Аналитическая машина Бэббиджа как прообраз первого компьютера


Как я уже писала в статье «Разностная машина Бэббиджа», она не была построена своим создателем. Однако в ходе работы у Бэббиджа возникла идея создания универсального вычислительного автомата, который должен был работать по программе без вмешательства человека.

Такую машину он назвал аналитической. Более 100 лет спустя эта идея была положена в основу создания электронно-вычислительных машин.

Чарльз Бэббидж

Бэббидж является первым автором идеи создания вычислительной машины, которая в наши дни называется компьютером. (Фото из Википедии)

Программы на перфокартах позволят автоматизировать работу

В 1834 году Чарльз Бэббидж описал свою аналитическую машину (Analytical Engine). Это был проект компьютера общего назначения с применением перфокарт, а также парового двигателя в качестве источника энергии.

Перфокарты — так назывались картонные карточки с пробитыми в них отверстиями, использовавшиеся для программного управления аналитической машиной Бэббиджа. Перфокарты представляли из себя куски перфорированного картона.

Перфокарта

Впервые перфокарты были применены в 1804 г. французом Жаккаром для механического ткацкого станка, управляемого последовательностями таких карт. В соответствии с положениями отверстий на карте челнок совершал определенные движения, придавая ткани соответствующую структуру.

Кстати, в начале 1980-х свои программы все пользователи-программисты того времени набивали именно на перфокарты.

Перфокарты были необходимы для автоматизации работы аналитической машины, которая достигается за счет работы по заранее составленной человеком программе. Именно Чарльз Бэббидж является родоначальником идеи механической машины с программным управлением.

Действительно, без автоматического программного управления вычислительным процессом каждую последующую операцию машине должен «подсказывать» человек, нажимая на соответствующие кнопки. А осмысленно человек в самом лучшем случае может делать это 1-2 раза в секунду из-за инерционности своей нервной системы.

Следовательно, сколь бы быстро не работали блоки машины, она, выполняя каждую операцию по указанию человека, будет работать медленно – в темпе работы своего хозяина. А что, если заранее ввести в машину программу решения задачи и тем самым«научить» ее решать самостоятельно ту или иную задачу? Вот тогда можно добиться, чтобы машина считала «без оглядки на человека», со свойственной ей, машине, скоростью.

О проекте аналитической машины Бэббиджа

По проекту 1834 г., разработанному Бэббиджем на бумаге, аналитическая машина включала 4 блока:

1. регистры памяти (по терминологии Бэббиджа store — хранилище, склад) – это аналог современного запоминающегося устройства (ЗУ) для хранения исходных данных и результатов;

2. арифметический блок (по терминологии Бэббиджа mill — мельница) – это аналог современного устройства для вычислений;

3. барабан, управляющий операциями машины (control barrel)  — прообраз современного устройства управления (УУ);

4. перфокарты – прототип ввода/вывода информации.

Такая схема Вам ничего не напоминает? Ведь это уже практически архитектура электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Остается лишь придумать схему совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Это было сделано 100 лет спустя коллективом ученых во главе с американским математиком Джоном фон Нейманом.

Вернемся в 1834 год. Еще не изобретены фотография и электричество, нет телефона и радио. По морям плавают исключительно парусные судна, а на суше лошадь – друг человека.

И вдруг – аналитическая машина, то есть, механическое устройство с идеями автоматического программного управления! Человечество смогло это реализовать спустя более 100 лет благодаря появлению электроники.

В чем отличие аналитической машины от арифмометра

К 1834 г. арифмометр уже был изобретен. Аналитическая машина отличалась от него наличием регистров, что позволяло ей работать по программе, предварительно составленной человеком. В регистрах сохранялся промежуточный результат вычисления, и с их же помощью выполнялись действия, предписанные «программой».

Изобретение регистров предоставляло такие вычислительные возможности, которые поразили Бэббиджа по сравнению с его первой разностной машиной: «Шесть месяцев я составлял проект машины, более совершенной, чем первая. Я сам поражен той вычислительной мощностью, которой она будет обладать; еще год назад я не смог бы в это поверить».

Как уже отмечалось, в единую логическую схему Бэббидж увязал арифметическое устройство («мельница»), регистры памяти, объединенные в единое целое («склад»), и третье устройство, которому автор не дал названия. Оно было реализовано с помощью перфокарт трёх типов:

  1. операционные карты (англ. operation card) служили для переключения машины между режимами сложения, вычитания, деления и умножения;
  2. карты переменных (англ. variable card) управляли передачей информации со «склада» на «мельницу» и обратно;
  3. числовые перфокарты могли быть использованы для ввода данных в машину, а также для сохранения промежуточных результатов вычислений, если место на «складе» было ограничено.

Кроме того, из операционных карт можно было составить библиотеку функций. По замыслу автора аналитическая машина должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования. Таким образом, именно Бэббидж стал автором идеи ввода-вывода данных в машину.

Аналитическая машина не была построена

Изобретатель писал в 1851 г.: «Все разработки, связанные с Analytical Engine, выполнены за мой счет. Я провел целый ряд экспериментов и дошел до черты, за которой моих возможностей не хватает. В связи с этим я вынужден отказаться от дальнейшей работы».

Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов и около 30 вариантов общей компоновки машины. Очевидно, что изобретатель намного опередил свое время. Не случайно в конце жизни он скажет: «Я готов отдать последние годы своей жизни за то, чтобы прожить три дня через 150 лет, и чтобы мне подробно объяснили принцип работы будущих машин».

Статья закончилась, но можно еще прочитать:

От счета на пальцах к арифмометрам

Леди Ада Лавлейс и первая компьютерная программа

Герман Холлерит: от табулятора к фирме IBM

Как работает ПК: часть 1. Обработка информации



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Комментарии: 2 к “Аналитическая машина Бэббиджа как прообраз первого компьютера”

  • Юдия:

    Здравствуйте! Меня зовут Юлия, я pr-менеджер издательства МИФ.
    Я подумала, что вам может быть интересен наш комикс про Чальза Бэббиджа и Аду Лавлейс.)

    Невероятные приключения Лавлейс и Бэббиджа. (Почти) правдивая история первого компьютера

    В главных ролях этой правдивой фантастической истории Ада Лавлейс (дочь Байрона) и Чарльз Бэббидж, которые, как считается, изобрели первый компьютер — ещё в XIX веке! Невероятные (выдуманные) приключения, основанные на невероятных (но реальных) событиях, подкрепленные огромным архивом подлинных документов. Этот комикс полон шуток про логику, математику, программирование, историю. Редкая возможность стать умнее, пока смеешься. :)

    Комикс получил премию Ньюмана от Британского общества истории математики (British Society for the History of Mathematics Neumann Prize) за вклад в популяризацию науки. Ну и Британскую премию книжного дизайна (British Book Design Award) тоже :) А по объему текста отсылки и комментарии автора к историческим документам в два раза больше, чем сам комикс.

    Можем прислать вам книгу (или верстку) для ознакомления)

    Что скажете?)

  • Трофим:

    Бурный рост использования компьютеров начался с «третьего поколения» вычислительных машин. Начало этому положило изобретение интегральной схемы , которое стало возможным благодаря цепочке открытий, сделанных американскими инженерами в 1958—1959 годах. Они решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральной схемы. За сделанные открытия один из них получил Нобелевскую премию .