Invențiile lui Babbage

Motor cu diferențe mici

Babbage s-a gândit pentru prima dată la crearea unui mecanism care să permită calcule automate complexe cu mare precizie în 1812. Aceste gânduri au fost determinate de studiul tabelelor logaritmice, a căror recalculare a scos la iveală numeroase erori de calcul datorate factorului uman. Chiar și atunci, a început să înțeleagă posibilitatea de a efectua calcule matematice complexe folosind dispozitive mecanice.

De asemenea foarte influență mare Babbage a fost influențat de munca omului de știință francez Baron de Prony, care a propus ideea diviziunii muncii în calcularea tabelelor mari (logaritmice, trigonometrice etc.). El a propus împărțirea procesului de calcul în trei niveluri. Primul nivel este reprezentat de câțiva matematicieni eminenti care pregătesc software. Al doilea nivel este tehnologii educați care au organizat procesul de rutină al muncii de calcul. Iar al treilea nivel a fost ocupat de calculatoarele în sine, de la care era necesară doar capacitatea de a adăuga și scădea. Ideile lui Prony l-au condus pe Babbage la ideea înlocuirii celui de-al treilea nivel (calculatoare) cu un dispozitiv mecanic.

Cu toate acestea, Babbage nu a început imediat să dezvolte ideea de a construi un mecanism de calcul. Abia în 1819, când a devenit interesat de astronomie, și-a definit ideile mai precis și a formulat principiile pentru calcularea tabelelor prin metoda diferențelor folosind o mașină, pe care a numit-o mai târziu mașina diferențelor. Această mașină trebuia să efectueze calcule complexe folosind doar operația de adunare. În 1819, Charles Babbage a început să creeze un motor cu diferențe mici, iar în 1822 a finalizat construcția acestuia și a făcut un raport către Royal Astronomical Society cu privire la utilizarea unui mecanism de mașină pentru calcularea tabelelor astronomice și matematice. El a demonstrat funcționarea mașinii prin exemplul de calcul al termenilor unei secvențe. Funcționarea motorului de diferențe s-a bazat pe metoda diferențelor finite. mașină mică era complet mecanic și era format din multe trepte și pârghii. A folosit sistemul numeric zecimal. A funcționat cu numere de 18 biți până la a opta zecimală și a oferit viteza de calcul a 12 membri ai secvenței într-un minut. Motorul cu diferențe mici ar putea calcula valorile polinoamelor de gradul 7.

Pentru crearea motorului de diferență, Babbage a primit prima medalie de aur a Societății Astronomice. Cu toate acestea, motorul cu diferențe mici a fost experimental deoarece avea o memorie mică și nu putea fi folosit pentru calcule mari.

diferenta de motor Charles Babbage

În 1822, Babbage s-a gândit să creeze un motor de diferențe mari care să înlocuiască numărul imens de oameni implicați în calculul diferitelor tabele astronomice, de navigație și matematice. Acest lucru ar economisi costurile cu forța de muncă, precum și ar scăpa de erorile asociate cu factorul uman.

Cu propunerea sa de a finanța crearea unui motor cu diferențe mari, Charles Babbage a apelat la Societatea Regală și Astronomică. Ambii au răspuns pozitiv acestei propuneri. În 1823, Babbage a primit 1.500 de lire sterline și a început să se dezvolte mașină nouă. El a plănuit să construiască mașina în 3 ani. Cu toate acestea, Babbage nu a ținut cont de complexitatea designului și, de asemenea capabilități tehnice acel timp. Și până în 1827, au fost cheltuite 3.500 de lire sterline (mai mult de 1.000 de bani personali). Progresul lucrărilor privind crearea unui motor de diferență a încetinit foarte mult.

În plus, procesul de construire a mașinii a fost foarte influențat de evenimentele tragice din viața lui Babbage în 1827. Anul acesta și-a înmormântat tatăl, soția și cei doi copii. După aceste evenimente, sănătatea sa s-a deteriorat și nu s-a putut implica în proiectarea mașinii. Pentru a-și restabili sănătatea, a călătorit pe tot continentul.

După ce a călătorit în 1828, Babbage a continuat să se dezvolte, dar banii dispăruseră. El a făcut apel la multe societăți și guvern pentru ajutor. Abia în 1830 a primit încă 9.000 de lire sterline de la guvern, după care a continuat să proiecteze un motor diferențial.

În 1834, lucrările la crearea mașinii au fost suspendate. La acel moment, 17.000 de lire de bani publici și 6.000 de lire personali fuseseră deja cheltuite. Din 1834 până în 1842 guvernul s-a gândit dacă să susțină sau nu proiectul. Și în 1842 au refuzat să finanțeze proiectul. Motorul de diferențe nu a fost niciodată finalizat.

Motorul cu diferență mare trebuia să fie format din 25.000 de piese, să cântărească aproape 14 tone și să aibă 2,5 metri înălțime. În plus, motorul de diferențe a trebuit să fie echipat cu un dispozitiv de imprimare pentru ieșirea rezultatelor. Memoria a fost proiectată pentru 1000 de numere de 50 de biți.

Poate motivul eșecului creării motorului de diferență, împreună cu evenimente tragice 1827 și nivel insuficient tehnologiile de atunci, au devenit versatilitatea excesivă a lui Babbage. A urcat cu o expediție în Vezuviu, a plonjat pe fundul lacului într-un clopot de scufundări, a participat la săpături arheologice, a studiat apariția minereurilor, coborând în mine. E în securitate de aproape un an. trafic feroviar si a facut multe echipament special-- inclusiv creat un vitezometru. În plus, atunci când a proiectat un motor diferit, a dezvoltat o mulțime de echipamente pentru prelucrarea metalelor. În 1851, Charles Babbage a încercat să construiască o versiune îmbunătățită a Difference Engine, Difference Engine 2. Dar nici acest proiect nu a avut succes.

Unul dintre cele 6 modele demonstrative ale părții de calcul a motorului de diferență al lui Charles Babbage, asamblate după moartea sa de fiul său Henry, din piese găsite în laborator.

Cu toate acestea, munca lui Babbage privind crearea unui motor de diferență nu a fost în zadar. În 1854, inventatorul suedez Scheutz a construit mai multe mașini de diferență bazate pe munca lui Babbage. Și ceva timp mai târziu, Martin Wiberg a îmbunătățit mașina Scheutz și a folosit-o pentru a calcula și a publica tabele logaritmice.

Difference Engine 2 a fost construit în 1891 și se află acum în Muzeul de Știință din Londra.

(Pentru început, vă sfătuiesc să citiți părți din articol.)
Motorul de diferențe al lui Charles Babbage a făcut posibilă pentru prima dată automatizarea procesului de calcul și efectuarea acestuia într-o oarecare măsură fără intervenția umană. După cum sa menționat în partea anterioară, pentru a calcula funcții precum logaritmul, funcțiile trigonometrice și altele, acestea trebuiau împărțite în secțiuni, fiecare dintre acestea fiind reprezentată de propriul polinom și abia atunci a fost posibil să se calculeze valorile funcției. pentru acest site. Trecând de la un polinom la altul, operatorul mașinii trebuia să introducă manual toate valorile inițiale ale registrelor. În plus, mașina permitea doar operația de adăugare, care nu era prea mare nici măcar după standardele secolului al XIX-lea.

Gândind la această problemă, Babbage a ajuns la concluzia că este posibil să se construiască o astfel de mașină care să schimbe ea însăși valorile registrelor originale în funcție de valoarea rezultatului. Adică, ea ar fi capabilă să controleze procesul de calcule. Mai mult, dezvoltând această idee, Babbage a venit cu ideea nu doar de a face o mașină care să tabulare o funcție complet automat, ci de a crea o mașină care să permită rezolvarea întregii clase de probleme de calcul. Pentru a face acest lucru, algoritmul unei astfel de mașini nu ar trebui să fie conectat în proiectare, ci setat din exterior, iar mașina în sine ar trebui să poată efectua toate operațiunile aritmetice, precum și să controleze progresul calculelor. Babbage a numit noul computer Analitic.

Principalele părți ale motorului analitic au fost:
1. „depozit” - un dispozitiv pentru stocarea numerelor, adică a memoriei în terminologia modernă;
2. „moara” - dispozitive pentru efectuarea de operații aritmetice (Dispozitiv aritmetic);
3. un dispozitiv care controlează operațiunile mașinii;
4.dispozitive de intrare și ieșire;

(Elementul „moara”. Desen de Henry Babbage.)

Într-o astfel de arhitectură, nu este greu să vezi prototipul unui computer modern cu memorie, procesor (moară + dispozitiv de control) și dispozitive de intrare/ieșire.

„Magistrala pentru schimbul” de date între ALU și memorie a fost un set rafturi de viteze. Cantitatea de memorie trebuia să fie o mie de numere cu 50 de zecimale. Pentru un număr de 50 de zecimale semnate, sunt necesari 168 de biți, adică cantitatea de RAM a fost puțin mai mare de douăzeci de kiloocteți. Pentru comparație, vă sfătuiesc să vă uitați la cantitatea de RAM a primelor computere.

După cum sa menționat în partea anterioară, în timp ce lucra la motorul analitic, Babbage a venit cu o schemă originală de pre-transfer. Merită spus că înainte de asta, s-a gândit la mai mult de douăzeci de opțiuni pentru implementarea schemei de transfer secvenţial, înainte de a realiza că este nevoie de un principiu complet diferit pentru a accelera radical procesul.

Ca într-un motor de diferențe, registrele care stochează numerele erau roți dințate. Semnul numărului a fost dat separat roată dințată. Dacă această roată a afișat un număr par, atunci acesta a fost interpretat ca un semn pozitiv, altfel ca unul negativ.

Operațiile de înmulțire și împărțire trebuiau implementate ca adunări sau scăderi succesive.

Timpul estimat pentru finalizarea operațiunilor urma să fie o secundă pentru adunare și scădere și un minut pentru înmulțire și împărțire, ceea ce nu este prea rău pentru secolul al XIX-lea.

Pentru a introduce date în memorie și a controla funcționarea mașinii, Babbage a decis să folosească carduri perforate. La acea vreme, ele existau deja de zeci de ani și au fost inventate de Jacquard Joseph-Marie pentru a controla modelul unui războaie automată.
Motorul analitic folosea două mecanisme cu cărți perforate - unul stabilea operațiunile pe care trebuia să le efectueze moara, în timp ce al doilea controla transferul de date între „moară” și „depozit”.

(Răsătorit cu carduri Jacquard.)

În timpul șederii lui Babbage în Italia, el a fost abordat de un matematician, profesorul Mosotti. „El a remarcat că acum era destul de gata să creadă în capacitatea mecanismului de a stăpâni relațiile aritmetice și chiar algebrice în orice grad dorit. Dar a adăugat că nu poate înțelege cum o mașină poate face o alegere, ceea ce este adesea necesar într-un studiu analitic (adică în procesul de calcul) atunci când sunt prezentate două sau mai multe căi, mai ales când calea corectă, așa cum este de multe ori cazul, este necunoscut până când calculele anterioare au fost efectuate. În acest caz, Motorul Analitic a oferit posibilitatea organizării execuției și ciclurilor condiționate. Pentru a face acest lucru, mecanismul de transfer al ultimei cifre controla mișcarea cărților perforate și putea face ca acest mecanism să repete acțiunea sau să o omite.

Dispozitivele de ieșire au făcut posibilă tipărirea rezultatului calculelor mașinii în una sau două copii, reproducerea acestuia sub forma unei imprimări stereotipe sau perforarea rezultatului pe carduri perforate.

În timp ce lucra la motorul analitic, Babbage a realizat peste 200 de desene ale acestuia. diverse noduriși aproximativ 30 de opțiuni de aranjare a mașinii. Cu toate acestea, dimensiunea ideii și natura complexă a inventatorului au întârziat nașterea invențiilor sale cu o bună sută de ani. Dacă te uiți la mașina de diferență, care, conform planului lui Babbage, trebuia să tabuleze până la al 20-lea semn al unei funcții cu diferențe constante de șaptea, atunci a apărut o mașină aproape de capabilități în 1934 - a tabulat funcții cu diferențe constante ale ordinul a saptea si cu o precizie de 13 semne . Ce putem spune despre posibilitățile gigantice ale conceputului motor analitic…

(O parte a mecanismului de imprimare al mașinii. )

După moartea lui Charles Babbage, fiul său, Henry, a preluat motorul analitic, hotărând să se concentreze pe două noduri - „moara” și imprimanta. În 1888, erau gata datele nodului mașinii, care au putut calcula și tipări produsul pentru numerele seriei naturale cu 29 de cifre. La calcularea celui de-al 32-lea termen, mașina a dat un rezultat incorect din cauza unei defecțiuni a mecanismului de transfer. Pentru tot restul vieții, Henry a continuat să lucreze la motorul analitic al tatălui său și, de asemenea, a popularizat ideile calculatoare.

În ciuda faptului că Babbage a scris multe cărți și articole în timpul vieții sale, el nu a creat niciodată o prezentare detaliată a principiilor de funcționare a diferenței și a motorului analitic, deoarece a considerat crearea mașinilor ca fiind mai importantă decât descrierea lor. Descriere detaliata motorul de diferență a fost dat de Dionysius Lardner, iar motorul analitic a fost descris într-un articol de Luigi Frederigo Menabrea. Acest articol a dus la nașterea primului program din lume și a primului programator. Onoarea de a purta acest titlu este Ada Augusta Lovelace, fiica poetului Byron. Charles Babbage cunoștea familia unei tinere fete talentate și i-a încurajat puternic dorința de știință. Odată, Ada a devenit interesată de computerele lui Babbage și s-a ocupat de traducerea articolului lui Menabrea. În timp ce lucra la traducere, Ada a completat-o ​​cu propriile comentarii, exemple de utilizare practică a mașinilor și a compilat, de asemenea, un „program” pentru calcularea numerelor Bernoulli. Numele Adei a fost imortalizat în numele unuia dintre limbajele de programare - Ada. Nu voi aprofunda în biografia Adei mai detaliat, pentru că. acest subiect a fost deja pe habré.

Soarta lui Charles Babbage nu a fost mai puțin dificilă decât soarta computerelor sale. Atitudinea contemporanilor față de acest om de știință s-a schimbat de-a lungul timpului de la un geniu la un excentric și chiar la un inventator care a fost deteriorat de rațiune pe baza computerelor. În timpul vieții sale, a creat un număr mare de diverse invenții, cum ar fi un vitezometru, un dinamometru, a venit cu o singură rată poștală și așa mai departe. Președintele Societății Regale, Lord Ross, a scris că „Babbage, prin invențiile sale în domeniul ingineriei mecanice, a compensat pe deplin fondurile pe care guvernul le-a investit în construcția motorului său diferit”.

O idee care s-a născut în secolul al XIX-lea și a devenit realitate în secolul al XX-lea a revoluționat nu numai știința, ci și Viata de zi cu zi. Viața lui Babbage, istoria creării computerelor sale este cel mai clar exemplu despre cât de lung și încăpățânat poate fi un geniu și cât de spinos și lung poate fi calea creației.

PS: Oricine este interesat de calculatoarele mecanice, istoria lor de creație, o descriere a designului și principiilor de funcționare și originea omologilor lor electronici, recomand să găsească și să citească cartea „De la abac la computer” de RS Guter și Yu. L. Polunov, ediția 1981 .

Orez. cinci.

În ciuda eșecului cu motorul diferențelor, Babbage în 1834 s-a gândit să creeze un computer programabil, pe care l-a numit analitic (prototipul computerului modern). Spre deosebire de motorul de diferențe, motorul analitic a făcut posibilă rezolvarea unei game mai largi de probleme. Această mașină a devenit opera vieții sale și a adus faimă postumă. El a presupus că construcția unei noi mașini ar necesita mai puțin timp și mai puțini bani decât rafinamentul unei mașini diferențiate, deoarece aceasta trebuia să fie mai simplă. elemente mecanice. Din 1834, Babbage a început să proiecteze motorul analitic.

Arhitectura unui computer modern este în multe privințe similară cu arhitectura unui motor analitic. În motorul analitic, Babbage a furnizat următoarele piese: depozit (magazin), fabrică sau moara (moara), element de control (control) și dispozitive de intrare-ieșire a informațiilor.

Depozitul a fost conceput pentru a stoca atât valorile variabilelor cu care se efectuează operațiuni, cât și rezultatele operațiunilor. În terminologia modernă, aceasta se numește memorie.

Moara (o unitate logică aritmetică, parte a unui procesor modern) trebuia să efectueze operații asupra variabilelor și, de asemenea, să stocheze în registre valoarea variabilelor cu care acest moment efectuează operația.

Al treilea dispozitiv, pe care Babbage nu l-a numit, s-a ocupat de secvența operațiunilor, introducerea și scoaterea variabilelor din stocare și scoaterea rezultatelor. Citea succesiunea operațiunilor și variabilelor din cărțile perforate. Cărțile perforate erau de două tipuri: carduri operaționale și carduri variabile. Din cardurile operaționale a fost posibilă realizarea unei biblioteci de funcții. În plus, conform planului lui Babbage, motorul analitic trebuia să conțină un dispozitiv de imprimare și un dispozitiv pentru afișarea rezultatelor pe carduri perforate pentru a fi utilizate ulterioare.

Pentru a crea un computer în sensul modern, a rămas doar să vină cu o schemă cu un program stocat, care a fost făcută 100 de ani mai târziu de Eckert, Mauchly și Von Neumann.

Babbage a dezvoltat singur designul motorului analitic. A vizitat adesea expoziții industriale, unde au fost prezentate diverse noutăți ale științei și tehnologiei. Acolo a cunoscut-o pe Ada Augusta Lovelace (fiica lui George Byron), care i-a devenit foarte apropiată prietenă, asistentă și singura persoană care are o părere similară. În 1840, Babbage a mers la Torino la invitația matematicienilor italieni, unde a ținut prelegeri despre mașina sa. Luigi Menabrea, lector la Academia de Artilerie din Torino, a creat și publicat note de curs în limba franceză. Ada Lovelace a tradus ulterior aceste prelegeri în limba engleza, completându-le cu comentarii în volum depășind textul original. În comentarii, Ada a făcut o descriere a computerului digital și instrucțiuni de programare pentru acesta. Acestea au fost primele programe din lume. De aceea, Ada Lovelace este numită pe bună dreptate prima programatoare. Cu toate acestea, motorul analitic nu a fost niciodată finalizat. Iată ce scria Babbage în 1851: „Toate dezvoltările legate de Motorul Analitic au fost efectuate pe cheltuiala mea. am cheltuit întreaga linie experimente și am ajuns la linia dincolo de care capacitățile mele nu sunt suficiente. Ca urmare, trebuie să renunț munca in continuare". În ciuda faptului că Babbage a descris în detaliu designul motorului analitic și principiile funcționării acestuia, acesta nu a fost niciodată construit în timpul vieții sale. Au fost multe motive pentru asta. Dar principalele au fost lipsa totală de finanțare pentru proiectul de a crea un motor analitic și nivel scăzut tehnologii din acea vreme. Babbage nu a cerut ajutor guvernului de data aceasta, pentru că a înțeles că după defecțiunea cu motorul diferențiat va fi tot refuzat.

Abia după moartea lui Charles Babbage, fiul său, Henry Babbage, a continuat munca începută de tatăl său. În 1888, Henry a reușit să construiască nodul central al motorului analitic conform desenelor tatălui său. Și în 1906, Henry, împreună cu firma Monroe, a construit un model de lucru al unui motor analitic, inclusiv o unitate aritmetică și un dispozitiv pentru imprimarea rezultatelor. Mașina lui Babbage era funcțională, dar Charles nu a trăit ca să vadă zilele astea.

În 1864, Charles Babbage scria: „Va trece probabil o jumătate de secol până când oamenii vor fi convinși că fondurile pe care le las în urmă nu pot fi renunțate”. În presupunerea lui, a greșit cu 30 de ani. La doar 80 de ani de la construirea acestei declarații masina MARK-I, care se numea „Visul lui Babbage devenit realitate”. Arhitectura MARK-I a fost foarte asemănătoare cu arhitectura motorului analitic. Howard Aiken, de fapt, a studiat serios publicațiile lui Babbage și Ada Lovelace înainte de a-și crea mașina, iar mașina sa a fost ideologic cu puțin înaintea Motorului analitic neterminat. Performanța lui MARK-I s-a dovedit a fi de numai de zece ori mai mare decât viteza calculată a motorului analitic.

– dispozitiv mecanic, inventat de matematicianul Charles Babbage, conceput pentru a automatiza calculele prin aproximare (adică aproximarea - o metodă științifică care constă în înlocuirea unor obiecte cu altele, într-un sens apropiat de originalul, dar mai simplu) funcții prin polinoame și calcularea diferențelor finite. Doar prezența unei funcții de reprezentare aproximativă în funcțiile trigonometrice și polinoamele de logaritmi ne permite să considerăm motorul de diferențe al lui Babbage ca un dispozitiv universal.

Ideea unui motor de diferență a fost exprimată pentru prima dată de omul de știință german Johann Muller într-o carte publicată în 1788, dar Babbage a împrumutat ideea de a-și crea proiectul nu de la Muller, ci din opera francezilor. matematician și om de știință hidraulic Gaspard de Prony, care a servit ca șef al biroului de recensământ timp de aproape 10 ani de populație.

Prony a fost însărcinat să verifice și să clarifice datele tabelelor trigonometrice logaritmice pentru a se pregăti pentru adoptarea sistemului metric (introdus în țară după revoluție). Gaspard a propus distribuirea lucrării pe trei niveluri. Un grup de matematicieni eminenți reprezenta nivelul superior. Ei au fost angajați în derivarea expresiilor matematice potrivite pentru calcule numerice, ca să spunem așa, rezolvând probleme în vedere generala. Al doilea, de nivel mediu, a calculat valorile funcției pentru argumente care erau între cinci sau zece intervale. Valorile calculate au fost incluse în tabel ca valori de referință. După aceste acțiuni, formulele au fost trimise în cel de-al treilea grup, cel mai mare, ai cărui membri efectuau calcule de rutină și erau numiți „calculatoare”. Este clar că au fost cei mai puțin calificați matematicieni de toate nivelurile. Calculatoarelor li s-a cerut doar să adună și să scadă cu atenție în succesiunea determinată de formulele obținute „de sus”.

Lucrările lui Gaspard de Prony (niciodată finalizate din cauza vremurilor revoluționare, inflației etc.), pe care Babbage le-a întâlnit în Franța, tocmai l-au condus pe Babbage la ideea posibilității de a crea o mașină capabilă să înlocuiască al treilea grup. - calculatoare.

În 1822, Babbage a publicat un articol științific care descrie o mașină capabilă să calculeze și să imprime tabele matematice mari. Câteva luni mai târziu, a reușit să construiască un model de testare al lui Difference Engine, format din roți dințate și role, rotite manual cu ajutorul unei pârghii. Babbage a reușit să câștige sprijinul Societății Regale, iar aceasta este cea mai prestigioasă organizație științifică din Marea Britanie. El a apelat la guvernul țării cu o cerere de finanțare a creării unei mașini de lucru la scară largă. Într-o scrisoare adresată președintelui Societății Regale, Babbage a subliniat că „munca obositoare insuportabilă” a calculelor matematice repetitive va fi eliminată. Societatea Regală l-a sprijinit pe Babbage și a primit o subvenție de la guvern pentru o mie și jumătate de lire sterline.

Babbage și-a petrecut pe deplin următorii 10 ani din viață pe invenția sa. El a plănuit să finalizeze lucrarea în 3 ani, dar după fiecare modificare, motorul de diferență a devenit mai dificil. Boala, probleme financiare, restul muncii au intervenit. Suma sprijinului guvernamental a crescut de aproape 10 ori: până la 17.000 de lire sterline. Oficialii au devenit din ce în ce mai îndoielnici cu privire la oportunitatea și, ca urmare, scepticismul lor a luat mai bine, alocarea de fonduri pentru Motorul Diferențelor a încetat.

În 1833, Babbage era deja gata să închidă definitiv proiectul Difference Engine. Cu toate acestea, nu a terminat de gândit la același subiect și, în cele din urmă, a venit la ideea de a crea unul și mai puternic - Motorul Analitic.

Deși lucrează la noul proiect, Babbage nu s-a mai întors la predecesorul său, inventatorul, editorul și traducătorul suedez Per Georg Scheutz, familiarizându-se cu materialele acestui dispozitiv, a construit o versiune ușor modificată a acestuia, folosind recomandările lui Babbage. Bineînțeles, a fost un eveniment atât vesel, cât și trist pentru Babbage când a văzut în sfârșit cum fostul său, și acum o creație comună, a trecut cu succes testul... Sa întâmplat în 1854 la Londra. Doar un an mai târziu, Scheutz Difference Engine a primit medalie de aur la Expoziția Mondială de la Paris. Au trecut doar câțiva ani și acum guvernul britanic, care la un moment dat a refuzat să finanțeze Babbage, a comandat unul dintre aceste aparate pentru biroul guvernamental.

În perioada 1989-1991. la bicentenarul nașterii lui Charles Babbage pe baza lui lucrări originale O copie de lucru a Difference Engine No. 2 a fost asamblată la Muzeul de Știință din Londra.

În 2000, în același muzeu a fost lansată o imprimantă, pe care Babbage a inventat-o ​​și pentru aparatul său. După eliminarea micilor inexactități de design găsite în desenele vechi, ambele modele au funcționat perfect. Aceste experimente au trasat o linie în dezbaterea îndelungată despre performanța fundamentală a desenelor inventatorului (deși unii cercetători încă cred că Babbage a introdus intenționat inexactități în desenele sale pentru a-și proteja creațiile de copierea neautorizată).

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 de a recurge la înmulțire și împărțire, care sunt greu de implementat mecanic.

Mai mult decât un calculator

Babbage's Difference Engine este un dispozitiv de calcul. 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 la scară completă. scop general. La diferite etape ale evoluției ideilor lui Babbage au existat cel puțin 3 proiecte. Prin urmare, motoarele sale analitice sunt mai bine menționate la plural.

Comoditate și eficiență inginerească

Babbage sunt zecimale în sensul că folosesc 10 cifre de la 0 la 9, iar digitale prin faptul că operează numai pe 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 și utilizarea altor sisteme de numere decât cele zecimale, inclusiv binare și bazele 3, 4, 5, 12, 16 și 100. S-a hotărât pe zecimală datorită familiarității și eficienței inginerești, deoarece reduce semnificativ numărul de părți în mișcare.

Motor de diferență #1

În 1821, Babbage a început dezvoltarea cu un 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 execuție automată calcule.

Din când în când Babbage se schimba funcţionalitate dispozitive. 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 înalt de 2,4 metri. Lucrările la Babbage's Difference Engine au fost oprite în 1832 după o dispută cu inginerul Joseph Clement. Finanțarea statului s-a încheiat în cele din urmă 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 împrumutată de la războaiele jacquard, unde servesc la crearea unor modele textile complicate.

Structura logică a motorului analitic al lui Babbage corespunde practic cu designul dominant al calculatoarelor din era electronică, ceea ce presupune prezența unei memorii („magazin”) separată de unitatea centrală de procesare („moara”), execuția secvențială a operațiunilor și facilitati pentru introducerea si iesirea de date si instructiuni. Prin urmare, autorul dezvoltării a primit titlul de pionier al tehnologiei informatice pe bună dreptate.

Memorie și procesor

Mașina lui Babbage are un „magazin” în care sunt stocate numerele 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 operațiuni care se numesc acum ramificare condiționată, buclă (iterație), microprogramare, procesare paralelă, fixare, modelare a pulsului etc. Autorul însuși nu a folosit o astfel de terminologie.

CPU-ul motorului analitic, pe care l-a numit „moara”, oferă:

• stocarea numerelor, operațiuni asupra cărora se efectuează imediat, în registre;
• are hardware pentru efectuarea de operații aritmetice de bază cu ele;
• transmiterea orientată către utilizator instrucțiuni externe la managementul intern detaliat;
• un sistem de cronometrare (ceas) pentru executarea instrucțiunilor într-o secvență aleasă cu grijă.

Mecanismul de control al motorului analitic efectuează operațiuni în mod automat și constă din două părți: nivelul inferior, controlat de tobe masive numite butoaie și nivel inalt folosind cărți perforate dezvoltate de Jacquard pentru războaiele utilizate pe scară largă la începutul anilor 1800.

Dispozitive de ieșire

Este afișat rezultatul calculului căi diferite, inclusiv tipărirea, cardurile perforate, plotarea și producerea automată a stereotipurilor - tăvi din 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 asupra motorului 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 cantitatea de detalii a modelului original, oferind în același timp putere de procesare egală.

în diferenţă şi mașini analitice Charles Babbage a folosit același design al dispozitivului de ieșire, care nu numai că a imprimat pe hârtie, ci și a creat automat stereotipuri și a format independent în funcție de aspectul 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.

Patrimoniul

Pe lângă câteva create parțial ansambluri mecaniceși modele de testare ale secțiunilor de lucru mici, 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 consta din aproximativ 2.000 de piese. 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.

Proiectele 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 gradul de importanță a ceea ce a realizat devine din ce în ce mai clar.