Charles Babbage (1791-1871) - um pioneiro na criação da tecnologia da computação, que desenvolveu 2 classes de computadores - diferencial e analítico. O primeiro deles recebeu esse nome devido ao princípio matemático em que se baseia - o método das diferenças finitas. Sua beleza está no uso exclusivo da adição aritmética sem ter que recorrer à multiplicação e divisão, que são difíceis de implementar mecanicamente.
Mais que uma calculadora
A Máquina Diferencial de Babbage é um dispositivo de contagem. Ela manipula os números da única maneira que pode, somando-os constantemente de acordo com o método das diferenças finitas. Não pode ser usado para cálculos aritméticos gerais. A Máquina Analítica de Babbage é muito mais do que apenas uma calculadora. Ele marca a transição da aritmética mecanizada para a computação de propósito geral em grande escala. Em diferentes estágios da evolução das ideias de Babbagehavia pelo menos 3 projetos. Portanto, seus mecanismos analíticos são melhor referidos no plural.
Conveniência e eficiência de engenharia
Os computadores de Babbage são decimais no sentido de que usam 10 dígitos de 0 a 9, e digitais no sentido de que operam apenas com números inteiros. Os valores são representados por engrenagens, e cada dígito tem sua própria roda. Se parar em uma posição intermediária entre valores inteiros, o resultado é considerado indeterminado e a máquina é bloqueada para mostrar uma violação da integridade dos cálculos. Esta é uma forma de detecção de erros.
Babbage também considerou o uso de outros sistemas numéricos além do decimal, incluindo binário e base 3, 4, 5, 12, 16 e 100. Ele optou pelo decimal por causa de sua familiaridade e eficiência de engenharia, pois reduz muito o número de partes móveis.
Mecanismo de Diferença 1
Em 1821, Babbage começou o desenvolvimento com um mecanismo projetado para calcular e tabular funções polinomiais. O autor o descreve como um dispositivo para calcular automaticamente uma sequência de valores com impressão automática dos resultados em forma de tabela. Uma parte integrante do projeto é uma impressora conectada mecanicamente à seção de cálculo. A Máquina Diferencial 1 é o primeiro projeto completo para cálculo automático.
De tempos em tempos Babbage mudava a funcionalidade do aparelho. Um projeto de 1830 mostra uma máquina projetada para 16 dígitos e 6 ordens de diferença. O modelo era composto por 25 mil peças, divididas igualmente entre a seção de informática e a impressora. Se o dispositivo tivesse sido construído, ele pesaria cerca de 4 toneladas e teria 2,4 metros de altura. O trabalho na Máquina Diferencial de Babbage foi interrompido em 1832 após uma disputa com o engenheiro Joseph Clement. O financiamento do governo finalmente terminou em 1842
Analytical Engine
Quando o trabalho no aparelho de diferença parou, em 1834 Babbage concebeu um dispositivo mais ambicioso, que mais tarde ficou conhecido como o Analytical Universal Programmable Computing Engine. As propriedades estruturais da máquina de Babbage correspondem em grande parte aos blocos de construção básicos de um computador digital moderno. A programação é feita com cartões perfurados. Esta ideia foi retirada do tear jacquard, onde são usados para criar padrões têxteis complexos.
A estrutura lógica da Máquina Analítica de Babbage corresponde basicamente ao design dominante dos computadores da era eletrônica, que implica na presença de memória ("armazenamento"), separada da unidade central de processamento ("moinho"), execução de operações e facilidades para entrada e saída de dados e instruções. Portanto, o autor do desenvolvimento recebeu o título de pioneiro da tecnologia da computação com bastante mérito.
Memória e CPU
A máquina de Babbage possui um "armazém" onde são armazenados os números e resultados intermediários, bem como um "moinho" separado onde é realizado o processamento aritmético. Ela tinha um conjunto de 4 funções aritméticas e podia realizar multiplicação e divisão direta. Além disso, o dispositivo era capaz de realizar operações que hoje são chamadas de ramificação condicional, loop (iteração), microprogramação, processamento paralelo, fixação, modelagem de pulso, etc. O próprio autor não utilizou tal terminologia.
A CPU do Analytical Engine de Charles Babbage, que ele chamou de "moinho", fornece:
- armazenamento de números, cujas operações são realizadas imediatamente, em registradores;
- tem o hardware para realizar operações aritméticas básicas neles;
- transferência de instruções externas orientadas ao usuário para controle interno detalhado;
- sistema de temporização (relógio) para executar instruções em uma sequência cuidadosamente selecionada.
O mecanismo de controle do mecanismo analítico realiza operações automaticamente e consiste em duas partes: um nível inferior controlado por tambores maciços chamados barris, e um nível alto usando cartões perfurados projetados por Jacquard para teares amplamente utilizados no início de 1800.
Dispositivos de saída
O resultado dos cálculos é exibido de várias maneiras, incluindo impressão, cartões perfurados, plotagem eprodução automática de estereótipos - bandejas de material macio nas quais o resultado é impresso, capaz de servir de molde para fundição de chapas para impressão.
Novo design
O trabalho pioneiro de Babbage no Analytical Engine foi amplamente concluído em 1840 e começou a desenvolver um novo dispositivo. Entre 1847 e 1849, ele completou o desenvolvimento do Difference Engine No. 2, que era uma versão melhorada do original. Essa modificação foi projetada para operações com números de 31 bits e poderia tabular qualquer polinômio de 7ª ordem. O design era extremamente simples, exigindo apenas um terço da contagem de peças do modelo original, ao mesmo tempo em que proporcionava poder de processamento igual.
A diferença e os mecanismos analíticos de Charles Babbage usavam o mesmo design do dispositivo de saída, que não apenas fazia impressões em papel, mas também criava automaticamente estereótipos e realizava formatação independente de acordo com o layout de página especificado pelo operador. Ao mesmo tempo, foi possível ajustar a altura da linha, número de colunas, largura dos campos, dobra automática de linhas ou colunas e disposição de linhas vazias para facilitar a leitura.
Legado
Além de alguns conjuntos mecânicos parcialmente criados e modelos de teste de pequenas seções de trabalho, nenhum dos projetos foi totalmente realizado durante a vida de Babbage. O modelo principal montado em 1832 era 1/7 do Diferencial No. 1, que consistiade cerca de 2 mil peças. Ele funciona perfeitamente até hoje e é o primeiro dispositivo de computação automática bem-sucedido que implementa cálculos matemáticos em um mecanismo. Babbage morreu enquanto a pequena parte experimental da Máquina Analítica estava sendo montada. Muitos detalhes da construção foram preservados, assim como um arquivo completo de desenhos e anotações.
Os projetos de Babbage para enormes computadores mecânicos são considerados uma das impressionantes conquistas intelectuais do século XIX. É apenas nas últimas décadas que seu trabalho tem sido estudado em detalhes, e a importância do que ele fez está se tornando cada vez mais aparente.
