В 19 веке, когда еще не было компьютеров и программирования, в Великобритании появилась первая программа. Ее создала дочь знаменитого поэта Джорджа Байрона — женщина-математик Ада Лавлейс.
В этом материале рассказываем, кто такая Ада, какой алгоритм она разработала и как ее труды повлияли на современную науку и технологии.
Кто такая Ада Лавлейс и как плохой характер отца сделал из нее математика
Ада родилась 10 декабря 1815 года. Ее отцом был знаменитый поэт лорд Джордж Байрон. Он был неординарной личностью и, как выяснилось позже, скверным мужем и отцом. Лорд хотел, чтобы родился мальчик, поэтому рождение Ады его разочаровало. Когда девочке было пять недель, Байрон приказал своей жене и матери ребенка Анабелле взять дочь и отправиться в дом к его родителям.
Вскоре Джордж Байрон подписал акт о разводе.
Хотя по британским законам опека над ребенком переходила к отцу, Байрон не стремился забрать Аду и после ее отъезда больше не видел дочь. А когда девочке было 8 лет, ее отец скончался. После развода Анабелль получила полную опеку над Адой, но материнской привязанности к ней так и возникло. Любовь и душевную теплоту девочке компенсировала ее бабушка Джудит Милбенк.
Урок 2. Python. Быстрый старт. Первая программа на Python
Ада была с детства болезненным ребенком. В восемь лет у нее начались головные боли, которые мешали ей видеть. В июне 1829 года ее парализовало из-за приступа кори, поэтому три года Ада провела в постели. Выздоровела она только ближе к своим 17 годам.
Мать Ады не хотела, чтобы дочь пошла характером в отца и занималась творчеством, поэтому в обучении дочери она решила сделать упор на естественные науки и математику. С 17 лет Аду обучал физик Уильяма Кинга и специалистка в области математики и астрономии Мэри Сомервилль, а в 1840-х ее консультировал математик и логик Огастес де Морган.
В 1835 году Ада Байрон вышла замуж за Уильяма Кинга-Ноэля, который позже унаследовал титул лорда Лавлейса. От ученого она родила троих детей, но замужество и материнство не помешали ей продолжить заниматься наукой, тем более у нее появился источник финансирования в виде фамильной казны графов Лавлейсов. Но свою известность она получила во многом благодаря работе с Чарльзом Бэббиджем.
Знакомство с Чарльзом Бэббиджем и как Ада стала первой программисткой
В 17 лет Ада впервые вышла в свет, чтобы ее представили королю и королеве, а позже и другим выдающимся личностям той эпохи. В их числе был 41-летний профессор кафедры математики Кембриджского университета Чарльз Бэббидж, который работал над созданием разностной машины. Проект заинтересовал Аду, а Бэббидж высоко оценил ее умственные способности. Именно эта встреча стала судьбоносной для обоих ученых. Чтобы история была более объективной, стоит отдельно рассказать о Чарльзе Бэббидже и его проектах.
Первая программа в Small Basic
Разностная машина
Разностная машина состояла из ряда столбцов с зубчатыми колесами, каждое из которых представляло цифру в десятичной системе. Эти колеса были соединены через набор шестеренок и могли поворачиваться для выполнения операций сложения и вычитания.
В основе работы разностной машины лежал математический метод конечных разностей, который позволял вычислять широкий спектр функций, используя только основные арифметические операции.
Чтобы использовать разностную машину, оператор устанавливал начальные значения на колесах, а затем машина автоматически выполняла вычисления для создания нужной математической таблицы. После завершения вычислений машина могла выдать результаты в печатном виде.
Правительство Великобритании финансировало разработку Чарльза десять лет. В итоге он лишился поддержки государства и постепенно потерял интерес к проекту. Только между 1847 и 1849 годами ученый вернулся к первоначальной разработке и создал разностную машину №2.
Машину построили в Лондоне только в 2002 году, через 153 года после того, как ее придумал Чарльз. Посмотрите, как она работает.
Аналитическая машина
Новая разработка Чарльза — «Аналитическая машина» была способна не только табулировать логарифмы, но и вести другие вычисления. Машина программировалась с помощью перфокарт, аналогичных тем, которые использовали в ткацком станке Жаккарда.
Машина состояла из двух основных частей: хранилища (магазина) и мельницы. Хранилище выполняло функцию памяти, а мельница отвечала за выполнение арифметических и логических операций. Эти два компонента взаимодействовали друг с другом, как это делают современные компьютерные память и процессоры. Визуализацию аналитической машины можно посмотреть по ссылке.
Перевод статьи и комментарии Ады
В 1842 году Бэббидж презентовал проект «Аналитической машины» в Туринском университете. Выступление Чарльза вдохновило итальянского инженера Луиджи Менабреа (который через 27 лет стал премьер-министром Италии) написать на основе лекции статью на французском языке. Материал опубликовали в академическом журнале Bibliothèque universelle de Genève.
В 1842-1843 годах, по просьбе Чарльза Уитстона, леди Лавлейс перевела статью Менабреа на английский язык, дополнив перевод собственными соображениями. Работа была опубликована в одном из номеров журнала Scientific Memoirs под инициалами A.A.L. Из 66 страниц материала на 41 из них были примечания Ады. Заметку G многие ученые сегодня считают ее первой в истории компьютерной программой.
Какую программу написала Лавлейс
В своих комментариях к статье Ада упоминала числа Бернулли. Это ряд рациональных чисел, который часто использовали в математическом анализе. Лавлейс объяснила, как машина Бэббиджа могла бы вычислять эти числа, если бы она была построена.
Выбор чисел Бернулли был намеренным. Science Focus объясняет, что они хорошо подходят для машинных вычислений благодаря своему рекурсивному определению. Это означает, что знание первого числа позволяет вычислить второе, а знание второго позволяет вычислить третье.
Для достижения этой цели существовало несколько подходов, но Лавлейс выбрала более сложный метод. Ее главной целью было как можно нагляднее продемонстрировать возможности вычислительной машины.
В своих заметках об аналитическом двигателе Ада Лавлейс продемонстрировала свой алгоритм, используя пошаговый процесс, известный как «таблица алгоритма».
Эта таблица была не программой, а трассировкой — пошаговым выполнением программы. Вот упрощенная схема алгоритма:
- Начните с начальных значений переменных.
- Выполните ряд арифметических операций (сложение, вычитание, умножение и деление) над этими переменными для вычисления промежуточных значений.
- Используйте циклы (повторение набора инструкций) и условные ветвления (выбор между различными инструкциями на основе определенных условий) для управления потоком вычислений.
- Продолжайте процесс до тех пор, пока не будет выполнено условие остановки, означающее завершение вычислений.
- Выведите конечный результат, который будет являться искомым числом Бернулли.
Сегодня записку Ады можно сжать до нескольких строк кода, но в то время термин «программа» не использовали. Если бы он существовал тогда, то мог бы обозначать набор перфокарт.
Алгоритм Лавлейс и Аналитическая машина Бэббиджа
Чтобы подробно объяснить алгоритм Ады Лавлейс для вычисления восьмого числа Бернулли (B7) на Аналитической машине, нужно углубиться в тонкости компонентов и механических операций машины.
Числа Бернулли и коэффициенты для работы алгоритма
Числа Бернулли — это последовательность рациональных чисел, глубоко связанных с теорией чисел и математическим анализом. Первые несколько нечетных чисел Бернулли имеют индексы: B1 = -1/2, B3 = 0, B5 = 0 и так далее. Четные числа Бернулли имеют индексы: B0 = 1, B2 = 1/6, B4 = -1/30, B6 = 1/42 и так далее.
Множители коэффициентов, вычисленных с помощью треугольника Паскаля: A0-A5. Значения A0, A1, А3 и А5 приведены ниже:
A0 = -1/2 * (2n — 1) / (2n + 1);
A3 = 2n(2n — 1)(2n — 2) / (2 * 3 * 4);
Здесь n обозначает индекс числа Бернулли в последовательности нечетных чисел Бернулли, начиная с первого. В программе Лавлейс для вычисления B7, n = 4.
Механическое описание процесса алгоритма Ады на Аналитической машине
Этап 1. Настройка перфокарт
Аналитический двигатель программировался с помощью перфокарт, каждая из которых содержала определенные инструкции для арифметических операций, начальные числа Бернулли (B1, B3, B5) и формулы для расчета коэффициентов (A0, A1, A3). Карточки располагались по порядку и подавались в считывающее устройство машины.
Механически этот процесс происходил следующим образом:
- Перфокарты, расположенные в определенной последовательности, подавались в считывающее устройство аналитического двигателя.
- Каждая карта содержала рисунок отверстий, которые представляли собой определенные инструкции или данные для машины.
- Когда карта проходила через считывающее устройство, ряд стержней или штифтов либо проходил через отверстия, либо блокировался твердыми частями карты.
- Движение этих стержней или штифтов приводило в действие ряд взаимосвязанных механических компонентов, таких как рычаги, шестерни и зубчатые колеса в аналитическом двигателе.
- Механические компоненты реагировали на положение стержней или штифтов, которые, в свою очередь, преобразовывали рисунок отверстий на картах в действия или вычисления, которые выполняла машина.
Этап 2. Хранилище
Аналитический двигатель имел область хранения данных (магазин), которая функционировала аналогично современной компьютерной памяти. Магазин состоял из ряда колонок, каждая из которых содержала набор механических шестеренок или колес, которые могли хранить числовые значения.
Для инициализации переменных оператор вручную устанавливал начальные значения чисел Бернулли и коэффициентов на шестеренках в колонках магазина. Эти шестеренки представляли собой ячейки памяти для каждой переменной, причем каждая шестеренка содержала одну цифру числового значения.
Этап 3. Передача данных
Аналитический двигатель использовал ряд механических связей, таких как стержни и рычаги, для передачи данных между хранилищем и мельницей. Когда для расчета требовалась определенная переменная, машина механически «считывала» значение из хранилища, выравнивая шестерни в соответствующей колонке и передавая значение через звенья на мельницу.
Этап 4. Вычисление коэффициентов
Мельница выполняла арифметические операции, используя сложную систему шестеренок и рычагов для манипулирования переменными. Она вычисляла значения для A0, A1 и A3 по определенным формулам и сохраняла их в хранилище.
Этап 5. Произведение коэффициентов и чисел Бернулли
Следующим шагом будет вычисление произведений нечетных чисел Бернулли и коэффициентов. Машина последовательно выполняет следующие вычисления, сохраняя результаты в памяти:
Product 1 = B1 * A1
Product 2 = B3 * A3
Product 3 = B5 * A5.
В этом шаге присутствует тот самый цикл, который разработала Ада Лавлейс. Он подразумевает итерационное вычисление произведений для каждой пары чисел Бернулли и коэффициентов. Хотя здесь нет явного «цикла» в том смысле, как понимают его в современных языках программирования, основная концепция цикла воплощена в повторяющемся процессе выполнения этих вычислений для различных входных данных. Этот итеративный подход составляет основу механизма циклов. Ада Лавлейс была первой, кто понял и включил его в свой алгоритм.
Этап 6. Сумма продуктов и A0
Затем аналитический механизм вычислит сумму ранее вычисленных продуктов и значение A0: Sum = A0 + Product 1 + Product 2 + Product 3.
Для этого мельнице потребуется выполнить ряд операций сложения, передавая промежуточные результаты между магазином и мельницей через механические связи.
Этап 7. Окончательный расчет B7
Наконец, машина умножит Sum на -1, чтобы определить восьмое число Бернулли (B7): B7 = -1 * Sum или B7 = -1 * (A0 + B1 * A1 + B3 * A3 + B5 * A5).
Выходные данные
После вычисления значения B7 аналитический механизм либо сохраняет результат в памяти, либо распечатывает его с помощью специального устройства вывода, например, принтера или графопостроителя, при этом конечный результат механически переносится с мельницы на устройство вывода.
Каждый этап процесса выполнялся механически точно, с использованием сложных механизмов, таких как шестеренки, рычаги и другие компоненты для выполнения арифметических операций. Перфокарты диктовали последовательность операций, позволяя аналитическому двигателю выполнять вычисления систематически и шаг за шагом, демонстрируя прозорливость Ады Лавлейс и Чарльза Бэббиджа.
Алгоритм для несуществующей машины
Сама аналитическая машина никогда не была построена, поэтому, по сути, Ада создавала виртуальный алгоритм для несуществующей машины, как отмечает исследователь Сидни Падула. На ее канале можно посмотреть 13-минутное видео с визуализацией работы машины.
По сюжету комикса ученые оказываются в альтернативной вселенной, где успешно создали Аналитическую машину и используют ее для борьбы с преступностью.
Влияние разработок Ады на современную науку и технологии
Общество оценило достижения Ады Лавлейс только спустя столетие после ее смерти (она умерла от рака матки в 1852 году). Несмотря на споры биографов о значении работ Ады, многие ее считают первым программистом и новатором в области компьютерных наук.
В 1980 году Министерство обороны США разработало универсальный язык программирования военного назначения, который получил название ADA. С 2009 года каждый второй вторник октября отмечается Международный день Ады Лавлейс, чтобы подчеркнуть выдающиеся достижения женщин в областях STEM и признать их незаменимую роль в развитии технологий.
Ежегодно под именем Лавлейс организуются различные мероприятия в области информационных технологий: фестивали, воркшопы, лекции и вручение наград. В 2022 году NVIDIA признала дальновидное мышление Ады, запустив архитектуру чипа Ada Lovelace, которая используется в современных GeForce 40-й серии и профессиональных картах RTX 6000 Ada Generation.
- Блог компании ГК ITGLOBAL.COM
- История IT
- Биографии гиков
Источник: habr.com
Компьютерная грамотность с Надеждой
Заполняем пробелы — расширяем горизонты!
Леди Ада Лавлейс и первая компьютерная программа
Графиня
Ада Лавлейс
На технологической выставке в 1834 г. Чарльз Бэббидж впервые публично заявил о своей новой разработке – аналитической машине, прабабушке современного компьютера.
Естественно, его речь была насыщена математическими терминами и логическими выкладками, которые неподготовленному человеку понять было сложно.
А Ада Лавлейс (1815-1852) не только все поняла, но и забросала Чарльза вопросами по существу проблемы.
Бэббидж был поражен остротой ума девушки, к тому же, Ада была почти ровесницей его рано умершей дочери.
Кто же была эта девушка?
Ада Августа Лавлейс, урожденная Байрон, родилась 10 декабря 1815 года в семье известного английского поэта лорда Байрона и его жены Анабеллы. Через месяц после рождения ребенка лорд Байрон покинул семью и никогда больше не видел свою дочь.
Анабелла сделала все возможное, чтобы ее дочь никогда не стала поэтессой. Она нанимала дочери выдающихся в то время учителей, чтобы заинтересовать ее математикой и музыкой, и вполне в этом преуспела. Во время тяжелой болезни Ада, на три года потерявшая способность ходить, продолжала свои занятия.
В 1834 году на технологической выставке одержимость юной леди математикой обрела воплощение. Открылась новая, отличная возможность при помощи математики заставить машину помогать человеку решать математические задачи! Впоследствии Бэббидж руководил научными занятиями Ады, посылал ей статьи и книги, представляющие интерес, и знакомил со своими работами.
Забегая далеко вперед, по своему опыту могу сказать, что когда я в студенческие годы начала писать свои первые программы на ЭВМ, то тоже была буквально потрясена возможностями машины в области математических расчетов. И по объему вычислений, и по быстродействию, и по отсутствию ошибок в расчетах ЭВМ, конечно, все делала классно!
В 1835 году Ада выходит замуж за лорда Кинга, который впоследствии получил титул графа Лавлейса. У них родилось два сына и дочь, но ни дети, ни муж, ни светская жизнь не могли оторвать Аду от ее любимой математики. Не зря ее называли «Повелительницей чисел»!
В 1842 г. итальянский математик Луис Менебреа, преподаватель баллистики Туринской артиллеристской академии, опубликовал «Очерк Аналитической машины, изобретенной Чарльзом Бэббиджем». Книга была написана на французском языке, и Бэббидж обратился к Аде Августе с просьбой перевести ее на английский язык.
Графиня Лавлейс, резонно рассудив, что ее матери вполне достаточно, чтобы заниматься с внуками и с многочисленным штатом домашней прислуги, с радостью вернулась в мир математики. Ада Августа решила полностью посвятить себя любимой науке, работе над машиной Бэббиджа и ее широкой популяризации.
Кстати, муж ее полностью поддерживал. Наверное, поэтому его фамилия вошла в историю вычислительной техники.
В течение девяти месяцев графиня работала над текстом книги, попутно дополнив ее собственными комментариями и замечаниями. Именно эти комментарии и замечания сделали ее известной в мире науки, а заодно и ввели в историю.
В одном из своих примечаний она самостоятельно написала первую в истории человечества компьютерную программу — алгоритм, представляющий собой список операций для вычисления чисел Бернулли.
Предвосхищая «этапы» компьютерного программирования, Ада Лавлейс, так же как и современные математики, начинает с постановки задачи, затем выбирает метод вычисления, удобный для программирования, и лишь затем переходит к составлению программы.
«Примечания» Лавлейс заложили основы современного программирования. Одним из важнейших понятий программирования служит понятие цикла, которому она дает следующее определение:
«Под циклом операций следует понимать любую группу операций, которая повторяется более одного раза».
Организация циклов в программе значительно сокращает ее объем. Без такого сокращения практическое использование аналитической машины было бы нереальным, т. к. она работала с перфокартами, и требовалось бы огромное их количество для каждой решаемой задачи.
«Можно с полным основанием сказать, Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок Жаккарда воспроизводит цветы и листья»
— писала графиня Лавлейс. Она была одна из немногих, кто понимал, как работает машина и каковы ее перспективы.
Уже в то время Ада Лавлейс отдавала себе полный отчет в колоссальных возможностях универсальной вычислительной машины.
Вместе с тем она прекрасно понимала границы этих возможностей:
«Желательно предостеречь против преувеличения возможностей аналитической машины. Аналитическая машина не претендует на то, чтобы создавать что-то действительно новое. Машина может выполнить все то, что мы умеем ей предписать. Она может следовать анализу; но она не может предугадать какие-либо аналитические зависимости или истины. Функции машины заключаются в том, чтобы помочь нам получить то, с чем мы уже знакомы».
Вместе с тем уже в 40-х годах 19 века она разглядела в машине то, о чем боялся думать ее изобретатель Бэббидж: «Суть и предназначение машины изменятся от того, какую информацию мы в нее вложим. Машина сможет писать музыку, рисовать картины и покажет науке такие пути, которые мы никогда и нигде не видели».
В своей первой и, к сожалению, единственной научной работе Ада Лавлейс рассмотрела большое число вопросов, актуальных и для современного программирования. Примечания графини Лавлейс к книге Луиса Менебреа занимают всего 52 страницы. Собственно, это все, что оставила Ада Лавлейс для истории. Но эта краткость — сестра огромного таланта. Даже 52 страницы могут перевернуть окружающий мир до неузнаваемости.
В середине 70-х гг. 20-го столетия министерство обороны США официально утвердило название единого языка программирования американских вооруженных сил. Язык носит название Ada.
С недавнего времени у программистов всего мира появился свой профессиональный праздник. Он так и называется — «День программиста» — и празднуется 10 декабря. Как раз в день рождения Ады Лавлейс.
P.S. Статья закончилась, но можно еще прочитать:
Источник: www.compgramotnost.ru
Первый программист в мире: кто он, с чего начал путь и какую программу создал
Такая профессия , как программист , считается очень молодой профессией. Ее возраст — плюс-минус 70 лет. Но интересно же , кто первый программист в мире? С кого или с чего все началось? Попытаемся с этим разобраться в нашей сегодняшней статье.
Разберем , кто был первы м программист ом , а также назовем имя первой программистки . П оговорим , чем их труд отличался от современных программистов.
Августа Ада Лавлейс — имя первой программистки
Почему-то , когда называют слово «программист» , — в этой профессии первым делом представляется мужчина. Однако, вы удивитесь, но первый программист — это женщина. Имя первой программистки — Августа Ада Лавлейс. Она была дочерью известного поэта Гордона Байрона, родилась в Лондоне в 1815-м году. Хотя у нее и знаменитый отец, он не участвовал в ее воспитании.
Когда ей было всего 5 недель, мама и знаменитый отец разошлись , и с тех пор они так и не виделись и не общались.
С детства Ада была увлечена математикой, черчением и другими точными науками. Уже к 12-ти годам она разработала и начертила собственный летательный аппарат, который должен был работать на паровом двигателе.
Уже в 1824-м из-за своего увлечения наукой она была представлена математику Чарльзу Бэббиджу на выставке, где он представлял свой аппарат, сконструированный для автоматического расчета логарифмических и тригонометрических функций. Инструкция д ля работы того аппарата вводилась с помощью перфокарты. Сама Ада потом долгое время еще изучала данный аппарат, его назначение и работу. Так она и подружилась с данным математиком, который стал ее ментором в математической науке.
Вычислительный аппарат Бэббиджу так и не имел окончательной реализации из-за технических ограничений того времени и финансовых трудностей самого изобретателя. Но на этом он сам не остановился и решил разработать новый проект — аналитическую машину. Данная аналитическая машина и считается прародителем первого компьютера. Но сам прототип этой аналитической машины был создан уже после смерти его изобретателя.
По это й машине бы л проведе н ряд научных лекций в Турине. Было много опубликованных статей на эту тему. Одну из таких научных статей на французском языке Чарльз попросил перевести Аду на английский язык. Делая перевод , Ада настолько вдохновилась «идеей», что многие факты и алгоритмы комментировала своими мыслями.
Так получил о сь, что при переводе за счет комментариев статья увеличилась в 3 раза. При изучении перевода в комментариях было замечено большое количество «плана работы» для аналитической машины, прописанного именно программным алгоритмом. Именно эти комментарии и считаются первым программным обеспечением, созданным специально для компьютера. Сами эти программы не были применены на практике, однако именно Аде присвоен статус «первый программист в мире».
Суть в том, что з ад олго до появления прототипа компьютера, Ада сумела предположить, что будут созданы машины, которые смогут решать задачи , неподвластные человеку. И все это будет возможно простым написанием определенных алгоритмов.
Именно те комментарии Ады легли в основу современного программирования. Именно она ввела такие понятия, как команды, цикл, свойство и т. д. Это намного ускоряло передачу команды при помощи перфокарты.
Сейчас имя первой программистки носит один из языков программирования и два городка в США.
Морис Уилкс — первый программист мужчина
- разработал «Ассемблер»;
- разработал библиотеку подпрограмм;
- создал алгоритм, который размещал эти библиотеки в памяти и отвечал за их вывод;
- разработал принцип микропрограммирования (управление компьютер ом при помощи небольших команд);
- и др.
Конрад Цузе — первый программист, создавший собственный язык программирования
Родился в Берлине в 1910-м году. С детства увлекался математикой и инженерией. Уже в школьном возрасте создал аппарат, автоматически разменивающий деньги. Окончил Высшую Техническую школу Германии по специальности «инженер». После устроился работать в авиакомпанию.
Так как он работал инженером-проектировщиком, ему приходилось много вычислять. Тогда — то он и решил создать собственную вычислительную машину. Он сделал прототип компьютера прямо в родительском доме. Данный «компьютер» занимал площадь около 4-х м.кв.
Так получилось, что он был призван в Вооруженные Силы и участвовал в боевых действиях, а чуть позже был переведен в военный авиационный институт, где проводили секретные исследования.
Так сложилось , что все свои профильные разработки он делал в одиночку. В военное и послевоенное время у него не было доступа к трудам своих коллег. Он попросту не знал, над чем они трудились. Однако и его труды на тот момент оставались неизвестными.
Отчужденность не помешала ему прийти к пониманию того, что его собственный прототип компьютера нуждается в программном управлении. Для этого он разработал первый в мире высокоуровневый язык программирования «Планкалкюль». Он применял его на свое м собственном компьютере, однако , как позже показали исследования , он мог применяться и на других подобных компьютерах того времени. Данный язык позволял его компьютерам «оценивать» шахматные позиции и играть в шахматы.
Соль в том, что труды данного разработчика были опубликованы только в 1972-м году, когда они уже по сути теряли свою актуальность. А его собственный язык был доведен до рабочего состояния только в 2000-м. Поэтому особого влияния на развитие общего программирования его исследования не оказали. Остается только догадываться, как бы могло развиваться программирование и компьютерная сфера в целом, если бы данный уче н ый сотрудничал с другими коллегами и раньше бы опубликовал свои труды.
Но факт остается фактом : этому уче н ому присвоен статус — «первый программист, который создал собственный язык программирования». До него этого никто не делал.