Difference Engine
Dentre todos os pensadores e inventores que acrescentaram algo ao desenvolvimento da computação, o único que quase chegou a criar, efetivamente, um computador no sentido da palavra foi um inglês chamado Charles Babbage. Nascido numa abastada família de Devonshire, em 1791, Babbage ficou famoso tanto pela perspicácia de sua mente quanto por suas esquisitices. Durante treze anos, esse gênio excêntrico ocupou a cátedra de matemática em Cambridge, que fora de lsaac Newton; no entanto, durante todo esse tempo ele nunca viveu na universidade nem proferiu ali uma única conferência. Foi membro fundador da Royal Astronomical Society, escreveu sobre assuntos que iam de política a técnicas de manufatura e ajudou a desenvolver dispositivos práticos como o tacômetro e o limpa-trilhos, que cinge a parte dianteira dos trens e serve para afastar obstáculos. Dedicava ainda esforços intelectuais à resolução de sérios problemas práticos, como as reformas postais e a redução das taxas de mortalidade.
No entanto, o motivo que realmente norteava a
vida de Babbage era a busca da precisão matemática. Seu empenho em localizar
erros nas tábuas.de logaritmos que os astrônomos, matemáticos e navegadores
utilizavam assumia proporções inimagináveis. Nada escapava de seu zelo. Certa
vez escreveu ao poeta AIfred Lord Tennyson para repreendê-lo por estes versos:
"A Cada momento morre um homem/A cada momento um homem nasce". Uma
vez que a população, do mundo não se mantém constante, assinalou Babbage, os
versos ofereceriam uma leitura melhor e mais verossímil se fossem estes:
"A cada momento morre um' homem/A cada momento nasce um homem e um dezesseis
avos de homem".
Em 1822, Babbage descreveu, num artigo científico, uma máquina que poderia
computar e imprimir extensas tabelas científicas. No mesmo ano, construiu um
modelo preliminar de sua Máquina de Diferenças com rodas dentadas
fixadas em eixos que uma manivela fazia girar. Então ele convenceu a Royal
Society - prestigiosa associação científica - a apoiar uma proposta dirigida ao
governo para que este subvencionasse a construção de um modelo em tamanho
grande. A máquina, escreveu ao presidente da Sociedade, encarregar-se-ia do
"trabalho intolerável e monótono" envolvido nas enfadonhas tarefas de
cálculo repetitivo; estas, acrescentava, estão entre "as mais baixas
ocupações do intelecto humano". A Sociedade julgou seu trabalho
"altamente merecedor de encorajamento público". Um ano mais tarde, o
governo britânico concedeu-lhe l 500 libras para a realização do projeto.
Durante os dez anos seguintes, Babbage sustentou uma verdadeira luta com seu embrião de computador. Esperava, originalmente, terminá-lo em três anos, mas a Máquina de Diferenças ficava cada vez mais complexa à medida que a modificava, aperfeiçoava e redesenhava. Acossavam-no problemas de trabalho, saúde e dinheiro. Embora a subvenção do governo subisse a 17 000 libras, as dúvidas oficiais acerca dos custos do projeto e de sua utilidade efetiva também cresciam. Por fim, as concessões acabaram sendo suspensas.
Em torno de 1833, Babbage resolveu deixar de lado
seus pianos de uma Máquina de Diferenças. O insucesso, porém, não o impediu de
desenvolver idéias para construir uma máquina ainda mais ambiciosa. A Máquina
Analítica, ao contrário de sua predecessora, foi concebida não apenas para
solucionar um tipo de problema matemático, mas para executar uma ampla gama de
tarefas de cálculo, de acordo com instruções fornecidas por seu operador. Seria
"uma máquina de natureza a mais geral possível" - em nada inferior,
realmente, ao primeiro computador programável para todos os fins.
A Máquina Analítica deveria possuir uma seção denominada
"moinho" e uma outra denominada "depósito," ambas compostas
de rodas dentadas. O depósito poderia reter até cem números de quarenta dígitos
de uma só vez. Esses números ficariam armazenados até que chegasse sua vez de
serem operados no moinho; os resultados seriam então recolocados no depósito à
espera de uso posterior ou chamada para impressão. As instruções seriam
introduzidas na Máquina Analítica por meio de cartões perfurados. "Podemos
dizer mais convenientemente que a Máquina Analítica tece padrões algébricos,
assim como o tear de Jacquard tece flores e folhas", escreveu a condessa
de Lovelace, uma das poucas pessoas que compreenderam o funcionamento da
máquina e vislumbraram seu imenso potencial de aplicação Augusta Ada Byron,
condessa de Lovelace e única filha legítima do poeta Lord Byron, emprestou seus
consideráveis talentos matemático e literário ao projeto de Babbage. Com
relação à Máquina Analítica, Babbage declarou que Lovelace "parece
compreendê-la melhor que eu".
O interesse e entusiasmo da condessa de Lovelace ajudaram Babbage a esclarecer suas idéias e fortalecer sua coragem. No entanto, nem mesmo ela poderia escrever sobre o problema fundamental da Máquina Analítica. Se a Máquina de Diferenças fora uma proposição duvidosa, a Máquina Analítica era uma impossibilidade prática. Simplesmente era impossível pôr em movimento as partes que a compunham. Uma vez terminada sua construção, a máquina seria tão grande quanto uma locomotiva, e seu interior, uma intricada massa de mecanismos de relojoaria, de aço, cobre e estanho, tudo acionado a vapor. O menor desequiiíbrio na menor das partes multiplicar-se-ia centenas de vezes, provocando na máquina um violento "derrame".
A Máquina Analítica nunca foi construída. Tudo o que existe dela são resmas de pianos e desenhos, e parte do "moinho" e da impressora, que o filho de Babbage construiu.
Ironicamente, a Máquina de Diferenças teve um destino um pouco melhor. Embora o próprio Babbage nunca mais voltasse a ela, um impressor, inventor e tradutor sueco chamado Pehr Georg Scheutz leu a respeito do dispositivo e construiu uma versão modificada, em 1854
Em 1820 Charles Babbage - UK - inicia a
construção de uma máquina que é a primeira aproximação de um computador.
Ele obteve do governo inglês um financiamento para desenvolver o que chamou de
máquina diferencial, que nunca chegou a funcionar (1822 a 1834).
A Difference Engine era uma máquina construída para calcular os valores do polinómio x^2 + 3x + 20 com uma precisão de seis décimais. Parte da máquina ficou concluída em 1832 e foi exposta ao "público" na casa de Babbage em Dorset Street - Marylebone.
Entre 1833 e 1834 Babbage concebe uma outra máquina denominada Analytical Engine.
A Analytical Engine seria uma máquina para aplicação generalizada, efectuaria as quatro operações base - multiplicação, divisão, adição e subtracção - e a sua finalidade seria calcular o valor de qualquer expressão matemática para a qual podesse ser determinado um algoritmo.
A máquina seria programável, com recurso à utilização de cartões perfurados em que a disposição dos furos materializaria o programa. A máquina executaria a iteração (estrutura de programação repetitiva) e seleccionaria a via a seguir em função de uma condição (estrutura de programação alternativa).
A arquitectura física e lógica da máquina, que era totalmente mecânica, compreendia um "armazém" (memória) e um "moínho" (processador).
Existem planos completos para a construção da máquina realizados por Babbage a partir de 1840. No entanto, a máquina não foi construída e apenas uma pequena parte foi montada em 1871, aquando da morte de Babbage.
Com base nos planos originais de Babbage o
Museu da Ciência em Londres construiu a Difference Engine nº 2 que realizou o
seu pimeiro cálculo completo em Novembro de 1991 cerca de um mês antes do 200º
aniversário do nascimento de Babbage.
Charles Babbage e suas máquinas
A
idéia de Leibniz de, através de máquinas, liberar o homem das tarefas
repetitivas e de simples execução foi quase posta em prática pelo matemático e
astrônomo inglês Charles Babbage (1792-1871), considerado unanimemente
um dos grandes pioneiros da era dos computadores. No ano de 1822 ele apresentou
em Londres o projeto de um mecanismo feito de madeira e latão, que poderia ter
alterado o rumo da história se tivesse sido construído efetivamente. Babbage
concebeu a idéia de um dispositivo mecânico capaz de executar uma série de
cálculos.
Já por volta da década de 1820 ele tinha certeza de que a informação poderia ser manipulada por máquina, caso fosse possível antes converter a informação em números. Tal engenho seria movido a vapor, usaria cavilhas, engrenagens, cilindros e outros componentes mecânicos que então compunham as ferramentas tecnológico disponíveis em sua época. Para descrever os componentes de sua máquina faltavam-lhe os termos que atualmente são usados. Chamava o processador central de "usina" e referia-se à memória da máquina como "armazém". Babbage imaginava a informação sendo transformada da mesma forma que o algodão - sendo tirada do armazém e modificada para algo diferente. Em 1822 Babbage escrevia uma carta a Sir Humphry Davy, o então presidente da Royal Society, sobre automatizar, como ele próprio dizia, "o intolerável trabalho e a cansativa monotonia" das tabelas de cálculo, escrevendo um trabalho científico intitulado "On the Theoretical Principles of the Machinery for Calculating Tables"(...).
Embora conhecido por seu trabalho na área de Computação, não será demais citar que Charles Babbage foi também um excelente matemático e ao lado de Peacock, Herschel, De Morgan, Gregory e do próprio George Boole, pode ser visto como um dos introdutores da concepção moderna da Álgebra. Além disso foi um dos líderes da Sociedade Real de Astronomia inglesa, tendo publicado também pesquisas no campo da óptica, meteorologia, eletricidade e magnetismo, funcionamento de companhias de apólices de seguros, criptologia, geologia, metalografia, sistemas taxonômicos, máquinas a vapor, etc. Escreveu e publicou vários livros, um deles (On the Economy of Machinery and Manufacturers) reconhecido posteriormente como um dos trabalhos pioneiros na área chamada Pesquisa Operacional.
Mas o que motivou esse inglês a fazer um dispositivo capaz de resolver equações polinomiais através do cálculo de sucessivas diferenças entre conjuntos de números (no anexo II descreve-se o Método das Diferenças) foi a necessidade de uma maior precisão na elaboração de tabelas logarítmicas.
No final do século XVIII houve uma proliferação de tabelas de vários tipos. Desde Leibniz e Newton os matemáticos estiveram preocupados com o problema da produção de tabelas, tanto por meios matemáticos - como no caso das de multiplicação, seeno, coseno, logaritmos, etc. - ou por meio de medições físicas - densidade em função da altitude, constante gravitacional em diferentes pontos da terra, etc. A intenção era reduzir o trabalho de cálculo, mas as tabelas produzidas pelos especialistas tinham muitos erros. Os matemáticos estavam cientes deles e estudos foram elaborados para se tentar melhorar a situação. Nestas circunstâncias apareceu o projeto denominado Difference Engine de Babbage, que lhe valeu o apoio de seus colegas da Sociedade Real e fundos do governo britânico para iniciá-lo.
O desafio era construir um dispositivo para computar e imprimir um conjunto de tabelas matemáticas. Babbage contratou um especialista em máquinas, montou uma oficina e então começou a descobrir quão distante estava a tecnologia do seu tempo daqueles mecanismos altamente precisos e de movimentos altamente complexos exigidos pelo seu projeto. A conclusão foi que deveria, antes de iniciar a construção da Máquina de Diferenças, gastar parte dos seus recursos para tentar avançar o próprio estado da arte da tecnologia vigente. Todos estes trabalhos prolongaram-se por alguns anos, sem sucesso, até que o governo inglês desistiu do financiamento. Em 1833 Charles Babbage parou de trabalhar em sua máquina.
Apesar de tudo, esse teimoso inglês já vinha desenvolvendo novas idéias. Provavelmente tentando alguma nova modificação no projeto da Máquina de Diferenças foi que Charles Babbage concebeu um mecanismo mais complicado que este em que falhara, após vários anos de tentativas. O pensamento era simples: se é possível construir uma máquina para executar um determindo tipo de cálculo, por que não será possível construir outra capaz de qualquer tipo de cálculo? Ao invés de pequenas máquinas para executar diferentes tipos de cálculos, não será possível fazer uma máquina cujas peças possam executar diferentes operações em diferentes tempos, bastando para isso trocar a ordem em que as peças interagem?
Era a idéia de uma máquina de cálculo universal, que virá a ser retomada em 1930 por Alan Turing, e que terá então consequências decisivas. Vale ressaltar que o Analitical Engine, a Máquina Analítica - nome dado por Charles Babbage à sua invenção - estava muito próxima conceitualmente daquilo que hoje é chamado de computador.
A Máquina Analítica poderia seguir conjuntos mutáveis de instruções e, portanto, servir a diferentes funções - mais tarde isso será chamado de software... Ele percebeu que para criar estas instruções precisaria de um tipo inteiramente novo de linguagem e a imaginou como números, flechas e outros símbolos. Ela seria para Babbage "programar" a Máquina Analítica, com uma longa série de instruções condicionais, que lhe permitiriam modificar suas ações em resposta a diferentes situações.
Reconhecendo a importância de se terem resultados impressos, Charles procurou que os resultados finais e os intermediários fossem impressos para evitar erros. Dispositivos de entrada e saída eram assim necessários. A entrada de dados para a máquina seria feita através de três tipos de cartões: "cartões de números", com os números das constantes de um problema; "cartões diretivos" para o controle do movimento dos números na máquina; e "cartões de operação" para dirigir a execução das operações tais como adições, subtrações, etc. Mas o mais genial estava por vir: duas inovações simples mas que produziram um grande impacto. A primeira era o conceito de "transferência de controle" que permitia à máquina comparar quantidades e, dependendo dos resultados da comparação, desviar para outra instrução ou seqüência de instruções. A segunda característica era possibilitar que os resultados dos cálculos pudessem alterar outros números e instruções colocadas na máquina, permitindo que o "computador" modificasse seu próprio programa. Nestes temas teve importante participação, Ada Augusta Byron, condessa de Lovelace, a primeira efetiva programadora de computadores, sobre a qual ainda se falará.
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