Charles Babbage (1791-1871) - en pioner innen etableringen av datateknologi, som utviklet 2 klasser av datamaskiner - forskjellig og analytisk. Den første av dem fikk navnet sitt på grunn av det matematiske prinsippet den er basert på - metoden for endelige forskjeller. Dens skjønnhet ligger i dens eksklusive bruk av aritmetisk addisjon uten å måtte ty til multiplikasjon og divisjon, som er vanskelig å implementere mekanisk.
Mer enn en kalkulator
Babbage's Difference Engine er en telleenhet. Hun manipulerer tall på den eneste måten hun kan, og legger dem hele tiden sammen i henhold til metoden for endelige forskjeller. Den kan ikke brukes til generelle aritmetiske beregninger. Babbages analytiske motor er mye mer enn bare en kalkulator. Det markerer overgangen fra mekanisert aritmetikk til fullskala generell databehandling. På forskjellige stadier av utviklingen av Babbages ideerdet var minst 3 prosjekter. Derfor refereres hans analytiske motorer best til i flertall.
Bekvemmelighet og teknisk effektivitet
Babbages datamaskiner er desimal i den forstand at de bruker 10 sifre fra 0 til 9, og digitale ved at de kun opererer med hele tall. Verdier er representert med tannhjul, og hvert siffer har sitt eget hjul. Hvis den stopper ved en mellomposisjon mellom heltallsverdier, anses resultatet som ubestemt, og maskinen blokkeres for å vise et brudd på integriteten til beregningene. Dette er en form for feildeteksjon.
Babbage vurderte også bruken av andre tallsystemer enn desimal, inkludert binær og grunntall 3, 4, 5, 12, 16 og 100. Han slo seg til ro med desimal på grunn av dens fortrolighet og tekniske effektivitet, siden det reduserer betydelig antall bevegelige deler.
Difference Engine 1
I 1821 begynte Babbage utviklingen med en mekanisme designet for å beregne og tabulere polynomfunksjoner. Forfatteren beskriver det som en enhet for automatisk å beregne en sekvens av verdier med automatisk utskrift av resultatene i form av en tabell. En integrert del av designet er en skriver som er mekanisk koblet til beregningsdelen. Difference Engine 1 er det første komplette designet for automatisk beregning.
Fra tid til annen endret Babbage funksjonaliteten til enheten. Et 1830-design viser en maskin designet for 16 sifre og 6 rekkefølger av forskjell. Modellen besto av 25 tusen deler, fordelt likt mellom databehandlingsdelen og skriveren. Hadde enheten blitt bygget, ville den ha veid anslagsvis 4 tonn og vært 2,4 meter høy. Arbeidet med Babbage's Difference Engine ble stoppet i 1832 etter en strid med ingeniøren Joseph Clement. Offentlig finansiering tok endelig slutt i 1842
Analytisk motor
Da arbeidet med forskjellsapparatet stoppet opp, unnfanget Babbage i 1834 en mer ambisiøs enhet, som senere ble kjent som Analytical Universal Programmable Computing Engine. De strukturelle egenskapene til Babbages maskin tilsvarer i stor grad de grunnleggende byggesteinene til en moderne digital datamaskin. Programmering gjøres ved hjelp av hullkort. Denne ideen ble hentet fra jacquardvevstolen, hvor de brukes til å lage komplekse tekstilmønstre.
Den logiske strukturen til Babbage's Analytical Engine tilsvarer i utgangspunktet den dominerende utformingen av datamaskiner i den elektroniske tidsalderen, som innebærer tilstedeværelsen av minne ("lager"), atskilt fra den sentrale prosesseringsenheten ("mølle"), sekvensiell utførelse av operasjoner og fasiliteter for inn- og utdata av data og instruksjoner. Derfor fikk forfatteren av utviklingen tittelen pioner innen datateknologi ganske fortjent.
Minne og prosessor
Babbages maskin har en «butikk» hvor tall og mellomresultater lagres, samt en egen «mølle» hvor det utføres aritmetisk behandling. Hun hadde et sett med 4 aritmetiske funksjoner og kunne utføre direkte multiplikasjon og divisjon. I tillegg var enheten i stand til å utføre operasjoner som nå kalles betinget forgrening, loop (iterasjon), mikroprogrammering, parallell prosessering, fiksering, pulsforming osv. Forfatteren selv brukte ikke slik terminologi.
CPU-en til Charles Babbage's Analytical Engine, som han k alte "møllen", gir:
- lagring av numre, operasjoner som utføres umiddelbart, i registre;
- har maskinvaren til å utføre grunnleggende aritmetiske operasjoner på dem;
- overføring av brukerorienterte eksterne instruksjoner til detaljert internkontroll;
- timing system (klokke) for å utføre instruksjoner i en nøye utvalgt sekvens.
Kontrollmekanismen til den analytiske motoren utfører operasjoner automatisk og består av to deler: et lavere nivå kontrollert av massive trommer k alt fat, og et høyt nivå ved bruk av hullkort designet av Jacquard for vevstoler som ble mye brukt på begynnelsen av 1800-tallet.
Utdataenheter
Resultatet av beregninger vises på en rekke måter, inkludert utskrift, hullkort, plotting ogautomatisk produksjon av stereotyper - myke materialbrett som resultatet er påtrykt, i stand til å tjene som en form for støping av plater for trykking.
Ny design
Babbages banebrytende arbeid med den analytiske motoren ble stort sett fullført i 1840 og begynte å utvikle en ny enhet. Mellom 1847 og 1849 fullførte han utviklingen av Difference Engine nr. 2, som var en forbedret versjon av originalen. Denne modifikasjonen ble designet for operasjoner med 31-bit tall og kunne tabulere et hvilket som helst polynom av 7. orden. Designet var utsøkt enkelt, og krevde bare en tredjedel av den originale modellens antall deler, samtidig som den ga lik prosessorkraft.
Forskjellene og analytiske motorene til Charles Babbage brukte den samme utformingen av utskriftsenheten, som ikke bare laget utskrifter på papir, men også automatisk opprettet stereotyper og uavhengig utført formatering i henhold til sideoppsettet spesifisert av operatøren. Samtidig var det mulig å justere linjehøyde, antall kolonner, feltbredder, automatisk bretting av rader eller kolonner og plassering av tomme linjer for lesbarhet.
Legacy
Bortsett fra noen få delvis opprettede mekaniske sammenstillinger og testmodeller av små arbeidsseksjoner, ble ingen av designene fullstendig realisert i løpet av Babbages levetid. Hovedmodellen som ble satt sammen i 1832 var 1/7 av Difference Engine nr. 1, som bestod avfra ca 2 tusen deler. Den fungerer feilfritt den dag i dag og er den første vellykkede automatiske databehandlingsenheten som implementerer matematiske beregninger i en mekanisme. Babbage døde mens den lille eksperimentelle delen av den analytiske motoren ble satt sammen. Mange detaljer om konstruksjonen er bevart, samt et komplett arkiv med tegninger og notater.
Babbages design for enorme mekaniske datamaskiner regnes som en av de fantastiske intellektuelle prestasjonene på 1800-tallet. Det er først de siste tiårene at arbeidet hans har blitt studert i detalj, og viktigheten av det han har gjort blir stadig tydeligere.
