В начале XX века, когда само слово «компьютер» еще означало человека, а не машину, в Дублине жил скромный клерк. Днем он переписывал бумаги, а по ночам, в полной изоляции от научного мира, чертил схему устройства, которое опередило свое время на десятилетия. Он не был профессором, не имел доступа к лабораториям и не знал о работе Чарльза Бэббиджа, пока не завершил свой проект. Его имя — Перси Эдвин Ладгейт, а его история — это рассказ о гении, который остался незамеченным при жизни, а его труд был «откопан» спустя полвека после смерти создателя.
Скромный клерк из Скибберина: жизненный путь гения
Перси Эдвин Ладгейт родился 2 августа 1883 года в городе Скибберин в графстве Корк на юге Ирландии, в семье Майкла и Мэри Ладгейт. Он был младшим из четырех сыновей — его братьями были Томас, Фредерик и Альфред. Его отец, Майкл Эдвард Ладгейт, служил в армии и вышел в отставку в 1876 году, после чего семья и перебралась в Скибберин.
Позже они переехали в Дублин, где Перси посещал школу North Strand Parish, а затем изучал бухгалтерское дело в Коммерческом колледже Ратмайнса. В 1917 году он получил золотую медаль по результатам выпускных экзаменов от Корпорации бухгалтеров. Всю свою недолгую жизнь Ладгейт проработал в фирме Kevans & Son в Дублине, занимаясь аудитом.
Современники описывали его как «очень мягкого, скромного и простого человека», который «обладал характеристиками, обычно ассоциирующимися с гением». Он так и не женился. В годы Первой мировой войны, с 1914 по 1918 год, Ладгейт работал в комитете, созданном Военным министерством для снабжения кавалерийских дивизий, и высоко ценился за свою работу. В 1922 году он отправился в отпуск в Люцерн в Швейцарии, но вскоре после возвращения заболел пневмонией и умер 16 октября 1922 года в возрасте 39 лет.
Ночная одержимость: как родилась вторая в истории аналитическая машина
Примерно с 1903 года Ладгейт начал работать над своим увлечением — вычислительными машинами. Он занимался этим после работы, до глубокой ночи, и изначально — полностью независимо от Чарльза Бэббиджа. Он не знал о работе великого английского математика, пока не завершил собственный проект. Это делает его достижение еще более удивительным: он пришел к идее программируемого цифрового компьютера самостоятельно, с нуля.
В апреле 1909 года в журнале Scientific Proceedings of the Royal Dublin Society вышла его статья под названием «On a Proposed Analytical Machine» — пятнадцать страниц, описывающих конструкцию машины, которая должна была выполнять любые математические вычисления, доступные человеку. Это была вторая в истории опубликованная конструкция аналитической машины — после той, что описал Чарльз Бэббидж и опубликовала Ада Лавлейс в 1843 году.
Ладгейт не просто повторил идею Бэббиджа. Его машина была устроена принципиально иначе. Аналитическая машина Бэббиджа работала как гигантский механический арифмометр, в точности выполняла все вычисления через сложение с помощью бесконечных рядов зубчатых колес и шестеренок. Это был огромный механизм, где каждое число — это положение колеса, а любая операция сводится к тому, чтобы эти колеса правильно повернуть и сложить.
Основой машины Ладгейта было умножение, а не сложение. Вместо зубчатых колес он использовал стержни, которые двигались в специальных «челноках» — это были своего рода направляющие, по которым стержни перемещались на нужное расстояние. А для того, чтобы превратить умножение в простое сложение, он применил логарифмические «слайды» — механические детали, профиль которых был рассчитан по логарифмическому закону.
Обе машины, и Бэббиджа, и Ладгейта, использовали перфорированную бумагу для ввода, но у Бэббиджа команды и данные шли раздельно, а Ладгейт объединил их в единую последовательность. Это означает, что его машина могла читать программу и данные с одной ленты, переключаясь между ними по мере необходимости. Именно это нововведение, а также использование умножения как основной операции, сделало конструкцию Ладгейта настолько непохожей на машину Бэббиджа, что исследователи называют ее вторым типом аналитического двигателя — самостоятельным инженерным решением, а не копией.
Машина, которую никто не построил: конструкция и принципы
Машина Ладгейта должна была быть довольно компактной — примерно 66 см в длину, 61 см в ширину и 51 см в высоту. Для сравнения, аналитическая машина Бэббиджа задумывалась как гораздо более крупная конструкция и при жизни изобретателя так и не была завершена. Программа для машины Ладгейта записывалась на перфорированной бумажной ленте, которую он называл «формульной бумагой». Для исходных чисел использовалась отдельная «числовая бумага». Предусматривалась и клавиатура: верхняя часть служила для ввода чисел, нижняя — для команд программы.
Память была устроена необычно. Ладгейт предусмотрел два коаксиальных цилиндрических хранилища, в которых размещались в общей сложности 192 «челнока» с переменными. Каждый из них хранил число длиной до двадцати десятичных цифр. Значение каждой цифры задавалось положением выступающего металлического стержня, еще один стержень отвечал за знак. Чтобы получить нужное число, механизм поворачивал соответствующий цилиндр и подводил выбранный челнок к вычислительной части машины. Для начала XX века это была совершенно необычная схема памяти, заметно отличавшаяся от системы зубчатых колес Бэббиджа.
Самое интересное в машине Ладгейта — способ умножения. Он придумал систему индексных чисел, которую современник Ладгейта физик Чарльз Вернон Бойс позднее назвал «ирландскими логарифмами». Для каждой десятичной цифры существовал специальный индекс. При умножении индексы цифр механически складывались, а получившееся значение позволяло определить соответствующее частичное произведение. По смыслу метод действительно напоминал работу с логарифмами, хотя использовал собственную дискретную систему индексов.
Для деления Ладгейт придумал другой механизм. Машина должна была сводить задачу к вычислению быстро сходящегося ряда, после чего использовать полученный результат в умножении. Последовательностью операций управлял специальный делительный цилиндр с заранее заданной программой. По современной терминологии такой механизм можно сравнить со встроенной подпрограммой. Позднейшие исследователи отмечают, что это было одно из наиболее необычных решений в конструкции Ладгейта.
Приводить машину в действие должен был небольшой мотор, вращавшийся примерно со скоростью три оборота в секунду. Называть это тактовой частотой 3 Гц было бы не совсем точно: речь шла о механическом вращении главного вала, а устройство современных процессорных тактов появилось значительно позже. По расчетам Ладгейта, сложение или вычитание двадцатизначных чисел занимало около трех секунд, умножение — десять секунд, а деление — до полутора минут.
Забвение и неожиданное возвращение: как статья 1909 года спасла IBM
Машина Ладгейта так и не была построена, и не было найдено никаких записей о попытках запатентовать ее или получить финансирование от правительства. После смерти изобретателя в 1922 году интерес к его работе угас. Его труд оставался практически неизвестным десятилетиями и не оказал влияния на ранних разработчиков электронных компьютеров. Казалось, имя Перси Ладгейта было обречено на забвение.
Но в 1960 году произошло событие, которое придало наследию Ладгейта совершенно неожиданное значение. Незадолго до этого немецкий инженер Конрад Цузе — пионер компьютерной техники, создатель первого программируемого компьютера Z3, подал патентную заявку на метод интерпретации программных инструкций управляющим блоком компьютера. Эта концепция, по сути, лежала в основе всех будущих компьютеров.
В 1959 году патентное ведомство Мюнхена уже склонялось к тому, чтобы одобрить заявку. Эксперты не нашли в работах Бэббиджа, Торреса-и-Кеведо или Стибица ничего, что описывало бы машину, управляемую программой, закодированной в виде чисел.
Однако 12 января 1960 года, буквально за несколько дней до выдачи патента, в ведомство поступило новое возражение. Его подала компания Triumph-Werke, нанявшая патентного поверенного доктора Герхарда Б. Хагена. Этот юрист, действовавший в интересах IBM, представил патентному ведомству статью Перси Ладгейта 1909 года — как «prior art», то есть доказательство того, что идея программируемого компьютера с закодированными командами была известна задолго до заявки Цузе.
В своем письме Хаген дал точную ссылку на работу Ладгейта и приложил ее десятистраничное объяснение. Патент Цузе, который мог бы стать первым в мире патентом на саму концепцию программируемого компьютера, был заблокирован. Хотя формально возражение против патента Цузе подавала немецкая компания Triumph-Werke, производитель пишущих машинок и офисной техники. Сам Цузе до конца жизни был уверен, что за спиной Triumph-Werke стояла IBM.
В интервью 1968 года он прямо говорил, что Хаген «официально представлял Triumph Corporation, но неофициально — IBM, он был связан с IBM». Более поздние исследования подтвердили, что в тот самый период, в 1959–1960 годах, Хаген одновременно вел патентные дела IBM Deutschland.
Мотив IBM был сугубо прагматичным. Еще в 1947 году корпорация вела переговоры с Цузе о покупке прав на его патенты, но сделка сорвалась. IBM интересовали только права, а сам Цузе хотел продолжать работу и развивать свою компанию. После этого, по мнению исследователей, IBM не желала, чтобы патент Цузе был выдан — он дал бы конкуренту (или его компании) легальную монополию на саму концепцию программируемого компьютера. Блокировка патента была для IBM способом защитить свои позиции на зарождающемся рынке компьютеров.
IBM нужно было заблокировать патент Цузе, но нельзя было использовать в качестве «prior art» слишком «сильные» доказательства. Если бы IBM заявила, что идея программируемого компьютера была известна из работ, скажем, того же Бэббиджа или более ранних проектов, это могло бы подорвать патент на ENIAC — первый электронный компьютер, права на который к тому времени принадлежали корпорации Sperry Rand, а IBM в 1956 году заключила с ней соглашение о кросс-лицензировании. То есть IBM была заинтересована в том, чтобы патент ENIAC оставался в силе, а патент Цузе — нет.
И тут на сцену выходит статья Перси Ладгейта 1909 года. Это была идеальная находка. Ладгейт описал механическую, а не электронную вычислительную машину. Его работа доказывала, что сама идея программируемого компьютера с перфорированной лентой для ввода команд существовала задолго до Цузе, но при этом не угрожала патенту ENIAC, поскольку речь шла о совершенно другой технологии (механика против электроники). Использование статьи Ладгейта позволяло убить двух зайцев: заблокировать патент Цузе и не навредить патенту ENIAC.
Так работа скромного ирландского клерка, написанная за полвека до этого и считавшаяся лишь историческим курьезом, неожиданно повлияла на патентный ландшафт зарождающейся компьютерной индустрии.
Профессор Рэндалл и второе рождение Перси Ладгейта
Долгие годы после этого случая работа Ладгейта снова оставалась в тени. О ней знали лишь узкие специалисты, а в литературе по истории компьютеров она почти не упоминалась. Все изменилось в 1970 году, когда профессор Брайан Рэндалл из Университета Ньюкасла, готовя академическую работу, случайно наткнулся на след ирландского изобретателя. Он обнаружил статью Ладгейта 1909 года и был настолько поражен ее содержанием, что решил выяснить все о жизни и работе этого человека. Это стало началом почти полувекового исследования.
В 1971 и 1982 годах Рэндалл опубликовал первые статьи о Ладгейте, которые буквально «воскресили» его из забвения. Именно благодаря этим публикациям мир узнал, что за полвека до появления электронных компьютеров скромный дублинский клерк самостоятельно разработал конструкцию программируемой вычислительной машины, принципиально отличную от машины Бэббиджа. Рэндалл продолжал интересоваться этой темой всю жизнь, а в 2020-х годах инициировал новое, уже совместное с Тринити-колледжем в Дублине, исследование наследия Ладгейта.
Это исследование принесло два важных открытия. Во-первых, были найдены документы, подтверждающие, что чертежи машины Ладгейта и ее описания все еще существуют. Во-вторых, были обнаружены американские потомки племянницы Ладгейта, которые смогли установить памятную надгробную плиту на его ранее безымянной могиле. Сегодня Перси Ладгейт признан одним из ключевых пионеров вычислительной техники, а его имя занимает заслуженное место в истории компьютеров.
Вместо заключения
Перси Ладгейт прожил всего 39 лет. Он не был профессором, не имел степеней в области математики или инженерии, не получил ни цента за свое изобретение и не увидел свою машину построенной. Он работал по ночам, в одиночестве, не зная, что где-то в прошлом веке похожую задачу пытался решить Чарльз Бэббидж. И все же он сумел спроектировать устройство, которое по своей архитектуре опередило время на десятилетия: программируемый цифровой компьютер с памятью, подпрограммами и оригинальной системой умножения.
Его история — это напоминание о том, что великие идеи не всегда рождаются в университетах и корпоративных лабораториях. Иногда они приходят к людям, которые просто не могут перестать думать о том, как заставить машину считать. И даже если мир не замечает их при жизни, рано или поздно, пусть через 50 лет, их работа находит свое место в истории.
Читайте также: