Charles Babbage

Ο Charles Babbage γεννήθηκε στις 26 Δεκεμβρίου 1792 στο Λονδίνο, όπου και πέθανε το 1871 σε ηλικία 79 ετών. Ήταν πολυμαθής καθώς ήταν άριστος μαθηματικό, φιλόσοφος, εφευρέτης και μηχανικός. Αν και δεν είναι ιδιαίτερα γνωστός, θεωρείται ως ένας από τους «πατέρες του υπολογιστή» καθώς ήταν ο πρώτος που σκέφτηκε αλλά και σχεδίασε τον προγραμματιζόμενο υπολογιστή.

Καταγόταν από εύπορη οικογένεια. Διδακτικέ κυρίως από ιδιωτικούς δασκάλους σε μικρή ηλικία καθώς ήταν αρκετά φιλάσθενος με αποτέλεσμα να απειληθεί η ζωή του όποτε φοιτούσε σε σχολείο. Στην συνέχεια φοίτησε στην ακαδημία Holmwood. Κατά την διάρκεια της φοίτησης του επισκεπτόταν συχνά την βιβλιοθήκη της ακαδημίας με αποτέλεσμα να αναπτύξει αγάπη για τα μαθηματικά. Επίσης φοίτησε κοντά σε άλλους δύο ιδιωτικούς δασκάλους, από τους οποίους έμαθε αρκετά ώστε να γίνει αποδεκτός στο Cambridge.

Στο Trinity College στο Cambridge ο Babbage μελέτησε τους  Γκότφριντ Βίλχελμ Λάιμπνιτς, Ζοζέφ Λουί Λαγκράνζ, Τόμας Σίμπσον, και Λακρουά. Ήταν όμως έντονα απογοητευμένος από την μαθηματική εκπαίδευση που προσφερόταν στο Cambridge. Το 1812 μεταφέρθηκε στο Peterhouse, στο Cambridge , στο οποίο ήταν ο κορυφαίος μαθηματικός, χωρίς όμως να αποφοιτήσει με ψηλό βαθμό. Αντιθέτως, έλαβε τιμητικό πτυχίο χωρίς εξετάσεις, το 1814.

“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 Babbage.”

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

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

Λόγω των τραγικών γεγονότων που επήλθαν στην οικογένεια του, ο Babbage δεν κατάφερε ποτέ να ολοκληρώσει τις μηχανές που είχε σχεδιάσει. Ρόλο έπαιξε και η ελλιπής χρηματοδότηση. Αν και οι σχεδιασμένες μηχανές ήταν αρκετά μεγάλες και δυσκίνητες, αποτελούν τις βάσεις για τους σύγχρονους υπολογιστές καθώς έχουν παρόμοια αρχιτεκτονική. 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 Babbage.

Η Διαφορική Μηχανή

Την εποχή του Babbage, 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 Cambridge, 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 Babbage 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 Babbage δούλευε πάνω σε ένα πρωτότυπο της πρώτης διαφορικής του μηχανής. Μερικά μέρη αυτού του πρωτότυπου υπάρχουν ακόμα στο Μουσείο Ιστορία της Επιστήμης στην Οξφόρδη. 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 Babbage 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 Babbage, 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 Αναλυτική ΜηχανήΜετά που η κατασκευή της διαφορικής μηχανής ματαιώθηκε, ο Babbage 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. 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 βασική διαφορά ανάμεσα στις δύο μηχανές είναι ότι η Αναλυτική μηχανή μπορούσε να προγραμματιστεί χρησιμοποιώντας Διάτρητες κάρτες. Ο Babbage συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να αποθηκεύσει προγράμματα σε αυτές τις κάρτες, ώστε ο χρήστης χρειαζόταν μόνο να δημιουργήσει το πρόγραμμα μια φορά, και μετά εισάγοντας 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.

Η Άντα Λάβλεϊς, μια μαθηματικός, και από τους λίγους ανθρώπους που κατάλαβαν πλήρως τις ιδέες του Babbage, 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».

Leo Segredos