Čārlzs Beidžs (1791-1871) - skaitļošanas tehnoloģiju radīšanas pionieris, kurš izstrādāja 2 datoru klases - atšķirīgo un analītisko. Pirmais no tiem savu nosaukumu ieguvis matemātiskā principa dēļ, uz kura tas ir balstīts – galīgo atšķirību metodei. Tās skaistums slēpjas ekskluzīvā aritmētiskās saskaitīšanas izmantošanā, neizmantojot reizināšanu un dalīšanu, ko ir grūti īstenot mehāniski.
Vairāk nekā kalkulators
Babbage's Difference Engine ir skaitīšanas ierīce. Viņa manipulē ar skaitļiem, kā vien spēj, pastāvīgi saskaitot tos saskaņā ar galīgo atšķirību metodi. To nevar izmantot vispārējiem aritmētiskiem aprēķiniem. Babbage's Analytical Engine ir daudz vairāk nekā tikai kalkulators. Tas iezīmē pāreju no mehanizētās aritmētikas uz pilna mēroga vispārējas nozīmes skaitļošanu. Beidža ideju evolūcijas dažādos posmosbija vismaz 3 projekti. Tāpēc viņa analītiskos dzinējus vislabāk var apzīmēt daudzskaitlī.
Ērtības un inženiertehniskā efektivitāte
Babbage datori ir decimālskaitļi tādā nozīmē, ka tie izmanto 10 ciparus no 0 līdz 9, un digitālie, jo tie darbojas tikai ar veseliem skaitļiem. Vērtības tiek attēlotas ar pārnesumiem, un katram ciparam ir savs ritenis. Ja tas apstājas starpposmā starp veselu skaitļu vērtībām, rezultāts tiek uzskatīts par nenoteiktu, un iekārta tiek bloķēta, lai parādītu aprēķinu integritātes pārkāpumu. Tas ir kļūdu noteikšanas veids.
Babbage apsvēra arī citu skaitļu sistēmu izmantošanu, izņemot decimālskaitļus, tostarp bināro un 3., 4., 5., 12., 16. un 100. bāzi. Viņš izvēlējās decimālskaitļus, jo tas ir labi pazīstams un inženierijas efektivitāte ir ievērojami samazināta. kustīgo daļu skaits.
Atšķirības dzinējs 1
1821. gadā Babbage sāka izstrādāt mehānismu, kas paredzēts polinomu funkciju aprēķināšanai un tabulēšanai. Autors to raksturo kā ierīci vērtību secības automātiskai aprēķināšanai ar rezultātu automātisku drukāšanu tabulas veidā. Neatņemama konstrukcijas sastāvdaļa ir printeris, kas mehāniski savienots ar aprēķinu sekciju. Difference Engine 1 ir pirmais pilnīgais automātiskā aprēķina dizains.
Ik pa laikam Babbage mainīja ierīces funkcionalitāti. 1830. gada dizainā ir attēlota iekārta, kas paredzēta 16 cipariem un 6 kārtu starpības. Modelis sastāvēja no 25 tūkstošiem detaļu, kas vienādi sadalītas starp skaitļošanas sadaļu un printeri. Ja ierīce būtu uzbūvēta, tā svērtu aptuveni 4 tonnas un būtu 2,4 metrus augsta. Darbs pie Beidža atšķirības dzinēja tika apturēts 1832. gadā pēc strīda ar inženieri Džozefu Klementu. Valsts finansējums beidzot beidzās 1842. gadā
Analītiskais dzinējs
Kad darbs pie atšķirību aparāta apstājās, 1834. gadā Babbage radīja vērienīgāku ierīci, kas vēlāk kļuva pazīstama kā analītiskais universālais programmējamais skaitļošanas dzinējs. Beidža mašīnas strukturālās īpašības lielā mērā atbilst mūsdienu digitālā datora pamatelementiem. Programmēšana tiek veikta, izmantojot perfokartes. Šī ideja tika ņemta no žakarda stellēm, kur tās izmanto, lai izveidotu sarežģītus tekstilizstrādājumu rakstus.
Babbage's Analytical Engine loģiskā struktūra pamatā atbilst dominējošajam elektroniskā laikmeta datoru dizainam, kas nozīmē atmiņas ("veikala") klātbūtni, kas ir atdalīta no centrālā procesora ("dzirnavām"), secīgi. datu un instrukciju ievades un izvadīšanas operāciju un iekārtu izpilde. Tāpēc izstrādes autors diezgan pelnīti saņēma datortehnoloģiju pioniera titulu.
Atmiņa un centrālais procesors
Babbage mašīnai ir "veikals", kurā glabājas skaitļi un starprezultāti, kā arī atsevišķas "dzirnavas", kur tiek veikta aritmētiskā apstrāde. Viņai bija 4 aritmētisko funkciju kopa, un tā varēja veikt tiešu reizināšanu un dalīšanu. Turklāt ierīce spēja veikt darbības, kuras tagad sauc par nosacīto sazarošanu, cilpu (iterāciju), mikroprogrammēšanu, paralēlu apstrādi, fiksēšanu, impulsu formēšanu utt. Pats autors šādu terminoloģiju neizmantoja.
Čārlza Beidža analītisko dzinēju centrālais procesors, ko viņš sauca par "dzirnavām", nodrošina:
- skaitļu glabāšana, ar kuriem darbības tiek veiktas nekavējoties, reģistros;
- ir aparatūra, lai ar tām veiktu pamata aritmētiskās darbības;
- uz lietotāju orientētu ārējo instrukciju pārnešana uz detalizētu iekšējo kontroli;
- laika noteikšanas sistēma (pulkstenis), lai izpildītu norādījumus rūpīgi izvēlētā secībā.
Analītiskā dzinēja vadības mehānisms veic darbības automātiski un sastāv no divām daļām: zemāka līmeņa, ko kontrolē masīvas bungas, ko sauc par mucām, un augsta līmeņa, izmantojot perfokartes, kuras Žakārs izstrādāja stellēm, ko plaši izmantoja 1800. gadu sākumā.
Izvades ierīces
Aprēķinu rezultāts tiek parādīts dažādos veidos, tostarp drukāšanā, perfokartēs, diagrammā unautomātiska stereotipu izgatavošana - mīksta materiāla paplātes, uz kurām tiek uzdrukāts rezultāts, kas spēj kalpot kā veidne plākšņu liešanai drukāšanai.
Jauns dizains
Babbage novatoriskais darbs pie analītiskā dzinēja lielā mērā tika pabeigts līdz 1840. gadam un sāka izstrādāt jaunu ierīci. No 1847. līdz 1849. gadam viņš pabeidza Difference Engine Nr. 2 izstrādi, kas bija oriģināla uzlabota versija. Šī modifikācija bija paredzēta operācijām ar 31 bitu skaitļiem un varēja tabulēt jebkuru 7. kārtas polinomu. Dizains bija izcili vienkāršs, un tai bija nepieciešama tikai viena trešdaļa no sākotnējā modeļa detaļu skaita, vienlaikus nodrošinot vienādu apstrādes jaudu.
Cārlza Beidža atšķirības un analītiskie dzinēji izmantoja vienu un to pašu izvadierīces dizainu, kas ne tikai veidoja izdrukas uz papīra, bet arī automātiski radīja stereotipus un patstāvīgi veica formatējumu atbilstoši operatora norādītajam lapas izkārtojumam. Tajā pašā laikā bija iespējams pielāgot rindu augstumu, kolonnu skaitu, lauku platumus, automātisku rindu vai kolonnu locīšanu un tukšo rindu izkārtojumu lasāmībai.
Mantojums
Ja neskaita dažus daļēji izveidotos mehāniskos mezglus un mazu darba sekciju testa modeļus, neviens no projektiem netika pilnībā realizēts Babbage dzīves laikā. Galvenais 1832. gadā samontētais modelis bija 1/7 no Difference Engine Nr. 1, kas sastāvējano apmēram 2 tūkstošiem detaļu. Tā darbojas nevainojami līdz šai dienai un ir pirmā veiksmīgā automātiskā skaitļošanas ierīce, kas mehānismā realizē matemātiskos aprēķinus. Babbage nomira, kamēr tika montēta analītiskā dzinēja mazā eksperimentālā daļa. Ir saglabājušās daudzas konstrukcijas detaļas, kā arī pilns rasējumu un piezīmju arhīvs.
Babbage dizaini milzīgiem mehāniskiem datoriem tiek uzskatīti par vienu no satriecošajiem 19. gadsimta intelektuālajiem sasniegumiem. Tikai pēdējās desmitgadēs viņa darbs ir detalizēti pētīts, un viņa paveiktā nozīme kļūst arvien skaidrāka.
