چارلز بابیج (1791-1871) - پیشگام در ایجاد فناوری محاسباتی، که 2 کلاس کامپیوتر را توسعه داد - تفاوت و تحلیل. اولین آنها به دلیل اصل ریاضی که بر اساس آن است - روش تفاوت های متناهی نام خود را گرفت. زیبایی آن در استفاده انحصاری آن از جمع حسابی بدون نیاز به متوسل شدن به ضرب و تقسیم است که اجرای مکانیکی آنها دشوار است.
بیشتر از یک ماشین حساب
موتور تفاوت Babbage یک دستگاه شمارش است. او اعداد را به تنها روشی که می تواند دستکاری می کند و مدام آنها را بر اساس روش تفاوت های متناهی جمع می کند. نمی توان از آن برای محاسبات حسابی عمومی استفاده کرد. موتور تحلیلی بابیج بسیار بیشتر از یک ماشین حساب است. این نشان دهنده گذار از محاسبات مکانیزه به محاسبات با هدف عمومی در مقیاس کامل است. در مراحل مختلف تکامل ایده های بابیجحداقل 3 پروژه وجود دارد. بنابراین، موتورهای تحلیلی او بهتر است به صورت جمع ذکر شوند.
راحتی و کارایی مهندسی
کامپیوترهای بابیج اعشاری هستند به این معنا که از 10 رقم از 0 تا 9 استفاده می کنند و از این نظر دیجیتالی هستند که فقط با اعداد کامل کار می کنند. مقادیر با چرخ دنده ها نشان داده می شوند و هر رقم چرخ مخصوص به خود را دارد. اگر در یک موقعیت متوسط بین مقادیر صحیح متوقف شود، نتیجه نامشخص در نظر گرفته می شود و دستگاه مسدود می شود تا یکپارچگی محاسبات را نشان دهد. این نوعی تشخیص خطا است.
Babbage همچنین استفاده از سیستم‌های اعدادی غیر از اعشار، از جمله باینری و پایه 3، 4، 5، 12، 16، و 100 را در نظر گرفت. تعداد قطعات متحرک.
Difference Engine 1
در سال 1821، بابیج توسعه خود را با مکانیزمی آغاز کرد که برای محاسبه و جدول بندی توابع چند جمله ای طراحی شده بود. نویسنده آن را به عنوان وسیله ای برای محاسبه خودکار دنباله ای از مقادیر با چاپ خودکار نتایج در قالب یک جدول توصیف می کند. بخش جدایی ناپذیر طرح، چاپگری است که به صورت مکانیکی به بخش محاسبات متصل است. Difference Engine 1 اولین طراحی کامل برای محاسبه خودکار است.
هر از چند گاهی بابیج عملکرد دستگاه را تغییر داد. طراحی 1830 ماشینی را به تصویر می کشد که برای 16 رقم و 6 مرتبه تفاوت طراحی شده است. این مدل شامل 25 هزار قسمت بود که به طور مساوی بین بخش محاسبات و چاپگر تقسیم شده بود. اگر دستگاه ساخته می شد، وزن آن حدود 4 تن و ارتفاع آن 2.4 متر بود.کار بر روی موتور تفاوت بابیج در سال 1832 پس از اختلاف با مهندس جوزف کلمنت متوقف شد. بودجه دولت سرانجام در سال 1842 پایان یافت
موتور تحلیلی
وقتی کار بر روی دستگاه تفاوت متوقف شد، در سال 1834 بابیج دستگاه جاه طلبانه تری را طراحی کرد که بعداً به عنوان موتور محاسباتی قابل برنامه ریزی جهانی تحلیلی شناخته شد. خصوصیات ساختاری ماشین بابیج تا حد زیادی با اجزای سازنده یک کامپیوتر دیجیتال مدرن مطابقت دارد. برنامه نویسی با استفاده از کارت های پانچ انجام می شود. این ایده از ماشین بافندگی ژاکارد گرفته شده است، جایی که از آنها برای ایجاد الگوهای پارچه ای پیچیده استفاده می شود.
ساختار منطقی موتور تحلیلی بابیج اساساً با طراحی غالب رایانه های عصر الکترونیک مطابقت دارد، که دلالت بر وجود حافظه ("فروشگاه")، جدا از واحد پردازش مرکزی ("آسیاب")، متوالی دارد. اجرای عملیات و امکانات برای ورودی و خروجی داده ها و دستورالعمل ها. بنابراین، نویسنده توسعه عنوان پیشگام فناوری رایانه را کاملاً شایسته دریافت کرد.
حافظه و CPU
دستگاه بابیج دارای یک "فروشگاه" است که در آن اعداد و نتایج میانی ذخیره می شوند، و همچنین یک "آسیاب" جداگانه که در آن پردازش های حسابی انجام می شود. او مجموعه ای از 4 تابع حسابی داشت و می توانست ضرب و تقسیم مستقیم را انجام دهد. علاوه بر این، این دستگاه قادر به انجام عملیاتی بود که امروزه به آنها انشعاب شرطی، حلقه (تکرار)، ریزبرنامه ریزی، پردازش موازی، تثبیت، شکل دادن به پالس و غیره گفته می شود. خود نویسنده از چنین اصطلاحاتی استفاده نکرده است.
CPU موتور تحلیلی چارلز بابیج، که او آن را "آسیاب" نامید، ارائه می دهد:
- ذخیره اعداد، عملیاتی که بلافاصله روی آنها انجام می شود، در رجیسترها؛
- دارای سخت افزار برای انجام عملیات حسابی پایه بر روی آنها؛
- انتقال دستورالعمل های خارجی کاربر محور به کنترل داخلی دقیق؛
- سیستم زمان‌بندی (ساعت) برای اجرای دستورالعمل‌ها در یک دنباله با دقت انتخاب شده.
مکانیسم کنترل موتور تحلیلی به طور خودکار عملیات را انجام می دهد و از دو بخش تشکیل شده است: یک سطح پایین تر که توسط طبل های عظیمی به نام بشکه کنترل می شود و یک سطح بالا با استفاده از کارت های پانچ که توسط Jacquard برای دستگاه های بافندگی که به طور گسترده در اوایل دهه 1800 استفاده می شد، کنترل می شود.
دستگاه های خروجی
نتایج محاسبات به روش های مختلفی از جمله چاپ، کارت های پانچ، ترسیم وتولید خودکار کلیشه‌ها - سینی‌های مواد نرمی که نتیجه روی آنها حک می‌شود و می‌تواند به عنوان قالبی برای ریخته‌گری صفحات برای چاپ عمل کند.
طراحی جدید
کار پیشگام بابیج بر روی موتور تحلیلی تا حد زیادی تا سال 1840 تکمیل شد و شروع به توسعه دستگاه جدیدی کرد. بین سالهای 1847 و 1849، او توسعه موتور دیفرانسیل شماره 2 را تکمیل کرد که نسخه بهبود یافته‌ای از نسخه اصلی بود. این اصلاح برای عملیات با اعداد 31 بیتی طراحی شده است و می تواند هر چند جمله ای از مرتبه هفتم را جدول بندی کند. طراحی بسیار ساده بود و تنها به یک سوم تعداد قطعات مدل اصلی نیاز داشت و در عین حال قدرت پردازشی برابری داشت.
تفاوت و موتورهای تحلیلی چارلز بابیج از همان طراحی دستگاه خروجی استفاده می کردند که نه تنها چاپ بر روی کاغذ انجام می داد، بلکه به طور خودکار کلیشه ها را ایجاد می کرد و به طور مستقل قالب بندی را مطابق با طرح صفحه مشخص شده توسط اپراتور انجام می داد. در همان زمان، امکان تنظیم ارتفاع خط، تعداد ستون‌ها، عرض فیلد، تا کردن خودکار سطرها یا ستون‌ها و ترتیب خطوط خالی برای خوانایی وجود داشت.
میراث
به غیر از چند مجموعه مکانیکی تا حدی ایجاد شده و مدل‌های آزمایشی بخش‌های کاری کوچک، هیچ یک از طرح‌ها در طول عمر بابیج به طور کامل اجرا نشدند. مدل اصلی مونتاژ شده در سال 1832 1/7 موتور دیفرانسیل شماره 1 بود که شاملاز حدود 2 هزار قسمت این دستگاه تا به امروز بی عیب و نقص کار می کند و اولین دستگاه محاسبات خودکار موفقی است که محاسبات ریاضی را در مکانیزم پیاده سازی می کند. بابیج در حالی که بخش آزمایشی کوچک موتور تحلیلی در حال مونتاژ بود، مرد. بسیاری از جزئیات ساخت و ساز، و همچنین یک آرشیو کامل از نقشه ها و یادداشت ها حفظ شده است.
طراحی های بابیج برای رایانه های مکانیکی عظیم یکی از دستاوردهای فکری خیره کننده قرن نوزدهم به حساب می آید. تنها در دهه‌های اخیر است که کار او به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفته است و اهمیت کاری که او انجام داده است به طور فزاینده‌ای آشکار می‌شود.
