The Engines
Charles Babbage (1791-1871), computer pioneer, designed two classes of engine, Difference Engines, and Analytical Engines., Verschil motoren worden zo genoemd vanwege het wiskundige principe waarop ze zijn gebaseerd, namelijk de methode van eindige verschillen. Het mooie van de methode is dat het alleen rekenkundige optellen gebruikt en de noodzaak van vermenigvuldiging en deling wegneemt, die moeilijker mechanisch te implementeren zijn.
verschil motoren zijn strikt rekenmachines. Ze crunchen getallen op de enige manier die ze kennen – door herhaalde optelling volgens de methode van eindige verschillen. Zij kunnen niet worden gebruikt voor algemene rekenkundige berekeningen., De analytische motor is veel meer dan een calculator en markeert de progressie van de gemechaniseerde rekenkunde tot volwaardige algemene berekening. Er waren minstens drie ontwerpen in verschillende stadia van de evolutie van zijn ideeën. Het is dus strikt correct om te verwijzen naar de analytische motoren in het meervoud.
binaire, decimale en foutdetectie
Babbage ‘ s rekenmachines zijn decimale digitale machines. Ze zijn decimaal in die zin dat ze gebruik maken van de bekende tien getallen ‘ 0 ‘ tot ‘ 9 ‘ en ze zijn digitaal in de zin dat alleen hele getallen worden herkend als geldig., Getalwaarden worden weergegeven door tandwieltjes en elk cijfer van een getal heeft zijn eigen wiel. Als een wiel in een tussenliggende positie tussen de waarden van het gehele getal tot stilstand komt, wordt de waarde als onbepaald beschouwd en is de motor zo ontworpen dat hij vastloopt om aan te geven dat de integriteit van de berekening is aangetast. Jammen is een vorm van foutdetectie.
Babbage overwoog het gebruik van andere getalsystemen dan decimaal, inclusief binaire en getalbases 3, 4, 5, 12, 16 en 100., Hij koos voor decimaal uit de technische efficiëntie – om het aantal bewegende delen te verminderen-evenals voor hun dagelijkse vertrouwdheid.
Difference Engine No. 1
Babbage begon in 1821 met Difference Engine No.1, ontworpen om polynomiale functies te berekenen en tabelleren. Het ontwerp beschrijft een machine om een reeks waarden te berekenen en de resultaten automatisch af te drukken in een tabel. Integraal van het concept van het ontwerp is een drukapparaat mechanisch gekoppeld aan de berekening sectie en integraal aan het. Verschil Motor Nr., 1 is het eerste complete ontwerp voor een automatische rekenmachine.van tijd tot tijd veranderde Babbage de capaciteit van de motor. Het ontwerp van 1830 toont een machine die met zestien cijfers en zes ordes van verschil berekent. De motor vroeg om zo ‘ n 25.000 delen gelijk verdeeld tussen het rekengedeelte en de printer. Als het gebouwd was zou het naar schatting vier ton hebben gewogen en ongeveer acht voet hoog hebben gestaan. In 1832 werd de bouw van de motor stopgezet na een geschil met de ingenieur Joseph Clement. De overheidsfinanciering werd uiteindelijk afgeschaft in 1842., de analytische Motor
toen het bouwproject vastliep en bevrijd was van de moeren en bouten van de gedetailleerde constructie, bedacht Babbage in 1834 een ambitieuzere machine, later Analytical Engine genoemd, een programmeerbare computermachine voor algemeen gebruik.
De analytische Engine heeft vele essentiële functies die in de moderne digitale computer worden aangetroffen. Het was programmeerbaar met ponskaarten, een idee geleend van het Jacquard weefgetouw gebruikt voor het weven van complexe patronen in textiel., De motor had een ‘winkel’ waar nummers en tussenresultaten konden worden bewaard, en een aparte ‘molen’ waar de rekenkundige verwerking werd uitgevoerd. Het had een intern repertoire van de vier rekenkundige functies en kon directe vermenigvuldiging en deling uitvoeren. Het was ook in staat om functies waarvoor we moderne namen hebben: conditional branching, looping (iteratie), microprogrammering, parallelle verwerking, iteratie, latching, polling, en puls-shaping, onder andere, hoewel Babbage nergens gebruikt deze termen., Het had een verscheidenheid aan uitgangen, waaronder hardcopy printout, ponskaarten, grafiek plotten en de automatische productie van stereotypen – trays van zacht materiaal waarin de resultaten waren onder de indruk die kunnen worden gebruikt als mallen voor het maken van drukplaten.
de logische structuur van de analytische Motor was in wezen dezelfde als die welke het computerontwerp in het elektronische tijdperk domineerde – de scheiding van het geheugen (de “Store”) van de centrale processor (de “Mill”), seriële bewerking met behulp van een “fetch-execute cycle”, en Faciliteiten voor het invoeren en uitvoeren van gegevens en instructies., Babbage ‘de eerste computerpionier’ noemen is geen toevallige eerbetoon.
een nieuwe Differentiemotor
met het baanbrekende werk aan de analytische Motor grotendeels voltooid in 1840, begon Babbage een nieuwe differentiemotor te overwegen. Tussen 1847 en 1849 voltooide hij het ontwerp van Difference Engine No. 2, een verbeterde versie van het origineel. Deze Motor berekent met nummers eenendertig cijfers lang en kan tabelleren elke veelterm tot de zevende orde. Het ontwerp was elegant eenvoudig en vereist slechts ongeveer een derde van de benodigde onderdelen in verschil Motor No., 1, terwijl het verstrekken van soortgelijke rekenkracht.
Difference Engine No. 2 en de Analytical Engine hebben hetzelfde ontwerp voor de printer – een uitvoerapparaat met opmerkelijke functies. Het produceert niet alleen hardcopy geïnkt print-out op papier als een controle-kopie, maar ook automatisch stereotypen resultaten, dat wil zeggen, maakt indruk op de resultaten op zacht materiaal, gips van Parijs bijvoorbeeld, die kan worden gebruikt als een mal van waaruit een drukplaat kan worden gemaakt. Het apparaat typesets resulteert automatisch en maakt programmeerbare opmaak i. e., Hiermee kan de operator de lay-out van de resultaten op de pagina vooraf instellen. Door de gebruiker te wijzigen functies omvatten variabele lijnhoogte, variabel aantal kolommen, variabele kolommarges, automatische regelafwikkeling of kolomafwikkeling, en het verlaten van lege regels om de verschillende regels voor leesgemak. behalve een paar gedeeltelijk complete mechanische assemblages en testmodellen van kleine werksecties, werd geen van Babbages ontwerpen fysiek in zijn geheel gerealiseerd tijdens zijn leven. De belangrijkste assemblage die hij voltooide was een zevende van verschil Motor No., 1, een demonstratiestuk bestaande uit ongeveer 2000 onderdelen geassembleerd in 1832. Dit werkt onberispelijk tot op de dag van vandaag en is het eerste succesvolle automatische rekenapparaat om wiskundige regel in mechanisme belichamen. Een klein experimenteel stuk van de analytische Motor was in aanbouw ten tijde van Babbage ‘ s dood in 1871. Veel van de kleine experimentele samenstellingen overleefden, evenals een uitgebreid archief van zijn tekeningen en notebooks.de ontwerpen voor Babbage ‘ s grote mechanische rekenmachines behoren tot de verrassende intellectuele prestaties van de 19e eeuw., Pas in de laatste decennia is zijn werk in detail bestudeerd en wordt de omvang van wat hij heeft bereikt steeds duidelijker.