Charles Babbage (1791-1871) - người tiên phong sáng tạo ra công nghệ điện toán, người đã phát triển 2 lớp máy tính - khác biệt và phân tích. Phương pháp đầu tiên trong số chúng có tên do nguyên lý toán học dựa trên đó - phương pháp của sự khác biệt hữu hạn. Vẻ đẹp của nó nằm ở chỗ độc quyền sử dụng phép cộng số học mà không cần dùng đến phép nhân và phép chia, vốn rất khó thực hiện một cách máy móc.
Hơn cả một chiếc máy tính
Babbage's Difference Engine là một thiết bị đếm. Cô ấy điều khiển các con số theo cách duy nhất mà cô ấy có thể, liên tục cộng chúng lại theo phương pháp chênh lệch hữu hạn. Nó không thể được sử dụng cho các phép tính số học chung. Công cụ phân tích của Babbage không chỉ là một máy tính. Nó đánh dấu sự chuyển đổi từ cơ giới hóa số học sang tính toán mục đích chung quy mô đầy đủ. Ở các giai đoạn khác nhau của quá trình phát triển các ý tưởng của Babbagecó ít nhất 3 dự án. Do đó, các công cụ phân tích của anh ấy tốt nhất nên được gọi ở số nhiều.
Thuận tiện và hiệu quả kỹ thuật
Máy tính của Babbage có dạng thập phân theo nghĩa là chúng sử dụng 10 chữ số từ 0 đến 9 và kỹ thuật số ở chỗ chúng chỉ hoạt động với các số nguyên. Giá trị được biểu thị bằng bánh răng và mỗi chữ số có bánh xe riêng. Nếu nó dừng lại ở vị trí trung gian giữa các giá trị nguyên, thì kết quả được coi là không xác định và máy bị chặn để cho thấy sự vi phạm tính toàn vẹn của các phép tính. Đây là một hình thức phát hiện lỗi.
Babbage cũng xem xét việc sử dụng các hệ thống số không phải hệ thập phân, bao gồm hệ nhị phân và cơ số 3, 4, 5, 12, 16 và 100. Anh ấy quyết định sử dụng hệ thập phân vì sự quen thuộc và hiệu quả kỹ thuật của nó, vì nó giảm đáng kể số lượng các bộ phận chuyển động.
Công cụ khác biệt1
Năm 1821, Babbage bắt đầu được phát triển với một cơ chế được thiết kế để tính toán và lập bảng các hàm đa thức. Tác giả mô tả nó như một thiết bị tự động tính toán một chuỗi giá trị với tính năng tự động in kết quả dưới dạng bảng. Một phần không thể thiếu của thiết kế là một máy in được kết nối cơ học với phần tính toán. Difference Engine1 là thiết kế hoàn chỉnh đầu tiên dành cho tính toán tự động.
Thỉnh thoảng Babbage đã thay đổi chức năng của thiết bị. Một thiết kế năm 1830 mô tả một cỗ máy được thiết kế với 16 chữ số và 6 bậc chênh lệch. Mô hình bao gồm 25 nghìn phần, được chia đều cho phần máy tính và máy in. Nếu thiết bị này được chế tạo, nó sẽ nặng ước tính 4 tấn và cao 2,4 mét. Công việc trên Babbage's Difference Engine đã bị tạm dừng vào năm 1832 sau một cuộc tranh cãi với kỹ sư Joseph Clement. Nguồn tài trợ của chính phủ cuối cùng đã kết thúc vào năm 1842
Công cụ phân tích
Khi công việc về bộ máy khác biệt bị đình trệ, vào năm 1834, Babbage đã hình thành một thiết bị tham vọng hơn, sau này được gọi là Công cụ Máy tính Lập trình Đa năng Phân tích. Các đặc tính cấu trúc của máy Babbage phần lớn tương ứng với các khối xây dựng cơ bản của một máy tính kỹ thuật số hiện đại. Lập trình được thực hiện bằng cách sử dụng thẻ đục lỗ. Ý tưởng này được lấy từ khung dệt jacquard, nơi chúng được sử dụng để tạo ra các mẫu dệt phức tạp.
Cấu trúc lôgic của Công cụ phân tích của Babbage về cơ bản tương ứng với thiết kế chủ đạo của máy tính thời đại điện tử, ngụ ý sự hiện diện của bộ nhớ ("lưu trữ"), tách biệt với đơn vị xử lý trung tâm ("cối xay"), tuần tự thực hiện các hoạt động và cơ sở cho đầu vào và đầu ra của dữ liệu và hướng dẫn. Vì vậy, tác giả của sự phát triển đã nhận được danh hiệu người tiên phong về công nghệ máy tính một cách khá xứng đáng.
Bộ nhớ và CPU
Máy củaBabbage có một "cửa hàng" nơi lưu trữ các con số và kết quả trung gian, cũng như một "nhà máy" riêng biệt, nơi xử lý số học được thực hiện. Cô ấy có một bộ 4 hàm số học và có thể thực hiện các phép nhân và chia trực tiếp. Ngoài ra, thiết bị có khả năng thực hiện các hoạt động mà ngày nay được gọi là phân nhánh có điều kiện, vòng lặp (lặp lại), lập trình vi mô, xử lý song song, sửa chữa, định hình xung, v.v. Bản thân tác giả cũng không sử dụng thuật ngữ như vậy.
CPU của Công cụ phân tích của Charles Babbage, mà ông gọi là "nhà máy", cung cấp:
- lưu trữ các số, các phép toán được thực hiện ngay lập tức, trong sổ đăng ký;
- có phần cứng để thực hiện các phép toán số học cơ bản trên chúng;
- chuyển các hướng dẫn bên ngoài theo định hướng người dùng sang kiểm soát nội bộ chi tiết;
- hệ thống định thời gian (đồng hồ) để thực hiện các hướng dẫn theo một trình tự được lựa chọn cẩn thận.
Cơ chế điều khiển của động cơ phân tích thực hiện các hoạt động một cách tự động và bao gồm hai phần: cấp thấp hơn được điều khiển bởi các thùng phuy lớn gọi là thùng và cấp cao sử dụng các thẻ đục lỗ do Jacquard thiết kế cho khung dệt được sử dụng rộng rãi vào đầu những năm 1800.
Thiết bị đầu ra
Kết quả của các phép tính được hiển thị theo nhiều cách khác nhau, bao gồm in, thẻ đục lỗ, vẽ biểu đồ vàtự động sản xuất khuôn mẫu - khay vật liệu mềm trên đó kết quả được in chìm, có khả năng làm khuôn đúc các tấm để in.
Thiết kế mới
Công việc tiên phong của Babbage về Công cụ phân tích đã được hoàn thành phần lớn vào năm 1840 và bắt đầu phát triển một thiết bị mới. Giữa năm 1847 và 1849, ông đã hoàn thành việc phát triển Difference Engine số 2, phiên bản cải tiến của bản gốc. Sửa đổi này được thiết kế cho các hoạt động với số 31-bit và có thể lập bảng bất kỳ đa thức nào của bậc 7. Thiết kế rất đơn giản, chỉ yêu cầu một phần ba số bộ phận của mô hình ban đầu, đồng thời cung cấp sức mạnh xử lý tương đương.
Sự khác biệt và động cơ phân tích của Charles Babbage đã sử dụng cùng một thiết kế của thiết bị đầu ra, thiết bị này không chỉ tạo ra các bản in trên giấy mà còn tự động tạo ra các khuôn mẫu và thực hiện độc lập việc định dạng theo bố cục trang do người vận hành chỉ định. Đồng thời, có thể điều chỉnh chiều cao dòng, số cột, độ rộng trường, tự động gấp hàng hoặc cột và sắp xếp các dòng trống để dễ đọc.
Di sản
Ngoài một số cụm cơ khí được tạo ra từng phần và các mô hình thử nghiệm của các bộ phận làm việc nhỏ, không có thiết kế nào được thực hiện đầy đủ trong suốt thời gian tồn tại của Babbage. Mô hình chính được lắp ráp vào năm 1832 là 1/7 của Động cơ khác biệt số 1, bao gồmtừ khoảng 2 nghìn phần. Nó hoạt động hoàn hảo cho đến ngày nay và là thiết bị tính toán tự động thành công đầu tiên thực hiện các phép tính toán học trong một cơ chế. Babbage đã chết trong khi phần thử nghiệm nhỏ của Công cụ phân tích đang được lắp ráp. Nhiều chi tiết của công trình đã được bảo tồn, cũng như một kho lưu trữ đầy đủ các bản vẽ và ghi chú.
Các thiết kế của Babbage dành cho máy tính cơ học khổng lồ được coi là một trong những thành tựu trí tuệ tuyệt vời của thế kỷ 19. Chỉ trong những thập kỷ gần đây, công việc của anh ấy mới được nghiên cứu chi tiết và tầm quan trọng của những gì anh ấy đã làm ngày càng trở nên rõ ràng.
