Историята на развитието на изчисленията - механичен етап - Бабидж машина
Това, което ще бъде казано сега, вероятно ще изглежда неправдоподобно за мнозина. Но колкото и изненадващо да изглежда фактът остава факт: универсалната автоматична машина, която вече включва почти всички основни части на съвременните компютри, е изобретена през тридесетте години на 19 век. И сега можем само да се учудим, че такава гигантска работа - и това беше, без преувеличение, революция в изчислителната техника - може да бъде извършена от почти един човек.
Името на този човек, на когото беше отредено да отвори нова и може би най-поразителната страница в историята на компютрите - Чарлз Бабидж. По време на дългия си живот (1792-1871), професорът по математика в Кеймбридж направи много открития и изобретения, които бяха много по-напред от неговото време. Кръгът на интересите на Бабидж беше изключително широк и въпреки това основният бизнес в живота му, според самия учен, бяха компютрите, върху създаването на които той работи около 50 години.
През 1822 г. Бабидж започва да реализира проекта на така наречения двигател на разликите, предназначен за изчисляване на навигационните и астрономическите таблици. Изработването на тази кола отне десет години, но така и не я завършиха. Финансовите затруднения се усложняват от факта, че изобретателят непрекъснато ревизира дизайна и прави безброй подобрения в него.
Различният двигател на Babbage е, разбира се, стъпка напред от обикновените разширители, но също така имаше ограничени възможности. Използвайки съвременната терминология, можем да кажем, че това е устройство с фиксирана програма от действия. За да се премине от изчисляване на една функция към друга, е необходима човешка намеса: той трябва да въведе нови първоначални данни в регистрите на машината. Бабидж се опита да автоматизира тази операция, но по това време той имаше идея да създаде друга, по-съвършена машина.
И така през 1833 г., преустановил работата по различната машина, Бабидж започва да изпълнява проекта на универсална автоматична машина за всякакви изчисления. Той нарече това устройство, което осигурява автоматичното изпълнение на дадена изчислителна програма, аналитична машина.
Аналитичният двигател, който самият изобретател, а след това и синът му, са изграждали с прекъсвания в продължение на 70 години, никога не е бил построен. Това изобретение изпревари толкова много времето си, че идеите, съдържащи се в него, бяха реализирани едва в средата на 20-ти век в съвременните компютри. Но какво удовлетворение би изпитал този забележителен учен, ако научи, че структурата на новооткритите универсални компютри почти век по-късно по същество повтаря структурата на неговата аналитична машина.
Аналитичният двигател на Babbage представляваше един комплекс от специализирани звена. Според проекта той включва следните устройства. Първият е устройство за съхранение на първоначални данни и междинни резултати. Бабидж го нарече „складът“; в съвременните компютри устройство от този тип се нарича памет или устройство за съхранение.
За да създаде памет, в която се съхранява информация, Бабидж използва не само регистри на колела, но и големи метални дискове с дупки. В паметта на дисковете се съхраняват таблици със стойности на специални функции, които се използват в процеса на изчисления.
И накрая, третото устройство на машината е устройство, което контролира последователността на операциите, извършвани върху числа. Бабидж го нарича „офисът“; сега е контролно устройство.
Процесът на изчисление трябваше да се контролира с помощта на перфорирани карти - набор от картонени карти с различни места на перфорирани (перфорирани) дупки. Картите преминаха под сондите, а те от своя страна, попадайки в дупките, задействаха механизмите, с помощта на които номерата бяха прехвърлени от „склада“ във „фабриката“. Машината изпрати резултата обратно в "склада". С помощта на перфокарти също трябваше да извършва операции за въвеждане на цифрова информация и извеждане на получените резултати. Всъщност това реши проблема със създаването на автоматичен компютър с програмирано управление.
През 1843 г. Ада Лавлейс пише първата в света доста сложна програма за изчисляване на числата на Бернули за машината на Бабидж. Основната й заслуга обаче се крие не само в създаването на програмата, но и в пълното и достъпно описание на машината, както и в анализа на нейните възможности за решаване на различни изчислителни проблеми. Заедно с това, Lovelace извършва широко популяризиране на идеите на Babbage, тя самата проектира някои от машинните компоненти и изследва приложението на двоичната бройна система, а също така изразява редица идеи, които са получили широко приложение само в наше време.
Проектът на аналитичния двигател не беше реализиран, но той стана много широко известен и беше високо оценен от редица учени, предимно математици. Механичните устройства се оказаха просто неподходящи за изпълнението на такъв грандиозен план за онова време. Как може един механик със своите триещи зъбни колела и непохватни лостове да въплъти най-красивите схеми, които десетилетия по-късно само електронни елементи могат да направят?
Едва след смъртта на Бабидж синът му Хенри успява да изгради, според чертежите на баща си, централното звено на „Аналитичния двигател“ - аритметично устройство, което през 1888 г. изчислява продуктите от числото „pi“ по числата на естествените серии от едно до 32 с точност от 29 цифри! Оказа се, че колата на Бабидж работи, но Чарлз не я вижда.