چارلز بابیج پدر علم کامپیوتر
چارلز بابیج که در لندن به دنیا آمد، در کالج ترینیتی کمبریج (Trinity College Cambridge) تحصیل کرد؛ البته او قبلا بسیاری از جوانب ریاضی را به صورت خودآموز، یاد گرفته بود.
در این زمان بود که اون برای اولین بار به فکر محاسبه مکانیکی جداول ریاضی افتاد. او در سال ۱۸۲۳ از حمایت دولت برای طراحی یک ماشین برنامه‌ریزی شده با نام Difference Engine با ظرفیت ۲۰ دسیمال برخوردار شد.
این ماشین مانند رایانه‌های مدرن می‌تواند داده‌ها را برای پردازش بعدی ذخیره کند. بابیج حین کار به عنوان پروفسور ریاضیات لوکاسی در دانشگاه کمبریج، توسعه تکنیک‌های مهندسی مکانیک را آغاز کرد. با این حال، اون هیچگاه نتوانست موتور خود را با اندازه کامل بسازد؛ زیرا تکنیک‌های فلزکاری آن دوران به اندازه کافی دقیق نبود و هزینه بسیار زیادی داشت.
چارلز بابیج علاوه بر ابداع مفاهیم اولیه رایانه، به توسعه سیستم پستی مدرن در انگلستان کمک کرد و اولین جداول اکچوئری قابل اعتماد را جمع‌آوری کرد. او یک سرعت سنج و همچنین، گاوگیر قطار را اختراع کرد تا موانع موجود در مسیر را کنار بزند.
زندگینامه چارلز بابیج
در دنیای فناوری، نام چارلز بابیج به عنوان یکی از پیشگامان علم محاسبات که پایه و اساس محاسبات مدرن را بنا نهاده بود، بسیار شناخته شده است. کمک‌های او در زمینه محاسبات، عنوان شایسته “پدر محاسبات” یا “پدر کامپیوتر” را برای او به ارمغان آورده بود.
ماشین‌های تفاضلی (Difference Engine) و تحلیلی (Analytical Engine) از اختراعات مهم او بودند که به واسطه آن‌ها توانست “مدال طلای انجمن سلطنتی نجوم” را به دست آورد.
او دوران کودکی سختی را به دلیل مرگ پدرش و چالش‌هایی که با آن‌ها روبه‌رو شده بود، سپری کرد. با این حال، بابیج، ریاضیدان مشهور که فردی خودآموخته بود و مدرک ریاضی خود را از دانشگاه کمبریج دریافت کرده بود، توانست چندین دستگاه محاسباتی مکانیکی اختراع کند.
اگر همچنان علاقه‌مند به خواندن بیوگرافی کامل از چارلز بابیج، سرگذشت و اختراعاتش هستید، ادامه این مقاله از زندگینامه چارلز را دنبال کنید.
چارلز بابیج کیست؟
چارلز بابیج متولد 26 دسامبر 1791 در لندن پایتخت انگلستان، نه تنها یک ریاضیدان و فیلسوف، بلکه مخترع و مهندس مکانیک نیز بود. او که از خانواده ثروتمند و پسر یک بانکدار بود، ریاضیات را در کمبریج ادامه داد و در نهایت عضو انجمن ریاضیات لوکاسین از انجمن‌های معروف علمی در جهان شد.
در این مرحله از زندگی، بابیج قبلاً ماشین‌های محاسبه‌گر زیادی را اختراع کرده بود که یکی از آن‌ها می‌توانست با استفاده از کارت‌های پانچ که توسط مهندس فرانسوی ژاک دووکانسون ساخته شده بود، محاسبات ریاضی انجام دهد.
از آن زمان به بعد، چارلز بابیج به ایده بهبود نحوه محاسبات علاقه‌مند شد. او تصور می‌کرد که تمام محاسبات را می‌توان به صورت مکانیکی توسط دستگاه‌هایی انجام داد؛ اما این دستگاه‌ها باید به گونه‌ای طراحی و مهندسی می‌شدند که در مقیاس کوچک نیز بتوانند امکان انجام محاسبات با سرعت و دقت بیشتری را برای افراد فراهم کنند.
ایده‌های چارلز بابیج به دلیل این که ریاضیدان بزرگی بود، او را به سمت توسعه برخی دستگاه‌های مکانیکی محاسبه‌گر ازجمله ماشین حساب، ماشین تفاضلی و ماشین تحلیلی سوق داد؛ اما این اختراعات به قدری از زمان خود جلوتر بودند که چارلز تا زمانی که زنده بود، نتوانست آن‌ها را بسازد.
در نهایت، ماشین‌های محاسباتی بابیج در اواخر قرن نوزدهم توسط پسرش ساخته شد و بسیاری از ایده‌هایی که چارلز از آن‌ها استفاده کرده بود در ماشین حساب‌های مکانیکی پیشرفته‌تر ازجمله ماشین حساب‌های آلمانی و آمریکایی پیاده‌سازی شدند.
این ایده‌ها همچنین، جرقه‌ای بودند تا در سال 1951 اولین کامپیوتر واقعی که می‌توانست محاسبات خودکار را با استفاده از یک مدار الکترونیکی انجام دهد و از دستورالعمل‌های ارائه شده توسط اعداد باینری پیروی کند، توسط جان آتاناسوف ساخته شود.
همان‌طور که تا اینجای مقاله متوجه شدید که چارلز بابیج کیست و چه اختراعاتی داشته است، در ادامه مطلب، سعی داریم زندگی چارلز را در سنین جوانی و تحصیل او بررسی کنیم.
پدر کامپیوتر کیست؟
چارلز بابیج پس از کانسپت و اختراع موتور تحلیلی (Analytical Engine) در سال ۱۸۳۷ به عنوان پدر کامپیوتر شناخته شد. موتور تحلیلی دارای ALU (واحد منطق حسابی) کنترل جریان اولیه و حافظه یکپارچه بود که به عنوان اولین کانسپت کامپیوتری همه منظوره مورد استقبال قرار گرفت.
متاسفانه به دلیل مسائل مالی، این کامپیوتر تا زمانی که چارلز بابیج زنده بود ساخته نشد.
با این حال، در سال ۱۹۱۰، هنری بابیج، کوچک‌ترین پسر چارلز بابیج، بخشی از دستگاه را تکمیل کرد که می‌توانست محاسبات اولیه را انجام دهد.
در سال ۱۹۹۱، موزه علوم لندن یک نسخه فعال از موتور تحلیلی شماره ۲ را تکمیل کرد. این اصلاحات بابیج که او در تولید موتور تحلیل توسعه داده بود را در خود داشت.
با اینکه بابیج در طول زندگی‌اش هرگز اختراع خود را تکمیل نکرد، ایده‌ها و مفاهیم رادیکالی او در مورد کامپیوتر او را به پدر محاسبات و کامپیوتر تبدیل کرده است.
دوران جوانی و تحصیل چارلز بابیج
اوایل زندگی چارلز بابیج با تراژدی و چالش‌های زیادی همراه بود. اگرچه، خانواده او بسیار ثروتمند بودند و بابیج در دوران نوزادی از زندگی راحتی برخوردار بود؛ اما چارلز و خانواده‌اش پس از مرگ پدرش در حالی که او تنها سه سال داشت با مشکلات مالی مواجه شدند و در فقر و گرفتاری فرو رفتند؛ در نتیجه، مجبور شدند از مشکلات به سختی عبور کنند.
با وجود این مشکلات، چارلز جوان، پتانسیل و عطش بسیار زیادی برای یادگیری دانش از خود نشان می‌داد. او تحصیلات خود را در مدرسه چارتر هاوس دنبال کرد؛ اما متأسفانه هیچ علاقه‌ای نسبت به ریاضیات و علوم به دلیل این که موضوعات خسته‌کننده‌ای بودند، نداشت و به زودی متوجه شد که آموزش‌های مدرسه به دلیل قوانین سختگیرانه‌ای که برای او دارد، مناسب نیست؛ بنابراین، او در خانه، بدون هیچ معلم و کمکی، شروع به یادگیری زبان‌های لاتین، فرانسوی و یونانی کرد.
او، در نهایت با پذیرفته شدن در دانشگاه کمبریج به تحصیل در رشته ریاضیات، علوم و ادبیات پرداخت. از آنجا بود که چارلز به مطالعه در مورد علم ریاضی برای انجام اختراعات علاقه‌مند شد.
دوران تحصیلی چارلز در کمبریج نیز بدون چالش نبود. او متوجه شد که عملاً دستورالعمل‌های ریاضی استانداردی وجود ندارد؛ در نتیجه، به دنبال کشف روش‌های نوآورانه و کارآمدتری برای محاسبات بود. این نارضایتی از سیستم آموزشی، زمینه‌ساز اختراعات آینده او شد.
در نهایت، چارلز بابیج در سن بیست و یک سالگی مادرش را از دست داد؛ این مسئله بر روی او بسیار تأثیر گذاشت و او را تنها کرد.
انجمن تحلیلی و دستاوردهای اولیه بابیج
چارلز بابیج در طول مدتی که در کمبریج تحصیل می‌کرد، به یکی از بنیان‌گذاران انجمن تحلیلی تبدیل شده بود. این انجمن شامل گروهی از افراد همفکر و مشتاق بود که به تکامل و توسعه مرزهای ریاضیات می‌پرداختند. چارلز در کنار اعضای دیگر این انجمن مانند جان هرشل و جورج طاووس، روی ترجمه و پیشبرد سخنرانی‌های ریاضیدان فرانسوی به نام سیلوستر لاکروا کار می‌کردند تا از این طریق بتوانند ریاضیدانان بریتانیایی را با سری‌های قدرت رسمی آشنا کنند.
در نهایت، مشارکت بابیج با انجمن تحلیلی، پایه و اساس مشارکت‌های آینده او در ریاضیات و محاسبات را ایجاد کرد.
چند سال بعد، در سال 1822، چارلز یک سخنرانی در مورد اختراعات تهیه و ارائه کرد؛ این سخنرانی نشان می‌داد که چگونه اختراعات با علم ریاضیات در ارتباط است.
سپس در همان سال، اولین نمونه ماشین‌های تفاضلی را ساخت که با اعداد منفی/ مثبت و فقط با جمع و تفریق (بدون ضرب یا تقسیم) سروکار داشتند. این اختراع نشان داد که چگونه ماشین‌ها می‌توانند راه‌حل‌هایی را برای مسائل پیچیده پیدا کنند که این مسئله در سال‌های بعد منجر به اختراع کامپیوتر نیز شد.
چارلز برای مدتی از اختراع دست کشید تا این که در سال 1832 اختراع بعدی خود را به نام “ماشین تحلیلی” ارائه کرد که اساساً یک نسخه بهبود یافته‌تر بود.
اما برای آشنایی بیشتر شما با اختراعات بابیج که شامل ماشین‌های تفاضلی و تحلیلی است، آن‌ها را در ادامه بررسی می‌کنیم.
1. ماشین تفاضلی: یک پیشرفت مکانیکی
یکی از مهم‌ترین اختراعات چارلز بابیج، ماشین تفاضلی (Difference Engine) بود که برای محاسبات پیچیده ریاضی فقط با استفاده از اعداد (به عنوان مثال بدون جبر) کار می‌کرد.
بابیج به دلیل نارضایتی که از ماهیت کار جداول ریاضی داشت، ایده دستگاه مکانیکی را ارائه داد که می‌توانست محاسبات پیچیده را به صورت خودکار انجام دهد.
چشم‌انداز بابیج این بود که ماشینی بسازد که بتواند جداول دقیقی برای ناوبری، نجوم و سایر زمینه‌های علمی تولید کند.
از این‌رو، چارلز بابیج برای تکمیل این اختراع، زمان زیادی صرف کرد؛ زیرا باید هر قسمت از کار را خودش طراحی می‌کرد. همین‌طور قبل از این که می‌خواست طراحی قسمت دیگری را شروع کند، اول مطمئن می‌شد که قسمت‌های قبلی به خوبی کار می‌کنند. او حتی قطعات خاصی را برای اختراعاتش مانند مواردی که در ساخت چرخ‌دنده، برش پیچ و سایر قطعات مکانیکی که برای این اختراع مناسب بودند، طراحی کرد.
اما این اختراع، آن‌قدر پیچیده بود که هیچ کس در آن زمان نمی‌توانست آن را به خوبی درک کند؛ بنابراین این اختراع به مرحله تولید نرسید و تجاری نشد.
با این حال، ماشین تفاضلی اولین اختراع چارلز، هنوز هم یکی از بهترین اختراعات تاریخ محسوب می‌شود. به همین دلیل است که چارلز بابیج را پدر اختراع می‌نامند؛ زیرا سخت‌کوشی و تلاش او بود که راه را برای توسعه فناوری مدرن هموار کرد.
امروزه می‌توان ماشین تفاضلی را نمونه اولیه کامپیوترهای امروزی در نظر گرفت؛ زیرا هر دو به شکلی مشابه به نظر می‌رسند و کار می‌کنند. به عنوان مثال، هر دو از الکتریسیته برای تأمین انرژی استفاده می‌کنند و به همین دلیل است که عملیات محاسباتی، سریع‌تر از همیشه انجام می‌شوند.
از طرف دیگر، هر قسمت در داخل کامپیوتر به گونه‌ای طراحی شده است که کاملاً با سایر قسمت‌ها مطابقت داشته باشد، درست همانند ماشین تفاضلی که وجود این ویژگی برای عملکرد صحیح این دستگاه‌ها اهمیت دارد.
علاوه بر این، هم ماشین تفاضلی و هم کامپیوتر برای حل عملیات ریاضی مختلف و کمک به افراد برای درک بهتر این عملیات از اعداد و محاسبات خودکار استفاده می‌کنند. به علاوه این که هر دوی این دستگاه‌ها برای انجام کارهایی که برای انسان بسیار طولانی یا پیچیده هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2. ماشین تحلیلی: چشم‌اندازی از آینده
در حالی که ماشین تفاضلی از دستاوردهای قابل توجه چارلز بابیج به حساب می‌آمد، کار اصلی او با طراحی ماشین تحلیلی (Analytical Engine) انجام شد که نسخه بسیار بهبود یافته‌تر از اولین اختراع او بود.
این اختراع نوآورانه، مقدمه‌ای برای تولید کامپیوترهای مدرن بود و ویژگی‌هایی مانند ذخیره‌سازی، پردازش و قابلیت برنامه‌ریزی را در خود جای داده بود.
این ماشین تحلیلی از ماشین بافندگی ژاکارد الهام گرفته شده بود؛ یک ماشین بافندگی که از کارت‌های پانچ برای کنترل الگوها استفاده می‌کرد. بابیج این مفهوم را برای ایجاد ماشینی به کار برد که می‌توانست دستورالعمل‌ها را از کارت‌های پانچ شده بخواند، محاسبات را انجام دهد و نتایج را ذخیره کند. طراحی او شامل ویژگی‌هایی مانند ضرب، تقسیم و ذخیره‌سازی و بازیابی خودکار بود.
به عبارت دیگر، ساختار ماشین تحلیلی، اساساً همان ساختاری بود که برای طراحی رایانه در عصر امروز مورد استفاده قرار می‌گیرد و به همین دلیل است که این ماشین، یکی از موفق‌ترین دستاوردهای چارلز به حساب می‌آید.
چالش‌های چالرز در مسیر اختراعات
چارلز بابیج، علیرغم ارائه ایده‌های نوآورانه، با چالش‌های متعددی برای پیاده‌سازی اختراعات خود مواجه بود. محدودیت‌های تکنولوژیکی آن زمان، همراه با موانع مالی و سیاسی، مانع از تحقق کامل اختراعاتش در زمان حیات او شد.
در نهایت، بابیج هیچ وقت نتوانست ساخت ماشین‌های تفاضلی و تحلیلی خود را به دلیل کمبود بودجه و مشکلات دیگر به اتمام برساند.
با این حال، اختراعات چارلز منجر به پیشرفت‌های آینده در علم محاسبات شد. ایده‌های او، الهام‌بخش نسل‌های جدید مخترعین و مهندسان شد و پایه و اساس بسیاری از اختراعات آن‌ها بر اساس مفاهیم به کار گرفته توسط چارلز شکل گرفت.
تأثیر بابیج در علم محاسبات
مشارکت‌های چارلز بابیج و تأثیری که او در علم محاسبات گذاشت را نمی‌توان نادیده گرفت. نوآوری‌های او مانند ماشین تفاضلی و ماشین تحلیلی، مفاهیم اساسی را به دنیا معرفی کرد که هنوز هم از آن مفاهیم در هسته کامپیوترهای مدرن استفاده می‌شود.
ایده‌های او همچنین در مورد اتوماسیون و قابلیت برنامه‌ریزی برای ایجاد روشی که ما را به محاسبات و پردازش داده‌ها نزدیک کند نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اقدامات چارلز همچنین تأثیر عمیقی بر پیشگامان آینده در علوم رایانه داشت. یکی از این افراد آلن تورینگ بود که اغلب از او به عنوان “پدر کامپیوترهای مدرن” یاد می‌شود. کار آلن تورینگ در مورد مفهوم ماشین محاسبات جهانی به شدت تحت تأثیر ایده‌ها و اختراعات چارلز قرار گرفته بود.
افتخارات چارلز بابیج
چارلز بابیج در طول زندگی خود به دلیل مشارکت‌های مؤثری که در علم محاسبات داشت، مورد تحسین و تمجیدهای بسیاری قرار گرفت. او در سال 1824 به دلیل اختراع یک ماشین محاسباتی توانست مدال طلای انجمن سلطنتی نجوم را دریافت کند. این مدال برای کسانی است که در حوزه‌های مرتبط با علوم یا ریاضی سخت کار کرده‌اند و توانسته‌اند یکی از بهترین‌ها در رشته خود شوند.
علیرغم تحقق ناقص اختراعات او، نبوغ و تأثیر بابیج در این زمینه برای پیشرفت‌های آینده به طور گسترده مورد تأیید قرار گرفته است.
زندگی شخصی و درگذشت چارلز
چارلز در سال 1827 با جورجیانا ویتمور ازدواج کرد. علیرغم موفقیت‌های خانواده و مخصوصاً پسر بزرگش، چارلز با مشکلات زیادی در زندگی روبرو بود. او در طول زندگی خود و همچنین در دوران کودکی به دلیل ظاهرش دائماً توسط افراد دیگر مورد آزار و اذیت قرار می‌گرفت (او سر بسیار کوچکی داشت که برای دیگران عادی به نظر نمی‌رسید).
سرانجام، بابیج در سال 1871 بر اثر کهولت سن درگذشت. یک سال پس درگذشت او، گروهی از مردم که چارلز را تحسین می‌کردند، صندوقی را برای او ایجاد کردند. هدف اصلی این صندوق، اهدای جوایز به کسانی بود که با کارهای علمی مشابه چارلز تلاش می‌کردند و به موفقیت می‌رسیدند.
جمع‌بندی
میراث چارلز بابیج به عنوان “پدر محاسبات” از طریق اختراعات او یعنی ماشین‌های تفاضلی و تحلیلی، تثبیت شده و دیدگاه و تفکر نوآورانه او، پایه و اساس کامپیوترهای مدرن و جدید را بنا نهاده است.
اگرچه بابیج در طول زندگی خود با چالش‌ها و مشکلات متعددی روبرو شد اما ایده‌ها و اختراعات او الهام‌بخش نسل‌های آینده شد.
امروزه، ما بیشتر پیشرفت‌های تکنولوژیکی خود را مدیون کارهای چارلز بابیج هستیم؛ یک ریاضیدان و فیلسوف که قادر بود آینده‌ای را متصور شود که توسط ماشین‌هایی با قابلیت محاسبات و اتوماسیون قدرت می‌گیرد و رشد می‌کند.
