Analytisk maskin av Babbage Charles: beskrivning, funktioner, historia och egenskaper

Charles Babbage (1791-1871) - en pionjär inom utvecklingen av datateknik, som utvecklade två klasser av datorer - skillnad och analytisk. Den första fick namnet tack vare den matematiska principen som den bygger på - med metoden för ändliga skillnader. Dess skönhet ligger i exklusiv användning av aritmetisk tillsats utan att behöva tillgripa multiplikation och delning, vilket är svårt att genomföra mekaniskt.

Mer än kalkylator

Babbage-skillnaden är en räknemaskin. Hon arbetar med nummer det enda sättet hon kan, hela tiden lägga till dem i enlighet med metoden för ändliga skillnader. Den kan inte användas för allmänna aritmetiska beräkningar. Analytisk Babbage maskin är mycket mer än bara en räknare. Det markerar övergången från mekaniserad aritmetik till fullskalig beräkning av allmänt ändamål. Vid olika stadier av utvecklingen av Babbages idéer fanns det minst tre projekt. Därför är det bättre att referera till dess analytiska maskiner i plural.

Bekvämlighet och teknik effektivitet

Babbages datorer är decimala enheter i den meningen att de använder 10 siffror från 0 till 9 och digitala eftersom de endast fungerar med heltal. Värden representeras av växlar, och varje hjul tilldelas sitt eget hjul. Om det stannar vid ett mellanläge mellan heltal, anses resultatet vara odefinierat och maskinens funktion blockeras för att visa en överträdelse av beräkningsintegriteten. Det här är en typ av feldetektering.

Babbage ansåg också användningen av andra numeriska system än decimal, inklusive binär och bas 3, 4, 5, 12, 16 och 100. Han bestämde sig för decimalen på grund av sin vanliga och tekniska effektivitet, eftersom det väsentligt minskar antalet Flytta delar.

Skillnad maskin №1

1818 började Babbage arbeta med en mekanism konstruerad för att beräkna och tabulera polynomialfunktioner. Författaren beskriver det som en anordning för att automatiskt beräkna en sekvens av värden med automatisk utskrift av resultat i form av en tabell. Den integrerade delen av konstruktionen är en skrivare som är mekaniskt kopplad till beräkningsdelen. Skillnaden maskin nr 1 är den första kompletta konstruktionen för automatisk beräkning.

Ibland ändrade Babbage enhetens funktionalitet. Designen av 1830 avbildar en maskin utformad för 16 figurer och 6 order av skillnad. Modellen bestod av 25 tusen delar, uppdelad lika mellan datorsektionen och skrivaren. Om enheten hade byggts skulle den väga 4 ton och skulle ha en höjd av 2,4 meter. Arbetet med att skapa Babbage-differentialmaskinen stoppades 1832 efter en tvist med ingenjören Joseph Clement. Statlig finansiering upphörde slutligen år 1842.

Analytisk maskin

När arbetet med skillnadenheten stalled, inledde Babbage 1834 en mer ambitiös enhet som senare blev känd som den analytiska universella programmerbara beräkningsmekanismen. Babbage-maskinens strukturella egenskaper motsvarar i många avseenden de grundläggande blocken i en modern digital dator. Programmeringen utförs med hjälp av stanskort. Denna idé lånades från en jacquardväv, där de tjänar till att skapa komplexa textilmönster.

Den logiska strukturen hos Babbages analytiska maskin motsvarar i grunden den dominerande utformningen av elektroniska era datorer, vilket innebär att det finns minne ("butik") som är skilt från den centrala processorn ("mill"), sekventiellt utförande av operationer och medel för inmatning och utmatning av data och instruktioner. Därför fick författaren av utvecklingen titeln pionjär inom datateknik ganska välförtjänt.

Minne och CPU

Babbage-maskinen har en "butik" där siffror och intermediära resultat lagras, samt en separat "kvarn" där aritmetisk bearbetning utfördes. Den hade en uppsättning av 4 aritmetiska funktioner och kunde utföra direkt multiplicering och division. Dessutom kunde enheten utföra operationer, som nu fick namnen på villkorlig förgrening, en cykel (iteration), mikroprogrammering, parallellbehandling, fixering, pulsbildning etc. Författaren själv använde inte denna terminologi.

CPU av Charles Babbages analytiska maskin , som han kallade "kvarnen", ger:

• Lagring av nummer, verksamheter som görs omedelbart i registren;
• Har hårdvara för arbetet med dem av de grundläggande aritmetiska operationerna;
• Överföring av användarorienterade externa instruktioner till detaljerad intern hantering;
• Ett synkroniseringssystem (takt) för att utföra instruktioner i en noggrant vald sekvens.

Kontrollmekanismen hos analysmaskinen utför operationerna automatiskt och består av två delar: den lägre nivån, styrd av massiva trummor som kallas fat, och en hög nivå med hjälp av stansade kort som utvecklats av Jacquard för vävning av väv som används ofta i början av 1800-talet.

Utmatningsenheter

Resultatet av beräkningarna visas på olika sätt, inklusive tryckning, stansning, plottning och automatisk produktion av stereotyper - brickor av mjukt material, på vilket ett intryck produceras, vilket kan tjäna som form för gjutplattor för tryckning.

Ny design

Innovativt arbete på analysmaskinen Babbage slutfördes i grunden 1840 och började utveckla en ny enhet. Under perioden 1847 till 1849 avslutade han utvecklingen av skillnad maskin nr 2, vilket var en förbättrad version av originalet. Denna modifiering utformades för operationer med 31-bitars tal och kunde i tabulärformen medföra några 7-ordningens polynom. Designen var elegant enkel och krävde bara en tredjedel av antalet delar av den ursprungliga modellen, vilket gav samma datorkraft.

I skillnaden och analysmaskinerna hos Charles Babbage användes samma utformning av utmatningsenheten, som inte bara gjorde en utskrift på papper utan skapade också automatiskt stereotyper och självständigt producerad formatering enligt sidlayouten som ställts in av operatören. I det här fallet var det möjligt att justera längden på raden, antalet kolumner, fältets bredd, automatisk kollapsning av rader eller kolumner och arrangemang av tomma linjer för läsbarhet.

Arvet

Förutom flera delvis skapade mekaniska aggregat och testmodeller av små arbetssektioner, genomfördes ingen av mönstren fullt ut under Babbages livstid. Huvudmodellen som samlades in 1832 var 1/7 av skillnaden maskin nr 1, som bestod av cirka 2000 delar. Det fungerar felfritt till denna dag och är den första framgångsrika automatiska databehandlingsenheten som implementerar matematiska beräkningar i mekanismen. Babbage dog när en liten experimentell del av analysmaskinen samlades. Många detaljer i designen bevaras, liksom ett komplett arkiv med ritningar och anteckningar.

Projekten från Babbages stora mekaniska datorer anses vara en av de mest fantastiska intellektuella prestationerna från 1800-talet. Endast under de senaste årtiondena har hans arbete studerats i detalj, och graden av betydelse för vad han gjorde blir alltmer uppenbart.