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Die Differenzmaschine

Charles Babbage war ein englischer Mathematiker und Erfinder: Er erfand den Kuhfänger, reformierte das britische Postsystem und war ein Pionier auf dem Gebiet des Operations Research und der Versicherungsmathematik. Babbage war es, der als Erster vorschlug, das Wetter vergangener Jahre aus Baumringen abzulesen. Außerdem war er ein Leben lang von Schlüsseln, Chiffren und mechanischen Puppen fasziniert.

Als Gründungsmitglied der Royal Astronomical Society hatte Babbage die Notwendigkeit erkannt, ein mechanisches Gerät zu entwerfen und zu bauen, das lange, mühsame astronomische Berechnungen automatisieren konnte. Zunächst schrieb er 1822 einen Brief an Sir Humphry Davy, den Präsidenten der Royal Society, über die Möglichkeit, die Konstruktion von mathematischen Tabellen zu automatisieren – insbesondere von Logarithmentafeln für die Navigation. Daraufhin verfasste er eine Abhandlung mit dem Titel „On the Theoretical Principles of the Machinery for Calculating Tables“ (Über die theoretischen Grundlagen der Maschinen zur Berechnung von Tabellen), die er später im selben Jahr vor der Gesellschaft vortrug. (1823 erhielt er die erste Goldmedaille der Royal Society.) Die damals verwendeten Tabellen enthielten häufig Fehler, die für Seeleute auf See lebenswichtig sein konnten, und Babbage vertrat die Ansicht, dass er durch die Automatisierung der Tabellenerstellung deren Genauigkeit gewährleisten konnte. Nachdem Babbage in der Gesellschaft Unterstützung für seine „Difference Engine“, wie er sie nannte, gewonnen hatte, wandte er sich an die britische Regierung, um die Entwicklung zu finanzieren, und erhielt einen der weltweit ersten staatlichen Zuschüsse für Forschung und technologische Entwicklung.

Babbage ging das Projekt sehr ernsthaft an: Er stellte einen Maschinenbaumeister ein, richtete eine feuersichere Werkstatt ein und baute eine staubdichte Umgebung, um das Gerät zu testen. Bis zu diesem Zeitpunkt wurden Berechnungen selten mit mehr als 6 Stellen durchgeführt; Babbage plante, routinemäßig 20- oder 30-stellige Ergebnisse zu erzielen. Die Difference Engine war ein digitales Gerät: Sie arbeitete mit diskreten Ziffern statt mit glatten Größen, und die Ziffern waren dezimal (0-9), dargestellt durch Positionen auf Zahnrädern, und nicht die binären Ziffern, die Leibniz bevorzugte (aber nicht verwendete). Wenn sich eines der Zahnräder von 9 auf 0 drehte, bewegte sich das nächste Rad um eine Position weiter und trug die Ziffer genau so, wie Leibniz‘ Schrittrechner funktioniert hatte.

Die Difference Engine war jedoch mehr als eine einfache Rechenmaschine. Sie mechanisierte nicht nur eine einzelne Berechnung, sondern eine ganze Reihe von Berechnungen mit einer Reihe von Variablen zur Lösung eines komplexen Problems. Sie ging auch in anderer Hinsicht weit über Taschenrechner hinaus. Wie moderne Computer verfügte die Differenzmaschine über einen Speicher, d. h. einen Ort, an dem Daten für die spätere Verarbeitung zwischengespeichert werden konnten, und sie war so konstruiert, dass sie ihre Ergebnisse in weiches Metall stempeln konnte, das später zur Herstellung einer Druckplatte verwendet werden konnte.

Die Differenzmaschine führte jedoch nur einen einzigen Vorgang aus. Der Bediener stellte alle Datenregister mit den Originaldaten ein, und dann wurde die einzige Operation wiederholt auf alle Register angewandt, was schließlich zu einer Lösung führte. Dennoch übertraf sie in ihrer Komplexität und Kühnheit jedes damals existierende Rechengerät.

Die vollständige Maschine, die auf Zimmergröße ausgelegt war, wurde nie gebaut, zumindest nicht von Babbage. Obwohl er sporadisch mehrere staatliche Zuschüsse erhielt – die Regierungen wechselten, die Mittel gingen oft aus, und er musste einen Teil der finanziellen Kosten selbst tragen -, arbeitete er an oder nahe den Toleranzen der damaligen Konstruktionsmethoden und stieß auf zahlreiche Konstruktionsschwierigkeiten. Die Konstruktion und der Bau wurden 1833 eingestellt, als Joseph Clement, der für den Bau der Maschine zuständige Maschinist, sich weigerte, die Arbeit fortzusetzen, wenn er nicht im Voraus bezahlt würde. (Der fertige Teil der Differenzmaschine ist in einer Dauerausstellung im Science Museum in London zu sehen.)