Разностная машина Бэббиджа

В истории вычислительной техники самыми длительными были два периода: домеханический и механический. Они продолжались вплоть до середины 20 века.

Каким же образом человечество совершило переход к электронно-вычислительному этапу, т.е. к электронно-вычислительным машинам или к компьютерам? Как обычно, все начинается с идеи, а точнее, с мечты, после которой уже приходят и идеи.

Содержание:
1. Проблема ошибок, которые делают люди при вычислениях
2. Откуда пошло название «разностная машина»
3. Сложности Беббиджа при создании машины
4. Большая разностная машина
5. Машина заработала через 2 века

Мысль о создании такой машины, которая работала бы без участия человека, впервые была высказана английским математиком Чарльзом Бэббиджем (1791-1871).

Но сначала была работа над созданием разностной машины, в ходе которой Бэббиджу и пришла мысль о разработке полностью автоматической машины с программным управлением. Последнюю он назвал аналитической машиной. Впрочем, обо всем по порядку.

Как решить проблему ошибок людей в вычислениях

В 18 веке возникла большая потребность в вычислениях для составления различных таблиц, которые широко использовались в астрономии, землемерном, страховом и банковском деле, мореплавании, кораблестроении, строительстве и т.д.

Люди, проводившие подобные вычисления, делали ошибки при составлении таблиц. Это приводило к  еще более серьезным ошибкам при последующем использовании данных из таких таблиц, в том числе, в мореплавании, в строительстве и т.д.

В начале 19 века логарифмические и тригонометрические  таблицы содержали множество ошибок. Решая проблему их исправления, Бэббидж пришел к выводу о необходимости создания машины для автоматических расчетов.

С 1812 г. профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж приступил к работе над созданием разностной машины.

Почему машина называется разностной

Название «разностная машина» связано с тем, что в основу ее работы положен метод разностей, разработанный Исааком Ньютоном. Он основан на получении последовательности промежуточных величин.

По существу, метод разностей основывается на том, что уже вычислено значение произведения 5 на 5, и этот результат может быть использован для получения произведения 5 и следующих чисел (6, 7) путем прибавления 5 к известной сумме. Выглядит это следующим образом:

5 x 6 = 30
5 x 7 = 35 получается путем прибавления 5 к полученному произведению (30+5),
5 x 8 = 40 получается путем прибавления 5 к предыдущему произведению (35+5).

Таким образом, умножения заменяются на последовательные сложения.

В разностной машине Бэббиджа данный принцип применен для решения степенных уравнений. Они состоят из переменных и констант, в них используются только операции сложения, вычитания и умножения.

Трудности Беббиджа при создании машины

При создании разностной машины перед Ч.Бэббиджем встали технологические проблемы в большем количестве.

Приходилось не только изобретать узлы и механизмы, но также и способы их изготовления с достаточной точностью, что не позволяли технологии того времени.

Не было станков, соответствующих инструментов. Найти квалифицированных рабочих и инженеров было трудно и дорого. Проблемой было и соблюдение требуемой точности обработки металла.

Тем не менее, к  1822 г. Бэббидж сумел построить действующую модель разностной машины, состоящую из валиков и шестерней, вращаемых вручную при помощи рычага. На этой машине он рассчитал, в частности, таблицу квадратов.

Большая разностная машина

После чего он приступил к созданию большой машины, позволяющей с достаточной точностью вести расчет навигационных, астрономических и тригонометрических таблиц.

Эта машина по замыслу Бэббиджа должна была состоять из 25000 деталей, ее высота 2,4 метра, длина 2,1 метра, вес несколько тонн.

Все детали для машин должны были создаваться вручную и требовали очень большой точности, так как малейшие отклонения в каждой из деталей могли вызвать значительные ошибки и погрешности при вычислениях.

В 1832 году ученый посетил ряд промышленных центров в Англии и Шотландии. Постоянно изучая новое в промышленности, он посещал все, какие только мог, заводы и фабрики в Британии и на континенте.

В результате Бэббидж сам стал отличным механиком и провел ряд усовершенствований по инструментам, станкам и методам обработки.

Однако из-за разногласий с исполнителем, выпускающим детали для разностной машины, проект закрылся в 1833 г. с прекращением государственного финансирования.

Разностная машина Ч.Бэббиджа, 1991 г.

У Ч.Бэббиджа было много последователей из разных стран, создававших разностные вычислительные машины вплоть до середины XX века.

Заработала через 200 лет

Долгие годы шли споры по поводу того, реально ли было Бэббиджу построить работающую разностную машину. К 200-летию рождения Бэббиджа Лондонский музей науки в 1991 г. запустил разностную машину по чертежам Бэббиджа с небольшими простейшими изменениями.

Она состоит из 4000 деталей и весит около 3 тонн; выполнена из бронзы, стали и железа, может вычислять разности 7 порядка.

Машина работает при помощи поворота рукоятки, является действующим экспонатом Лондонского научного музея.

В 2000 году к экспозиции добавилось спроектированное Бэббиджем печатающее устройство – принтер весом 3,5 тонны. Оба устройства, изготовленные по технологиям середины XIX века, превосходно работают — в  расчётах Бэббиджа было найдено всего две ошибки. Так что, если будете в Лондоне, можете зайти в музей полюбоваться на это чудо техники.

Разностная машина Бэббиджа, США

Если Вы думаете, что лондонская разностная машина является единственной во всем мире, то Вы ошибаетесь.

В 2005 г. мультимиллионер и бывший технический директор компании Microsoft Натан Мирвольд заказал специалистам музея вторую копию знаменитого механического вычислителя. Она была доставлена в США.

В специальной экспозиции Музея компьютерной истории эта машина была ровно год. После этого Мирвольд установил ее у себя дома.

Также по теме:

1. Леди Ада Лавлейс и первая компьютерная программа

2. Герман Холлерит: от табулятора к фирме IBM

3. Появилась первая ЭВМ

4. Цветной 3D-принтер для дома: Da Vinci Jr. 2.0 Mix