تشارلز باباج (1791-1871) - رائد في إنشاء تكنولوجيا الحوسبة ، الذي طور فئتين من أجهزة الكمبيوتر - الاختلاف والتحليلي. حصل أولهم على اسمه بسبب المبدأ الرياضي الذي يقوم عليه - طريقة الفروق المحدودة. جمالها يكمن في استخدامها الحصري للجمع الحسابي دون الحاجة إلى الضرب والقسمة التي يصعب تنفيذها ميكانيكيا.
أكثر من آلة حاسبة
محرك اختلاف باباج هو جهاز عد. إنها تتلاعب بالأرقام بالطريقة الوحيدة الممكنة ، وتضيفها باستمرار وفقًا لطريقة الفروق المحدودة. لا يمكن استخدامه في الحسابات الحسابية العامة. يعد محرك باباج التحليلي أكثر بكثير من مجرد آلة حاسبة. إنه يمثل الانتقال من الحساب الآلي إلى الحوسبة الشاملة للأغراض العامة. في مراحل مختلفة من تطور أفكار باباجكان هناك ما لا يقل عن 3 مشاريع. لذلك ، من الأفضل الإشارة إلى محركاته التحليلية في صيغة الجمع.
الكفاءة الهندسية والراحة
أجهزة كمبيوتر باباج عشرية بمعنى أنها تستخدم 10 أرقام من 0 إلى 9 ، ورقمية من حيث أنها تعمل فقط بأرقام صحيحة. يتم تمثيل القيم بواسطة التروس ، ولكل رقم عجلته الخاصة. إذا توقف عند موضع وسيط بين القيم الصحيحة ، فإن النتيجة تعتبر غير محددة ، ويتم حظر الجهاز لإظهار انتهاك لسلامة الحسابات. هذا شكل من أشكال الكشف عن الخطأ.
نظر باباج أيضًا في استخدام أنظمة الأعداد بخلاف النظام العشري ، بما في ذلك النظام الثنائي والأساس 3 ، و 4 ، و 5 ، و 12 ، و 16 ، و 100. واستقر على النظام العشري نظرًا لمعرفته وكفاءته الهندسية ، نظرًا لأنه يقلل بشكل كبير عدد الأجزاء المتحركة
محرك الفرق1
في عام 1821 ، بدأ باباج التطوير بآلية مصممة لحساب وجدولة وظائف كثيرة الحدود. يصفه المؤلف بأنه جهاز لحساب تسلسل القيم تلقائيًا مع الطباعة التلقائية للنتائج في شكل جدول. جزء لا يتجزأ من التصميم هو طابعة متصلة ميكانيكيًا بقسم الحساب. محرك الفرق رقم 1 هو أول تصميم كامل للحساب الآلي.
من وقت لآخر قام باباج بتغيير وظائف الجهاز. يصور تصميم 1830 آلة مصممة لـ 16 رقمًا و 6 أوامر اختلاف. يتكون النموذج من 25 ألف جزء ، مقسمة بالتساوي بين قسم الحوسبة والطابعة. لو كان الجهاز قد صنع ، لكان يزن ما يقدر بنحو 4 أطنان ويبلغ ارتفاعه 2.4 متر.توقف العمل في محرك الفرق في باباج في عام 1832 بعد خلاف مع المهندس جوزيف كليمنت. انتهى التمويل الحكومي أخيرًا في عام 1842
محرك تحليلي
عندما توقف العمل على جهاز الاختلاف ، في عام 1834 ، ابتكر باباج جهازًا أكثر طموحًا ، والذي أصبح يُعرف فيما بعد باسم محرك الحوسبة التحليلية العالمية القابلة للبرمجة. تتوافق الخصائص الهيكلية لآلة باباج إلى حد كبير مع اللبنات الأساسية للكمبيوتر الرقمي الحديث. تتم البرمجة باستخدام البطاقات المثقوبة. هذه الفكرة مأخوذة من نول الجاكار ، حيث يتم استخدامها لإنشاء أنماط نسيج معقدة.
يتوافق الهيكل المنطقي لمحرك باباج التحليلي بشكل أساسي مع التصميم السائد لأجهزة الكمبيوتر في العصر الإلكتروني ، مما يعني وجود ذاكرة ("مخزن") ، منفصلة عن وحدة المعالجة المركزية ("مطحنة") ، متسلسلة تنفيذ العمليات والتسهيلات الخاصة بإدخال وإخراج البيانات والتعليمات. لذلك حصل مؤلف التطوير على لقب رائد تكنولوجيا الكمبيوتر بجدارة تامة.
الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية
آلة باباج بها "مخزن" حيث يتم تخزين الأرقام والنتائج الوسيطة ، بالإضافة إلى "مطحنة" منفصلة حيث يتم إجراء المعالجة الحسابية. كان لديها مجموعة من 4 وظائف حسابية ويمكنها إجراء عمليات الضرب والقسمة المباشرة. بالإضافة إلى ذلك ، كان الجهاز قادرًا على إجراء عمليات تسمى الآن التفريع الشرطي ، التكرار الحلقي ، البرمجة الدقيقة ، المعالجة المتوازية ، التثبيت ، تشكيل النبض ، إلخ. لم يستخدم المؤلف نفسه مثل هذه المصطلحات.
توفر وحدة المعالجة المركزية للمحرك التحليلي لتشارلز باباج ، والتي أطلق عليها اسم "الطاحونة":
- تخزين الأرقام ، والعمليات التي تتم على الفور ، في السجلات ؛
- لديها الأجهزة اللازمة لإجراء العمليات الحسابية الأساسية عليها ؛
- نقل التعليمات الخارجية الموجهة للمستخدم إلى التحكم الداخلي المفصل ؛
- نظام توقيت (ساعة) لتنفيذ التعليمات في تسلسل محدد بعناية.
تقوم آلية التحكم في المحرك التحليلي بإجراء العمليات تلقائيًا وتتكون من جزأين: مستوى منخفض يتم التحكم فيه بواسطة براميل ضخمة تسمى البراميل ، ومستوى عالٍ باستخدام بطاقات مثقبة صممها Jacquard للأنوال المستخدمة على نطاق واسع في أوائل القرن التاسع عشر.
أجهزة الإخراج
يتم عرض نتيجة الحسابات بعدة طرق ، بما في ذلك الطباعة ، والبطاقات المثقوبة ، والتخطيط ، والإنتاج التلقائي للقوالب النمطية - صواني المواد اللينة التي يتم طباعة النتيجة عليها ، قادرة على العمل كقالب لألواح الصب للطباعة.
تصميم جديد
عمل باباج الرائد في المحرك التحليلي اكتمل إلى حد كبير بحلول عام 1840 وبدأ في تطوير جهاز جديد. بين عامي 1847 و 1849 ، أكمل تطوير محرك الفرق رقم 2 ، والذي كان نسخة محسنة من النسخة الأصلية. تم تصميم هذا التعديل لعمليات بأرقام 31 بت ويمكن جدولة أي متعدد الحدود من الرتبة السابعة. كان التصميم بسيطًا للغاية ، ولا يتطلب سوى ثلث عدد أجزاء النموذج الأصلي ، مع توفير قوة معالجة متساوية.
استخدم الاختلاف والمحركات التحليلية لتشارلز باباج نفس تصميم جهاز الإخراج ، والذي لم يصنع المطبوعات على الورق فحسب ، بل قام أيضًا بإنشاء قوالب نمطية تلقائيًا وإجراء تنسيق مستقل وفقًا لتخطيط الصفحة المحدد من قبل المشغل. في الوقت نفسه ، كان من الممكن ضبط ارتفاع الخط وعدد الأعمدة وعرض الحقول والطي التلقائي للصفوف أو الأعمدة وترتيب الأسطر الفارغة لسهولة القراءة.
إرث
بصرف النظر عن بعض التجميعات الميكانيكية التي تم إنشاؤها جزئيًا ونماذج الاختبار لأقسام العمل الصغيرة ، لم يتم تحقيق أي من التصميمات بالكامل خلال فترة حياة باباج. كان النموذج الرئيسي الذي تم تجميعه في عام 1832 هو 1/7 من محرك الفرق رقم 1 ، والذي يتكونمن حوالي 2000 جزء. إنه يعمل بشكل لا تشوبه شائبة حتى يومنا هذا وهو أول جهاز حوسبة أوتوماتيكي ناجح ينفذ العمليات الحسابية في آلية. مات باباج أثناء تجميع الجزء التجريبي الصغير من المحرك التحليلي. تم الاحتفاظ بالعديد من تفاصيل البناء ، بالإضافة إلى أرشيف كامل للرسومات والملاحظات.
تصميمات باباج لأجهزة الكمبيوتر الميكانيكية الضخمة تعتبر من الإنجازات الفكرية المذهلة في القرن التاسع عشر. لم تتم دراسة عمله بالتفصيل إلا في العقود الأخيرة ، وأصبحت أهمية ما قام به أكثر وضوحًا.
