Babbage

Charles Babbage

Charles Babbage

Charles Babbage (né le 26 décembre 1791 à Teignmouths, Devonshire, Angleterre, mort le 18 octobre 1871) était un mathématicien britannique et l'un des précurseurs de l'informatique.

Charles Babbage a été le premier à énoncer le principe de l'ordinateur. Il travailla une grande partie de sa vie à la construction d'un ordinateur mécanique qu'il appelait machine à différences.

Il n'arriva jamais à l'achever mais une partie du mécanisme est exposée au Musée de la Science de Londres. En 1991, à partir de ses plans on a pu reconstruire une partie de cette machine, qui fonctionna parfaitement. Pour la reconstruire on utilisa les tolérances qui étaient disponibles au XIX^e siècle, ce qui nous porte à croire qu'elle aurait pu être construite du vivant de Babbage sous réserve de disposer d'une force motrice suffisante et de métaux assez résistants.

Biographie

Charles Babbage est né à Teignmouths, Devonshire d'un père assez nanti qui lui a permis d'entrer à l'école privée de Forty Hill, Enfield dans le Middlesex. C'est dans cette école qu'a commencé sa passion pour les mathématiques et à la sortie de l'académie Forty Hill, il a poursuivi ses études à la maison sous la tutelle d'un professeur d'Oxford. Il a étudié au Trinity College en 1810 et au Peterhouse.

Durant ce séjour au Trinity College, il fonde la Société Analytique en 1812 en compagnie de neuf autres mathématiciens universitaires et ainsi peut faire sa première publication en 1813. Il obtint son diplôme à Cambridge en 1814. Cette même année, il épouse Georgiana Whitmore.

Dès l'âge de 24 ans, il est élu membre à la Société Royale de Londres et à celle d'Édimbourg, en 1820. La même année il a fondé la Société Royale d'Astronomie où il est secrétaire pour les quatre années de l'existence de cette société.

Il eut huit enfants avec son épouse, dont seulement trois atteignirent l'âge adulte. Son épouse meurt en 1827, Babbage a alors 36 ans.

Conception d'un ordinateur

L'ordinateur Babbage

Babbage s'aperçoit que les tables de calculs mathématiques comportent beaucoup d'erreurs. Du coup, il essaie de concevoir une machine qui pourrait exécuter le travail sans faute, les erreurs humaines étant occasionnées par la fatigue ou l'ennui.

Cette idée, il la caresse depuis 1812. Trois facteurs semblent avoir contribué à sa décision de concevoir un tel appareil : son aversion pour le désordre, sa connaissance des tables de logarithmes, et le travail déjà commencé dans ce domaine par Blaise Pascal (avec la « Pascaline ») et Gottfried Leibniz (multiplicatrice). Il s'adjoint l'aide d'une jeune femme, Ada Lovelace, brillante mathématicienne qui l'aide à concevoir les « diagrammes » pour faire fonctionner la machine. C'est Lady Ada qui conçoit le premier langage informatique pour la machine à différences de Babbage. Dans une correspondance avec Sir Humphry Davy en 1822, il y discute de certaines applications d'une telle machine, notamment pour le calcul et l'impression des tables mathématiques, et y discute aussi des principes d'une machine à calculer.

La machine à différences

Il présente un modèle de sa machine à différences à la Société Royale d'Astronomie en 1821. Le but de la machine est de calculer les polynômes en utilisant une méthode de calcul dite méthode différentielle. La société approuve ce projet et demande au gouvernement britannique de lui accorder une bourse de £1500 en 1823.

Débute alors la construction de cette machine qui ne sera jamais complétée. Il y eut deux problèmes. Premièrement, la friction occasionnée par les embrayages du temps faisait problème et la vibration était également un problème constant. Deuxièmement, Babbage modifiait également la conception de son projet de façon constante. En 1833, £17000 avaient été déboursées pour le projet sans aucun résultat satisfaisant.

Un roman de science-fiction (steampunk) de William Gibson et Bruce Sterling, La Machine à différences, est construit autour de l'uchronie : « Et si Charles Babbage avait réussi à construire ses machines à différences ».

La machine analytique

Machine Analytique de Babbage, exposée au Science Museum de Londres.

Une avancée fondamentale en matière d'automatisation des calculs fut réalisée par Charles Babbage entre 1834 et 1836. Il y définit les principaux concepts sur lesquels reposent les machines informatiques, soit :

• un dispositif d'entrée et de sortie ;
• un organe de commande gérant le transfert des nombres et leur mise en ordre pour le traitement ;
• un magasin permettant de stocker les résultats intermédiaires ou finaux ;
• un moulin chargé d'exécuter les opérations sur les nombres ;
• un dispositif d'impression.

Les analogues en termes contemporains seraient :

• un clavier et un moniteur ;
• une unité de commande (composant d'un microprocesseur, mais au départ organe séparé) ;
• un outil de stockage (mémoire vive, disque dur, supports amovibles) ;
• une unité de calcul (intégrée aujourd'hui dans les microprocesseurs, mais au départ distincte de l'unité de commande) ;
• et enfin une imprimante.

La machine analytique de Babbage n'est toutefois pas le véritable ancêtre de l'ordinateur actuel, en ce sens qu'elle n'intègre pas la notion fondamentale de programme enregistré. Babbage n'avait pas non plus compris l'intérêt de l'algèbre booléenne pour ses travaux, même si son inventeur George Boole lui était contemporain.

Par ailleurs, Babbage fut dans l'incapacité, malgré ses efforts, de réaliser sa machine car les techniques de l’époque (roues dentées, leviers, tambours) étaient insuffisantes.

L'assistante de Babbage, Ada Lovelace, fille de Lord Byron, a écrit à son sujet : « La machine analytique n'a nullement la prétention de créer quelque chose par elle-même. Elle peut exécuter tout ce que nous saurons lui ordonner d’exécuter [...] Son rôle est de nous aider à effectuer ce que nous savons déjà dominer. »

Elle se montre toutefois remarquable visionnaire en comprenant que la vocation de cette machine va bien au-delà des simples calculs numériques : le traitement des symboles et des équations symboliques lui est aussi grand ouvert :

« Many persons who are not conversant with mathematical studies, imagine that because the business of the engine is to give its results in numerical notation, the nature of its processes must consequently be arithmetical and numerical, rather than algebraic and analytic. This is an error . . . . The engine might develop three sets of results : (...) symbolic results (...) ; numerical results (...) ; and algebraical results in literal notation. »

Soit :

« De nombreuses personnes qui connaissent mal les études mathématiques pensent que parce que le travail de la machine est de donner des résultats en notation numérique, la nature du processus doit forcément être arithmétique et numérique, plutôt qu'algébrique et analytique. C'est une erreur... La machine peut produire trois types de résultats : (...) symboliques (...) ; numériques (...) ; et algébriques en notation littérale. »

-- (Notes à Luigi Federico Menabrea pour son ouvrage sur Babbage)

Babbage a été le premier lauréat de la médaille d'or de la Royal Astronomical Society en 1824.

La machine à différences n°2

Pendant son travail sur la machine analytique, Babbage se rendit compte qu'il pouvait simplifier les plans de sa machine à différences. Entre 1847 et 1849, il dessina les plans de la machine à différence n°2.

Cette nouvelle machine requérait 3 fois moins de pièces que la machine à différence n°1, tout en offrant une puissance de calcul équivalente. Babbage n'essaya jamais de la construire.

En 1985, le Musée des Sciences de Londres entrepris de construire un exemplaire de la machine à différence n°2, afin de célébrer le 200e anniversaire de Babbage en 1991. Le module de calcul fut terminé à temps en 1991, et c'est finalement en 2002 que la machine fut totalement achevée avec son module d'impression et de stéréotype.

Construite en respectant scrupuleusement les plans originaux, elle est composée de 8000 pièces, pèse 5 tonnes, mesure 3 mètres de large, 2 mètres de haut et 45 cm de profondeur. Cet exemplaire est aujourd'hui exposé au Musée des Sciences de Londres.

Un autre exemplaire, commandité par un des donateurs du projet, Nathan Myhrvold, fut terminé au printemps 2008 par le Musée des Sciences de Londres. Cet exemplaire a été exposé au Computer History Museum de Californie jusqu'en mai 2009, il a rejoint ensuite la collection privée de M. Myhrvold.

Voir aussi

Liens internes

• Chaire de professeur lucasien de mathématiques de l'université de Cambridge

Liens externes

• (en) Charles Babbage sur le site de la Chaire lucasienne
• (en) La machine de Babbage sur le site du Computer History Museum de Californie
• [vidéo] La machine à différences n°2 en action sur YouTube.
• [vidéo] Fonctionnement de la machine à différences n°2 sur YouTube.

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