The Engines

Charles Babbage (1791-1871), computer pioneer, designed two classes of engine, Difference Engines, and Analytical Engines., Differenzmaschinen werden wegen des mathematischen Prinzips, auf dem sie basieren, nämlich der Methode der endlichen Unterschiede, so genannt. Das Schöne an der Methode ist, dass sie nur arithmetische Addition verwendet und die Notwendigkeit von Multiplikation und Division beseitigt, die mechanisch schwieriger zu implementieren sind.

Differenzmaschinen sind streng Rechner. Sie knirschen Zahlen nur so, wie sie es wissen – durch wiederholte Addition nach der Methode der endlichen Unterschiede. Sie können nicht für die allgemeine arithmetische Berechnung verwendet werden., Die analytische Engine ist viel mehr als ein Taschenrechner und markiert den Übergang von der mechanisierten Rechenarithmetik zur vollwertigen Allzweckberechnung. Es gab mindestens drei Entwürfe in verschiedenen Stadien der Entwicklung seiner Ideen. Es ist also genau richtig, sich auf die analytischen Engines im Plural zu beziehen.

Binär -, Dezimal-und Fehlererkennung

Babbages Rechenmaschinen sind Dezimal-Digitalmaschinen. Sie sind insofern dezimal, als sie die bekannten zehn Zahlen ‚0‘ bis ‚9‘ verwenden, und sie sind digital in dem Sinne, dass nur ganze Zahlen als gültig erkannt werden., Zahlenwerte werden durch Zahnräder dargestellt und jede Ziffer einer Zahl hat ein eigenes Rad. Wenn ein Rad in einer zwischen den ganzen Zahlenwerten liegenden Position ruht, wird der Wert als unbestimmt angesehen, und der Motor ist so ausgelegt, dass er blockiert, um anzuzeigen, dass die Integrität der Berechnung beeinträchtigt wurde. Jamming ist eine form der Fehlererkennung.

Babbage betrachtete die Verwendung anderer Zahlensysteme als dezimal, einschließlich binärer sowie Zahlenbasen 3, 4, 5, 12, 16 und 100., Er entschied sich für den Weg aus der technischen Effizienz – um die Anzahl der beweglichen Teile zu reduzieren-sowie für ihre alltägliche Vertrautheit.

Difference Engine No. 1

Babbage begann 1821 mit Difference Engine No. 1, die Polynomfunktionen berechnen und tabellieren sollte. Das Design beschreibt eine Maschine, um eine Reihe von Werten zu berechnen und Ergebnisse automatisch in einer Tabelle zu drucken. Integraler Bestandteil des Konzepts des Designs ist eine Druckvorrichtung, die mechanisch mit dem Berechnungsabschnitt gekoppelt und integral ist. Unterschied Motor Keine., 1 ist das erste komplette design für eine automatische berechnung motor.

Von Zeit zu Zeit änderte Babbage die Kapazität des Motors. Das 1830-Design zeigt eine Maschine, die mit sechzehn Ziffern und sechs Differenzreihen berechnet. Der Motor forderte rund 25.000 Teile, die zu gleichen Teilen zwischen dem Berechnungsabschnitt und dem Drucker geteilt wurden. Wäre es gebaut worden, hätte es schätzungsweise vier Tonnen gewogen und stand etwa acht Fuß hoch. Nach einem Streit mit dem Ingenieur Joseph Clement wurde 1832 der Bau des Motors eingestellt. Die staatliche Finanzierung wurde schließlich 1842 besteuert.,

Die analytische Engine

Mit dem Bauprojekt ins Stocken geraten, und befreit von den Muttern und Schrauben der detaillierten Konstruktion, Babbage konzipiert, in 1834, eine ehrgeizigere Maschine, später Analytische Engine genannt, eine Allzweck-programmierbare Computing-Engine.

Die analytische Engine verfügt über viele wesentliche Merkmale des modernen digitalen Computers. Es wurde mit Lochkarten hergestellt, eine Idee, die dem Jacquardwebstuhl entlehnt wurde, der zum Weben komplexer Muster in Textilien verwendet wird., Der Motor hatte einen „Speicher“, in dem Zahlen und Zwischenergebnisse aufbewahrt werden konnten, und eine separate „Mühle“, in der die arithmetische Verarbeitung durchgeführt wurde. Es hatte ein internes Repertoire der vier arithmetischen Funktionen und konnte direkte Multiplikation und Division durchführen. Es war auch in der Lage, Funktionen, für die wir moderne Namen haben: bedingte Verzweigung, Schleifen (Iteration), Mikroprogrammierung, parallele Verarbeitung, Iteration, Rast, Polling und Pulsformung, unter anderem, obwohl Babbage nirgendwo diese Begriffe verwendet., Es hatte eine Vielzahl von Ausgaben, einschließlich Hardcopy-Ausdruck, Lochkarten, Grafik – Plotten und die automatische Herstellung von Stereotypen-Tabletts aus weichem Material, in die Ergebnisse eingeprägt wurden, die als Formen für die Herstellung von Druckplatten verwendet werden könnten.

Die logische Struktur der analytischen Engine war im Wesentlichen dieselbe wie die, die das Computerdesign im elektronischen Zeitalter dominiert hat – die Trennung des Speichers (des „Speichers“) vom Zentralprozessor (der „Mühle“), der serielle Betrieb unter Verwendung eines „Fetch-Execute-Zyklus“ und Einrichtungen zur Eingabe und Ausgabe von Daten und Anweisungen., Babbage „den ersten Computerpionier“ zu nennen, ist kein lässiger Tribut.

Eine neue Differenzmaschine

Mit den bahnbrechenden Arbeiten an der analytischen Engine, die 1840 weitgehend abgeschlossen waren, begann Babbage, eine neue Differenzmaschine in Betracht zu ziehen. Zwischen 1847 und 1849 vervollständigte er das Design des Difference Engine No. 2, einer verbesserten Version des Originals. Diese Engine berechnet mit Zahlen einunddreißig Ziffern lang und kann jedes Polynom bis zur siebten Ordnung tabellieren. Das Design war elegant einfach und erforderte nur etwa ein Drittel der im Motor Nr., 1, während eine ähnliche rechenleistung.

Difference Engine No. 2 und die Analytical Engine teilen sich das gleiche Design für den Drucker – ein Ausgabegerät mit bemerkenswerten Funktionen. Es erzeugt nicht nur hardcopy eingefärbten Ausdruck auf Papier als Prüfkopie, sondern auch automatisch Stereotypen Ergebnisse, das heißt, beeindruckt die Ergebnisse auf weichem Material, Gips von Paris zum Beispiel, die als eine Form verwendet werden könnte, aus der eine Druckplatte hergestellt werden könnte. Das Gerät setzt die Ergebnisse automatisch ein und ermöglicht eine programmierbare Formatierung., ermöglicht dem Bediener, das Layout der Ergebnisse auf der Seite einzustellen. Zu den vom Benutzer veränderbaren Funktionen gehören variable Zeilenhöhe, variable Anzahl von Spalten, variable Spaltenränder, automatischer Zeilenumbruch oder Spaltenumbruch und das Verlassen von Leerzeilen alle mehrere Zeilen, um das Lesen zu erleichtern.

Physical Legacy

Abgesehen von einigen teilweise vollständigen mechanischen Baugruppen und Testmodellen kleiner Arbeitsabschnitte wurde keines von Babbages Entwürfen zu Lebzeiten physisch in seiner Gesamtheit realisiert. Die Hauptversammlung, die er absolvierte, war ein Siebtel der Differenz Motor Nr., 1, ein Demonstrationsstück, bestehend aus etwa 2.000 Teilen, die 1832 zusammengebaut wurden. Dies funktioniert bis heute einwandfrei und ist das erste erfolgreiche automatische Rechengerät, das mathematische Regeln im Mechanismus verkörpert. Zum Zeitpunkt von Babbages Tod 1871 befand sich ein kleines experimentelles Stück des analytischen Motors im Bau. Viele der kleinen experimentellen Baugruppen überlebten ebenso wie ein umfassendes Archiv seiner Zeichnungen und Notizbücher.

Die Entwürfe für Babbages riesige mechanische Rechenmaschinen gelten als eine der überraschenden intellektuellen Errungenschaften des 19., Erst in den letzten Jahrzehnten wurde seine Arbeit detailliert untersucht und das Ausmaß dessen, was er erreicht hat, wird immer deutlicher.