The Engines
Charles Babbage (1791-1871), computer pioneer, designed two classes of engine, Difference Engines, and Analytical Engines., Les moteurs de différence sont appelés ainsi en raison du principe mathématique sur lequel ils sont basés, à savoir la méthode des différences finies. La beauté de la méthode est qu’elle n’utilise que l’addition arithmétique et supprime le besoin de multiplication et de division qui sont plus difficiles à mettre en œuvre mécaniquement.
Les moteurs de différence sont strictement des calculatrices. Ils croquent les nombres de la seule façon dont ils savent comment – par addition répétée selon la méthode des différences finies. Ils ne peuvent pas être utilisés pour le calcul arithmétique général., Le moteur d’analyse est bien plus qu’une calculatrice et marque la progression de l’arithmétique mécanisée du calcul vers le calcul général à part entière. Il y avait au moins trois conceptions à différentes étapes de l’évolution de ses idées. Il est donc strictement correct de se référer aux moteurs analytiques au pluriel.
Détection binaire, Décimale et d’erreur
Les moteurs de calcul de Babbage sont des machines numériques décimales. Ils sont décimaux en ce sens qu’ils utilisent les dix nombres familiers » 0 » à » 9 » et ils sont numériques dans le sens où seuls les nombres entiers sont reconnus comme valides., Les valeurs numériques sont représentées par des roues dentées et chaque chiffre d’un nombre a sa propre roue. Si une roue s’arrête dans une position intermédiaire entre des valeurs de nombres entiers, la valeur est considérée comme indéterminée et le moteur est conçu pour se bloquer pour indiquer que l’intégrité du calcul a été compromise. Le brouillage est une forme de détection d’erreur.
Babbage a envisagé d’utiliser des systèmes de nombres autres que décimaux, y compris binaires, ainsi que des bases de nombres 3, 4, 5, 12, 16 et 100., Il s’est contenté de décimales hors de l’efficacité de l’ingénierie-pour réduire le nombre de pièces mobiles – ainsi que pour leur familiarité quotidienne.
Moteur de différence n ° 1
Babbage a commencé en 1821 avec le moteur de différence n ° 1, conçu pour calculer et tabuler des fonctions polynomiales. La conception décrit une machine pour calculer une série de valeurs et imprimer automatiquement les résultats dans un tableau. Un appareil d’impression couplé mécaniquement à la section de calcul et intégré à celle-ci fait partie intégrante du concept de conception. Différence Moteur No., 1 est la première conception complète pour un moteur de calcul automatique.
De temps en temps Babbage a changé la capacité du moteur. La conception de 1830 montre une machine à calculer avec seize chiffres et six ordres de différence. Le moteur nécessitait environ 25 000 pièces partagées à parts égales entre la section de calcul et l’imprimante. S’il avait été construit, il aurait pesé environ quatre tonnes et mesurait environ huit pieds de haut. Les travaux de construction du moteur furent interrompus en 1832 à la suite d’un différend avec l’ingénieur Joseph Clement. Le financement du gouvernement fut finalement supprimé en 1842.,
Le moteur analytique
Le projet de construction étant au point mort, et libéré des écrous et boulons de la construction détaillée, Babbage conçut, en 1834, une machine plus ambitieuse, appelée plus tard Analytical Engine, un moteur informatique programmable à usage général.
Le moteur analytique possède de nombreuses fonctionnalités essentielles que l’on trouve dans l’ordinateur numérique moderne. Il était programmable à l’aide de cartes perforées, une idée empruntée au métier Jacquard utilisé pour tisser des motifs complexes dans les textiles., Le moteur avait un « magasin » où les nombres et les résultats intermédiaires pouvaient être conservés, et un « moulin » séparé où le traitement arithmétique était effectué. Il avait un répertoire interne des quatre fonctions arithmétiques et pouvait effectuer une multiplication et une division directes. Il était également capable de fonctions pour lesquelles nous avons des noms modernes: branchement conditionnel, bouclage (itération), microprogrammation, traitement parallèle, itération, verrouillage, interrogation et mise en forme d’impulsions, entre autres, bien que Babbage n’utilise nulle part ces termes., Il avait une variété de sorties, y compris l’impression sur papier, les cartes perforées, le tracé de graphiques et la production automatique de stéréotypes – plateaux de matériau souple dans lesquels les résultats ont été impressionnés qui pourraient être utilisés comme moules pour la fabrication de plaques d’impression.
La structure logique du moteur analytique était essentiellement la même que celle qui a dominé la conception informatique à l’ère électronique – la séparation de la mémoire (le « Magasin ») du processeur central (le « Moulin »), le fonctionnement en série utilisant un « cycle d’extraction-exécution », et les installations pour entrer et sortir des données et des instructions., Appeler Babbage « le premier pionnier de l’informatique » n’est pas un hommage occasionnel.
Un nouveau moteur de différence
Avec le travail révolutionnaire sur le moteur analytique en grande partie terminé par 1840, Babbage a commencé à envisager un nouveau moteur de différence. Entre 1847 et 1849, il acheva la conception du moteur Difference No.2, une version améliorée de l’original. Ce moteur calcule avec des nombres de trente et un chiffres et peut tabuler n’importe quel polynôme jusqu’au septième ordre. La conception était élégamment simple et ne nécessitait qu » environ un tiers des pièces demandées dans le moteur de différence No., 1, tout en fournissant une puissance de calcul similaire.
Différence Engine No.2 et le moteur analytique partagent la même conception pour l’imprimante – un périphérique de sortie avec des caractéristiques remarquables. Il produit non seulement une impression imprimée encrée sur papier comme copie de vérification, mais aussi automatiquement des résultats stéréotypés, c’est-à-dire impressionne les résultats sur un matériau souple, le plâtre de Paris par exemple, qui pourrait être utilisé comme moule à partir duquel une plaque d’impression pourrait être réalisée. Les ensembles de caractères de l’appareil se produisent automatiquement et permettent un formatage programmable, c’est-à-dire, permet à l’opérateur de prérégler la disposition des résultats sur la page. Les fonctionnalités modifiables par l’utilisateur incluent la hauteur de ligne variable, le nombre variable de colonnes, les marges de colonnes variables, l’habillage automatique de lignes ou l’habillage de colonnes et le fait de laisser des lignes vides toutes les plusieurs lignes pour faciliter la lecture.
Héritage physique
Mis à part quelques assemblages mécaniques partiellement complets et des modèles d’essai de petites sections de travail, aucune des conceptions de Babbage n’a été réalisée physiquement dans son intégralité de son vivant. L’assemblage majeur qu’il a terminé était un septième de Différence Moteur No., 1, pièce de démonstration composée d’environ 2 000 pièces assemblées en 1832. Cela fonctionne impeccablement à ce jour et est le premier dispositif de calcul automatique réussi à incarner la règle mathématique dans le mécanisme. Une petite pièce expérimentale du moteur analytique était en construction au moment de la mort de Babbage en 1871. Beaucoup de petits assemblages expérimentaux ont survécu, tout comme une archive complète de ses dessins et de ses carnets.
Les conceptions des vastes moteurs de calcul mécanique de Babbage se classent parmi les réalisations intellectuelles surprenantes du 19ème siècle., Ce n’est qu’au cours des dernières décennies que son travail a été étudié en détail et que l’étendue de ce qu’il a accompli devient de plus en plus évidente.