Mașină analitică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Modelul unei părți a motorului analitic Babbage , expus la Science Museum din Londra [1]

Motorul analitic (Analytical engine în engleză ) a fost primul prototip al unui mecanic de calculator dezvoltat pentru a efectua sarcini generice. Proiectul a fost dezvoltat de matematicianul, filosoful și omul de știință englez Charles Babbage (1791–1871), care a încercat, de asemenea, să-l realizeze practic. [2] Reprezintă un pas important în istoria tehnologiei informației . [3]

Istorie

Prima descriere a proiectului a fost publicată la 26 decembrie 1837 în nota Despre puterea matematică a motorului de calcul [4] ; în acesta, Babbage a clarificat organizarea unei mașini capabile să efectueze calcule generale sub control automat complet.

Babbage a lucrat neobosit la proiect până la moartea sa în 1871 . Cu toate acestea, din motive politice și financiare, mașina nu a fost niciodată construită. Cu toate acestea, nu există nicio îndoială că computerele personale moderne, deși au fost dezvoltate aproape o sută de ani mai târziu, au asemănări remarcabile cu motorul analitic.

Unii istorici cred că, cu abilitățile tehnice ale timpului, mașina nu ar fi putut funcționa deloc, în timp ce alți istorici susțin că un sprijin politic și financiar mai mare ar fi făcut posibilă depășirea problemelor tehnice și, prin urmare, ar fi făcut construcția mașinii. posibil.

Proiect

Carduri perforate pentru motorul analitic: dimensiunile corespund diferitelor tipuri, carduri variabile (mai mari, pentru variabile) și carduri operaționale (mai mici, pentru operațiuni)

Babbage, în timpul dezvoltării primului său proiect, mașina diferențială , își dăduse seama că putea proiecta o mașină generică mult mai puternică și mai interesantă din punct de vedere practic. O mașină, adică care nu s-a limitat doar la dezvoltarea calculelor matematice, ci care ar putea elabora „raționamente” complexe. Inspirația a venit probabil și din dezvoltarea pe care a avut-o ceasornicaria în secolul al XVIII-lea, care la rândul său a generat o măiestrie a „ automatelor ”, folosite doar pentru distracție, și din posibilitatea de a programa războiul de Joseph-Marie Jacquard . El a denumit ultimul sistem, de fapt, motorul analitic.

Schema teoretică a acestei mașini este universal recunoscută ca primul prototip de computer generic complex . De fapt, se bazează pe un sistem de intrare, un sistem de procesare a datelor cu un dispozitiv numit „Mill” și un sistem de ieșire, aceeași schemă care va fi utilizată mai mult de un secol mai târziu în laboratoarele din SUA pentru a crea primul computer .

Motorul analitic trebuia alimentat de un motor cu aburi și trebuia să aibă mai mult de 30 de metri lungime și 10 metri adâncime. Datele de intrare și programul ar fi fost introduse prin intermediul cardurilor perforate , o metodă deja utilizată pentru a programa războaiele mecanice ale vremii și care va fi folosită ulterior și în primele computere mainframe, până în anii 1970. Datele de ieșire ar fi produse de o imprimantă și un arc capabil să deseneze curbe. Mașina ar putea să pună carduri pentru a stoca date pentru o utilizare ulterioară. Mașina a folosit aritmetica bazei punctului fix 10. Memoria internă ar fi reușit să conțină 1000 de numere de 50 de cifre. Componenta „Mill”, care a fost ideea de bază a unității aritmetice și logice prezente în procesoarele moderne, ar putea realiza cele patru operații aritmetice.

Limbajul de programare folosit de mașină era un limbaj foarte asemănător asamblării moderne. În el au existat cicluri și salturi condiționale care au făcut ca limbajul (și, prin urmare, și mașina) să fie complet Turing . Au existat trei tipuri diferite de cărți: un tip a fost rezervat pentru operații matematice, un alt tip a fost prevăzut pentru constante matematice și al treilea tip a fost utilizat pentru a încărca și salva date. [5]

În 1842 , în timpul unui congres, matematicianul italian Luigi Federico Menabrea a auzit din vocea lui Babbage o descriere a proiectului motorului analitic. Menabrea a produs o descriere franceză a utilajului. Opera sa a fost tradusă în engleză și extinsă semnificativ de Ada Lovelace . Lovelace, în anii următori, a efectuat multe lucrări teoretice pentru motorul analitic, inclusiv ceea ce este considerat primul program de calculator din istorie, un algoritm pentru calcularea numerelor Bernoulli .

Construcție parțială

În ultimii ani, Babbage a lucrat la construirea unei versiuni simplificate a mașinii, reușind să asambleze o mică parte a acesteia înainte de moartea sa în 1871. [6] [7]

În 1878 un comitet al Asociatiei Britanice pentru Progresul Stiintei, in ciuda descrie aparatul ca „o minune a ingeniozității mecanice“, a emis o recomandare împotriva construcției sale, care a împiedicat de a fi construit. Accesul la fonduri guvernamentale pentru finalizarea Mașina. Comitetul a recunoscut utilitatea și valoarea mașinii, dar nu a putut estima costul construcției și nu a fost sigur dacă mașina ar putea funcționa odată finalizată. [8] [9]

În 1906 Henry P. Babbage, fiul lui Charles Babbage, a construit o parte a mașinii de imprimat și a sistemului și a folosit-o pentru a calcula o listă (incorectă) de multipli de pi . Piesa construită era o mică parte a designului complet, nu era programabilă și nu avea o unitate de stocare. „Motorul analitic” al lui Henry este acum expus în London Science Museum . Henry a fost, de asemenea, dispus să construiască un prototip al întregii mașini, cu o capacitate de memorie mai mică: „poate pentru o primă mașină vor face zece (coloane), cu cincisprezece roți fiecare”. Această versiune ar fi putut funcționa cu 20 de numere de câte 25 de cifre fiecare și ceea ce ar putea face cu aceste numere a fost, la vremea respectivă, impresionant. „Este doar o chestiune de cărți și de timp”, scria Henry Babbage în 1888, „și nu există niciun motiv pentru care (douăzeci de mii) de cărți nu ar trebui utilizate, dacă este necesar, într-un motor analitic în scopul unui matematician.

În 1991 , Muzeul Științei , pornind de la proiectele sale originale, a construit un model complet și funcțional al celei de-a doua mașini diferențiale pe care Charles Babbage a prezentat-o ​​în 1823 . Versiunea Muzeului Științei a inclus diverse îmbunătățiri față de Babbage, la care s-a gândit în timpul dezvoltării motorului analitic. [10] Muzeul Științei s-a angajat să-și fabrice mașina folosind numai materiale, toleranțe și cuplaje dimensionale care ar fi putut fi folosite chiar de matematicianul britanic la vremea sa, demonstrând astfel că mașina ar fi putut funcționa. [11] Inginerii suedezi Edvard Scheutz și Per Georg Scheutz au construit un model de lucru al mașinii diferențiale în 1853 , dar pe o scară diferită: dimensiunea unei mese mai degrabă decât dimensiunea unei camere. [12] [13]

Instrucțiuni

Diagrama motorului analitic din 1840

Nu se știe dacă Babbage a scris instrucțiuni explicite despre cum să programați manual mașina. Cu toate acestea, el a arătat cum programele în sine sunt alcătuite dintr-o serie de stări și care operatori au fost folosiți atunci când execută fiecare dintre ele.

Allan G. Bromley a emis ipoteza că diferitele cărți ar putea fi citite și în ordine inversă, ceea ce ar face ca mașina Turing să fie echivalentă :

„... cărțile ar putea fi sortate pentru a se deplasa înainte și înapoi (și astfel a crea bucle) ...

Acest lucru a permis introducerea pentru prima dată, în 1845, a operațiilor pentru o mare varietate de funcții, inclusiv, în primul rând, un sistem eficient de control de către utilizator a ciclurilor în programare. "

Programatorul Fourmilab , care a construit un emulator de mașină, spune:

„Cititorul de carduri al mașinii nu se limitează la simpla procesare a cardurilor unul după altul de la început până la sfârșit. poate fie să meargă înainte în lanțul de lectură, sărind câteva cărți, fie să se întoarcă și să proceseze din nou cărțile deja citite. "

Acest emulator conține un set scris de instrucțiuni în simboluri, care, totuși, a fost conceput de autorii săi, mai degrabă decât pe baza lucrării originale a lui Babbage. De exemplu, programul pentru a calcula un factorial ar fi scris:

 N0 6
 N1 1
 N2 1
 ×
 L1
 L0
 S1
 -
 L0
 L2
 S0
 L2
 L0
 CB? 11

unde CB este condiția utilizată pentru a inversa citirea, în acest caz a 11 cărți.

Influențe

Informatică

Motorul analitic a fost complet uitat, cu câteva excepții: Percy Ludgate , de exemplu, a scris despre motorul analitic în 1915 și și-a proiectat propria versiune a mașinii (pe care nu a construit-o niciodată). Motorul analitic al lui Ludgate era mult mai mic decât cel al lui Babbage, de fapt trebuia să ocupe doar 0,22 metri cubi și teoretic trebuia să poată înmulți două numere de 20 de cifre în 6 secunde. Leonardo Torres y Quevedo și Vannevar Bush erau familiarizați cu operele lui Babbage, deși, probabil, nu se cunoșteau. [14]

Lucrările lui Babbage au inspirat profund lucrările lui George Stibitz de la Laboratoarele Bell din New York înainte de al doilea război mondial și ale lui Howard Aiken de la Harvard în timpul și după al doilea război mondial. Ambele au construit calculatoare electromecanice cu un design similar cu designul lui Babbage, deși erau conceptual diferite de un computer programabil modern. Mașina lui Aiken a fost finanțată puternic de IBM și s-a numit Harvard Mark I. [15]

Din autobiografia lui Babbage:

„Când motorul analitic este construit, acesta va ghida în mod necesar dezvoltarea viitoare a științei [15] .”

Fictiune

William Gibson și Bruce Sterling , scriitori cyberpunk , sunt co-autori ai unui roman din genul steampunk intitulat The Difference Engine (Motorul diferenței). În acest roman, stabilit în 1855 la Londra, este explorat un trecut alternativ în care motorul analitic a fost deja construit și realitatea acestuia, combinată cu cea a Revoluției Industriale , aflată acum în desfășurare, influențează foarte mult personajele și scenele epocii victoriene . [16]

Notă

  1. ^ Motorul analitic al lui Babbage, 1834-1871. (Model de încercare) Arhivat la 20 septembrie 2010 la Internet Archive . - Muzeul Științei, Londra
  2. ^ Charles Babbage , de la gap-system.org . Adus la 18 mai 2011 (arhivat din original la 12 ianuarie 2012) .
  3. ^ Istoria calculelor și aplicațiile sale practice , pe homolaicus.com . Adus la 18 mai 2011 .
  4. ^ Babbage, Charles. „Despre puterile matematice ale motorului de calcul (1837)”. Randell [Ran82l] (1973): 19-54.
  5. ^ Motorul analitic al lui Babbage , pe ulisse.bs.it . Adus la 18 mai 2011 .
  6. ^ (EN) Tim Robinson, Difference Engines , pe meccano.us. Adus la 1 august 2012 .
  7. ^ (EN) Motorul analitic Babbage, 1834-1871. (Model de încercare) , pe collection.sciencemuseum.org.uk , Muzeul Științei. Adus la 23 august 2017 .
  8. ^ Raportul celei de-a patruzeci și a opta reuniuni a Asociației Britanice pentru Avansarea Științei , Londra, John Murray, 1879, pp. 92-102. Adus la 20 decembrie 2015 .
  9. ^ The Analytical Engine (Raport 1879) , pe fourmilab.ch . Adus la 20 decembrie 2015 .
  10. ^ (EN) Babbage , pe sciencemuseum.org.uk. Accesat la 2 august 2011 .
  11. ^ (EN) Motorul Babbage , pe computerhistory.org. Accesat la 2 august 2011 .
  12. ^ Știința secolului al XIX-lea: o selecție de texte originale , pe books.google.com . Accesat la 2 august 2011 .
  13. ^ Charles Babbage , pe encyclopedia.com . Accesat la 2 august 2011 .
  14. ^ Marcello Morelli, De la calculatoare la computerele anilor cincizeci , FrancoAngeli.
  15. ^ a b Charles Babbage, The Analytical Engine : A Century of Automatic Computing , ETAS Kompass Books, 1973.
  16. ^ William Gibson și Bruce Sterling - The Reality Machine , la ebookland.altervista.org . Adus la 18 mai 2011 .

Alte proiecte

linkuri externe