Die Difference Engine, eine frühe Rechenmaschine, die an den ersten Computer heranreicht, wurde in den 1820er und 30er Jahren von Charles Babbage entworfen und teilweise gebaut. Babbage war ein englischer Mathematiker und Erfinder; er erfand den Kuhfänger, reformierte das britische Postsystem und war ein Pionier auf dem Gebiet des Operations Research und der Versicherungsmathematik. Es war Babbage, der als erster vorschlug, dass man das Wetter vergangener Jahre aus Baumringen ablesen kann. Er hatte auch eine lebenslange Faszination für Schlüssel, Chiffren und mechanische Puppen (Automaten).
Science Museum London
Als Gründungsmitglied der Royal Astronomical Society sah Babbage die Notwendigkeit, ein mechanisches Gerät zu entwerfen und zu bauen, das lange, langwierige astronomische Berechnungen automatisieren konnte. Zunächst schrieb er 1822 einen Brief an Sir Humphry Davy, den Präsidenten der Royal Society, über die Möglichkeit, die Konstruktion von mathematischen Tabellen zu automatisieren – insbesondere von Logarithmentafeln für die Navigation. Er schrieb daraufhin eine Abhandlung, „On the Theoretical Principles of the Machinery for Calculating Tables“, die er später im selben Jahr vor der Gesellschaft vortrug. (1823 wurde es mit der ersten Goldmedaille der Royal Society ausgezeichnet.) Die damals verwendeten Tabellen enthielten oft Fehler, die für Seeleute auf See über Leben und Tod entscheiden konnten, und Babbage argumentierte, dass er durch die Automatisierung der Tabellenproduktion deren Genauigkeit sicherstellen konnte. Nachdem er in der Gesellschaft Unterstützung für seine „Difference Engine“, wie er sie nannte, gewonnen hatte, wandte sich Babbage als Nächstes an die britische Regierung, um die Entwicklung zu finanzieren, und erhielt einen der weltweit ersten staatlichen Zuschüsse für Forschung und technologische Entwicklung.
Babbage ging das Projekt sehr ernsthaft an: Er stellte einen Maschinenbaumeister ein, richtete eine feuersichere Werkstatt ein und baute eine staubdichte Umgebung, um das Gerät zu testen. Bis zu diesem Zeitpunkt wurden Berechnungen selten mit mehr als 6 Stellen durchgeführt; Babbage plante, routinemäßig 20- oder 30-stellige Ergebnisse zu erzielen. Die Difference Engine war ein digitales Gerät: Sie arbeitete mit diskreten Ziffern statt mit glatten Größen, und die Ziffern waren dezimal (0-9), dargestellt durch Positionen auf Zahnrädern, und nicht die binären Ziffern („Bits“), die der deutsche Mathematiker-Philosoph Gottfried Wilhelm von Leibniz in seinem Step Reckoner favorisiert (aber nicht verwendet) hatte. Wenn sich eines der Zahnräder von 9 auf 0 drehte, bewirkte es, dass das nächste Rad um eine Position vorrückte und die Ziffer trug, genau wie Leibniz‘ Step Reckoner-Rechner funktioniert hatte.
Die Difference Engine war jedoch mehr als eine einfache Rechenmaschine. Sie mechanisierte nicht nur eine einzelne Berechnung, sondern eine ganze Reihe von Berechnungen mit einer Reihe von Variablen, um ein komplexes Problem zu lösen. Sie ging auch in anderer Hinsicht weit über Taschenrechner hinaus. Wie moderne Computer verfügte die Difference Engine über einen Speicher – also einen Ort, an dem Daten für eine spätere Verarbeitung zwischengespeichert werden konnten – und sie war so konstruiert, dass sie ihre Ausgabe in weiches Metall stempeln konnte, das später zur Herstellung einer Druckplatte verwendet werden konnte.
Die Differenzmaschine führte jedoch nur eine Operation aus. Der Operator würde alle seine Datenregister mit den ursprünglichen Daten einrichten, und dann würde die einzelne Operation wiederholt auf alle Register angewendet werden, um schließlich eine Lösung zu erzeugen. Dennoch übertraf sie in ihrer Komplexität und Kühnheit jedes damals existierende Rechengerät.
Die vollständige Maschine, die auf Zimmergröße ausgelegt war, wurde nie gebaut, zumindest nicht von Babbage. Zwar erhielt er mehrere Zuschüsse von der Regierung, doch diese waren sporadisch – die Regierungen wechselten, die Gelder gingen oft aus, und er musste einen Teil der finanziellen Kosten selbst tragen – und er arbeitete an oder nahe den Toleranzen der damaligen Konstruktionsmethoden und stieß auf zahlreiche Konstruktionsschwierigkeiten. Die Konstruktion wurde 1833 eingestellt, als Joseph Clement, der Maschinist, der für den eigentlichen Bau der Maschine verantwortlich war, sich weigerte, weiterzuarbeiten, wenn er nicht im Voraus bezahlt wurde. (Der fertiggestellte Teil der Difference Engine ist als Dauerausstellung im Science Museum in London zu sehen.) Siehe auch Analytical Engine.