Charles Babbage (1791-1871) - pionir u stvaranju računarske tehnologije, koji je razvio 2 klase računara - razliku i analitiku. Prvi od njih ime je dobio po matematičkom principu na kojem se zasniva - metodi konačnih razlika. Njegova ljepota leži u isključivoj upotrebi aritmetičkog sabiranja bez potrebe za pribjegavanjem množenju i dijeljenju, koje je teško mehanički implementirati.
Više od kalkulatora
Babbage's Difference Engine je uređaj za brojanje. Ona manipuliše brojevima na jedini način na koji može, neprestano ih zbrajajući po metodi konačnih razlika. Ne može se koristiti za opšta aritmetička izračunavanja. Babbageova analitička mašina je mnogo više od običnog kalkulatora. Označava prelazak sa mehanizovane aritmetike na računarstvo opšte namene u punoj veličini. U različitim fazama evolucije Babbageovih idejapostojala su najmanje 3 projekta. Stoga se njegove analitičke mašine najbolje spominju u množini.
Pogodnost i inženjerska efikasnost
Babbageovi kompjuteri su decimalni u smislu da koriste 10 cifara od 0 do 9, a digitalni po tome što rade samo s cijelim brojevima. Vrijednosti su predstavljene zupčanicima, a svaka cifra ima svoj točak. Ako se zaustavi na međupoziciji između cjelobrojnih vrijednosti, tada se rezultat smatra neodređenim, a mašina se blokira kako bi pokazala kršenje integriteta proračuna. Ovo je oblik detekcije greške.
Babbage je takođe razmatrao upotrebu brojevnih sistema koji nisu decimalni, uključujući binarni i bazu 3, 4, 5, 12, 16 i 100. Odlučio se za decimalni broj zbog njegove poznatosti i inženjerske efikasnosti, jer uveliko smanjuje broj pokretnih dijelova.
Difference Engine 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 sa automatskim ispisom rezultata u obliku tabele. Sastavni dio dizajna je štampač koji je mehanički povezan sa računskim dijelom. Difference Engine 1 je prvi kompletan dizajn za automatsko izračunavanje.
S vremena na vrijeme Babbage je mijenjao funkcionalnost uređaja. Dizajn iz 1830. prikazuje mašinu dizajniranu za 16 cifara i 6 redova razlike. Model se sastojao od 25 hiljada delova, podjednako podeljenih između računarske sekcije i štampača. 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 sa inženjerom Josephom Clementom. Državno finansiranje konačno je prestalo 1842.
Analytical Engine
Kada je rad na aparatu za razliku stao, 1834. godine Babbage je osmislio ambiciozniji uređaj, koji je kasnije postao poznat kao analitička univerzalna programabilna računarska mašina. Strukturna svojstva Babbageove mašine u velikoj meri odgovaraju osnovnim građevnim blokovima modernog digitalnog računara. Programiranje se vrši pomoću bušenih kartica. Ova ideja je preuzeta iz žakardnog razboja, gdje se koriste za kreiranje složenih tekstilnih uzoraka.
Logička struktura Babbageovog analitičkog motora u osnovi odgovara dominantnom dizajnu računara elektronskog doba, što implicira prisustvo memorije ("store"), odvojene od centralne procesorske jedinice ("mlin"), sekvencijalne izvršenje operacija i mogućnosti za unos i izlaz podataka i instrukcija. Stoga je autor razvoja sasvim zasluženo dobio titulu pionira računarske tehnologije.
Memorija i CPU
Babbageova mašina ima "prodavnicu" u kojoj 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 direktno množenje i dijeljenje. Osim toga, uređaj je bio sposoban za obavljanje operacija koje se sada nazivaju uslovno 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:
- skladištenje brojeva, operacije na kojima se obavljaju odmah, u registrima;
- ima hardver za obavljanje osnovnih aritmetičkih operacija na njima;
- prenošenje eksternih instrukcija orijentisanih na korisnika na detaljnu internu kontrolu;
- vremenski sistem (sat) za izvršavanje instrukcija u pažljivo odabranom nizu.
Kontrolni mehanizam analitičke mašine obavlja operacije automatski i sastoji se od dva dela: nižeg nivoa kontrolisanog masivnim bubnjevima zvanim bačve, i visokog nivoa koji koristi bušene kartice koje je dizajnirao Jacquard za razboje koji su se široko koristili u ranim 1800-im.
Izlazni uređaji
Rezultat proračuna se prikazuje na različite načine, uključujući štampanje, bušene kartice, crtanje iautomatska proizvodnja stereotipa - tacne od mekog materijala na kojima je utisnut rezultat, sposoban da posluži kao kalup za livenje ploča za štampu.
Novi dizajn
Babbageov pionirski rad na analitičkom stroju je uglavnom završen do 1840. godine i počeo je razvijati novi uređaj. Između 1847. i 1849. završio je razvoj Difference Engine-a br. 2, koji je bio poboljšana verzija originala. Ova modifikacija je dizajnirana za operacije sa 31-bitnim brojevima i mogla je tabelarno prikazati bilo koji polinom 7. reda. Dizajn je bio izuzetno jednostavan, zahtijevao je samo trećinu dijela originalnog modela, istovremeno pružajući jednaku snagu obrade.
Razlika i analitički motori Charlesa Babbagea koristili su isti dizajn izlaznog uređaja, koji ne samo da je ispisivao na papiru, već je i automatski kreirao stereotipe i samostalno vršio formatiranje prema izgledu stranice koji je odredio operater. Istovremeno, bilo je moguće podesiti visinu reda, broj kolona, širinu polja, automatsko savijanje redova ili kolona i raspored praznih redova radi čitljivosti.
Legacy
Osim nekoliko djelimično kreiranih mehaničkih sklopova i test modela malih radnih sekcija, nijedan od dizajna nije u potpunosti realizovan tokom Babbageovog života. Glavni model sastavljen 1832. bio je 1/7 Difference Engine br. 1, koji se sastojao odod oko 2 hiljade delova. Do danas radi besprijekorno i prvi je uspješan automatski računarski uređaj koji implementira matematičke proračune u mehanizam. Babbage je umro dok se sastavljao mali eksperimentalni dio Analitičke mašine. Sačuvani su mnogi detalji izgradnje, kao i kompletna arhiva crteža i bilješki.
Babbageov dizajn za ogromne mehaničke kompjutere smatra se jednim od zapanjujućih intelektualnih dostignuća 19. stoljeća. Tek posljednjih decenija njegov rad je detaljno proučavan, a važnost onoga što je uradio postaje sve očiglednija.
