покорения Дикого Запада.

Бэббидж был максималистом, думая, что можно преодолеть все трудности, было бы желание. Он шел от идеи к ее воплощению, нимало не считаясь с практическими возможностями своего времени. Главная причина того, что аналитическая машина так никогда и не была построена – технологическая, даже разностная машина содержала не одну только тысячу зубчатых колес, которые тогда изготавливались фактически вручную (вероятно, и в наше время, когда англичане любовно воспроизвели разностную машину по сохранившимся чертежам, эта задачка была не из легких). Интересно, что, кроме всего прочего, процесс создания его машины привел к заметному прогрессу в области металлобработки. В частности, при прямом участии Бэббиджа были изобретены поперечно-строгальный, токарно-револьверный станки, калибры, методы изготовления зубчатых колес и даже была высказана идея стандартизации деталей при массовом производстве.

В заключение хочется сказать, что Бэббидж не был фанатом одной идеи. Кроме механизации вычислений, он занимался математикой, экономикой, статистикой, оптикой, криптографией, геологией и пр., изобрел спидометр, офтальмоскоп, солнечный коронограф, устройство для наведения артиллерийских орудий, сейсмограф… Наиболее знаменит политэкономический труд Бэббиджа «Экономика машин и производства», высоко оцененный как современниками, включая К. Маркса, так и потомками (например, Кейнсом). В этой книге он, в частности, придумал метод сетевых графиков и предвосхитил современное исследование операций.

Работы Бэббиджа и Лавлейс ни в коем случае не принадлежат к историческим курьезам, и, когда создавались первые электронные вычислительные машины, их создатели уже знали, куда идти – за сто лет до того им была указана столбовая дорога, с которой никто так и не свернул. Все современные компьютеры, начиная от персоналки на рабочем месте операционистки в Сбербанке и заканчивая “мозгами” мобильного телефона – построены в основе своей точно так же, как это задумали упрямый математик и  светская молодая леди более ста пятидесяти лет назад...