Charles Babbage (1791-1871) - een pionier in het creëren van computertechnologie, die 2 klassen computers ontwikkelde - verschil en analytisch. De eerste kreeg zijn naam vanwege het wiskundige principe waarop het is gebaseerd - de methode van eindige verschillen. Zijn schoonheid ligt in het exclusieve gebruik van rekenkundige optelling zonder toevlucht te hoeven nemen tot vermenigvuldigen en delen, die mechanisch moeilijk te implementeren zijn.
Meer dan een rekenmachine
Babbage's Difference Engine is een telapparaat. Ze manipuleert getallen op de enige manier die ze kan, ze constant optellend volgens de methode van eindige verschillen. Het kan niet worden gebruikt voor algemene rekenkundige berekeningen. Babbage's Analytical Engine is veel meer dan alleen een rekenmachine. Het markeert de overgang van gemechaniseerde rekenkunde naar volledige computerverwerking voor algemeen gebruik. In verschillende stadia van de evolutie van Babbage's ideeëner waren minimaal 3 projecten. Daarom worden zijn analytische motoren het best in het meervoud genoemd.
Gemak en technische efficiëntie
Babbage's computers zijn decimaal in die zin dat ze 10 cijfers van 0 tot 9 gebruiken, en digitaal omdat ze alleen met hele getallen werken. Waarden worden weergegeven door tandwielen en elk cijfer heeft zijn eigen wiel. Als het stopt op een tussenliggende positie tussen gehele waarden, wordt het resultaat als onbepaald beschouwd en wordt de machine geblokkeerd om een schending van de integriteit van de berekeningen aan te tonen. Dit is een vorm van foutdetectie.
Babbage overwoog ook het gebruik van andere getalsystemen dan decimaal, inclusief binair en grondtal 3, 4, 5, 12, 16 en 100. Hij koos voor decimaal vanwege de bekendheid en technische efficiëntie, omdat het sterk vermindert het aantal bewegende delen.
Verschil Engine 1
In 1821 begon Babbage met de ontwikkeling van een mechanisme dat was ontworpen om polynomiale functies te berekenen en in tabelvorm te brengen. De auteur beschrijft het als een apparaat voor het automatisch berekenen van een reeks waarden met automatisch afdrukken van de resultaten in de vorm van een tabel. Een integraal onderdeel van het ontwerp is een printer die mechanisch is verbonden met het rekengedeelte. Difference Engine 1 is het eerste complete ontwerp voor automatische berekening.
Van tijd tot tijd veranderde Babbage de functionaliteit van het apparaat. Een ontwerp uit 1830 toont een machine die is ontworpen voor 16 cijfers en 6 orden van verschil. Het model bestond uit 25 duizend onderdelen, gelijk verdeeld over het computergedeelte en de printer. Als het apparaat was gebouwd, zou het naar schatting 4 ton hebben gewogen en 2,4 meter hoog zijn. Het werk aan Babbage's Difference Engine werd in 1832 stopgezet na een geschil met ingenieur Joseph Clement. Overheidsfinanciering eindigde uiteindelijk in 1842
Analytical Engine
Toen het werk aan het verschilapparaat tot stilstand kwam, bedacht Babbage in 1834 een ambitieuzer apparaat, dat later bekend werd als de Analytical Universal Programmable Computing Engine. De structurele eigenschappen van Babbage's machine komen grotendeels overeen met de basisbouwstenen van een moderne digitale computer. Het programmeren gebeurt met behulp van ponskaarten. Dit idee is ontleend aan het jacquardweefgetouw, waar ze worden gebruikt om complexe textielpatronen te creëren.
De logische structuur van Babbage's Analytical Engine komt in principe overeen met het dominante ontwerp van computers van het elektronische tijdperk, wat de aanwezigheid van geheugen ("opslag") impliceert, gescheiden van de centrale verwerkingseenheid ("mill"), sequentieel uitvoering van bewerkingen en faciliteiten voor invoer en uitvoer van gegevens en instructies. Daarom ontving de auteur van de ontwikkeling terecht de titel van pionier op het gebied van computertechnologie.
Geheugen en CPU
Babbage's machine heeft een "winkel" waar getallen en tussenresultaten worden opgeslagen, evenals een aparte "molen" waar rekenkundige verwerking wordt uitgevoerd. Ze had een set van 4 rekenfuncties en kon direct vermenigvuldigen en delen. Bovendien was het apparaat in staat om bewerkingen uit te voeren die nu voorwaardelijke vertakking, lus (iteratie), microprogrammering, parallelle verwerking, fixatie, pulsvorming, enz. worden genoemd. De auteur gebruikte dergelijke terminologie niet.
De CPU van Charles Babbage's Analytical Engine, die hij de "molen" noemde, levert:
- opslag van nummers, bewerkingen waarop onmiddellijk worden uitgevoerd, in registers;
- heeft de hardware om elementaire rekenkundige bewerkingen op ze uit te voeren;
- gebruiksgerichte externe instructies overdragen aan gedetailleerde interne controle;
- timingsysteem (klok) om instructies in een zorgvuldig geselecteerde volgorde uit te voeren.
Het besturingsmechanisme van de analytische engine voert bewerkingen automatisch uit en bestaat uit twee delen: een lager niveau dat wordt bestuurd door massieve trommels die vaten worden genoemd, en een hoger niveau met behulp van ponskaarten die door Jacquard zijn ontworpen voor weefgetouwen die in het begin van de 19e eeuw veel werden gebruikt.
Uitvoerapparaten
Het resultaat van berekeningen wordt op verschillende manieren weergegeven, waaronder afdrukken, ponskaarten, plotten enautomatische productie van stereotypen - trays van zacht materiaal waarop het resultaat wordt bedrukt, die kunnen dienen als mal voor het gieten van platen om te bedrukken.
Nieuw ontwerp
Babbage's baanbrekende werk aan de Analytical Engine was in 1840 grotendeels voltooid en begon met de ontwikkeling van een nieuw apparaat. Tussen 1847 en 1849 voltooide hij de ontwikkeling van Difference Engine No. 2, een verbeterde versie van het origineel. Deze wijziging is ontworpen voor bewerkingen met 31-bits getallen en kan elke polynoom van de 7e orde in tabelvorm brengen. Het ontwerp was buitengewoon eenvoudig en vereiste slechts een derde van het aantal onderdelen van het originele model, terwijl het dezelfde verwerkingskracht bood.
Het verschil en de analytische motoren van Charles Babbage gebruikten hetzelfde ontwerp van het uitvoerapparaat, dat niet alleen afdrukken op papier maakte, maar ook automatisch stereotypen creëerde en onafhankelijk de opmaak uitvoerde volgens de paginalay-out die door de operator was opgegeven. Tegelijkertijd was het mogelijk om de regelhoogte, het aantal kolommen, veldbreedtes, automatisch vouwen van rijen of kolommen en rangschikking van lege regels voor leesbaarheid aan te passen.
Legacy
Behalve een paar gedeeltelijk gemaakte mechanische assemblages en testmodellen van kleine werksecties, werd geen van de ontwerpen volledig gerealiseerd tijdens het leven van Babbage. Het belangrijkste model geassembleerd in 1832 was 1/7 van Difference Engine No. 1, die bestond uit:uit ongeveer 2000 delen. Het werkt tot op de dag van vandaag feilloos en is het eerste succesvolle automatische computerapparaat dat wiskundige berekeningen in een mechanisme implementeert. Babbage stierf terwijl het kleine experimentele deel van de Analytical Engine werd geassembleerd. Veel details van de constructie zijn bewaard gebleven, evenals een compleet archief met tekeningen en aantekeningen.
Babbage's ontwerpen voor enorme mechanische computers worden beschouwd als een van de verbluffende intellectuele prestaties van de 19e eeuw. Het is pas in de afgelopen decennia dat zijn werk in detail is bestudeerd en het belang van wat hij heeft gedaan wordt steeds duidelijker.
