Charles Babbage

Charles Babbage (26. detsember 1791 London – 18. oktoober 1871) oli inglise matemaatik, filosoof, leiutaja ja mehaanikainsener. Ta leiutas programmeeritava arvuti põhimõtte.
Babbage, keda paljud peavad arvuti isaks, mõtles välja esimese mehaanilise automaatkalkulaatori (arvuti) ja pani seeläbi aluse arvutite arenguloole. Tema poolvalmis arvutusmasinate osad on välja pandud Londonis teadusmuuseumi näitusel. Babbage'i mehaaniline arvuti ehitati tema kirjelduste ja jooniste põhjal valmis alles 1991. aastal ja see töötas perfektselt. Seega, kui Babbage'il oleks õnnestunud oma masin lõpuni valmis ehitada, töötanuks see korralikult. Üheksa aastat hiljem sai teadusmuuseum valmis ka väljatrükiseadme, mille Babbage oli oma arvutile kavandanud.

Sünd

Babbage'i sünnipaika on korduvalt vaidlustatud, aga tõenäoliselt sündis ta Inglismaal Londonis aadressil Crosby Row 44, Walworth Road. Larcomi Streeti (endine Crosby Row) ja Walworth Roadi ristmikul mälestab Babbage'it sinine mälestustahvel.
Tema sünnikuupäev on The Timesi järelehüüdele toetudes 26. detsember 1792. Pärast The Timesi artikli ilmumist kirjutas aga üks Charlesi nõbu, et Babbage'i sünniaasta on hoopiski 1791. St. Mary Newingtoni kihelkonna registris on kirjas, et Babbage ristiti 6. jaanuaril 1792, kuid sünniaastaks oli 1791. Babbage'i isa Benjamin Babbage oli Praed's & Co panganduspartner. Tema ema oli Betsy Plumleigh Teape. 1808. aastal kolis Babbage'i pere vanasse Rowdeni majja Ida-Teignmouthis.

Haridus

Umbes 8 aasta vanuselt saadeti Babbage Exeteri lähedal asuvasse Alphingtoni maakooli, sest ta tervis vajas kosutust. Lühikest aega käis ta Kuningas Edward VI koolis Totnesis Lõuna-Devonis, aga kehv tervis sundis teda uuesti eraõppele üle minema. Seejärel liitus ta Enfieldis Bakeri tänaval asunud Holmwoodi akadeemiaga, kus oli 30 õpilast ja kus tema õppejõuks sai amatöörastronoomist reverend Stephen Freeman. Akadeemia raamatukogus oli umbes 300 hästi valitud raamatut ja nende hulgas ka algebrakäsitlusi. Babbage'i eestvõtmisel loodi matemaatikaklubi, mille liikmed tõusid hommikul kell kolm, et paar tundi raamatukogus matemaatikat õppida. Pärast üht hommikut, mil klubi liikmed katsetasid ilutulestikurakette, keelati varahommikused kogunemised ära. Ka pärast akadeemiast lahkumist jätkas Babbage kahe eraõppejõu kaasabil matemaatika õppimist. Neist esimene oli Cambridge'i lähedalt pärit vaimulik ja teine Oxfordi õppejõud, kellelt Babbage omandas piisavalt põhiteadmisi, et ta võetaks vastu Cambridge'i.
Babbage saabus Cambridge'i ülikooli Trinity kolledžisse 1810. aastal. Ta oli juba lugenud Leibnizi, Joseph Louis Lagrange'i, Thomas Simpsoni ja Lacroix' teoseid ning oli seepärast tõsiselt pettunud Cambridge'i matemaatikatasemes. Seetõttu moodustasid tema, John Herschel, George Peacock ja nende sõpruskond 1812. aastal grupi Analytical Society ('analüütiline ühing'). Babbage, Herschel ja Peacock olid ka tulevase kohtuniku ja teaduspatrooni Edward Ryani lähedased sõbrad. Õpilasena kuulus Babbage teistessegi seltsidesse, näiteks Kummituste Klubisse, mis tegeles üleloomulike nähtuste uurimisega. 1812. aastal saadeti Babbage Cambridge'i ülikooli allüksusesse, Peterhouse'i. Ta oli seal küll parim matemaatik, aga ei lõpetanud täies mahus (did not graduate with honours). Ometi sai ta 1814. aastal teadusliku kraadi eksamit tegemata.

Abielu, pere ja surm

25. juulil 1814 abiellus Babbage Georgiana Whitmore'iga St. Michaeli kirikus Teignmouthis Devoni krahvkonnas. Enne kui nende elukohaks sai Londonis Devonshire Street 5, elas paar Dudmaston Hallis Shropshire'is. Charlesil ja Georgianal oli kaheksa last, kuid ainult neli – Benjamin Herschel, Geogriana Whitmore, Dugald Bromhead ja Henry Prevost – jõudsid täisikka. Charles Babbage'i naine Georgiana suri Worcesteris 1827. aastal, samal aastal suri ka Babbage'i vastsündinud poeg Alexander, tema teine poeg Charles ja tema isa. Babbage'i järgnev otsus veeta aasta ringi reisides oli peamine põhjus, miks tema töös tekkis paus.
Charles Babbage suri 79 aasta vanuselt 18. oktoobril 1871. Ta on maetud Londoni Kensal Green Cemetery kalmistule. Horsley arvates suri Babbage neerupuudulikkuse tõttu. 1983. aastal leidis ja avalikustas Babbage'i lahkamistulemused tema poja-poja-pojapoeg. Babbage'i aju üht poolkera säilitatakse Londonis Inglismaa kirurgide kuningliku kolledži Hunteri muuseumis. Teine pool tema ajust on Londonis teadusmuuseumi näitusel.
Charles Babbage'i noorim poeg Henry Prevost Babbage (1824–1918) käis isa jälgedes ja valmistas oma isa kavandite põhjal kuus automaatset kalkulaatorit. Üks neist masinatest saadeti Harvardi ülikooli. Praegu on see masin väljas teadusmuuseumis Londonis.

Babbage’i arvutusmasinad

Babbage'i arvutusmasinad olid mehaaniliste arvutusseadmete seas oma võimaluste poolest esimeste hulgas, kuid neid ei ehitatudki päris valmis. Selle põhjuseks oli enamjaolt rahapuudus, aga ka isiksuste vahelised vastuolud, näiteks tülid kuningliku astronoomi George Biddell Airyga. Babbage'i juhtimisel ehitati valmis mitu auru jõul töötavat masinat. Nende tulemus oli tagasihoidlik, kuid osutas siiski, et arvutamist saab mehhaniseerida. Valitsus toetas tema projekti rohkem kui kümne aasta jooksul, kuid viimaks hakati Babbage'is kahtlema ning seetõttu katkestati tema rahastamine.
Kuigi Babbage'i masinad olid mehaanilised ja kohmakad, sarnanes nende põhiehitus siiski tänapäeva arvuti omaga. Andmed ja mälu olid eraldi, arvuti tööd juhiti programmi abil ning masinal olid eraldi üksused andmete sisestamiseks ja väljastamiseks.

Diferentsmasin

Babbage’ile andsid tõuke arvutuste automatiseerimiseks vead trigonomeetria tabelites (neid kasutati laialdaselt navigatsioonis). Tabeliandmed saadi funktsioonide aproksimeerimisel hulkliikmetega, mis võimaldas välja arvutada lõplikud vahed (diferentsid). Logaritmide ja trigonomeetriliste funktsioonide asendamine järk-järgult täpsemate lähisväärtustega võimaldab teha keerukaid arvutusi suure täpsusega. Lõplike vahede arvutus taandub liitmis- ja lahutamisteheteks. Nende rutiinsete arvutuste tegemiseks kavandaski Babbage masina, mis pidi asendama inimesi, keda kutsuti arvutajateks (ingl computer). Kui arvutaja juhtus vea tegema, siis kajastuski see ka lõpptulemuses, tabeli arvandmes.
Ta alustas oma diferentsmasina (ingl difference engine) loomist 1822. aastal. Mõned prototüübi osad on tallel teadusajaloomuuseumis Oxfordis. Selle prototüübi põhjal arendati välja esimene automaatne kalkulaator, mis jäi küll lõpetamata. Esimene kalkulaator oleks koosnenud umbes 25 000 peenmehaanika osast, oleks kaalunud 13,6 tonni ja oleks olnud umbes 2,4 meetri kõrgune.
Hiljem projekteeris ta täiustatud versiooni "Automaatne kalkulaator number 2", mis jäi samuti ellu viimata. Alles aastail 1989–1991 valmistati nende Babbage’i kavandite järgi Londoni teadusmuuseumile masin, mis sooritas esimesed arvutused 31 numbrikoha täpsusega, mis on palju suurem kui tavalisel moodsal taskukalkulaatoril.

Analüütiline arvutusmasin

1834. aastal hakkas Babbage kavandama uut ja keerukamat täisautomaatset arvutusmasinat, mille ta nimetas analüütiliseks masinaks (ingl analytical engine). See ei olnud üks lõpetatud projekt, vaid õnnestunud kavandite kogum, millega ta tegeles kuni oma surmani. Põhiline erinevus kahe masina vahel on see, et täisautomaatset arvutusmasinat saab perforeeritud kaartide abil programmeerida. Ta taipas, et programme saab kodeerida nende kaartide abil: inimene peab algselt ainult programmi looma, siis sisestama programmi kaartidelt masinasse ja laskma sellel töötada. Täisautomaatne masin oleks kasutanud Jacquardi perfokaartidest moodustatud tsükleid, et juhtida mehaanilist kalkulaatorit, millele oleks sisendina ette antud eelnevate arvutuste tulemused. See masin oleks kasutanud samu võtteid, mis on olemas tänapäeva arvutites, näiteks järjestikune programmi täitmine ja hargtöötlus. See oleks olnud esimene mehaaniline seade, mis oleks vastanud Turingi masina tingimustele. Matemaatik Ada Lovelace, üks väheseid inimesi, kes täies mahus Babbage'i ideid mõistis, lõi täisautomaatse arvutusmasina jaoks programmi. Tänu sellele tööle on Lovelace'ile antud esimese arvutiprogrammeerija tiitel. 1979. aastal anti nüüdisaegsele programmeerimiskeelele tema auks nimi Ada. 2011. aastal alustasid Briti teadlased projekti "Plan 28". Teadlaste eesmärk on rekonstrueerida avalikkuse kaasabil ja ühisloome toel Babbage'i täisautomaatne arvutusmasin. Arvutusmasin loodetakse Babbage'i auks valmis saada 2021. aastaks.

Muid saavutusi

1824. aastal anti Babbage'ile kuningliku astronoomiaseltsi kuldmedal (Gold Medal of the Royal Astronomical Society). Ta oli selle seltsi asutajaliige ning üks vanemaid elavaid liikmeid. Aastatel 1828–1839 oli Babbage Lucasian Professor of Mathematics Cambridge'i ülikoolis. Ta osales väga paljudes teaduslikes uurimistöödes ning oli tegev astronoomiaühingu (Astronomical Society) asutamisel aastal 1820 ning statistikaühingu (Statistical Society) asutamisel aastal 1834. 1832. aastal valiti Babbage USA kunsti- ja teaduste akadeemia välis-auliikmeks (Foreign Honorary Member of the American Academy of Arts and Sciences). Babbage saavutas märkimisväärseid tulemusi ka krüptograafias.
1838. aastal konstrueeris Babbage veduri ette kinnitatava põrkeraua, mis puhastab raudtee takistustest.
Babbage leiutas ka oftalmoskoobi ehk silmapeegli. Ta andis selle küll füüsikutele katsetamiseks, kuid siiski vajus tema leiutis unustusse ning seade tuli hiljem kasutusele Hermann von Helmholtzi sõltumatu leiutisena.
Babbage kandideeris Finsbury alevi kaudu kaks korda ka parlamenti. 1832. aastal tuli ta viie kandidaadi hulgas kolmandaks, kuid 1834. aastal jäi nelja kandidaadi seas viimaseks.