Ο Τσαρλς Μπάμπατζ (26 Δεκεμβρίου 1791 – 18 Οκτωβρίου 1871) ήταν Βρετανός μαθηματικός, φιλόσοφος, εφευρέτης και μηχανικός ο οποίος επινόησε τον προγραμματίσιμο υπολογιστή. Θεωρείται ο «πατέρας του υπολογιστή».
Του αποδίδεται η εφεύρεση του πρώτου μηχανικού υπολογιστή, ο οποίος σταδιακά οδήγησε σε πιο προχωρημένο σχεδιασμό. Τμήματα των μη ολοκληρωμένων μηχανών του εκτίθενται στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου.
Η μεγάλη δόξα, αλλά και η απογοήτευσή του ήταν ότι ανακάλυψε τις βασικές αρχές του σύγχρονου υπολογιστή ένα αιώνα πριν την ύπαρξη της τεχνολογίας που θα επέτρεπε την κατασκευή του. Δικαίως λοιπόν θεωρείται ο “πατέρας” των υπολογιστών.
Ο άνθρωπος που βοήθησε στο να παραμείνει γνωστό το έργο του Μπάμπατζ και πιο συγκεκριμένα η Αναλυτική Μηχανή ήταν η ʼντα, Κόμισσα του Λόβλις, η οποία θεωρείται ως η πρώτη προγραμματίστρια υπολογιστών.
To 1991 κατασκευάστηκε μια πλήρως λειτουργική διαφορική μηχανή από τα αρχικά σχέδια του Μπάμπατζ, με μεθόδους κατασκευής που αντιστοιχούσαν στον 19ο αιώνα. Η επιτυχής κατασκευή της μηχανής έδειξε ότι η μηχανή θα μπορούσε να λειτουργήσει. Εννέα χρόνια αργότερα το Μουσείο Επιστημών ολοκλήρωσε τον εκτυπωτή που ο Μπάμπατζ είχε σχεδιάσει για την διαφορική μηχανή, μια εξαιρετικά πολύπλοκη συσκευή για τον 19ο αιώνα.
Ο Τσαρλς Μπάμπατζ πέθανε σε ηλικία 79 ετών, στις 18 Οκτωβρίου 1871, και τάφηκε στο κοιμητήριο Κένσαλ Γκριν του Λονδίνου. Σύμφωνα με τον Χόρσλεϊ, ο Μπάμπατζ πέθανε από «νεφρική ανεπάρκεια, συνέπεια της κυστίτιδας».
Ο μισός από τον εγκέφαλο του Μπάμπατζ διατηρείται στο Μουσείο Χαντέριαν του Βασιλικού Κολλεγίου Χειρουργικοής, στο Λονδίνο. Ο υπόλοιπος μισός εκτίθεται στο Μουσείο Επιστημών στο Λονδίνο.
Σχεδιασμός υπολογιστών
Το 1812 καθόταν στα δωμάτιά του στην Κοινωνία των Αναλυτικών κοιτώντας έναν πίνακα λογαρίθμων, γνωρίζοντας ότι είναι γεμάτος από λάθη, όταν του ήλθε η ιδέα του υπολογισμού όλων των συναρτήσεων του πίνακα με μια μηχανή. Η Γαλλική κυβέρνηση είχε δημιουργήσει αρκετούς πίνακες με μια νέα μέθοδο. Τρεις ή τέσσερις από τους μαθηματικούς τους αποφάσισαν πώς να υπολογίζουν τους πίνακες, μισή ντουζίνα ακόμα διαίρεσαν τη διαδικασία σε απλά βήματα, και η εργασία καθαυτή, η οποία αποτελούνταν μόνο από πρόσθεση και αφαίρεση, γινόταν από ογδόντα υπολογιστές, οι οποίοι γνώριζαν μόνο εκείνες τις δύο αριθμητικές διαδικασίες. Εδώ, για πρώτη φορά, εφαρμόστηκε η μαζική παραγωγή στην αριθμητική, και η ιδέα ότι οι κόποι των απαίδευτων υπολογιστών μπορούσαν να αντικατασταθούν από πιο γρήγορες και πιο αξιόπιστες μηχανές συνάρπασε τον Μπάμπατζ.
— B. V. Bowden, Faster than thought, Pitman
Στο πιο πάνω απόσπασμα, ως «υπολογιστές» ο Μπόουντεν αναφέρει τους ανθρώπους που έκαναν απλά τους μαθηματικούς υπολογισμούς.
Οι μηχανές του Μπάμπατζ συγκαταλέγονται ανάμεσα στους πρώτους μηχανικούς υπολογιστές, παρότι δεν ολοκληρώθηκαν ποτέ, κυρίως λόγω έλλειψης χρηματοδότησης και προσωπικών προβλημάτων. Ο Μπάμπατζ διεύθυνε την κατασκευή μερικών ατμοκίνητων μηχανών, οι οποίες γνώρισαν κάποια επιτυχία, και έδειχναν ότι οι υπολογισμοί μπορούσαν να μηχανοποιηθούν. Παρότι οι μηχανές εκείνες ήταν δυσκίνητες, η βασική τους αρχιτεκτονική είναι πολύ παρόμοια με τους μοντέρνους υπολογιστές.
Τα δεδομένα και η μνήμη για το πρόγραμμα ήταν ξεχωριστά, η λειτουργία γινόταν βάσει οδηγιών, η μονάδα ελέγχου μπορούσε να μεταβαίνει σε διαφορετικά σημεία της επεξεργασίας βάσει συνθηκών, και ακόμα η μηχανή είχε ξεχωριστή μονάδα εισόδου/εξόδου. Για περισσότερα από δέκα χρόνια λάμβανε κρατική χρηματοδότηση των έργων του, η οποία συνολικά έφτασε τις £17.000, αλλά σταδιακά τα κρατικά ταμεία έχασαν την εμπιστοσύνη τους στον Μπάμπατζ.
Η διαφορική μηχανή
Την εποχή του Μπάμπατζ, οι αριθμητικοί πίνακες υπολογίζονταν από ανθρώπους, που ονομάζονταν «υπολογιστές», δηλαδή «εκείνοι που υπολογίζουν», με τον ίδιο τρόπο που ένας διευθυντής είναι «εκείνος που διευθύνει». Στο Κέιμπριτζ, είδε τον μεγάλο ρυθμό σφαλμάτων αυτής της ανθρωποκεντρικής διαδικασίας και εκεί άρχισε το έργο της ζωής του, την προσπάθεια μηχανικού υπολογισμού των πινάκων. Άρχισε το 1822 με αυτό που θα ονόμαζε διαφορική μηχανή, η οποία υπολόγιζε τις τιμές πολυωνιμικών συναρτήσεων. Σε αντίθεση με παρόμοιες προσπάθειες της εποχής, η διαφορική μηχανή του Μπάμπατζ ήταν σχεδιασμένη να υπολογίζει μια σειρά από τιμές αυτόματα. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών, ήταν δυνατή η αποφυγή πολλαπλασιασμών και διαιρέσεων.
Στις αρχές της δεκατίας του 1820, ο Μπάμπατζ δούλευε πάνω σε ένα πρωτότυπο της πρώτης διαφορικής του μηχανής. Μερικά μέρη αυτού του πρωτότυπου υπάρχουν ακόμα στο Μουσείο Ιστορίας της Επιστήμης στην Οξφόρδη.[37] Αυτό το πρωτότυπο εξελίχθηκε στην πρώτη διαφορική μηχανή. Παρέμεινε ατελές, και το μέρος του που συμπληρώθηκε βρίσκεται στο Μουσείο Επιστημών στο Λονδίνο. Αυτή η πρώτη διαφορική μηχανή θα αποτελούνταν από περίπου 25.000 κομμάτια, τα οποία θα ζύγιζαν 13.600 κιλά, και θα είχαν περίπου 2.4 μέτρα ύψος. Παρότι ο Μπάμπατζ πήρε αρκετή χρηματοδότηση για το έργο, δεν το συμπλήρωσε ποτέ. Αργότερα σχεδίασε μια βελτιωμένη έκδοση, την «Δεύτερη διαφορική μηχανή», η οποία δεν κατασκευάστηκε παρά μόνο το 1989–91, χρησιμοποιώντας τις σχέδια του Μπάμπατζ, και τρόπους κατασκευής του 19ου αιώνα. Η μηχανή έκανε τον πρώτο της υπολογισμό στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου, επιστρέφοντας αποτελέσματα για 31 ψηφία, μακράν περισσότερα από τις συνηθισμένες σύγχρονες υπολογιστικές αριθμομηχανές.
Συμπληρωμένα μοντέλα
Το Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου κατασκεύασε δύο Διαφορικές Μηχανές, σύμφωνες με τα σχέδια του Μπάμπατζ για την Δεύτερη διαφορική μηχανή του. Η μία ανήκει στο ίδιο το μουσείο. Η άλλη ανήκει στον πολυεκατομμυριούχο Νέιθαν Μίρβολντ, και εκτίθεται στο Μουσείο Ιστορίας των Υπολογιστών, στο Mountain View της Καλιφόρνια, από τις 10 Μαΐου 2008. Τα δύο μοντέλα τα οποία έχουν κατασκευαστεί, δεν θεωρούνται ρέπλικες, γιατί μέχρι την κατασκευή τους από το Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου, δεν υπήρχαν άλλα μοντέλα.
Η αναλυτική μηχανή
Μετά που η κατασκευή της διαφορικής μηχανής ματαιώθηκε, ο Μπάμπατζ άρχισε να σχεδιάζει μια διαφορετική, πιο πολύπλοκη μηχανή, την οποία ονόμασε Αναλυτική μηχανή. Η μηχανή δεν είναι ένα μοναδικό φυσικό αντικείμενο, αλλά μια διαδοχή από σχέδια, τα οποία συνέχισε να τροποποιεί μέχρι τον θάνατο του, το 1871. Η βασική διαφορά ανάμεσα στις δύο μηχανές είναι ότι η Αναλυτική μηχανή μπορούσε να προγραμματιστεί χρησιμοποιώντας Διάτρητες κάρτες.
Ο Μπάμπατζ συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να αποθηκεύσει προγράμματα σε αυτές τις κάρτες, ώστε ο χρήστης χρειαζόταν μόνο να δημιουργήσει το πρόγραμμα μια φορά, και μετά εισάγωντας την κάρτα θα μπορούσε να το τρέξει ξανά. Η αναλυτική μηχανή θα χρησιμοποιούσε βρόχους από τις διάτρητες κάρτες του Τζάκαρντ για να ελέγχει έναν μηχανικό υπολογιστή, ο οποίος θα σχημάτιζε τα αποτελέσματα βάσει των αποτελεσμάτων των προηγούμενων υπολογισμών. Αυτή η μηχανή προοριζόταν να έχει αρκετά από τα χαρακτηριστικά τα οποία σήμερα χρησιμοποιούνται στους σύγχρονους υπολογιστές, όπως ο έλεγχος κατά ακολουθίες (sequential control), η διακλάδωση (branching) και οι βρόχοι (looping), και θα ήταν η πρώτη μηχανή η οποία θα ήταν πλήρης κατά τον έλεγχο του Τούρινγκ.
Η Άντα Λάβλεϊς, μια μαθηματικός, και από τους λίγους ανθρώπους που κατάλαβαν πλήρως τις ιδέες του Μπάμπατζ, δημιούργησε ένα πρόγραμμα για την Αναλυτική μηχανή. Αν είχε ποτέ κατασκευαστεί η Αναλυτική μηχανή, το πρόγραμμά της θα μπορούσε να υπολογίσει μια ακολουθία από αριθμούς της κατανομής Μπερνούλλι. Βάσει αυτής της εργασίας, η Λάβλεϊς σήμερα θεωρείται ο πρώτος άνθρωπος στο κόσμο που ασχολήθηκε με προγραμματισμό υπολογιστών. Το 1979, μια σύγχρονη γλώσσα προγραμματισμού ονομάστηκε Ada προς τιμήν της.
Σύγχρονες εφαρμογές
Παρότι ο άβακας και οι μηχανικές υπολογιστικές μηχανές έχουν αντικατασταθεί με ηλεκτρονικές μηχανές οι οποίες χρησιμοποιούν μικροτσίπ, υπάρχουν πρόσφατες εξελίξεις στα μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα και στην νανοτεχνολογία τα οποία έχουν οδηγήσει σε πειράματα υψηλής τεχνολογίας στην μηχανική υπολογιστική. Τα προτεινόμενα πλεονεκτήματα συμπεριλαμβάνουν τη λειτουργία σε καταστάσεις έντονης ακτινοβολίας ή ψηλής θερμοκρασίας.
Αυτές οι σύγχρονες εκδοχές μηχανικού υπολογισμού αναφέρονται και στο περιοδικό The Economist στο ειδικό ένθετο που κυκλοφόρησε για το τέλος της προηγούμενης χιλιετίας, στο άρθρο με τίτλο «Babbage’s Last Laugh».