32. Charles Babbage, 1791 – 1871; ontwerper op papier van de eerste computer

Charles Babbage, 1791 – 1871; ontwerper op papier van de eerste computer

charles-babbage-omstreeks-1850

Charles Babbage wordt algemeen gezien als degene die als eerste het concept van een ‘computer’ bedacht. In zijn ontwerp van zijn ‘Analytical Engine’ uit 1835 zien we de essentiële basisonderdelen terug van een computer. Zo omvatte zijn machine een invoergedeelte (de data en de programmaregels, welke werden ingevoerd met behulp van een soort ponskaarten), een centrale verwerkingseenheid (de ‘CPU’ in de huidige computerterminologie; ‘Mill’ in de terminologie van Babbage) en een opslagruimte voor gegevens en programma’s (de ‘Hard Disk’ zoals in die computers van vandaag de dag ook te vinden is; de ‘Store’ zoals Babbage dit in zijn ontwerp noemde). Ook had het apparaat een koppeling met een machine die als een soort printer fungeerde.

Babbage heeft tientallen jaren geprobeerd om een werkend exemplaar te bouwen. Hij slaagde daar echter niet in. Het werd simpelweg te groot (afgebouwd zou hij uit 25.000 delen hebben bestaan, 30 meter lang en tien meter breed zijn geweest en 15 ton hebben gewogen), maar zijn opzet was goed.

babbage-mill

Een deel van de “Mill” (de CPU) van de ‘Analytical Engine’ zoals deze te zien is in het Science Museum in Londen; Bij het overlijden van Babbage in 1871 had hij slechts een klein deel van de machine gebouwd, waaronder dit deel. (Foto John Cummings.)

Charles Babbage

Charles Babbage wordt op 26 december 1791 in Londen geboren. Hij is het oudste kind van Betsy en Benjamin Babbage, een rijke Engelse bankier. Hij heeft twee jongere broertjes, die allebei jong sterven en een zusje dat hem zal overleven. Als kind wordt de jonge Charles naar een dure privéschool gestuurd. Charles is een erg nieuwsgierig kind. Zo heeft hij de neiging om zijn speelgoed open te breken om te kijken hoe het in elkaar zit. Op een dag bezoekt hij met zijn moeder in Londen het automatenmuseum van Jan-Joseph Merlin. Hij is diep onder de indruk van alle automaten die hij er ziet. Later zal hij, na de dood van Merlin, op een veiling één van diens automaten – een danseres die op een rond draaiend platform danst – kopen. Hij zal het apparaat helemaal uit elkaar halen – dit om te kijken hoe het werkt  – en het daarna weer in elkaar zetten.

Als Charles acht jaar oud is, wordt hij ziek. Hij krijgt een hoge koortsaanval. Het is kantje boord maar hij overleeft het. Nadat de koorts is gezakt, sturen zijn ouders de danig verzwakte Charles naar het platteland om hem daar aan te laten sterken. De onderwijzers van de plaatselijke school krijgen de uitdrukkelijke instructie van zijn ouders om de hersens van de jonge Charles vooral niet te veel vermoeien. Dat zou maar slecht voor hem zijn. De onderwijzers volgen nauwgezet deze instructie op. Later zal Babbage zeggen dat deze “tijdelijke hersenluiheid” de reden was dat hij als volwassene vaak nog als een kind redeneerde, wat hem een onbevangen uitgangspositie geeft om problemen op te lossen.

Charles blijft nog een poos tobben met zijn gezondheid, maar als het weer beter met hem gaat, sturen zijn ouders hem opnieuw naar privéscholen toe. Zo belandt hij onder andere als adolescent op de Holmwood Academy in Enfield Town, vlakbij Londen. Hij is een slimme leerling. Vooral de wiskunde spreekt hem erg aan en de liefde hiervoor bloeit helemaal op als hij in de bibliotheek van de school allerlei boeken treft van beroemde wiskundigen. Charles verslindt ze. ALs hij in 1810 naar Cambridge vertrekt om daar te studeren, constateert hij tot zijn teleurstelling dat hij al meer van de wiskunde begrijpt dan veel van zijn docenten. Ze kunnen hem op dat gebied niets leren.

Met een aantal bevriende medestudenten, waaronder de later beroemde wetenschappers John Herschel – de zoon van William Herschel, de man die de planeet Uranus ontdekte – en George Peacock, richt hij in 1812 ‘The Analytical Society’ op. De vereniging houdt zich vooral bezig met allerlei wiskundige problemen. Charles doet op Cambridge ook aan sport. Zo schaakt hij, speelt hij tafeltennis en heeft een eigen roeiboot. De vrienden die hij voor tochtjes uitzoekt, worden vooral geselecteerd op hun spierkracht, want aan het roeien zelf heeft Charles een broertje dood. Hij geniet liever van de natuur tijdens de boottochtjes.

In 1814 studeerthij af. Hetzelfde jaar trouwt hij met Georgiana Whitmore, dit ondanks bezwaren van zijn vader. Deze heeft niks tegen zijn toekomstige schoondochter maar vindt dat Charles te jong is om te trouwen. Charles en Georgiana zullen acht kinderen krijgen, vijf daarvan sterven er jong. Ondanks de bezwaren van zijn vader tegen het huwelijk, blijft hij  Charles met een jaarlijkse bijdrage van 300 pond financieel steunen – een aanzienlijk bedrag in die tijd – waardoor Charles zich met de wetenschap bezig kan blijven houden.

In 1815 doceert hij astronomie aan de Royal Institution in Londen. Een jaar later wordt hij gekozen tot lid van de ‘Fellowship of the Royal Society of London’. In 1820 richt hij de Astronomical Society op. De eerste president van de Society is zijn studievriend William Herschel. De vereniging houdt zich onder andere bezig met het maken van overzichten waarop te zien is hoe de sterrenhemel er gedurende de loop van het jaar uit ziet. Deze overzichten zijn van belang voor de navigatie van schepen. De bestaande tabellen bevatten vaak fouten, iets waaraan Babbage zich behoorlijk kan ergeren.

Dat Babbage iemand is die van nauwkeurigheid houdt, blijkt ook wel uit een brief die hij zendt aan de dichter Alfred Tennyson. In diens gedicht ’Vision of Sin’ komt de regel: ‘Every moment dies a man, / every moment one is born’ voor. Babbage schrijft: “Als dit waar is, dan zou de wereldpopulatie niet groeien. In werkelijkheid ligt het geboortecijfer iets boven het sterftecijfer. Ik stel dan ook voor dat u in de volgende uitgave van uw gedicht de regel verandert in: ‘Every moment dies a man, every moment 1 1/16 is born’. Strikt formeel gezien omvat het werkelijk verhoudingsgetal meer cijfers achter de komma, maar deze kan ik niet allemaal kwijt in uw regel. Maar naar mijn mening is een getal van 1 1/16 voldoende nauwkeurig voor uw gedicht.’

In 1821 zijn Herschel en Babbage weer eens aan het mopperen over fouten in allerlei tabellen. Herschel merkt op dat ze eigenlijk een automaat zouden moeten hebben die tabellen foutloos kan uitrekenen. Met zijn kinderlijk enthousiasme roept Babbage uit: “Maar dan gaan we die toch bouwen!” Babbage gaat daadwerkelijk aan de slag. Een jaar later stuurt hij naar de Astronomical Society een voorstel voor een dergelijke machine met de titel:  “Note on the application of machinery to the computation of astronomical and mathematical tables.”

Het voorstel omvat een ontwerp voor een ‘Difference Engine’, een gigantisch grote rekenmachine die met behulp van differentiaal vergelijkingen allerlei lastige berekeningen zou kunnen maken, waaronder logaritmes en trigonometrische functies. Ook kan de automaat gebruikt worden om tabellen te maken met de posities van de sterren gedurende het jaar. Het ontwerp omvat ook een ‘printer’. De Astronomical Society besluit om er een budget van 1500 pond voor vrij te maken zodat Babbage zijn ontwerp kan gaan bouwen. En omdat de Engelse overheid grote behoeft heeft aan nauwkeurige sterrenhemel-tabellen voor de scheepvaart, besluit de overheid om het project mede te financieren. Zij stellen een budget van 1700 pond ter beschikking. Dat moet genoeg zijn om het ontwerp te bouwen, denkenze.

Het zal een eindeloos project worden. Alleen al om de machine te kunnen bouwen, moeten er eerst allerlei speciale instrumenten worden gemaakt. Veelal doet Babbage dit zelf. Hij is er samen met een assistent jarenlang mee bezig. Het budget vliegt door heen, maar de overheid besluit om het project te blijven financieren. Babbage stopt er ook eigen geld in, iets waar hij sinds 1827 in ruime mate over beschikt. In dat jaar is  namelijk zijn vader overleden en deze laat hem  ongeveer 100.000 pond na.

Het jaar 1827 is overigens een rampjaar voor Babbage. Niet alleen overlijdt dat jaar zijn vader maar ook zijn vrouw, een kind in het kraambed, en zijn op een na oudste zoon. De terneergeslagen Babbage onderbreekt op aanraden van zijn vriend Herschel maandenlang zijn werkzaamheden aan de Difference Engine en maakt een reis door België, Nederland, Duitsland, Frankrijk en Italië waar hij allerlei universiteiten en fabrieken bezoekt.

Na terugkomst gaat hij weer enthousiast aan het werk. Het is echter voor die tijd technisch gezien een te moeilijk en te complex project. Hij krijgt ook ruzie met zijn assistent die niet in een speciaal gebouwde  stofvrije kamer wil werken. Babbage slaagt er dan ook niet in om tot een werkende automaat te komen. In 1834 stopt de Britse overheid uiteindelijk met de financiering. Op dat moment hebben ze er in totaal al 17.000 pond in geïnvesteerd – tien keer zo veel als oorspronkelijk de bedoeling was; kosten-overschrijding bij overheidsprojecten is nu eenmaal van alle tijden. Een in 1847 door hem bedachte, maar eveneens nooit voltooide verbeterde tweede kleinere versie van de automaat – ‘de Difference Engine No 2‘ – wordt in 1991 door het Britse Science Museum in Londen nagebouwd op basis van de originele plannen van Babbage. Zowel de machine als de printer blijken te werken.

babbage-onderdeelEen bouwtekening van een onderdeel van de Difference Engine 1

babbage-diff-engine

De Difference Engine 2, zoals deze te zien is in het London Museum of Science. Deze bestaat uit 4000 onderdelen. De machine weegt 2600 kg De Difference Engine 1 zou twee keer zo groot geweest zijn bij voltooiing (Foto Allan J. Cronin)

Dat de overheid in 1834 met de Difference Engine stopt, is iets waar Babbage niet erg lang mee zit. Hij heeft namelijk dat jaar het idee gekregen voor een nog veel mooiere machine: de ‘Analytical Engine’. Dat is niet alleen een automaat waar je net zoals met de Difference Engine allerlei berekeningen mee kan maken, maar het is ook een apparaat dat nog veel meer kan. Met de kennis van nu zouden we het apparaat kunnen betitelen als de eerste programmeerbare computer ter wereld.

babbage-1833

Charles Babbage zoals hij in 1833 afgebeeld staat in het blad Mechanics Magazine; editie 1 mei 1833

Het ontwerp omvat alle essentiële kenmerken van een moderne computer, zoals een invoergedeelte voor het programma en de gegevens – dit geschiedt met ponskaarten; deze zijn overigens niet door Babbage bedacht maar zijn al eerder uitgevonden. Ze worden in de textielindustrie gebruikt om weefmachines patronen te laten weven.

Wel nieuw in het ontwerp is het idee van een centrale verwerkingseenheid (de ‘CPU’ in de huidige computerterminologie; ‘Mill’ in de terminologie van Babbage) en een opslagruimte voor gegevens en programma’s (de Hard Disk zoals in die computers van vandaag de dag te vinden is; de ‘Store” zoals Babbage dit in zijn ontwerp noemde.) Zijn “store” heeft de capaciteit om 1000 getallen van elk 40 tekens groot op te slaan. Dat komt ongeveer overeen met een harde schijf van 16 kb. (Ter vergelijking: de harde schijf van IBM’s eerste computer uit 1956 had een harde schijf van 5 mb.)

babbage-ponskaarten-karoly-lorentey-flickr

Ponskaarten zoals die bestemd waren voor de ‘Analytical Engine’. De kleinere kaarten op de voorgrond zijn ‘Operational Cards’ die de uit te voeren wiskundige bewerkingen aangeven zoals vermenigvuldigen, delen, optellen of aftrekken. De grotere kaarten op de achtergrond zijn ‘Variable Cards’, waarmee data kan worden ingevoerd en waarmee kan worden aangegeven waar op de “harde schijf’ de uitkomsten van de berekeningen moesten worden opgeslagen (foto Karoly Lorentey; Flickr / Wikipedia) Naast deze twee type ponskaarten kan de machine nog een derde type ponskaarten lezen waarmee formules konden worden ingevoerd.

De machine kan veel meer dan alleen het maken van berekeningen. Eén van de nieuwigheden die Babbage heeft bedacht is dat de machine, indien hij daartoe geïnstrueerd wordt, uitkomsten kan gebruiken als input voor nieuwe berekeningen. “Eating its own tail” noemt Babbage dit. Daardoor zou de machine bijvoorbeeld ook grafieken kunnen maken.

Een van degenen die Babbage helpt met het bedenken van programma’s voor zijn Analytical Engine is Ada Lovelace (zie haar portret elders op deze site). Dankzij haar ontwerp voor een programma om met behulp van de Analytical Engine van Babbage Bernouille-getallen te berekenen, zal zij de geschiedenis in gaan als werelds eerste programmeur.

Ada Lovelace

Ada Lovelace, ‘s werelds eerste computerprogrammeur op 20-jarige leeftijd; schilderij van Margaret Sarah Carpenter uit 1836

Charles Babbage geldt vandaag de dag dankzij zijn ontwerp voor de Analytical Engine als de ontwerper van de eerste computer ter wereld. Maar helaas net zoals bij de Difference Engine geldt ook voor zijn Analytic Engine dat hij met het ontwerp zijn tijd te ver voor uit is. Ook deze machine is met de toen voor handen zijnde techniek te groot en te complex om te bouwen. De ‘store’ alleen al zou meer dan acht meter lang zijn en uit duizenden onderdelen bestaan.

In totaal tekent Babbage meer dan 8500 bouwtekeningen voor zijn machine. Hij krijgt de bouw echter niet gefinancierd. Na de mislukking met de Difference Engine wilde overheid geen geld meer in de bouwsels van Babbage stoppen. Babbage stopt er daarom vooral eigen geld in. Hij zal er tot aan zijn dood in 1871 aan blijven werken, maar veel verder dan het bouwen van een klein aantal onderdelen, zoals een deel van de mill komt hij niet.

32 babage tekening 2

Addition No. 4. Carriage No 6. Elevation and plan. tekening d.d. 27 nov 1834: Science Museum; Part of Arvice: The Babbage Papers

Een van de redenen dat Babbage er niet in slaagt om het apparaat af te bouwen is  dat hij tussendoor ook vaak bezig is met allerlei andere wetenschappelijke zaken en uitvindingen. Zo staat hij ook te boek als de bedenker van de ‘Cow Catcher’, het metalen frame dat je vaak aan de voorkant van een locomotief ziet hangen en waarmee obstakels van de rails kunnen worden geschoven.

Ook verschijen er meer dan 60 publicaties van zijn hand, onder andere over astronomie, cryptologie en filosofie. Zijn boek met logaritmetabellen voor de natuurlijke getallen 1 tot en met 108.000 wordt zelfs een internationale bestseller. Het verschijnt in meer dan 20 talen (dat vertalen is overigens niet zo’n probleem; het zijn vooral eindeloze pagina’s met getallen; alleen de kopregels moeten vertaald worden.) Daarnaast is Babbage van 1828 tot 1839 hoogleraar Wiskunde in Cambridge.

Wie nu denkt dat Babbage altijd met zijn hoofd in de boeken en cijfers zit, heeft het mis. In 1832 doet hij een vergeefse poging om gekozen te worden in het parlement. Daarnaast is Babbage een graag geziene gast op de soirees van de betere kringen, waar hij vaak zijn gehoor vermaakt met allerlei boeiende verhalen. “Charles Babbage komt ook” is een kreet waarmee menig gastheer c.q. gastvrouw extra bezoek genereert.

babbage-1860

Charles Babbage omstreeks 1860.

Na zijn dood raakt zijn ontwerp voor de Analytical Engine in de vergetelheid. Pas honderd jaar nadat Charles Babbage het concept voor een computer had bedacht, wordt de computer als het ware opnieuw uitgevonden.

In 1991 wordt hij door de Britse posterijen geëerd met een postzegel.

32 babage portzegel

  • Naar het vorige rapport: nr. 26 Joseph-Marie Jacquard, 1752 – 1834; uitvinder van het programmeerbare weefgetouw, bedacht de eerste ponskaart. (Rapport is nog niet geschreven).

Naar het volgende rapport  nr. 28 Ada Lovelace, 1815 – 1851;  wereld’s eerste software-programmeur.

 

 

My WordPress Blog