Charles Babbage (1791-1871) - pionir ustvarjanja računalniške tehnologije, ki je razvil 2 razreda računalnikov - razlikovalni in analitični. Prvi od njih je dobil ime zaradi matematičnega principa, na katerem temelji - metode končnih razlik. Njegova lepota je v izključni uporabi aritmetičnega seštevanja, ne da bi se morali zateči k množenju in deljenju, ki ju je težko mehansko izvesti.
Več kot kalkulator
Babbage's Difference Engine je naprava za štetje. S številkami manipulira na edini način, ki ga lahko, nenehno sešteva po metodi končnih razlik. Ni ga mogoče uporabiti za splošne aritmetične izračune. Babbageov analitični motor je veliko več kot le kalkulator. Zaznamuje prehod od mehanizirane aritmetike do splošnega računalništva v celotnem obsegu. Na različnih stopnjah razvoja Babbageovih idejbili so vsaj 3 projekti. Zato je njegove analitične motorje najbolje omeniti v množini.
Udobje in inženirska učinkovitost
Babbageovi računalniki so decimalni v smislu, da uporabljajo 10 števk od 0 do 9, in digitalni, ker delujejo samo s celimi števili. Vrednosti so predstavljene z zobniki, vsaka številka pa ima svoje kolo. Če se ustavi na vmesnem položaju med celimi vrednostmi, se rezultat šteje za nedoločen, stroj pa je blokiran, da pokaže kršitev integritete izračunov. To je oblika zaznavanja napak.
Babbage je razmišljal tudi o uporabi številskih sistemov, ki niso decimalni, vključno z dvojiškimi in osnovnimi 3, 4, 5, 12, 16 in 100. Odločil se je za decimalno število zaradi poznavanja in inženirske učinkovitosti, saj močno zmanjša število gibljivih delov.
Difference Engine 1
Leta 1821 je Babbage začel razvoj z mehanizmom, zasnovanim za izračun in tabeliranje polinomskih funkcij. Avtor ga opisuje kot napravo za avtomatski izračun zaporedja vrednosti s samodejnim izpisom rezultatov v obliki tabele. Sestavni del zasnove je tiskalnik, ki je mehansko povezan z računskim delom. Difference Engine 1 je prvi popoln dizajn za samodejni izračun.
Občasno je Babbage spremenil funkcionalnost naprave. Dizajn iz leta 1830 prikazuje stroj, zasnovan za 16 števk in 6 vrst razlike. Model je bil sestavljen iz 25 tisoč delov, ki so bili enakomerno razdeljeni med računalniški del in tiskalnik. Če bi bila naprava zgrajena, bi tehtala približno 4 tone in bila visoka 2,4 m. Delo na Babbagejevem različnem motorju je bilo ustavljeno leta 1832 po sporu z inženirjem Josephom Clementom. Državno financiranje se je končno končalo leta 1842
Analitični motor
Ko je delo na aparatu za razlikovanje zastalo, je Babbage leta 1834 zasnoval bolj ambiciozno napravo, ki je kasneje postala znana kot analitični univerzalni programirljivi računalniški stroj. Strukturne lastnosti Babbageovega stroja v veliki meri ustrezajo osnovnim gradnikom sodobnega digitalnega računalnika. Programiranje poteka s pomočjo luknjanih kartic. Ta ideja je bila vzeta iz žakardnega statva, kjer se uporabljajo za ustvarjanje zapletenih tekstilnih vzorcev.
Logična struktura Babbagejevega analitičnega stroja v bistvu ustreza prevladujoči zasnovi računalnikov elektronske dobe, kar implicira prisotnost pomnilnika ("shramba"), ločenega od centralne procesne enote ("mlin"), zaporednega izvajanje operacij in zmogljivosti za vnos in izpis podatkov in navodil. Zato je avtor razvoja povsem zasluženo prejel naziv pionir računalniške tehnologije.
Pomnilnik in CPU
Babbageov stroj ima "trgovino", kjer so shranjene številke in vmesni rezultati, kot tudi ločen "mlin", kjer se izvaja aritmetična obdelava. Imela je nabor 4 aritmetičnih funkcij in je lahko izvajala neposredno množenje in deljenje. Poleg tega je bila naprava sposobna izvajati operacije, ki se zdaj imenujejo pogojno razvejanje, zanka (iteracija), mikroprogramiranje, vzporedna obdelava, fiksiranje, oblikovanje impulza itd. Avtor sam take terminologije ni uporabljal.
CPE analitičnega motorja Charlesa Babbagea, ki ga je imenoval "mlin", zagotavlja:
- shranjevanje številk, operacije na katerih se izvajajo takoj, v registrih;
- ima strojno opremo za izvajanje osnovnih aritmetičnih operacij na njih;
- prenos uporabniško usmerjenih zunanjih navodil v podroben notranji nadzor;
- časovni sistem (ura) za izvajanje navodil v skrbno izbranem zaporedju.
Nadzorni mehanizem analitičnega motorja izvaja operacije samodejno in je sestavljen iz dveh delov: nižje ravni, ki jo nadzorujejo masivni bobni, imenovane sodi, in visoke ravni z uporabo luknjanih kartic, ki jih je oblikoval Jacquard za statve, ki so se široko uporabljale v zgodnjih 1800-ih.
Izhodne naprave
Rezultat izračunov je prikazan na različne načine, vključno s tiskanjem, luknjanimi karticami, risanjem inavtomatska izdelava stereotipov - pladnji iz mehkega materiala, na katere je vtisnjen rezultat, ki lahko služijo kot kalup za ulivanje plošč za tisk.
Nov dizajn
Babbageovo pionirsko delo na analitičnem stroju je bilo v glavnem zaključeno do leta 1840 in začelo se je razvijati novo napravo. Med letoma 1847 in 1849 je dokončal razvoj Difference Engine No. 2, ki je bila izboljšana različica originala. Ta modifikacija je bila zasnovana za operacije z 31-bitnimi številkami in je lahko tabelarizirala kateri koli polinom 7. reda. Zasnova je bila izjemno preprosta, zahtevala je le tretjino števila delov prvotnega modela, hkrati pa zagotavljala enako procesorsko moč.
Razlika in analitični motorji Charlesa Babbagea so uporabljali enako zasnovo izhodne naprave, ki ni samo izpisovala na papir, temveč tudi samodejno ustvarjala stereotipe in neodvisno izvajala formatiranje v skladu s postavitvijo strani, ki jo je določil operater. Hkrati je bilo mogoče prilagoditi višino vrstice, število stolpcev, širino polj, samodejno zlaganje vrstic ali stolpcev in razporeditev praznih vrstic za berljivost.
Legacy
Poleg nekaj delno ustvarjenih mehanskih sklopov in testnih modelov majhnih delovnih odsekov, nobeden od modelov ni bil v celoti realiziran v času Babbageovega življenja. Glavni model, sestavljen leta 1832, je bil 1/7 Difference Engine št. 1, ki je bil sestavljeniz približno 2 tisoč delov. Deluje brezhibno do danes in je prva uspešna avtomatska računalniška naprava, ki izvaja matematične izračune v mehanizmu. Babbage je umrl med sestavljanjem majhnega eksperimentalnega dela analitičnega stroja. Ohranjenih je veliko podrobnosti o gradnji, pa tudi celoten arhiv risb in zapiskov.
Babbageove zasnove za ogromne mehanske računalnike veljajo za enega od osupljivih intelektualnih dosežkov 19. stoletja. Šele v zadnjih desetletjih so njegovo delo podrobno preučili in pomen tega, kar je naredil, postaja vse bolj očiten.
