The Engines
Charles Babbage (1791-1871), computer pioneer, designed two classes of engine, Difference Engines, and Analytical Engines., Skillnad motorer är så kallade på grund av den matematiska principen som de är baserade på, nämligen metoden för ändliga skillnader. Skönheten i metoden är att den använder endast aritmetiska tillägg och tar bort behovet av multiplikation och division som är svårare att genomföra mekaniskt.
Differensmotorer är strikt räknare. De krossar nummer det enda sättet de vet hur-genom upprepad tillsats enligt metoden för ändliga skillnader. De kan inte användas för allmän aritmetisk beräkning., Den analytiska motorn är mycket mer än en kalkylator och markerar progressionen från den mekaniserade aritmetiken för beräkning till fullfjädrad generell beräkning. Det fanns minst tre mönster i olika stadier av utvecklingen av hans idéer. Så det är strikt korrekt att hänvisa till de analytiska motorerna i plural.
binär, Decimal och feldetektering
Babbages beräknings motorer är decimala digitala maskiner. De är decimaler genom att de använder de välbekanta tio numren ” 0 ”till” 9 ” och de är Digitala i den meningen att endast heltal erkänns som giltiga., Nummervärden representeras av kugghjul och varje siffra i ett tal har sitt eget hjul. Om ett hjul kommer att vila i ett läge mellan hela talvärden, anses värdet vara obestämt och motorn är konstruerad för att fastna för att indikera att beräkningsintegriteten har äventyrats. Störning är en form av feldetektering.
Babbage övervägde att använda andra talsystem än decimal inklusive binär samt talbaser 3, 4, 5, 12, 16 och 100., Han bosatte sig för decimal av ingenjörseffektivitet – för att minska antalet rörliga delar-liksom för deras dagliga förtrogenhet.
Difference Engine No.1
Babbage började 1821 med Difference Engine No. 1, utformad för att beräkna och tabulate polynomialfunktioner. Designen beskriver en maskin för att beräkna en serie värden och skriva ut resultat automatiskt i en tabell. Integrerad med konstruktionskonceptet är en tryckapparat mekaniskt kopplad till beräkningssektionen och integrerad i den. Skillnad Motor Nr., 1 är den första kompletta designen för en automatisk beräkningsmotor.
från tid till annan ändrade Babbage motorns kapacitet. 1830-designen visar en maskinberäkning med sexton siffror och sex ordrar av skillnad. Motorn krävde cirka 25 000 delar delade lika mellan beräkningssektionen och skrivaren. Om det hade byggts skulle det ha vägt uppskattningsvis fyra ton och stod ungefär åtta meter högt. Arbetet stoppades på byggandet av motorn 1832 efter en tvist med ingenjören Joseph Clement. Statliga medel slutligen axed i 1842.,
den analytiska motorn
med byggprojektet avstannat och befriat från muttrarna och bultarna i detaljerad konstruktion, uppfattade Babbage 1834 en mer ambitiös maskin, senare kallad analytisk motor, en allmän programmerbar datormotor.
den analytiska motorn har många viktiga funktioner som finns i den moderna digitala datorn. Det var programmerbart med hjälp av stansade kort, en idé som lånades från Jacquard vävstol används för vävning komplexa mönster i textilier., Motorn hade en ”butik” där siffror och mellanliggande resultat kunde hållas, och en separat ”Kvarn” där den aritmetiska bearbetningen utfördes. Den hade en intern repertoar av de fyra aritmetiska funktionerna och kunde utföra direkt multiplikation och division. Det var också i stånd att funktioner som vi har moderna namn: villkorlig förgrening, looping (iteration), mikroprogrammering, parallell bearbetning, iteration, låsning, polling och pulsformning, bland annat, även om Babbage ingenstans använde dessa termer., Den hade en mängd olika utgångar, inklusive pappersutskrift, stansade kort, grafplottning och automatisk produktion av stereotyper – brickor av mjukt material i vilket resultat var imponerade som kunde användas som formar för att göra tryckplattor.
den logiska strukturen hos den analytiska motorn var i huvudsak densamma som den som har dominerat datordesign i den elektroniska eran – separationen av minnet (”butiken”) från den centrala processorn (”kvarnen”), seriell drift med hjälp av en ”hämta-exekvera cykel”, och anläggningar för inmatning och utmatning av data och instruktioner., Att kalla Babbage ”den första datorpionjären” är inte en avslappnad hyllning.
en ny skillnad motor
med banbrytande arbete på den analytiska motorn till stor del komplett av 1840, Babbage började överväga en ny skillnad motor. Mellan 1847 och 1849 avslutade han designen av Difference Engine No. 2, en förbättrad version av originalet. Denna motor beräknar med siffror trettioen siffror lång och kan tabellera alla polynom upp till den sjunde ordningen. Designen var elegant enkel och krävs endast cirka en tredjedel av de delar som krävs för skillnad motor nr., 1, samtidigt som liknande datorkraft.
Difference Engine No.2 och den analytiska motorn delar samma design för skrivaren – en utmatningsenhet med anmärkningsvärda funktioner. Det producerar inte bara papperskopia inked utskrift på papper som en kontroll kopia, men också automatiskt stereotyper resultat, det vill säga imponerar resultaten på mjukt material, gips i Paris till exempel, som skulle kunna användas som en form från vilken en tryckplatta kunde göras. Apparatens typuppsättningar resulterar automatiskt och möjliggör programmerbar formatering dvs, tillåter operatören att förinställa layouten av resultat på sidan. Användar-ändringsbara funktioner inkluderar variabel linjehöjd, variabla antal kolumner, variabel kolumn marginaler, automatisk linjeförpackning eller kolumn omslag, och lämnar tomma linjer var flera rader för att underlätta läsning.
Physical Legacy
bortsett från några delvis kompletta mekaniska sammansättningar och testmodeller av små arbetssektioner, var ingen av Babbages design fysiskt realiserad i sin helhet under sin livstid. Den stora montering han gjorde komplett var en sjunde av skillnaden motor nr., 1, ett demonstrationsstycke bestående av cirka 2000 delar monterade i 1832. Detta fungerar oklanderligt till denna dag och är den första framgångsrika automatiska beräkningsanordningen för att belysa matematisk regel i mekanism. En liten experimentell del av den analytiska motorn var under uppbyggnad vid tiden för Babbages död 1871. Många av de små experimentella församlingarna överlevde, liksom ett omfattande arkiv av hans ritningar och anteckningsböcker.
designen för Babbages stora mekaniska datormotorer rankas som en av de häpnadsväckande intellektuella prestationerna från 1800-talet., Det är först under de senaste decennierna som hans arbete har studerats i detalj och att omfattningen av vad han åstadkommit blir allt tydligare.