في مكان ما في القرن التاسع عشر ، اخترع تشارلز باباج أول كمبيوتر ، ثم كان لكلمة "كمبيوتر" معنى مختلفًا ، ووصف اختراعه بآلة اختلاف أو آلة تحليلية. كان المخترع العبقري متقدماً على عصره ، ولكن للأسف ، لم يكمل اختراعه ، وبعد مائة عام فقط تم اختراع أول جهاز كمبيوتر حقيقي ، ولكن هذه قصة أخرى. ومقال اليوم حول محرك باباج التحليلي.
وفقًا لرسومات باباج ، يجب أن تتكون الآلة من الأجزاء التالية:
1. مستودع - القرص الصلب والذاكرة. 2. مطحنة - معالج ؛ 3. المحرك البخاري - امدادات الطاقة. 4. الطابعة - الطابعة ؛ 5. خرائط العمليات - البرامج ؛ 6. الخرائط المتغيرة - نظام العنونة ؛ 7. بطاقات رقمية - لإدخال الأرقام ؛ 8. براميل التحكم - ميكروغرام.آلة حاسبة ذاتية
سنحاول في هذه المقالة معرفة هيكل الجهاز التحليلي ، ولكن في البداية ، تجدر الإشارة إلى أنها تنتمي إلى عائلة الآليات "التلقائية" (الذاتية) ، المنتشرة منذ أربعينيات القرن التاسع عشر.
على الرغم من أن باباج تجنب استخدام هذا المفهوم ، فقد تم وصفه في الأخبار والمنشورات بهذه الطريقة:
في وجبة الإفطار ، كان من دواعي سروري أن أجلس بجوار السيد باباج ، مخترع آلة الحساب الذاتي المعروفة في دوائرنا. تبدو نظرته مخترقة للغاية ، كما لو أنه يرى العلم - أو أي شيء آخر أصبح موضوع اهتمامه - من خلال وعبر.
إيدي سيدجويك ، 1841
منظم الطرد المركزي هو الأول من آليات "التمثيل الذاتي" في العصر الصناعي. بالمناسبة ، هو من أكثر الأجزاء التي يمكن التعرف عليها من المحرك البخاري.
عندما يتسارع المحرك ، تنحرف الكرات عن المحور تحت تأثير قوة الطرد المركزي ، ولهذا السبب ، يتحرك القابض ويحد من تدفق البخار ، وتتباطأ الآلة. يؤدي إبطاء الجهاز إلى خفض الكرات وهذا يفتح الصمام - يفتح تدفق البخار ، ويتم إغلاق الدورة.كان تصميم آلة الفرق نفسها مشابهًا لمقاييس الحساب ، ومثل مقاييس الحساب ، كانت الآلة تتكون من سلسلة طويلة من التروس تضيف أرقامًا ثم تعطي المجموع.
في مكان ما في عام 1834 ، قام باباج بتحسين التصميم ، وبفضل إعادة المبلغ إلى السيارة ، أصبحت الحسابات الأكثر تعقيدًا متاحة.
استند عمل الآلة التحليلية على وجه التحديد إلى "التهام ذيله" ، وعمل النظام بفضل سلسلة معقدة من التروس ، والتي تم التحكم فيها بواسطة بطاقات المثقاب والطبول ، وحساب الكميات وإرسال النتائج إلى مستودع ، والذي يتكون من سلسلة من التروس.
تفاعل كل شيء تقريبًا مثل هذا:
- تشير بطاقات التشغيل (A) إلى البطاقات المتغيرة (B) التي تحتاجها لطلب أرقام للحسابات ؛
- يتم إدخال الأرقام من البطاقات الرقمية (C) أو من مستودع (D) وتصل بالتناوب إلى محور الإدخال (E) ؛
- ينقل محور الإدخال الأرقام إلى العجلات المركزية (F) ؛
- تعطي بطاقة التشغيل أمرًا لإضافة أرقام أو الضرب أو غير ذلك ، وتدور البكرات (G) إلى الموضع الذي تتوافق فيه دبابيسها مع العملية.
- تقوم الأسطوانات بتنشيط الروافع عن طريق توصيل تروس الطاحونة (H) بالعجلات المركزية. وفي الطاحونة بالفعل ، هناك أجهزة معينة مسؤولة عن الجمع والضرب وغيرها من الإجراءات ؛
- تقوم التروس بضرب الأرقام الأصلية ؛
- يمكن للمطحنة ، إذا لزم الأمر ، تنفيذ إجراءات متكررة ، وإرسال الأوامر إلى أقسام مختلفة من بطاقة المثقاب ؛
- تقع النتيجة على محور الإخراج (I).
- ينقل محور الإخراج البيانات إلى الطابعة (D) أو يرسلها إلى المستودع وفقًا لبطاقات متغيرة ؛
- تعطي بطاقات التشغيل أمرًا للرنين (J) وإيقاف الجهاز. هذا كل شيء!
الذاكرة: مستودع
يتطلب أي كمبيوتر أو بخار أو إلكتروني القدرة على تخزين البيانات. في اختراع باباج ، كان يسمى مستودعًا ، ومثل الجهاز بأكمله تقريبًا ، كان يتألف من تروس تقع في أعمدة عالية. على كل عمود من الأعمدة تم تخزين رقم واحد فقط لا يزيد عن خمسين رقمًا ، وتم تحديد العجلة العلوية بشكل إيجابي أو سلبي.
وفقًا لتقديراتي ، سيستغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل أن تتوقف هذه القيود عن تلبية احتياجات العلم.
تشارلز باباج
في رسومات باباج ، يتكون المستودع من صفين متوازيين من الأعمدة العددية العالية ، وفي كل منهما تم تخزين رقم واحد. اتصل أحد جوانب المستودع بالطاحونة.
بالإضافة إلى التروس ، يمكن تخزين الأرقام على مخططات رقمية في شكل مجموعات من الثقوب: 
في الرسوم البيانية ، صور تشارلز سلسلة من الأعمدة تمتد خارج حافة الورقة ولم يشر إلى العدد النهائي للأرقام التي يمكن أن تتذكرها النسخة النهائية للجهاز.
الريكي والخرائط المتغيرة لنقل البيانات
لنقل الأرقام من المستودع إلى السيارة ، استخدم باباج
مرة أخرى تروس الحامل بأسنان طويلة. تم ربط كل من العجلات العددية للمستودع باستخدام التروس بالقضبان وتم نقل القيم بمساعدتها إلى عمود خاص من الحلقات الواقعة بين المصنع والمستودع ، وبنفس الطريقة تم نقل الأرقام مرة أخرى إلى المستودع.
ترتبط عجلات المستودع A بالسكك الحديدية B بواسطة ترس. عند التصفير ، تحول عجلة السلطة محور الإدخال إلى موضع الرقم المرسل.
لنقل الرقم من الطرف البعيد للمستودع ، كان هناك حاجة إلى رف تروس بطول عدة أمتار.تعرض الخرائط المتغيرة العناوين الموجودة في المستودع التي يتم أخذ عينات منها. يمكن برمجة نفس البطاقات لاستقبال القيم من البطاقات الرقمية.
يتم وضع علامة على كل عنوان على الخريطة المتغيرة في شكل ثقوب ، ويؤدي الجمع بينهما إلى تبديل أذرع معينة:
إذا لم يكن هناك فتحة على البطاقة ، فإن الذراع لا يكون مشغولًا ، ولكن بمجرد ظهور الفتحة ، قامت الذراع بتوصيل الترس بالقوس. وقام الترس ، الذي يرتفع مع الحامل ، بتوصيل عجلة الإدخال بالحامل.الحوسبة مطحنة
بعد دخول الأرقام إلى المطحنة ، يبدأ الجزء الرئيسي من عمل الآلة - العمليات الحسابية التي يتم إجراؤها مرارًا وتكرارًا.
بواسطة باباج ، تم تطوير عقد فردية من الجمع والطرح والضرب والقسمة ، بالإضافة إلى إحدى آلياته المفضلة - الترجمة المسبقة.
في منشوراته ، جعل باباج الآلة أنسنة وكتب عن "النقل من طرف إلى طرف":
في حالة النقل من طرف إلى طرف ، تكون الماكينة قادرة على التوقع والعمل وفقًا للتوقعات.
تشارلز باباج
بالطبع ، قبل نقل الرقم ، كان من الضروري إضافة ، وحدث الأمر على النحو التالي:
تتم إعادة ضبط العجلة A إلى الصفر ويتم تعيين الرقم الأول عليها. يتم تعيين الرقم الثاني على العجلة B ، والذي يقترن بالعجلة A. يؤدي عمل العجلة الأولى إلى إضافة الرقم الموجود فيه إلى القيمة الموجودة على العجلة B.
خذ على سبيل المثال:
استدعاء الحساب المدرسي ، أي الإضافة في العمود ووحدات التحويل. إذا قمت بوضع أرقام كلا الرقمين في الأعمدة ، كما هو الحال في الجهاز ، وقمت بإضافتها بالأرقام ، فلن يكون هناك في الحالة الأولى أي تحويل ، في الحالة الثانية سيتم نقل الوحدة ، وفي الثالث سيكون المجموع 9 ، ولكن الوحدة التي تم نقلها في وقت سابق ستبدأ التحويل.
عند تشغيل آلة الفرق ، يمكن ملاحظة حركات تشبه الموجة لأذرع النقل في الجزء الخلفي من الجهاز. تحدث الموجات بسبب عمليات النقل المتتالية للوحدات من الأسفل إلى الأعلى مع التحقق من بدء عمليات النقل الجديدة.
هذا الشيء يحمل الوحدة من الأسفل إلى الأعلى في كل مرة!البرامج
لم تكن هناك برامج في ذلك الوقت ، أو بالأحرى تم اختراعها بالفعل ، ولكن بعد ذلك تم تسميتها ببطاقات التشغيل وبدا شيء من هذا القبيل:
خريطة العملياتتم التعامل مع البرامج من قبل Ada Lovelace ، ومثل الأرستقراطيين الحقيقيين ، أعطوا أوامر إلى الطبول وبطاقات متغيرة دون الاتصال بآليات العمل. حتى الإضافة البسيطة تضمنت العديد من التفاصيل ، وبمساعدة أسطوانة كبيرة ، يمكن أن تحدد رافعة واحدة أي قيمة لثمانين رافعة أخرى.
وفقًا للفتحات الموجودة على البطاقات ، يتم تدوير الأسطوانة إلى الأذرع في أقسام مختلفة ، والتي تحتوي على رمز معين وتستخدم مجموعات مختلفة من الأذرع.
وعلى الرغم من أن الطبول تشبه عجلات البرميل ، إلا أنها تعمل بشكل مختلف. بدلاً من الدوران المستمر ، يدور البرميل إلى موضع معين ثم يتحرك إلى الأمام ، ويدفع وينشط مجموعة الروافع الضرورية.
تتحكم بطاقات التشغيل في كل من البكرات والبطاقات المتغيرة ، وتبدو على النحو التالي:
بطاقات لكمة
كان أول نظام بطاقة لكمة آلة الجاكار ، وكان باباج هو المستوحى منها.
خريطة جاكار ، 1850إن مبدأ تشغيلها بسيط ومبتكر في نفس الوقت: يتم تخفيض ذراع الإمساك لبطاقة المثقب ، والضغط على البطاقة إلى مجموعة الدبابيس الأفقية المحملة بنابض. إذا لم يكن هناك ثقب تحت الدبوس ، فإن البطاقة تبدل الدبوس وتميل القضيب مع الخطاف بحيث يتمسكه بالدبوس. ثم تتحرك الدبابيس للأعلى مع خطافات معلقة عليها.
المنطق والدورات
إن البطاقات المثقبة والتروس رائعة ، لكنها لا تجعل من آلة الفرق جهاز كمبيوتر. من جهاز لحساب الحساب العشري ، تتحول الآلة إلى كمبيوتر بفضل جزء صغير - رافعة شرطية.
يتم تخفيض هذه الرافعة تلقائيًا إذا كانت نتيجة الحساب تتطلب إجراءً إضافيًا من قبل البرنامج. وإذا كان الدبوس في موضع معين من الأسطوانة ، ثم تم تخفيض الذراع ، يتم إطلاق دورة جديدة من الحسابات.
وهكذا ، فإن الرافعة الشرطية تغلق الدورة ، والآلة "تأكل ذيلها": تتحكم بطاقات المثقاب في البكرات ، وآلة البكرات ، وبكرات الماكينة ، والبكرات عبارة عن بطاقات مثقبة.
في هذا سوف أنهي مقال اليوم. إذا كان لديك أي إضافات ، فسيسعدني مناقشتها في التعليقات.
أتمنى لك يومًا لطيفًا وحسابات دقيقة!
المراجع:
"مغامرات لافليس وباباج المذهلة. القصة
شبه الحقيقية للكمبيوتر الأول "
تم النشر بواسطة: سيدني بادوا
الناشر: Mann، Ivanov and Ferber، 2017
ردمك: 978-5-00100-943-6