Аналітична машина Беббіджа — прообраз комп'ютера

У 1834 році Чарльзу Беббіджу вдається перенести в нову майстерню креслення та деталі різницевої машини. Але його вже захопила нова ідея — створення обчислювальної машини для обрахувань не лише таблиць, а й рішень різних математичних завдань, з якими стикаються інженери та математики. Беббідж конструює основні позиції роботи нової машини, яку називає аналітичною, згодом вона виявиться прообразом цифрових обчислювальних машин. Принципи, що лежать в основі сучасних комп'ютерів, були розроблені видатним вченим XIX століття. Працюючи над розробкою аналітичної машини, він зрозумів, що необхідно кардинально спростити схему арифметичного вузла машини – схему складання. Переглядаючи безліч варіантів, Беббідж створює схему складання попереднього перенесення (систему наскрізного перенесення), один зі своїх видатних винаходів. Аналітична машина складалася з наступних частин: 1. склад — механізм для збереження значень змінних, що беруть участь в обчисленнях, а також результатів операцій. Нині це називається пам'яттю. 2. млин — для здійснення арифметичних дій над змінними (арифметичний пристрій). 3. пристрій, що застосовується для управління певною послідовністю операцій. У сучасній термінології – блок управління. 4. механізм введення вихідних даних та друку результатів (блок введення та виведення).

Для керування аналітичною машиною Беббідж вирішив застосувати пристрій, який вже працював на ткацьких верстатах Жаккара – картонні картки, прообраз перфокарт. Один механізм з ланцюжком "операційних" карт мав приводити млин
(арифметичний пристрій) у готовність до виконання якоїсь операції (складання, віднімання, поділу та множення), відповідно до отворів пробитих у належній карті. Другий механізм із "картами змінних" працював би з "керівними картами" і повинен переносити числа зі "складу" до "млина" і назад. "Поставляючи карти" передавали б числа зі складу (пам'яті) до млина (арифметичного пристрою), а "нульові карти" працювали б у зворотному напрямку. Інформація надходила на перфокарти шляхом пробивання отворів. У такий спосіб здійснювалося управління процесом механічних обчислень. Для введення числових даних в машину і для збереження проміжних підсумків обчислень, якщо було недостатньо місця на складі, передбачалося використовувати цифрові карти. Беббідж передбачав в аналітичній машині три висновки отриманої інформації: за допомогою пристрою друку однієї або декількох копій, пристрою для виготовлення стереотипного відбитка та виведення результатів обчислень на перфокарти для подальшого застосування. Беббідж є автором ідеї введення та виведення. Конструювати аналітичну машину Analytical Engine Беббідж почав із 1834 року. Він зробив понад 200 детально розроблених креслень різних механізмів та близько 30 версій загального демонтажу машини та продовжував удосконалювати свою конструкцію протягом багатьох років. Схема аналітичної машини настільки близька до влаштування сучасного комп'ютера, що Беббіджа по праву називають провісником комп'ютерної ери. Залишалося придумати лише схему зі збереженою програмою, що було зроблено лише через 100 років. На жаль, усі його ідеї залишилися лише на папері. Чинна аналітична машина не була побудована, але, проте, Беббідж є першим, хто спіткав загальну концепцію комп'ютера, і був настільки далекоглядним, що випередив свій час. Існуючий низький рівень технології того часу та повна відсутність фінансування заважали здійсненню ідей вченого винахідника.

Беббідж не просив уряд профінансувати цей проект, оскільки розумів, що йому відмовлять після невдачі з різницевою машиною. Вважається, що основний проєкт зі створення аналітичного двигуна Беббідж закінчив у 1837 році, коли вийшла його стаття "Математичні сили обчислювального двигуна", де він описував машину. І до кінця свого життя він працював над його покращенням, уточненням деталей, удосконаленням, то перериваючи роботу, то знову повертаючись до неї. Всі розробки зі створення аналітичної машини були виконані його коштом, грошей хронічно не вистачало. Лише частина аналітичної машини - "млин" і друкувальний пристрій були побудовані до 1870 року. Аналітична машина Беббіджа передбачала вирішення будь-яких математичних завдань, а наявність умовної передачі управління, підпрограм та циклів могло зробити її програмованою. Перфокарти, надалі використовувалися в комп'ютері, для введення програм. У процесі створення машин за прямої участі Беббіджа створено поперечно-стругальний, токарно-револьверний верстати, розроблено технологію виготовлення зубчастих коліс литтям під тиском. Він вигадав новий метод заточування інструментів. Звичайно, обчислювальні машини були головною справою у його житті, предметом гордості та розчарувань. Але, вражає коло його інтересів та досягнень. Може й невдачі, зі створенням його машин, поряд із трагічними подіями 1827 року (він втратив батька, дружину та двох дітей) та обмежений рівень технології на той час, пов'язані з його надмірною різносторонністю. Математик з освіти (професор математичних наук у Кембриджі з 1827 по 1839 роки) він написав багато математичних статей для наукових видань, був автором робіт зі страхування, оподаткування, статистики, криптографії (методи шифрування), займався релігійно-філософськими питаннями. Вивчав електромагнітні, оптичні та геологічні явища. Він брав участь у безпеці залізничного руху, створив пристрій, який скидав випадкові предмети зі шляхів перед паротягом, винайшов спідометр для вимірювання швидкості, офтальмоскоп для огляду очного дна, та сейсмограф, прилад для запису коливань земної поверхні, пристрій для на ведення артилерійської зброї. Беббідж входив до складу експедиції на Везувій, опускався на дно озера у водолазному дзвоні, брав участь в археологічних розкопках, спускався до шахт для вивчення залягання руди.

Помер Чарльз Беббідж 18 жовтня 1871 року. Після смерті вчений заповів свій мозок науці. Він був витягнутий і згодом препарований (розкритий для вивчення) професором Чарльзом Стюартом. У книзі "Опис мозку містера Чарльза Беббіджа" Британське Королівське товариство мистецтв надрукувало результати досліджень та фотографії. Одна частина його мозку знаходиться в Лондонському музеї науки, а інша половина зберігається в Хантеріанському (Hunterian Museum) музеї Королівського коледжу хірургів у Лондоні. Міжнародна астрономічна спілка в 1935 році назвала кратер на видимому боці Місяця ім'ям Чарльза Беббіджа.