Den första datorn: Charles Babbages analytiska motor

Den moderna datorn föddes av det akuta behovet efter andra världskriget för att möta utmaningen nazism genom innovation. Men den första iterationen av datorn, som vi nu förstår den, kom mycket tidigare när en uppfinnare med namnet Charles Babbage på 1830-talet designade en enhet som hette den analytiska motorn.

Född 1791 till en engelsk bankir och hans fru, Charles Babbage (1791–1871) blev fascinerad av matematik i en tidig ålder, lärde sig själv algebra och läste stort om kontinental matematik. När han 1811 åkte till Cambridge för att studera, upptäckte han att hans handledare var bristfälliga i det nya matematiska landskapet, och att han faktiskt redan visste mer än de gjorde. Som ett resultat avstod han på egen hand för att grunda Analytical Society 1812, vilket skulle hjälpa till att omvandla matematikfältet i Storbritannien. Han blev medlem i Royal Society 1816 och var en av grundarna av flera andra samhällen. I ett skede var han Lucasian professor i matematik vid Cambridge, även om han avgick detta för att arbeta på sina motorer. Han var en uppfinnare i spetsen för brittisk teknik och hjälpte till att skapa Storbritanniens moderna posttjänst, en cowcatcher för tåg och andra verktyg.

Babbage var en av grundarna i Storbritanniens Royal Astronomical Society, och han såg snart möjligheter till innovation på detta område. Astronomer var tvungna att göra långa, svåra och tidskrävande beräkningar som kunde tappas med fel. När dessa tabeller användes i situationer med höga insatser, till exempel för navigeringslogaritmer, kan felen visa sig vara dödliga. Som svar hoppades Babbage skapa en automatisk enhet som skulle producera felfria tabeller. 1822 skrev han till föreningens president, Sir Humphry Davy (1778–1829), för att uttrycka detta hopp. Han följde upp detta med ett papper om "Teoretiska principer för maskiner för beräkning av tabeller", som vann den första samhällets guldmedalj 1823. Babbage hade beslutat att försöka bygga en "Difference Engine."

När Babbage kontaktade den brittiska regeringen för finansiering gav de honom vad som var en av jordens första regeringsbidrag för teknik. Babbage spenderade dessa pengar för att anställa en av de bästa maskinisterna han kunde hitta för att göra delarna: Joseph Clement (1779–1844). Och det skulle finnas många delar: 25 000 planerades.

1830 beslutade Babbage att flytta och skapade en verkstad som var immun mot eld i ett område som var fritt från damm på hans egendom. Byggandet upphörde 1833, då Clement vägrade att fortsätta utan förskottsbetalning. Babbage var dock ingen politiker; han saknade förmågan att jämna förhållanden med på varandra följande regeringar, och istället främjade människor med sin otåliga uppträdande. Vid denna tid hade regeringen spenderat 17 500 £, inte mer kom och Babbage hade bara en sjunde av beräkningsenheten färdig. Men även i detta reducerade och nästan hopplösa tillstånd var maskinen i framkant av världstekniken.

Babbage skulle inte ge upp så snabbt. I en värld där beräkningar vanligtvis genomfördes till högst sex siffror syftade Babbage till att producera över 20, och den resulterande Engine 2 skulle bara behöva 8000 delar. Hans Difference Engine använde decimaltal (0–9) - snarare än de binära "bitarna" som Tysklands Gottfried von Leibniz (1646–1716) föredrog — och de skulle anges på kuggar / hjul som var sammanlänkade för att bygga upp beräkningar. Men motorn var utformad för att göra mer än att efterlikna en abacus: den kunde fungera på komplexa problem med en serie av beräkningar och kunde lagra resultat i sig själv för senare användning, samt stämpla resultatet på en metall produktion. Även om den fortfarande bara kunde köra en operation på en gång, var den långt bortom alla andra datorenheter som världen någonsin sett. Tyvärr för Babbage slutade han aldrig Difference Engine. Utan ytterligare statliga bidrag gick hans finansiering ut.

1854 använde en svensk skrivare George Scheutz (1785–1873) Babbages idéer för att skapa en fungerande maskin som producerade tabeller med stor noggrannhet. De hade dock utelämnat säkerhetsfunktioner och det tenderade att gå sönder, och följaktligen misslyckades maskinen med att påverka. År 1991 forskare vid Londons Science Museum, där Babbages poster och försök hålls, skapade en Difference Engine 2 till den ursprungliga designen efter sex års arbete. DE2 använde cirka 4 000 delar och vägde drygt tre ton. Den matchande skrivaren slutfördes år 2000 och hade lika många delar igen, även om en något mindre vikt var 2,5 ton. Ännu viktigare, det fungerade.

Under hans livstid anklagades Babbage för att ha varit mer intresserad av teorin och nyskapande innovationer än att faktiskt producera de bord som regeringen betalade honom för att skapa. Detta var inte exakt orättvist, för när finansieringen för Difference Engine hade förångats hade Babbage kommit med en ny idé: Analytical Engine. Detta var ett massivt steg bortom Difference Engine: det var en enhet för allmänt bruk som kunde beräkna många olika problem. Det skulle vara digitalt, automatiskt, mekaniskt och kontrollerat av variabla program. Kort sagt skulle det lösa alla beräkningar du önskade. Det skulle vara den första datorn.

Den analytiska motorn hade fyra delar:

• En fabrik, som var det avsnitt som gjorde beräkningarna (i huvudsak CPU)
• Butiken, där informationen sparades (i huvudsak minnet)
• Läsaren, som skulle göra det möjligt att mata in data med stansade kort (i huvudsak tangentbordet)
• Skrivaren

Stanskorten modellerades efter de som utvecklats för Jacquard vävstol och skulle tillåta maskinen en större flexibilitet än någonsin uppfunnits för att göra beräkningar. Babbage hade stora ambitioner för enheten, och butiken skulle ha 1 050 siffror. Det skulle ha en inbyggd förmåga att väga upp data och bearbeta instruktioner i orden om det behövs. Den skulle vara ångdriven, tillverkad av mässing och kräva en utbildad operatör / förare.

Babbage fick hjälp av Ada Lovelace (1815–1852), dotter till den brittiska poeten Lord Byron och en av få kvinnor i eran med utbildning i matematik. Babbage beundrade starkt hennes publicerade översättning av en fransk artikel om Babbages arbete, som inkluderade hennes omfattande anteckningar.

Motorn var bortom vad Babbage hade råd med och kanske vilken teknik som då kunde producera, men regeringen hade blivit besviken med Babbage och finansieringen kom inte. Babbage fortsatte att arbeta med projektet tills han dog 1871, av många berättelser en embitterad man som ansåg att mer offentliga medel borde riktas mot vetenskapens utveckling. Den kanske inte var klar, men den analytiska motorn var ett genombrott i fantasi, om inte praktiskt. Babbages motorer glömdes, och supportrar var tvungna att kämpa för att hålla honom väl respekterad; vissa pressmedlemmar tyckte att det var lättare att håna. När datorerna uppfanns under det tjugonde århundradet använde uppfinnarna inte Babbages planer eller idéer, och det var först på sjuttiotalet som hans arbete förstods.

Det tog över ett sekel, men moderna datorer har överskridit kraften hos den analytiska motorn. Nu har experter skapat ett program som replikerar motorns förmågor, så du kan Prova själv.

• Bromley, A. G. "Charles Babbages analytiska motor, 1838." Annals of the History of Computing 4.3 (1982): 196–217.
• Cook, Simon. "Minds, maskiner och ekonomiska medel: Cambridge-mottagningar av Boole och Babbage. "Studier i historia och vetenskapsfilosofi del A 36.2 (2005): 331–50.
• Crowley, Mary L. ""Skillnaden" i Babbages skillnadsmotor." Matematikläraren 78.5 (1985): 366–54.
• Hyman, Anthony. "Charles Babbage, Pioneer of the Computer." Princeton: Princeton University Press, 1982.
• Lindgren, Michael. "Glory and Failure: The Difference Engines of Johann Müller, Charles Babbage, and Georg and Edvard Scheutz." Trans. McKay, Craig G. Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1990.