Charles Babbage (1791-1871) - un pioniere nella creazione della tecnologia informatica, che ha sviluppato 2 classi di computer: differenziale e analitico. Il primo ha preso il nome dal principio matematico su cui si basa: il metodo delle differenze finite. La sua bellezza sta nell'uso esclusivo dell'addizione aritmetica senza dover ricorrere a moltiplicazioni e divisioni, difficili da implementare meccanicamente.
Più di una calcolatrice
Babbage's Difference Engine è un dispositivo di conteggio. Manipola i numeri nell'unico modo possibile, sommandoli costantemente secondo il metodo delle differenze finite. Non può essere utilizzato per calcoli aritmetici generali. Il motore analitico di Babbage è molto più di una semplice calcolatrice. Segna il passaggio dall'aritmetica meccanizzata all'informatica generica su vasta scala. A diversi stadi dell'evoluzione delle idee di Babbagec'erano almeno 3 progetti. Pertanto, i suoi motori analitici sono meglio indicati al plurale.
Convenienza ed efficienza ingegneristica
I computer di Babbage sono decimali, nel senso che usano 10 cifre da 0 a 9, e digitali, in quanto funzionano solo con numeri interi. I valori sono rappresentati da ingranaggi e ogni cifra ha la sua ruota. Se si ferma in una posizione intermedia tra valori interi, il risultato è considerato indeterminato e la macchina viene bloccata per mostrare una violazione dell'integrità dei calcoli. Questa è una forma di rilevamento degli errori.
Babbage ha anche considerato l'uso di sistemi numerici diversi dal decimale, inclusi binari e in base 3, 4, 5, 12, 16 e 100. Ha optato per il decimale per la sua familiarità ed efficienza ingegneristica, poiché riduce notevolmente il numero di parti mobili.
Motore differenze 1
Nel 1821, Babbage iniziò lo sviluppo con un meccanismo progettato per calcolare e tabulare funzioni polinomiali. L'autore lo descrive come un dispositivo per il calcolo automatico di una sequenza di valori con stampa automatica dei risultati sotto forma di tabella. Parte integrante del progetto è una stampante collegata meccanicamente alla sezione di calcolo. Difference Engine 1 è il primo progetto completo per il calcolo automatico.
Di tanto in tanto Babbage cambiava la funzionalità del dispositivo. Un disegno del 1830 raffigura una macchina progettata per 16 cifre e 6 ordini di differenza. Il modello era composto da 25mila parti, divise equamente tra la sezione informatica e la stampante. Se il dispositivo fosse stato costruito, avrebbe pesato circa 4 tonnellate ed essere alto 2,4 metri. I lavori sulla macchina differenziale di Babbage furono interrotti nel 1832 dopo una disputa con l'ingegnere Joseph Clement. Il finanziamento del governo terminò finalmente nel 1842
Motore analitico
Quando il lavoro sull'apparato differenziale si fermò, nel 1834 Babbage concepì un dispositivo più ambizioso, che in seguito divenne noto come Analytical Universal Programmable Computing Engine. Le proprietà strutturali della macchina di Babbage corrispondono ampiamente ai mattoni di base di un moderno computer digitale. La programmazione avviene tramite schede perforate. Questa idea è stata presa dal telaio jacquard, dove vengono utilizzati per creare motivi tessili complessi.
La struttura logica del motore analitico di Babbage corrisponde sostanzialmente al design dominante dei computer dell'era elettronica, che implica la presenza di memoria ("store"), separata dall'unità di elaborazione centrale ("mulino"), sequenziale esecuzione di operazioni e strutture per l'input e l'output di dati e istruzioni. Pertanto, l'autore dello sviluppo ha ricevuto meritatamente il titolo di pioniere della tecnologia informatica.
Memoria e CPU
La macchina di Babbage ha un "negozio" in cui vengono memorizzati i numeri e i risultati intermedi, nonché un "mulino" separato in cui viene eseguita l'elaborazione aritmetica. Aveva una serie di 4 funzioni aritmetiche e poteva eseguire moltiplicazioni e divisioni dirette. Inoltre, il dispositivo era in grado di eseguire operazioni che ora sono chiamate branching condizionale, loop (iterazione), microprogrammazione, elaborazione parallela, correzione, modellatura degli impulsi, ecc. L'autore stesso non ha utilizzato tale terminologia.
La CPU del motore analitico di Charles Babbage, che ha chiamato il "mulino", fornisce:
- archiviazione di numeri, operazioni su cui si eseguono immediatamente, in registri;
- ha l'hardware per eseguire operazioni aritmetiche di base su di essi;
- trasferimento di istruzioni esterne orientate all'utente al controllo interno dettagliato;
- sistema di cronometraggio (orologio) per eseguire le istruzioni in una sequenza accuratamente selezionata.
Il meccanismo di controllo del motore analitico esegue le operazioni automaticamente ed è composto da due parti: un livello inferiore controllato da enormi tamburi chiamati barili, e un livello alto che utilizza schede perforate progettate da Jacquard per telai ampiamente utilizzati nei primi anni del 1800.
Dispositivi di uscita
Il risultato dei calcoli viene visualizzato in vari modi, inclusi stampa, schede perforate, stampa eproduzione automatica di stereotipi - vassoi in materiale morbido su cui viene impresso il risultato, in grado di fungere da stampo per la colata di lastre da stampare.
Nuovo design
Il lavoro pionieristico di Babbage sul motore analitico fu in gran parte completato nel 1840 e iniziò a sviluppare un nuovo dispositivo. Tra il 1847 e il 1849 completò lo sviluppo del Difference Engine n. 2, una versione migliorata dell'originale. Questa modifica è stata progettata per operazioni con numeri a 31 bit e potrebbe tabulare qualsiasi polinomio del 7° ordine. Il design era squisitamente semplice, richiedendo solo un terzo del numero di parti del modello originale, pur fornendo la stessa potenza di elaborazione.
La differenza e i motori analitici di Charles Babbage utilizzavano lo stesso design del dispositivo di output, che non solo effettuava stampe su carta, ma creava anche stereotipi automaticamente ed eseguiva in modo indipendente la formattazione in base al layout di pagina specificato dall'operatore. Allo stesso tempo, è stato possibile regolare l' altezza della riga, il numero di colonne, la larghezza del campo, la piegatura automatica di righe o colonne e la disposizione delle righe vuote per la leggibilità.
Eredità
A parte alcuni assemblaggi meccanici parzialmente creati e modelli di prova di piccole sezioni di lavoro, nessuno dei progetti è stato completamente realizzato durante la vita di Babbage. Il modello principale assemblato nel 1832 era 1/7 del Difference Engine n. 1, che consistevada circa 2mila parti. Funziona perfettamente fino ad oggi ed è il primo dispositivo di calcolo automatico di successo che implementa calcoli matematici in un meccanismo. Babbage morì durante l'assemblaggio della piccola parte sperimentale della macchina analitica. Molti dettagli della costruzione sono stati conservati, così come un archivio completo di disegni e note.
I progetti di Babbage per enormi computer meccanici sono considerati una delle straordinarie conquiste intellettuali del 19° secolo. È solo negli ultimi decenni che il suo lavoro è stato studiato in dettaglio e l'importanza di ciò che ha fatto sta diventando sempre più evidente.
