Charles Babbage (1791-1871) - un pionier în crearea tehnologiei de calcul, care a dezvoltat 2 clase de calculatoare - diferențiale și analitice. Prima dintre ele și-a primit numele datorită principiului matematic pe care se bazează - metoda diferențelor finite. Frumusețea sa constă în utilizarea exclusivă a adunării aritmetice fără a fi nevoie să recurgă la înmulțire și împărțire, care sunt greu de implementat mecanic.
Mai mult decât un calculator
Babbage's Difference Engine este un dispozitiv de numărare. Ea manipulează numerele în singurul mod în care poate, adunându-le în mod constant conform metodei diferențelor finite. Nu poate fi folosit pentru calcule aritmetice generale. Motorul analitic al lui Babbage este mult mai mult decât un simplu calculator. Acesta marchează tranziția de la aritmetica mecanizată la calculul de uz general la scară completă. La diferite etape ale evoluţiei ideilor lui Babbageau fost cel putin 3 proiecte. Prin urmare, motoarele sale analitice sunt cel mai bine menționate la plural.
Confort și eficiență tehnică
Calculatoarele lui Babbage sunt zecimale în sensul că folosesc 10 cifre de la 0 la 9 și digitale prin faptul că funcționează numai cu numere întregi. Valorile sunt reprezentate de roți dințate, iar fiecare cifră are propria sa roată. Dacă se oprește la o poziție intermediară între valorile întregi, atunci rezultatul este considerat nedeterminat, iar mașina este blocată pentru a arăta o încălcare a integrității calculelor. Aceasta este o formă de detectare a erorilor.
Babbage a luat în considerare, de asemenea, utilizarea altor sisteme numerice decât cele zecimale, inclusiv cele binare și baza 3, 4, 5, 12, 16 și 100. El a optat pentru zecimală datorită familiarității și eficienței inginerești, deoarece reduce foarte mult numărul de piese mobile.
Motor de diferență 1
În 1821, Babbage a început dezvoltarea unui mecanism conceput pentru a calcula și a tabula funcții polinomiale. Autorul îl descrie ca un dispozitiv pentru calcularea automată a unei secvențe de valori cu imprimarea automată a rezultatelor sub forma unui tabel. O parte integrantă a designului este o imprimantă conectată mecanic la secțiunea de calcul. Difference Engine 1 este primul design complet pentru calcul automat.
Din când în când, Babbage a schimbat funcționalitatea dispozitivului. Un design din 1830 descrie o mașină proiectată pentru 16 cifre și 6 ordine de diferență. Modelul a constat din 25 de mii de părți, împărțite în mod egal între secțiunea de calcul și imprimantă. Dacă dispozitivul ar fi fost construit, ar fi cântărit aproximativ 4 tone și ar fi în alt de 2,4 metri. Lucrările la Babbage's Difference Engine au fost oprite în 1832 după o dispută cu inginerul Joseph Clement. Finanțarea guvernamentală s-a încheiat în 1842
Motor analitic
Când lucrările la aparatul de diferență s-au blocat, în 1834 Babbage a conceput un dispozitiv mai ambițios, care mai târziu a devenit cunoscut sub numele de Motorul de calcul universal programabil analitic. Proprietățile structurale ale mașinii lui Babbage corespund în mare măsură elementelor de bază ale unui computer digital modern. Programarea se face folosind carduri perforate. Această idee a fost preluată de la războaiele jacquard, unde sunt folosite pentru a crea modele textile complexe.
Structura logică a motorului analitic al lui Babbage corespunde practic designului dominant al calculatoarelor epocii electronice, ceea ce presupune prezența memoriei („magazin”), separată de unitatea centrală de procesare („moară”), secvențială executarea operaţiunilor şi facilităţilor de introducere şi ieşire de date şi instrucţiuni. Prin urmare, autorul dezvoltării a primit titlul de pionier al tehnologiei informatice cu totul meritat.
Memorie și procesor
Mașina lui Babbage are un „magazin” în care sunt stocate numerele și rezultatele intermediare, precum și o „moară” separată unde se efectuează procesarea aritmetică. Ea avea un set de 4 funcții aritmetice și putea efectua înmulțiri și împărțiri directe. În plus, dispozitivul era capabil să efectueze operații care se numesc acum ramificare condiționată, buclă (iterație), microprogramare, procesare paralelă, fixare, modelare puls etc. Autorul însuși nu a folosit o astfel de terminologie.
Procesorul motorului analitic al lui Charles Babbage, pe care l-a numit „moara”, oferă:
- stocare numere, operațiuni asupra cărora se efectuează imediat, în registre;
- are hardware pentru a efectua operații aritmetice de bază pe ele;
- transfering instrucțiuni externe orientate spre utilizator către control intern detaliat;
- sistem de cronometrare (ceas) pentru a executa instrucțiuni într-o secvență atent selectată.
Mecanismul de control al motorului analitic efectuează operațiuni automat și constă din două părți: un nivel inferior controlat de tobe masive numite butoaie și un nivel în alt folosind cărți perforate concepute de Jacquard pentru războaiele utilizate pe scară largă la începutul anilor 1800.
Dispozitive de ieșire
Rezultatul calculelor este afișat într-o varietate de moduri, inclusiv prin imprimare, carduri perforate, trasare șiproducerea automată a stereotipurilor - tăvi de material moale pe care este imprimat rezultatul, capabile să servească drept matriță pentru turnarea plăcilor pentru imprimare.
Design nou
Lucrarea de pionierat a lui Babbage la motorul analitic a fost în mare parte finalizată până în 1840 și a început să dezvolte un nou dispozitiv. Între 1847 și 1849, el a finalizat dezvoltarea Difference Engine No. 2, care a fost o versiune îmbunătățită a originalului. Această modificare a fost concepută pentru operațiuni cu numere de 31 de biți și ar putea tabula orice polinom de ordinul al 7-lea. Designul a fost extrem de simplu, necesitând doar o treime din numărul de piese al modelului original, oferind în același timp putere de procesare egală.
Diferentele și motoarele analitice ale lui Charles Babbage au folosit același design al dispozitivului de ieșire, care nu numai că a făcut tipăriri pe hârtie, ci și a creat automat stereotipuri și a efectuat independent formatarea conform aspectului paginii specificat de operator. În același timp, a fost posibilă reglarea înălțimii liniei, a numărului de coloane, a lățimii câmpurilor, a plierii automate a rândurilor sau coloanelor și a aranjarea liniilor goale pentru lizibilitate.
Legacy
În afară de câteva ansambluri mecanice create parțial și modele de testare ale secțiunilor mici de lucru, niciunul dintre modele nu a fost realizat pe deplin în timpul vieții lui Babbage. Modelul principal asamblat în 1832 a fost 1/7 din Difference Engine No. 1, care constadin aproximativ 2 mii de părți. Funcționează impecabil până în prezent și este primul dispozitiv de calcul automat de succes care implementează calcule matematice într-un mecanism. Babbage a murit în timp ce mica parte experimentală a motorului analitic era asamblată. S-au păstrat multe detalii ale construcției, precum și o arhivă completă de desene și note.
Desenele lui Babbage pentru calculatoare mecanice uriașe sunt considerate una dintre realizările intelectuale uimitoare ale secolului al XIX-lea. Abia în ultimele decenii munca sa a fost studiată în detaliu, iar importanța a ceea ce a făcut devine din ce în ce mai evidentă.
