Free Press

Differensmotorn

Charles Babbage var en engelsk matematiker och uppfinnare: han uppfann kofångaren, reformerade det brittiska postväsendet och var en pionjär inom operationsforskning och försäkringsvetenskap. Det var Babbage som först föreslog att man kunde läsa av de senaste årens väder från trädringar. Han hade också en livslång fascination för nycklar, chiffer och mekaniska dockor.

Som grundare av Royal Astronomical Society hade Babbage sett ett tydligt behov av att konstruera och bygga en mekanisk apparat som kunde automatisera långa, tråkiga astronomiska beräkningar. Han började med att 1822 skriva ett brev till Sir Humphry Davy, ordförande i Royal Society, om möjligheten att automatisera konstruktionen av matematiska tabeller – närmare bestämt logaritmtabeller som skulle användas vid navigering. Han skrev sedan en uppsats, ”On the Theoretical Principles of the Machinery for Calculating Tables”, som han läste upp för sällskapet senare samma år. (Den vann Royal Societys första guldmedalj 1823.) De tabeller som då användes innehöll ofta fel, vilket kunde vara en fråga om liv och död för sjömän till sjöss, och Babbage hävdade att han genom att automatisera framställningen av tabellerna kunde garantera deras noggrannhet. Efter att ha fått stöd i samhället för sin Difference Engine, som han kallade den, vände sig Babbage därefter till den brittiska regeringen för att finansiera utvecklingen och fick ett av världens första statsbidrag för forskning och teknisk utveckling.

Babbage närmade sig projektet på största allvar: han anlitade en mästarmaskinist, inrättade en brandsäker verkstad och byggde en dammtät miljö för att testa apparaten. Fram till dess hade beräkningar sällan utförts med mer än 6 siffror; Babbage planerade att rutinmässigt producera 20- eller 30-siffriga resultat. Difference Engine var en digital anordning: den arbetade med diskreta siffror snarare än jämna kvantiteter, och siffrorna var decimala (0-9), representerade av positioner på tandhjul, snarare än de binära siffror som Leibniz föredrog (men inte använde). När ett av de tandade hjulen vred sig från 9 till 0 fick det nästa hjul att gå fram en position och bära siffran precis som Leibniz’ Step Reckoner-kalkylator hade fungerat.

Differensmotorn var dock mer än en enkel kalkylator. Den mekaniserade inte bara en enda beräkning utan en hel serie beräkningar på ett antal variabler för att lösa ett komplext problem. Den gick långt utöver miniräknare även på andra sätt. Liksom moderna datorer hade Difference Engine lagringsutrymme – det vill säga en plats där data kunde lagras tillfälligt för senare bearbetning – och den var utformad för att stämpla sitt resultat i mjuk metall, som senare kunde användas för att tillverka en tryckplatta.

Däremot utförde Difference Engine endast en operation. Operatören skulle ställa in alla dess dataregister med de ursprungliga uppgifterna, och sedan skulle den enda operationen tillämpas upprepade gånger på alla register för att slutligen producera en lösning. Ändå överträffade den i fråga om komplexitet och djärvhet i sin utformning alla beräkningsapparater som då fanns.

Den fullständiga maskinen, som var utformad för att vara i rumsstorlek, byggdes aldrig, i alla fall inte av Babbage. Även om han sporadiskt fick flera statliga bidrag – regeringarna skiftade, finansieringen tog ofta slut och han var tvungen att personligen bära en del av de ekonomiska kostnaderna – arbetade han på eller nära toleranserna för den tidens konstruktionsmetoder, och han stötte på många konstruktionssvårigheter. All design och konstruktion upphörde 1833, när Joseph Clement, den maskinist som ansvarade för att faktiskt bygga maskinen, vägrade att fortsätta om han inte fick förskottsbetalning. (Den färdiga delen av Difference Engine finns på permanent utställning på Science Museum i London.)