Разностная машина бэббиджа

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

Разностная машина Бэббиджа

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.

Статья является уникальной собственностью компании «Айтикон-сервис»

01.10.2009

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

Аналитическая машина Бэббиджа. Часть третья — заключительная

Аналитическая машина Бэббиджа. Часть третья — заключительная

(Для начала советую прочесть первую и вторую части статьи.) Разностная машина Чарльза Бэббиджа впервые позволила автоматизировать процесс вычислений и производить его в некоторой степени без вмешательства человека.

Как было сказано в предыдущей части, для вычисления функций типа логарифма, тригонометрических функций и прочих, их необходимо было разбить на участки, каждый из которых представлялся своим многочленом, и только потом можно было произвести расчёт значений функции для данного участка.

Переходя от одного многочлена к другому, оператор машины должен был вручную ввести все исходные значения регистров. К тому же машина позволяла производить только операцию сложения, что было не много даже по меркам 19го века.

Раздумывая над этой проблемой, Бэббидж пришёл к выводу, что можно построить такую машину, которая бы сама меняла значения исходных регистров в зависимости от значения результата. То есть сама бы могла управлять процессом вычислений.

В дальнейшем, развивая эту идею, Бэббидж пришёл к мысли не просто сделать машину, которая бы табулировала функцию полностью автоматически, а создать машину которая бы позволяла решать весь класс вычислительных задач.

Для этого алгоритм такой машины должен быть не жёстко зашит в её конструкцию, а задаваться извне, а сама машины должна уметь выполнять все арифметические операции, а также управлять ходом выполнения вычислений. Новую вычислительную машину Бэббидж назвал Аналитической. Основными частями Аналитической машины являлись: 1.«склад» — устройство для хранения чисел, то есть память в современной терминологии; 2.«мельница» — устройства для выполнения арифметических действий (Арифметическое устройство); 3.устройство, управляющее операциями машины; 4.устройства ввода и вывода;

(Элемент «мельницы». Рисунок Генри Бэббиджа. Источник)

В такой архитектуре не сложно узреть прообраз современного компьютера с его памятью, процессором (мельница + устройство управления) и устройствами ввода вывода.

«Шину обмена» данными между АЛУ и памятью представлял собой набор зубчатых реек.

Объём памяти должен был составлять тысячу чисел по 50 десятичных знаков. Для числа из 50-ти десятичных разрядов со знаком необходимо 168 бит, то есть объём ОЗУ был чуть больше двадцати килобайт.

Для сравнения советую здесь посмотреть объём ОЗУ первых компьютеров.

Как было сказано в предыдущей части, работая над аналитической машиной, Бэббидж придумал оригинальную схему предварительного переноса. Стоит сказать, что перед этим он продумал более двадцати вариантов исполнения схемы последовательного переноса, прежде чем понял, что для кардинального ускорения процесса необходим совершенной иной принцип.

Как и в разностной машине, регистры, хранящие числа, представляли собой зубчатые колёса. Знак числа задавался отдельным зубчатым колесом. Если данное колесо отображало чётное число, то это интерпретировалось как положительный знак, иначе как отрицательный.

Операции умножения и деления предполагалось реализовать как последовательные сложения или вычитания. Расчётное время выполнения операций должно было составлять одну секунду для сложения и вычитания и одну минуту для умножения и деления, что не так уж и плохо для 19го века.

Для ввода данных в память и управлением работой машины, Бэббидж задумал использовать перфокарты. На тот момент они уже существовали не один десяток лет, и были изобретены Жаккаром Жозефом-Мари для управления узором автоматизированного ткацкого станка.

Аналитическая машина использовала два механизма с перфокартами — один механизм задавал операции, которые должна была выполнять мельница, второй же управлял переносом данных между «мельницей» и «складом».

(Ткацкий станок с картами Жаккара. Источник)

Во время прибывания Бэббиджа в Италии к нему обратился метематик, профессор Мосотти. «Он заметил, что теперь вполне готов поверить в способность механизма овладеть арифметическими и даже алгебраическими соотношениями в любой нужной степени.

Но он добавил что не может понять, как машина может сделать выбор, который часто необходим при аналитическом исследовании (то есть в процессе вычислений), когда представляются два или более путей, особенно в том случае, когда правильный путь, как это часто бывает, неизвестен до тех пор, пока не проделаны предшествующие вычисления».

На этот случай в Аналитической машине была предусмотрена возможность организации условного выполнения и циклов. Для этого механизм переноса последнего разряда управлял движением перфокарт и мог заставить этот механизм повторить действие либо пропустить его.

Устройства вывода позволяли выводить на печать в результат вычислений машины в одной или двух копиях, воспроизводить в виде стереотипного отпечатка или пробивать результат на перфокартах. Работая над аналитической машиной, Бэббидж сделал более 200 чертежей её различных узлов и около 30 вариантов компоновки машины.

Однако размер замысла, и сложный характер изобретателя отсрочили рождение его изобретений на добрую сотню лет.

Если взглянуть на разностную машину, которая по замыслу Бэббиджа должна был табулировать до 20-го знака функции с постоянными седьмыми разностями, то близкая по возможностям машина появилась в 1934-м году — она табулировала функции с постоянными разностями седьмого порядка и с точностью до 13 знаков. Что же говорить об исполинских возможностях задуманной аналитической машины…

(Часть печатающего механизма машины. Источник)

После смерти Чарльза Бэббиджа, его сын, Генри, занялся аналитической машиной, решив сосредоточиться на двух узлах — «мельнице» и печатающем устройстве. В 1888-м году были готовы данные узла машины, которые смогли вычислить и напечатать произведение на числа натурального ряда с 29 знаками.

При вычислении 32-го члена машина выдала неверный результат из-за сбоя в механизме переноса. Всю оставшуюся жизнь Генри продолжал работу над аналитической машиной отца, а также занимался популяризацией идей вычислительных машин.

Не смотря на то, что Бэббидж за свою жизнь написал немало книг и статей, он так и не создал подробного изложения принципов работы разностной и аналитической машины, так как считал создание машин более важным занятием, нежели их описание.

Подробное описание разностной машины было дано Дионисием Ларднером, а аналитическая машина была описана в статье Луиджи Фредериго Менабреа. Именно эта статья и привела к тому, что на свет появилась первая в мире программа и первый программист. Честь носить такое звание имеет Ада Августа Лавлейс, дочь поэта Байрона.

Чарльз Бэббидж был знаком с семьёй юной талантливой девушки и всячески поощрял её тягу к науке. Однажды Ада заинтересовалась вычислительными машинами Бэббиджа и взялась за перевод статьи Менабреа.

Работая над переводом, Ада, дополнила её своими комментариями, примерами практического использования машин, а также составила «программу» вычисления чисел Бернулли. Имя Ады было увековечено в названии одного из языков программирования — Ада (Ada). Подробнее углубляться в биографию Ады я не буду, т.к. данная тема уже была раскрыта на хабре.

(Ада Августа Лавлейс. Источник)

Источник: https://habrahabr.ru/post/82929/

Чарльз Бэббидж : изобретатель первого компьютера

Чарльз Бэббидж : изобретатель первого компьютера

В конце 1791 года в семье Бенджамина и Элизабет Бэббидж родился мальчик. При рождении его назвали Чарльз. По достижению восьмилетия, Бэнджамин Бэббидж определил своего отпрыска в частную школу в Альфингтоне.

Слабое здоровье Чарльза не позволило ему посещать обычное, для детей его возраста, учебное заведение. В качестве учителя, будущий знаменитый изобретатель получил священника, который не мог дать полное образование.

Поэтому когда в 1810 году Чарльз Бэббидж поступил в колледж, он заметно отставал от своих сверстников.

В детстве, Чарльз коротал время, разбирая механические игрушки. Конечно, многие из нас любят узнать, из чего же состоит та или иная игрушка, но не многие впоследствии связывают свою жизнь с механикой. Уже в детстве Бэббидж, разбирая игрушки, пытался понять, что заставляет их двигаться. И почти всегда это ему удавалось сделать.

До поступления в колледж, Чарльз отучился в Академии в Энфилде. Благодаря обширной математической библиотеке в этом учебном заведении, Бэббидж влюбился в эту науку и впоследствии стал на практике доказывать ее важность.

Благодаря надомному обучению, а именно так учился будущий изобретатель “Аналитической машины” в школе Альфингтона и академии в Энфильде, знаний Бэббиджу явно недоставало. Его отец после академии нанял репетиторов. Один из них смог дать Чарльзу необходимые для поступления в колледж знания.

В 1810 году Бэббидж поступил в Тринити-колледж в Кембридже. Все свободное время Чарльз посвятил самостоятельному изучению математики. Он изучал труды Лагранжа, Лейбница, Эйлера, Ньютона и других “великих математических умов”. Кроме того, молодой человек имел доступ к работам математиков Парижской, Берлинской и Санкт-Петербургской академий.

Быстро обогнав своих сверстников, Бэббидж разочаровался в системе образования Кембриджа. Он, совместно со своими друзьями по колледжу Гершелем и Пикоком в 1812 основали “Аналитическое общество”.

С его помощью молодые британцы смогли получить труды известных математиков того времени на английском языке.

Кроме того, на собраниях общества можно было обсудить некоторые вопросы, поспорить и узнать много того, что не рассказывали преподаватели в колледже.

Неожиданно, в 1812 году Бэббидж покидает Тринити-колледж, сославшись на низкий уровень получаемых студентами знаний. Злые языки, знавшие Чарльза, говорили, что он ушел из-за того, что большинство учителей и учеников считали Бэббиджа третьим человеком в колледже после Гершеля и Пикока. Не смерившись с этим, Бэббидж отправился в колледж св. Петра, где через два года получил степень бакалавра.

В 1815 году Чарльз с молодой супругой (в год окончания колледжа св. Петра он женился на Джорджиане Витмур) перебрались в столицу Англии, где через год Бэббидж стал Членом Королевского общества Лондона.

1827 год для молодого ученого стал черным. Сначала он похоронил отца, затем жену и двоих детей. Для того, чтоб не погрязнуть в бесконечной депрессии, Бэббидж отправился в путешествие по Британским островам, после которого он занял пост профессора математических наук в Кембридже.

Малая разностная машина

Первым изобретением, которое сделало Бэббиджа знаменитым, стала вычислительная машина, которую Чарльз назвал “разностная машина”. В 1812 году Бэббидж был занят за изучением логарифмических таблиц.

Занятия его так утомили, что молодой математик заснул прямо за письменным столом.

Когда его разбудил друг с вопросом: “Чем занят?”, Чарльз ответил, что хочет создать машину, которая сможет проводить сложные математические расчеты.

Бил Гейтс позирует на фоне машины Бэббиджа

Семь лет ушло у математика для того, чтоб он смог сформировать идеи и принципы вычисления при помощи машины. Еще через три года в 1822 Бэббидж начал создавать свою “разностную машину”. Она состояла из множества шестеренок и рычагов. Разностная машина оперировала 18-ти разрядными числами, с точностью до восьмого знака после запятой. Она могла сосчитать значение многочленов 7-й степени. За свое изобретение Чарльз Бэббидж получил медаль Астрономического общества.

Большая разностная машина

В 1822 году для уменьшения количества людей занятых в астрономических, навигационных и математических расчетах Бэббидж задумал создание большой разностной машины. Королевское и Астрономическое общество, после запроса изобретателя, согласилось выделить средства.

С 1822 по 1834 на изготовление большой разностной машины было выделены 17000 фунтов от государства, и еще 6000 Чарльз потратил из своего кармана. Но низкая технологическая база того времени не позволила создать машину при жизни изобретателя.

После себя Чарльз Бэббидж оставил чертежи большой разностной машины, которая должна была состоять из 25 тысяч деталей и весить 14 тонн. Швейцарский изобретатель Шойц в 1854 году создал по чертежам Бэббиджа несколько разностных машин.

Разностная машина Бэббиджа

Аналитическая машина — прототип первого компьютера

Бэббидж не очень расстроился неудаче с большой разностной машиной. Уже тогда он понимал, что дело будет за программируемыми машинами. В 1834 году Чарльз начал разрабатывать программируемую аналитическую машину, прообраз современной ЭВМ.

Аналитическая машина Бэббиджа должна была состоять из нескольких частей: • Склада – хранение результатов операций и значения переменных. Современная память. • Мельницы – отвечала за операции с переменными, хранения значения переменных участвующих в вычислении в данный момент. Современный процессор.

• Третьего устройства (в чертежах Бэббиджа его названия не называлось) – управление последовательностью операций, перемещение и извлечение переменных в склад, вывод результатов.

Аналитическая машина Бэббиджа программировалась с помощью двух видов перфокарт: операционных карт и карт переменных.

Чарльз Бэббидж умер в 1871 году. После себя он оставил чертежи аналитической машины

Первый программист — Ада Лавлейс

и конспекты лекций, которые записал преподаватель туринской артиллерийской академии Луиджи Менабреа. На английский язык конспекты перевела друг и соратник Бэббиджа – Ада Лавлейс (дочь Джорджа Байрона).

Она снабдила конспекты своими комментариями, которые по объему превосходили основной текст.

Ада Лавлейс в своих комментариях к лекциям Бэббиджа составила и первые инструкции по программированию аналитической машины.

После этих инструкций Аду Лавлейс стали считать первым программистом.

В 1888 году сын Чарльза – Генри Бэббидж, создал по чертежам отца основной узел аналитической машины. Полностью машину Бэббиджа удалось создать только в 1906 году усилиями компании Монро.

Личность Чарльза Бэббиджа и его заслуги

Как мы уже писали выше, технологическая база того времени значительно уступала ходу мыслей Чарльза Бэббиджа. Для изготовления своих машин изобретатель сконструировал поперечно-строгальный и токарно-револьверный станок, открыл новый метод изготовления зубчатых колес и сконструировал еще множество различных устройств.

Перфокарты для програмирования аналитической машины Бэббиджа

Кроме того, ум Бэббиджа был использован в изобретении спидометра и тахометра. Так же ученый изобрел вагон-лабораторию оборудованную самописцами, приспособление для сбрасывания предметов с рельс.

Поучаствовал наш герой и в реформировании почтовой системы Англии, занимался вопросами шифрования и электромагнетизма.

Чарльз Бэббидж был очень разносторонним человеком. Среди его друзей значились Жан Фуко, Чарльз Дарвин, Юнг, Фурье и Пьер Лаплас. В истории талантливый изобретатель и математик оставил огромный след, недаром Бэббиджа называют изобретателем первого компьютера.

Источник: http://pop-hi-tech.ru/lica-hi-tech/charlz-bebbidzh-izobretatel-pervogo-kompyutera.html

Для редактирования данного текста дважды кликните по нему.

   Несмотря на неудачу с разностной машиной, Бэббидж в 1834 году задумался о создании программируемой вычислительной машины, которую он назвал аналитической (прообраз современного компьютера). В отличие от разностной машины, аналитическая машина позволяла решать более широкий ряд задач.

Именно эта машина стала делом его жизни и принесла посмертную славу. Он предполагал, что построение новой машины потребует меньше времени и средств, чем доработка разностной машины, так как она должна была состоять из более простых механических элементов.

С 1834 года Бэббидж начал проектировать аналитическую машину.

Архитектура современного компьютера во многом схожа с архитектурой аналитической машины. В аналитической машине Бэббидж предусмотрел следующие части: склад (store), фабрика или мельница (mill), управляющий элемент (control) и устройства ввода-вывода информации.

Склад предназначался для хранения как значений переменных, с которыми производятся операции, так и результатов операций. В современной терминологии это называется памятью.

Мельница (арифметико-логическое устройство, часть современного процессора) должна была производить операции над переменными, а также хранить в регистрах значение переменных, с которыми в данный момент осуществляет операцию.

Третье устройство, которому Бэббидж не дал названия, осуществляло управление последовательностью операций, помещением переменных в склад и извлечением их из склада, а также выводом результатов. Оно считывало последовательность операций и переменные с перфокарт.

Перфокарты были двух видов: операционные карты и карты переменных. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций.

Кроме того, по замыслу Бэббиджа, Аналитическая машина должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования.

Для создания компьютера в современном понимании оставалось лишь придумать схему с хранимой программой, что было сделано 100 лет спустя Эккертом, Мочли и Фон Нейманом.

Бэббидж разрабатывал конструкцию аналитической машины в одиночку. Он часто посещал промышленные выставки, где были представлены различные новинки науки и техники.

Именно там состоялось его знакомство с Адой Августой Лавлейс (дочерью Джорджа Байрона), которая стала его очень близким другом, помощником и единственным единомышленником. В 1840 году Бэббидж ездил по приглашению итальянских математиков в Турин, где читал лекции о своей машине.

Луиджи Менабреа, преподаватель туринской артиллерийской академии, создал и опубликовал конспект лекций на французском языке. Позже Ада Лавлейс перевела эти лекции на английский язык, дополнив их комментариями по объёму превосходящими исходный текст.

В комментариях Ада сделала описание ЦВМ и инструкции по программированию к ней. Это были первые в мире программы. Именно поэтому Аду Лавлейс справедливо называют первым программистом. Однако, аналитическая машина так и не была закончена.

Вот, что писал Бэббидж в 1851 году: «Все разработки, связанные с Аналитической машиной, выполнены за мой счёт. Я провёл целый ряд экспериментов и дошёл до черты, за которой моих возможностей не хватает. В связи с этим я вынужден отказаться от дальнейшей работы».

Несмотря на то, что Бэббидж подробно описал конструкцию аналитической машины и принципы её работы, она так и не была построена при его жизни. Причин этому было много. Но основными стали полное отсутствие финансирования проекта по созданию аналитической машины и низкий уровень технологий того времени. Бэббидж не стал в этот раз просить помощи у правительства, так как понимал, что после неудачи с разностной машиной ему всё равно откажут.

Только после смерти Чарльза Бэббиджа его сын, Генри Бэббидж, продолжил начатое отцом дело. В 1888 году Генри сумел построить по чертежам отца центральный узел аналитической машины.

А в 1906 году Генри совместно с фирмой Монро построил действующую модель аналитической машины, включающую арифметическое устройство и устройство для печатания результатов.

Машина Бэббиджа оказалась работоспособной, но Чарльз не дожил до этих дней.

В 1864 году Чарльз Бэббидж написал: «Пройдёт, вероятно, полстолетия, прежде чем люди убедятся, что без тех средств, которые я оставляю после себя, нельзя будет обойтись». В своём предположении он ошибся на 30 лет. Только через 80 лет после этого высказывания была построена машина МАРК-I, которую назвали «осуществлённой мечтой Бэббиджа».

Архитектура МАРК-I была очень схожа с архитектурой аналитической машины. Говард Айкен на самом деле серьёзно изучал публикации Бэббиджа и Ады Лавлейс перед созданием своей машины, причём его машина идеологически незначительно ушла вперёд по сравнению с недостроенной аналитической машиной.

Производительность МАРК-I оказалась всего в десять раз выше, чем расчётная скорость работы аналитической машины.

Источник: http://1486192.mya5.ru/analiticheskaya-mashina/

Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа

Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа

Большой вклад в развитие вычислительной техники был сделан выдающимся английским математиком Чарльзом Бэббиджем (1791 – 1871).

Помимо того, что он сконструировал «праматерь» современного компьютера – аналитическую машину (1834), ему принадлежат такие изобретения, как машина для табулирования (1822), малая и большая разностная машины (1822 – 1834), изобретение спидометра, труды по теории функций и многое другое.

Бэббидж было очень разносторонним человеком: его интересовала математика, археология, батискафы, залегание руд, безопасность дорожного движения – во всех этих направлениях учёный оставил свой след. Примечательно, что талант Бэббиджа был известен и в России: с 1832 года он становится иностранным член-корреспондентом Императорской академии наук в Санкт-Петербурге.

Когда Чарльз Бэббидж занимался созданием разностной машины, он ставил своей целью оптимизировать процесс вычисления различных астрономических, навигационных и математических таблиц.

Одна машина могла бы заменить огромный штат людей и, соответственно, сэкономила бы затраты на оплату труда, а также избавила бы вычисления от ошибок (неизбежных при человеческом факторе). Согласно чертежам Бэббиджа, большая разностная машина должна была состоять из 25 тысяч деталей, весить почти 14 тонн и быть высотой 2,5 метра.

В ней предусматривалось устройство для вывода результатов, а память была рассчитана на тысячу 50-разрядных чисел. К сожалению, в результате проблем с государственным финансированием разностная машина так и не построена.

Получив очередной отказ, Бэббидж не стал унывать и в 1834-м году задумался о создании программируемой вычислительной машины, которую он сам назвал «аналитической». Учёный полагал, что построение новой машины (сконструированной из относительно простых компонентов) потребует меньше времени и средств, чем доработка разностной машины.

К тому же, по его задумке, аналитическая машина должна была решать больший круг задач. В итоге, создание такой машины стало для Бэббиджа делом его жизни, которое принесло учёному посмертную славу.

Она состояла: из «склада» для хранения чисел (аналога памяти в современных компьютерах); устройства под названием «мельница» (аналога современного процессора) для производства арифметико-логических действий над числами; устройства управления над операциями машины (в определенной последовательности) и устройства ввода и вывода данных.

Для вывода результатов из аналитической машины предполагалось три различных способа: печать одной или двух копий, изготовление стереотипного отпечатка, пробивка на перфокартах. Перфокарты были двух видов: операционные карты и карты переменных. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций.

В процессе работы Бэббидж сделал более двухсот чертежей различных узлов машины и около 30-ти вариантов её общей компоновки. При этом, он использовал более четырёх тысяч «механических обозначений». Аналитическая машина Бэббиджа по своему строению, во многом, напоминает современный компьютер. Не хватало лишь схемы с хранимой программой, которую придумали только сто лет спустя.

Чарльз Бэббидж создавал аналитическую машину в одиночку и на свои средства.

Единственным его единомышленником и близким другом, «болевшим» за идею аналитической машины, была Августа Ада Лавлейс (дочь поэта Джорджа Байрона, математик).

Ей принадлежит подробное описание вычислительной машины и создание к ней инструкций по программированию. Таким образом, именно Аду Лавлейс, по справедливости, можно назвать первым программистом в мире.

Поскольку объем затрат превышал возможности учёного, техническое воплощение его замысла шло очень медленно, и при жизни Бэббиджа машина так и не была до конца построена.

Только после смерти изобретателя его сын, Генри Бэббидж, сумел осуществить отцовскую мечту.

В 1888-м году Генри построил по чертежам отца центральный узел аналитической машины, а в 1906-м году сумел сделать полноценную действующую модель аналитической машины (при участии фирмы Монро).

Источник: http://fromatoc.mosedu.ru/mashina_bjebbidzha.php

Материал для любознательных

Главная | Информатика и информационно-коммуникационные технологии | Планирование уроков и материалы к урокам | 6 классы | Материал для любознательных | Машина Бэббиджа

Машина Бэббиджа

В середине XIX века английский математик, профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж разработал несколько проектов механических вычислительных машин, в том числе проект первой программируемой вычислительной машины.

Машина, придуманная Чарльзом Бэббиджем, была похожа на настоящую фабрику по производству вычислений. На любой фабрике есть склад, где хранятся сырье и готовая продукция. Есть цех, где эта продукция производится. Есть контора, которая управляет производством. Машина Бэббиджа имела подобную конструкцию. Набор специальных колес — «склад» чисел.

Здесь запоминаются исходные данные и результаты вычисления. Механизм из шестеренок, рычагов и пружин — «цех». Тут производятся вычисления. Есть и «контора», которая управляет всем вычислительным процессом с помощью заранее подготовляемых вычислителем картонных лент с отверстиями — перфокарт1. Машина считает сама — работает по программе.

Результаты вычислений она пробивает на металлических пластинках. С таких пластинок их можно печатать.

Несмотря на то что машина Бэббиджа представляла собой важный шаг вперед в технике вычислений, полностью реализована она не была. После 25 лет труда и огромных издержек изобретатель был вынужден отказаться от ее завершения.

Проекты огромных механических вычислительных устройств Бэббиджа стоят в ряду наиболее поразительных достижений человеческой мысли XIX века, хотя ему и не удалось воплотить свои планы в жизнь.

В конце прошлого века англичане решили построить хотя бы одну из машин, спроектированных Чарльзом Бэббиджем. Началась напряженная работа по созданию автоматического калькулятора (Разностной машины).

И в год 200-летия со дня рождения знаменитого англичанина (1991) машина была построена и произвела серьезные вычисления.

Этот успех доказал, что неудачи изобретателя были вызваны упущениями в реализации замысла, а не ошибками в самом проекте.

1 Идею использования перфокарт Бэббидж позаимствовал у французского изобретателя Жозефа Жаккара, который в 1801-1804 годах применил карточки с пробитыми отверстиями для контроля ткацких операций. Карточки с разным расположением отверстий давали различные узоры при переплетении нитей.

Источник: http://xn—-7sbbfb7a7aej.xn--p1ai/informatika_06/informatika_materialy_dlya_luboznati_16.html

Разностная машина Чарльза Бэббиджа

Разностная машина Чарльза Бэббиджа

Ра́зностная маши́на Чарльза Бэббиджа — механический аппарат, изобретённый английским математиком Чарльзом Бэббиджом, предназначенный для автоматизации вычислений путём аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей.

История создания

Чарльз Бэббидж, находясь во Франции, познакомился с работами Гаспара де Прони, занимавшего должность руководителя бюро переписи при французском правительстве с 1790 по 1800 гг. Прони, которому было поручено выверить и улучшить логарифмические тригонометрические таблицы для подготовки к введению метрической системы, предложил распределить работу по трем уровням.

На верхнем уровне группа крупных математиков занималась выводом математических выражений, пригодных для численных расчётов. Вторая группа вычисляла значения функций для аргументов, отстоящих друг от друга на пять или десять интервалов. Подсчитанные значения входили в таблицу в качестве опорных.

После этого формулы отправляли третьей, наиболее многочисленной группе, члены которой проводили рутинные расчёты и именовались «вычислителями». От них требовалось только аккуратно складывать и вычитать в последовательности, определенной формулами, полученными от второй группы.

Работы де Прони (так и не законченные ввиду революционного времени) навели Бэббиджа на мысль о возможности создания машины, способной заменить третью группу — вычислителей. В 1822 году Бэббидж опубликовал статью с описанием такой машины, а вскоре приступил к её практическому созданию.

Как математику, Бэббиджу был известен метод аппроксимации функций полиномами и вычислением конечных разностей. С целью автоматизации этого процесса он начал проектировать машину, которая так и называлась — разностная. Эта машина должна была уметь вычислять значения полиномов до шестой степени с точностью до 18-го знака.

В том же 1822 году Бэббиджем была построена модель разностной машины, состоящая из валиков и шестерней, вращаемых вручную при помощи специального рычага.

Заручившись поддержкой Королевского общества, посчитавшего его работу «в высшей степени достойной общественной поддержки», Бэббидж обратился к правительству Великобритании с просьбой о финансировании полномасштабной разработки.

В 1823 году правительство Великобритании предоставило ему субсидию в размере 1500 фунтов стерлингов (общая сумма правительственных субсидий, полученных Бэббиджем на реализацию проекта, составила в конечном счёте 17 000 фунтов стерлингов).

Разрабатывая машину, Бэббидж и не представлял всех трудностей, связанных с её реализацией, и не только не уложился в обещанные три года, но и спустя девять лет вынужден был приостановить свою работу. Однако часть машины все же начала функционировать и производила вычисления даже с большей точностью, чем ожидалось.

Конструкция разностной машины основывалась на использовании десятичной системы счисления. Механизм приводился в действие специальными рукоятками.

Когда финансирование создания разностной машины прекратилось, Бэббидж занялся проектированием гораздо более общей Аналитической машины, но затем всё-таки снова вернулся к первоначальной разработке.

Улучшенный проект, над которым он работал между 1847 и 1849 годами, носил название Разностная машина номер 2 (англ. Difference Engine No. 2).

Основываясь на работах и советах Бэббиджа, шведский издатель, изобретатель и переводчик Пер Георг Шойц (швед. Georg Scheutz) начиная с 1854 года сумел построить несколько разностных машин и даже сумел продать одну из них канцелярии английского правительства в 1859 году.

В 1855 году Разностная машина Шойца получила золотую медаль Всемирной выставки в Париже. Спустя некоторое время другой изобретатель Мартин Виберг (швед.

Martin Wiberg) улучшил конструкцию машины Шойца и использовал её для расчёта и публикации печатных логарифмических таблиц.

В период 1989 по 1991 год к двухсотлетию со дня рождения Чарльза Бэббиджа на основе его оригинальных работ в лондонском Музей Науки была собрана работающая копия разностной машины номер 2. В 2000 году в том же музее заработал принтер, также придуманный Бэббиджем для своей машины.

После устранения обнаруженных в старых чертежах небольших конструкционных неточностей, обе конструкции заработали безупречно.

Эти эксперименты подвели черту под долгими дебатами о принципиальной работоспособности конструкций Чарльза Бэббиджа (некоторые исследователи полагают, что Бэббидж умышленно вносил неточности в свои чертежи, пытаясь таким образом защитить свои творения от несанкционированного копирования).

Аналитическая машина

Несмотря на то, что разностная машина не была построена её изобретателем, для будущего развития вычислительной техники главным явилось другое: в ходе работы у Бэббиджа возникла идея создания универсальной вычислительной машины, которую он назвал аналитической и которая стала прообразом современного компьютера. В единую логическую схему Бэббидж увязал арифметическое устройство (названное им «мельницей»), регистры памяти, объединенные в единое целое («склад»), и устройство ввода/вывода, реализованное с помощью перфокарт трёх типов. Перфокарты операций переключали машину между режимами сложения, вычитания, деления и умножения. Перфокарты переменных управляли передачей информации со «склада» на «мельницу» и обратно. Числовые перфокарты могли быть использованы как для ввода данных в машину, так и для сохранения результатов вычислений, если место на «складе» было ограничено.

Влияние на культуру

В 1992 Брюсом Стерлингом и Уильямом Гибсоном была написан фантастический роман «Машина различий», где описывается разностная машина.

См. также

Литература

  • Знакомьтесь: компьютер = Understanding computers : Computer basics : Input/Output; Пер. с англ. К. Г. Батаева; Под ред. и с пред. В. М. Курочкина — Москва : Мир, 1989. — 240 с., ил. ISBN 5-03-001147-1 ( русск. )
  • Doron Swade. The difference engine: Charles Babbage and the quest to build the first computer ISBN 0-670-91020-1 ( англ. )

Ссылки

Источник: http://mediaknowledge.ru/a370a5fe8806d2b4.html

Разностная машина Чарльза Бэббиджа

Разностная машина Чарльза БэббиджаРа́зностная маши́на Чарльза Бэббиджа — механический аппарат, изобретённый английским математиком Чарльзом Бэббиджем, предназначенный для автоматизации вычислений путём аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Возможность приближённого представления в многочленах логарифмов и тригонометрических функций позволяет рассматривать эту машину как довольно универсальный вычислительный прибор.

Содержание

  • 1 История создания
  • 2 Аналитическая машина
  • 3 Влияние на культуру
  • 4 См. также
  • 5 Литература
  • 6 Ссылки

История создания

Первая идея разностной машины была выдвинута немецким инженером Иоганном Мюллером в книге, изданной в 1788 году.

Однако, Чарльз Бэббидж почерпнул идею для создания своего проекта не у Мюллера, а из работ Гаспара де Прони, занимавшего должность руководителя бюро переписи при французском правительстве с 1790 по 1800 год.

Прони, которому было поручено выверить и улучшить логарифмические тригонометрические таблицы для подготовки к введению метрической системы, предложил распределить работу по трём уровням. На верхнем уровне группа крупных математиков занималась выводом математических выражений, пригодных для численных расчётов.

Вторая группа вычисляла значения функций для аргументов, отстоящих друг от друга на пять или десять интервалов. Подсчитанные значения входили в таблицу в качестве опорных. После этого формулы отправляли третьей, наиболее многочисленной группе, члены которой проводили рутинные расчёты и именовались «вычислителями».

От них требовалось только аккуратно складывать и вычитать в последовательности, определённой формулами, полученными от второй группы.

Работы де Прони (так и не законченные ввиду революционного времени), с которыми Бэббидж познакомился, находясь во Франции, навели Бэббиджа на мысль о возможности создания машины, способной заменить третью группу — вычислителей.

В 1822 году Бэббидж опубликовал статью с описанием такой машины, а вскоре приступил к её практическому созданию. Как математику, Бэббиджу был известен метод аппроксимации функций многочленами и вычислением конечных разностей. С целью автоматизации этого процесса он начал проектировать машину, которая так и называлась — разностная.

Эта машина должна была уметь вычислять значения многочленов до шестой степени с точностью до 18-го знака.

В том же 1822 году Бэббиджем была построена модель разностной машины, состоящая из валиков и шестерней, вращаемых вручную при помощи специального рычага.

Заручившись поддержкой Королевского общества, посчитавшего его работу «в высшей степени достойной общественной поддержки», Бэббидж обратился к правительству Великобритании с просьбой о финансировании полномасштабной разработки.

В 1823 году правительство Великобритании предоставило ему субсидию в размере 1500 фунтов стерлингов (общая сумма правительственных субсидий, полученных Бэббиджем на реализацию проекта, составила в конечном счёте 17 000 фунтов стерлингов).

Разрабатывая машину, Бэббидж и не представлял всех трудностей, связанных с её реализацией, и не только не уложился в обещанные три года, но и спустя девять лет вынужден был приостановить свою работу. Однако часть машины все же начала функционировать и производила вычисления даже с большей точностью, чем ожидалось.

Копия разностной машины в лондонском Музее науки

Конструкция разностной машины основывалась на использовании десятичной системы счисления. Механизм приводился в действие специальными рукоятками.

Когда финансирование создания разностной машины прекратилось, Бэббидж занялся проектированием гораздо более общей аналитической машины, но затем всё-таки вернулся к первоначальной разработке.

Улучшенный проект, над которым он работал между 1847 и 1849 годами, носил название «Разностная машина № 2» (англ. Difference Engine No. 2).

Основываясь на работах и советах Бэббиджа, шведский издатель, изобретатель и переводчик Георг Шутц (швед. Georg Scheutz) начиная с 1854 года сумел построить несколько разностных машин и даже сумел продать одну из них канцелярии английского правительства в 1859 году.

В 1855 году разностная машина Шутца получила золотую медаль Всемирной выставки в Париже. Спустя некоторое время другой изобретатель, Мартин Виберг (швед.

Martin Wiberg), улучшил конструкцию машины Шутца и использовал её для расчёта и публикации печатных логарифмических таблиц.

В период 1989 по 1991 год к двухсотлетию со дня рождения Чарльза Бэббиджа на основе его оригинальных работ в лондонском Музее науки была собрана работающая копия разностной машины № 2. В 2000 году в том же музее заработал принтер, также придуманный Бэббиджем для своей машины.

После устранения обнаруженных в старых чертежах небольших конструктивных неточностей, обе конструкции заработали безупречно.

Эти эксперименты подвели черту под долгими дебатами о принципиальной работоспособности конструкций Чарльза Бэббиджа (некоторые исследователи полагают, что Бэббидж умышленно вносил неточности в свои чертежи, пытаясь таким образом защитить свои творения от несанкционированного копирования).

Аналитическая машина

Несмотря на то, что разностная машина не была построена её изобретателем, для будущего развития вычислительной техники главным явилось другое: в ходе работы у Бэббиджа возникла идея создания универсальной вычислительной машины, которую он назвал аналитической и которая стала прообразом современного цифрового компьютера. В единую логическую схему Бэббидж увязал арифметическое устройство (названное им «мельницей»), регистры памяти, объединённые в единое целое («склад»), и устройство ввода-вывода, реализованное с помощью перфокарт трёх типов. Перфокарты операций переключали машину между режимами сложения, вычитания, деления и умножения. Перфокарты переменных управляли передачей данных из памяти в арифметическое устройство и обратно. Числовые перфокарты могли быть использованы как для ввода данных в машину, так и для сохранения результатов вычислений, если памяти было недостаточно.

Влияние на культуру

В 1972 году Гарри Гаррисоном в стимпанк рассказе «A Transatlantic Tunnel, Hurrah!» была упомянута «компьютерная машина Бэббеджа, занимавшая почти четверть объема субмарины», использовавшаяся для анализа состояния тросов и регулирования их натяжения во время транспортировки строительных секций Трансатлантического туннеля, а также для калибровки курса «Наутилуса II».

В 1990 году Майклом Флинном был написан фантастический роман «В стране слепых» (англ. In the Country of the Blind), в котором рассказывается о некой тайной организации, с помощью усовершенствованных аналитических машин Чарльза Бэббиджа математически рассчитывавшую возможное развитие событий и таким образом получившую возможность влиять на ход истории.

В 1990 году Брюсом Стерлингом и Уильямом Гибсоном написан фантастический роман в стилистике стимпанка «Машина различий» (англ. The Difference Engine), где также описывается разностная машина.

В 2005 Джон Краули опубликовал книгу «Роман лорда Байрона». Это вымышленная история о находке и расшифровке рукописи единственного прозаического произведения Байрона — романа «Вечерняя земля». Чтобы спасти роман от уничтожения, дочь Байрона Ада Лавлейс зашифровала его так, чтобы прочитать текст могли только потомки с помощью счётных машин, восходящих к разностной машине Бэббиджа.

В онлайн-проекте Рука Ориона описываются созданные на основе идей Бэббиджа полностью разумные и автономные механические ИИ величиной с крупный астероид.

См. также

  • Метод конечных разностей
  • Вычислительная машина
  • Калькулятор Лейбница
  • Суммирующая машина Паскаля

Литература

  • Пер. с англ. К. Г. Батаев, ред. В. М. Курочкин. Знакомьтесь: компьютер = Understanding computers. — М.: Мир, 1989. — 240 с. — (Знакомство с компьютером). — ISBN 5-03-001147-1.
  • Doron Swade. The difference engine: Charles Babbage and the quest to build the first computer. — ISBN 0-670-91020-1.

Ссылки

  • Georgi Dalakov. The calculating machines of Johann Helfrich Müller (англ.). Проверено 25 января 2012. Архивировано из первоисточника 4 февраля 2012.
  • Онлайн-выставка лондонского Музея науки  (англ.

    )

  • Модель первой разностной машины Чарльза Бэббиджа, собранная из элементов детского конструктора Meccano  (англ.)
  • Сборка разностной машины из элементов конструктора LEGO  (англ.

    )

  • Протокомпьютер Бэббиджа — Разностная машина № 2

Разностная машина Чарльза Бэббиджа Информация о

Разностная машина Чарльза Бэббиджа
Разностная машина Чарльза Бэббиджа

Разностная машина Чарльза Бэббиджа Информация Видео

Разностная машина Чарльза Бэббиджа Просмотр темы.

Разностная машина Чарльза Бэббиджа что, Разностная машина Чарльза Бэббиджа кто, Разностная машина Чарльза Бэббиджа объяснение

There are excerpts from wikipedia on .postlight.com»>

Источник: https://www.turkaramamotoru.com/ru/-160304.html

Ссылка на основную публикацию