Charles Babbage (1791-1871) – a számítástechnika megalkotásának úttörője, aki két osztályú számítógépet fejlesztett ki – különbségi és analitikus. Az első közülük a nevét a matematikai elvnek köszönheti, amelyen alapul - a véges különbségek módszere miatt. Szépsége abban rejlik, hogy kizárólag az aritmetikai összeadást használja anélkül, hogy szorzást és osztást kellene igénybe vennie, amelyeket nehéz mechanikusan megvalósítani.
Több mint egy számológép
A Babbage's Difference Engine egy számláló eszköz. A számokat úgy manipulálja, ahogy csak tudja, folyamatosan összeadja őket a véges különbségek módszere szerint. Általános aritmetikai számításokhoz nem használható. A Babbage's Analytical Engine sokkal több, mint egy számológép. Ez jelzi az átmenetet a gépesített aritmetikáról a teljes körű általános célú számítástechnikára. Babbage ötletei fejlődésének különböző szakaszaibanlegalább 3 projekt volt. Ezért az elemző motorjaira a legjobb többes számban hivatkozni.
Kényelem és műszaki hatékonyság
Babbage számítógépei decimálisak abban az értelemben, hogy 0-tól 9-ig 10 számjegyet használnak, és digitálisak abban az értelemben, hogy csak egész számokkal működnek. Az értékeket fogaskerekek jelölik, és minden számjegynek saját kereke van. Ha az egész értékek közötti közbenső helyen áll meg, akkor az eredményt határozatlannak tekintjük, és a gép blokkolva van, hogy a számítások integritásának megsértését mutassa. Ez a hibaészlelés egy formája.
Babbage fontolóra vette a decimálistól eltérő számrendszerek használatát is, beleértve a binárist és a 3-as, 4-es, 5-ös, 12-es, 16-os és 100-as alapszámot. Ismertsége és mérnöki hatékonysága miatt döntött a tizedes számrendszer mellett, mivel az nagyban csökkenti a mozgó alkatrészek száma.
Különbségmotor 1
1821-ben Babbage elkezdte a fejlesztést egy olyan mechanizmussal, amelyet polinomiális függvények kiszámítására és táblázatba foglalására terveztek. A szerző úgy írja le, mint egy értéksorozat automatikus kiszámítására szolgáló eszközt, az eredmények táblázat formájában történő automatikus nyomtatásával. A tervezés szerves részét képezi a számítási részhez mechanikusan csatlakoztatott nyomtató. A Difference Engine 1 az első teljes terv az automatikus számításhoz.
A Babbage időről időre megváltoztatta az eszköz működését. Egy 1830-as minta egy 16 számjegyre és 6 nagyságrendű különbségre tervezett gépet ábrázol. A modell 25 ezer alkatrészből állt, egyenlő arányban a számítástechnikai részleg és a nyomtató között. Ha az eszközt megépítették volna, a becslések szerint 4 tonna súlyú és 2,4 méter magas lett volna. A Babbage's Difference Engine munkálatait 1832-ben leállították, miután vitát folytattak Joseph Clement mérnökkel. Az állami finanszírozás végül 1842-ben véget ért
Analitikai motor
Amikor a különbségi berendezésen végzett munka megakadt, 1834-ben Babbage egy ambiciózusabb eszközt fogott ki, amely később Analytical Universal Programmable Computing Engine néven vált ismertté. Babbage gépének szerkezeti tulajdonságai nagyrészt megfelelnek a modern digitális számítógép alapvető építőköveinek. A programozás lyukkártyákkal történik. Ez az ötlet a jacquard szövőszékből származik, ahol összetett textilmintákat készítenek.
A Babbage's Analytical Engine logikai felépítése alapvetően megfelel az elektronikai kor domináns számítógépeinek, ami a központi feldolgozó egységtől ("malom") elkülönített memória ("tár") jelenlétét jelenti, szekvenciálisan. az adatok és utasítások bevitelére és kiadására szolgáló műveletek és létesítmények végrehajtása. Ezért a fejlesztés szerzője teljesen megérdemelten kapta meg a számítástechnika úttörője címet.
Memória és CPU
Babbage gépében van egy „tárhely”, ahol a számok és a köztes eredmények tárolódnak, valamint egy külön „malom”, ahol az aritmetikai feldolgozás történik. Volt egy 4 aritmetikai függvénykészlete, és közvetlen szorzást és osztást tudott végrehajtani. Ezenkívül az eszköz képes volt olyan műveletek végrehajtására, amelyeket ma feltételes elágazásnak, huroknak (iterációnak), mikroprogramozásnak, párhuzamos feldolgozásnak, rögzítésnek, impulzusalakításnak stb. neveznek. A szerző maga nem használt ilyen terminológiát.
Charles Babbage analitikai motorjának CPU-ja, amelyet „malomnak” nevezett, a következőket biztosítja:
- számok tárolása, amelyekre a műveletek azonnal, regiszterekben kerülnek végrehajtásra;
- van a hardver az alapvető aritmetikai műveletek elvégzéséhez;
- felhasználóorientált külső utasítások átvitele a részletes belső vezérlésbe;
- időzítő rendszer (óra) az utasítások gondosan kiválasztott sorrendben történő végrehajtásához.
Az analitikai motor vezérlőmechanizmusa automatikusan hajtja végre a műveleteket, és két részből áll: egy alsó szint, amelyet hordóknak nevezett hatalmas dobok vezérelnek, és egy magas szint, amelyet a Jacquard által az 1800-as évek elején széles körben használt szövőszékekhez tervezett lyukkártyákkal vezérelnek.
Kimeneti eszközök
A számítások eredménye többféleképpen jelenik meg, beleértve a nyomtatást, a lyukkártyákat, az ábrázolást éssztereotípiák automatikus előállítása - puha anyagú tálcák, amelyekre az eredményt rányomtatják, és amelyek öntőformaként szolgálhatnak a nyomtatáshoz használt lemezek öntéséhez.
Új dizájn
Babbage úttörő munkája az analitikai motoron 1840-re nagyrészt befejeződött, és elkezdődött egy új eszköz fejlesztése. 1847 és 1849 között befejezte a Difference Engine No. 2 fejlesztését, amely az eredeti továbbfejlesztett változata volt. Ezt a módosítást 31 bites számokkal végzett műveletekhez tervezték, és bármely 7. rendű polinomot táblázatba tudott foglalni. A kialakítás rendkívül egyszerű volt, csak az eredeti modell alkatrészeinek egyharmadára volt szükség, miközben egyenlő feldolgozási teljesítményt biztosított.
A Charles Babbage különbségi és elemző motorjai a kimeneti eszköz azonos kialakítását alkalmazták, amely nemcsak papírra nyomtatott, hanem automatikusan sztereotípiákat hozott létre és önállóan formázta az üzemeltető által megadott oldalelrendezést. Ugyanakkor lehetőség volt a sormagasság, az oszlopok számának, a mezőszélességnek a beállítására, a sorok vagy oszlopok automatikus hajtogatására és az üres sorok elrendezésére az olvashatóság érdekében.
örökölt
Néhány részben megalkotott mechanikai összeállításon és kis munkarészek tesztmodelljén kívül egyik tervet sem valósították meg teljesen Babbage élete során. Az 1832-ben összeszerelt fő modell 1/7-e volt az 1. számú Difference Engine-nek, amely a következőkből álltmintegy 2 ezer alkatrészből. A mai napig hibátlanul működik, és az első sikeres automatikus számítástechnikai eszköz, amely matematikai számításokat valósít meg egy mechanizmusban. Babbage megh alt, miközben az analitikai motor kis kísérleti részét összeszerelték. Az építkezés számos részletét megőrizték, valamint a rajzok és feljegyzések teljes archívumát.
Babbage hatalmas mechanikus számítógépekhez készült terveit a 19. század egyik lenyűgöző szellemi vívmányaként tartják számon. Munkáját csak az elmúlt évtizedekben tanulmányozták részletesen, és egyre nyilvánvalóbbá válik tetteinek fontossága.
