Charles Babbage byl anglický matematik a vynálezce, který navrhl první automatický digitální počítač. Kromě toho pomohl vytvořit moderní anglický poštovní systém a sestavil první spolehlivé pojistně-matematické tabulky, vynalezl typ rychloměru a vynalezl železniční přehled.
Životopis Charlese Babbage
Narozen v Londýně 26. prosince 1791 v rodině Benjamina Babbage, partnera Praeds Bank, majitele Bitton Estate v Teignmouthu, a Betsy Plumley Tip. V roce 1808 se rodina rozhodla přestěhovat do starého Rowden House v East Teignmouth a otec se stal správcem nedalekého St Michael's.
Charlesův otec byl bohatý muž, takže mohl studovat na několika elitních školách. Ve věku 8 let musel jít do venkovské školy, aby se zotavil z nebezpečné nemoci. Jeho rodiče usoudili, že mozek dítěte „neměl být příliš tvrdý“. Podle Babbage: „Tato velká zahálka mohla vést k některým z jeho dětinských úvah.“
Poté vstoupil na gymnázium krále Edwarda VI. v Totnes, South Devon,prosperující veřejná škola, která funguje dodnes, ale zdravotní stav donutil Charlese, aby se na chvíli obrátil na soukromé učitele. Nakonec se dostal do uzavřené akademie pro 30 studentů, kterou vedl reverend Stephen Freeman. Instituce měla rozsáhlou knihovnu, kterou Babbage používal ke studiu matematiky na vlastní pěst a naučil se ji milovat. Po odchodu z akademie měl ještě dva osobní mentory. Jedním z nich byl duchovní z Cambridge, jehož učení Charles komentoval: "Obávám se, že jsem nevyužil všech výhod, které jsem mohl mít." Druhý byl profesor z Oxfordu. Učil klasiku Charlese Babbage, aby mohl být přijat do Cambridge.
Univerzitní studia
V říjnu 1810 přijel Babbage do Cambridge a vstoupil na Trinity College. Měl skvělé vzdělání – znal Lagrange, Leibnize, Lacroixe, Simpsona a byl vážně zklamán dostupnými matematickými programy. Rozhodl se tedy založit analytickou společnost s Johnem Herschelem, Georgem Peacockem a dalšími přáteli.
Když Babbage v roce 1812 přestoupil do Cambridge Peterhouse, byl nejlepším matematikem; ale nepromoval s vyznamenáním. Později získal čestný titul, aniž by dokonce složil zkoušky, v roce 1814.
V roce 1814 se Charles Babbage oženil s Georgianou Whitmoreovou. Jeho otec mu z nějakého důvodu nikdy nepožehnal. Rodina žila v klidu na Devonshire Street v Londýně 5. Z jejich osmi dětí přežily pouze tři.až do dospělosti.
Charlesův otec, jeho žena a jeden z jeho synů tragicky zemřeli v roce 1827.
Počítačový projekt
Za dob Charlese Babbage docházelo ve výpočtu matematických tabulek často k chybám, a tak se rozhodl najít novou metodu, která by to dělala mechanicky a eliminovala faktor lidské chyby. Tato myšlenka ho napadla velmi brzy, již v roce 1812.
Jeho rozhodnutí ovlivnily tři různé faktory:
- nesnášel nedbalost a nepřesnost;
- logaritmické tabulky pro něj byly snadné;
- inspiroval se již existující prací na počítacích strojích od W. Schickarda, B. Pascala a G. Leibnize.
Probral základní principy výpočtu zařízení v dopise Siru H. Davymu na začátku roku 1822.
Rozdílový motor
Babbage představil to, co nazval „motor rozdílů“Královské astronomické společnosti 14. června 1822, v dokumentu nazvaném „Poznámky k aplikaci strojového výpočtu astronomických a matematických tabulek“. Uměl vypočítat polynomy pomocí numerické metody zvané rozdíl.
Společnost tento nápad schválila a v roce 1823 mu vláda dala 1 500 £ na jeho vybudování. Babbage udělal dílnu v jedné z místností svého domu a najal Josepha Clementa, aby dohlížel na konstrukci zařízení. Každý kus musel být vyroben ručně pomocí speciálních nástrojů, z nichž mnohé sám navrhl. Karel podnikl mnoho výletů do průmyslových podniků, aby se zlepšilpochopit výrobní procesy. Na základě těchto cest a svých osobních zkušeností se stavbou stroje vydal Babbage v roce 1832 publikaci O ekonomice strojů a výroby. Byla to první publikace toho, čemu se dnes říká „vědecká organizace výroby“.
Osobní tragédie a cestování po Evropě
Smrt manželky Georgiany, otce Charlese Babbage a jeho malého syna přerušila stavbu v roce 1827. Práce ho velmi zatěžovala a byl na pokraji zhroucení. John Herschel a několik dalších přátel přesvědčili Babbage, aby si udělal výlet do Evropy, aby se zotavil. Procestoval Nizozemsko, Belgii, Německo, Itálii, navštívil univerzity a továrny.
V Itálii se dozvěděl, že byl jmenován lucasiánským profesorem matematiky na univerzitě v Cambridge. Původně chtěl odmítnout, ale přátelé ho přesvědčili o opaku. Po svém návratu do Anglie v roce 1828 se přestěhoval do 1 Dorset Street.
Obnovuji práci
Během Babbageovy nepřítomnosti se projekt Difference Engine dostal pod palbu. Šířily se fámy, že promrhal vládní peníze, že stroj nefungoval a že by neměl žádnou praktickou hodnotu, kdyby byl vyroben. John Herschel a Royal Society projekt veřejně obhajovali. Vláda pokračovala ve své podpoře poskytnutím 1 500 £ 29. dubna 1829, 3 000 £ 3. prosince a stejnou částku 24. února 1830. Práce pokračovala, ale Babbage neustáleměl potíže získat peníze z pokladny.
Opuštění projektu
Finanční potíže Charlese Babbage se shodovaly s rostoucími neshodami s Clementem. Babbage postavil za svým domem dvoupatrovou, 15 metrů dlouhou dílnu. Měla prosklenou střechu pro osvětlení a také ohnivzdornou čistou místnost pro uložení svého auta. Clement se odmítl přestěhovat do nové dílny a požadoval peníze na cestování po městě, aby dohlížel na práci. V reakci na to Babbage navrhl, aby byl vyplacen přímo z pokladny. Clement odmítl a přestal na projektu pracovat.
Navíc odmítl předat plány a nástroje použité k sestavení Difference Engine. Po investování 23 000 GBP, včetně 6 000 GBP z vlastních prostředků Babbage, byly práce na nedokončeném zařízení v roce 1834 zastaveny. V roce 1842 vláda oficiálně opustila projekt.
Charles Babbage a jeho analytický motor
Pryč od rozdílového motoru, vynálezce začal přemýšlet o jeho vylepšené verzi. Mezi lety 1833 a 1842 se Charles pokusil sestrojit zařízení, které by bylo možné naprogramovat k provádění jakýchkoliv výpočtů, nejen těch, které se týkají polynomiálních rovnic. První průlom nastal, když přesměroval výstup stroje na jeho vstup, aby řešil další rovnice. Popsal to jako stroj, který „požírá svůj vlastní ocas“. Netrvalo dlouho, než přišel na základní prvky analytického motoru.
Počítač Charlese Babbage používal děrné štítky vypůjčené ze žakárového stavu k zadávání dat a označení pořadí nezbytných výpočtů. Zařízení se skládalo ze dvou částí: mlýna a skladu. Mlýn, odpovídající procesoru moderního počítače, prováděl operace s daty přijatými z úložiště, které lze považovat za paměť. Byl to první počítač pro všeobecné použití na světě.
Počítač Charlese Babbage byl navržen v roce 1835. Rozsah práce byl opravdu neuvěřitelný. Babbage a několik asistentů vytvořili 500 velkých návrhových výkresů, 1 000 listů mechanických označení a 7 000 listů s popisem. Dokončený mlýn byl 4,6 m vysoký a 1,8 m v průměru. Úložiště pro 100 číslic se prodloužilo o 7,6 m. Babbage pro svůj nový stroj postavil pouze malé testovací díly. Zařízení nebylo nikdy zcela dokončeno. V roce 1842, po opakovaných neúspěšných pokusech získat vládní financování, oslovil sira Roberta Peela. Ten odmítl a místo toho mu nabídl rytířský titul. Babbage odmítl. V průběhu let pokračoval v úpravách a vylepšování designu.
Hraběnka Lovelace
V říjnu 1842 publikoval Federico Luigi, italský generál a matematik, článek o analytickém motoru. Augusta Ada Kingová, hraběnka z Lovelace, stará Babbageova přítelkyně, dílo přeložila do angličtiny. Charles navrhl, aby překlad okomentovala. V letech 1842 až 1843 spolu manželé napsali 7 poznámek,jejichž celková délka byla trojnásobkem skutečné velikosti článků. V jednom z nich Ada připravila tabulku provádění programu, kterou Babbage vytvořil pro výpočet Bernoulliho čísel. V jiném psala o zobecněném algebraickém stroji, který by mohl provádět operace se symboly i s čísly. Lovelace byl možná první, kdo pochopil obecnější cíle Babbageova zařízení, a některými je považován za prvního počítačového programátora na světě. Začala pracovat na knize popisující analytický stroj podrobněji, ale neměla čas ji dokončit.
Zázrak inženýrství
Mezi říjnem 1846 a březnem 1849 začal Babbage navrhovat druhý rozdílový motor s využitím znalostí, které získal při budování analytického. Bylo použito pouze 8 000 dílů, třikrát méně než první. Byl to zázrak techniky.
Na rozdíl od analytického, který neustále ladil a upravoval, se druhý rozdílový engine Charlese Babbage po dokončení počáteční fáze vývoje nezměnil. V budoucnu se vynálezce nepokusil sestrojit zařízení.
24 kreseb zůstalo v archivech Science Museum, dokud nebyly nápady Charlese Babbage v letech 1985-1991 realizovány vytvořením repliky v plné velikosti u příležitosti 200. výročí jeho narození. Rozměry zařízení byly 3,4 m na délku, 2,1 m na výšku a 46 cm do hloubky a jeho hmotnost byla 2,6 tuny. Meze přesnosti byly omezeny na to, čeho bylo možné v dané době dosáhnout.
Úspěchy
V roce 1824 obdržel Babbage zlatou medaili Královské astronomické společnosti „za vynález stroje na počítání matematických a astronomických tabulek.“
V letech 1828 až 1839 byl Babbage lucasovským profesorem matematiky v Cambridge. Rozsáhle psal pro řadu vědeckých periodik a byl nápomocný při založení Astronomické společnosti v roce 1820 a Statistické společnosti v roce 1834.
V roce 1837 v reakci na 8 oficiálních Bridgewaterových pojednání „O moci, moudrosti a dobrotě Boží projevené ve stvoření“publikoval deváté Bridgewaterovo pojednání, v němž předložil tezi, že Bůh, který má všemohoucnost a předvídavost, stvořil božský zákonodárce produkující zákony (nebo programy), které pak vytvořily druhy ve vhodných časech, čímž se eliminuje potřeba dělat zázraky pokaždé, když byl vyžadován nový druh. Kniha obsahuje úryvky z korespondence autora s Johnem Herschelem na toto téma.
Charles Babbage také dosáhl pozoruhodných výsledků v kryptografii. Prolomil šifru autokey i mnohem slabší šifru, která se dnes nazývá Vigenèrova šifra. Babbageův objev byl použit britskou armádou a byl publikován jen o několik let později. V důsledku toho přešlo právo prvenství na Friedrich Kasiski, který ke stejnému výsledku dospěl o několik let později.
V roce 1838 Babbage vynalezl čistší koleje, kovový rám připevněný k přední části lokomotiv, aby vyčistil koleje odbariéry. Provedl také řadu studií Isambard Kingdom Brunel's Great Western Railway.
Jen jednou se pokusil vstoupit do politiky, když se v roce 1832 zúčastnil voleb ve městě Finsbury. Podle výsledků hlasování se Babbage umístil na posledním místě.
Matematik a vynálezce zemřel 18. října 1871 ve věku 79 let.
Části nedokončených mechanismů výpočetních zařízení, které vytvořil, jsou k dispozici k návštěvě ve Science Museum v Londýně. V roce 1991 byl vytvořen Difference Engine Charlese Babbage na základě jeho původních plánů a fungoval perfektně.
