Shpikjet e Babbage

Motori me diferenca të vogla

Për herë të parë, Babbage mendoi të krijonte një mekanizëm që do të lejonte llogaritjet komplekse automatike me saktësi të madhe në 1812. Mbi këto mendime ai u nxit nga studimi i tabelave logaritmike, gjatë rillogaritjes së të cilave u zbuluan gabime të shumta në llogaritjet për shkak të faktorit njerëzor. Edhe atëherë, ai filloi të kuptonte mundësinë e kryerjes së llogaritjeve komplekse matematikore duke përdorur pajisje mekanike.

Gjithashtu shumë ndikim të madh Babbage u ndikua nga veprat e shkencëtarit francez Baron de Prony, i cili propozoi idenë e ndarjes së punës gjatë llogaritjes së tabelave të mëdha (logarithmike, trigonometrike, etj.). Ai propozoi ndarjen e procesit të llogaritjes në tre nivele. Niveli i parë është disa matematikanë të shquar që përgatisin softuer matematikor. Niveli i dytë janë teknologë të arsimuar të cilët organizuan procesin rutinë të punës informatike. Dhe niveli i tretë u pushtua nga vetë llogaritësit, nga të cilët kërkohej vetëm aftësia për të mbledhur dhe zbritur. Idetë e Prony e shtynë Babbage të mendonte për zëvendësimin e nivelit të tretë (kalkulatorë) me një pajisje mekanike.

Sidoqoftë, Babbage nuk filloi menjëherë të zhvillonte idenë e ndërtimit të një mekanizmi kompjuterik. Vetëm në vitin 1819, kur u interesua për astronominë, ai përcaktoi më saktë idetë e tij dhe formuloi parimet e llogaritjes së tabelave me metodën e diferencës duke përdorur një makinë, të cilën më vonë e quajti makinë diferenciale. Kjo makinë duhej të kryente llogaritje komplekse duke përdorur vetëm operacionin e mbledhjes. Në 1819, Charles Babbage filloi të krijonte një motor me diferencë të vogël, dhe në 1822 ai përfundoi ndërtimin e tij dhe foli me Shoqërinë Mbretërore Astronomike me një raport mbi përdorimin e një mekanizmi makinerie për llogaritjen e tabelave astronomike dhe matematikore. Ai demonstroi punën e një makine me shembullin e llogaritjes së anëtarëve të një sekuence. Motori i diferencës bazohej në metodën e diferencës së fundme. Makinë e vogël ishte tërësisht mekanike dhe përbëhej nga shumë ingranazhe dhe leva. Ai përdorte një sistem numrash dhjetorë. Ajo operoi me numra 18-bitësh me një saktësi të shifrës së tetë dhjetore dhe siguroi një shpejtësi llogaritjeje prej 12 anëtarësh të sekuencës në 1 minutë. Motori me diferencë të vogël mund të numëronte vlerat e polinomeve të shkallës së 7-të.

Për krijimin e Difference Engine, Babbage iu dha medalja e parë e artë e Shoqërisë Astronomike. Megjithatë, motori me diferencë të vogël ishte eksperimental sepse kishte pak memorie dhe nuk mund të përdorej për llogaritje të mëdha.

Motori i Diferencës Charles Babbage

Në 1822, Babbage mendoi të krijonte një motor me diferencë të madhe që do të zëvendësonte numrin e madh të njerëzve të përfshirë në llogaritjen e tabelave të ndryshme astronomike, naviguese dhe matematikore. Kjo do të kursente kostot e punës si dhe do të eliminonte gabimet njerëzore.

Charles Babbage iu afrua Shoqërisë Mbretërore dhe Astronomike me propozimin e tij për të financuar krijimin e një motori me diferencë të madhe. Të dy ata dhe të tjerët iu përgjigjën pozitivisht këtij propozimi. Babbage mori 1500 £ në 1823 dhe filloi të zhvillohej makinë e re... Ai planifikoi ta ndërtonte makinën në 3 vjet. Sidoqoftë, Babbage nuk mori parasysh kompleksitetin e dizajnit, dhe gjithashtu aftësitë teknike ajo kohe. Dhe deri në vitin 1827, ishin shpenzuar 3500 sterlina (më shumë se 1000 para personale). Progresi i punës për krijimin e Difference Engine është ngadalësuar shumë.

Për më tepër, ngjarjet tragjike në jetën e Babbage në 1827 patën një ndikim të madh në procesin e projektimit të makinës. Këtë vit ai varrosi babanë, gruan dhe dy fëmijët. Pas këtyre ngjarjeve, shëndeti i tij u përkeqësua dhe ai nuk mund të merrej me projektimin e makinës. Për të rivendosur shëndetin e tij, ai udhëtoi nëpër kontinent.

Pasi udhëtoi në 1828, Babbage vazhdoi të zhvillohej, por paratë ishin zhdukur. Ai iu drejtua shumë shoqërive dhe qeverive për ndihmë. Vetëm në 1830 ai mori 9000 £ të tjera nga qeveria, pas së cilës ai vazhdoi të projektonte motorin e diferencës.

Në 1834, puna për krijimin e makinës u pezullua. Në atë kohë, tashmë ishin shpenzuar 17,000 paund para publike dhe 6,000 para personale. Nga viti 1834 deri në 1842, qeveria mendoi nëse do ta mbështeste projektin apo jo. Dhe në 1842 ai refuzoi të financonte projektin. Motori i Diferencës nuk u përfundua kurrë.

Motori me diferencë të madhe supozohej të kishte 25,000 pjesë, të peshonte pothuajse 14 tonë dhe të ishte 2.5 metra i lartë. Përveç kësaj, makina e diferencës duhej të pajisej me një pajisje printimi për nxjerrjen e rezultateve. Memoria është projektuar për 1000 numra 50-bitësh.

Ndoshta arsyeja e dështimit për të krijuar një makinë ndryshimi, së bashku me ngjarje tragjike 1827 dhe niveli i pamjaftueshëm teknologjitë e asaj kohe, u bënë shkathtësia e tepruar e Babbage. Ai u ngjit me një ekspeditë në Vesuvius, u mbyt në fund të liqenit në një zile zhytjeje, mori pjesë në gërmimet arkeologjike, studioi shfaqjen e xeheve, duke zbritur në miniera. Për gati një vit ai ishte i angazhuar në siguri trafiku hekurudhor dhe bëri shumë pajisje speciale- duke përfshirë një shpejtësimatës të krijuar. Përveç kësaj, gjatë projektimit të makinës së diferencës, ai zhvilloi shumë pajisje për përpunimin e metaleve. Në 1851, Charles Babbage u përpoq të hartonte një version të përmirësuar të Difference Engine, Difference Engine 2. Por as ky projekt nuk pati sukses.

Një nga 6 modelet demonstruese të pjesës kompjuterike të motorit të ndryshimit të Charles Babbage, i montuar pas vdekjes së tij nga djali i tij Henry nga pjesët e gjetura në laborator.

Sidoqoftë, puna e Babbage për krijimin e Motorit të Diferencës nuk ishte e kotë. Në 1854, shpikësi suedez Schoitz, bazuar në punën e Babbage, ndërtoi disa makineri diferenciale. Dhe pas një kohe, Martin Wiberg përmirësoi makinën Schoitz dhe e përdori atë për të llogaritur dhe publikuar tabela logaritmike.

Difference Engine 2 u ndërtua në 1891 dhe tani ndodhet në Muzeun e Shkencave në Londër.

(Për fillim, ju këshilloj të lexoni edhe pjesë të artikullit.)
Motori i Diferencës i Charles Babbage bëri të mundur për herë të parë automatizimin e procesit të llogaritjes dhe kryerjen e tij në një farë mase pa ndërhyrjen njerëzore. Siç u përmend në pjesën e mëparshme, për të llogaritur funksione të tilla si logaritmi, funksionet trigonometrike dhe të tjera, ato duhej të ndaheshin në seksione, secila prej të cilave përfaqësohej nga polinomi i tij, dhe vetëm atëherë ishte e mundur të llogariteshin vlerat të funksionit për këtë faqe... Duke kaluar nga një polinom në tjetrin, operatori i makinës duhej të fuste manualisht të gjitha vlerat origjinale të regjistrave. Për më tepër, makina lejoi vetëm funksionimin e shtimit, i cili nuk ishte shumë as sipas standardeve të shekullit të 19-të.

Duke menduar për këtë problem, Babbage arriti në përfundimin se është e mundur të ndërtohet një makinë e tillë që do të ndryshonte vetë vlerat e regjistrave origjinalë në varësi të vlerës së rezultatit. Kjo do të thotë, ajo vetë mund të menaxhonte procesin e llogaritjes. Më tej, duke zhvilluar këtë ide, Babbage erdhi në idenë jo vetëm për të bërë një makinë që do të tabelonte funksionin plotësisht automatikisht, por për të krijuar një makinë që do të lejonte zgjidhjen e të gjithë klasës së problemeve llogaritëse. Për këtë, algoritmi i një makinerie të tillë nuk duhet të lidhet në dizajnin e saj, por të vendoset nga jashtë, dhe vetë makina duhet të jetë në gjendje të kryejë të gjitha veprimet aritmetike, si dhe të kontrollojë rrjedhën e llogaritjeve. Babbage e quajti makinën e re kompjuterike Analytic.

Pjesët kryesore të motorit analitik ishin:
1. "magazinë" - një pajisje për ruajtjen e numrave, domethënë memorie në terminologjinë moderne;
2. "mulli" - pajisje për kryerjen e veprimeve aritmetike (pajisje aritmetike);
3. një pajisje që kontrollon funksionimin e makinës;
4. pajisjet hyrëse dhe dalëse;

(Elementi i "mullirit". Vizatim nga Henry Babbage.)

Në një arkitekturë të tillë, nuk është e vështirë të shihet prototipi i një kompjuteri modern me memorien e tij, procesorin (mulli + pajisje kontrolli) dhe pajisjet hyrëse/dalëse.

"Autobusi i shkëmbimit" të të dhënave midis ALU dhe memories ishte një grup raftet e ingranazheve... Sasia e memories supozohej të ishte një mijë numra me 50 shifra dhjetore. Për një numër prej 50 shifrash dhjetore të nënshkruara, nevojiten 168 bit, domethënë, sasia e RAM-it ishte pak më shumë se njëzet kilobajt. Për krahasim, ju këshilloj të shikoni sasinë e RAM-it të kompjuterëve të parë.

Siç u përmend në pjesën e mëparshme, ndërsa punonte në motorin analitik, Babbage doli me një skemë origjinale për transferimin paraprak. Vlen të thuhet se para kësaj, ai mendoi mbi më shumë se njëzet opsione për zbatimin e skemës së transferimit vijues, përpara se të kuptonte se nevojitet një parim krejtësisht i ndryshëm për të përshpejtuar në mënyrë dramatike procesin.

Ashtu si në motorin e diferencës, regjistrat për ruajtjen e numrave ishin rrota me dhëmbëza. Shenja e numrit u vendos në një të veçantë rrota me dhëmbëza... Nëse rrota e dhënë shfaqte një numër çift, atëherë kjo interpretohej si shenjë pozitive, përndryshe si negative.

Veprimet e shumëzimit dhe pjesëtimit supozohej të zbatoheshin si mbledhje ose zbritje vijuese.

Koha e parashikuar për të përfunduar veprimet duhet të ishte një sekondë për mbledhjen dhe zbritjen dhe një minutë për shumëzim dhe pjesëtim, gjë që nuk ishte shumë e keqe për shekullin e 19-të.

Për të futur të dhëna në memorie dhe për të kontrolluar funksionimin e makinës, Babbage vendosi të përdorte karta me grushta. Në atë kohë, ato kishin ekzistuar tashmë për më shumë se një duzinë vjet dhe u shpikën nga Jaccard Joseph-Marie për të kontrolluar modelin e një vegjë të automatizuar.
Motori analitik përdori dy mekanizma me karta të grushta - një mekanizëm përcaktonte operacionet që duhej të kryente mulliri, i dyti kontrollonte transferimin e të dhënave midis "mullirit" dhe "magazinës".

(Tegja me letra Jaccard.)

Gjatë qëndrimit të Babbage në Itali, ai u afrua nga matematikani, profesor Mosotti. "Ai vuri re se tani ai është mjaft i gatshëm të besojë në aftësinë e mekanizmit për të zotëruar marrëdhëniet aritmetike dhe madje edhe algjebrike në çdo shkallë të nevojshme. Por ai shtoi se ai nuk mund të kuptojë se si një makinë mund të bëjë një zgjedhje, e cila shpesh është e nevojshme në kërkimin analitik (d.m.th., në procesin e llogaritjeve) kur paraqiten dy ose më shumë shtigje, veçanërisht në rastin kur rruga e saktë, siç ndodh shpesh, nuk dihet. derisa të bëhen llogaritjet e mëparshme." Për këtë rast, Motori Analitik ofroi mundësinë për të organizuar ekzekutimin e kushtëzuar dhe sythe. Për këtë, mekanizmi i transferimit të kategorisë së fundit kontrollonte lëvizjen e letrave të grushta dhe mund ta detyronte këtë mekanizëm të përsëriste veprimin ose ta kalonte atë.

Pajisjet e daljes bënë të mundur printimin e rezultatit të llogaritjeve të makinës në një ose dy kopje, riprodhimin e tij në formën e një printimi stereotip ose grushtimin e rezultatit në kartat me grushta.

Duke punuar në Motorin Analitik, Babbage bëri mbi 200 plane për të. nyje të ndryshme dhe rreth 30 opsione për paraqitjen e makinës. Sidoqoftë, madhësia e dizajnit dhe natyra komplekse e shpikësit e vonuan lindjen e shpikjeve të tij me njëqind vjet të mirë. Nëse shikoni makinën e diferencës, e cila, sipas idesë së Babbage, duhet të kishte tabeluar funksionet me diferencë të shtatë konstante deri në shifrën e 20-të dhjetore, atëherë një makinë e ngjashme u shfaq në vitin 1934 - ajo renditi funksionet me diferenca konstante të rendit të shtatë dhe me një saktësi. me 13 shifra... Çfarë mund të themi për mundësitë gjigante të të konceptuarve motor analitik…

(Pjesë e mekanizmit të printimit të makinës.)

Pas vdekjes së Charles Babbage, djali i tij, Henry, mori motorin analitik, duke vendosur të përqëndrohet në dy njësi - "mulli" dhe pajisjen e printimit. Në vitin 1888 ishin gati të dhënat e nyjës së makinës, të cilat mundën të llogaritnin dhe printonin produktin me numrat e numrave natyrorë me 29 shifra. Gjatë llogaritjes së afatit të 32-të, makina ktheu një rezultat të pasaktë për shkak të një dështimi në mekanizmin e transferimit. Për pjesën tjetër të jetës së tij, Henri vazhdoi të punonte në makinën analitike të babait të tij dhe gjithashtu ishte i angazhuar në popullarizimin e ideve makinat informatike.

Përkundër faktit se Babbage shkroi shumë libra dhe artikuj në jetën e tij, ai kurrë nuk krijoi një deklaratë të detajuar të parimeve të ndryshimit dhe motorit analitik, pasi ai e konsideronte krijimin e makinave si më të rëndësishme sesa përshkrimin e tyre. Pershkrim i detajuar motori i ndryshimit u dha nga Dionysius Lardner, dhe motori analitik u përshkrua në një artikull nga Luigi Frederigo Menabrea. Ishte ky artikull që çoi në lindjen e programit të parë në botë dhe të programuesit të parë. Ada Augusta Lovelace, vajza e poetit Bajron, ka nderin të mbajë një titull të tillë. Charles Babbage ishte i njohur me familjen e një vajze të re të talentuar dhe në çdo mënyrë e inkurajoi dëshirën e saj për shkencën. Një ditë Ada u interesua për kompjuterët e Babbage dhe filloi përkthimin e artikullit të Menabrea. Ndërsa punonte për përkthimin, Ada e plotësoi atë me komentet e saj, shembuj të përdorimit praktik të makinave, si dhe bëri një "program" për llogaritjen e numrave të Bernulit. Emri i Ada u përjetësua në emrin e një prej gjuhëve të programimit - Ada. Nuk do të thellohem më në detaje në biografinë e Adës, pasi kjo temë ka qenë tashmë në Habré.

Fati i Charles Babbage nuk ishte më pak i vështirë se fati i kompjuterëve të tij. Qëndrimi i bashkëkohësve të tij ndaj këtij shkencëtari ndryshoi me kalimin e kohës nga gjeni në ekscentrik dhe madje në një shpikës që u dëmtua nga arsyeja në bazë të kompjuterëve. Gjatë jetës së tij, ai krijoi një numër të madh shpikjesh të ndryshme, si shpejtësimatës, dinamometër, doli me një tarifë të vetme postare etj. Presidenti i Shoqërisë Mbretërore, Lord Ross, shkroi se "Babbage, vetëm me shpikjet e tij në fushën e inxhinierisë mekanike, rimbursoi plotësisht fondet që qeveria investoi në ndërtimin e motorit të tij Difference".

Ideja, e cila lindi në shekullin e nëntëmbëdhjetë dhe u bë realitet në shekullin e njëzetë, bëri një revolucion jo vetëm në shkencë, por edhe në Jeta e përditshme... Jeta e Babbage, historia e krijimit të kompjuterëve të tij është shembulli më i qartë se sa largpamës dhe këmbëngulës mund të jetë një gjeni, dhe sa e mprehtë dhe e gjatë mund të jetë rruga e krijimit.

PS: Kushdo që është i interesuar për kompjuterët mekanikë, historinë e tyre të krijimit, një përshkrim të dizajnit dhe parimeve të funksionimit dhe origjinës së homologëve të tyre elektronikë, unë rekomandoj të gjejë dhe lexojë librin "Nga një numërator në një kompjuter" nga RS Guther. dhe Yu. L. Polunov, botimi 1981 ...

Oriz. 5.

Pavarësisht dështimit me makinën e diferencës, Babbage në 1834 filloi të mendojë për krijimin e një kompjuteri të programueshëm, të cilin ai e quajti një makinë analitike (prototipi i kompjuterit modern). Në ndryshim nga motori i diferencës, motori analitik bëri të mundur zgjidhjen e një game më të gjerë problemesh. Ishte kjo makinë që u bë vepra e jetës së tij dhe solli famë pas vdekjes. Ai supozoi se ndërtimi i një makinerie të re do të kërkonte më pak kohë dhe para sesa përfundimi i makinës së diferencës, pasi ajo duhej të përbëhej nga më e thjeshtë elementet mekanike... Në 1834, Babbage filloi të projektonte Motorin Analitik.

Arkitektura e një kompjuteri modern është në shumë mënyra e ngjashme me arkitekturën e një motori analitik. Në motorin analitik, Babbage ofroi pjesët e mëposhtme: një dyqan, një fabrikë ose një mulli, një kontroll dhe pajisje hyrëse-dalëse informacioni.

Magazina kishte për qëllim të ruante si vlerat e variablave me të cilët kryhen operacionet ashtu edhe rezultatet e operacioneve. Në terminologjinë moderne, kjo quhet memorie.

Mulliri (një pajisje logjike aritmetike, pjesë e një procesori modern) duhej të kryente operacione mbi variabla, si dhe të ruante në regjistra vlerën e ndryshoreve me të cilat në ky moment kryen operacionin.

Pajisja e tretë, të cilën Babbage nuk e emëroi, kontrollonte sekuencën e operacioneve, vendosjen e variablave në magazinë dhe nxjerrjen e tyre nga magazina dhe daljen e rezultateve. Ai lexonte sekuencën e operacioneve dhe variablave nga letrat me grushta. Kartat e grushtuara ishin dy llojesh: letra operacionale dhe letra të ndryshueshme. Një bibliotekë funksionesh mund të përpilohet nga hartat operative. Për më tepër, sipas planit të Babbage, Motori Analitik supozohej të përmbante një pajisje printimi dhe një pajisje për nxjerrjen e rezultateve në kartat me grushta për përdorim të mëvonshëm.

Për të krijuar një kompjuter në kuptimin modern, mbeti vetëm të dilte me një qark me një program të ruajtur, i cili u bë 100 vjet më vonë nga Eckert, Mauchly dhe von Neumann.

Babbage projektoi vetëm motorin analitik. Ai vizitonte shpesh ekspozita industriale, ku prezantoheshin risi të ndryshme shkencore dhe teknologjike. Aty u takua me Ada Augusta Lovelace (vajza e Xhorxh Bajronit), e cila u bë shoqja e tij shumë e ngushtë, asistentja dhe e vetmja me të njëjtin mendim. Në 1840, Babbage udhëtoi me ftesë të matematikanëve italianë në Torino, ku dha leksione në makinën e tij. Luigi Menabrea, pedagog në Akademinë e Artilerisë së Torinos, krijoi dhe botoi shënimet e leksionit në frëngjisht. Më vonë, Ada Lovelace i përktheu këto leksione në gjuhe angleze, duke i plotësuar me komente në vëllim që tejkalojnë tekstin origjinal. Në komente, Ada bëri një përshkrim të kompjuterit dixhital dhe udhëzimet e programimit për të. Këto ishin programet e para në botë. Kjo është arsyeja pse Ada Lovelace quhet me të drejtë programuesja e parë. Sidoqoftë, motori analitik nuk përfundoi kurrë. Ja çfarë shkruante Babbage në 1851: “Të gjitha zhvillimet në lidhje me Motorin Analitik u kryen me shpenzimet e mia. kam shpenzuar linjë e tërë eksperimentova dhe arrita në pikën përtej së cilës aftësitë e mia nuk mjaftojnë. Në këtë drejtim, jam i detyruar të braktis punë të mëtejshme". Përkundër faktit se Babbage përshkroi në detaje modelin e motorit analitik dhe parimet e funksionimit të tij, ai nuk u ndërtua kurrë gjatë jetës së tij. Kishte shumë arsye për këtë. Por kryesoret ishin mungesa e plotë e fondeve për projektin për krijimin e një makinerie analitike dhe nivel i ulët teknologjitë e asaj kohe. Babbage këtë herë nuk i kërkoi ndihmë qeverisë, pasi kuptoi se pas dështimit me motorin e diferencës, sërish do të refuzohej.

Vetëm pas vdekjes së Charles Babbage, djali i tij, Henry Babbage, vazhdoi biznesin e nisur nga babai i tij. Në 1888, Henri arriti të ndërtojë njësinë qendrore të motorit analitik sipas vizatimeve të babait të tij. Dhe në vitin 1906, Henry, së bashku me firmën Monroe, ndërtuan një model pune të një makine analitike, duke përfshirë një pajisje aritmetike dhe një pajisje për printimin e rezultateve. Makina e Babbage doli të ishte funksionale, por Charles nuk jetoi për të parë këto ditë.

Në 1864, Charles Babbage shkroi: "Ndoshta do të duhet gjysmë shekulli para se njerëzit të binden se fondet që lë pas nuk mund të shpërndahen". Sipas supozimit të tij, ai u gabua për 30 vjet. Vetëm 80 vjet pasi u ndërtua kjo thënie makinë МАРК-I, e cila u quajt "Ëndrra e Babbage u bë realitet". Arkitektura e МАРК-I ishte shumë e ngjashme me arkitekturën e motorit analitik. Howard Aiken, në fakt, studioi seriozisht botimet e Babbage dhe Ada Lovelace përpara se të krijonte makinën e tij, dhe makina e tij është ideologjikisht pak përpara makinës analitike të papërfunduar. Produktiviteti i МАРК-I doli të ishte vetëm dhjetë herë më i lartë se shpejtësia e llogaritur e motorit analitik.

– pajisje mekanike, i shpikur nga matematikani Charles Babbage, i projektuar për të automatizuar llogaritjet me përafrim (d.m.th., përafrim - një metodë shkencore që konsiston në zëvendësimin e disa objekteve me të tjerë, në një farë kuptimi afër origjinalit, por më të thjeshtë) funksione me polinome dhe llogaritjen e dallimeve të fundme. Është prania e funksionit të paraqitjes së përafërt në funksionet trigonometrike dhe polinomet e logaritmeve që na lejon të konsiderojmë makinën e diferencës Babbage si një pajisje universale.

Për herë të parë, ideja e një makine ndryshimi u shpreh nga shkencëtari gjerman Johannes Müller në një libër të botuar në 1788, por Babbage e huazoi idenë e krijimit të projektit të tij jo nga Müller, por nga veprat e francezëve. matematikani dhe shkencëtari i hidraulikës Gaspard de Prony, i cili kishte qenë kreu i zyrës së regjistrimit për gati 10 vjet.

Prony u udhëzua të verifikonte dhe qartësonte të dhënat e tabelave trigonometrike logaritmike në përgatitje për miratimin e sistemit metrik (i futur në vend pas revolucionit). Gaspard sugjeroi që puna të ndahej në tre nivele. Një grup matematikanësh të shquar përfaqësonin nivelin e lartë. Ata ishin të angazhuar në nxjerrjen e shprehjeve matematikore të përshtatshme për llogaritjet numerike, si të thuash, zgjidhjen e problemeve në pamje e përgjithshme... Niveli i dytë, i mesëm, llogariti vlerat e funksioneve për argumentet që ishin pesë ose dhjetë intervale nga njëri-tjetri. Vlerat e llogaritura janë përfshirë në tabelë si vlera referencë. Pas këtyre veprimeve, formulat iu dërguan grupit të tretë, më të shumtë, anëtarët e të cilit kryenin llogaritjet rutinë dhe quheshin "kalkulatorë". Është e qartë se ata ishin matematikanët më pak të kualifikuar të të gjitha niveleve. Llogaritësve iu kërkua vetëm të shtonin dhe zbritnin me kujdes në sekuencën e përcaktuar nga formulat e marra "nga lart".

Punimet e Gaspard de Prony (asnjëherë të përfunduara për shkak të kohës revolucionare, inflacionit, etj.), Me të cilat Babbage u takua ndërsa ishte në Francë, sapo e çuan Babbage në idenë e mundësisë së krijimit të një makinerie që mund të zëvendësonte grupin e tretë. - kalkulatorë.

Në 1822, Babbage boton një artikull shkencor që përshkruan një makinë të aftë për të llogaritur dhe shtypur tabela të mëdha matematikore. Disa muaj më vonë, ai arriti të ndërtonte një model provë të motorit të tij Difference, të përbërë nga ingranazhe dhe rula, të rrotulluar me dorë duke përdorur një levë. Babbage ishte në gjendje të siguronte mbështetjen e Shoqërisë Mbretërore dhe kjo është pak nga pak organizata më prestigjioze shkencore në Britaninë e Madhe. Ai iu drejtua qeverisë së vendit me një kërkesë për të financuar krijimin e një makinerie pune në shkallë të plotë. Në një letër drejtuar Presidentit të Shoqërisë Mbretërore, Babbage vuri në dukje se "puna e lodhshme e padurueshme" e llogaritjeve të përsëritura të matematikës do të hiqej. Babbage u mbështet nga Shoqëria Mbretërore dhe ai mori një grant nga qeveria për një mijë e gjysmë sterlina.

Babbage i kaloi 10 vitet e ardhshme të jetës së tij plotësisht në shpikjen e tij. Ai planifikoi ta përfundonte punën në 3 vjet, por pas çdo modifikimi, Difference Engine vetëm u bë më kompleks. Sëmundjet, problemet financiare, pjesa tjetër e punës ndërhynë. Shuma e mbështetjes së qeverisë është rritur pothuajse 10 herë: deri në 17,000 paund. Zyrtarët dyshonin gjithnjë e më shumë në përshtatshmërinë dhe si rezultat, skepticizmi i tyre mbizotëroi, ndarja e fondeve për Motorin e Diferencës u ndal.

Në 1833, Babbage ishte gati të mbyllte projektin Difference Engine për mirë. Megjithatë, ai nuk mbaroi së menduari për të njëjtën temë dhe përfundimisht doli me idenë e krijimit të një motori analitik edhe më të fuqishëm.

Megjithëse, gjatë punës për një projekt të ri, Babbage nuk u kthye kurrë te paraardhësi i tij, shpikësi, botuesi dhe përkthyesi suedez Per Georg Schoitz, pasi u njoh me materialet e kësaj pajisjeje, e ndërtoi atë një version paksa të modifikuar, duke përdorur rekomandimet e Babbage. Natyrisht, ishte edhe një ngjarje e gëzueshme dhe e trishtueshme për Babbage, kur ai më në fund pa sesi ideja e tij e mëparshme, dhe tani e zakonshme, e kaloi me sukses provën ... Ndodhi në 1854 në Londër. Vetëm një vit më vonë, Motori i Diferencës Schoitz mori medalje të artë në Ekspozitën Botërore në Paris. Kanë kaluar vetëm disa vite dhe tani qeveria britanike, e cila në një kohë refuzoi të financonte Babbage, porositi një nga këto makina për zyrën e qeverisë.

Në periudhën 1989-1991. në dyqindvjetorin e lindjes së Charles Babbage bazuar në të tijën vepra origjinale një kopje pune e Difference Engine Nr. 2 u mblodh në Muzeun e Shkencës në Londër.

Në vitin 2000, në të njëjtin muze u lançua një printer, të cilin Babbage e shpiku gjithashtu për makinën e tij. Pas eliminimit të pasaktësive të vogla të dizajnit të gjetura në vizatimet e vjetra, të dy dizajnet funksionuan në mënyrë perfekte. Këto eksperimente tërhoqën një vijë nën debatin e gjatë rreth performancës themelore të modeleve të shpikësit (megjithëse disa studiues ende besojnë se Babbage paraqiste qëllimisht pasaktësi në vizatimet e tij për të mbrojtur krijimet e tij nga kopjimi i paautorizuar).

Charles Babbage (1791-1871) - një pionier në krijimin e teknologjisë informatike, i cili zhvilloi 2 klasa kompjuterësh - ndryshim dhe analitik. E para prej tyre mori emrin e saj për shkak të parimit matematikor mbi të cilin bazohet - metoda e dallimeve të fundme. Bukuria e saj qëndron në përdorimin e jashtëzakonshëm të mbledhjes aritmetike, pa pasur nevojë t'i drejtohet shumëzimit dhe pjesëtimit, të cilat janë të vështira për t'u zbatuar mekanikisht.

Më shumë se një kalkulator

Babbage's Difference Engine është një pajisje llogaritëse. Ajo vepron me numrat në mënyrën e vetme që mundet, duke i shtuar vazhdimisht ato në përputhje me metodën e diferencave të fundme. Nuk mund të përdoret për llogaritjet aritmetike të përgjithshme. Motori analitik i Babbage është shumë më tepër se një kalkulator. Ai shënon kalimin nga aritmetika e mekanizuar në llogaritjen në shkallë të plotë Qëllimi i përgjithshëm... Në faza të ndryshme të evolucionit të ideve të Babbage, kishte të paktën 3 projekte. Prandaj, është më mirë t'i referohemi makinave të tij analitike në shumës.

Komoditet dhe efikasitet inxhinierik

Pajisjet Babbage janë dhjetore në kuptimin që përdorin 10 shifra nga 0 në 9 dhe dixhitale sepse funksionojnë vetëm me numra të plotë. Vlerat përfaqësohen nga ingranazhet, dhe çdo shifër ka rrotën e vet. Nëse ndalet në një pozicion të ndërmjetëm midis vlerave të numrave të plotë, atëherë rezultati konsiderohet i papërcaktuar dhe makina bllokohet për të treguar një shkelje të integritetit të llogaritjeve. Kjo është një formë e zbulimit të gabimeve.

Babbage konsideroi gjithashtu përdorimin e sistemeve të numrave përveç dhjetorit, duke përfshirë binare dhe bazën 3, 4, 5, 12, 16 dhe 100. Ai u vendos në dhjetor për shkak të familjaritetit dhe efikasitetit të tij inxhinierik, pasi zvogëlon ndjeshëm numrin e pjesëve lëvizëse .

Diferenca e motorit numër 1

Në 1821, Babbage filloi zhvillimin me një mekanizëm për llogaritjen dhe tabelimin e funksioneve polinomiale. Autori e përshkruan atë si një pajisje për llogaritjen automatike të një sekuence vlerash me printim automatik të rezultateve në formën e një tabele. Një pjesë integrale e strukturës është një printer i lidhur mekanikisht me seksionin llogaritës. Difference Engine # 1 është dizajni i parë i plotë për ekzekutimi automatik llogaritjet.

Herë pas here Babbage ndryshonte funksionalitetin pajisje. Dizajni i vitit 1830 përshkruan një makinë me 16 shifra dhe 6 renditje të madhësisë. Modeli përbëhej nga 25 mijë pjesë, të ndara në mënyrë të barabartë midis seksionit informatik dhe printerit. Nëse pajisja do të ishte ndërtuar, ajo do të peshonte rreth 4 tonë dhe do të kishte një lartësi prej 2.4 m. Puna në motorin e ndryshimit të Babbage u ndal në 1832 pas një mosmarrëveshjeje me inxhinierin Joseph Clement. Financimi shtetëror përfundimisht përfundoi në 1842.

Motori analitik

Kur puna në motorin e diferencës ngeci, në 1834 Babbage konceptoi një pajisje më ambicioze, e cila më vonë u bë e njohur si motori kompjuterik i programueshëm analitik universal. Vetitë strukturore të makinës Babbage janë në shumë mënyra në përputhje me blloqet bazë të një kompjuteri dixhital modern. Programimi bëhet duke përdorur karta me grushta. Kjo ide u huazua nga tezgjahja jacquard, ku shërbejnë për të krijuar modele të ndërlikuara tekstili.

Struktura logjike e motorit analitik të Babbage ndjek kryesisht dizajnin dominues të kompjuterëve në epokën elektronike, që nënkupton memorie ("magazinë") të ndarë nga njësia qendrore e përpunimit ("mulli"), ekzekutimin sekuencial të operacioneve dhe mjetet për hyrje dhe dalje. të të dhënave dhe udhëzimeve. Prandaj, autori i zhvillimit mori titullin e pionierit të teknologjisë kompjuterike mjaft të merituar.

Memoria dhe njësia qendrore e përpunimit

Makina e Babbage ka një "dyqan" ku ruhen numrat dhe gjithashtu një "mulli" të veçantë ku kryhej përpunimi aritmetik. Ajo kishte një grup prej 4 funksionesh aritmetike dhe mund të kryente shumëzim dhe pjesëtim të drejtpërdrejtë. Për më tepër, pajisja ishte në gjendje të kryente operacione që tani quhen degëzimi i kushtëzuar, lak (përsëritje), mikroprogramim, përpunim paralel, fiksim, formësim pulsi etj. Vetë autori nuk e përdori një terminologji të tillë.

CPU-ja e motorit analitik, të cilin ai e quajti "mulli", ofron:

• ruajtja e numrave, veprimet mbi të cilat kryhen menjëherë, në regjistra;
• ka pajisje për kryerjen e veprimeve themelore aritmetike me to;
• transmetim i orientuar nga përdoruesi udhëzime të jashtme menaxhim i brendshëm i detajuar;
• një sistem sinkronizimi (orë) për ekzekutimin e udhëzimeve në një sekuencë të zgjedhur me kujdes.

Mekanizmi i kontrollit të motorit analitik i kryen veprimet automatikisht dhe përbëhet nga dy pjesë: një nivel më i ulët i kontrolluar nga bateri masive të quajtura fuçi, dhe nivel të lartë duke përdorur letra me grushta të zhvilluara nga Jacquard për tezgjah, të përdorura gjerësisht në fillim të viteve 1800.

Pajisjet dalëse

Rezultati i llogaritjes shfaqet menyra te ndryshme duke përfshirë printimin, kartat me grushta, hartimin dhe stereotipizimin automatik - tabaka me material të butë mbi të cilin bëhet një përshtypje, të aftë për të shërbyer si kallëp për derdhjen e pllakave për printim.

Dizajn i ri

Babbage kishte përfunduar kryesisht punën e tij pioniere në motorin analitik deri në 1840 dhe filloi të zhvillonte një pajisje të re. Midis 1847 dhe 1849, ai përfundoi zhvillimin e Difference Engine Nr. 2, i cili ishte një version i përmirësuar i origjinalit. Ky modifikim ishte projektuar për operacione me numra 31-bit dhe mund të tabelonte çdo polinom të rendit të 7-të. Dizajni ishte elegantisht i thjeshtë, duke kërkuar vetëm një të tretën e pjesëve të modelit origjinal, duke siguruar të njëjtën fuqi përpunuese.

Në dallim dhe makina analitike Charles Babbage, u përdor i njëjti dizajn i pajisjes dalëse, i cili jo vetëm që bëri një printim në letër, por gjithashtu krijoi automatikisht stereotipe dhe formatimin e prodhuar në mënyrë të pavarur sipas paraqitjes së faqes të specifikuar nga operatori. Në të njëjtën kohë, ishte e mundur të rregullohej lartësia e rreshtit, numri i kolonave, gjerësia e fushave, palosja automatike e rreshtave ose kolonave dhe rregullimi i vijave boshe për lehtësinë e leximit.

Trashëgimia

Përveç disa të krijuara pjesërisht montime mekanike dhe modelet e testimit të seksioneve të vogla të punës, asnjë prej modeleve nuk u zbatua plotësisht gjatë jetës së Babbage. Modeli kryesor, i montuar në 1832, ishte 1/7 e Difference Engine # 1, i cili përbëhej nga afërsisht 2000 pjesë. Ajo funksionon pa të meta deri më sot dhe është pajisja e parë e suksesshme kompjuterike automatike që zbaton llogaritjet matematikore në një mekanizëm. Babbage vdiq ndërsa një pjesë e vogël eksperimentale e motorit analitik po montohej. Shumë detaje të ndërtimit kanë mbijetuar, si dhe një arkiv i plotë vizatimesh dhe shënimesh.

Hartimet e mëdha mekanike kompjuterike të Babbage konsiderohen si një nga arritjet mahnitëse intelektuale të shekullit të 19-të. Vetëm në dekadat e fundit puna e tij është studiuar në detaje dhe shkalla e rëndësisë së asaj që ai ka arritur po bëhet më e dukshme.