Charles Babbage (1791-1871) - tietojenkäsittelytekniikan luomisen edelläkävijä, joka kehitti 2 luokkaa tietokoneita - erotus- ja analyyttisiä. Ensimmäinen niistä sai nimensä sen matemaattisen periaatteen vuoksi, johon se perustuu - äärellisten erojen menetelmästä. Sen kauneus piilee sen yksinomaisessa aritmeettisessa yhteenlaskussa ilman, että on turvauduttava kerto- ja jakolaskuihin, joita on vaikea toteuttaa mekaanisesti.
Enemmän kuin laskin
Babbage's Difference Engine on laskentalaite. Hän manipuloi lukuja ainoalla mahdollisella tavalla ja laskee niitä jatkuvasti yhteen äärellisten erojen menetelmän mukaisesti. Sitä ei voi käyttää yleisiin aritmeettisiin laskelmiin. Babbagen analyyttinen kone on paljon enemmän kuin pelkkä laskin. Se merkitsee siirtymistä mekanisoidusta aritmetiikasta täyden mittakaavan yleiskäyttöiseen laskemiseen. Babbagen ajatusten evoluution eri vaiheissaProjekteja oli ainakin 3. Siksi hänen analyyttisiin koneisiinsa viitataan parhaiten monikkomuodossa.
Mukavuus ja suunnittelutehokkuus
Babbagen tietokoneet ovat desimaalilukuja siinä mielessä, että ne käyttävät 10 numeroa nollasta 9:ään, ja digitaalisia siinä mielessä, että ne toimivat vain kokonaislukujen kanssa. Arvot esitetään vaihteilla, ja jokaisella numerolla on oma pyöränsä. Jos se pysähtyy kokonaislukuarvojen väliin, tuloksen katsotaan olevan epämääräinen ja kone estetään osoittamaan laskutoimitusten eheyden rikkomista. Tämä on virheiden havaitsemisen muoto.
Babbage harkitsi myös muiden kuin desimaalilukujärjestelmien käyttöä, mukaan lukien binääri- ja kantaluvut 3, 4, 5, 12, 16 ja 100. Hän päätyi desimaaliin sen tutun ja teknisen tehokkuuden vuoksi, koska se vähentää huomattavasti liikkuvien osien lukumäärä.
Eromoottori 1
Vuonna 1821 Babbage alkoi kehittää mekanismia, joka oli suunniteltu laskemaan ja taulukoimaan polynomifunktioita. Kirjoittaja kuvailee sitä laitteena arvosarjan automaattiseen laskemiseen tulosten automaattisella tulostuksella taulukon muodossa. Olennainen osa suunnittelua on laskentaosaan mekaanisesti liitetty tulostin. Difference Engine 1 on ensimmäinen täydellinen suunnittelu automaattista laskemista varten.
Babbage muutti aika ajoin laitteen toimintoja. Vuoden 1830 malli kuvaa konetta, joka on suunniteltu 16 numeroa ja 6 kertalukua varten. Malli koostui 25 tuhannesta osasta, jotka jaettiin tasan laskentaosan ja tulostimen kesken. Jos laite olisi rakennettu, se olisi painanut arviolta 4 tonnia ja ollut 2,4 metriä korkea. Babbage's Difference Enginen työskentely keskeytettiin vuonna 1832 kiistan jälkeen insinööri Joseph Clementin kanssa. V altion rahoitus päättyi lopulta vuonna 1842
Analyyttinen moottori
Kun erotuslaitteiston työ pysähtyi, Babbage kehitti vuonna 1834 kunnianhimoisemman laitteen, joka tuli myöhemmin tunnetuksi Analytical Universal Programmable Computing Engine -moottorina. Babbagen koneen rakenteelliset ominaisuudet vastaavat pitkälti modernin digitaalisen tietokoneen perusrakennuspalikoita. Ohjelmointi tehdään reikäkorteilla. Tämä idea on otettu jacquard-kutomakoneista, joissa niitä käytetään monimutkaisten tekstiilikuvioiden luomiseen.
Babbage's Analytical Enginen looginen rakenne vastaa pohjimmiltaan elektroniikkaajan tietokoneiden hallitsevaa rakennetta, mikä tarkoittaa muistin ("store") läsnäoloa, joka on erotettu keskusyksiköstä ("mylly"), peräkkäinen tietojen ja käskyjen syöttämiseen ja tulostukseen liittyvien toimintojen ja laitteiden suorittaminen. Siksi kehitystyön kirjoittaja sai tietotekniikan pioneerin tittelin aivan ansaitusti.
Muisti ja CPU
Babbagen koneessa on "myymälä", johon numerot ja välitulokset tallennetaan, sekä erillinen "mylly", jossa suoritetaan aritmeettinen käsittely. Hänellä oli joukko 4 aritmeettista funktiota ja pystyi suorittamaan suoran kerto- ja jakolaskun. Lisäksi laite kykeni suorittamaan operaatioita, joita nykyään kutsutaan ehdolliseksi haarautumiseksi, silmukaksi (iteraatioksi), mikroohjelmoimiseksi, rinnakkaiskäsittelyksi, kiinnitykseksi, pulssinmuokkaukseksi jne. Kirjoittaja itse ei käyttänyt tällaista terminologiaa.
Charles Babbagen analyyttisen koneen suoritin, jota hän kutsui "myllyksi", tarjoaa:
- numeroiden tallennus, joiden toiminnot suoritetaan välittömästi, rekistereihin;
- on laitteisto aritmeettisten perustoimintojen suorittamiseen niille;
- käyttäjälähtöisten ulkoisten ohjeiden siirtäminen yksityiskohtaiseen sisäiseen valvontaan;
- ajoitusjärjestelmä (kello) ohjeiden suorittamiseksi huolellisesti valitussa järjestyksessä.
Analyyttisen moottorin ohjausmekanismi suorittaa toiminnot automaattisesti ja koostuu kahdesta osasta: alemmasta tasosta, jota ohjataan massiivisilla rummuilla, joita kutsutaan tynnyreiksi, ja korkeasta tasosta käyttämällä Jacquardin suunnittelemia reikäkortteja 1800-luvun alussa laaj alti käytettyihin kutomakoneisiin.
Tulostuslaitteet
Laskentatulos näytetään useilla tavoilla, mukaan lukien tulostus, reikäkortit, piirtäminen jastereotypioiden automaattinen tuotanto - pehmeästä materiaalista tehdyt alustat, joihin tulos on painettu ja jotka voivat toimia muottina painatuslevyjen valussa.
Uusi muotoilu
Babbagen uraauurtava työ analyyttisen moottorin parissa valmistui suurelta osin vuoteen 1840 mennessä, ja se alkoi kehittää uutta laitetta. Vuosina 1847-1849 hän sai päätökseen Difference Enginen nro 2:n kehittämisen, joka oli paranneltu versio alkuperäisestä. Tämä modifikaatio oli suunniteltu operaatioille 31-bittisten numeroiden kanssa ja se voi taulukoida minkä tahansa 7. kertaluvun polynomin. Suunnittelu oli äärimmäisen yksinkertainen, vaatien vain kolmanneksen alkuperäisen mallin osien määrästä ja tarjosi samalla yhtä suuren prosessointitehon.
Charles Babbagen erot ja analyyttiset moottorit käyttivät samaa tulostuslaitteen suunnittelua, joka ei ainoastaan tehnyt tulosteita paperille, vaan myös loi automaattisesti stereotypioita ja suoritti itsenäisesti muotoilun operaattorin määrittämän sivuasettelun mukaan. Samalla oli mahdollista säätää rivin korkeutta, sarakkeiden lukumäärää, kenttien leveyttä, rivien tai sarakkeiden automaattista taittamista ja tyhjien rivien järjestelyä luettavuuden vuoksi.
Legacy
Lukuun ottamatta muutamia osittain luotuja mekaanisia kokoonpanoja ja pienten työosien testimalleja, mikään suunnitelmista ei toteutunut täysin Babbagen elinaikana. Vuonna 1832 koottu päämalli oli 1/7 eromoottorista nro 1, joka koostuinoin 2 tuhannesta osasta. Se toimii moitteettomasti tähän päivään asti ja on ensimmäinen onnistunut automaattinen laskentalaite, joka toteuttaa matemaattiset laskelmat mekanismissa. Babbage kuoli, kun analyyttisen koneen pientä kokeellista osaa koottiin. Rakennuksesta on säilytetty monia yksityiskohtia, samoin kuin täydellinen arkisto piirustuksia ja muistiinpanoja.
Babbagen suunnittelemia suuria mekaanisia tietokoneita pidetään yhtenä 1800-luvun upeimmista älyllisistä saavutuksista. Vasta viime vuosikymmeninä hänen töitään on tutkittu yksityiskohtaisesti, ja hänen tekemiensä tärkeys tulee yhä selvemmäksi.
