Charles Babbage (1791-1871) - pionir u stvaranju računalne tehnologije, koji je razvio 2 klase računala - razlika i analitička. Prvi od njih ime je dobio po matematičkom principu na kojem se temelji - metodi konačnih razlika. Njegova ljepota leži u isključivoj upotrebi aritmetičkog zbrajanja bez potrebe za pribjegavanjem množenju i dijeljenju, koje je teško mehanički provesti.
Više od kalkulatora
Babbage's Difference Engine je uređaj za brojanje. Ona manipulira brojevima na jedini način na koji može, neprestano ih zbrajajući metodom konačnih razlika. Ne može se koristiti za opća aritmetička izračunavanja. Babbageov analitički stroj puno je više od običnog kalkulatora. Označava prijelaz s mehanizirane aritmetike na računalstvo opće namjene punog opsega. U različitim fazama evolucije Babbageovih idejapostojala su najmanje 3 projekta. Stoga se njegove analitičke mašine najbolje spominju u množini.
Pogodnost i inženjerska učinkovitost
Babbageova računala su decimalna u smislu da koriste 10 znamenki od 0 do 9, a digitalna po tome što rade samo s cijelim brojevima. Vrijednosti su predstavljene zupčanicima, a svaka znamenka ima svoj kotač. Ako se zaustavi na međupoložaju između cjelobrojnih vrijednosti, tada se rezultat smatra neodređenim, a stroj se blokira kako bi pokazao kršenje integriteta izračuna. Ovo je oblik otkrivanja pogreške.
Babbage je također razmatrao korištenje brojevnih sustava koji nisu decimalni, uključujući binarni i bazu 3, 4, 5, 12, 16 i 100. Odlučio se na decimalni sustav zbog njegove poznatosti i inženjerske učinkovitosti, jer uvelike smanjuje broj pokretnih dijelova.
Razlika motor 1
Godine 1821. Babbage je započeo razvoj s mehanizmom dizajniranim za izračunavanje i tabeliranje polinomskih funkcija. Autor ga opisuje kao uređaj za automatsko izračunavanje niza vrijednosti s automatskim ispisom rezultata u obliku tablice. Sastavni dio dizajna je pisač mehanički spojen na proračunski dio. Difference Engine 1 je prvi kompletan dizajn za automatski izračun.
S vremena na vrijeme Babbage je mijenjao funkcionalnost uređaja. Dizajn iz 1830. prikazuje stroj dizajniran za 16 znamenki i 6 redova razlike. Model se sastojao od 25 tisuća dijelova, jednako podijeljenih između računalnog dijela i pisača. Da je uređaj napravljen, težio bi oko 4 tone i bio visok 2,4 m. Rad na Babbageovom Difference Engineu zaustavljen je 1832. nakon spora s inženjerom Josephom Clementom. Državno financiranje konačno je prestalo 1842.
Analitički stroj
Kad je rad na aparatu za razliku stao, Babbage je 1834. osmislio ambiciozniji uređaj, koji je kasnije postao poznat kao analitička univerzalna programibilna računalna mašina. Strukturna svojstva Babbageovog stroja uvelike odgovaraju osnovnim građevnim blokovima modernog digitalnog računala. Programiranje se vrši pomoću bušenih kartica. Ova ideja preuzeta je iz žakardnog tkalačkog stana, gdje se koriste za stvaranje složenih tekstilnih uzoraka.
Logična struktura Babbageovog analitičkog stroja u osnovi odgovara dominantnom dizajnu računala elektroničkog doba, što implicira prisutnost memorije ("store"), odvojene od središnje procesorske jedinice ("mlin"), sekvencijalne izvođenje operacija i mogućnosti za unos i izlaz podataka i instrukcija. Stoga je autor razvoja sasvim zasluženo dobio titulu pionira računalne tehnologije.
Memorija i CPU
Babbageov stroj ima "trgovinu" gdje se pohranjuju brojevi i međurezultati, kao i poseban "mlin" u kojem se vrši aritmetička obrada. Imala je skup od 4 aritmetičke funkcije i mogla je izvoditi izravno množenje i dijeljenje. Osim toga, uređaj je bio sposoban izvoditi operacije koje se danas nazivaju uvjetno grananje, petlja (iteracija), mikroprogramiranje, paralelna obrada, fiksiranje, oblikovanje impulsa, itd. Sam autor nije koristio takvu terminologiju.
CPU analitičke mašine Charlesa Babbagea, koju je nazvao "mlin", pruža:
- pohrana brojeva, operacije na kojima se izvode odmah, u registrima;
- ima hardver za izvođenje osnovnih aritmetičkih operacija na njima;
- prijenos korisnički orijentiranih vanjskih uputa na detaljnu internu kontrolu;
- sustav vremena (sat) za izvršavanje instrukcija u pažljivo odabranom slijedu.
Upravljački mehanizam analitičke mašine obavlja operacije automatski i sastoji se od dva dijela: niže razine kontrolirane masivnim bubnjevima zvanim bačve, i visoke razine pomoću bušenih kartica koje je dizajnirao Jacquard za tkalačke stanke koji su se široko koristili u ranim 1800-im.
Izlazni uređaji
Rezultat izračuna se prikazuje na razne načine, uključujući ispis, bušene kartice, crtanje iautomatska proizvodnja stereotipa - ladice od mekog materijala na koje je utisnut rezultat, koji mogu poslužiti kao kalup za lijevanje ploča za tisak.
Novi dizajn
Babbageov pionirski rad na analitičkom stroju uvelike je završen do 1840. i počeo je razvijati novi uređaj. Između 1847. i 1849. dovršio je razvoj Difference Engine No. 2, koji je bio poboljšana verzija originala. Ova modifikacija je dizajnirana za operacije s 31-bitnim brojevima i mogla je tablično prikazati bilo koji polinom 7. reda. Dizajn je bio izuzetno jednostavan, zahtijevao je samo trećinu dijela originalnog modela, dok je pružao jednaku snagu obrade.
Razlika i analitički motori Charlesa Babbagea koristili su isti dizajn izlaznog uređaja, koji ne samo da je ispisivao na papiru, već i automatski stvarao stereotipe i samostalno izvodio formatiranje prema izgledu stranice koji je odredio operater. Istovremeno je bilo moguće podesiti visinu reda, broj stupaca, širine polja, automatsko presavijanje redaka ili stupaca i raspored praznih redaka radi čitljivosti.
Naslijeđe
Osim nekoliko djelomično kreiranih mehaničkih sklopova i testnih modela malih radnih sekcija, niti jedan od dizajna nije u potpunosti realiziran tijekom Babbageovog života. Glavni model sastavljen 1832. bio je 1/7 Difference Engine br. 1, koji se sastojao odod oko 2 tisuće dijelova. Do danas radi besprijekorno i prvi je uspješan automatski računalni uređaj koji implementira matematičke izračune u mehanizam. Babbage je umro dok se sastavljao mali eksperimentalni dio Analitičke mašine. Sačuvani su mnogi detalji gradnje, kao i kompletna arhiva crteža i bilješki.
Babbageov dizajn velikih mehaničkih računala smatra se jednim od zapanjujućih intelektualnih dostignuća 19. stoljeća. Tek posljednjih desetljeća njegov se rad detaljno proučava, a važnost onoga što je učinio postaje sve očiglednija.
