Аналітична машина Чарльза Беббіджа

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Білоруський державний університет

ІСТОРИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ДЖЕРЕЛОЗНАВСТВА

ЕСЕ НА ТЕМУ:

АНАЛІТИЧНА ОБЧИСЛЮВАЛЬНА машині Чарльза Беббіджа.

МІНСЬК

2007



ВСТУП:

Аналітична машина, спроектована видатним англійським математиком і винахідником Чарльзом Беббідж, є значною віхою в історії розвитку засобів обчислювальної техніки. При її проектуванні в 1836-1848 роках Беббідж фактично поставив напрям всьому подальшому розвитку електронно-обчислювальних машин (далі - ЕОМ). Адже проект створення аналітичної машини передбачав цілий ряд механізмів, властивих нинішнім ЕОМ. По-перше, передбачалося наявність тих самих п'яти пристроїв (арифметичне, пристрої пам'яті, управління, введення і виведення). По-друге, до числа операцій, крім чотирьох арифметичних, була включена операція умовного переходу та операції з кодами команд. Крім того, слід виділити, що всі програми обчислень в аналітичній машині Беббіджа записувалися на перфокартах пробивки.

У своєму есе я спробую розглянути причини, сподвігшіе Беббіджа на спробу створення ЕОМ, виявити ідеї, що вплинули на творчий процес британського винахідника, пояснити причини, за якими Беббіджу так і не вдалося створити аналітичну машину, незважаючи на величезні моральні та фізичні затрати вченого.

Хоча сам Беббідж і не побачив плодів своєї роботи, його безсумнівний вплив на більш ніж віковий процес створення відомого нам комп'ютера доводять наступні факти: в 1854 році шведським винахідником Шойцем була-таки побудована різницева машина в лише трохи видозміненому вигляді, а в 1991 році, до двохсотліття Беббіджа, британські вчені за його кресленнями відтворили різницеву машину № 2, а також 3,5-тонний принтер. Обидва пристрої чудово працюють і зараз - у кресленнях Беббіджа знайдено всього дві помилки.



1. ЮНІСТЬ Чарльз Беббідж

Чарльз Беббідж з'явився на світ 26 грудня 1791 на південно-заході Англії в містечку Тотнес графства Девоншир в сім'ї банкіра. Батько його, Бенджамін Беббідж, банкір фірми «Пред, Манкворт і Беббідж», згодом залишив синові досить великі статки. Чарльз був дуже слабким, хворобливою дитиною, і тому батьки не поспішали віддавати його в школу. З самого дитинства він індивідуально займався з учителем алгебри, і не дивно, що незабаром вона стала його улюбленою наукою. До часу надходження в 1811 році в Трініті-коледж Оксфордського університету, вісімнадцятирічний Беббідж перевершував своїх математичних пізнаннях всіх своїх однолітків. Залишилися відомості, що питання юного Беббіджа неодноразово ставили в безвихідь самих викладачів коледжу.

Незважаючи на болючість, юний Беббідж був дуже різнобічним і товариською молодою людиною. Найбільш близькими його друзями в коледжі стали Джон Гершель, онук великого астронома У. Гершеля, і Джордж Пікок. Друзі одного разу навіть уклали прецікаве угоду: «залишити цей світ мудрішими, ніж він був ними знайдено».

Через рік після вступу в коледж Беббідж і його друзі прийняли участь у створенні Аналітичного суспільства, спрямованого на реформування окремих постулатів математики Ньютона, викладав в університеті, і вивчення передових досягнень європейської науки. «Аналітичне суспільство» стало проводити регулярні засідання, на яких його члени виступали з науковими доповідями, розвинуло бурхливу видавничу діяльність. Так, Беббідж, Гершель і Пікок в 1816 році перевели з французької математичний трактат професора Лакруа і доповнили його двома томами власних прикладів.

Беббідж був обдарованим студентом, але вважав, що його друзі - Гершель і Пікок - досягли в математиці куди більших успіхів, ніж він. Не бажаючи після закінчення коледжу бути третім в списку кращих студентів, Чарльз перевівся до коледжу святого Петра. Дійсно, там він став першим студентом і в 1814 році отримав ступінь бакалавра. Через три роки Беббідж отримав вчене звання магістра.



2. ВЧЕНІ ІНТЕРЕСИ. ПОЧАТОК РОБІТ НАД обчислювальних машин.

Новоспечений магістр був вкрай діяльної натурою, що володіла найширшим діапазоном наукових інтересів. В молоді роки він почав писати словник і граматику світового універсальної мови, проте ця робота залишилася незавершеною. Приблизно в цей же час Беббідж зацікавився можливістю створення обчислювальної машини, що виключало можливість неточних розрахунків та математичних помилок при розрахунку логарифмічних таблиць. Існує дві красиві легенди щодо того, як Беббідж остаточно сформулював для себе завдання створення машини, здатної самостійно створювати безпомилкові таблиці. Згідно з першою версією, викладеної Беббідж, одного разу Гершель приніс йому розрахунки, виконані обчислювачами Астрономічного товариства. Однак у Беббіджа і Гершеля виникли сумніви щодо якості роботи обчислювачів. Вони взялися за тяжку перевірку і виявили велику кількість помилок. Беббідж сказав: «Я хотів би, щоб ці розрахунки виконувалися за допомогою джерела енергії», на що Гершель відповів: «Це цілком можливо». За словами Беббіджа, ця розмова породив ідею, втіленням якої він займався все життя.

За другою версією, викладеної Беббідж, справу було трохи інакше. Одного разу ввечері Беббідж сидів у кімнаті Аналітичного суспільства і розмірковував про складність розрахунку логарифмічних таблиць. В цей час до кімнати увійшов один з його друзів і запитав: «Ну, Чарльз, про що ти мрієш?» Вказуючи на таблицю логарифмів, Беббідж відповів: «Я думаю, що всі ці таблиці можна розрахувати на машині». Беббідж пише, що «ця подія, мабуть, сталося в 1812 або 1813».

Справою життя створення обчислювальної машини стало для молодого математика після його переїзду для продовження навчання до Франції. Там Беббідж зустрічався з великими П'єром Лапласом і Жаном-Батистом Фур'є, але найбільше враження на нього справив барон Гаспар де Проні. Саме в працях де Проні Беббідж почерпнув думка про створення технології обчислень.

Для того, щоб зрозуміти відчуженість, з якою взявся за створення машини британський винахідник, наведу наступний факт. У 1828 році Беббідж був обраний професором математики Люкасовского коледжу Кембриджського університету (через багато років він скаже, що це була єдина честь, якої він був удостоєний в своїй країні). Так ось: за 11 років професорської діяльності вчений не прочитав в університеті жодної лекції, весь час присвячуючи розрахунками машини.

Тим не менш, кафедра все-таки забирала певний час, і тоді в 1839 році Беббідж залишає професорську діяльність. Відтепер і до кінця його життя цілком і повністю буде присвячена створенню обчислювальних машин.



3. Різницева машина Беббіджа.

Щоб краще зрозуміти майбутні ідеї Беббіджа, розглянемо докладніше основні наукові віхи в житті де Проні. Уряд оновленої після пе періоду імперії Франції вирішив створити нові логарифмічні і тригонометричні таблиці. Цю роботу і доручили баронові де Проні, який керував на той час Бюро перепису.

Де Проні переніс ідею поділу праці на обчислювальний процес. Він розподілив виконавців за трьома рівнями кваліфікації: вищий щабель займали кілька видатних математиків, серед яких були Лежандр і Лазар Нікола Карно, - вони готували математичне забезпечення. На другому рівні стояли освічені «технологи», які організовували рутинний процес обчислювальних робіт. Останніми в цій структурі були обчислювачі - computers (перше використання цього слова): їх кваліфікаційний максимум - вміння складати і віднімати (зазвичай обчислювачів набирали з дівчат легкої поведінки, які після революції зважилися змінити професію).

Заслуга де Проні в тому, що він знайшов алгоритмічний і технологічний підходи для зведення складних обчислень до рутинних операцій, що не вимагають від більшості виконавців творчого підходу. У принципі, де Проні створив першу обчислювальну машину, де в якості процесора використовувалися обчислювачі. Цей підхід 150 років успішно застосовувався при проведенні складних і навіть дуже складних розрахунків - від розробки конструкцій кораблів до створення перших атомних бомб.

Розподіл обчислювального праці у де Проні наводить Беббіджа на думку про заміні людини-обчислювача (який неминуче помиляється) машиною - якої, як вважав Беббідж, помилки невідомі.

Британський учений з головою кидається в нову для нього іпостась математичної науки. У 1819 році Беббідж описав машину, здатну розраховувати і друкувати великі математичні таблиці, і сконструював машину для табулювання, що складалася з валів і шестерень, що обертаються за допомогою важеля. Машина могла виробляти деякі математичні обчислення з точністю до восьмого знака після коми. На ній Беббідж, зокрема, Розрахував таблиці квадратів. Після закінчення цієї машини Беббідж був повний творчого ентузіазму, вважаючи, що основні труднощі вже пройдені. Подальші плани винахідника були досить оптимістичні.

У 1822 р. Беббідж звернувся до президента Королівського суспільства Деві з листом, в якому пропонував побудувати різницеву машину значно більших розмірів, ніж попередня, для розрахунку, в першу чергу, астрономічних та навігаційних таблиць Роботу над будівництвом різницевої машини Чарльз Беббідж почав в 1823 році, відразу після того, як отримав урядову стипендію для продовження робіт над створенням обчислювальних машин. Різницева машина повинна була робити обчислення з точністю до двадцятого знака після коми. Споруда механізму відняла у Беббіджа десять років, її конструкція ставала все більш складною, громіздкою і дорогою. Саме через фінансову неспроможність проекту роботу над створенням різницевої машини довелося припинити, так і не досягнувши відчутного результату. Правда, різницева машина все-таки буде збудована, але лише через без малого 200 років (див. вступ) ...

Цінність різницевої машини Чарльза Беббіджа в тому, що він вперше запропонував машину, яка на відміну від усіх попередніх могла не тільки робити один раз задана дія, але й здійснювати цілу програму обчислень. Поряд з табулювання поліномів за методом кінцевих різниць на машині можна було розраховувати значення функцій, які не мають постійних різниць, за допомогою майстерно підібраних емпіричних формул.

Сам Беббідж досить ясно представляв призначення своєї машини. Він пропагував використання математичних методів в різних галузях науки і пророкував при цьому широке застосування обчислювальних машин

4. АНАЛІТИЧНА машина Беббіджа

На момент припинення робіт над створенням різницевої машини діяльний мозок Беббіджа був зайнятий вирішенням вже інше, більш важкої завдання. Беббідж побажав створити новий прилад - Аналітичну машину (Analytical Engine). Її головною відмінністю від різницевої машини повинно було стати та обставина, що вона була програмованої і могла виконувати будь-які задані їй обчислення.

Від арифмометра нова машина відрізнялася наявністю регістрів. У них зберігався проміжний результат обчислення, і з їхньою ж допомогою виконувалися дії, визначені програмою. Обчислювальні можливості, що відкрилися після винаходу регістрів, вразили самого Беббіджа. На цей рахунок збереглася така репліка винахідника: «Шість місяців я складав проект машини, більш досконалою, ніж перша. Я сам зовсім вражений тією обчислювальною потужністю, якій вона буде володіти. Ще рік тому я не зміг би в таке повірити! »

Архітектура Аналітичної машини Чарльза Беббіджа вже практично відповідає сучасним ЕОМ. У ній присутні всі три класичних складових комп'ютера:

- Con trol barrel - керуючий барабан (управляючий пристрій - УУ), - store - сховище (тепер ми називаємо це пам'яттю - ЗУ) - mill - млин (арифметичний пристрій - АУ).

Реєстрова пам'ять машини Беббіджа була здатна зберігати як мінімум сто десяткових чисел по 40 знаків, теоретично ж могла бути розширена до тисячі 50-розрядних (для порівняння зазначимо, що запам'ятовуючий пристрій однією з перших ЕОМ «ЕНІАК» в 1945 р. зберігало всього 20 десятирозрядних чисел ). Арифметичне пристрій мав, як ми б зараз сказали, апаратну підтримку всіх чотирьох дій арифметики. Машина виробляла складання за 3 секунди, множення і ділення - за 2 хвилини. Ця «млин» складалася з трьох основних регістрів: два для операндів, а третій для результатів дій, що відносяться до множення. Були також таблиця для зберігання проміжних результатів і лічильник числа ітерацій. Основна програма заносилася на барабан (Керуючий пристрій), на додаток до неї могли використовуватися перфокарти, запропоновані Жозефом Марі Жаккар ще в 1801 р. для швидкого переходу з візерунка на візерунок у ткацьких верстатах.

Велику допомогу в розробці машини Беббіджу справила Ада Лавлейс (уроджена Байрон). Лавлейс була донькою знаменитого англійського поета лорда Байрона, але так його ніколи і не побачила, оскільки незадовго до її народження він поїхав до Греції, де і загинув у складі загону повстанців. Лавлейс бувала в гостях у Беббіджа зі своєю подругою Мері Соммервілла. Беббідж завжди ставився до них привітно і подовгу пояснював призначення всіх пристроїв машини. А незабаром він виявив неабиякі математичні здібності Ади Лавлейс. Саме вона згодом створить перші в світі теоретичні основи програмування, напише перший підручник з програмування, і ввійде в історію як «перша программістка».

Саме Лавлейс належить ідея використання для подачі на вхід машини двох потоків перфокарт, які були названі операційними картами і картами змінних: перші управляли процесом обробки даних, які були записані на других.

Інформація заносилася на перфокарти шляхом пробивки отворів. З операційних карт можна було скласти бібліотеку функцій. Крім цього, Analytical Engine, за задумом автора, повинна була містити пристрій друку і пристрій виводу результатів на перфокарти для подальшого використання. Так що Беббідж став піонером ідеї введення-виведення.

Беббідж пропонував також створити механізм для перфорування цифрових результатів на бланку або металевих пластинках. Для зберігання інформації в пам'яті вчений збирався використовувати не тільки перфокарти, а й металеві диски, які будуть повертатися на осі. Металеві пластинки і металеві диски можуть тепер розглядатися нами як далекі прототипи магнітних карт і магнітних дисків.

Тільки в одному відношенні аналітична машина не була автоматичною. Функції, записані таблично, повинні були бути заздалегідь отперфоріровани. Передбачаючи майбутнє обчислювальних машин, Беббідж писав: «Здається найбільш ймовірним, що вона розраховує набагато швидше за відповідними формулами, чим користуючись своїми ж власними таблицями». І дійсно, в сучасних обчислювальних машинах існує велика бібліотека стандартних підпрограм, з допомогою якої розраховуються функції різного ступеня складності. Цікаво, що термін «бібліотека» для даного застосування також був вперше використаний Чарльзом Беббідж!



5. ПРИЧИНИ ЗБОЮ Беббідж

І все ж, незважаючи на цілий ряд блискучих здогадок і новаторських винаходів, що випередили свій час на ціле століття, Чарльзу Беббіджу так і не вдалося закінчити Аналітичну машину. Основною причиною невдачі є головне достоїнство машини: Беббідж дійсно занадто перевершив свого часу (не випадково в кінці життя він скаже: «я готовий віддати останні роки свого життя за те, щоб прожити три дні через 150 років, і щоб мені докладно пояснили принцип роботи майбутніх машин "). Як бачимо, Беббідж вже не сумнівався у майбутньому розвитку обчислювальної техніки. Справа в тому, що одна з двох головних причин незавершеності роботи - неможливість в той час обробляти метал з високим ступенем точності (у той час як для реалізації проекту Аналітичної машини тільки зубчастих коліс знадобилося б кілька тисяч!) І в наші дні технологи б добряче задумалися над можливістю споруди подібної машини, а в ті часи самому Беббіджу нерідко доводилося винаходити технології виробництва деталей, відволікаючись від загального напряму проекту.

Другою проблемою була фінансова. Якщо спочатку різні наукові товариства з ентузіазмом підтримували Беббіджа, то зовсім скоро вони охололи до витратного проекту з розмитими цілями. У 1851 році Беббідж з гіркотою заявляв, що все, пов'язане з машиною, він зробив за власні гроші. Відомо, що вчений з метою видобутку матеріальних засобів написав роман, намагався обратися до Парламенту Британської імперії, навіть у свій час грав в лотерею!

Доля Беббіджа - це трагічна доля вченого, так і не побачив плодів своєї праці. До самого свого кінця він заявляв, що ненавидить життя, людей і Англійське уряд. Коли він 14 грудня 1871 відчув себе погано, він сказав лише одне: «Довгоочікуване час приходить!». Він помер цього ж дня, ввечері, на руках у власного сина, не доживши до вісімдесятиріччя всього декількох днів. На похороні людини, що передбачив розвиток обчислювальної техніки на сотні років уперед, були присутні всього лише кілька близьких друзів.



ВИСНОВОК

Великий англійський вчений Чарльз Беббідж спробував на механічній основі створити машину, що належить електронну періоду. Відповідно, це його починання просто не могло завершитися успіхом. Тим не менш, це ж невідповідність підкреслює геніальність Беббіджа: задовго до виникнення електронних обчислювальних машин він розробив принципи побудови машин, основні їх вузли, встановив можливості обчислювальних машин і передбачив шляхи їх подальшого розвитку.

При вивченні творчості Беббіджа вражає навіть простий перелік проблем, які він поставив і намагався розв'язати, одні більш успішно, інші менше, в аналітичній машині: 1) розробка основного складу блоків; 2) планування великого обсягу пам'яті; 3) поділ арифметичного і запам'ятовує; 4) застосування змінюваної програми обчислень; 5) передача керування за допомогою умовного переходу; 6) робота з адресами і кодами команд; 7) контроль зчитуванням; 8) наявність бібліотеки підпрограм; 9) застосування перфокарт, друкування даних введення і виведення і деякі інші. Переважна більшість з ідей Беббіджа були реалізовані через сто з гаком років.

Кожне нове відкриття в сучасній науці змушує по-новому дивитися на досягнення минулих століть. Якщо в кінці минулого і початку нашого століття ім'я Беббіджа було майже забуте, а його роботи не були оцінені і зрозумілі, то з розвитком ЕОМ інтерес до його робіт і особистості зріс.

Беббідж постає перед нами як геніальний вчений, багато в чому передбачив розвиток обчислювальної техніки, що стала найважливішим проявом сучасної науково-технічної революції.



БІБЛІОГРАФІЯ

  1. Дорофєєва О. В. Чарльз Беббідж і його аналітична машина: Розробник. проекту вирахував. машини з про-гр. упр. англ. математиком в середині 40-х років XIX ст. / / Нові методи і засоби навчання - У Огл. авт.: Дорофєєва В. В. - М. - 1993. - С. 65-69.

  2. Дорофєєва О. В. Чарльз Беббідж і його аналітична машина: [Про життя і діяльність англ. математика, 1791-1871] / / Математика в шк. - 1995. - № 2. - С. 78-80.

  3. І.А. Апокін, Л. Є. Майстрів, І.С. Едлін «Чарльз Беббідж».

  4. Велика енциклопедія Кирила і Мефодія - 2004. Статті «Чарльз Беббідж» і «Ада Лавлейс».

  5. Інтернет-сайт: http: / joinbiz. Ru. Стаття: «Чарльз Беббідж. Людина, який випередив свою епоху ».

  6. Інтернет-сайт: http: / eakolesnikov. Ru. Стаття «Коротка історія перфокарт».

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
47.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Вчення Чарльза Дарвіна
Сльози і сміх Чарльза Діккенса
Життя і творчість Чарльза Дарвіна
Характеристика англійського суспільства за романом Чарльза Діккенса Великі надії
Специфікація та виокремлення особливостей художнього методу в творчості Чарльза Діккенса
Специфіка англійського реалізму та його втілення в творчості Чарльза Діккенса
Машина Тьюрінга
Тістоділительні машина ХДФ М2
НЛО — машина часу
© Усі права захищені
написати до нас