Matemātiķa un datoru pioniera Čārlza Beidža biogrāfija
Datortehnikas tēvs
Profesors Čārlzs Beidžs (1792-1871), matemātiķis un nepabeigtā Babbage Difference Engine, mehāniski programmējama datora, izgudrotājs, ap 1860. gadu.
Corbis / Getty Images
Čārlzs Babidžs (1791. gada 26. decembris–1871. gada 18. oktobris) bija angļu matemātiķis un izgudrotājs, kurš tiek uzskatīts par pirmā digitālā programmējamā datora konceptualizāciju. 1821. gadā izstrādātais Babbage’s Difference Engine Nr. 1 bija pirmā veiksmīgā, bezkļūdām automātiskā skaitļošanas iekārta, un tā tiek uzskatīta par iedvesmas avotu mūsdienu programmējamiem datoriem. Bieži dēvēts par datora tēvu, Beidžs bija arī ražīgs rakstnieks, ar daudzām interesēm, tostarp matemātiku, inženierzinātnēm, ekonomiku, politiku un tehnoloģijām.
Ātrie fakti: Čārlzs Beidžs
- Bebijs, Čārlzs. 'Filozofa dzīves fragmenti.' Čārlza Beidža darbi. Ed. Kempbela-Kellija, Mārtins. Vol. 11. Londona: Viljams Pikerings, 1864. Drukāt.
- Bromlijs, A.G. '.' Čārlza Beidža analītiskais dzinējs, 1838 Datortehnikas vēstures gadagrāmata 4.3 (1982): 196–217. Drukāt.
- Pavārs, Saimon. '.' Prāti, mašīnas un ekonomikas aģenti: Kembridžas Boole un Babbage pieņemšanas Zinātnes vēstures un filozofijas pētījumi A daļa 36.2 (2005): 331–50. Drukāt.
- Krolija, Mērija L. 'Atšķirība' Babbage's Difference Engine .' Matemātikas skolotājs 78,5 (1985): 366–54. Drukāt.
- Franksens, Ole Imanuels. ' Babbage un kriptogrāfija. Vai arī Admirāļa Boforta šifra noslēpums .' Matemātika un datori simulācijā 35,4 (1993): 327–67.
- Hollings, Kristofers, Ursula Mārtina un Adrians Raiss. ' Adas Lavleisas agrīnā matemātiskā izglītība .' BSHM biļetens: Britu matemātikas vēstures biedrības žurnāls 32,3 (2017): 221–34. Drukāt.
- Haimens, Entonijs. 'Čārlzs Beidžs, datoru pionieris.' Princeton: Princeton University Press, 1982. Drukāt.
- Kuskis, Džesika. ' Matemātika un mehāniskais prāts: Čārlzs Beidžs, Čārlzs Dikenss un garīgais darbs filmā Little Dorrit .'' Dikensa studiju gada 45. gads (2014): 247–74. Drukāt.
- Lindgrēna, Maikls. 'Glory and Failure: The Difference Engines of Johann Müller, Charles Babbage, and Georg and Edvard Scheutz'. Trans. McKey, Craig G. Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1990. Drukāt.
Agrīnā dzīve un izglītība
Čārlzs Beidžs dzimis 1791. gada 26. decembrī Londonā, Anglijā, vecākais no četriem bērniem, kas dzimuši Londonas baņķiera Bendžamina Bebadža un Elizabetes Pumlijas Tīpas ģimenē. Tikai Čārlzs un viņa māsa Marija Anna izdzīvoja agrā bērnībā. Beibežu ģimene bija diezgan turīga, un Čārlzam kā vienīgajam izdzīvojušajam dēlam bija privātskolotāji, un viņš tika nosūtīts uz labākajām skolām, tostarp Ekseteru, Enfīldu, Totnesu un Oksfordu, pirms 1810. gadā beidzot iestājās Kembridžas Trīsvienības koledžā.
Trīsvienībā Beibžs lasīja matemātiku, un 1812. gadā viņš pievienojās Pīterhausam Kembridžas universitātē, kur bija labākais matemātiķis. Atrodoties Pīterhausā, viņš līdzdibināja Analītisko biedrību — vairāk vai mazāk izspēles zinātnisko biedrību, kurā bija daži no Anglijas pazīstamākajiem jaunajiem zinātniekiem. Viņš arī pievienojās mazāk zinātniski orientētām studentu biedrībām, piemēram, The Ghost Club, kas nodarbojas ar pārdabisku parādību izmeklēšanu, un Extractors Club, kura mērķis ir atbrīvot savus biedrus no psihiatriskajām iestādēm, kuras viņi sauca par trako mājām, ja kāds būtu apņēmies to darīt.
Čārlzs Beidžs (1791-1871) angļu matemātiķis un skaitļošanas pionieris, 1871. gads. Print Collector / Getty Images
Lai gan viņš bija labākais matemātiķis, Beidžs ar izcilību nepabeidza Pīterhausu Kembridžā. Sakarā ar strīdu par viņa noslēguma darba piemērotību publiskai apskatei, viņš tā vietā saņēma grādu bez eksāmena 1814. gadā.
Pēc absolvēšanas Beidžs kļuva par astronomijas pasniedzēju Lielbritānijas Karaliskajā institūtā, kas ir organizācija, kas nodarbojas ar zinātnisko izglītību un pētniecību un atrodas Londonā. Pēc tam 1816. gadā viņu ievēlēja Londonas Karaliskās dabas zināšanu uzlabošanas biedrības stipendijā.
Beidža ceļš uz rēķināšanas mašīnām
Ideja par mašīnu, kas spēj aprēķināt un izdrukāt matemātiskās tabulas bez kļūdām, pirmo reizi ienāca Beibā 1812. vai 1813. gadā. 19. gadsimta sākumā navigācijas, astronomiskās un aktuārās tabulas bija būtiskas plaukstošās attīstības sastāvdaļas. Industriālā revolūcija . Navigācijā tos izmantoja, lai aprēķinātu laiku, plūdmaiņas, straumes, vējus, saules un mēness pozīcijas, krasta līnijas un platuma grādus. Tolaik ar rokām konstruētās neprecīzās tabulas izraisīja katastrofālu aizkavēšanos un pat kuģu zaudēšanu.
Žakarda stelles darbība, ko izmanto gobelēnu un polsterējuma ražošanā. Bezdatēta fotogrāfija. Corbis / Getty Images
Beidžs smēlies iedvesmu savām rēķināšanas mašīnām no 1801. gada Žakarda stelles , automatizēta aušanas mašīna, kas tika griezta ar roku un programmēta pēc instrukcijām, ko piegādā perfokartes. Ieraudzījis sarežģītos portretus, kas žakarda stellēs tika automātiski ieausti zīdā, Bebidžs nolēma izveidot nekļūdīgu ar tvaiku darbināmu vai ar roku darbināmu skaitļošanas mašīnu, kas līdzīgi aprēķinātu un izdrukātu matemātikas tabulas.
Atšķirības dzinēji
Beidžs 1819. gadā sāka radīt mašīnu matemātisko tabulu mehāniskai ražošanai. 1822. gada jūnijā viņš paziņoja par savu izgudrojumu Karaliskajai Astronomijas biedrībai rakstā Piezīme par iekārtu izmantošanu astronomisko un matemātisko tabulu aprēķināšanā. Viņš to nosauca par atšķirību dzinēju Nr. 1 pēc galīgo atšķirību principa, principa, kas ir matemātiskā atrisināšanas procesa pamatā. polinomu izteiksmes pievienojot, un tādējādi atrisināms ar vienkāršu iekārtu. Babbage dizains paredzēja ar roku darbināmu mašīnu, kas spēj tabulēt aprēķinus līdz 20 zīmēm aiz komata.
Atšķirību dzinēja ilustrācija. Bettmann / Līdzstrādnieks / Getty Images
1823. gadā Lielbritānijas valdība ieinteresējās un piešķīra Bebadžam 1700 mārciņas, lai viņš sāktu darbu pie projekta, cerot, ka viņa iekārta padarīs kritisko matemātisko tabulu izgatavošanu mazāk laikietilpīgu un dārgu. Lai gan Beidža dizains bija realizējams, laikmeta metālapstrādes stāvoklis padarīja pārāk dārgu, lai ražotu tūkstošiem precīzi apstrādātu detaļu. Rezultātā atšķirības dzinēja Nr. 1 būvniecības faktiskās izmaksas ievērojami pārsniedza valdības sākotnējo aplēsi. 1832. gadā Beidžam izdevās izveidot samazinātas mašīnas darba modeli, kas spēj tabulēt aprēķinus tikai līdz sešām zīmēm aiz komata, nevis 20 ciparus aiz komata, ko paredzēja sākotnējā konstrukcija.
Laikā, kad Lielbritānijas valdība 1842. gadā atteicās no Difference Engine Nr. 1 projekta, Beidžs jau strādāja pie sava Analītiskā dzinēja, daudz sarežģītākas un programmējamākas skaitļošanas mašīnas, dizaina. Laikā no 1846. līdz 1849. gadam Babbage izstrādāja uzlabotu Difference Engine Nr. 2 dizainu, kas spēj ātrāk un ar mazāk kustīgu detaļu aprēķināt līdz 31 zīmei aiz komata.
1834. gadā zviedru iespiedējs Pērs Georgs Šeits veiksmīgi izveidoja tirgojamu iekārtu, kuras pamatā bija Bebāža atšķirības dzinējs, kas pazīstams kā Scheutzian aprēķinu dzinējs. Lai gan tas bija nepilnīgs, svēra pustonnu un bija flīģeļa lielumā, Scheutzian dzinējs tika veiksmīgi demonstrēts Parīzē 1855. gadā, un versijas tika pārdotas ASV un Lielbritānijas valdībām.
Charles Babbage's Difference Engine Nr. 1, skaitļošanas mašīnas prototips, 1824–1832, ko 1832. gadā samontēja Džozefs Klements, prasmīgs instrumentu izgatavotājs un rasētājs. Ann Ronan Pictures / Print Collector / Getty Images
Analītiskais dzinējs, īsts dators
Līdz 1834. gadam Beidžs bija pārtraucis darbu pie Difference Engine un sāka plānot lielāku un visaptverošāku iekārtu, ko viņš sauca par analītisko dzinēju. Babbage jaunā iekārta bija milzīgs solis uz priekšu. Spēja aprēķināt vairāk nekā vienu matemātisko uzdevumu, un tas patiešām bija tas, ko mēs šodien saucam par programmējamu.
Līdzīgi kā mūsdienu datori, Babbage's Analytical Engine ietvēra aritmētisko loģisko vienību, vadības plūsmu nosacītu atzarojumu un cilpu veidā un integrētu atmiņu. Tāpat kā žakarda stelles, kas bija iedvesmojušas Babage pirms vairākiem gadiem, arī viņa analītiskais dzinējs bija jāieprogrammē, lai veiktu aprēķinus, izmantojot perfokartes. Rezultāti — izvade — tiks nodrošināti, izmantojot printeri, līkņu ploteri un zvanu.
Analītiskā dzinēja atmiņai, ko sauc par veikalu, bija jāspēj saglabāt 1000 ciparu ar 40 cipariem aiz komata. Dzinēja dzirnavām, tāpat kā aritmētiskās loģikas vienībai (ALU) mūsdienu datoros, bija jāspēj veikt visas četras pamata aritmētiskās darbības, kā arī salīdzinājumus un pēc izvēles kvadrātsaknes. Līdzīgi kā mūsdienu datora centrālajam procesoram (CPU), dzirnavām bija jāpaļaujas uz savām iekšējām procedūrām, lai izpildītu programmas norādījumus. Babbage pat izveidoja programmēšanas valodu, ko izmantot ar analītisko dzinēju. Līdzīgi mūsdienu programmēšanas valodas , tas atļāva instrukciju cilpa un nosacīta atzarošana .
Lielā mērā finansējuma trūkuma dēļ Beidžs nekad nevarēja izveidot nevienas savas skaitļošanas mašīnas pilnas darba versijas. Tikai 1941. gadā, vairāk nekā gadsimtu pēc tam, kad Beidžs bija ierosinājis savu analītisko dzinēju, vācu mehānikas inženieris Konrāds Zuse demonstrē savu Z3 , pasaulē pirmais strādājošais programmējamais dators.
1878. gadā, pat pēc tam, kad Babbage’s Analytical Engine tika pasludināts par “mehāniskās atjautības brīnumu”, Lielbritānijas Zinātnes attīstības asociācijas izpildkomiteja ieteica to nebūvēt. Lai gan komiteja atzina mašīnas lietderību un vērtību, tā atteicās no aplēstās izmaksas par tās izgatavošanu, negarantējot, ka tā darbosies pareizi.
Beidžs un Ada Lavleisa, pirmā programmētāja
1883. gada 5. jūnijā Beibežs satika 17 gadus veco slavenā dzejnieka meitu. Lords Bairons , Augusta Ada Bairona, Lavleisas grāfiene — labāk pazīstama kā Tur ir Lavleisa . Ada un viņas māte bija apmeklējušas vienu no Beidža lekcijām, un pēc nelielas sarakstes Beidžs uzaicināja viņus apskatīt Difference Engine maza mēroga versiju. Ada bija sajūsmā, un viņa pieprasīja un saņēma atšķirību dzinēja rasējumu kopijas. Viņa un viņas māte apmeklēja rūpnīcas, lai redzētu citas mašīnas darbā.
Ada Lavleisa, kas pati par sevi tiek uzskatīta par apdāvinātu matemātiķi, bija mācījusies pie diviem sava laika labākajiem matemātiķiem: Augusta De Morgana un Mērijas Somervilas. Kad Ada lūdza iztulkot itāļu inženiera Luidži Federiko Menabrea rakstu par Beidža analītisko dzinēju, Ada ne tikai pārtulkoja oriģinālo franču tekstu angļu valodā, bet arī pievienoja savas domas un idejas par iekārtu. Savās pievienotajās piezīmēs viņa aprakstīja, kā analītisko programmu var likt apstrādāt burtus un simbolus papildus cipariem. Viņa arī teorētiski izvirzīja norādījumu atkārtošanas vai cilpas procesu, kas ir būtiska funkcija, ko mūsdienās izmanto datorprogrammās.
1843. gadā publicētais Ada tulkojums un piezīmes aprakstīja, kā programmēt Beidža analītisko dzinēju, būtībā padarot Adu Baironu Lavleisu par pasaulē pirmo datorprogrammētāju.
Laulība un personīgā dzīve
Pretēji tēva gribai Beibažs 1814. gada 2. jūlijā apprecējās ar Džordžinu Vitmoru. Viņa tēvs nebija vēlējies, lai dēls apprecas, kamēr viņam nebija pietiekami daudz naudas, lai sevi uzturētu, taču tomēr apsolīja viņam piešķirt 300 mārciņas (2019. gadā — 36 175 mārciņas) gadā. dzīvi. Galu galā pārim bija astoņi kopīgi bērni, no kuriem tikai trīs dzīvoja līdz pilngadībai.
Tikai viena gada laikā, no 1827. gada līdz 1828. gadam, Beibidžu piemeklēja traģēdija, kad gāja bojā viņa tēvs, otrais dēls (Čārlzs), sieva Džordžiana un jaundzimušais dēls. Gandrīz nemierināms, viņš devās tālā ceļojumā pa Eiropu. Kad ap 1834. gadu nomira viņa mīļotā meita Džordžina, izpostītais Bebedžs nolēma iedziļināties viņa darbā un vairs nekad neapprecējās.
Pēc sava tēva nāves 1827. gadā Beibidžs mantoja 100 000 mārciņu (vairāk nekā 13,2 miljonus ASV dolāru 2019. gadā). Lielā mērā lielais mantojums ļāva Beidžam savu dzīvi veltīt aizraušanās ar rēķināšanas mašīnu izstrādi.
Tā kā zinātne vēl nebija atzīta par profesiju, viņa laikabiedri Bebāžs uzskatīja par zinātnieku džentlmeni — lielas aristokrātisku amatieru grupas pārstāvi, kurš, būdamas patstāvīgi bagāts, spēja īstenot savas intereses bez ārējiem līdzekļiem. atbalstu. Beidža intereses nekādā ziņā neaprobežojās tikai ar matemātiku. No 1813. līdz 1868. gadam viņš ir sarakstījis vairākas grāmatas un rakstus par ražošanu, rūpnieciskās ražošanas procesiem un starptautisko ekonomisko politiku.
Dr. Kens Arnolds, Wellcome Trust izstāžu vadītājs, 2002. gada 14. martā izstādē 'Head On, Art with the Brain in Mind' Londonas Zinātnes muzejā pozē fotogrāfijai blakus Čārlza Beidža smadzenēm. Sion Touhig / Getty Images
Lai gan Beidža izgudrojumi nekad nav bijuši tik plaši izplatīti kā viņa skaitļošanas mašīnas, citi Beidža izgudrojumi bija oftalmoskops, melnās kastes reģistrators dzelzceļa katastrofām, seismogrāfs, altimetrs un govju ķērājs, lai novērstu bojājumus dzelzceļa lokomotīvju priekšpusē. Turklāt viņš ierosināja izmantot okeānu paisuma un paisuma kustības, lai ražotu enerģiju, kas mūsdienās tiek izstrādāts kā atjaunojamās enerģijas avots.
Lai gan Beidžs bieži tiek uzskatīts par ekscentriķi, viņš bija superzvaigzne 1830. gadu Londonas sociālajās un intelektuālajās aprindās. Viņa regulārās sestdienas ballītes savās mājās Dorsetstrītā tika uzskatītas par nepalaistu garām. Būdams uzticīgs savai apburošā mākslinieka reputācijai, Beidžs aizraus savus viesus ar jaunākajām Londonas tenkām un lekcijām par zinātni, mākslu, literatūru, filozofiju, reliģiju, politiku un mākslu. Visi vēlējās doties uz viņa krāšņajām vakariņām, rakstīja filozofs Harieta Martino Beidža ballītēm.
Neskatoties uz savu sociālo popularitāti, Bebāžs nekad netika sajaukts ar diplomātu. Viņš bieži izvērsa dedzīgus publiskus verbālus uzbrukumus tiem, ko viņš uzskatīja par zinātnisko iestādi, jo tai nebija redzējuma. Diemžēl viņš dažreiz pat uzbruka tieši tiem cilvēkiem, kuriem viņš meklēja finansiālu vai tehnisku atbalstu. Patiešām, viņa dzīves pirmā biogrāfija, kuru 1964. gadā sarakstīja Mabots Mozelijs, saucas “Neskaidrs ģēnijs: Izgudrotāja Čārlza Beidža dzīve”.
Nāve un mantojums
Beibidžs nomira 79 gadu vecumā 1871. gada 18. oktobrī savās mājās un laboratorijā Dorsetstrītā 1 Londonas Merilebonas apkaimē, un tika apglabāts Londonas Kensal Green kapsētā. Mūsdienās puse Beidža smadzeņu tiek glabāta Hantera muzejā Londonas Karaliskajā ķirurgu koledžā, bet otra puse ir izstādīta Zinātnes muzejā Londonā.
Zinātnes muzeja atšķirību dzinējs Nr. 2, kas uzbūvēts pēc Čārlza Beidža projekta. Geni / Wikimedia Commons / Publisks domēns
Pēc Babidža nāves viņa dēls Henrijs turpināja tēva darbu, taču viņam arī neizdevās uzbūvēt pilnībā funkcionējošu mašīnu. Vēl viens no viņa dēliem Bendžamins emigrēja uz Dienvidaustrāliju, kur 2015. gadā tika atklāti daudzi Beidža dokumenti un viņa prototipu gabali.
1991. gadā tika pilnībā funkcionāla versija Babbage's Difference Engine Nr.2 veiksmīgi uzcēla Dorons Svads, Londonas Zinātnes muzeja kurators. Precizitāte līdz 31 ciparam, ar vairāk nekā 4000 detaļām un sver vairāk nekā trīs metriskās tonnas, tā darbojas tieši tā, kā Babage bija iecerējis 142 gadus iepriekš. Printerim, kas tika pabeigts 2000. gadā, bija vēl 4000 detaļu, un tas svēra 2,5 metriskās tonnas. Šodien Swade ir galvenais komandas loceklis 28. plāns projekts, Londonas Zinātnes muzeja mēģinājums izveidot pilna mēroga funkcionējošu Babbage Analytical Engine.
Tuvojoties savas dzīves beigām, Beidžs saprata, ka viņš nekad nepabeigs savas mašīnas darba versiju. Savā 1864. gada grāmatā Fragmenti no filozofa dzīves , viņš pravietiski apliecināja savu pārliecību, ka viņa darba gadi nav bijuši veltīgi.
Ja kāds cilvēks, mana piemēra nebrīdināts, uzņemsies un izdosies patiešām uzbūvēt dzinēju, kas sevī iemieso visu matemātiskās analīzes departamentu pēc dažādiem principiem vai ar vienkāršākiem mehāniskiem līdzekļiem, man nav bail atstāt savu reputāciju viņa rokās. lādiņš, jo tikai viņš spēs pilnībā novērtēt manu centienu būtību un to rezultātu vērtību.
Čārlzs Beidžs bija viena no ietekmīgākajām figūrām tehnoloģiju attīstībā. Viņa mašīnas kalpoja kā intelektuālais priekštecis plašam ražošanas kontroles un skaitļošanas metožu klāstam. Turklāt viņš tiek uzskatīts par nozīmīgu figūru 19. gadsimta Anglijas sabiedrībā. Viņš publicēja sešas monogrāfijas un vismaz 86 rakstus, kā arī lasīja lekcijas par tēmām, sākot no kriptogrāfijas un statistikas līdz zinātniskās teorijas un rūpniecības prakses mijiedarbībai. Viņam bija liela ietekme uz ievērojamiem politiskajiem un sociālajiem filozofiem, tostarp Džons Stjuarts Mills un Kārlis Markss .
Avoti un papildu atsauces
AtjauninājaRoberts Longlijs