Чарлз Бабидж (1791-1871) - пионер в създаването на изчислителна техника, който разработи 2 класа компютри - различителни и аналитични. Първият от тях получи името си поради математическия принцип, на който се основава - метода на крайните разлики. Красотата му се крие в изключителното използване на аритметично събиране, без да се налага да се прибягва до умножение и деление, които са трудни за изпълнение механично.
Повече от калкулатор
Babbage's Difference Engine е устройство за броене. Тя манипулира числата по единствения начин, по който може, като постоянно ги събира по метода на крайните разлики. Не може да се използва за общи аритметични изчисления. Аналитичната машина на Babbage е много повече от просто калкулатор. Той бележи прехода от механизирана аритметика към пълномащабни изчисления с общо предназначение. На различни етапи от еволюцията на идеите на Бабиджимаше поне 3 проекта. Следователно, неговите аналитични двигатели се споменават най-добре в множествено число.
Удобство и инженерна ефективност
Компютрите на Бабидж са десетични в смисъл, че използват 10 цифри от 0 до 9 и цифрови, тъй като работят само с цели числа. Стойностите са представени със зъбни колела и всяка цифра има свое собствено колело. Ако спре на междинна позиция между целочислени стойности, тогава резултатът се счита за неопределен и машината се блокира, за да покаже нарушение на целостта на изчисленията. Това е форма на откриване на грешки.
Babbage също обмисля използването на числови системи, различни от десетични, включително двоични и основни 3, 4, 5, 12, 16 и 100. Той се спря на десетичния знак поради познаването и инженерната му ефективност, тъй като значително намалява броя на движещите се части.
Различна машина 1
През 1821 г. Babbage започва разработката с механизъм, предназначен за изчисляване и таблично представяне на полиномни функции. Авторът го описва като устройство за автоматично изчисляване на последователност от стойности с автоматично отпечатване на резултатите под формата на таблица. Неразделна част от дизайна е принтер, механично свързан към изчислителната секция. Difference Engine 1 е първият пълен дизайн за автоматично изчисление.
От време на време Babbage променяше функционалността на устройството. Дизайн от 1830 изобразява машина, проектирана за 16 цифри и 6 порядъка на разлика. Моделът се състои от 25 хиляди части, разделени поравно между компютърната секция и принтера. Ако устройството беше построено, то щеше да тежи приблизително 4 тона и да е високо 2,4 м. Работата по различния двигател на Babbage е спряна през 1832 г. след спор с инженер Джоузеф Клемент. Правителственото финансиране най-накрая приключи през 1842 г.
Аналитична машина
Когато работата по различителния апарат спря, през 1834 г. Babbage замисля по-амбициозно устройство, което по-късно става известно като аналитичен универсален програмируем компютърен двигател. Структурните свойства на машината на Babbage до голяма степен съответстват на основните градивни елементи на съвременния цифров компютър. Програмирането се извършва с помощта на перфокарти. Тази идея е взета от жакардовия стан, където те се използват за създаване на сложни текстилни шарки.
Логическата структура на аналитичната машина на Babbage по същество съответства на доминиращия дизайн на компютрите от електронната епоха, което предполага наличието на памет („магазин“), отделена от централния процесор („мелница“), последователна изпълнение на операции и средства за въвеждане и извеждане на данни и инструкции. Следователно авторът на разработката получи титлата пионер на компютърните технологии съвсем заслужено.
Памет и процесор
Машината на Бабидж има "магазин", където се съхраняват числата и междинните резултати, както и отделна "мелница", където се извършва аритметична обработка. Тя имаше набор от 4 аритметични функции и можеше да извършва директно умножение и деление. Освен това устройството е способно да изпълнява операции, които сега се наричат условно разклоняване, цикъл (итерация), микропрограмиране, паралелна обработка, фиксиране, оформяне на импулси и т.н. Самият автор не е използвал такава терминология.
ЦП на аналитичната машина на Чарлз Бабидж, която той нарече "мелница", осигурява:
- съхранение на числа, операциите върху които се извършват незабавно, в регистри;
- има хардуера за извършване на основни аритметични операции върху тях;
- прехвърляне на ориентирани към потребителя външни инструкции към подробен вътрешен контрол;
- система за време (часовник) за изпълнение на инструкции в внимателно подбрана последователност.
Механизмът за управление на аналитичната машина извършва операции автоматично и се състои от две части: по-ниско ниво, контролирано от масивни барабани, наречени бъчви, и високо ниво с помощта на перфокарти, проектирани от Жакард за станове, широко използвани в началото на 1800-те.
Изходни устройства
Резултатът от изчисленията се показва по различни начини, включително отпечатване, перфокарти, начертаване иавтоматично производство на стереотипи - тави от меки материали, върху които се отпечатва резултатът, способни да служат като матрица за леене на плочи за печат.
Нов дизайн
Пионерската работа на Бабидж върху аналитичната машина е до голяма степен завършена до 1840 г. и започва разработването на ново устройство. Между 1847 и 1849 г. той завършва разработването на Difference Engine No. 2, който е подобрена версия на оригинала. Тази модификация е проектирана за операции с 31-битови числа и може да таблира всеки полином от 7-ми порядък. Дизайнът беше изключително прост, изисквайки само една трета от броя на оригиналния модел, като същевременно осигуряваше еднаква мощност на обработка.
Разликата и аналитичните двигатели на Чарлз Бабидж използваха същия дизайн на изходното устройство, което не само правеше разпечатки на хартия, но и автоматично създаваше стереотипи и независимо изпълняваше форматиране според оформлението на страницата, определено от оператора. В същото време беше възможно да се регулира височината на реда, броя на колоните, ширините на полето, автоматично сгъване на редове или колони и подреждане на празни редове за четливост.
Legacy
Освен няколко частично създадени механични възли и тестови модели на малки работни секции, нито един от дизайните не е бил напълно реализиран по време на живота на Babbage. Основният модел, сглобен през 1832 г., е 1/7 от диференциалния двигател № 1, който се състоиот около 2 хиляди части. Работи безупречно и до днес и е първото успешно автоматично изчислително устройство, което реализира математически изчисления в механизъм. Бабидж умира, докато малката експериментална част на аналитичната машина се сглобява. Запазени са много детайли от конструкцията, както и пълен архив от чертежи и бележки.
Проектите на Бабидж за огромни механични компютри се считат за едно от зашеметяващите интелектуални постижения на 19-ти век. Едва през последните десетилетия работата му е проучена в детайли и значението на това, което е направил, става все по-очевидно.
