Charles Babbage (1791-1871) - חלוץ ביצירת טכנולוגיית מחשוב, שפיתח 2 מחלקות מחשבים - שונות ואנליטיות. הראשון שבהם קיבל את שמו בשל העיקרון המתמטי עליו הוא מבוסס - שיטת ההבדלים הסופיים. יופיו טמון בשימוש הבלעדי שלו בחיבור אריתמטי מבלי להזדקק לכפל וחילוק, שקשה ליישם בצורה מכנית.
יותר ממחשבון
Babbage's Difference Engine הוא מכשיר ספירה. היא מבצעת מניפולציות במספרים בדרך היחידה שהיא יכולה, ומוסיפה אותם כל הזמן לפי השיטה של הבדלים סופיים. לא ניתן להשתמש בו לחישובים אריתמטיים כלליים. המנוע האנליטי של Babbage הוא הרבה יותר מסתם מחשבון. זה מסמן את המעבר מאריתמטיקה ממוכנת למחשוב תכליתי כללי בקנה מידה מלא. בשלבים שונים של האבולוציה של רעיונותיו של באבאג'היו לפחות 3 פרויקטים. לכן, המנועים האנליטיים שלו עדיף להתייחס ברבים.
נוחות ויעילות הנדסית
המחשבים של Babbage הם עשרוניים במובן זה שהם משתמשים ב-10 ספרות מ-0 עד 9, ודיגיטליים בכך שהם פועלים רק עם מספרים שלמים. ערכים מיוצגים על ידי גלגלי שיניים, ולכל ספרה יש גלגל משלה. אם היא נעצרת במיקום ביניים בין ערכי מספר שלמים, אז התוצאה נחשבת בלתי מוגדרת, והמכונה נחסמת כדי להראות הפרה של שלמות החישובים. זהו סוג של זיהוי שגיאות.
Babbage שקל גם את השימוש במערכות מספרים שאינן עשרוניות, כולל בינארי ובסיס 3, 4, 5, 12, 16 ו-100. הוא הסתפק בעשרוני בגלל המוכר והיעילות ההנדסית שלו, מכיוון שהוא מפחית מאוד מספר החלקים הנעים.
Difference Engine 1
בשנת 1821, Babbage החל בפיתוח עם מנגנון שנועד לחשב ולטבלט של פונקציות פולינום. המחבר מתאר אותו כמכשיר לחישוב אוטומטי של רצף ערכים עם הדפסה אוטומטית של התוצאות בצורה של טבלה. חלק בלתי נפרד מהעיצוב הוא מדפסת המחוברת מכנית לסעיף החישוב. Difference Engine 1 הוא העיצוב המלא הראשון לחישוב אוטומטי.
מעת לעת שינה Babbage את הפונקציונליות של המכשיר. עיצוב משנת 1830 מתאר מכונה המיועדת ל-16 ספרות ו-6 סדרי הבדל. הדגם כלל 25 אלף חלקים, מחולקים שווה בשווה בין מדור המחשוב למדפסת. אילו נבנה המכשיר, הוא היה שוקל כ-4 טון וגובהו 2.4 מטרים. העבודה על מנוע ההבדלים של באבאג' הופסקה ב-1832 לאחר מחלוקת עם המהנדס ג'וזף קלמנט. המימון הממשלתי הסתיים לבסוף ב-1842
מנוע אנליטי
כשהעבודה על מנגנון ההבדל נתקעה, בשנת 1834 הגה Babbage מכשיר שאפתני יותר, שלימים נודע כמנוע המחשוב האוניברסלי האנליטי. המאפיינים המבניים של המכונה של Babbage תואמים במידה רבה את אבני הבניין הבסיסיות של מחשב דיגיטלי מודרני. התכנות נעשה באמצעות כרטיסים מחוררים. רעיון זה נלקח מנול הג'קארד, שם הם משמשים ליצירת דפוסי טקסטיל מורכבים.
המבנה הלוגי של המנוע האנליטי של Babbage מתאים בעצם לעיצוב הדומיננטי של מחשבים בעידן האלקטרוני, מה שמרמז על נוכחות של זיכרון ("חנות"), מופרד מיחידת העיבוד המרכזית ("מיחון"), רציף ביצוע פעולות ומתקנים לקלט ופלט של נתונים והוראות. לכן, מחבר הפיתוח קיבל את התואר חלוץ טכנולוגיית המחשב בצדק רב.
זיכרון ומעבד
למכונה של Babbage יש "חנות" שבה מאוחסנים מספרים ותוצאות ביניים, כמו גם "טחנה" נפרדת שבה מתבצע עיבוד אריתמטי. הייתה לה קבוצה של 4 פונקציות אריתמטיות והיא יכלה לבצע כפל וחילוק ישירים. בנוסף, המכשיר היה מסוגל לבצע פעולות שנקראות כיום הסתעפות מותנית, לולאה (איטרציה), מיקרו תכנות, עיבוד מקבילי, תיקון, עיצוב פולסים וכו'. המחבר עצמו לא השתמש בטרמינולוגיה כזו.
המעבד של המנוע האנליטי של צ'ארלס באבאג', שאותו כינה "המחנה", מספק:
- אחסון של מספרים, שפעולות עליהם מתבצעות מיד, ברישומים;
- יש להם את החומרה לביצוע פעולות אריתמטיות בסיסיות עליהם;
- העברת הוראות חיצוניות מוכוונות משתמש לבקרה פנימית מפורטת;
- מערכת תזמון (שעון) לביצוע הוראות ברצף שנבחר בקפידה.
מנגנון הבקרה של המנוע האנליטי מבצע פעולות באופן אוטומטי ומורכב משני חלקים: רמה נמוכה יותר הנשלטת על ידי תופים מסיביים הנקראים חביות, ורמה גבוהה באמצעות כרטיסי ניקוב שתוכננו על ידי Jacquard עבור נולים בשימוש נרחב בתחילת המאה ה-18.
מכשירי פלט
תוצאת החישובים מוצגת במגוון דרכים, כולל הדפסה, כרטיסים מנוקבים, תכנון וייצור אוטומטי של סטריאוטיפים - מגשי חומרים רכים עליהם מוטבעת התוצאה, מסוגלים לשמש תבנית ליציקת לוחות להדפסה.
עיצוב חדש
עבודתו החלוצית של Babbage על המנוע האנליטי הושלמה ברובה בשנת 1840 והחלה לפתח מכשיר חדש. בין 1847 ל-1849, הוא השלים את הפיתוח של Difference Engine מס' 2, שהיה גרסה משופרת של המקור. שינוי זה תוכנן עבור פעולות עם מספרים של 31 סיביות ויכול להרכיב כל פולינום מסדר 7. העיצוב היה פשוט להפליא, דרש רק שליש מספירת החלקים של הדגם המקורי, תוך מתן כוח עיבוד שווה.
ההבדל והמנועים האנליטיים של צ'ארלס באבאג' השתמשו באותו עיצוב של מכשיר הפלט, שלא רק יצר תדפיסים על נייר, אלא גם יצרו באופן אוטומטי סטריאוטיפים וביצע באופן עצמאי עיצוב בהתאם לפריסת העמוד שצוינה על ידי המפעיל. במקביל, ניתן היה להתאים את גובה השורות, מספר העמודות, רוחבי השדות, קיפול אוטומטי של שורות או עמודות וסידור שורות ריקות לקריאה.
Legacy
מלבד כמה מכלולים מכניים שנוצרו חלקית ודגמי בדיקה של חלקי עבודה קטנים, אף אחד מהעיצובים לא מומש במלואו במהלך חייו של Babbage. הדגם העיקרי שהורכב ב-1832 היה 1/7 ממנוע הבדלים מס' 1, שהורכבמכ-2,000 חלקים. הוא עובד ללא רבב עד היום והוא מכשיר המחשוב האוטומטי המוצלח הראשון שמיישם חישובים מתמטיים במנגנון. Babbage מת בזמן שהחלק הניסיוני הקטן של המנוע האנליטי היה בהרכבה. פרטים רבים מהבנייה נשמרו, וכן ארכיון שלם של שרטוטים והערות.
העיצובים של Babbage למחשבים מכאניים ענקיים נחשבים לאחד ההישגים האינטלקטואליים המדהימים של המאה ה-19. רק בעשורים האחרונים עבודתו נחקרה לעומק, והחשיבות של מה שהוא עשה הולכת ומתבררת יותר ויותר.
