Charles Babbage (1791-1871) - ein Pionier in der Entwicklung der Computertechnologie, der 2 Klassen von Computern entwickelte - Differenz und Analyse. Der erste von ihnen erhielt seinen Namen aufgrund des mathematischen Prinzips, auf dem er basiert - der Methode der endlichen Differenzen. Seine Schönheit liegt in der ausschließlichen Verwendung der arithmetischen Addition, ohne auf Multiplikation und Division zurückgreifen zu müssen, die mechanisch schwer zu implementieren sind.
Mehr als ein Taschenrechner
Babbage's Difference Engine ist ein Zählgerät. Sie manipuliert Zahlen auf die einzig mögliche Weise, indem sie sie ständig nach der Methode der endlichen Differenzen addiert. Es kann nicht für allgemeine arithmetische Berechnungen verwendet werden. Die Analytical Engine von Babbage ist viel mehr als nur ein Taschenrechner. Es markiert den Übergang von mechanisierter Arithmetik zu vollwertigem Allzweck-Computing. In verschiedenen Stadien der Entwicklung von Babbages IdeenEs gab mindestens 3 Projekte. Daher werden seine Analysemaschinen am besten im Plural bezeichnet.
Komfort und technische Effizienz
Babbages Computer sind dezimal in dem Sinne, dass sie 10 Ziffern von 0 bis 9 verwenden, und digital, da sie nur mit ganzen Zahlen arbeiten. Werte werden durch Zahnräder dargestellt, und jede Ziffer hat ein eigenes Rad. Wenn es an einer Zwischenposition zwischen ganzzahligen Werten stoppt, wird das Ergebnis als unbestimmt angesehen und die Maschine wird blockiert, um eine Verletzung der Integrität der Berechnungen anzuzeigen. Dies ist eine Form der Fehlererkennung.
Babbage erwog auch die Verwendung anderer Zahlensysteme als der Dezimalzahl, einschließlich binärer und Basis 3, 4, 5, 12, 16 und 100. Er entschied sich für die Dezimalzahl wegen ihrer Vertrautheit und technischen Effizienz, da sie sich stark reduziert die Anzahl der beweglichen Teile.
Differenzmaschine 1
Im Jahr 1821 begann Babbage mit der Entwicklung eines Mechanismus zur Berechnung und tabellarischen Darstellung von Polynomfunktionen. Der Autor beschreibt es als ein Gerät zur automatischen Berechnung einer Wertefolge mit automatischem Ausdruck der Ergebnisse in Form einer Tabelle. Ein integraler Bestandteil des Designs ist ein Drucker, der mechanisch mit dem Berechnungsabschnitt verbunden ist. Difference Engine 1 ist das erste vollständige Design zur automatischen Berechnung.
Von Zeit zu Zeit änderte Babbage die Funktionalität des Geräts. Ein Entwurf von 1830 zeigt eine Maschine, die für 16 Ziffern und 6 Differenzordnungen ausgelegt ist. Das Modell bestand aus 25.000 Teilen, die zu gleichen Teilen zwischen der Computerabteilung und dem Drucker aufgeteilt waren. Wäre das Gerät gebaut worden, hätte es schätzungsweise 4 Tonnen gewogen und wäre 2,4 Meter hoch gewesen. Die Arbeit an Babbages Differenzmaschine wurde 1832 nach einem Streit mit dem Ingenieur Joseph Clement eingestellt. Die staatliche Finanzierung endete schließlich 1842
Analytical Engine
Als die Arbeit am Differenzapparat ins Stocken geriet, konzipierte Babbage 1834 ein ehrgeizigeres Gerät, das später als Analytical Universal Programmable Computing Engine bekannt wurde. Die strukturellen Eigenschaften von Babbages Maschine entsprechen weitgehend den Grundbausteinen eines modernen Digitalcomputers. Die Programmierung erfolgt über Lochkarten. Diese Idee wurde vom Jacquard-Webstuhl übernommen, wo sie verwendet werden, um komplexe Textilmuster zu erstellen.
Die logische Struktur von Babbages Analytical Engine entspricht im Grunde dem vorherrschenden Design von Computern des elektronischen Zeit alters, das das Vorhandensein von Speicher ("store"), getrennt von der zentralen Verarbeitungseinheit ("mill"), sequentiell impliziert Ausführung von Operationen und Einrichtungen zur Eingabe und Ausgabe von Daten und Anweisungen. Daher erhielt der Autor der Entwicklung zu Recht den Titel eines Pioniers der Computertechnologie.
Speicher und CPU
Babbages Maschine hat einen "Speicher", in dem Zahlen und Zwischenergebnisse gespeichert werden, sowie eine separate "Mühle", in der arithmetische Verarbeitungen durchgeführt werden. Sie hatte einen Satz von 4 arithmetischen Funktionen und konnte direkte Multiplikation und Division durchführen. Darüber hinaus war das Gerät in der Lage, Operationen auszuführen, die heute als bedingte Verzweigung, Schleife (Iteration), Mikroprogrammierung, Parallelverarbeitung, Fixierung, Impulsformung usw. bezeichnet werden. Der Autor selbst hat eine solche Terminologie nicht verwendet.
Die CPU von Charles Babbages Analytical Engine, die er "Mühle" nannte, liefert:
- Speicherung von Zahlen, an denen sofort Operationen ausgeführt werden, in Registern;
- hat die Hardware, um grundlegende arithmetische Operationen an ihnen auszuführen;
- Überführung von nutzerorientierten externen Anweisungen in eine detaillierte interne Kontrolle;
- Zeitsystem (Uhr), um Anweisungen in einer sorgfältig ausgewählten Reihenfolge auszuführen.
Der Steuermechanismus der analytischen Engine führt Operationen automatisch aus und besteht aus zwei Teilen: einer unteren Ebene, die von massiven Trommeln, sogenannten Fässern, gesteuert wird, und einer oberen Ebene, die Lochkarten verwendet, die von Jacquard für Webstühle entwickelt wurden, die im frühen 19. Jahrhundert weit verbreitet waren.
Ausgabegeräte
Das Ergebnis von Berechnungen wird auf verschiedene Weise angezeigt, einschließlich Drucken, Lochkarten, Plotten undAutomatische Produktion von Stereotypen - Schalen aus weichem Material, auf die das Ergebnis gedruckt wird und die als Form für Druckplatten dienen können.
Neues Design
Babbages Pionierarbeit an der Analytical Engine war 1840 weitgehend abgeschlossen und begann mit der Entwicklung eines neuen Geräts. Zwischen 1847 und 1849 schloss er die Entwicklung der Differenzmaschine Nr. 2 ab, die eine verbesserte Version des Originals war. Diese Modifikation wurde für Operationen mit 31-Bit-Zahlen entwickelt und konnte jedes Polynom der 7. Ordnung tabellieren. Das Design war exquisit einfach und erforderte nur ein Drittel der Teileanzahl des Originalmodells bei gleicher Rechenleistung.
Die Differenz- und Analyse-Engines von Charles Babbage verwendeten das gleiche Design des Ausgabegeräts, das nicht nur Ausdrucke auf Papier erstellte, sondern auch automatisch Stereotypen erstellte und die Formatierung gemäß dem vom Betreiber vorgegebenen Seitenlayout selbstständig durchführte. Gleichzeitig war es möglich, Zeilenhöhe, Sp altenanzahl, Feldbreiten, automatisches F alten von Zeilen oder Sp alten und Anordnung von Leerzeilen zur besseren Lesbarkeit anzupassen.
Legacy
Abgesehen von einigen teilweise erstellten mechanischen Baugruppen und Testmodellen kleiner Arbeitsabschnitte wurde keiner der Entwürfe zu Babbages Lebzeiten vollständig realisiert. Das Hauptmodell, das 1832 zusammengebaut wurde, war 1/7 der Differenzmaschine Nr. 1, die bestandaus etwa 2 Tausend Teilen. Es funktioniert bis heute einwandfrei und ist der erste erfolgreiche Rechenautomat, der mathematische Berechnungen in einen Mechanismus umsetzt. Babbage starb, während der kleine experimentelle Teil der Analytical Engine zusammengebaut wurde. Viele Details der Konstruktion sind erh alten geblieben, ebenso ein komplettes Archiv mit Zeichnungen und Notizen.
Babbages Entwürfe für riesige mechanische Computer gelten als eine der beeindruckendsten intellektuellen Errungenschaften des 19. Jahrhunderts. Erst in den letzten Jahrzehnten wurde sein Werk eingehend studiert, und die Bedeutung seines Schaffens wird immer deutlicher.
