En algún momento de 1800, Charles Babbage inventó la primera computadora, luego la palabra "computadora" tenía un significado diferente, y llamó a su invento una máquina de diferencia o una máquina analítica. El ingenioso inventor se adelantó a su tiempo, pero, desafortunadamente, no completó su invento, y solo cien años después se inventó la primera computadora real, pero esa es otra historia. Y el artículo de hoy sobre el motor analítico Babbage.
Según los dibujos de Babbage, la máquina debe constar de las siguientes partes:
1. Almacén - disco duro, memoria; 2. Molino - procesador; 3. Motor de vapor - fuente de alimentación; 4. Impresora - impresora; 5. Mapas de operaciones - programas; 6. Mapas variables - sistema de direccionamiento; 7. Tarjetas numéricas: para ingresar números; 8. Tambores de control: microprogramas.Máquina de autocalculo
En este artículo, trataremos de descubrir la estructura de la máquina analítica, pero para empezar, debe tenerse en cuenta que pertenecía a la familia de los mecanismos (automáticos) "automáticos", generalizados desde la década de 1740.
Aunque Babbage evitó el uso de este concepto, se describió en las noticias y publicaciones de esta manera:
En el desayuno tuve el placer de sentarme al lado del Sr. Babbage, el inventor de la máquina de cálculo automático conocida en nuestros círculos. Su mirada parece tan penetrante, como si viera la ciencia, o cualquier otro objeto que se haya convertido en el objeto de su atención, de principio a fin.
Edie Sedgwick, 1841
El regulador centrífugo es el primero de los mecanismos de "autoacción" de la era industrial. Por cierto, es él quien es una de las partes más reconocibles de la máquina de vapor.
Cuando el motor acelera, las bolas se desvían del eje bajo la influencia de la fuerza centrífuga, debido a esto, el embrague se mueve y restringe el flujo de vapor, y la máquina disminuye la velocidad. Disminuir la velocidad de la máquina baja las bolas y esto abre la válvula: se abre el flujo de vapor y se cierra el ciclo.El diseño de la máquina de diferencia en sí era similar a los aritmómetros, y, como los aritmómetros, la máquina consistía en una larga serie de engranajes que suman números y luego dan la suma.
En algún lugar en 1834, Babbage mejoró el diseño y, gracias a la devolución de la cantidad al automóvil, se hicieron disponibles cálculos más complejos.
El trabajo de la máquina analítica se basó precisamente en "devorar su cola", y el sistema funcionó gracias a una compleja cadena de engranajes, que fueron controlados por tarjetas perforadas y tambores, calculando las cantidades y enviando los resultados a un almacén, que consistía en una serie de engranajes.
Casi todo interactuó así:
- Las tarjetas de operación (A) indican tarjetas variables (B) que necesita para solicitar números para los cálculos;
- Los números se ingresan desde tarjetas numéricas (C) o desde un almacén (D) y llegan alternativamente al eje de entrada (E);
- El eje de entrada transfiere números a las ruedas centrales (F);
- La tarjeta de operación da un comando para agregar números o multiplicación o de otro modo, y los carretes (G) giran a la posición en la que sus pasadores corresponderán a la operación.
- Los tambores activan las palancas conectando los engranajes del molino (H) a las ruedas centrales. Y ya en el molino, ciertos dispositivos son responsables de la suma, multiplicación y otras acciones;
- Los engranajes realizan la multiplicación de los números originales;
- El molino, si es necesario, puede realizar acciones en bucle, transmitiendo comandos a diferentes secciones de la tarjeta perforada;
- El resultado cae en el eje de salida (I).
- El eje de salida transfiere datos a la impresora (D) o los envía al almacén de acuerdo con tarjetas variables;
- Las cartas de operación dan una orden para sonar (J) y detener la máquina. Eso es todo!
Memoria: Almacén
Cualquier computadora, steam o electrónica, requiere la capacidad de almacenar datos. En la invención de Babbage, se llamaba un almacén y, como casi toda la máquina, consistía en engranajes ubicados en columnas altas. En cada una de las columnas solo se almacenó un número de no más de cincuenta dígitos, y la rueda superior se determinó positiva o negativamente.
Según mis estimaciones, pasarán mucho tiempo antes de que estas restricciones dejen de satisfacer las necesidades de la ciencia.
Charles Babbage
En los dibujos de Babbage, el almacén constaba de dos filas paralelas de columnas numéricas altas, y en cada una de ellas se almacenaba un número. Uno de los lados del almacén se comunicaba con el molino.
Además de los engranajes, los números podrían almacenarse en gráficos numéricos en forma de combinaciones de agujeros: 
En sus diagramas, Charles representaba una serie de columnas que se extendían más allá del borde de la hoja y no indicaba el número final de números que la versión final de la Máquina podía recordar.
Reiki y mapas variables para la transferencia de datos.
Para la transferencia de números del almacén al automóvil, Babbage
volvió a utilizar los
engranajes del bastidor con dientes largos. Cada una de las ruedas numéricas del almacén utilizando engranajes se conectó a los rieles y, con su ayuda, los valores se transfirieron a una columna especial de anillos ubicados entre el molino y el almacén, y de la misma manera los números se transfirieron al almacén.
Las ruedas del almacén A están conectadas al riel B por un engranaje. Al poner a cero, la rueda de ensalada gira el eje de entrada a la posición del número transmitido.
Para transferir el número desde el otro extremo del almacén, se requería una cremallera de varios metros de largo.Los mapas variables muestran direcciones en el almacén desde las cuales se muestrean números. Las mismas tarjetas se pueden programar para recibir valores de tarjetas numéricas.
Cada dirección está marcada en el mapa variable en forma de agujeros, y su combinación cambia ciertas palancas:
Si no hay ningún orificio en la tarjeta, la palanca no está enganchada, pero tan pronto como apareció el orificio, la palanca conectó el engranaje al soporte. Y el engranaje, que se elevaba con el soporte, conectaba la rueda de entrada al bastidor.Computación de molinos
Después de que los números ingresan al molino, comienza la parte principal del trabajo de la Máquina: operaciones aritméticas realizadas una y otra vez.
Por Babbage, se desarrollaron nodos individuales de suma, resta, multiplicación y división, así como uno de sus mecanismos favoritos: la pretraducción.
En sus publicaciones, Babbage humanizó la Máquina y escribió sobre "transferencia de extremo a extremo":
En el caso de la transferencia de extremo a extremo, la máquina puede anticipar y actuar de acuerdo con la anticipación.
Charles Babbage
Por supuesto, antes de transferir el número, era necesario agregarlo, y sucedió así:
La rueda A se restablece a cero y el primer número se establece en ella. El segundo número se establece en la rueda B, que está acoplada a la rueda A. Poner a cero la primera rueda agrega el número contenido al valor en la rueda B.
Toma por ejemplo:
Recuerde la aritmética escolar, es decir, la adición en una columna y las unidades de transferencia. Si coloca los dígitos de ambos números en columnas, como se hace en la Máquina, y los agrega por dígitos, entonces en el primer caso no habrá transferencia, en el segundo la unidad se transferirá, y en el tercero la suma será 9, pero la unidad transferida antes iniciará la transferencia.
Cuando la máquina de diferencia está funcionando, se pueden observar movimientos ondulantes de las palancas de transferencia en la parte posterior de la máquina. Las olas se producen debido a transferencias sucesivas de unidades de abajo hacia arriba con la verificación del inicio de nuevas transferencias.
¡Esta cosa lleva la unidad de abajo hacia arriba una a la vez!Programas
No había programas en ese momento, o más bien ya estaban inventados, pero luego se llamaron tarjetas de operación y se veían así:
Mapa de operacionesLos programas fueron tratados por Ada Lovelace y, como verdaderos aristócratas, dieron órdenes a los tambores y las tarjetas variables sin contactar los mecanismos de trabajo. Incluso la simple adición implicaba muchos detalles, y con la ayuda de un gran tambor, una palanca podría establecer cualquier valor para otras 80 palancas.
De acuerdo con los agujeros en las tarjetas, el tambor gira hacia las palancas en diferentes secciones, que contienen un cierto código y usan diferentes conjuntos de palancas.
Y aunque los tambores se parecen a las ruedas de barril, actúan de manera diferente. En lugar de una rotación continua, el tambor gira a una cierta posición y luego se mueve hacia adelante, empujando y activando el conjunto de palancas necesarias.
Las tarjetas de operación controlan tanto los carretes como las tarjetas variables, y se ven más o menos así:
Tarjetas perforadas
El primer sistema de tarjetas perforadas fue una máquina de jacquard, y fue Babbage quien se inspiró en él.
Mapa de Jacquard, 1850El principio de su funcionamiento es simple e ingenioso al mismo tiempo: se baja la palanca de sujeción de la tarjeta perforada, presionando la tarjeta contra el conjunto de pasadores horizontales accionados por resorte. Si no hay un agujero debajo del pasador, la tarjeta cambia el pasador e inclina la varilla con el gancho para que se adhiera al pasador. Luego, los pasadores se mueven hacia arriba con ganchos enganchados.
Lógica y ciclos
Las tarjetas perforadas y los engranajes son geniales, pero no hacen de la máquina de diferencias una computadora. Desde un dispositivo para calcular la aritmética decimal, la máquina se convierte en una computadora gracias a una pequeña parte: una palanca condicional.
Esta palanca se baja automáticamente si el resultado del cálculo requiere una acción adicional por parte del programa. Y si un pasador está en una determinada posición del tambor, y luego se baja la palanca, se inicia un nuevo ciclo de cálculos.
Por lo tanto, la palanca condicional cierra el ciclo y la máquina "se come su propia cola": las tarjetas perforadas controlan los carretes, la máquina de carretes, los carretes de la máquina y los carretes son tarjetas perforadas.
Sobre esto terminaré el artículo de hoy. Si tiene alguna adición, con gusto lo discutiremos en los comentarios.
¡Que tengas un buen día y cálculos precisos!
Referencias
“Las increíbles aventuras de Lovelace y Babbage.
La historia
casi verdadera de la primera computadora "
Publicado por: Sidney Padua
Editorial: Mann, Ivanov y Ferber, 2017
ISBN: 978-5-00100-943-6