Babbage Charles analüütiline masin: kirjeldus, funktsioonid, ajalugu ja omadused

Charles Babbage (1791-1871) - arvutitehnoloogia arendamise pioneer, kes arendas välja kaks klassi arvuteid - erinevus ja analüütiline. Esimene neist said oma nime tänu matemaatilisele põhimõttele, millel see põhineb - piiratud erinevuste meetodil. Selle ilu seisneb aritmeetilise lisamise ainus kasutamises, ilma et oleks vaja kasutada paljunemist ja jagunemist, mida on raske mehhaaniliselt rakendada.

Rohkem kui kalkulaatorit

Babbage'i erinevuse masin on lugemisseade. Ta töötab numbritega ainus viis, kuidas ta suudab, lisades neid pidevalt vastavalt lõplike erinevuste meetodile. Seda ei saa kasutada üldiste aritmeetiliste arvutuste jaoks. Analüütiline Babbage masin on palju enamat kui lihtsalt kalkulaator. See tähistab üleminekut mehhaniseeritud aritmeetikast üldise eesmärgi täismahus arvutamiseks. Babbage'i ideede arengu eri etappidel oli vähemalt kolm projekti. Seepärast on parem viidata analüütilistele masinatele mitmuses.

Mugavus ja inseneritõhusus

Babbage'i arvutid on kümnendkohad, sest nad kasutavad 10 numbrit 0-9-st ja digitaalset, sest nad töötavad ainult täisarvudega. Väärtused on esindatud püügivahenditega, ja igal ratastel on oma ratas. Kui see peatub vahemikus täisarvude väärtuste vahel, siis loetakse tulemus määramatuks ja masina töö blokeeritakse, et näidata arvutuste terviklikkuse rikkumist. See on mingi vigade tuvastamine.

Babbage kaalus ka numbrite süsteemide kasutamist, välja arvatud kümnendkohad, sealhulgas binaarne ja baas 3, 4, 5, 12, 16 ja 100. Ta arveldas kümnendkohta oma tavapärase ja tehnilise efektiivsuse tõttu, kuna see vähendab märkimisväärselt arvu Liikuvad osad.

Erinevuse masin №1

1821. aastal hakkas Babbage töötama mehhanismi abil, mis on ette nähtud polünomiafunktsioonide arvutamiseks ja tabelimiseks. Autor kirjeldab seda kui seadet väärtuste jada automaatseks arvutamiseks tulemuste automaatseks trükkimiseks tabeli kujul. Disaini lahutamatu osa on printer, mis on mehhaaniliselt ühendatud arvutusliigiga. Erinev masin nr 1 on automaatse arvutuse esimese täielik konstruktsioon.

Aeg-ajalt muutis Babbage seadme funktsionaalsust. 1830 kujundus kujutab masinat, mis on mõeldud 16 numbrile ja 6 erineva järjekorda. Mudel koosnes 25 tuhandest osast, jagatud võrdselt arvutusjaotuse ja printeriga. Kui seade oleks ehitatud, kaaluks see 4 tonni ja selle kõrgus oleks 2,4 meetrit. Babbage'i erineva masina loomise töö lõpetati 1832. aastal pärast vaidlust insener Joseph Clementiga. Riigipoolne rahastamine lõppes 1842. aastal.

Analüütiline masin

Kui töö erinevates seadmetes seisis, käivitas Babbage 1834. aastal ambitsioonikama seadme, mis hiljem sai tuntud kui analüütiline universaalne programmeeritav arvutusmehhanism. Babbage masina struktuuriomadused vastavad paljudel juhtudel kaasaegse digitaalarvuti põhiblokkidele. Programmeerimine toimub punch-kaartide abil. See idee laenati žakaarmaastikust, kus nad aitavad luua keerukaid tekstiiltriideid.

Babbage analüütilise masina loogiline struktuur vastab põhimõtteliselt elektrooniliste ajastul olevate arvutite domineerivale disainile, mis tähendab, et keskprotsessorist ("veski") on eraldatud mälu ("pood"), toimingute järjestikune täitmine ning vahendid andmete ja juhiste sisestamiseks ja väljastamiseks. Seepärast pälvis arenduse autor üsna teenindavalt arvutitehnoloogia pioneeri pealkirja.

Mälu ja CPU

Babbage masinal on "poe", kus salvestatakse numbrid ja vahetulemused, samuti eraldi "mill", kus aritmeetiline töötlemine sooritati. Sellel oli 4 aritmeetilisi funktsioone ja see võib toimida otsese paljundamise ja jagamise teel. Lisaks oli seade suuteline teostama operatsioone, mis nüüd said tingimuste hargnemise nimesid, tsüklit (iteratsiooni), mikroprogrammeerimist, paralleelset töötlemist, fikseerimist, impulsi moodustamist jne. Autor ise ise seda terminoloogiat ei kasutanud.

Charles Babbage analüütilise masina CPU , mida ta nimetas "veskiks", näeb ette:

• Numbrite hoidmine, mille toimingud tehakse koheselt registrites;
• Omab riistvara nendega põhiliste aritmeetiliste toimingutega töötamiseks;
• Kasutajasõbralike juhiste edastamine detailsele sisejuhtimisele;
• Sünkroniseerimissüsteem (taktimine) juhiste täitmiseks hoolikalt valitud järjestuses.

Analüütilise masina juhtimismehhanism toimib automaatselt ja koosneb kahest osast: madalamal tasemel, mida juhib massiivsed trumlid, mida nimetatakse barreliteks, ja kõrgel tasemel, kasutades Jacquardi poolt väljaarendatud perkardeid 1800-ndate alguses laialdaselt kasutatavate kudumismasinate jaoks.

Väljundseadmed

Arvutuste tulemust kuvatakse mitmel viisil, kaasa arvatud trükkimine, perfokaardid, graafikad ja stereotüüpide automaatne tootmine - pehme materjali kandikud, millel tekib muljet, mis võib olla trükivärvide valamise vormiks.

Uus disain

Uuenduslik töö analüütilisel masinal Babbage põhiliselt lõpetati 1840 ja hakkas välja töötama uue seadme. Ajavahemikul 1847-1849 lõpetas ta erineva masina nr. 2 arendamise, mis oli originaali parendatud versioon. See muudatus oli ette nähtud 31-bitiste numbritega toiminguteks ja võib tuua tabeli kujul mistahes seitsmenda järjekorda polünoomi. Disain oli elegantselt lihtne ja vajab ainult kolmandik originaalmudeli osade arvust, pakkudes samasugust arvutusvõimsust.

Erinevates ja analüütilistes masinates kasutas Charles Babbage sama väljundseadistust, mis mitte ainult ei paberit väljastanud, vaid ka automaatselt loodud stereotüüpe ja iseseisvalt koostatud vormingut vastavalt operaatori määratud lehe kujundusele. Sellisel juhul oli võimalik rea kõrgus, veergude arv, väljade laius, rea või veergude automaatne kokkuvarisemine ja tühjade joonte paigutus lugemiseks.

Heritage

Lisaks mitmele osaliselt loodud mehaanilistele komplektidele ja väiksemate tööparameetrite katsemudele ei kasutanud Babbage'i eluea jooksul täielikult ühtki disainilahendust. 1832. aastal kogutud peamine mudel oli 1/7 erinevusmasinast nr 1, mis koosnes ligikaudu 2000 osast. See toimib täiuslikult tänaseni ja on esimene edukas automaatne arvutusseade, mis rakendab mehhanismis matemaatilisi arvutusi. Babbage suri, kui analüütilise masina väike eksperimentaalne osa oli kokku pandud. Säilitatakse palju disaini detaile, samuti jooniste ja märkmete täielikku arhiivi.

Babbage'i tohutute mehaaniliste arvutite projekte peetakse üheks 19. sajandi üheks hämmastavaks intellektuaalseks saavutuseks. Alles viimastel aastakümnetel on tema tööd üksikasjalikult uuritud ja selle tähtsus, mida ta tegi, muutub üha ilmsemaks.