Сегодня, когда персональные компьютеры проникли во все сферы нашей жизни, впору говорить о новой научно-технической революции, произошедшей на рубеже веков и последствия которой не берутся предсказать даже писатели-фантасты. Бурное развитие информационных технологий захватывает дух, и мы как-то забываем, какой длинный и тернистый путь пришлось преодолеть ученым и инженерам, прежде чем их идеи получили воплощение в виде уникального вычислительного устройства, способного уже решать задачи, далеко выходящие за рамки простого сложения или вычитания. Но самое интересное, что подобная революция была возможна на полтора века раньше и начало ей могла положить «Аналитическая машина», разработанная выдающимся ученым Чарлзом Бэббиджем.
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА ДЛЯ «ВЛАДЫЧИЦЫ МОРЕЙ»
Начало XIX века. Каждое утро десятки тысяч конторских служащих заполняли тесные лондонские улочки. Они спешили на свои рабочие места, чтобы погрузиться в скучный мир математики. Им приходилось писать сотни тысяч финансовых отчетов и сводок по сбору налогов, составлять мореходные астрономиче-ские таблицы и календари, делать бесконечные инженерные и землемерные расчеты. Могущество «Владычицы морей» опиралось в том числе и на армию безвестных вычислителей, терпеливо и безропотно перемалывающих мириады цифр.
Разумеется, в эти расчеты вкрадывались ошибки. Не улучшал ситуацию и выпуск разнообразных арифметических, тригонометрических и логарифмических таблиц. Ведь они также составлялись людьми и также содержали ошибки.
В 1812 году молодой английский математик Чарлз Бэббидж дремал над открытой таблицей логарифмов. Приятель разбудил его возгласом: «О чем замечтался?», на что Бэббидж ответил: «А ведь все эти таблицы могли быть вычислены с помощью машины!»
В эпоху, когда пароходы и паровозы еще считались новшеством, Бэббидж решил избавить людей от гнета рутинных вычислений.
Чарлз родился в 1791 году в семье банкира Бенджамина Бэббиджа. Из-за неважного здоровья он до 11 лет учился дома. Потом его отдали в одну из лучших частных школ Англии, где мальчишку сразу покорила богатая библиотека. Среди прочего там имелись превосходные книги по математике.
К этой науке Бэббидж относился с трепетом всю свою жизнь. Иногда дело доходило до курьезов.
«Каждую минуту умирает человек, Но каждую минуту человек рождается».
Этот фрагмент из стихотворной поэмы Алфреда Теннисона заставил Бэббиджа отправить поэту письмо, где математик придирчиво заметил: «...Хорошо известно, что упомянутая сумма (население Земли) постоянно увеличивается. Поэтому я беру на себя смелость предположить, что в следующем издании Вашей превосходной поэмы ошибочные расчеты будут исправлены следующим образом:
«Каждое мгновение умирает человек, Но 1,16 человека рождается...»
Идее создания разностных машин больше 200 лет. Впервые она была высказана немецким военным инженером Иоганном Мюллером (1746—1830). Считается, что он был первым, кто предложил использовать метод разностей при вычислениях и сделать вычислительную машину, печатающую результаты.
Ее описание было опубликовано в 1786 году в книге, основные разделы которой перевел для Чарлза Бэббиджа его друг — математик Джон Гершель. Дата этого перевода неизвестна, и вопрос о том, насколько самостоятельно Бэббидж пришел к идее создания разностных вычислительных машин, до сих пор остается открытым.
Свои мысли о «Разностной машине» Бэббидж изложил в записке на заседании Астрономического общества 14 июня 1822 года. Она была опубликована под названием «Замечания о применении машины для расчета математических таблиц».
Разработка и постройка механиче-ской вычислительной машины представлялась в то время сложнейшей проблемой. В 1832 году ученый посетил ряд промышленных центров Англии и Шотландии. Постоянно изучая нововведения в промышленности, он посещал заводы и фабрики и на континенте. В результате сам Бэббидж стал неплохим механиком и предложил ряд усовершенствований по инструментам, станкам и методам обработки.
Многого из того, что было необходимо Бэббиджу для создания «Разностной машины», еще не существовало. Он должен был изобретать не только узлы и механизмы, но и в отдельных случаях — средства для их изготовления. Инженерную помощь получить было трудно и дорого, квалифицированных рабочих не хватало. Проблемой являлось и достижение требуемой точности обработки металла.
Получив моральную поддержку Королевского общества, Астрономического общества и некоторую финансовую помощь правительства, Бэббидж с июня 1823 года начинает строить «Разностную машину», которая могла бы табулировать функции с постоянными шестыми разностями с точностью до 20 знаков. По замыслу Бэббиджа огромная машина должна была состоять примерно из 25 000 деталей и иметь следующие размеры: 8 футов в высоту, 7 футов в длину и 3 фута в ширину. Ее вес составлял несколько тонн. Для реализации своего проекта Бэббидж нанял Джозефа Клемента, очень квалифицированного слесаря-инструментальщика и чертежника, которому ныне принадлежит честь называться первым компьютерным инженером в истории.
«АНАЛИТИЧЕСКАЯ МАШИНА»
Годы проектирования, разработки и создания «Разностной машины» были самыми изнурительными и полными разочарований в жизни Чарлза Бэббиджа.
Работа над машиной была приостановлена в 1833 году после конфликта с Клементом из-за переноса мастерской в дом Бэббиджа.
К этому времени Джозеф Клемент собрал часть предполагаемой машины, которая должна была состоять из 7 подобных частей, причем каждая собиралась из 2 000 отдельных деталей. Завершенная часть разностной машины явилась замечательным примером сложного инженерного дела, потребовавшего высокой точности.
До сих пор историков техники волнует мысль о неудаче, постигшей Бэббиджа с полной реализацией постройки «Разностной машины». Здесь свою роль сыграл целый ряд факторов: трудный характер самого Бэббиджа, наличие недоброжелателей, постоянные проблемы с финансированием проекта, общий низкий уровень развития техники того времени, отсутствие поддержки предпринимателей, скепсис экспертов по поводу реальной потребности в таком устройстве и отказ в поддержке со стороны правительства Англии. Но самой главной причиной, как считают историки, явилось недостаточное развитие токарного и слесарного дела в ту эпоху.
Однако неудача с «Разностной машиной» нисколько не обескуражила Бэббиджа. Напротив, он сразу же «замахнулся» на новый и несравнимо более сложный агрегат.
В 1834 году конструктор впервые в мире задумал создать механическое устройство, способное не просто считать, но управлять ходом собственной работы в зависимости от заложенной программы и результатов промежуточных вычислений! Прародитель всех ЭВМ был назван им «Аналитической машиной».
Бэббидж придумал все основные элементы, из которых сегодня состоит компьютер: арифметическое устройство, накопитель для хранения оперативной информации, механизм, управляющий последовательностью операций, устройства ввода и вывода данных. До Бэббиджа еще никто не пытался создать по-настоящему универсальный вычислитель. Даже собранный на несколько лет раньше «Арифмометр Блеза Паскаля» является, по сути, не более чем усложненными счетами.
ПЕРВЫЙ ПРОГРАММИСТ
За свою долгую жизнь Чарлз Бэббидж написал более 80 заметок, статей и книг по самым различным вопросам. Однако подробное изложение принципов работы «Аналитической машины» сделано не им (Бэббидж говорил, что слишком занят созданием машин, чтобы еще заниматься и их описанием). «Аналитическая машина» была описана в статье Менабреа, переведенной на английский язык Августой Адой Лавлейс. Леди Лавлейс не только перевела отчет, но и дополнила его собственными комментариями, свидетельствующими о замечательном понимании ею принципов работы вычислительных машин Бэббиджа. Кроме того, она привела ряд примеров практического использования машин и, выражаясь современным языком, составила программу вычисления чисел Бернулли по довольно сложному алгоритму.
Если статья Менабреа касается в большей степени технической стороны дела, то комментарии леди Лавлейс посвящены математическим вопросам. По этой причине статья представляет сейчас лишь исторический интерес — современные вычислительные машины построены на иных технических принципах — а комментарии заложили основы современного программирования.
Леди Лавлейс была единственной «дочерью дома и сердца» Джорджа Гордона Байрона. Семейная жизнь великого поэта сложилась неудачно. Он женился на Аннабелле Милбэнк 2 января 1815 года. 10 декабря у них родилась дочь, которую назвали Августа Ада, а в январе 1816 г. супруги разъехались навсегда. Когда лорд Байрон последний раз видел дочь, ей был всего месяц от роду.
Математические способности Ады проявились довольно рано. Леди Байрон и ее интеллектуальные друзья — профессор де Морган, Бэббидж, Мэри Соммервил — всячески поддерживали увлечение Ады математикой. Профессор де Морган был высокого мнения о способностях своей ученицы и даже сравнивал ее с Марией Аньези, выдающейся итальянкой-математиком. Впрочем, Ада также превосходно играла на нескольких музыкальных инструментах и владела несколькими языками.
Семейная жизнь Ады сложилась счастливей, чем у ее родителей. В июле 1835 года она вышла замуж за Уильяма, 18-го лорда Кинга, ставшего впоследствии первым графом Лавлейсом. Сэр Уильям, которому в то время исполнилось 29 лет, был спокойным, уравновешенным и приветливым человеком. Он с одобрением относился к научным занятиям своей жены и помогал ей как мог.
В начале 50-х годов Ада тяжело заболела и 27 ноября 1852 года скончалась, не дожив нескольких дней до 37 лет (она умерла в том же возрасте, что и лорд Байрон). Согласно завещанию она была похоронена рядом с могилой отца в семейном склепе Байронов в Ньюстеде.
Наиболее яркая страница короткой жизни Ады — дружба с Чарлзом Бэббиджем. Вот как описывает в своих мемуарах миссис де Морган первое посещение юной Адой мастерской Бэббиджа: «В то время как большинство из присутствующих только глазело на это прекрасное устройство («Разностную машину» — А.П.), выражая свое восхищение возгласами, характерными для дикарей, которые впервые увидели зеркало или услышали пушечный выстрел, юная мисс Байрон разобралась в принципе его работы и оценила его красоту».
Чтобы склонить правительство к финансированию работ по постройке «Аналитической машины», Бэббиджу необходимо было получить одобрение и поддержку своих планов в различных кругах общества, а для этого требовалось популярное изложение идеи автоматических вычислений, понятное для достаточно широких кругов. Здесь и находился источник научного сотрудничества Чарлза Бэббиджа и Августы Ады Лавлейс.
«Спустя некоторое время после появления его очерка, — писал Бэббидж в своих «Страницах жизни философа», — покойная графиня Лавлейс сообщила мне, что она перевела очерк Менабреа. Я спросил, почему она не написала самостоятельной статьи по этому вопросу, с которым была так хорошо знакома. На это леди Лавлейс отвечала, что эта мысль не пришла ей в голову. Тогда я предложил, чтобы она добавила некоторые комментарии к очерку Менабреа. Эта идея была немедленно принята».
Первый вариант перевода и комментариев был передан в типографию 6 июля 1843 года. Спустя несколько дней графиня Лавлейс получила оттиски своей первой (и единственной!) научной работы. После этого она пишет Бэббиджу: «Я хочу вставить в одно из моих примечаний кое-что о числах Бернулли в качестве примера того, как неявная функция может быть вычислена машиной без того, чтобы предварительно быть разрешенной с помощью головы и рук человека. Пришлите мне необходимые данные и формулы».
Бэббидж прислал все требуемые сведения. Желая избавить Аду от трудностей, он сам составил алгоритм для нахождения этих чисел, но допустил при этом грубую ошибку, которую Ада обнаружила. 19 июля она сообщила Бэббиджу, что самостоятельно «составила список операций для вычисления каждого коэффициента для каждой переменной», то есть написала программу для вычисления чисел Бернулли.
Эта программа вызвала восторг Бэббиджа. Он считал, что ее описание достойно отдельной статьи, а не скромных комментариев к переводу. Бэббидж договорился о публикации такой статьи в одном из научных журналов. Однако графиня Лавлейс не приняла предложения, так как это было связано с отказом или, по крайней мере, с задержкой публикации примечаний в журнале Тейлора, и она считала невозможным не сдержать данного ею обещания.
ПОСМЕРТНОЕ ПРИЗНАНИЕ
Читая «Комментарии», поражаешься проницательности молодой женщины, точности ее формулировок, не потерявших своего значения даже сейчас. Некоторые высказывания леди Лавлейс, относящиеся к 1843 году, производят впечатление выступления участника бурных дискуссий на тему «Может ли машина мыслить?», происходивших в 60-х годах нашего столетия:
«Необходимо предостеречь от вероятных преувеличений возможностей аналитической машины. При рассмотрении любого нового изобретения мы довольно часто сталкиваемся с попытками переоценить то, что мы уже считали интересным или даже выдающимся, а с другой стороны — недооценить истинное положение дел, когда мы обнаруживаем, что наши новые идеи вытесняют те, которые мы считали незыблемыми. Аналитическая машина не претендует на то, чтобы создать что-либо. Она может делать все то, что мы знаем, как приказать ей делать. Она может только следовать анализу (то есть программе — А.П.), она не в состоянии предугадать какие-либо аналитические соотношения или истины. Сфера ее деятельности — помочь нам сделать то, с чем мы уже знакомы».
Интересно также отметить, что терминология, которую ввела леди Лавлейс, в заметной степени используется и современными программистами. Так, ей принадлежат термины «рабочие ячейки», «цикл» и некоторые другие. Ее именем даже назван один из компьютерных языков — «Ада».
Чарлз Бэббидж готов был на самые экзотические авантюры, чтобы добыть средства на постройку «Аналитической машины». Сначала, вместе с леди Лавлейс, Бэббидж придумал «беспроигрышную» систему ставок на скачках. Однако математический талант Ады не помог: изобретатели проигрались в пух и прах, и леди Лавлейс пришлось продать свой фамильный жемчуг.
Тогда неунывающий Бэббидж решил написать роман в трех томах, рассчитывая выручить за него 500 фунтов, но быстро охладел к идее. Зато загорелся новым проектом — деньги ему должно было принести автоматическое устройство... для игры в крестики-нолики, с которым Бэббидж предполагал разъезжать по стране. Знакомый Чарлза отговорил его от этой затеи, уверяя, что данным способом не удастся выколотить из чопорной английской публики требуемую сумму. Автомат для крестиков-ноликов так и не был создан, как и сама «Аналитическая машина», над которой Бэббидж продолжал работу до конца жизни.
После смерти Чарлза Бэббиджа британский комитет по науке так отозвался о его изобретении: «Мы полагаем, что подобные машины, помимо экономии труда, сделают осуществимым то, что находится слишком близко к пределам человеческих возможностей».
Почему-то признание к великим людям всегда приходит только после их скоропостижной кончины…
Антон Первушин, журналист
Санкт-Петербург
«Секретные материалы 20 века» №6(50). 2001
