Τσαρλς Μπάμπατζ, ο πανεπιστήμονας και φιλόσοφος ο οποίος επινόησε τον προγραμματίσιμο υπολογιστή

 

Ο Τσαρλς Μπάμπατζ (26 Δεκεμβρίου 1791 – 18 Οκτωβρίου 1871) ήταν Βρετανός μαθηματικός, φιλόσοφος, εφευρέτης και μηχανικός ο οποίος επινόησε τον προγραμματίσιμο υπολογιστή. Θεωρείται ο «πατέρας του υπολογιστή». Του αποδίδεται η εφεύρεση του πρώτου μηχανικού υπολογιστή, ο οποίος σταδιακά οδήγησε σε πιο προχωρημένο σχεδιασμό. Τμήματα των μη ολοκληρωμένων μηχανών του εκτίθενται στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου.

 

To 1991 κατασκευάστηκε μια πλήρως λειτουργική διαφορική μηχανή από τα αρχικά σχέδια του Μπάμπατζ, με μεθόδους κατασκευής που αντιστοιχούσαν στον 19ο αιώνα. Η επιτυχής κατασκευή της μηχανής έδειξε ότι η μηχανή θα μπορούσε να λειτουργήσει. Εννέα χρόνια αργότερα το Μουσείο Επιστημών ολοκλήρωσε τον εκτυπωτή που ο Μπάμπατζ είχε σχεδιάσει για την διαφορική μηχανή, μια εξαιρετικά πολύπλοκη συσκευή για τον 19ο αιώνα.

 

Ο ακριβής τόπος γέννησης του Μπάμπατζ αμφισβητείται, αλλά το πιθανότερο είναι ότι γεννήθηκε στην οδό Walworth 44, στο Crosby Row του Λονδίνου, στην Αγγλία. Μια από τις παραδοσιακές μπλε πλάκες του Λονδίνου επισημαίνει αυτό το γεγονός.

 

Η ημερομηνία γέννησής του γράφτηκε στην νεκρολογία του στην εφημερίδα The Times ως η 26η Δεκεμβρίου 1792. Ωστόσο, μετά τη δημοσίευση της νεκρολογίας, ένας ανηψιός του έγραψε ότι ο Τσαρλς Μπάμπατζ γεννήθηκε ένα χρόνο νωρίτερα, το 1791. Το ενοριακό μητρώο της St. Mary, στο Newington του Λονδίνου δείχνει ότι ο Μπάμπατζ βαπτίστηκε στις 6 Ιανουαρίου του 1792, κάτι το οποίο στηρίζει ότι γεννήθηκε το 1791.

 

Ο πατέρας του Μπάμπατζ, Μπέντζαμιν Μπάμπατζ, ήταν τραπεζικός συνεργάτης των Praeds, στους οποίους ανήκε το Bitton Estate στο Teignmouth. Η μητέρα του ήταν η Μπέτσι Πλάμλεϊ Τιπ. Το 1808, η οικογένεια Μπάμπατζ μετακόμισε στην παλιά οικία Rowdens στο ανατολικό Teignmouth, και ο Μπέντζαμιν Μπάμπατζ έγινε φύλακας στην κοντινή εκκλησία St. Michael.

 

Η καλή οικονομική κατάσταση του πατέρα του, επέτρεψε στον Τσαρλς να διδαχτεί σε αρκετά κοντά και από αρκετούς δασκάλους κατά τη διάρκεια της στοιχειώδους εκπαίδευσής του. Περίπου στην ηλικία των οκτώ ετών στάλθηκε σε ένα επαρχιακό σχολείο στο Άλφινγκτον (Alphington) του Ντέβον, κοντά στο Έξετερ για να ανανήψει από έναν πυρετό που απειλούσε τη ζωή του. Οι γονείς του διέταξαν «να μην ζορίζεται το μυαλό του» και ο Μπάμπατζ αισθανόταν ότι «αυτή η μεγάλη αδράνεια μπορεί να οδήγησε σε μερικές από τις παιδικές μου λογικές σκέψεις». Για ένα σύντομο διάστημα φοίτησε στο Κολλέγιο King Edward VI Grammar School στο Τότνες (Totnes) του Νότιου Ντέβον, αλλά η υγεία του τον οδήγησε πάλι πίσω σε ιδιωτικούς δασκάλους για ένα διάστημα. Στη συνέχεια εγγράφηκε στην ακαδημία Holmwood, στην οδό Baker στο Ένφιλντ (Enfield) του Μίντλσεξ, υπό τον Αιδεσιμότατο Στίβεν Φρίμαν, μαζί με άλλους 30 φοιτητές. Η ακαδημία είχε μια πολύ καλά εξοπλισμένη βιβλιοθήκη, η οποία υποκίνησε την αγάπη του Μπάμπατζ για τα μαθηματικά. Φοίτησε κοντά σε δύο ακόμα ιδιωτικούς δασκάλους προτού φύγει από την ακαδημία. Για τον πρώτο, έναν κληρικό κοντά στο Κέιμπριτζ, ο Μπάμπατζ είπε: «φοβάμαι ότι δεν απορρόφησα από αυτόν όλα τα πλεονεκτήματα που θα μπορούσα». Ο δεύτερος ήταν από την Οξφόρδη, από τον οποίο ο Μπάμπατζ έμαθε αρκετούς από τους Κλασικούς ώστε να γίνει αποδεκτός στο Κέιμπριτζ.

 

Ο Μπάμπατζ μπήκε στο Τρίνιτι Κόλετζ στο Κέιμπριτζ τον Οκτώβριο του 1810. Μελέτησε εκτενώς τους Γκότφριντ Βίλχελμ Λάιμπνιτς, Ζοζέφ Λουί Λαγκράνζ, Τόμας Σίμπσον, και Λακρουά και ήταν έντονα απογοητευμένος από την μαθηματική εκπαίδευση που προσφερόταν στο Κέιμπριτζ. Για αυτό το λόγο, ο ίδιος, ο Τζον Χέρσελ και ο Τζορτζ Πίκοκ σχημάτισαν την Κοινωνία των Αναλυτικών το 1812. Οι τρεις ήταν επίσης φίλοι με τον Έντουαρντ Ράιαν, ο οποίος μελλοντικά θα γινόταν δικαστής και πάτρονας των επιστημών. Ο Μπάμπατζ και ο Ράιαν νυμφεύτηκαν δύο αδερφές. Ως φοιτητής, ο Μπάμπατζ ήταν μέλος και άλλων ομάδων, όπως το Κλαμπ των Φαντασμάτων, το οποίο διερευνούσε τα μεταφυσικά φαινόμενα, και το Extractors Club, αφιερωμένο στην απελευθέρωση των μελών του από φρενοκομείο, σε περίπτωση που κατέληγαν σε αυτό.

 

Το 1812 ο Μπάμπατζ μεταφέρθηκε στο Peterhouse, στο Κέιμπριτζ, στο οποίο ήταν ο κορυφαίος μαθηματικός, χωρίς όμως να αποφοιτήσει με ψηλό βαθμό. Αντιθέτως, έλαβε τιμητικό πτυχίο χωρίς εξετάσεις, το 1814.

 

Γάμος, οικογένεια και θάνατος

 

Στις 25 Ιουλίου 1814 ο Μπάμπατζ νυμφεύτηκε την Τζορτζιάνα Ουίτμορ, στην εκκλησία St. Michael στο Τεϊνμάουθ του Ντέβον. Το ζευγάρι έζησε στο Ντάντμαστον Χολ, στο Σόπσαϊαρ (όπου ο Μπάμπατζ υλοποίηση το σύστημα κεντρικής θέρμανσης), και μετά μετακόμισαν στην οδό Ντεβονσάιαρ 5, στο Πόρτλαντ Πλέις του Λονδίνου.

 

Ο Τσαρλς και η Τζορτζιάνα απέκτησαν οκτώ παιδιά, αλλά μόνο τρία — ο Μπέντζαμιν Χέρσελ Μπάμπατζ, η Τζορτζιάνα Ουίτμορ Μπάμπατζ και ο Χένρυ Πρέβοστ Μπάμπατζ — επέζησαν μέχρι την ενηλικίωση. Η κόρη του Τζορτζιάνα πέθανε στο Ουόρσεστερ στις 1 Σεπτεμβρίου 1827. Ο πατέρας του Τσαρλς, η σύζυγός του και ένας από τους γιους του πέθανα κατά το 1827. Αυτοί οι διαδοχικοί θάνατοι στην οικογένεια προκάλεσαν την πνευματική κατάρρευση του Μπάμπατζ, και οδήγησαν στην καθυστέρηση της κατασκευής των μηχανών του.

 

Ο νεότερος από τους γιους του, ο Χένρυ Πρέβοστ Μπάμπατζ (1824–1918), στη συνέχεια κατασκεύασε έξι διαφορικές μηχανές βασισμένες στα σχέδια του πατέρα του, μία από τις οποίες στάληκε στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, όπου μελλοντικά θα την ανακάλυπτε ο Χάουαρντ Άικεν, πρωτοπόρος του Χάρβαρντ Μαρκ I. Ο Αναλυτικός μηχανικός μύλος που κατασκεύασε ο Χένρυ Πρέβοστ το 1910, εκτίθεται σήμερα στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου, και προηγούμενα στο Ντάντμαστον Χολ.

 

Ο Τσαρλς Μπάμπατζ πέθανε σε ηλικία 79 ετών, στις 18 Οκτωβρίου 1871, και τάφηκε στο κοιμητήριο Κένσαλ Γκριν του Λονδίνου. Σύμφωνα με τον Χόρσλεϊ, ο Μπάμπατζ πέθανε από «νεφρική ανεπάρκεια, συνέπεια της κυστίτιδας». Η από την νεκροψία βρέθηκε το 1983 και δημοσιεύτηκε από το τρισέγγονο του Τσαρλς Μπάμπατζ. Υπάρχει επίσης και αντίγραφο του πρωτότυπου. Ο μισός από τον εγκέφαλο του Μπάμπατζ διατηρείται στο Μουσείο Χαντέριαν του Βασιλικού Κολλεγίου Χειρουργικοής, στο Λονδίνο. Ο υπόλοιπος μισός εκτίθεται στο Μουσείο Επιστημών στο Λονδίνο.

 

Σχεδιασμός υπολογιστών

“Το 1812 καθόταν στα δωμάτιά του στην Κοινωνία των Αναλυτικών κοιτώντας έναν πίνακα λογαρίθμων, γνωρίζοντας ότι είναι γεμάτος από λάθη, όταν του ήλθε η ιδέα του υπολογισμού όλων των συναρτήσεων του πίνακα με μια μηχανή. Η Γαλλική κυβέρνηση είχε δημιουργήσει αρκετούς πίνακες με μια νέα μέθοδο. Τρεις ή τέσσερις από τους μαθηματικούς τους αποφάσισαν πώς να υπολογίζουν τους πίνακες, μισή ντουζίνα ακόμα διαίρεσαν τη διαδικασία σε απλά βήματα, και η εργασία καθαυτή, η οποία αποτελούνταν μόνο από πρόσθεση και αφαίρεση, γινόταν από ογδόντα υπολογιστές, οι οποίοι γνώριζαν μόνο εκείνες τις δύο αριθμητικές διαδικασίες. Εδώ, για πρώτη φορά, εφαρμόστηκε η μαζική παραγωγή στην αριθμητική, και η ιδέα ότι οι κόποι των απαίδευτων υπολογιστών μπορούσαν να αντικατασταθούν από πιο γρήγορες και πιο αξιόπιστες μηχανές συνάρπασε τον Μπάμπατζ.”

— B. V. Bowden, Faster than thought, Pitman

Στο πιο πάνω απόσπασμα, ως «υπολογιστές» ο Μπόουντεν αναφέρει τους ανθρώπους που έκαναν απλά τους μαθηματικούς υπολογισμούς.

Τμήμα της διαφορικής μηχανής του Μπάμπατζ, συναρμολογημένο μετά τον θάνατό του από τον γιο του, με εξαρτήματα που βρέθηκαν στο εργαστήριό του

Οι μηχανές του Μπάμπατζ συγκαταλέγονται ανάμεσα στους πρώτους μηχανικούς υπολογιστές, παρότι δεν ολοκληρώθηκαν ποτέ, κυρίως λόγω έλλειψης χρηματοδότησης και προσωπικών προβλημάτων. Ο Μπάμπατζ διεύθυνε την κατασκευή μερικών ατμοκίνητων μηχανών, οι οποίες γνώρισαν κάποια επιτυχία, και έδειχναν ότι οι υπολογισμοί μπορούσαν να μηχανοποιηθούν. Παρότι οι μηχανές εκείνες ήταν δυσκίνητες, η βασική τους αρχιτεκτονική είναι πολύ παρόμοια με τους μοντέρνους υπολογιστές. Τα δεδομένα και η μνήμη για το πρόγραμμα ήταν ξεχωριστά, η λειτουργία γινόταν βάσει οδηγιών, η μονάδα ελέγχου μπορούσε να μεταβαίνει σε διαφορετικά σημεία της επεξεργασίας βάσει συνθηκών, και ακόμα η μηχανή είχε ξεχωριστή μονάδα εισόδου/εξόδου. Για περισσότερα από δέκα χρόνια λάμβανε κρατική χρηματοδότηση των έργων του, η οποία συνολικά έφτασε τις £17.000, αλλά σταδιακά τα κρατικά ταμεία έχασαν την εμπιστοσύνη τους στον Μπάμπατζ.

 

Η διαφορική μηχανή

Την εποχή του Μπάμπατζ, οι αριθμητικοί πίνακες υπολογίζονταν από ανθρώπους, που ονομάζονταν «υπολογιστές», δηλαδή «εκείνοι που υπολογίζουν», με τον ίδιο τρόπο που ένας διευθυντής είναι «εκείνος που διευθύνει». Στο Κέιμπριτζ, είδε τον μεγάλο ρυθμό σφαλμάτων αυτής της ανθρωποκεντρικής διαδικασίας και εκεί άρχισε το έργο της ζωής του, την προσπάθεια μηχανικού υπολογισμού των πινάκων. Άρχισε το 1822 με αυτό που θα ονόμαζε διαφορική μηχανή, η οποία υπολόγιζε τις τιμές πολυωνιμικών συναρτήσεων. Σε αντίθεση με παρόμοιες προσπάθειες της εποχής, η διαφορική μηχανή του Μπάμπατζ ήταν σχεδιασμένη να υπολογίζει μια σειρά από τιμές αυτόματα. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών, ήταν δυνατή η αποφυγή πολλαπλασιασμών και διαιρέσεων.

Στις αρχές της δεκατίας του 1820, ο Μπάμπατζ δούλευε πάνω σε ένα πρωτότυπο της πρώτης διαφορικής του μηχανής. Μερικά μέρη αυτού του πρωτότυπου υπάρχουν ακόμα στο Μουσείο Ιστορίας της Επιστήμης στην Οξφόρδη.[35] Αυτό το πρωτότυπο εξελίχθηκε στην πρώτη διαφορική μηχανή. Παρέμεινε ατελές, και το μέρος του που συμπληρώθηκε βρίσκεται στο Μουσείο Επιστημών στο Λονδίνο. Αυτή η πρώτη διαφορική μηχανή θα αποτελούνταν από περίπου 25.000 κομμάτια, τα οποία θα ζύγιζαν 13.600 κιλά, και θα είχαν περίπου 2.4 μέτρα ύψος. Παρότι ο Μπάμπατζ πήρε αρκετή χρηματοδότηση για το έργο, δεν το συμπλήρωσε ποτέ. Αργότερα σχεδίασε μια βελτιωμένη έκδοση, την «Δεύτερη διαφορική μηχανή», η οποία δεν κατασκευάστηκε παρά μόνο το 1989–91, χρησιμοποιώντας τις σχέδια του Μπάμπατζ, και τρόπους κατασκευής του 19ου αιώνα. Η μηχανή έκανε τον πρώτο της υπολογισμό στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου, επιστρέφοντας αποτελέσματα για 31 ψηφία, μακράν περισσότερα από τις συνηθισμένες σύγχρονες υπολογιστικές αριθμομηχανές.

Η δεύτερη διαφορική μηχανή, στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου, κατασκευασμένη βάσει των σχεδίων του Μπάμπατζ

 

Το Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου κατασκεύασε δύο Διαφορικές Μηχανές, σύμφωνες με τα σχέδια του Μπάμπατζ για την Δεύτερη διαφορική μηχανή του. Η μία ανήκει στο ίδιο το μουσείο. Η άλλη ανήκει στον πολυεκατομμυριούχο Νέιθαν Μίρβολντ, και εκτίθεται στο Μουσείο Ιστορίας των Υπολογιστών, στο Mountain View της Καλιφόρνια, από τις 10 Μαΐου 2008. Τα δύο μοντέλα τα οποία έχουν κατασκευαστεί, δεν θεωρούνται ρέπλικες, γιατί μέχρι την κατασκευή τους από το Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου, δεν υπήρχαν άλλα μοντέλα.

 

Η αναλυτική μηχανή

 

Αφού η κατασκευή της διαφορικής μηχανής ματαιώθηκε, ο Μπάμπατζ άρχισε να σχεδιάζει μια διαφορετική, πιο πολύπλοκη μηχανή, την οποία ονόμασε Αναλυτική μηχανή. Η μηχανή δεν είναι ένα μοναδικό φυσικό αντικείμενο, αλλά μια διαδοχή από σχέδια, τα οποία συνέχισε να τροποποιεί μέχρι τον θάνατο του, το 1871. Η βασική διαφορά ανάμεσα στις δύο μηχανές είναι ότι η Αναλυτική μηχανή μπορούσε να προγραμματιστεί χρησιμοποιώντας Διάτρητες κάρτες. Ο Μπάμπατζ συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να αποθηκεύσει προγράμματα σε αυτές τις κάρτες, ώστε ο χρήστης χρειαζόταν μόνο να δημιουργήσει το πρόγραμμα μια φορά, και μετά εισάγωντας την κάρτα θα μπορούσε να το τρέξει ξανά. Η αναλυτική μηχανή θα χρησιμοποιούσε βρόχους από τις διάτρητες κάρτες του Τζάκαρντ για να ελέγχει έναν μηχανικό υπολογιστή, ο οποίος θα σχημάτιζε τα αποτελέσματα βάσει των αποτελεσμάτων των προηγούμενων υπολογισμών. Αυτή η μηχανή προοριζόταν να έχει αρκετά από τα χαρακτηριστικά τα οποία σήμερα χρησιμοποιούνται στους σύγχρονους υπολογιστές, όπως ο έλεγχος κατά ακολουθίες (sequential control), η διακλάδωση (branching) και οι βρόχοι (looping), και θα ήταν η πρώτη μηχανή η οποία θα ήταν πλήρης κατά τον έλεγχο του Τούρινγκ.

 

Η Άντα Λάβλεϊς, μια μαθηματικός, και από τους λίγους ανθρώπους που κατάλαβαν πλήρως τις ιδέες του Μπάμπατζ, δημιούργησε ένα πρόγραμμα για την Αναλυτική μηχανή. Αν είχε ποτέ κατασκευαστεί η Αναλυτική μηχανή, το πρόγραμμά της θα μπορούσε να υπολογίσει μια ακολουθία από αριθμούς της κατανομής Μπερνούλλι. Βάσει αυτής της εργασίας, η Λάβλεϊς σήμερα θεωρείται ο πρώτος άνθρωπος στο κόσμο που ασχολήθηκε με προγραμματισμό υπολογιστών. Το 1979, μια σύγχρονη γλώσσα προγραμματισμού ονομάστηκε Ada προς τιμήν της.

 

Σύγχρονες εφαρμογές

Παρότι ο άβακας και οι μηχανικές υπολογιστικές μηχανές έχουν αντικατασταθεί με ηλεκτρονικές μηχανές οι οποίες χρησιμοποιούν μικροτσίπ, υπάρχουν πρόσφατες εξελίξεις στα μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα και στην νανοτεχνολογία τα οποία έχουν οδηγήσει σε πειράματα υψηλής τεχνολογίας στην μηχανική υπολογιστική. Τα προτεινόμενα πλεονεκτήματα συμπεριλαμβάνουν τη λειτουργία σε καταστάσεις έντονης ακτινοβολίας ή ψηλής θερμοκρασίας. Αυτές οι σύγχρονες εκδοχές μηχανικού υπολογισμού αναφέρονται και στο περιοδικό The Economist στο ειδικό ένθετο που κυκλοφόρησε για το τέλος της προηγούμενης χιλιετίας, στο άρθρο με τίτλο «Babbage’s Last Laugh».

 

Αναγνώριση

Πολλές αναφορές έχουν γίνει προς τιμήν του Τσαρλς Μπάμπατζ. Για παράδειγμα, από αυτόν έχουν πάρει το όνομά τους ο Κρατήρας Μπάμπατζ στη Σελήνη, και το Ινστιτούτο Τσαρλς Μπάμπατζ, ένα αρχείο τεχνολογίας και ερευνητικό κέντρο στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα. Στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, όπου σπούδασε, υπάρχει το μεγάλο θέατρο Μπάμπατζ, το οποίο χρησιμοποιείται για επιστημονικές διαλέξεις για προπτυχιακούς φοιτητές. Άλλες αναφορές:

 

• Οι Βρετανικοί σιδηρόδρομοι έδωσαν το όνομά του σε μια ατμομηχανή, ως μέρος ενός προγράμματος της δεκαετίας του 1990, κατά το οποίο οι ατμομηχανές ονομάζονταν από διάσημους ή σημαντικούς επιστήμονες.
• Το Πανεπιστήμιο του Πλίμουθ έχει το Κτήριο Μπάμπατζ, στο οποίο στεγάζεται η σχολή πληροφορικής του.
• Οι Υπηρεσίες Πληροφορικής του Επαρχιακού Συμβουλίου του Κέιμπριτζσαϊαρ στεγάζονται στο Σπίτι του Μπάμπατζ, σε ένα σύμπλεγμα κτηρίων γραφείων στο Κέιμπριτζ.
• Επίσης κτήριο με το όνομά του υπάρχει και στο Σχολείο Μονκ Γουόκ, ένα εκπαιδευτικό ίδρυμα στην Αγγλία που εστιάζει στην επιστημονική μόρφωση.
• Στο Τσέσινγκτον υπάρχει οδός με το όνομά του.
• Η γλώσσα προγραμματιμού Babbage για τη σειρά μικροϋπολογιστών GEC 4000 έχει ονομαστεί προς τιμήν του.
• Ο Τσαρλς Μπάμπατζ εμφανίζεται ως ένας από τους Μεγάλους Στοχαστές στο βιντεοπαιχνίδι στρατηγικής Civilization Revolution του 2008.
• Ο Μπάμπατζ εμφανίζεται ως χαρακτήρας σε πάρα πολλά έργα steampunk, στα οποία κατασκευάζει την διαφορική μηχανή του.
• Στο Μουσείο του Τότνες, στην πόλη όπου πέρασε την νεότητά του, υπάρχει μία αίθουσα με το όνομά του.
• Υπάρχει μία πράσινη πλάκα η οποία επισημαίνει τα 40 χρόνια τα οποία πέρασε στο Λονδίνο, στην οδό Ντόρσετ 1.
• Η ταινία μικρού μήκους Μπάμπατζ, παρουσιάζει στοιχεία της ζωής του επιστήμονα. Παρουσιάστηκε στο Φεστιβάλ Καννών του 2008.

 

 

 

ΠΗΓΗ: WIKIPEDIA

Εικόνα Α: https://gr.pinterest.com/pin/741757001120053838/
Εικόνα Β: https://gr.pinterest.com/pin/707065210240425298/

lecturesbureau

Η ΑΠΟΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΕΝΑΤΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ