Аналітычная машына Бэббиджа Чарльза: апісанне, асаблівасці, гісторыя і ўласцівасці

Чарльз Бэббидж (1791-1871) - піянер стварэння вылічальнай тэхнікі, які распрацаваў 2 класа вылічальных машын - рознасныя і аналітычныя. Першы з іх сваю назву атрымаў дзякуючы матэматычнаму прынцыпе, на якім заснаваны - метаду канчатковых рознасцяў. Яго прыгажосць заключаецца ў выключным выкарыстанні арыфметычнага складання без неабходнасці звяртацца да множаньню і дзялення, якія складана рэалізаваць механічна.

Больш чым калькулятар

Рознасная машына Бэббиджа ўяўляе сабой падліковая прылада. Яна аперуе лікамі адзіным спосабам, на які здольная, пастаянна складаючы іх у адпаведнасці з метадам канчатковых рознасцяў. Яе нельга выкарыстоўваць для агульных арыфметычных разлікаў. Аналітычная ж машына Бэббиджа значна больш, чым проста калькулятар. Яна азначае пераход ад механізаванай арыфметыкі да чынам паўнапраўным вылічэннях агульнага прызначэння. На розных этапах эвалюцыі ідэй Бэббиджа налічвалася па меншай меры 3 праекты. Таму на яго аналітычныя машыны лепш спасылацца ў множным ліку.

Зручнасць і інжынерная эфектыўнасць

Вылічальныя машыны Бэббиджа з'яўляюцца дзесяцярычнае прыладамі ў тым сэнсе, што яны выкарыстоўваюць 10 лічбаў ад 0 да 9, і лічбавымі таму, што аперуюць толькі з цэлымі лікамі. Значэння прадстаўлены шэсцярнямі, а кожнаму разраду адведзена сваё кола. Калі яно спыняецца ў прамежкавым становішчы паміж цэлымі значэннямі, то вынік лічыцца нявызначаным, а праца машыны блакуецца, каб паказаць парушэнне цэласнасці разлікаў. Гэта з'яўляецца своеасаблівай формай выяўлення памылак.

Бэббидж таксама разглядаў выкарыстанне сістэм злічэння, выдатных ад дзесяцярычнае, у т. Ч. Двайковай і з падставай 3, 4, 5, 12, 16 і 100. Ён спыніўся на дзесяцярычнае па прычыне яе прывычнасці і інжынернай эфектыўнасці, паколькі дзякуючы ёй значна памяншаецца колькасць рухаюцца частак.

Рознасная машына №1

У 1821 г. Бэббидж пачаў распрацоўкі з механізму, прызначанага для разліку і табуляцыі паліномны функцый. Аўтар апісвае яго як прылада для аўтаматычнага вылічэнні паслядоўнасці значэнняў з аўтаматычнай пячаткай вынікаў у выглядзе табліцы. Інтэгральнай часткай канструкцыі з'яўляецца прынтэр, механічна звязаны з разліковай секцыяй. Рознасная машына №1 ўяўляе сабой першую паўнавартасную канструкцыю для аўтаматычнага выканання разлікаў.

Час ад часу Бэббидж мяняў функцыянальныя магчымасці прылады. Дызайн 1830 г. адлюстроўвае машыну, разлічаную на 16 лічбаў і 6 парадкаў рознасці. Мадэль складалася з 25 тыс. Частак, падзеленых пароўну паміж вылічальнай секцыяй і друкаркай. Калі б прылада было пабудавана, то важыла б, паводле ацэнак, 4 т і мела б вышыню 2,4 м. Праца па стварэнні рознасныя машыны Бэббиджа была спыненая ў 1832 г., пасля спрэчкі з інжынерам Джозэфам Клементам. Дзяржаўнае фінансаванне канчаткова спынілася ў 1842 г.

аналітычная машына

Калі праца над рознасныя апаратам застапарылася, ў 1834 годзе Бэббидж задумаў больш амбіцыйнае прылада, якое пазней атрымала назву аналітычнага універсальнага праграмуемага вылічальнага механізму. Структурныя ўласцівасці машыны Бэббиджа шмат у чым адпавядаюць асноўных блоках сучаснай лічбавай кампутара. Праграмаванне вырабляецца з дапамогай перфакарт. Гэтая ідэя была запазычана ў жакардавых ткацкага станка, дзе яны служаць для стварэння складаных тэкстыльных ўзораў.

Лагічная структура аналітычнай машыны Бэббиджа ў асноўным адпавядае дамінантнаму дызайне кампутараў электроннай эры, які мае на ўвазе наяўнасць памяці ( «крамы»), аддзеленай ад цэнтральнага працэсара ( «млыны»), паслядоўнае выкананне аперацый і сродкі для ўводу і вываду даных і інструкцый. Таму званне піянера вылічальнай тэхнікі аўтар распрацоўкі атрымаў цалкам заслужана.

Памяць і цэнтральны працэсар

У машыны Бэббиджа ёсць «крама», дзе захоўваюцца колькасці і прамежкавыя вынікі, а таксама асобная «млын», дзе выконвалася арыфметычная апрацоўка. Яна мела набор з 4 арыфметычных функцый і магла выконваць прамое множанне і дзяленне. Акрамя таго, прылада было здольна вырабляць аперацыі, якія зараз атрымалі назвы ўмоўнага разгалінавання, цыклу (ітэрацыі), микропрограммирования, паралельнай апрацоўкі, фіксацыі, фарміравання імпульсаў і т. П. Сам аўтар такую тэрміналёгію не выкарыстоўваў.

ЦПУ аналітычнай машыны Чарльза Бэббиджа, якое ён называў «млыном», забяспечвае:

• захоўванне лікаў, аперацыі над якімі вырабляюцца неадкладна, у рэгістрах;
• мае апаратныя сродкі для творы з імі асноўных арыфметычных аперацый;
• перадачу арыентаваных на карыстальніка знешніх інструкцый у дэталёвае ўнутранае кіраванне;
• сістэму сінхранізацыі (такт) для выканання інструкцый у старанна падабранай паслядоўнасці.

Механізм кіравання аналітычнай машыны выконвае аперацыі аўтаматычна і складаецца з двух частак: ніжняга ўзроўню, кантраляванага масіўнымі барабанамі, званымі бочкамі, і высокага ўзроўню, які выкарыстоўвае перфакарты, распрацаванымі жаккард для ткацкіх станкоў, шырока прымяняліся ў пачатку 1800-х гадоў.

прылады высновы

Вынік вылічэнняў выводзіцца рознымі спосабамі, уключаючы друк, перфакарты, пабудову графікаў і аўтаматычнае вытворчасць стэрэатыпаў - латкоў з мяккага матэрыялу, на якіх вырабляецца адбітак выніку, здольных служыць формай для адліўкі пласцін для друку.

Новая канструкцыя

Наватарскую працу над аналітычнай машынай Бэббидж у асноўным завяршыў да 1840 г. i пачаў распрацоўваць новае прыладу. У перыяд з 1847 па 1849 год ён скончыў распрацоўку рознасныя машыны №2, якая ўяўляла сабой палепшаную версію арыгінала. Гэтая мадыфікацыя была разлічана на аперацыі з 31-разраднымі лікамі і магла прывесці ў таблічную форму любой Паліны 7-га парадку. Дызайн быў вытанчана простым і патрабаваў толькі трэцюю частку ад колькасці дэталяў першапачатковай мадэлі, забяспечваючы роўную з ёй вылічальную магутнасць.

У рознасныя і аналітычнай машынах Чарльза Бэббиджа выкарыстоўвалася адна і тая ж канструкцыя прылады высновы, якое не толькі рабіла раздрукоўку на паперы, але і аўтаматычна стварала стэрэатыпы і самастойна вырабляла фарматаванне паводле зададзенага аператарам макету старонкі. Пры гэтым прадугледжвалася магчымасць налады вышыні радкі, колькасці слупкоў, шырыні палёў, забяспечваліся аўтаматычнае згортванне радкоў ці слупкоў і расстаноўка пустых радкоў для зручнасці чытання.

спадчына

Акрамя некалькіх часткова створаных механічных зборак і тэставых мадэляў невялікіх працоўных секцый, ні адна з канструкцый не была рэалізаваная цалкам на працягу жыцця Бэббиджа. Асноўная сабраная ў 1832 г. мадэль была 1/7 часткай рознасныя машыны №1, якая складалася прыкладна з 2 тыс. Дэталяў. Яна бездакорна працуе па сённяшні дзень і з'яўляецца першым паспяховым аўтаматычным вылічальнай прыладай, якое рэалізуе матэматычныя разлікі ў механізме. Бэббидж памёр, калі збіралася невялікая эксперыментальная частка аналітычнай машыны. Многія дэталі канструкцыі захаваліся, як і поўны архіў чарцяжоў і запісак.

Праекты велізарных механічных вылічальных машын Бэббиджа лічацца адным з узрушаючых інтэлектуальных дасягненняў XIX стагоддзя. Толькі ў апошнія дзесяцігоддзі яго праца была дэталёва вывучана, і ступень важнасці таго, што ён зрабіў, становіцца ўсё больш відавочнай.