Den første datamaskinen: Charles Babbages analytiske motor

Den moderne datamaskinen ble født av den presserende nødvendigheten etter andre verdenskrig for å møte utfordringen nazismen gjennom innovasjon. Men den første iterasjonen av datamaskinen slik vi nå forstår den, kom mye tidligere da en oppfinner med navnet Charles Babbage på 1830-tallet designet en enhet kalt Analytical Engine.

Født i 1791 til en engelsk bankmann og hans kone, Charles Babbage (1791–1871) ble tidlig fascinert av matematikk, lærte seg selv algebra og leste mye om kontinental matematikk. Da han i 1811 dro til Cambridge for å studere, oppdaget han at lærerne hans var mangelfulle i det nye matematiske landskapet, og at han faktisk allerede visste mer enn de gjorde. Som et resultat tok han av på egen hånd for å grunnlegge Analytical Society i 1812, noe som ville bidra til å transformere matematikkfeltet i Storbritannia. Han ble medlem av Royal Society i 1816 og var medstifter av flere andre samfunn. På et tidspunkt var han Lucasian professor i matematikk ved Cambridge, selv om han sa opp dette for å jobbe på motorene sine. Han var en oppfinner i spissen for britisk teknologi og hjalp til med å skape Storbritannias moderne posttjeneste, en kumfanger for tog og andre verktøy.

Babbage var et grunnleggende medlem av Storbritannias Royal Astronomical Society, og han så snart muligheter for innovasjon på dette feltet. Astronomer måtte foreta lange, vanskelige og tidkrevende beregninger som kunne være fulle av feil. Når disse tabellene ble brukt i situasjoner med høy innsats, for eksempel for navigasjonslogaritmer, kan feilene vise seg å være dødelige. Som svar håpet Babbage å lage en automatisk enhet som ville produsere feilfrie bord. I 1822 skrev han til foreningens president, Sir Humphry Davy (1778–1829), for å uttrykke dette håpet. Han fulgte opp dette med et papir, om "Theoretical Principles of Machinery for Calculating Tables", som vant den første Society-gullmedaljen i 1823. Babbage hadde bestemt seg for å prøve å bygge en "Differences Engine."

Da Babbage henvendte seg til den britiske regjeringen for finansiering, ga de ham det som var en av klodens første myndighetstilskudd til teknologi. Babbage brukte disse pengene på å ansette en av de beste maskinistene han kunne finne for å lage delene: Joseph Clement (1779–1844). Og det ville være mange deler: 25 000 var planlagt.

I 1830 bestemte Babbage seg for å flytte, og opprettet et verksted som var immun mot brann i et område som var fritt for støv på hans egen eiendom. Byggingen opphørte i 1833, da Clement nektet å fortsette uten forskudd. Babbage var imidlertid ikke politiker; han manglet evnen til å jevne forhold til påfølgende regjeringer, og i stedet fremmedgjorte mennesker med sin utålmodige oppførsel. På dette tidspunktet hadde regjeringen brukt 17 500 pund, ikke kom mer, og Babbage hadde bare en syvendedel av kalkulatorenheten ferdig. Men selv i denne reduserte og nesten håpløse tilstanden var maskinen i forkant med verdens teknologi.

Babbage hadde ikke tenkt å gi seg så raskt. I en verden der beregninger vanligvis ikke ble ført til mer enn seks tall, siktet Babbage å produsere over 20, og den resulterende Engine 2 ville bare trenge 8000 deler. Difference Engine hans brukte desimaltall (0–9) - heller enn de binære ‘bits’ som Tysklands Gottfried von Leibniz (1646–1716) foretrakk — og de ville bli satt ut på tannhjul / hjul som var sammenkoblet for å bygge opp beregninger. Men motoren var designet for å gjøre mer enn å etterligne en abacus: den kunne fungere på komplekse problemer ved bruk av en serie av beregninger og kunne lagre resultater i seg selv for senere bruk, samt stemple resultatet på et metall produksjon. Selv om den fremdeles bare kunne kjøre en operasjon på en gang, var den langt utenfor alle andre dataenheter verden noen gang hadde sett. Dessverre for Babbage var han aldri ferdig med Difference Engine. Uten ytterligere statlige tilskudd gikk finansieringen hans tom.

I 1854 brukte en svensk skriver kalt George Scheutz (1785–1873) Babbages ideer for å lage en fungerende maskin som produserte tabeller med stor nøyaktighet. Imidlertid hadde de utelatt sikkerhetsfunksjoner, og det hadde en tendens til å bryte sammen, og følgelig klarte ikke maskinen å gjøre noe. I 1991 forskere ved Londons Science Museum, hvor Babbages poster og forsøk holdt, opprettet en Difference Engine 2 til den opprinnelige designen etter seks års arbeid. DE2 brukte rundt 4000 deler og veide litt over tre tonn. Den matchende skriveren sto ferdig i 2000, og hadde like mange deler igjen, selv om en litt mindre vekt på 2,5 tonn. Enda viktigere, det fungerte.

I løpet av hans levetid ble Babbage beskyldt for å være mer interessert i teorien og nyskapende innovasjon enn å faktisk produsere bordene regjeringen betalte ham for å lage. Dette var ikke akkurat urettferdig, for da finansieringen til Difference Engine hadde fordampet, hadde Babbage kommet med en ny idé: Analytical Engine. Dette var et enormt skritt utover Difference Engine: det var en generell enhet som kunne beregne mange forskjellige problemer. Det skulle være digitalt, automatisk, mekanisk og kontrollert av variable programmer. Kort sagt, det ville løse enhver beregning du ønsket. Det ville være den første datamaskinen.

Den analytiske motoren hadde fire deler:

• En mølle, som var delen som gjorde beregningene (i hovedsak CPU)
• Butikken, der informasjonen ble lagret (egentlig minnet)
• Leseren, som gjør at data kan legges inn ved hjelp av stansede kort (egentlig tastaturet)
• Printeren

Stansekortene ble modellert på de som ble utviklet for Jacquard vevstol og vil tillate maskinen større fleksibilitet enn noe som helst oppfunnet for å gjøre beregninger. Babbage hadde storslåtte ambisjoner om enheten, og butikken skulle ha 1.050 siffer. Det vil ha en innebygd evne til å veie opp data og behandle instruksjoner ute av drift om nødvendig. Den ville være dampdrevet, laget av messing og kreve en trent operatør / sjåfør.

Babbage ble hjulpet av Ada Lovelace (1815–1852), datter av den britiske dikteren Lord Byron og en av de få kvinnene i tiden med utdanning i matematikk. Babbage beundret sterkt den publiserte oversettelsen av en fransk artikkel om Babbages arbeid, som inkluderte hennes omfangsrike notater.

Motoren var lenger enn hva Babbage hadde råd til og kanskje hvilken teknologi som da kunne produsere, men myndighetene hadde blitt overveldet med Babbage og finansieringen kom ikke. Babbage fortsatte å jobbe med prosjektet til han døde i 1871, av mange beretninger en embittert mann som mente at mer offentlige midler burde rettes mot forskningen. Den var kanskje ikke ferdig, men den analytiske motoren var et gjennombrudd i fantasien, om ikke praktisk. Babbages motorer ble glemt, og supporterne måtte kjempe for å holde ham vel ansett; Noen medlemmer av pressen syntes det var lettere å spotte. Da datamaskiner ble oppfunnet i det tjuende århundre, brukte oppfinnerne ikke Babbages planer eller ideer, og det var først på syttitallet at hans arbeid ble fullstendig forstått.

Det tok over et århundre, men moderne datamaskiner har overskredet kraften til den analytiske motoren. Nå har eksperter laget et program som replikerer evnene til motoren, så du kan prøv det selv.

• Bromley, A. G. "Charles Babbages analytiske motor, 1838." Annals of the History of Computing 4.3 (1982): 196–217.
• Cook, Simon. "Minds, Machines and Economic Agents: Cambridge Receptions of Boole and Babbage. "Studier i historie og vitenskapsfilosofi del A 36.2 (2005): 331–50.
• Crowley, Mary L. ""Differansen" i Babbages Difference Engine." Matematikklæreren 78.5 (1985): 366–54.
• Hyman, Anthony. "Charles Babbage, Pioneer of the Computer." Princeton: Princeton University Press, 1982.
• Lindgren, Michael. "Glory and Failure: The Difference Engines of Johann Müller, Charles Babbage, and Georg and Edvard Scheutz." Trans. McKay, Craig G. Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1990.