Charles Babbage (1791-1871) - ผู้บุกเบิกในการสร้างเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ผู้พัฒนาคอมพิวเตอร์ 2 คลาส - ความแตกต่างและการวิเคราะห์ คนแรกได้ชื่อมาจากหลักการทางคณิตศาสตร์ซึ่งเป็นพื้นฐาน - วิธีการของความแตกต่างที่แน่นอน ความงามของมันอยู่ที่การใช้การบวกเลขคณิตโดยเฉพาะโดยไม่ต้องอาศัยการคูณและการหาร ซึ่งยากต่อการนำกลไกไปใช้
เป็นมากกว่าเครื่องคิดเลข
Babbage's Difference Engine เป็นอุปกรณ์นับ เธอจัดการกับตัวเลขด้วยวิธีเดียวที่เธอทำได้ บวกกันอย่างต่อเนื่องตามวิธีของความแตกต่างจำกัด ไม่สามารถใช้สำหรับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ทั่วไป Analytical Engine ของ Babbage เป็นมากกว่าเครื่องคิดเลข นับเป็นการเปลี่ยนผ่านจากการคำนวณแบบมีกลไกเป็นการคำนวณแบบเอนกประสงค์แบบเต็มรูปแบบ ในระยะต่าง ๆ ของวิวัฒนาการความคิดของแบบเบจมีอย่างน้อย 3 โครงการ ดังนั้น เครื่องมือวิเคราะห์ของเขาจึงเป็นพหูพจน์ได้ดีที่สุด
ความสะดวกและประสิทธิภาพทางวิศวกรรม
คอมพิวเตอร์ของ Babbage เป็นทศนิยมในแง่ที่ว่าพวกเขาใช้ตัวเลข 10 หลักจาก 0 ถึง 9 และดิจิทัลนั้นทำงานด้วยตัวเลขทั้งหมดเท่านั้น ค่าจะแสดงด้วยเฟืองและแต่ละหลักมีวงล้อของตัวเอง หากหยุดที่ตำแหน่งตรงกลางระหว่างค่าจำนวนเต็ม ผลลัพธ์จะถือว่าไม่ชัดเจน และเครื่องถูกบล็อกเพื่อแสดงการละเมิดความสมบูรณ์ของการคำนวณ นี่คือรูปแบบของการตรวจจับข้อผิดพลาด
Babbage ยังพิจารณาการใช้ระบบตัวเลขอื่นที่ไม่ใช่ทศนิยม รวมทั้งเลขฐานสองและฐาน 3, 4, 5, 12, 16 และ 100 เขาใช้ทศนิยมเพราะความคุ้นเคยและประสิทธิภาพทางวิศวกรรม เนื่องจากลดได้มาก จำนวนชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
เครื่องมือสร้างความแตกต่าง 1
ในปี 1821 Babbage เริ่มพัฒนาด้วยกลไกที่ออกแบบมาเพื่อคำนวณและจัดตารางฟังก์ชันพหุนาม ผู้เขียนอธิบายว่าเป็นอุปกรณ์สำหรับคำนวณลำดับของค่าโดยอัตโนมัติด้วยการพิมพ์ผลลัพธ์ในรูปแบบของตารางโดยอัตโนมัติ ส่วนสำคัญของการออกแบบคือเครื่องพิมพ์ที่เชื่อมต่อกับส่วนการคำนวณทางกลไก Difference Engine 1 คือการออกแบบที่สมบูรณ์ครั้งแรกสำหรับการคำนวณอัตโนมัติ
บางครั้ง Babbage ได้เปลี่ยนการทำงานของอุปกรณ์ การออกแบบในปี 1830 แสดงให้เห็นเครื่องจักรที่ออกแบบมาสำหรับตัวเลข 16 หลักและความแตกต่าง 6 ระดับ โมเดลประกอบด้วยชิ้นส่วน 25,000 ชิ้น โดยแบ่งเท่าๆ กันระหว่างส่วนการคำนวณและเครื่องพิมพ์ หากสร้างอุปกรณ์ขึ้นมาก็จะมีน้ำหนักประมาณ 4 ตันและสูง 2.4 เมตร งานเกี่ยวกับ Babbage's Difference Engine ถูกระงับในปี พ.ศ. 2375 หลังจากการโต้เถียงกับวิศวกรโจเซฟคลีเมนต์ เงินทุนของรัฐบาลสิ้นสุดลงในปี พ.ศ. 2385
เครื่องมือวิเคราะห์
เมื่องานกับอุปกรณ์ความแตกต่างหยุดชะงัก ในปี 1834 Babbage ได้คิดค้นอุปกรณ์ที่มีความทะเยอทะยานมากขึ้น ซึ่งต่อมากลายเป็นที่รู้จักในชื่อ Analytical Universal Programmable Computing Engine คุณสมบัติโครงสร้างของเครื่อง Babbage ส่วนใหญ่สอดคล้องกับหน่วยการสร้างพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ดิจิทัลสมัยใหม่ การเขียนโปรแกรมทำได้โดยใช้บัตรเจาะ แนวคิดนี้นำมาจากเครื่องทอผ้า jacquard ซึ่งใช้สร้างลวดลายสิ่งทอที่ซับซ้อน
โครงสร้างเชิงตรรกะของ Babbage's Analytical Engine โดยพื้นฐานแล้วสอดคล้องกับการออกแบบที่โดดเด่นของคอมพิวเตอร์ในยุคอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งหมายถึงการมีหน่วยความจำ ("ร้านค้า") ซึ่งแยกจากหน่วยประมวลผลกลาง ("โรงสี") ตามลำดับ การดำเนินการและสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับการป้อนและส่งออกข้อมูลและคำสั่ง ดังนั้นผู้เขียนฝ่ายพัฒนาจึงได้รับตำแหน่งผู้บุกเบิกเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อย่างสมควร
หน่วยความจำและซีพียู
เครื่องของ Babbage มี "ร้านค้า" ซึ่งเก็บตัวเลขและผลลัพธ์ขั้นกลางไว้ เช่นเดียวกับ "โรงสี" ที่แยกจากกันซึ่งดำเนินการประมวลผลทางคณิตศาสตร์ เธอมีชุดฟังก์ชันเลขคณิต 4 ชุดและสามารถทำการคูณและหารโดยตรงได้ นอกจากนี้ อุปกรณ์ยังสามารถดำเนินการที่เรียกว่า Conditional branching, loop (iteration), microprogramming, Parallel processing, fixing, pulse shaping เป็นต้น ผู้เขียนเองไม่ได้ใช้คำศัพท์ดังกล่าว
CPU ของเครื่องมือวิเคราะห์ของ Charles Babbage ซึ่งเขาเรียกว่า "โรงสี" มีให้:
- การจัดเก็บหมายเลข การดำเนินการที่ดำเนินการทันที ในการลงทะเบียน
- มีฮาร์ดแวร์สำหรับคำนวณเลขคณิตพื้นฐาน
- ถ่ายโอนคำสั่งภายนอกที่เน้นผู้ใช้ไปยังการควบคุมภายในโดยละเอียด
- ระบบจับเวลา (นาฬิกา) เพื่อดำเนินการคำสั่งตามลำดับที่เลือกอย่างระมัดระวัง
กลไกการควบคุมของเครื่องมือวิเคราะห์ดำเนินการโดยอัตโนมัติและประกอบด้วยสองส่วน: ระดับล่างที่ควบคุมโดยกลองขนาดใหญ่ที่เรียกว่าถัง และระดับสูงโดยใช้การ์ดเจาะรูที่ออกแบบโดย Jacquard สำหรับเครื่องทอผ้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงต้นปี 1800
อุปกรณ์เอาท์พุต
ผลการคำนวณแสดงผลได้หลากหลายรูปแบบ ทั้งการพิมพ์ การตอกบัตร การพล็อต และการผลิตแบบอัตโนมัติ - ถาดวัสดุที่อ่อนนุ่มซึ่งผลลัพธ์จะถูกพิมพ์ สามารถใช้เป็นแม่พิมพ์สำหรับหล่อแผ่นสำหรับการพิมพ์
ออกแบบใหม่
งานบุกเบิกของ Babbage ใน Analytical Engine เสร็จสมบูรณ์ในปี 1840 และเริ่มพัฒนาอุปกรณ์ใหม่ ระหว่างปี ค.ศ. 1847 ถึง ค.ศ. 1849 เขาได้เสร็จสิ้นการพัฒนา Difference Engine No. 2 ซึ่งเป็นรุ่นปรับปรุงของต้นฉบับ การปรับเปลี่ยนนี้ออกแบบมาสำหรับการดำเนินการที่มีตัวเลข 31 บิต และสามารถจัดตารางพหุนามใดๆ ของลำดับที่ 7 ได้ การออกแบบนั้นเรียบง่ายอย่างประณีต โดยต้องใช้ชิ้นส่วนของรุ่นดั้งเดิมเพียง 1 ใน 3 ในขณะที่ให้กำลังการประมวลผลที่เท่ากัน
ความแตกต่างและกลไกการวิเคราะห์ของ Charles Babbage ใช้การออกแบบเดียวกันของอุปกรณ์ส่งออก ซึ่งไม่เพียงแต่ทำงานพิมพ์บนกระดาษ แต่ยังสร้างแบบแผนโดยอัตโนมัติและจัดรูปแบบอย่างอิสระตามเค้าโครงหน้าที่ระบุโดยผู้ปฏิบัติงาน ในเวลาเดียวกัน สามารถปรับความสูงของบรรทัด จำนวนคอลัมน์ ความกว้างของฟิลด์ การพับแถวหรือคอลัมน์อัตโนมัติ และการจัดเรียงบรรทัดว่างเพื่อให้อ่านง่าย
เลกาซี่
นอกจากชิ้นส่วนกลไกที่สร้างขึ้นบางส่วนและรุ่นทดสอบของส่วนการทำงานขนาดเล็กแล้ว ไม่มีการออกแบบใดที่ทำได้อย่างเต็มที่ในช่วงชีวิตของ Babbage โมเดลหลักที่ประกอบขึ้นในปี พ.ศ. 2375 คือ 1/7 ของส่วนต่างของเครื่องยนต์หมายเลข 1 ซึ่งประกอบด้วยจากประมาณ 2 พันส่วน มันทำงานได้อย่างไม่มีที่ติมาจนถึงทุกวันนี้และเป็นอุปกรณ์คอมพิวเตอร์อัตโนมัติเครื่องแรกที่ประสบความสำเร็จซึ่งใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ในกลไก Babbage เสียชีวิตขณะประกอบชิ้นส่วนทดลองเล็กๆ ของ Analytical Engine รายละเอียดมากมายของการก่อสร้างได้รับการอนุรักษ์ไว้ เช่นเดียวกับที่เก็บถาวรของภาพวาดและบันทึก
การออกแบบของ Babbage สำหรับคอมพิวเตอร์เชิงกลขนาดใหญ่ถือเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางปัญญาที่น่าทึ่งของศตวรรษที่ 19 ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมานี้เองที่งานของเขาได้รับการศึกษาอย่างละเอียด และความสำคัญของสิ่งที่เขาทำก็ชัดเจนขึ้นเรื่อยๆ
