Free Press

The Difference Engine

Charles Babbage był angielskim matematykiem i wynalazcą: wynalazł cowcatcher, zreformował brytyjski system pocztowy i był pionierem w dziedzinie badań operacyjnych i nauk aktuarialnych. To właśnie Babbage jako pierwszy zasugerował, że pogodę z minionych lat można odczytać z słojów drzew. Przez całe życie fascynowały go również klucze, szyfry i mechaniczne lalki.

Jako członek-założyciel Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego, Babbage widział wyraźną potrzebę zaprojektowania i zbudowania urządzenia mechanicznego, które mogłoby zautomatyzować długie, żmudne obliczenia astronomiczne. Zaczął od napisania w 1822 roku listu do Sir Humphry’ego Davy’ego, prezesa Royal Society, o możliwości zautomatyzowania konstruowania tablic matematycznych, a konkretnie tablic logarytmicznych wykorzystywanych w nawigacji. Następnie napisał pracę „On the Theoretical Principles of the Machinery for Calculating Tables” (O teoretycznych zasadach działania maszyn do obliczania tablic), którą odczytał na forum towarzystwa jeszcze w tym samym roku. (Zdobyła ona pierwszy Złoty Medal Royal Society w 1823 r.) Stosowane wówczas tablice często zawierały błędy, które dla marynarzy na morzu mogły być kwestią życia i śmierci, a Babbage dowodził, że automatyzując produkcję tablic, można zapewnić ich dokładność. Zdobywszy poparcie w społeczeństwie dla swojego silnika różnicowego, jak go nazwał, Babbage zwrócił się następnie do rządu brytyjskiego o sfinansowanie prac rozwojowych, uzyskując jeden z pierwszych na świecie grantów rządowych na badania i rozwój technologiczny.

Babbage podszedł do projektu bardzo poważnie: zatrudnił mistrza maszynowego, założył ognioodporny warsztat i zbudował pyłoszczelne środowisko do testowania urządzenia. Do tej pory rzadko wykonywano obliczenia na więcej niż 6 cyfr; Babbage planował rutynowo uzyskiwać wyniki 20- lub 30-cyfrowe. Silnik różnicowy był urządzeniem cyfrowym: operował na dyskretnych cyfrach, a nie na gładkich wielkościach, a cyfry były dziesiętne (0-9), reprezentowane przez pozycje na kołach zębatych, a nie binarne, które Leibniz preferował (ale nie używał). Gdy jedno z kół zębatych zmieniało pozycję z 9 na 0, powodowało to przesunięcie następnego koła o jedną pozycję, przenosząc cyfrę, tak jak działał kalkulator Step Reckoner Leibniza.

Silnik różnicowy był jednak czymś więcej niż zwykłym kalkulatorem. Zmechanizował on nie tylko pojedyncze obliczenia, ale całą serię obliczeń na wielu zmiennych w celu rozwiązania złożonego problemu. Wykraczał daleko poza kalkulatory także pod innymi względami. Podobnie jak współczesne komputery, silnik różnicowy posiadał pamięć masową, czyli miejsce, w którym dane mogły być tymczasowo przechowywane do późniejszego przetworzenia, i został zaprojektowany do wytłaczania danych wyjściowych w miękkim metalu, który mógł być później użyty do produkcji płyty drukarskiej.

Niemniej jednak, silnik różnicowy wykonywał tylko jedną operację. Operator ustawiał wszystkie rejestry danych z oryginalnymi danymi, a następnie pojedyncza operacja była wielokrotnie stosowana do wszystkich rejestrów, ostatecznie dając rozwiązanie. Mimo to, pod względem złożoności i śmiałości projektu, przewyższał on wszelkie istniejące wówczas urządzenia obliczeniowe.

Pełny silnik, zaprojektowany jako wielkości pokoju, nigdy nie został zbudowany, przynajmniej nie przez Babbage’a. Chociaż sporadycznie otrzymywał kilka grantów rządowych – rządy się zmieniały, fundusze często się kończyły, a on sam musiał osobiście ponosić część kosztów finansowych – pracował w granicach tolerancji ówczesnych metod konstrukcyjnych i napotkał liczne trudności konstrukcyjne. Wszystkie prace projektowe i konstrukcyjne zostały przerwane w 1833 roku, kiedy Joseph Clement, mechanik odpowiedzialny za faktyczną budowę maszyny, odmówił kontynuowania pracy bez otrzymania zapłaty z góry. (Ukończona część silnika różnicowego znajduje się na stałej wystawie w Muzeum Nauki w Londynie.)

.