Charles Babbage (1791-1871) – arvutustehnoloogia loomise teerajaja, kes töötas välja 2 klassi arvuteid – erinevus- ja analüütilised. Esimene neist sai oma nime tänu selle aluseks olevale matemaatilisele põhimõttele – lõplike erinevuste meetodile. Selle ilu seisneb ainult aritmeetilise liitmise kasutamises, ilma et oleks vaja kasutada korrutamist ja jagamist, mida on raske mehaaniliselt rakendada.
Rohkem kui kalkulaator
Babbage'i erinevuste mootor on loendusseade. Ta manipuleerib numbritega ainult võimalikul viisil, liidab neid pidev alt lõplike erinevuste meetodil. Seda ei saa kasutada üldisteks aritmeetilisteks arvutusteks. Babbage'i analüütiline mootor on palju enamat kui lihts alt kalkulaator. See tähistab üleminekut mehhaniseeritud aritmeetik alt täismahus üldotstarbelisele andmetöötlusele. Babbage’i ideede arengu eri etappideloli vähem alt 3 projekti. Seetõttu on tema analüütilistele mootoritele kõige parem viidata mitmuses.
Mugavus ja inseneri tõhusus
Babbage'i arvutid on kümnendkohad selles mõttes, et nad kasutavad 10 numbrit vahemikus 0 kuni 9, ja digitaalsed, kuna need töötavad ainult täisarvudega. Väärtused on tähistatud hammasratastega ja igal numbril on oma ratas. Kui see peatub täisarvude väärtuste vahepealses kohas, loetakse tulemus määramatuks ja masin blokeeritakse, et näidata arvutuste terviklikkuse rikkumist. See on vigade tuvastamise vorm.
Babbage kaalus ka muude arvusüsteemide kui kümnendarvude kasutamist, sealhulgas kahendsüsteemi ja 3, 4, 5, 12, 16 ja 100 baasarvude kasutamist. Ta otsustas kümnendsüsteemile, kuna see on tuttav ja tehniline tõhusus, kuna see vähendab oluliselt liikuvate osade arv.
Erinevusmootor 1
Aastal 1821 alustas Babbage väljatöötamist mehhanismiga, mis oli mõeldud polünoomfunktsioonide arvutamiseks ja tabelite esitamiseks. Autor kirjeldab seda kui seadet väärtuste jada automaatseks arvutamiseks koos tulemuste automaatse printimisega tabeli kujul. Disaini lahutamatuks osaks on arvutussektsiooniga mehaaniliselt ühendatud printer. Difference Engine 1 on esimene täielik automaatse arvutamise disain.
Aeg-aj alt muutis Babbage seadme funktsionaalsust. 1830. aasta kujundus kujutab masinat, mis on konstrueeritud 16 numbri ja 6 järgu erinevuse jaoks. Mudel koosnes 25 tuhandest osast, mis jagunesid võrdselt arvutusosa ja printeri vahel. Kui seade oleks ehitatud, oleks see kaalunud hinnanguliselt 4 tonni ja olnud 2,4 meetrit kõrge. Töö Babbage'i vahemootori kallal peatati 1832. aastal pärast vaidlust insener Joseph Clementiga. Valitsuse rahastamine lõppes lõpuks aastal 1842
Analüütiline mootor
Kui töö erinevuste aparatuuri kallal takerdus, mõtles Babbage aastal 1834 välja ambitsioonikama seadme, mis sai hiljem tuntuks kui analüütiline universaalne programmeeritav andmetöötlusmootor. Babbage’i masina ehituslikud omadused vastavad suures osas tänapäevase digitaalarvuti põhilistele ehitusplokkidele. Programmeerimine toimub perfokaartide abil. See idee on võetud žakaarkangast, kus neid kasutatakse keerukate tekstiilimustrite loomiseks.
Babbage'i analüütilise mootori loogiline struktuur vastab põhimõtteliselt elektroonikaajastu arvutite domineerivale disainile, mis eeldab mälu ("pood") olemasolu, mis on eraldatud keskseadmest ("veskist") andmete ja käskude sisestamiseks ja väljastamiseks vajalike toimingute ja rajatiste teostamine. Seetõttu sai arenduse autor arvutitehnoloogia pioneeri tiitli täiesti vääriliselt.
Mälu ja protsessor
Babbage'i masinal on "pood", kus hoitakse numbreid ja vahetulemusi, samuti eraldi "veski", kus teostatakse aritmeetiline töötlemine. Tal oli 4 aritmeetilist funktsiooni ja ta suutis teha otsest korrutamist ja jagamist. Lisaks oli seade võimeline sooritama toiminguid, mida tänapäeval nimetatakse tingimuslikuks hargnemiseks, tsükliks (iteratsiooniks), mikroprogrammeerimiseks, paralleeltöötluseks, fikseerimiseks, impulsi kujundamiseks jne. Autor ise sellist terminoloogiat ei kasutanud.
Charles Babbage'i analüütilise mootori protsessor, mida ta nimetas "veskiks", pakub:
- numbrite salvestamine, mille toimingud tehakse koheselt, registrites;
- on riistvara nendega põhiliste aritmeetiliste toimingute tegemiseks;
- kasutajale suunatud välisjuhiste ülekandmine üksikasjalikule sisekontrollile;
- ajastussüsteem (kell) juhiste täitmiseks hoolik alt valitud järjestuses.
Analüütilise mootori juhtimismehhanism teostab toiminguid automaatselt ja koosneb kahest osast: alumisest tasemest, mida juhivad massiivsed trumlid, mida nimetatakse tünnideks, ja kõrget taset, kasutades perfokaarte, mille Jacquard konstrueeris 1800. aastate alguses laialdaselt kasutatud kangastelgede jaoks.
Väljundseadmed
Arvutuste tulemust kuvatakse mitmel erineval viisil, sealhulgas printimisel, perfokaartidel, joonistamisel jaStereotüüpide automaatne tootmine – pehmest materjalist kandikud, millele on trükitud tulemus ja mis on võimelised toimima trükkimiseks mõeldud plaatide valamisvormina.
Uus disain
Babbage’i teedrajav töö analüütilise mootori kallal viidi suures osas lõpule 1840. aastaks ja hakkas välja töötama uut seadet. Aastatel 1847–1849 viis ta lõpule Difference Engine No 2 väljatöötamise, mis oli originaali täiustatud versioon. See modifikatsioon oli mõeldud operatsioonide jaoks 31-bitiste numbritega ja võis tabelistada mis tahes 7. järku polünoomi. Disain oli erakordselt lihtne, nõudes vaid kolmandikku originaalmudeli osade arvust, pakkudes samal ajal võrdset töötlemisvõimsust.
Charles Babbage'i erinevus ja analüütilised mootorid kasutasid väljundseadme sama kujundust, mis mitte ainult ei teinud paberile väljatrükke, vaid lõi automaatselt stereotüüpe ja teostas iseseisv alt vormingu vastav alt operaatori määratud lehepaigutusele. Samas sai loetavuse huvides reguleerida rea kõrgust, veergude arvu, väljade laiust, ridade või veergude automaatset voltimist ja tühjade ridade paigutust.
Pärand
Välja arvatud mõned osaliselt loodud mehaanilised sõlmed ja väikeste töötavate sektsioonide katsemudelid, ei realiseerunud ühtegi kujundust Babbage'i eluea jooksul täielikult. 1832. aastal kokku pandud põhimudel oli 1/7 Difference Engine No 1, mis koosnesumbes 2 tuhandest osast. See töötab veatult tänaseni ja on esimene edukas automaatne arvutusseade, mis rakendab matemaatilisi arvutusi mehhanismis. Babbage suri analüütilise mootori väikese eksperimentaalse osa kokkupanemise ajal. Konstruktsioonist on säilinud palju detaile, samuti täielik jooniste ja märkmete arhiiv.
Babbage’i disainilahendusi tohututele mehaanilistele arvutitele peetakse üheks 19. sajandi vapustavaks intellektuaalseks saavutuseks. Alles viimastel aastakümnetel on tema tööd üksikasjalikult uuritud ja tema tehtu tähtsus muutub üha ilmsemaks.
