Почему компьютер бесовская машина

Машина Чарльза Бэббиджа — первая в мире программируемая вычислительная машина. 1822 год

Модель аналитической машины фактически можно считать прообразом современного компьютера. Первая в мире программируемая вычислительная машина Чарльза Бэббиджа — 1822.

Чарльз Беббидж считается основателем современной вычислительной техники. В работе Чарльза Бэббиджа прослеживается два направления: разностная и аналитическая вычислительная машины. Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа использует принцип программного управления и является предшественницей современных ЭВМ.

Первая небольшая модель аппарата Чарльза Бэббиджа

В 1822 году Чарльз Бэббидж создал первую небольшую модель своего аппарата, получившего название «разностная машина». Механизм разностной машины состоял из валиков и шестерней, вращаемых вручную при помощи специального рычага. Разностная машина могла управлять шестизначными числами и выражать в числах любую функцию, которая имела постоянную вторую разность. Ценность разностной машины Чарльза Бэббиджа в том, что она могла не только производить один раз заданное действие, но и осуществлять целую программу вычислений. Сам Бэббидж достаточно ясно представлял назначение своей машины. Он пропагандировал использование математических методов в различных областях науки и предсказывал при этом широкое применение вычислительных машин.

Первая в мире разностная аналитическая вычислительная машина Чарльза Бэббиджа

Бэббидж обратился к правительству Великобритании с просьбой о финансировании полномасштабной разработки. Правительство Великобритании, заинтересовавшись идеей, выделило деньги на дальнейшее развитие проекта. В 1834 году Бэббидж занялся разработкой еще более сложного агрегата — аналитической машины, способной выполнять определенные действия в соответствии с инструкциями, задаваемыми оператором. Модель аналитической машины фактически можно считать прообразом современного компьютера. Главное отличие аналитической машины от разностной заключается в том, что она программируемая и может выполнять любые заданные ей вычисления.

Первая в мире разностная аналитическая вычислительная машина Чарльза Бэббиджа

Принцип аналитической машины Чарльза Бэббиджа

Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа использует принцип программного управления и является предшественницей современных ЭВМ.

Основные части аналитической машины

Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей:

• блок хранения исходных, промежуточных данных и результатов вычислений. (состоял из набора зубчатых колес, идентифицирующих цифры подобно арифмометру);
• блок обработки чисел из склада, названный мельницей (в современной терминологии — это арифметическое устройство);
• блок управления последовательностью вычислений (в современной терминологии — это устройство управления УУ);
• блок ввода исходных данных и печати результатов (в современной терминологии — это устройство ввода/вывода ).

Аналитическая машина так и не была изготовлена Чарльзом Бэббджем. Кроме хронической нехватки финансовых средств, важнейшая из причин — технологическая. Тогда не умели обрабатывать металл с высокой степенью точности и с высокой производительностью — а для реализации проекта требовались тысячи одних только зубчатых колес.

Большое влияние на посмертную судьбу машины оказал генерал Бэббидж, сын изобретателя. Выйдя в отставку в 1874 году, он несколько лет посвятил изучению отцовского наследия, а в 1880 году начал работу по восстановлению Difference Engine в «железе». Работа продолжалась с переменным успехом до 1896 г. В конце концов к 1904 году был создан небольшой фрагмент машины, который печатал результаты вычислений. Кроме того, Бэббидж-младший сделал несколько мини-копий Difference Engine и разослал их по всему миру.

В 1991 году, к двухсотлетию со дня рождения ученого, сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам 2,6-тонную «разностную машину № 2», а в 2000 году — еще и 3,5-тонный принтер Бэббиджа. Оба устройства, изготовленные по технологиям середины XIX века, превосходно работают — в расчётах Бэббиджа было найдено всего две ошибки.

Источник статьи: http://itcon-s.com/pervaya-v-mire-vychislitelnaya-mashina-charlza-bebbidzha-1822.html

Чарльз Бэббидж: так вот кто на самом деле придумал все эти компьютеры!

Чарльз Бэббидж был плодовитым изобретателем с широким кругом интересов, включая математику, инженерию, экономику, политику и технологии. Среди многих изобретений Бэббиджа были современная почтовая система в Англии, а также спидометры и путеочистители для локомотивов. Но самыми известными его детищами, несомненно, были вычислительные машины.

Юность

Бэббиджи были довольно обеспеченной семьей, и, как единственный сын, Чарльз был отправлен в лучшие школы, в том числе Эксетер, Энфилд, Тотнес и Оксфорд, прежде чем, наконец, поступить в Тринити-колледж в Кембридже в 1810 году.

В Тринити- колледже Бэббидж изучал математику, а в 1812 году поступил в колледж Питерхаус в Кембриджском университете, где стал лучшим математиком.

2 июля 1814 года Бэббидж женился на Джорджиане Уитмор. Его отец хотел, чтобы он подождал, пока у него будет достаточно денег, чтобы прокормить себя, но все же пообещал сыну 300 фунтов в год на всю жизнь. У младших Бэббиджев родилось восемь детей, только трое из которых дожили до совершеннолетия.

После окончания колледжа Бэббидж стал преподавателем астрономии в Королевском институте. Затем был избран членом Королевского общества.

Разностная машина

В начале XIX века навигационные, астрономические и актуарные таблицы были жизненно важными элементами растущей индустриальной эпохи. В навигации они использовались для расчета времени, приливов, течений, ветров, положения Солнца и Луны, береговых линий и широт. Таблицы в то время кропотливо составлялись вручную: неточные таблицы приводили к катастрофическим задержкам и даже потере судов.

Бэббидж начал создавать машину для механической обработки этих таблиц в 1819 году. К 1823 году он описал ее как машину, которая будет составлять таблицы до 20 знаков после запятой. Ее назвали «Разностной машиной» по принципу конечных разностей. Этот принцип является математическим методом разрешения полиномиальных выражений путем сложения и, следовательно, разрешимым с помощью простых механизмов.

В 1827 году умерли жена и отец Бэббиджа, а также двое его детей. Из имущества отца он унаследовал 100 тысяч фунтов. В значительной степени это наследство позволило Бэббиджу посвятить свою жизнь машинам.

Государственная поддержка

Бэббидж изучил Жаккардов ткацкий станок – ткацкую машину, созданную в 1801 году, которая запускалась вручную и управлялась инструкциями, выбитыми на перфокартах. Он хотел построить надежную паровую или ручную вычислительную машину, которая вычисляла бы и печатала таблицы. После того, как в 1823 году был построен прототип разностной машины, проект Бэббиджа стал финансироваться британским правительством.

Бэббидж лично создал несколько прототипов разностной машины, но, несмотря на эти частичные успехи, британское правительство прекратило финансирование проекта в 1832 году, спустя десятилетие без работающей модели. Проект был официально завершен в 1842 году.

Позже шведский изобретатель Георг Шутц построил действующую машину, основанную на работе Бэббиджа, известную как машина вычислений Шутца. Хотя она была несовершенна и имела размеры рояля, машина демонстрировалась в Париже в 1855 году, а модели были проданы правительствам США и Великобритании.

Аналитическая машина

К 1834 году Бэббидж прекратил работу над разностной машиной и начал планировать более крупную и всеобъемлющую – аналитическую машину. Новая машина Бэббиджа была огромным шагом вперед. Он была задумана для расчета более чем одной математической задачи: другими словами, это было бы то, что мы сегодня называем программированием.

Бэббидж предложил, чтобы в его машину вводились перфокарты жаккардового типа, считываемые механическими щупами. Машина включала в себя запоминающее устройство и даже современные компьютерные методы, такие как «передача условий», чтобы промежуточные вычисления автоматически направляли машину на изменение собственной программы.

Бэббидж продолжал посвящать большую часть своего времени и состояния строительству аналитической машины, но так и не получил ни одной рабочей модели. В то время просто не было инженерных технологий для точности, требуемой его машиной.

Встреча с Адой Лавлейс

Бэббидж встретил Аду Байрон, дочь поэта лорда Байрона, а позднее графиню Лавлейс, в 1833 году. Ей было 17 лет. Ада и ее мать посетили одну из лекций Бэббиджа, и после некоторой переписки Бэббидж пригласил их посмотреть уменьшенную модель разностной машины. Ада была очарована, она попросила изучить чертежи разностной машины. Она и ее мать посетили фабрики, чтобы увидеть в работе другие машины.

Ада Лавлейс училась у двух лучших математиков своего времени: Огастеса де Моргана и Мэри Сомервилль. После того, как она перевела «Концепция аналитической машины Чарльза Бэббиджа» Луиджи Менабре, она послала Бэббиджу копию. Он ответил, что она могла бы написать статью сама, и Лавлейс приступила к дополнительной работе над переводом, добавив в контент подробные приложения и сноски. В этом документе по существу описывается, как программировать машину, что делает Аду Байрон Лавлейс первым в мире программистом.

Смерть и наследие

Бэббидж умер в своем лондонском доме 18 октября 1871 года. Его сын Генри продолжил работу Бэббиджа, но, как и его отец, Генри не смог построить полностью функционирующую машину. Другой его сын, Бенджамин, эмигрировал в Австралию, где в 2015 году были обнаружены многие бумаги Бэббиджа и фрагменты прототипов.

Современная функционирующая модель разностной машины Бэббиджа был успешно построен в 1991 году компанией Doron Swade, куратором Музея науки в Лондоне. Она имеет точность до 31 цифры, состоит из 4000 частей и весит более трех тонн. Принтер, завершенный в 2000 году, имеет еще 4000 частей и весит 2,5 тонны. Swade – это часть Плана 28 – проекта по созданию работающей аналитической машины.

Чарльз Бэббидж был одной из самых влиятельных фигур в развитии технологий. Его машины служили интеллектуальными предшественниками широкого спектра промышленных и вычислительных технологий. Кроме того, он считается важной фигурой в английском обществе XIX века. Он опубликовал шесть монографий и по меньшей мере 86 статей, а также читал лекции по различным темам, начиная от криптографии и статистики до взаимодействия между научной теорией и промышленной практикой. Он оказал большое влияние на экономистов, включая Джона Стюарта Милля и Карла Маркса.

Спасибо за чтение! Давайте делать канал вместе – подписывайтесь на нас и пишите, о чем бы Вам хотелось почитать 🙂

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/vixerunt/charlz-bebbidj-tak-vot-kto-na-samom-dele-pridumal-vse-eti-kompiutery-5ba2adf8a1b5b700ab3f29f8

Паровой компьютер или разностная машина Бэббиджа 1840 года

Где-то в 1800-х годах Чарльз Бэббидж изобрел первый компьютер, тогда слово «компьютер» имело иное значение, и он назвал свое изобретение Разностной машиной или Аналитической машиной. Гениальный изобретатель опережал свое время, но, к сожалению, не завершил свое изобретение, и лишь спустя сто лет был изобретен первый настоящий компьютер, но это уже другая история. А сегодняшняя статья об Аналитической Машине Бэббиджа.

Согласно чертежам Бэббиджа машина должна была состоять из следующих частей:

1. Склад — жесткий диск, память; 2. Мельница — процессор; 3. Паровой двигатель — блок питания; 4. Принтер — принтер; 5. Карты операций — программы; 6. Карты переменных — система адресации; 7. Числовые карты — для ввода чисел; 8. Управляющие барабаны — микропрограммы.

Самовычисляющая машина

В этой статье мы попробуем выяснить устройство Аналитической Машины, но для начала следует отметить, что она принадлежала к распространенному с 1740-х годов семейству «автоматических» (само-) механизмов.

И хотя Бэббидж избегал использования этого понятия, в новостях и изданиях ее описывали именно так:

За завтраком я имела удовольствие сидеть рядом с мистером Бэббиджем, известным в наших кругах изобретателем самовычисляющей машины. Взгляд его кажется столь проницательным, будто он видит науку — или любой другой предмет, ставший объектом его внимания, — насквозь.
Эди Седжвик, 1841 г.

Центробежный регулятор — первый из «самодействующих» механизмов индустриальной эпохи. Кстати, именно он является одной из самых узнаваемых частей парового двигателя.

При разгоне двигателя шары отклоняются от оси под воздействием центробежной силы, из-за этого муфта сдвигается и ограничивает приток пара, а машина замедляет ход. Замедление машины опускает шары и этим открывает клапан — открывается приток пара, цикл замкнулся.

Сама же конструкция Разностной машины была схожа с арифмометрами, и, как арифмометры, Машина состояла из длинной череды зубчатых колес, которые складывают числа, а потом выдают сумму.

Где-то в 1834 году Бэббидж усовершенствовал конструкцию, и благодаря возврату суммы обратно в машину стали доступны более сложные вычисления.

Работа Аналитической машины основывалась именно на «пожирании своего хвоста», и работала система благодаря сложной цепи шестерней, которые управлялись перфокартами и барабанами, вычисляя суммы и отправляя результаты на склад, который состоял из ряда зубчатых колес.

Примерно все взаимодействовало так:

1. Карты операций (А) указывают картам переменных (В), что нужно запросить числа для расчетов;
2. Числа вводятся с числовых карт (С) или со склада (D) и поочередно поступают на ось ввода (Е);
3. Ось ввода передает числа на центральные колеса (F);
4. Карта операции дает команду сложения чисел или умножения или иную, а барабаны (G) поворачиваются до положения, в котором их штифты будут соответствовать операции.
5. Барабаны активируют рычаги, соединяя шестерни мельницы (H) с центральными колесами. А уже в мельнице определенные устройства отвечают за сложение, умножение и иные действия;
6. Шестерни выполняют умножение исходных чисел;
7. Мельница при необходимости может зацикливать действия, передавая команды на разные участки перфокарты;
8. Результат попадает на ось вывода (I).
9. Ось вывода передает данные на принтер (D) или отправляет на склад согласно картам переменных;
10. Карты операций подают команду на подачу звонка (J) и на остановку Машины. Всё!

Память: склад

Любому компьютеру, паровому или электронному, необходима возможность хранения данных. В изобретении Бэббиджа он назывался складом, и, как практически вся машина, он состоял из зубчатых колес, расположенных в высоких столбцах. На каждом из столбцов хранилось только одно число не длиннее пятидесяти цифр, а верхнее колесо определяло положительно число или отрицательно.

Согласно моим оценкам, пройдет немало времени, прежде чем эти ограничения перестанут удовлетворять нуждам науки.
Чарльз Бэббидж

На чертежах Бэббиджа склад состоял из двух параллельных рядов высоких числовых столбцов, и в каждом из них хранилось одно число. Одна из сторон склада сообщалась с мельницей.

Кроме зубчатых колес числа могли храниться на числовых картах в виде комбинаций отверстий:

На своих схемах Чарльз изображал ряд столбцов уходящим за край листа и не указывал конечное количество чисел, которые могла бы запоминать заключительная версия Машины.

Рейки и карты переменных для передачи данных

Для передачи чисел со склада в Машину Бэббидж использовал опять зубчатые колеса рейки с длинными зубцами. Каждое из числовых колес склада с помощью шестеренок были связаны с рейками и при их помощи значения передавались на специальный столбец колец, находящийся между мельницей и складом, и таким же образом числа передавались обратно на склад.

Колеса склада А подключено к рейке В с помощью шестеренки. Обнуляясь, колесо слада поворачивает ось ввода до позиции переданного числа.

Для передачи числа с дальнего конца склада требовалась зубчатая рейка длинной в несколько метров.

На картах переменных нанесены адреса на складе, с которых производится выборка чисел. Эти же карты могут быть запрограммированы на получение значений с числовых карт.
Каждый адрес нанесен на карты переменных в виде отверстий, и их сочетание переключает определенные рычаги:

При отсутствии отверстия на перфокарте рычаг не задействован, но как только отверстие появлялось, рычаг соединял шестеренку со скобой. И шестеренка, поднимаясь вместе со скобой, соединяла колесо ввода с зубчатой рейкой.

Мельница вычислений

После попадания чисел в мельницу начинается главная часть работы Машины — арифметические действия, выполняемые снова и снова.

Бэббиджем были разработаны отдельные узлы сложения, вычитания, умножения и деления, а также один из любимых его механизмов — перенос с предварением.

В своих публикациях Бэббидж очеловечивал Машину и про «сквозной перенос» писал:

В случае сквозного переноса Машина способна предвидеть и действовать в соответствии с предвидением.
Чарльз Бэббидж

Конечно, до переноса числа необходимо было сложить, и происходило это примерно так:

Колесо А обнуляется и на нем задается первое число. Второе число задается на колесе В, которое в сцепке с колесом А. Обнуление первого колеса прибавляет число, которое там содержалось, к значению на колесе В.

Возьмем для примера:

Вспомним школьную арифметику, а именно сложение в столбик и перенос единиц. Если расположить цифры обоих чисел по столбцам, как это сделано в Машине, и складывать их по разрядам, то в первом случае не будет переноса, во втором будет перенесена единица, а в третьем сумма будет равна 9, но перенесенная ранее единица инициирует перенос.

Когда Разностная машина работает, можно наблюдать волнообразные движения рычажков переноса в задней части Машины. Волны происходят из-за последовательных переносов единиц снизу вверх с проверкой инициации новых переносов.

Эта штука переносит единицу снизу вверх по одной!

Программы

В то время программ не существовало, ну точнее они уже были придуманы, но тогда они назывались картами операций и выглядели примерно так:

Карта операций

Программами занималась Ада Лавлейс, и, как истинные аристократы, они отдавали приказы барабанам и картам переменных не контактируя с рабочими механизмами. Даже простое сложение задействовало множество деталей, и при помощи большого барабана один рычаг мог задавать любое значение для восьмидесяти других рычагов.

Согласно отверстиям на картах барабан поворачивается к рычагам разными секциями, которые содержат определенный шифр и задействуют разные наборы рычагов.

И хотя барабаны напоминают валики шарманок, действуют они иначе. Вместо непрерывного вращения барабан поворачивается до определенной позиции и затем двигается вперед, толкая и активируя набор необходимых рычагов.

Карты операций управляют и барабанами, и картами переменных, и выглядят примерно так:

Перфокарты

Первой системой, построенной на перфокартах, был жаккардов станок, и именно им вдохновлялся Бэббидж.

Карта Жаккара, 1850 г.

Принцип их работы прост и гениален одновременно: удерживающий перфокарты рычаг опускается, прижимая карту к набору подпружиненных горизонтальных штырьков. Если под штырьком отсутствует отверстие, то карта сдвигает штырек и наклоняет стержень с крючком так, что он цепляется за штифт. Затем штифты движутся вверх вместе с зацепившимися за них крючками.

Логика и циклы

Перфокарты и шестеренки — это великолепно, но не они делают Разностную машину компьютером. Из устройства для обсчета десятичной арифметики Машина превращается в компьютер благодаря небольшой детали — условному рычагу.

Этот рычаг автоматически опускается, если результат вычислений требует дальнейших действий со стороны программы. И если на определенной позиции барабана стоит штифт, а затем рычаг опускается — запускается новый цикл вычислений.

Таким образом, условный рычаг замыкает цикл, и Машина «поедает собственный хвост»: перфокарты управляют барабанами, барабаны Машиной, Машина барабанами, а барабаны перфокартами.

На этом я закончу сегодняшнюю статью. Если у вас есть какие-то дополнения, то я буду рад обсуждениям в комментариях.

Всем хорошего дня и точных вычислений!

Литература:
«Невероятные приключения Лавлейс и Бэббиджа. Почти правдивая история первого компьютера»
Автор: Сидни Падуа
Издательство: Манн, Иванов и Фербер, 2017 г.
ISBN: 978-5-00100-943-6

Источник статьи: http://habr.com/ru/post/408223/