The Engines

Charles Babbage (1791-1871), computer pioneer, designed two classes of engine, Difference Engines, and Analytical Engines., Silniki różnicowe są tak zwane ze względu na matematyczną zasadę, na której się opierają, a mianowicie metodę różnic skończonych. Piękno metody polega na tym, że wykorzystuje ona jedynie dodawanie arytmetyczne i eliminuje potrzebę mnożenia i dzielenia, które są trudniejsze do mechanicznego wdrożenia.

silniki różnicowe są ściśle kalkulatorami. Liczbach są tylko w ten sposób, w jaki znają – przez wielokrotne dodawanie zgodnie z metodą różnic skończonych. Nie mogą być wykorzystywane do ogólnych obliczeń arytmetycznych., Silnik analityczny to znacznie więcej niż kalkulator i oznacza postęp od Zmechanizowanej arytmetyki obliczeń do pełnowartościowych obliczeń ogólnego przeznaczenia. Istnieją co najmniej trzy projekty na różnych etapach ewolucji jego pomysłów. Więc jest ściśle poprawne odniesienie do silników analitycznych w liczbie mnogiej.

binarne, dziesiętne i wykrywanie błędów

silniki obliczeniowe Babbage ' a są cyfrowymi maszynami dziesiętnymi. Są dziesiętne, ponieważ używają znanych dziesięciu liczb od ” 0 ” do ” 9 ” i są cyfrowe w tym sensie, że tylko liczby całkowite są uznawane za ważne., Wartości liczbowe są reprezentowane przez koła zębate, a każda cyfra numeru ma własne koło. Jeżeli koło znajduje się w położeniu pośrednim między wartościami liczb całkowitych, wartość tę uznaje się za nieokreśloną, a silnik ma zacinać się w celu wskazania, że integralność obliczeń została naruszona. Zagłuszanie jest formą wykrywania błędów.

Babbage rozważał użycie systemów liczbowych innych niż dziesiętne, w tym binarnych, a także baz liczb 3, 4, 5, 12, 16 i 100., Zdecydował się na zmniejszenie efektywności maszynowej-zmniejszenie liczby ruchomych części – jak również na ich codzienną znajomość.

Difference Engine No. 1

Babbage rozpoczął w 1821 roku pracę z Difference Engine No. 1, przeznaczoną do obliczania i tabulacji funkcji wielomianowych. Projekt opisuje maszynę do obliczania serii wartości i automatycznego drukowania wyników w tabeli. Integralną częścią koncepcji konstrukcyjnej jest urządzenie drukujące sprzężone mechanicznie z sekcją obliczeniową i integralne z nią. Różnica Nr Silnika, 1 jest pierwszym kompletnym projektem automatycznego silnika obliczeniowego.

od czasu do czasu Babbage zmieniał pojemność silnika. Projekt z 1830 roku przedstawia maszynę liczącą szesnaście cyfr i sześć rzędów różnicy. Silnik wymagał około 25 000 części dzielonych równo między sekcję obliczeniową i drukarkę. Gdyby został zbudowany, ważyłby około czterech ton i stał około ośmiu stóp wysokości. Prace nad konstrukcją silnika zostały wstrzymane w 1832 roku po sporze z inżynierem Josephem Clementem. W 1842 r. ostatecznie zlikwidowano fundusze rządowe.,

Silnik analityczny

wraz ze wstrzymaniem projektu budowlanego i uwolnieniem od nakrętek i śrub szczegółowych konstrukcji, Babbage stworzył w 1834 roku bardziej ambitną maszynę, nazwaną później silnikiem analitycznym, programowalnym silnikiem obliczeniowym ogólnego przeznaczenia.

silnik analityczny ma wiele istotnych funkcji występujących we współczesnym komputerze cyfrowym. Był programowalny za pomocą kart perforowanych, pomysł zapożyczony z Krosna żakardowego używanego do tkania skomplikowanych wzorów w tekstyliach., Silnik miał „magazyn”, w którym można było przechowywać Liczby i wyniki pośrednie, oraz oddzielny „Młyn”, w którym przeprowadzono przetwarzanie arytmetyczne. Posiadał wewnętrzny repertuar czterech funkcji arytmetycznych i mógł wykonywać bezpośrednie mnożenie i dzielenie. Był również zdolny do funkcji, dla których mamy współczesne nazwy: warunkowe rozgałęzianie, pętla (iteracja), mikroprogramowanie, przetwarzanie równoległe, iteracja, zatrzaskiwanie, sondowanie i kształtowanie pulsu, między innymi, chociaż Babbage nigdzie nie używał tych terminów., Miał różne wyjścia, w tym Wydruk, karty perforowane, wykresy i automatyczną produkcję stereotypów-tace z miękkiego materiału, w których wyniki były pod wrażeniem, które mogą być używane jako formy do produkcji płyt drukarskich.

struktura logiczna silnika analitycznego była zasadniczo taka sama, jak ta, która zdominowała projektowanie komputerów w erze elektronicznej – oddzielenie pamięci („Store”) od centralnego procesora („Mill”), operacja szeregowa przy użyciu „cyklu pobierania-wykonywania” oraz udogodnienia do wprowadzania i wysyłania danych i instrukcji., Nazywanie Babbage ' a „pierwszym pionierem komputerów” nie jest przypadkowym hołdem.

nowy silnik różnicowy

wraz z przełomowymi pracami nad silnikiem analitycznym ukończonymi w 1840 roku, Babbage zaczął rozważać nowy silnik różnicowy. W latach 1847-1849 ukończył projekt silnika różnicowego nr 2, ulepszonej wersji oryginału. Silnik ten oblicza liczby o długości trzydziestu jeden cyfr i może tabulować dowolny wielomian do siódmego rzędu. Konstrukcja była elegancko prosta i wymagała tylko około jednej trzeciej części wymaganych w silniku różnicy nr., 1, zapewniając jednocześnie podobną moc obliczeniową.

silnik nr 2 i silnik analityczny mają tę samą konstrukcję drukarki – urządzenia wyjściowego o niezwykłych funkcjach. Nie tylko produkuje Wydruk drukowany na papierze jako kopia sprawdzająca, ale także automatycznie stereotypuje wyniki, czyli imponuje wynikami na miękkim materiale, na przykład gipsie Paryża, który może być użyty jako forma, z której można wykonać płytę drukarską. Aparat zapisuje wyniki automatycznie i umożliwia programowalne formatowanie tj., pozwala operatorowi wstępnie ustawić układ wyników na stronie. Funkcje, które można modyfikować przez użytkownika, obejmują zmienną wysokość linii, zmienną liczbę kolumn, zmienne marginesy kolumn, automatyczne owijanie linii lub owijanie kolumn oraz pozostawianie pustych linii co kilka linii dla ułatwienia czytania.

spuścizna fizyczna

poza kilkoma częściowo kompletnymi zespołami mechanicznymi i testowymi modelami małych sekcji roboczych, żaden z projektów Babbage ' a nie został fizycznie zrealizowany w całości za jego życia. Głównym montażem, jaki wykonał, był 1/7 silnika różnicowego No., 1, element demonstracyjny składający się z około 2000 części zmontowanych w 1832 roku. Działa to bez zarzutu do dziś i jest pierwszym udanym automatycznym urządzeniem obliczeniowym, które ucieleśnia matematyczną regułę w mechanizmie. W chwili śmierci Babbage ' a w 1871 roku zbudowano niewielki eksperymentalny fragment silnika analitycznego. Wiele z małych zespołów eksperymentalnych przetrwało, podobnie jak obszerne archiwum jego rysunków i zeszytów.

projekty ogromnych mechanicznych silników obliczeniowych Babbage ' a zaliczają się do zaskakujących osiągnięć intelektualnych XIX wieku., Dopiero w ostatnich dziesięcioleciach jego praca została szczegółowo zbadana i zakres tego, co osiągnął, staje się coraz bardziej widoczny.