Lịch sử của máy tính là một hành trình xuyên suốt 200 năm cùng các công nghệ nâng cấp liên tục do vô số nhà phát minh và các nhà khoa học trên khắp thế giới cùng đóng góp. Và, một trong những bộ óc tiên phong đặt dấu ấn lên dòng lịch sử của máy tính chính là Charles Babbage. Ông là một nhà toán học người Anh, người đã từng thiết kế một số mẫu máy tự động hoàn thành các phép tính phức tạp. Vào đầu những năm 1800, Babbage được Bộ Hải quân Anh giao nhiệm vụ sản xuất ra một bảng logarit chính xác - bảng in được sử dụng để thực hiện các phép tính lớn thường được sử dụng trong điều hướng - với tư cách là cựu giáo sư của Đại học Cambridge. Sau khi xem qua nhiều bảng in hiện có, Babbage trở nên khó chịu bởi số lượng lỗi khi so sánh giữa chúng, để loại bỏ hoàn toàn “lỗi của con người”, Babbage đã cơ khí hóa quá trình tạo ra chúng.
Sản phẩm đầu tiên được ông tạo ra mang tên “Difference Engine No. 1”, thiết kế nhằm tạo ra một cỗ máy khổng lồ sử dụng các bánh răng lồng vào nhau cùng các cột số lớn để tính toán. Và đương nhiên, công việc này rất cần sự tài trợ từ một nhà đầu tư, vậy nên Charles đã nhờ đến sự hỗ trợ của chính phủ Anh. Thật may mắn, yêu cầu tài chính của ông đã được chấp thuận và Charles đã tranh thủ với sự giúp đỡ của kỹ sư Joseph Clement để cùng tiến hành chế tạo chiếc máy.
Thiết kế của Charles cần 25.000 bộ phận để hoàn thành các tính toán, máy được thiết kế gồm 2 phần: phần thứ nhất là phần tính toán và phần thứ hai là máy in để ghi lại các phép tính.
Để tự động tạo bảng logarit, Charles đã sử dụng một trong những phương pháp toán học lâu đời nhất để giải phương trình, được gọi là phương pháp sai phân hữu hạn. Phương pháp này được sử dụng để tính giá trị của một đa thức - một phương trình đại số - bằng cách sử dụng phép cộng lặp lại thay vì phép nhân và phép chia.
Cơ chế hoạt đông của động cơ bao gồm tám cột bánh răng xếp chồng lên nhau và được đánh số từ 0 tới 9, các cột này được gọi là thanh ghi và mỗi cột hiển thị 31 chữ số theo chiều dọc. Để thực hiện một phép tính, các giá trị đa thức ban đầu được nhập thủ công vào các thanh ghi. Tiếp đó, bằng cách xoay một tay cầm, tất cả các bánh răng trong động cơ sẽ quay để tính toán câu trả lời cho phương trình thông qua việc tự động cộng tất cả các số trên mỗi thanh ghi. Giá trị cuối cùng và câu trả lời cho phương trình sẽ được hiển thị trên thanh ghi cuối cùng.
Vào năm 1842, sau 20 năm phát triển và tiêu tốn hàng nghìn bảng Anh chỉ để tạo ra một phần nhỏ của máy, thứ được gọi là “beautiful fragment” – mảnh vỡ xinh đẹp, số tiền dùng để tài trợ cho Charles Babbage đã bị rút lại sau cuộc bỏ phiếu Quốc hội. Điều này khiến dự án Difference Engine bị ngưng lại mãi cho đến năm 1847, lúc này Charles bắt đầu thiết kế một phiên bản đơn giản của chiếc máy, ông chỉ sử dụng một nửa số bộ phận ban đầu so với phiên bản đầu tiên của máy. Và, sau 2 năm thiết kế lại, Charles đã cho “ra mắt” bản thiết kế “Difference Engine No. 2”. Ông trình bày kế hoạch và những cải tiến mới cho chính phủ Anh, nhưng không may là công trình của ông không nhận được sự ủng hộ cho nên Difference Engine No. 2 không thể hoàn thành. Nhiều người cho rằng nếu Charles có thể hoàn thành công việc với sự đảm bảo về nguồn kinh phí cần thiết để xây dựng “Difference Engine”, thì biết đâu nó lại là một thành công lớn thực sự, và lịch sử hình thành của máy tính đã thay đổi đến nhường nào.
Vào năm 1871, sau cái chết của Charles Babbage,người ta đã thu thập lại 20 bản vẽ chi tiết của “Difference Engine No. 2” và lưu giữ ở Bảo tàng Khoa học London. Có lẽ là nhằm mục đích duy trì như một minh chứng lịch sử về những công việc của ông, đã có một nhóm các nhà khoa học cùng kỹ sư hiện đại cố gắng hoàn thiện lại cỗ máy sau hơn 200 năm ngày mất của Charles Babbage.
Vào năm 1979, khi nhà khoa học máy tính người Úc Allan G. Bromley bắt đầu xây dựng lại công trình của Charles cùng với sự trợ giúp đến từ Microsoft, thì đến năm 1991, một phần của cỗ máy đã được hoàn thành. Và, cho tới năm 2002, động cơ quy mô đầy đủ đầu tiên đã được chế tạo tại Bảo tàng Khoa học London dưới sự giám sát của Doron Swade - người phụ trách cao cấp về máy tính và CNTT, “công trình” cuối cùng đã hoàn thành và nặng khoảng 5 tấn, chiều dài đo được là 3,4 mét.
Mặc dù công trình của Charles Babbage về tự động hóa tính toán là điều rất đáng ngưỡng mộ vào thời kỳ đó, nhưng so với thời hiện đại thì máy móc lại xử lý công việc trên dễ dàng hơn rất nhiều. Tuy nhiên, ông vẫn được nhớ đến như là người có một bộ óc vĩ đại trong lĩnh vực toán học và kỹ thuật, dù cho công trình của ông gặp thất bại thì đây vẫn sẽ là máy tính cơ học đầu tiên trên thế giới.
Vào năm 1834, Charles Babbage chuyển sự chú ý của mình sang một dự án mới và tham vọng hơn: tạo ra chiếc máy tính đầu tiên chạy bằng hơi nước và hoàn toàn tự động. Không giống như những gì trước đó, “Analytical Engine” được thiết kế như một thiết bị tổng quát hơn với một bộ thẻ đục lỗ, hoạt động như một "kho lưu trữ" kết quả. Bộ nhớ của máy được thiết kế để chứa 1000 giá trị gồm 50 chữ số. Analytical Engine đã đưa ra một số tính năng cần thiết dẫn đến sự ra đời của máy tính hiện đại sau này. Thật không may với Charles vì ông chỉ kịp nhìn thấy một phần nhỏ của cỗ máy trước khi qua đời.
1. Nguyên vật liệu:
Phần động cơ được tạo nên từ 8000 bộ phận được đúc bằng đồng, sắt và thép.
2. Các cột:
Có 8 cột, mỗi cột chứa các hàng bánh xe hiển thị một chuỗi các số từ 0 đến 9.
3. Bổ sung thêm:
31 chữ số ban đầu sẽ được thêm theo cách thủ công vào cột đầu tiên, thêm từ cột này sang cột khác cho đến khi giá trị cuối cùng được tính.
4. Khi chu kỳ hoàn thành:
4 lần quay của tay cầm tạo ra kết quả và được hiển thị ở cột cuối cùng.
5. Mã vi mô:
Thiết bị này điều khiển tất cả các chuyển động trong máy và thời gian của động cơ cần có để thực hiện chuỗi hoạt động lặp lại.
6. Bản in:
Kết quả cuối cùng được in trên một tờ giấy bằng máy in ở phía cuối của máy.
7. Thanh ghi tự động:
Khi tính toán thì có 1 thanh ghi để ghi kết quả, trong quá trình tính toán nếu trong giá trị có chữ số lớn hơn 9 thì sẽ có một thanh chuyển thực hiện chuyển thanh ghi đó qua bánh răng kế tiếp.
Ada Lovelace -người lập trình máy tính đầu tiên, bà đã giúp Charles thiết kế Analytical Engine – Công cụ phân tích.
Lấy cảm hứng từ công trình của Charles về Analytical Engine, Ada Lovelace - một trong những nhà toán học vĩ đại nhất của thế kỷ 19, bằng nỗ lực của mình đã tham gia giúp đỡ để tạo ra Analytical Engine. Bà đã dịch tác phẩm của nhà toán học và kỹ sư người Ý - Luigi Federico Menabrea - người đã viết bài báo về công cụ phân tích của Babbage.
Trong thời gian này, giữa năm 1842 và 1843, Lovelace đã thêm các ghi chú của riêng mình vào bài báo của Menabrea, cũng như giải pháp toán học của bà cho những vấn đề này. Một người có tầm nhìn xa trông rộng thực sự, Lovelace đã nhìn thấy tiềm năng của Analytical Engine ngoài những phép tính thông thường. Bằng cách thay thế các con số bằng các chữ cái và thậm chí cả các nốt nhạc, Lovelace đã minh họa cơ sở cho một máy tính có thể lập trình với các chức năng lẫn ý tưởng vô hạn.
Theo How It Works số 168
Công trình này được chính phủ anh tài trợ 70 nghin bảng anh thời bấy giờ và không hoàn thiện được , lý do là thời đấy trình độ cơ khí chưa đủ để sử lý và tạo ra những thành phần quan trọng của chiếc máy này. . sau này với sự giúp đỡ và tính toán phức tạp thì cuối cùng chiếc máy này cũng được hoàn thành.
Sau này Charles Babbage được vinh danh như là ông tổ của ngành khoa học máy tính vì đóng góp quan trọng của ông cho sự pháp triển mà chúng ta đang sự dụng hàng ngày.