Charles Babbage (1791-1871) – priekopník vo vytváraní výpočtovej techniky, ktorý vyvinul 2 triedy počítačov – rozdielový a analytický. Prvý z nich dostal svoj názov vďaka matematickému princípu, na ktorom je založený – metóde konečných rozdielov. Jeho krása spočíva vo výlučnom použití aritmetického sčítania bez toho, aby ste sa museli uchýliť k násobeniu a deleniu, ktoré je ťažké mechanicky implementovať.
Viac ako kalkulačka
Babbage's Difference Engine je počítacie zariadenie. Manipuluje s číslami jediným možným spôsobom, neustále ich sčítava podľa metódy konečných rozdielov. Nedá sa použiť na všeobecné aritmetické výpočty. Babbage's Analytical Engine je oveľa viac než len kalkulačka. Znamená prechod od mechanizovanej aritmetiky k počítačom na všeobecné použitie v plnom rozsahu. V rôznych štádiách vývoja Babbageových myšlienokboli tam minimálne 3 projekty. Preto sa jeho analytické nástroje najlepšie označujú v množnom čísle.
Pohodlie a efektívnosť techniky
Babbageove počítače sú desiatkové v tom zmysle, že používajú 10 číslic od 0 do 9, a digitálne v tom, že fungujú iba s celými číslami. Hodnoty sú reprezentované ozubenými kolesami a každá číslica má svoje vlastné koleso. Ak sa zastaví na medzipolohe medzi celočíselnými hodnotami, výsledok sa považuje za neurčitý a stroj sa zablokuje, aby sa zistilo porušenie integrity výpočtov. Toto je forma zisťovania chýb.
Babbage uvažoval aj o použití iných číselných systémov ako desiatkových, vrátane binárnych a základných 3, 4, 5, 12, 16 a 100. Rozhodol sa pre desiatkovú sústavu, pretože je dobre známa a inžinierska efektívnosť, pretože výrazne znižuje počet pohyblivých častí.
Rozdielový motor 1
V roku 1821 Babbage začal s vývojom mechanizmu určeného na výpočet a tabuľkovanie polynomických funkcií. Autor ho popisuje ako zariadenie na automatický výpočet postupnosti hodnôt s automatickou tlačou výsledkov vo forme tabuľky. Neoddeliteľnou súčasťou návrhu je tlačiareň mechanicky prepojená s výpočtovou sekciou. Difference Engine 1 je prvý kompletný dizajn pre automatický výpočet.
Z času na čas Babbage zmenil funkčnosť zariadenia. Dizajn z roku 1830 zobrazuje stroj navrhnutý pre 16 číslic a 6 rozdielov. Model pozostával z 25 tisíc dielov, ktoré boli rovnomerne rozdelené medzi výpočtovú časť a tlačiareň. Keby bolo zariadenie skonštruované, vážilo by odhadom 4 tony a bolo by vysoké 2,4 metra Práca na Babbageovom diferenciálnom motore bola zastavená v roku 1832 po spore s inžinierom Josephom Clementom. Vládne financovanie sa nakoniec skončilo v roku 1842
Analytický nástroj
Keď sa práca na rozdielovom prístroji zastavila, Babbage v roku 1834 vymyslel ambicióznejšie zariadenie, ktoré sa neskôr stalo známym ako analytický univerzálny programovateľný počítačový stroj. Konštrukčné vlastnosti Babbageovho stroja do značnej miery zodpovedajú základným stavebným prvkom moderného digitálneho počítača. Programovanie sa vykonáva pomocou diernych štítkov. Tento nápad bol prevzatý zo žakárového tkáčskeho stavu, kde sa používajú na vytváranie zložitých textilných vzorov.
Logická štruktúra Babbageovho analytického enginu v podstate zodpovedá dominantnému dizajnu počítačov elektronického veku, čo znamená prítomnosť sekvenčnej pamäte ("obchod") oddelenej od centrálnej procesorovej jednotky ("mlyn") vykonávanie operácií a zariadení na vstup a výstup údajov a pokynov. Preto autor vývoja získal titul priekopníka výpočtovej techniky celkom zaslúžene.
Pamäť a CPU
Babbageov stroj má „úložisko“, kde sa ukladajú čísla a medzivýsledky, ako aj samostatný „mlyn“, kde sa vykonáva aritmetické spracovanie. Mala súbor 4 aritmetických funkcií a vedela vykonávať priame násobenie a delenie. Okrem toho bolo zariadenie schopné vykonávať operácie, ktoré sa dnes nazývajú podmienené vetvenie, slučka (iterácia), mikroprogramovanie, paralelné spracovanie, fixácia, tvarovanie impulzov atď. Sám autor takúto terminológiu nepoužil.
CPU analytického motora Charlesa Babbagea, ktorý nazval „mlyn“, poskytuje:
- ukladanie čísel, s ktorými sa operácie vykonávajú okamžite, v registroch;
- má hardvér na vykonávanie základných aritmetických operácií;
- prenášanie užívateľsky orientovaných externých pokynov na podrobnú internú kontrolu;
- systém časovania (hodiny) na vykonávanie pokynov v starostlivo zvolenom poradí.
Riadiaci mechanizmus analytického enginu vykonáva operácie automaticky a pozostáva z dvoch častí: nižšia úroveň ovládaná masívnymi bubnami nazývanými sudy a vysoká úroveň pomocou diernych štítkov, ktoré navrhol Jacquard pre tkáčske stavy široko používané na začiatku 19. storočia.
Výstupné zariadenia
Výsledok výpočtov sa zobrazuje rôznymi spôsobmi vrátane tlače, diernych štítkov, kreslenia aautomatická výroba stereotypov - podnosy z mäkkého materiálu, na ktoré sa tlačí výsledok, schopné slúžiť ako forma na odlievanie platní pre tlač.
Nový dizajn
Babbageova priekopnícka práca na analytickom motore bola z veľkej časti dokončená v roku 1840 a začala sa vyvíjať nové zariadenie. V rokoch 1847 až 1849 dokončil vývoj Difference Engine č.2, ktorý bol vylepšenou verziou originálu. Táto modifikácia bola navrhnutá pre operácie s 31-bitovými číslami a mohla tabuľovať akýkoľvek polynóm 7. rádu. Dizajn bol výnimočne jednoduchý, vyžadoval iba tretinu pôvodného modelu a zároveň poskytoval rovnaký výpočtový výkon.
Rozdiel a analytické motory Charlesa Babbagea využívali rovnaký dizajn výstupného zariadenia, ktoré nielen robilo výtlačky na papier, ale aj automaticky vytváralo stereotypy a nezávisle vykonávalo formátovanie podľa rozloženia stránky určeného operátorom. Zároveň bolo možné upraviť výšku riadku, počet stĺpcov, šírky polí, automatické skladanie riadkov alebo stĺpcov a usporiadanie prázdnych riadkov pre čitateľnosť.
Legacy
Okrem niekoľkých čiastočne vytvorených mechanických zostáv a testovacích modelov malých pracovných sekcií nebol počas Babbageovej životnosti žiadny z návrhov plne zrealizovaný. Hlavným modelom zostaveným v roku 1832 bol 1/7 diferenciálneho motora č. 1, ktorý pozostávalz cca 2 tisíc dielov. Bezchybne funguje dodnes a je prvým úspešným automatickým výpočtovým zariadením, ktoré implementuje matematické výpočty do mechanizmu. Babbage zomrel, keď sa montovala malá experimentálna časť analytického motora. Zachovalo sa veľa detailov stavby, ako aj kompletný archív nákresov a poznámok.
Babbageove návrhy obrovských mechanických počítačov sa považujú za jeden z úžasných intelektuálnych výdobytkov 19. storočia. Až v posledných desaťročiach bola jeho práca podrobne preštudovaná a dôležitosť toho, čo urobil, je čoraz zreteľnejšia.
