Charles Babbage geldt als degene die als eerste het concept van een moderne ‘computer’ heeft bedacht. In zijn ontwerp van zijn ‘Analytical Engine’ uit 1837 zien we alle essentiële basisonderdelen van een moderne computer terug. Zo omvat zijn machine een invoergedeelte (de data en de programmaregels, welke worden ingevoerd met behulp van 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 noemt). Ook heeft het apparaat een koppeling met een machine die als een soort printer fungeert.

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 gedeelte van de machine gebouwd, waaronder dit deel. (Foto John Cummings.)

De machine van Babbage is Turing-volledig. Dit houdt in dat elke mogelijke berekening of gegevensbewerking die theoretisch geprogrammeerd kan worden, ook daadwerkelijk in het systeem te programmeren is. Deze (een beetje lastig te begrijpen) definitie is in de jaren dertig van de vorige eeuw bedacht door de Engelse wiskundige en computerpionier Alan Turing – vooral bekend van zijn betrokkenheid bij het kraken van de Enigma (het coderingssysteem dat de Duitsers in de Tweede Wereldoorlog gebruikten) – om aan te geven of we een bepaald apparaat als een ‘echte computer’ kunnen beschouwen of niet. Een echte computer moet programmeerbaar zijn voor alle mogelijke berekeningen.

Babbage heeft tientallen jaren geprobeerd om een werkend exemplaar te fabriceren. Hij slaagt daar echter niet in. Zijn ontwerp is te complex – afgebouwd zou hij uit 25.000 onderdelen hebben bestaan, 30 meter lang en tien meter breed zijn geweest, en 15 ton hebben gewogen – maar zijn basisopzet is goed.

Wie is Charles Babbage?

Charles Babbage, foto genomen ergens tussen 1847 en 1851; collectie National Portrait Gallery

 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 hoge koortsaanvallen. 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 vermoeien. Dat zou maar slecht voor hem zijn. De leerkrachten volgen nauwgezet deze instructie op. Later zal Babbage zeggen dat deze “tijdelijke hersenluiheid” er voor zorgt dat hij als volwassene vaak nog als een kind redeneert, 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 weer 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 aantreft 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 meer 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; zoon John zou later een aantal manen van Uranus ontdekken – 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 hij 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 studeert hij 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. Ondanks zijn bezwaren tegen het huwelijk, blijft hij Charles wel 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. (Charles en Georgiana zullen acht kinderen krijgen, vijf daarvan sterven er op jonge leeftijd.)

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 – tegenwoordig de Royal Astronomical Society geheten. De eerste president van de Society is zijn studievriend John 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.’

Portret van Charles Babbage uit 1820; schilder onbekend; collectie National Trust; 

In 1821 zijn Herschel en Babbage weer eens aan het mopperen over fouten in de sterrentabellen. Herschel merkt op dat ze eigenlijk een automaat zouden moeten hebben die de 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 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 kan maken, waaronder logaritmes en trigonometrische functies. Ook kan de automaat gebruikt worden om tabellen te maken die de posities van de sterren aangeven gedurende de loop van het jaar. Het ontwerp omvat ook een koppeling met 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. De totale 3200 pond moet genoeg zijn om het ontwerp te bouwen, denken ze.

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 geld vliegt er door heen. De overheid besluit telkens om de financiering van het project te verlengen. Babbage stopt er ook eigen geld in, iets waar hij sinds 1827 in ruime mate over beschikt. In dat jaar overlijdt namelijk zijn vader. Deze laat hem een bedrag na van ongeveer 100.000 pond.

Het jaar 1827 is een rampjaar voor Babbage. Niet alleen overlijdt dat jaar zijn vader maar ook zijn vrouw, een kind in het kraambed, en ook nog eens 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 lange reis door België, Nederland, Duitsland, Frankrijk en Italië waar hij allerlei universiteiten en fabrieken bezoekt. Tijdens deze reis laat hij zich ook in de krater van de Vesuvius zakken om de gesmolten lava te kunnen bestuderen.

Na terugkomst gaat hij weer 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 door Babbage ontworpen stofvrije kamer wil werken. Babbage slaagt er 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; kostenoverschrijding bij overheidsprojecten is nu eenmaal iets van alle tijden.

Een in 1847 door hem bedachte, maar eveneens nooit voltooide verbeterde (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.

Een bouwtekening van een onderdeel van de Difference Engine 1

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

Dat de overheid in 1834 met de Difference Engine stopt, is niet iets waar Babbage 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. In 1837 publiceert hij er voor het eerst over.

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.)

Ponskaarten zoals die bestemd zijn 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 moeten worden opgeslagen (foto Karoly Lorentey; Flickr) Naast deze twee type ponskaarten kan de machine nog een derde type ponskaarten lezen waarmee formules kunnen 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 kan de machine bijvoorbeeld ook grafieken maken.

(Een van degenen die Babbage helpt met het bedenken van programma’s voor zijn Analytical Engine is Ada Lovelace, dochter van Lord Byron, de bekende Engelse dichter. Dankzij haar ontwerp voor een programma om de Analytical Engine zogenaamde Bernouille-getallen te laten berekenen, zal zij de geschiedenis in gaan als werelds eerste computerprogrammeur. Voor meer over haar, zie het volgende verhaal.)

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 Analytical Engine dat hij met het ontwerp zijn tijd te ver voor uit is. Ook deze machine is met de op dat moment voorhanden zijnde techniek 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 wil de 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.

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 tal van andere wetenschappelijke zaken en uitvindingen. Zo staat hij ook te boek als de bedenker van de ‘Cowcatcher’, het metalen frame dat je vaak aan de voorkant van een locomotief ziet hangen en waarmee obstakels van de rails kunnen worden geschoven.

Een voorbeeld van een cowcather voor een locomotief uit 1893; foto Library of Congress

Ook schrijft hij veel. Er verschijnen meer dan zestig 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.)

Hij houdt zich daarnaast ook bezig met tal van andere zaken zoals de signalering van vuurtorens, en de navigatie en voortstuwing van onderwatervoertuigen. Ook oppert hij het idee voor een soort ‘black box-recorder’ voor treinen om de omstandigheden voorafgaand aan een treinramp te kunnen reconstrueren. Ook de natuur heeft zijn aandacht, Zo stelt hij een theorie op die de vorming van gletsjers verklaart en schrijft hij dat de breedte van de jaarringen van een boom wordt beïnvloed door het weer en dat je daarmee conclusies kan trekken over het klimaat van vroeger. Daarnaast is Babbage van 1828 tot 1839 hoogleraar Wiskunde in Cambridge.

Wie nu denkt dat Babbage altijd met zijn hoofd in de wetenschappelijk 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. Hij had dan ook een druk sociaal leven. In 1864 beschrijft Babbage in zijn autobiografie ‘Passages from the Life of a Philosopher’ één van zijn werkdagen als volgt:

“Na tien of elf uur gewerkt te hebben, zoals ik elke dag voortdurend deed, […] was ik bezig met het herzien van de ruwe schetsen van het nieuwe apparaat toen mijn bediende de tekenkamer binnenkwam en aankondigde dat het zeven uur was, dat ik in Park Lane dineerde, en dat het tijd was om me aan te kleden. Meestal arriveerde ik ongeveer een kwartier voor de afgesproken tijd bij het huis van mijn vriend, zodat we een kort gesprek konden hebben over onderwerpen waar we allebei veel belangstelling voor hadden. Toen ik vertelde over mijn recente succes met de machine, waarbij mijn gastheer grondig met mij meeleefde, merkte ik op dat het een opwinding had voortgebracht die zelfs zijn uitstekende champagne niet kon evenaren. Na genoten te hebben van het gezelschap van Hallam, van Rogers en van enkele anderen van die heerlijke kring […] mengde ik mij vervolgens in één of misschien twee wat grotere gezelschappen. Toen ik aldus de wetenschap was vergeten en vier of vijf uur lang van de maatschappij had genoten, keerde ik naar huis terug. Omstreeks één uur ging ik naar bed, en sliep ik de volgende vijf uur.”

Charles Babbage omstreeks 1860.

Hij ging ook bij veel mensen op bezoek die zijn interesse trokken. Toen bijvoorbeeld Eugène François Vidocq, de bekende Franse ex-meesterdief – en later een beroemd detective bij de Sûreté (de Franse politie) – een keer in Londen was, zocht Babbage hem op om met hem te praten over het openbreken van sloten.

In zijn biografie schrijft Babbage later over deze ontmoeting: “Enkele jaren geleden bracht de gevierde dievenvanger Vidocq een kort bezoek aan Londen. Ik had een langdurig interview met deze beroemdheid, die me gedienstig veel informatie doorgaf, die, hoewel zeer interessant, niet van aard was om persoonlijk nuttig voor mij te worden.

 Hij bezat een zeer opmerkelijke kracht, die hij zo goed was om aan mij te tonen. Het bestond uit het veranderen van zijn lengte tot ongeveer anderhalve centimeter minder dan zijn normale lengte. Hij gooide een mantel over zijn schouders, waarna hij door de kamer liep. De mantel raakte nergens de vloer maar hing ongeveer anderhalve centimeter boven de grond. Hij veranderde toen zijn lengte en maakte dezelfde wandeling. De mantel raakte toen wel de grond. Hij stond stil en veranderde zijn lengte weer, afwisselend, meerdere keren.

 Ik vroeg of de veranderde lengte, als hij deze enkele uren aanhield, vermoeidheid veroorzaakte. Hij antwoordde dat dat niet zo was en dat hij het vaak een hele dag had gebruikt zonder extra vermoeidheid. Hij merkte op dat hij dit geschenk erg nuttig had gevonden als vermomming. Ik vroeg of een arts hem had onderzocht; maar het leek erop dat er geen bevredigende verklaring voor was gevonden.

 Ik begon nu met een favoriet onderwerp van mezelf – de kunst van het sloten openbreken – maar tot mijn grote teleurstelling vond ik hem helemaal niet sterk in deze kwestie. Ik heb er zelf wat aandacht aan geschonken en een ‘paper’ geschreven, ‘Over de kunst van het openen van alle sloten’, waar ik aan het einde van het stuk een voorstel doe om mijn eigen methode om sloten te openen gedeeltelijk teniet te doen. Mijn stuk over dat onderwerp is nog niet gepubliceerd.”

Kortom, Babbage is op vele terreinen actief maar een hoop van zijn plannen komen niet tot uitvoering. Op 18 oktober 1871 overlijdt Charles Babbage op 79-jarige leeftijd. Hij is er dan nog steeds niet in geslaagd om een werkende Analytical Engine te bouwen. Het is wel toepasselijk dat hij in zijn autobiografie het hoofdstuk over de Analytical Engine laat voorafgaan door een dichtregel afkomstig uit een gedicht van Lord Byron, de vader van Ada Lovelace: “Man wrongs, and Time avenges”. Zijn zoon Henry probeert nog om de machine af te maken, maar slaagt daar ook niet in.

Een deel van de Mill en het printer-mechanisme zoals gebouwd door Henry Babbage, de zoon van Charles Babbage.

Al snel raakt het ontwerp van Charles Babbage voor de Analytical Engine in de vergetelheid om pas weer in de jaren dertig van de volgende eeuw op te duiken als Konrad Zuse gebruik maakt van zijn ideeën om zijn Z1 te construeren.

Na zijn dood schenkt Babbage zijn hersenen aan de wetenschap. De helft van zijn hersenen zijn thans te zien in een glazen pot die staat naast een replica van zijn machines in het Science Museum in Londen. Tot slot, in 1991 wordt Charles Babbage door de Britse posterijen met een postzegel geëerd. Op de postzegel met zijn portret staan twee woorden ‘Babbage – Computer’.

Naar het volgende verhaal uit deze serie.

Naar het vorige verhaal uit deze serie