The Engines
Charles Babbage (1791-1871), computer pioneer, designed two classes of engine, Difference Engines, and Analytical Engines., I motori di differenza sono così chiamati a causa del principio matematico su cui si basano, vale a dire il metodo delle differenze finite. La bellezza del metodo è che utilizza solo l’aggiunta aritmetica e rimuove la necessità di moltiplicazione e divisione che sono più difficili da implementare meccanicamente.
I motori di differenza sono rigorosamente calcolatori. Scricchiolano i numeri l’unico modo in cui sanno – con l’aggiunta ripetuta secondo il metodo delle differenze finite. Non possono essere utilizzati per il calcolo aritmetico generale., Il motore analitico è molto più di una calcolatrice e segna la progressione dall’aritmetica meccanizzata del calcolo al calcolo generico a tutti gli effetti. C’erano almeno tre disegni in diverse fasi dell’evoluzione delle sue idee. Quindi è strettamente corretto riferirsi ai Motori analitici al plurale.
Rilevamento binario, decimale ed errore
I motori di calcolo di Babbage sono macchine digitali decimali. Sono decimali in quanto usano i dieci numeri familiari da ” 0 ” a ” 9 ” e sono digitali nel senso che solo i numeri interi sono riconosciuti come validi., I valori numerici sono rappresentati da ruote dentate e ogni cifra di un numero ha la sua ruota. Se una ruota si ferma in una posizione intermedia tra i valori dei numeri interi, il valore è considerato indeterminato e il motore è progettato per incepparsi per indicare che l’integrità del calcolo è stata compromessa. Il blocco è una forma di rilevamento degli errori.
Babbage ha considerato l’utilizzo di sistemi numerici diversi dal decimale, inclusi binari e basi numeriche 3, 4, 5, 12, 16 e 100., Ha optato per decimale fuori di efficienza di ingegneria-per ridurre il numero di parti in movimento – così come per la loro familiarità di tutti i giorni.
Difference Engine No. 1
Babbage iniziò nel 1821 con Difference Engine No. 1, progettato per calcolare e tabulare funzioni polinomiali. Il progetto descrive una macchina per calcolare una serie di valori e stampare automaticamente i risultati in una tabella. Parte integrante del concetto di design è un apparato di stampa accoppiato meccanicamente alla sezione di calcolo e ad esso integrale. Differenza Motore no., 1 è il primo progetto completo per un motore di calcolo automatico.
Di tanto in tanto Babbage ha cambiato la capacità del motore. Il disegno del 1830 mostra una macchina che calcola con sedici cifre e sei ordini di differenza. Il motore richiedeva circa 25.000 parti condivise equamente tra la sezione di calcolo e la stampante. Se fosse stato costruito avrebbe pesato circa quattro tonnellate e si trovava circa otto piedi di altezza. I lavori per la costruzione del Motore furono interrotti nel 1832 a seguito di una disputa con l’ingegnere Joseph Clement. Il finanziamento del governo è stato finalmente cartesiano nel 1842.,
Il motore analitico
Con il progetto di costruzione in stallo e liberato dai dadi e bulloni della costruzione dettagliata, Babbage concepì, nel 1834, una macchina più ambiziosa, in seguito chiamata Analytical Engine, un motore di calcolo programmabile per tutti gli usi.
Il motore analitico ha molte caratteristiche essenziali che si trovano nel moderno computer digitale. Era programmabile utilizzando schede perforate, un’idea presa in prestito dal telaio Jacquard utilizzato per tessere modelli complessi nei tessuti., Il motore aveva un “Negozio” in cui si potevano tenere numeri e risultati intermedi e un “mulino” separato in cui veniva eseguita l’elaborazione aritmetica. Aveva un repertorio interno delle quattro funzioni aritmetiche e poteva eseguire la moltiplicazione e la divisione diretta. Era anche in grado di funzioni per le quali abbiamo nomi moderni: ramificazione condizionale, looping (iterazione), microprogrammazione, elaborazione parallela, iterazione, latching, polling e pulse-shaping, tra gli altri, anche se Babbage non usava mai questi termini., Ha avuto una varietà di uscite tra cui la stampa cartacea, schede perforate, grafico plotting e la produzione automatica di stereotipi – vassoi di materiale morbido in cui sono stati impressionati i risultati che potrebbero essere utilizzati come stampi per la produzione di lastre da stampa.
La struttura logica del Motore Analitico era essenzialmente la stessa di quella che ha dominato la progettazione dei computer nell’era elettronica: la separazione della memoria (il “Negozio”) dal processore centrale (il “Mulino”), il funzionamento seriale utilizzando un “ciclo di recupero – esecuzione” e le strutture per l’immissione e l’output di dati e istruzioni., Chiamare Babbage ‘il primo pioniere del computer’ non è un tributo casuale.
Un nuovo motore a differenza
Con il lavoro innovativo sul motore analitico in gran parte completo entro il 1840, Babbage iniziò a considerare un nuovo motore a differenza. Tra il 1847 e il 1849 completò la progettazione del motore Difference n.2, una versione migliorata dell’originale. Questo motore calcola con numeri lunghi trentuno cifre e può tabulare qualsiasi polinomio fino al settimo ordine. Il design era elegantemente semplice e richiedeva solo circa un terzo delle parti richieste in Difference Engine No., 1, pur fornendo simile potenza di calcolo.
Difference Engine No. 2 e il motore analitico condividono lo stesso design per la stampante – un dispositivo di uscita con caratteristiche notevoli. Non solo produce cartaceo stampa inchiostrata su carta come una copia di controllo, ma anche automaticamente stereotipi risultati, cioè, impressiona i risultati su materiale morbido, Gesso di Parigi per esempio, che potrebbe essere utilizzato come uno stampo da cui una lastra di stampa potrebbe essere fatto. L’apparecchio impagina i risultati automaticamente e permette la formattazione programmabile cioè., consente all’operatore di preimpostare il layout dei risultati sulla pagina. Le funzionalità modificabili dall’utente includono altezza della linea variabile, numero variabile di colonne, margini di colonna variabili, avvolgimento automatico della linea o avvolgimento della colonna e lasciando linee vuote ogni più righe per facilità di lettura.
Eredità fisica
A parte alcuni assemblaggi meccanici parzialmente completi e modelli di prova di piccole sezioni di lavoro, nessuno dei progetti di Babbage è stato fisicamente realizzato nella sua interezza durante la sua vita. L’assemblea principale ha fatto completo è stato un settimo del motore Differenza No., 1, un pezzo di dimostrazione costituito da circa 2.000 parti assemblate nel 1832. Questo funziona in modo impeccabile fino ad oggi ed è il primo dispositivo di calcolo automatico di successo per incarnare regola matematica nel meccanismo. Un piccolo pezzo sperimentale del Motore analitico era in costruzione al momento della morte di Babbage nel 1871. Molti dei piccoli assiemi sperimentali sono sopravvissuti, così come un archivio completo dei suoi disegni e quaderni.
I progetti per i vasti motori di calcolo meccanico di Babbage sono uno dei sorprendenti risultati intellettuali del 19 ° secolo., È solo negli ultimi decenni che il suo lavoro è stato studiato nei dettagli e che la portata di ciò che ha realizzato diventa sempre più evidente.