Разностная машина чарльза бэббиджа год

Аналитическая машина Бэббиджа. Часть первая — кто такой Бэббидж и зачем нужны счётные машины

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Аналитическую машину Чарльза Бэббиджа считают первым прообразом современного компьютера. Эта машина фактически на века опередила прогресс. Но как и многие колоссы, опережавшие своё время, так и не была воплощенна в металле. Как всякое великое изобретение она не могла родиться на пустом месте, а её создатель не мог быть заурядным человеком. В последующих постах я хочу немного рассказать о биографии этого человека, что его подтолкнуло с созданию этой машины и чем закончилось главное дело его жизни.

Откуда берутся гении

Родился Чарльз Бэббидж в семье банкира Бенджамина Бэббиджа, 26 декабря 1791 года. В связи со слабым здоровьем, Чарльз не посещал школы, однако рос весьма любознательным ребёнком. Получая новую игрушку, он неизменно задавал вопрос «Мама, а что находится внутри?» и пока не получал ответ, не давал покоя ни игрушке ни окружающим. Если ответ его не устраивал, игрушка подвергалась вскрытию. Я думаю многие читатели хабра узнают в себе подобную черту — блог «старое железо» не страдает от отсутствия контента.

К одиннадцати годам родители всё таки решаются отправить Чарльза в частную школу и помещают под опеку священника, содержащего школу в городке Алфингтон в Девоншире. Бенджамин Бэббидж попросил священника не давать сыну сильных учебных нагрузок, дабы не подорвать его слабое здоровье.

По окончанию этой школы у Чарльза начинается настоящее обучение — его отправляют в академию в Энфилде, где он знакомится с учебником, определившим увлечение всей его дальнейшей жизни. Это было «Руководство Уорда для юных математиков». Он настолько увлёкся алгеброй, что поступив в Кэмбридж с удивлением обнаружил что знает о ней куда больше, чем его репетитор.

В 1811 году Чарльз становится студентом Тринити Коледжа — самого знаменитого коледжа Кембриджа. На тот момент из дверей этого учебного заведения уже вышли такие знаменитые личности как Исаак Барроу и его ученик Исаак Ньютон. Ближе к нашим дням данный колледж оканчивали такие личности как Бертран Рассел, ряд британских монархов и принцев (включая принца Чарльза).

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

(Тринити коледж, 1838 год)

Но вернёмся к нашему студенту. Обучаясь в Кэмбридже, Чарльз пришёл в выводу что Британия сильно отстала от континентальной Европы по уровню математической подготовки. Как результат родилось «Аналитическое общество», куда входили его друзья — Джон Гершель и Джордж Пикок. На встречах общества друзья обсуждают труды континентальных коллег, издают «Записики Аналитического общества».

Чарльз считал способности своих друзей куда выше собственных и дабы не быть третьим в Тринити коледже он переходит в колледж святого Петра, который он заканчивает на первом месте.

Перед нами вырисовывается портрет пытливого, способного, талантливого и честолюбивого молодого человека. Данное сочетания черт мало кому может позволить прожить жизнь тихо и спокойно. Наш герой не стал исключением. Естественно он интересовался актуальными и передовыми проблемами математики. Одной из таких проблем была проблема эффективного быстрого и точного составление различных таблиц — логарифмических, арифметических, таблиц процентов и т.п.

Почему именно таблицы?

Предпосылки появления вычислительных машин

Стоит вспомнить что на конец восемнадцатого — начало девятнадцатого века пришёлся пик промышленной революции, лидером которой была Британия. Переход от ручного труда к промышленным масштабам сопровождался, так сказать, бурным ростом других секторов экономики. Росло банковское и страховое дело, увеличивался объём морских перевозок, строительства — всё это требовало большого количества вычислений — расчёт сложных процентов, вычисление географических координат, инженерных расчётов и т.п. Уже в восемнадцатом веке мореходами активно использовались различные таблицы.

В 1776 году появился на свет «Морской календарь» (его автор — ученый доктор Маскелин, впоследствии королевский астроном). Календарь представлял из себя свод астрономических, навигационных и логарифмических таблиц, основанных на наблюдениях астронома Брэдли. Не смотря на невиданную доселе тщательность, данный труд имел немало ошибок и неточностей, порождённых малой точностью исходных данных, неточностью вычислений и ошибками при переписывании.

Интересный случай показывает к чему могут привести подобные ошибки. После окончания Англо-Испанской войны в средиземном море встретились Английское и Испанское суда. Свежеиспечёные друзья решили оказать друг другу знаки почтения и обменятся подарками. На счастье Английского капитана, его Испанский коллега решил преподнести ему лишь серебряный поднос. А вот Испанскому капитану повезло меньше — Англичанин преподнёс ему, без всякого злого умысла, навигационные таблицы Томаса Юнга. Издание было высочайшего качества, однако таблицы были совершенно не верными, так как не учитывали високосных годов. Испанского капитана, принявшего такой дар, больше никто никогда не видел, а вот Английский капитан прекрасно добрался до места назначения, используя французские и итальянские таблицы.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

(Навигационный прибор 18го века. Источник)

«Морской календарь» выходил ежегодно, издателям приходилось держать большой штат корректоров, но даже это не спасало от ошибок.

В конце 18го века был предложен оригинальный способ организации вычислительного труда, повышающий надежность вычислений. Его автором был математик Гаспар Клэр Франсуа маркиз де Прони.

Вычисления были организованны по «конвеерной системе» состоящей из трёх групп. Первая, наиболее малочисленная, наиболее квалифицированная состояла из 5-6 математиков. Она занималось выбором формул и составлением схем расчётов. Вторая из 7-8 математиков по выбранным формулам определяла значения функций с шагом 5-6 интервалов. Третья же, наиболее многочисленная, состояла из девяноста вычислителей низкой квалификации, которые занимались уплотнением таблицы, заполняя интервалы, вычисленные на предыдущем этапе. Две группы вычислителей работали параллельно, сверяя свои результаты.

Бэббидж заинтересовался данной схемой и у него родилась идея заменить последний этап ручных вычислений, механической машиной, которая позволяла бы автоматизировать, как он писал «самые примитивные действия человеческого интеллекта».

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

(Калькулятор Блеза Паскаля. 17ый век. Источник)

Машины, способные производить простые операции сложения, вычитания и даже умножения к тому времени создавались уже не первый век различными математиками и механиками, хотя большого распространения на тот момент не получили. Бэббидж же задумал не просто «механические счёты». У него родилась идея специализированного вычислительного устройства, заточенного под создание таблиц, позволявшего вычислять их быстро, эффективно, требовавших невысокой квалификации персонала, а также (что немаловажно) позволявших фиксировать результаты проведённых вычислений на бумаге.

Для второго десятилетия девятнадцатого века это была весьма смелая задумка. Однако даже сам Бэббидж ещё не догадывался как далеко его заведёт, родившаяся в его голове в 1812-м году идея.

В следующей части я расскажу о создании разностной машины Чарльза Бэббиджа и рождении идеи создания Аналитической машины.

Основной источник, использованный при подготовке текста — «От абака до компьютера», Р. С. Гутер, Ю. Л. Поплунов, Москва 1981г.

Источник

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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Первая в мире разностная аналитическая вычислительная машина Чарльза Бэббиджа

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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:

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

Аналитическая машина Бэббиджа. Часть вторая — трагическая судьба вычислительной техники XIX века

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
Первую часть статьи вы можете найти по этой ссылке.

Идея разностной машины посетила Чарльза Бэббиджа то ли 1812, то ли 1813 году. Более точную дату история от нас скрывает. Что же должна была делать задуманная машина?

Для того что бы понять это — придётся вспомнить немного математики.

Как мы помним из предыдущей статьи, машина была задумана для табулирования, то есть вычисления математических таблиц.

Немного теории

Предположим, необходимо табулировать функцию N=n^4 (n=1,2. ).
Рассмотрим нижеприведённую таблицу:

Аргумент (n)Значение (R1)Разность №1 (R2)Разность №2 (R3)Разность №3 (R4)Разность №4 (R5)
1115506024
216651108424
38117519410824
425636930213224
562557143415624
612961105590180
724011695770
840962465
96561

Первый столбец — это аргумент функции, второй — это значение функции для данного аргумента. Третий столбец — это разность последующих значений функции и предыдущих. То есть строка №1 = 16 – 1, строка №2 = 81-16 и так далее. Проделаем то же самое несколько раз (столбцы «Разность №2», «Разность №3»). Нетрудно заметить, что четвёртые разницы у нас полностью совпали. И это неспроста — если функция является многочленом n-ой степени, то в таблице с постоянным шагом (в нашем примере шаг равен единице) её n-е разности постоянны. Эта маленькая хитрость даёт нам одно преимущество — чтобы найти последующие значение функции, необходимо сложить все разности до четвёртой с текущим значением функции.

Например, 9^4 = 4096+1695+590+156+24 = 6561 (кто не верит, может воспользоваться калькулятором).

Бэббидж предполагал вычислять функции с постоянными шестыми разностями. Для этого машина должна была иметь семь регистров — по регистру для каждой разности и один для результата, и результат должен был получаться в результате семи сложений. Весьма затратный по времени вариант, и Бэббидж придумал способ как его оптимизировать. Он предложил записывать разности нечетного порядка из предыдущей строки, тогда вычислить следующее значение функции можно в два приёма, вычисляя сначала параллельно нечётные разницы, а затем уже чётные и значение функции.
Например, рассчитываем для N=8 на первом этапе R2 = 1105 + 590 = 1695, R4 = 132 + 24 = 156, на втором этапе R1 = 2401 + 1695 = 4096, R3 = 434 + 156 = 590. (Если вы запутались, советую заполнить электронную таблицу и выделить попарно соответствующие ячейки, разглядывая их сумму). Уже в 19 веке люди старались оптимизировать вычисления — и в наши дни стоит брать с них пример!

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
(Механизм передачи десятков в машине Паскаля, источник — Вокруг Света)

Каждый регистр представлял собой набор из восемнадцати десятичных счетных колёс, аналогичных колёсам машины Паскаля. Вычисление происходило в два этапа — первый этапа сложение без учёта переноса, второй этап — сложение с переносом от младшего разряда к старшему (последовательный перенос). Такая схема переноса требует последовательного сложения всех разрядов с учётом переноса, который мог возникнуть на предыдущей ячейке. Это наиболее простая, но самая неэффективная схема переноса, и Бэббиджа она не устроила. В дальнейшем, работая над аналитической машиной, он разработал схему сквозного переноса.

Для табулирования логарифмической, тригонометрической и прочих функций, таблицу предполагалось разбивать на участки, каждый из которых приближался своим многочленом. Переходя от одного участка к другому, оператор должен был вручную изменить значения разностей. Машина была снабжена звонком, который звонил после выполнения определённого числа шагов. Также разностная машина была снабжена печатающим механизмом, который запечатлевал результат на медной пластине. Такую пластину можно было использовать для неограниченного числа оттисков, при этом исключалась возможность внесения ошибки наборщиком.

Стоит заметить, что идея разностной машины была высказана ещё 1786 году Иоганном Гельфрейхом Мюллером, но он даже не приступал к её постройке, и по всей вероятности Бэббидж ни чего не знал об этой идеи.

Начало работ

К воплощению машины в металле и дереве, Бэббидж приступил в 1820 году. В 1822 году он заканчивает создание малой разностной машины. Она была способна вычислять функции с постоянными вторыми разностями с точностью до восьмого знака.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
(Счётные колёса разностной машины Бэббиджа. Источник wikipedia)

Бэббидж начинает всячески популяризировать идею вычисления таблиц с помощью машин. В 1823-м году он получает финансирование от правительства в размере 1500 фунтов и начинает работу над машиной, которая смогла бы табулировать функции с постоянными шестыми разностями с точностью до двадцатого знака. Однако к 1828-му году выделенные средства полностью исчезают, также как и средства, выделенные из собственных доходов. В дальнейшем финансирование и постройка машины продолжаются с переменным успехом, однако к началу 1833 года удаётся закончить и испытать часть машины, которая может табулировать с точностью до пятого знака многочлены с постоянными вторыми разностями.

1833 год был также знаковым, так как в этом году было законченно строительство специального пожарозащищённого здания для машины, как сейчас бы сказали — датацентра. Переезд в новое здание вызвал паузу в создании машины. С одной стороны это создало новые проблемы — главный инженер, работавший над созданием машины, потребовал оплатить простой рабочих. Требование было отклонено, и он немедленно уволил всех рабочих и забрал все инструменты и оборудование, созданные во время работы над машиной, что вполне соответствовало английским законам того времени.

Однако вынужденная пауза привела к тому, что Бэббиджу пришла идея создания машины, которая могла бы вычислять не только таблицы, но и решала бы всё то многообразие задач, с которым сталкиваются инженеры и математики. В 1834-м году Бэббидж разрабатывает основные принципы новой машины, которую он называет аналитической. Однако о ней мы поговорим в следующей части статьи.

Как же обстоят дальнейшие дела с разностной машиной? 1834 год выходит статья доктора Дионисия Ларднера «Вычислительная машина Бэббиджа», в которой весьма подробно описывается принцип и устройство машины. Эта статья побудила двух шведов — Георга и Эдварда Шютца (отца и сына) к созданию своей собственной машины.

Трагический финал

Очередная проблема ждёт нашего героя — 1842-му году правительство отказывается от финансирования постройки разностной машины, т.к. будущие затраты на много превосходят изначально предполагавшийся бюджет.

В сороковых годах Бэббидж безуспешно пытается получить финансирование на достройку машины, которую он к тому времени заметно усовершенствовал, работая над идеями аналитической машины.

В тоже время шведы успешно продолжают работу над своей версией разностной машины, и к 1854 году успешно заканчивают её создание. Демонстрация машины состоялась на всемирной выставке в Париже 1855 году, и Бэббидж всячески приветствовал эту демонстрацию. Его сын Генри подготовил плакаты, поясняющие работу машины.

При жизни Бэббидж так и не смог довести своё детище до конца. Готовая часть машина была отправлена в музей Королевского колледжа, а 1862-м году она неудачно выставлялась на международной выставке в Лондоне, где ей отвели маленькую проходную комнату, откуда она вновь возвращается в музей. На этот раз это был научный музей в Южном Кенсингтоне, так как музей Королевского колледжа отказывался принять машину.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
(Рабочая разностная машина в музее компьютерной истории в Маунтейн Вью, Калифорния. Источник wikipedia)

Как не парадоксально, но, не смотря на отказ Бэббиджу, в 1858-м году правительство заказывает у английского инженера создание копии шведской разностной машины. Эта копия впоследствии широко использовалась для вычисления таблиц смертности, по которым страховые компании делали свои начисления.

Работая над разностной машиной, Бэббидж пришёл к идее универсальной машины, которая смогла бы решать целый круг математических и инженерных задач. Его идея оказалась настолько оригинальной и опережающей своё время, что её реализация в задуманном виде воплотилась намного позже жизни её автора. Об этой машине, а также о первой программистке, в честь которой был назван язык Ада, и пойдёт речь в следующей части статьи.

Источник

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:

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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:

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Память: склад

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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:Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа годНа своих схемах Чарльз изображал ряд столбцов уходящим за край листа и не указывал конечное количество чисел, которые могла бы запоминать заключительная версия Машины.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
Колеса склада А подключено к рейке В с помощью шестеренки. Обнуляясь, колесо слада поворачивает ось ввода до позиции переданного числа.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
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:

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
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:

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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:

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
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:

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Перфокарты

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

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год
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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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.

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

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!

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа год

Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть фото Разностная машина чарльза бэббиджа год. Смотреть картинку Разностная машина чарльза бэббиджа год. Картинка про Разностная машина чарльза бэббиджа год. Фото Разностная машина чарльза бэббиджа годЛитература:
«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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *