Charles Babbage (1791-1871) - en pionjär inom skapandet av datorteknik, som utvecklade två klasser av datorer - skillnad och analytisk. Den första av dem fick sitt namn på grund av den matematiska princip som den bygger på - metoden för ändliga skillnader. Dess skönhet ligger i dess exklusiva användning av aritmetisk addition utan att behöva ta till multiplikation och division, som är svåra att implementera mekaniskt.
Mer än en kalkylator
Babbage's Difference Engine är en räkneenhet. Hon manipulerar siffror på det enda sätt hon kan och lägger hela tiden ihop dem enligt metoden för ändliga skillnader. Den kan inte användas för allmänna aritmetiska beräkningar. Babbages analytiska motor är mycket mer än bara en miniräknare. Det markerar övergången från mekaniserad aritmetik till fullskalig generell beräkning. I olika stadier av utvecklingen av Babbages idéerdet fanns minst 3 projekt. Därför hänvisas hans analytiska motorer bäst till i plural.
Bekvämlighet och ingenjörseffektivitet
Babbages datorer är decimala i den meningen att de använder 10 siffror från 0 till 9, och digitala genom att de bara arbetar med heltal. Värden representeras av kugghjul, och varje siffra har sitt eget hjul. Om den stannar vid en mellanposition mellan heltalsvärden, anses resultatet vara obestämt, och maskinen blockeras för att visa en kränkning av beräkningarnas integritet. Detta är en form av feldetektering.
Babbage övervägde också användningen av andra talsystem än decimaler, inklusive binär och bas 3, 4, 5, 12, 16 och 100. Han nöjde sig med decimal på grund av dess förtrogenhet och tekniska effektivitet, eftersom det avsevärt minskar antalet rörliga delar.
Difference Engine 1
År 1821 började Babbage utveckla med en mekanism designad för att beräkna och tabulera polynomfunktioner. Författaren beskriver det som en anordning för att automatiskt beräkna en sekvens av värden med automatisk utskrift av resultaten i form av en tabell. En integrerad del av designen är en skrivare som är mekaniskt ansluten till beräkningsdelen. Difference Engine 1 är den första kompletta designen för automatisk beräkning.
Babbage ändrade då och då enhetens funktionalitet. En design från 1830 visar en maskin designad för 16 siffror och 6 ordningsskillnader. Modellen bestod av 25 tusen delar, fördelade lika mellan datorsektionen och skrivaren. Hade enheten byggts skulle den ha vägt uppskattningsvis 4 ton och varit 2,4 meter hög. Arbetet med Babbages Difference Engine stoppades 1832 efter en dispyt med ingenjören Joseph Clement. Den statliga finansieringen upphörde till slut 1842
Analytisk motor
När arbetet med skillnadsapparaten stannade, tänkte Babbage 1834 på en mer ambitiös enhet, som senare blev känd som Analytical Universal Programmable Computing Engine. De strukturella egenskaperna hos Babbages maskin motsvarar till stor del de grundläggande byggstenarna i en modern digital dator. Programmering görs med hjälp av hålkort. Den här idén hämtades från jacquardvävstolen, där de används för att skapa komplexa textilmönster.
Den logiska strukturen hos Babbage's Analytical Engine motsvarar i grunden den dominerande designen av datorer i den elektroniska tidsåldern, vilket innebär närvaron av minne ("lager"), separerat från den centrala bearbetningsenheten ("kvarnen"), sekventiellt utförande av operationer och faciliteter för in- och utmatning av data och instruktioner. Därför fick författaren till utvecklingen titeln pionjär inom datateknik helt välförtjänt.
Minne och CPU
Babbages maskin har en "butik" där siffror och mellanresultat lagras, samt en separat "kvarn" där aritmetisk bearbetning utförs. Hon hade en uppsättning av 4 aritmetiska funktioner och kunde utföra direkt multiplikation och division. Dessutom var enheten kapabel att utföra operationer som nu kallas villkorlig förgrening, loop (iteration), mikroprogrammering, parallell bearbetning, fixering, pulsformning, etc. Författaren själv använde inte sådan terminologi.
CPUn i Charles Babbages analytiska motor, som han kallade "kvarnen", ger:
- lagring av nummer, på vilka operationer utförs omedelbart, i register;
- har hårdvaran för att utföra grundläggande aritmetiska operationer på dem;
- överföring av användarorienterade externa instruktioner till detaljerad intern kontroll;
- timingssystem (klocka) för att utföra instruktioner i en noggrant utvald sekvens.
Den analytiska motorns kontrollmekanism utför operationer automatiskt och består av två delar: en lägre nivå styrd av massiva trummor som kallas fat, och en hög nivå med hjälp av hålkort designade av Jacquard för vävstolar som användes i stor utsträckning i början av 1800-talet.
Utdataenheter
Resultatet av beräkningar visas på en mängd olika sätt, inklusive utskrift, hålkort, plottning ochautomatisk produktion av stereotyper - mjuka materialbrickor på vilka resultatet är präglat, som kan fungera som en form för gjutning av plåtar för tryckning.
Ny design
Babbages banbrytande arbete med den analytiska motorn slutfördes i stort sett 1840 och började utveckla en ny enhet. Mellan 1847 och 1849 fullbordade han utvecklingen av Difference Engine No. 2, som var en förbättrad version av originalet. Denna modifiering designades för operationer med 31-bitars tal och kunde tabulera vilket polynom som helst av 7:e ordningen. Designen var utsökt enkel och krävde bara en tredjedel av originalmodellens antal delar, samtidigt som den gav lika processorkraft.
Charles Babbages skillnad och analytiska motorer använde samma design av utmatningsenheten, som inte bara gjorde utskrifter på papper, utan också automatiskt skapade stereotyper och oberoende utförde formatering enligt sidlayouten som specificerats av operatören. Samtidigt var det möjligt att justera linjehöjd, antal kolumner, fältbredder, automatisk vikning av rader eller kolumner och arrangemang av tomma rader för läsbarhet.
Legacy
Bortsett från några delvis skapade mekaniska sammansättningar och testmodeller av små arbetssektioner, var ingen av designerna helt förverkligade under Babbages livstid. Huvudmodellen som monterades 1832 var 1/7 av Difference Engine No. 1, som bestod avfrån cirka 2 tusen delar. Den fungerar felfritt än i dag och är den första framgångsrika automatiska datorenheten som implementerar matematiska beräkningar i en mekanism. Babbage dog medan den lilla experimentella delen av den analytiska motorn hölls på att monteras. Många detaljer om konstruktionen har bevarats, liksom ett komplett arkiv med ritningar och anteckningar.
Babbages design för enorma mekaniska datorer anses vara en av 1800-talets fantastiska intellektuella prestationer. Det är först under de senaste decennierna som hans arbete har studerats i detalj, och vikten av det han har gjort blir alltmer uppenbar.
