Charles Babbage (1791-1871) – skaičiavimo technologijų kūrimo pradininkas, sukūręs 2 kompiuterių klases – skirtingą ir analitinį. Pirmasis iš jų gavo savo pavadinimą dėl matematinio principo, kuriuo remiasi – baigtinių skirtumų metodo. Jo grožis slypi išskirtiniame aritmetinio sudėjimo panaudojime nenaudojant daugybos ir dalybos, kurias sunku įgyvendinti mechaniškai.
Daugiau nei skaičiuotuvas
Babbage's Difference Engine yra skaičiavimo įrenginys. Ji manipuliuoja skaičiais vieninteliu būdu, kaip gali, nuolat juos sudėliodama pagal baigtinių skirtumų metodą. Jis negali būti naudojamas bendriesiems aritmetiniams skaičiavimams. „Babbage's Analytical Engine“yra daug daugiau nei tik skaičiuotuvas. Tai žymi perėjimą nuo mechanizuotos aritmetikos prie pilno masto bendrosios paskirties skaičiavimo. Skirtinguose Babbage’o idėjų evoliucijos etapuosebuvo bent 3 projektai. Todėl jo analitinius variklius geriausia vadinti daugiskaita.
Patogumas ir inžinerinis efektyvumas
Babbage kompiuteriai yra dešimtainiai ta prasme, kad naudoja 10 skaitmenų nuo 0 iki 9, o skaitmeniniai, nes jie veikia tik su sveikaisiais skaičiais. Vertės žymimos krumpliaračiais, o kiekvienas skaitmuo turi savo ratą. Jei jis sustoja tarpinėje padėtyje tarp sveikųjų skaičių reikšmių, rezultatas laikomas neapibrėžtu, o mašina užblokuojama, kad būtų parodytas skaičiavimų vientisumo pažeidimas. Tai yra klaidų aptikimo forma.
Babbage'as taip pat svarstė galimybę naudoti kitas skaičių sistemas, o ne dešimtainę, įskaitant dvejetaines ir 3, 4, 5, 12, 16 ir 100. Jis apsistojo prie dešimtainės dalies, nes jos yra žinomos ir inžinerinis efektyvumas, nes tai labai sumažina judančių dalių skaičius.
Skirtumo variklis 1
1821 m. Babbage'as pradėjo kurti mechanizmą, skirtą daugianario funkcijoms apskaičiuoti ir sudaryti lentelėse. Autorius apibūdina jį kaip įrenginį, skirtą automatiškai apskaičiuoti reikšmių seką, automatiškai spausdinant rezultatus lentelės pavidalu. Neatsiejama konstrukcijos dalis – spausdintuvas, mechaniškai sujungtas su skaičiavimo sekcija. Difference Engine 1 yra pirmasis pilnas automatinio skaičiavimo dizainas.
Retkarčiais Babbage keisdavo įrenginio funkcionalumą. 1830 m. dizainas vaizduoja mašiną, skirtą 16 skaitmenų ir 6 skirtumo eilučių. Modelį sudarė 25 tūkstančiai dalių, po lygiai padalintų skaičiavimo sekcijai ir spausdintuvui. Jei prietaisas būtų pagamintas, jis būtų svėręs maždaug 4 tonas, o aukštis – 2,4 metro. Darbas su Babbage's Difference Engine buvo sustabdytas 1832 m., kilus ginčui su inžinieriumi Josephu Clement. Pagaliau vyriausybės finansavimas baigėsi 1842 m.
Analitinis variklis
Kai darbas su skirtumo aparatu įstrigo, 1834 m. Babbage'as sukūrė ambicingesnį įrenginį, kuris vėliau tapo žinomas kaip analitinis universalus programuojamas skaičiavimo variklis. „Babbage“mašinos konstrukcinės savybės iš esmės atitinka pagrindinius šiuolaikinio skaitmeninio kompiuterio elementus. Programavimas atliekamas naudojant perfokortas. Ši idėja buvo paimta iš žakardo staklių, kur jos naudojamos kuriant sudėtingus tekstilės raštus.
Babbage's Analytical Engine loginė struktūra iš esmės atitinka dominuojančią elektroninio amžiaus kompiuterių konstrukciją, kuri reiškia, kad yra atmintis ("parduotuvė"), atskirta nuo centrinio procesoriaus ("malūno"), nuosekli. operacijų ir priemonių, skirtų duomenims ir instrukcijoms įvesti ir išvesti, vykdymas. Todėl kūrimo autorius pelnytai gavo kompiuterinių technologijų pradininko vardą.
Atmintis ir CPU
Babbage aparate yra „parduotuvė“, kurioje saugomi skaičiai ir tarpiniai rezultatai, taip pat atskiras „malūnas“, kuriame atliekamas aritmetinis apdorojimas. Ji turėjo 4 aritmetinių funkcijų rinkinį ir galėjo atlikti tiesioginį daugybą ir padalijimą. Be to, įrenginys galėjo atlikti operacijas, kurios dabar vadinamos sąlyginiu šakojimu, kilpa (iteracija), mikroprogramavimu, lygiagrečiu apdorojimu, fiksavimu, impulsų formavimu ir kt. Pats autorius tokios terminijos nevartojo.
Charles Babbage'o analitinio variklio, kurį jis pavadino „malūnu“, CPU teikia:
- numerių, kurių operacijos atliekamos nedelsiant, saugojimas registruose;
- turi aparatinę įrangą pagrindinėms aritmetinėms operacijoms atlikti;
- į vartotoją orientuotų išorinių instrukcijų perkėlimas į išsamią vidinę kontrolę;
- laiko nustatymo sistema (laikrodis), kad būtų vykdomos instrukcijos kruopščiai parinkta seka.
Analitinio variklio valdymo mechanizmas atlieka operacijas automatiškai ir susideda iš dviejų dalių: žemesnio lygio, valdomo masyviais būgnais, vadinamais statinėmis, ir aukšto lygio, naudojant perforuotas korteles, Jacquard sukurtas staklėms, plačiai naudotoms XX a. pradžioje.
Išvesties įrenginiai
Skaičiavimų rezultatas rodomas įvairiais būdais, įskaitant spausdinimą, perforuotas korteles, braižymą irautomatinė stereotipų gamyba – minkštos medžiagos padėklai, ant kurių įspaustas rezultatas, galintys tarnauti kaip liejimo formos spausdinimo plokštėms.
Naujas dizainas
Babbage'o novatoriškas darbas su analitiniu varikliu iš esmės buvo baigtas 1840 m. ir pradėjo kurti naują įrenginį. 1847–1849 m. jis baigė kurti Difference Engine Nr. 2, kuris buvo patobulinta originalo versija. Ši modifikacija buvo skirta operacijoms su 31 bito skaičiais ir galėjo pateikti bet kurį 7-osios eilės polinomą. Dizainas buvo nepaprastai paprastas, jam reikėjo tik trečdalio pradinio modelio dalių skaičiaus, tuo pačiu užtikrinant vienodą apdorojimo galią.
Skirtumas ir analitiniai Charles Babbage varikliai naudojo tos pačios konstrukcijos išvesties įrenginį, kuris ne tik darydavo spaudinius ant popieriaus, bet ir automatiškai kūrė stereotipus bei savarankiškai atliko formatavimą pagal operatoriaus nurodytą puslapio maketą. Tuo pačiu metu buvo galima reguliuoti eilutės aukštį, stulpelių skaičių, laukų plotį, automatinį eilučių ar stulpelių lankstymą ir tuščių eilučių išdėstymą, kad būtų lengviau skaityti.
Palikimas
Išskyrus kelis iš dalies sukurtus mechaninius mazgus ir bandomuosius mažų darbinių sekcijų modelius, nė vienas dizainas nebuvo visiškai įgyvendintas per Babbage gyvavimo laikotarpį. Pagrindinis modelis, surinktas 1832 m., buvo 1/7 Difference Engine Nr. 1, kurį sudarėiš maždaug 2 tūkst. Jis veikia nepriekaištingai iki šių dienų ir yra pirmasis sėkmingas automatinis skaičiavimo įrenginys, kuris mechanizme įgyvendina matematinius skaičiavimus. Babbage'as mirė, kol buvo surinkta nedidelė eksperimentinė analitinės variklio dalis. Išsaugota daug konstrukcijos detalių, taip pat visas brėžinių ir užrašų archyvas.
Babbage didžiulių mechaninių kompiuterių projektai laikomi vienu įspūdingiausių XIX amžiaus intelektualinių laimėjimų. Tik pastaraisiais dešimtmečiais jo darbai buvo nuodugniai išnagrinėti, o jo nuveiktų darbų svarba tampa vis akivaizdesnė.
