De eerste computer: de analytische engine van Charles Babbage

De moderne computer is geboren uit de dringende noodzaak om na de Tweede Wereldoorlog de uitdaging aan te gaan Nazisme door innovatie. Maar de eerste iteratie van de computer zoals we die nu kennen, kwam veel eerder toen, in de jaren 1830, een uitvinder genaamd Charles Babbage een apparaat ontwierp genaamd de Analytical Engine.

Geboren in 1791 uit een Engelse bankier en zijn vrouw, Charles Babbage (1791–1871) raakte al op jonge leeftijd gefascineerd door wiskunde, leerde zichzelf algebra en las veel over continentale wiskunde. Toen hij in 1811 naar Cambridge ging om te studeren, ontdekte hij dat zijn docenten een tekort hadden in het nieuwe wiskundige landschap, en dat hij in feite al meer wist dan zij. Als gevolg hiervan vertrok hij in 1812 alleen om de Analytical Society op te richten, die zou helpen het wiskundeveld in Groot-Brittannië te transformeren. Hij werd lid van de Royal Society in 1816 en was mede-oprichter van verschillende andere verenigingen. Op een bepaald moment was hij Lucasian Professor of Mathematics in Cambridge, hoewel hij ontslag nam om aan zijn motoren te werken. Als uitvinder liep hij voorop in de Britse technologie en hielp hij bij het creëren van de moderne Britse postdienst, een koevanger voor treinen en andere gereedschappen.

Babbage was een van de oprichters van de Britse Royal Astronomical Society en hij zag al snel kansen voor innovatie op dit gebied. Astronomen moesten lange, moeilijke en tijdrovende berekeningen maken die met fouten kunnen worden doorzeefd. Wanneer deze tabellen werden gebruikt in situaties met hoge inzetten, zoals voor navigatielogaritmen, konden de fouten dodelijk zijn. In reactie daarop hoopte Babbage een automatisch apparaat te maken dat onberispelijke tabellen zou produceren. In 1822 schreef hij aan de president van het Genootschap, Sir Humphry Davy (1778–1829), om deze hoop te uiten. Hij volgde dit op met een paper over de 'Theoretische principes van machines voor het berekenen van tabellen', die in 1823 de eerste gouden medaille van de Society won. Babbage had besloten om te proberen een 'Difference Engine' te bouwen.

Toen Babbage de Britse regering benaderde voor financiering, gaven ze hem wat een van 's werelds eerste overheidssubsidies voor technologie was. Babbage heeft dit geld uitgegeven om een ​​van de beste machinisten in dienst te nemen om de onderdelen te maken: Joseph Clement (1779–1844). En er zouden veel onderdelen zijn: er waren 25.000 gepland.

In 1830 besloot Babbage te verhuizen en creëerde hij een werkplaats die ongevoelig was voor brand in een stofvrije ruimte op zijn eigen terrein. De bouw stopte in 1833, toen Clement weigerde door te gaan zonder vooruitbetaling. Babbage was echter geen politicus; het ontbrak hem aan het vermogen om relaties met opeenvolgende regeringen glad te strijken, en in plaats daarvan vervreemde hij mensen met zijn ongeduldige houding. Tegen die tijd had de regering 17.500 pond uitgegeven, kwam er niet meer en had Babbage nog maar een zevende van de rekeneenheid voltooid. Maar zelfs in deze gereduceerde en bijna hopeloze toestand was de machine een van de meest vooruitstrevende technologieën van de wereld.

Babbage zou niet zo snel opgeven. In een wereld waar berekeningen gewoonlijk naar niet meer dan zes cijfers werden overgebracht, wilde Babbage er meer dan twintig produceren, en de resulterende Engine 2 had slechts 8000 onderdelen nodig. Zijn Difference Engine gebruikte decimale cijfers (0-9) - in plaats van de binaire ‘bits’ die de Duitse Gottfried von Leibniz (1646–1716) gaf de voorkeur - en ze zouden worden geplaatst op tandwielen / wielen die onderling verbonden waren om op te bouwen berekeningen. Maar de Engine is ontworpen om meer te doen dan een telraam na te bootsen: hij kan complexe problemen oplossen met een serie van berekeningen en kan resultaten in zichzelf opslaan voor later gebruik, en het resultaat op een metaal stempelen output. Hoewel het nog steeds maar één operatie tegelijk kon uitvoeren, was het ver boven elk ander computerapparaat dat de wereld ooit had gezien. Helaas voor Babbage heeft hij de Difference Engine nooit afgemaakt. Zonder verdere overheidssubsidies raakte zijn financiering op.

In 1854 gebruikte een Zweedse drukker genaamd George Scheutz (1785–1873) Babbage's ideeën om een ​​functionerende machine te creëren die wel zeer nauwkeurige tabellen produceerde. Ze hadden echter beveiligingsfuncties weggelaten en het had de neiging om kapot te gaan, en bijgevolg slaagde de machine er niet in om impact te maken. In 1991 waren onderzoekers van het London's Science Museum, waar Babbage's gegevens en beproefd, creëerde na zes jaar werk een Difference Engine 2 voor het oorspronkelijke ontwerp. DE2 gebruikte ongeveer 4.000 onderdelen en woog iets meer dan drie ton. De bijpassende printer werd in 2000 opgeleverd en had weer evenveel onderdelen, zij het met een iets kleiner gewicht van 2,5 ton. Wat nog belangrijker is, het werkte.

Tijdens zijn leven werd Babbage ervan beschuldigd meer geïnteresseerd te zijn in de theorie en baanbrekende innovatie dan in feite de tafels te produceren waarvoor de overheid hem betaalde. Dit was niet bepaald oneerlijk, want tegen de tijd dat de financiering voor de Difference Engine was verdampt, had Babbage een nieuw idee bedacht: de Analytical Engine. Dit was een enorme stap voorbij de Difference Engine: het was een apparaat voor algemeen gebruik dat veel verschillende problemen kon berekenen. Het moest digitaal, automatisch, mechanisch en bestuurd worden door variabele programma's. Kortom, het zou elke gewenste berekening oplossen. Het zou de eerste computer zijn.

De analytische engine bestond uit vier delen:

• Een molen, dat was de sectie die de berekeningen deed (in wezen de CPU)
• De winkel, waar de informatie werd bewaard (in wezen het geheugen)
• De lezer, waarmee gegevens kunnen worden ingevoerd met ponskaarten (in wezen het toetsenbord)
• De printer

De ponskaarten zijn gemodelleerd naar de kaarten die zijn ontwikkeld voor de Jacquard weefgetouw en zou de machine een grotere flexibiliteit bieden dan alles wat ooit is uitgevonden om berekeningen uit te voeren. Babbage had grote ambities voor het apparaat en de winkel zou 1.050 cijfers bevatten. Het zou een ingebouwd vermogen hebben om gegevens af te wegen en instructies indien nodig te verwerken. Het zou stoomaangedreven zijn, gemaakt van messing, en vereist een getrainde operator / chauffeur.

Babbage werd geholpen door Ada Lovelace (1815–1852), dochter van de Britse dichter Lord Byron en een van de weinige vrouwen uit die tijd met een opleiding in wiskunde. Babbage bewonderde haar gepubliceerde vertaling van een Frans artikel over het werk van Babbage enorm, waaronder haar omvangrijke aantekeningen.

De motor ging verder dan wat Babbage zich kon veroorloven en misschien wat technologie dan kon produceren, maar de regering was geërgerd geraakt met Babbage en er kwam geen financiering. Babbage bleef aan het project werken tot hij stierf in 1871, volgens vele verhalen een verbitterde man die vond dat meer openbare middelen gericht moesten zijn op de vooruitgang van de wetenschap. Het was misschien niet af, maar de Analytical Engine was een doorbraak in verbeeldingskracht, zo niet praktisch. Babbage's motoren werden vergeten en supporters moesten worstelen om hem goed in aanzien te houden; sommige leden van de pers vonden het makkelijker om te spotten. Toen computers in de twintigste eeuw werden uitgevonden, gebruikten de uitvinders de plannen of ideeën van Babbage niet, en pas in de jaren zeventig werd zijn werk volledig begrepen.

Het heeft meer dan een eeuw geduurd, maar moderne computers hebben de kracht van de Analytical Engine overschreden. Nu hebben experts een programma gemaakt dat de mogelijkheden van de Engine, dus dat kan probeer het zelf.

• Bromley, A. G. "Analytische motor van Charles Babbage, 1838." Annalen van de geschiedenis van informatica 4.3 (1982): 196–217.
• Cook, Simon. "Minds, Machines and Economic Agents: Cambridge Receptions of Boole and Babbage. "Studies in History and Philosophy of Science Part A 36.2 (2005): 331–50.
• Crowley, Mary L. "Het "verschil" in Babbage's Difference Engine." De wiskundeleraar 78.5 (1985): 366–54.
• Hyman, Anthony. 'Charles Babbage, pionier van de computer.' Princeton: Princeton University Press, 1982.
• Lindgren, Michael. 'Glorie en mislukking: de verschilmotoren van Johann Müller, Charles Babbage en Georg en Edvard Scheutz.' Trans. McKay, Craig G. Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1990.