Ordinateur à vapeur Babbage 1840 ou machine à différence

Quelque part dans les années 1800, Charles Babbage a inventé le premier ordinateur, puis le mot «ordinateur» avait un sens différent, et il a appelé son invention une machine à différence ou une machine analytique. L'ingénieux inventeur était en avance sur son temps, mais, malheureusement, n'a pas terminé son invention, et seulement cent ans plus tard, le premier véritable ordinateur a été inventé, mais c'est une autre histoire. Et l'article d'aujourd'hui sur le moteur analytique Babbage.

Selon les dessins de Babbage, la machine doit être composée des pièces suivantes:


1. Entrepôt - disque dur, mémoire; 2. Moulin - processeur; 3. Moteur à vapeur - alimentation; 4. Imprimante - imprimante; 5. Cartes des opérations - programmes; 6. Cartes variables - système d'adressage; 7. Cartes numériques - pour saisir des nombres; 8. Tambours de contrôle - microprogrammes.

Machine à calcul automatique

Dans cet article, nous allons essayer de découvrir la structure de la machine analytique, mais pour commencer, il convient de noter qu'elle appartenait à la famille des mécanismes (automatiques) «automatiques», répandue depuis les années 1740.



Bien que Babbage ait évité l'utilisation de ce concept, il a été décrit dans les nouvelles et publications de cette manière:

Au petit déjeuner, j'ai eu le plaisir de m'asseoir à côté de M. Babbage, l'inventeur de l'auto-calculateur connu dans nos milieux. Son regard semble si pénétrant, comme s'il voyait la science - ou tout autre objet qui est devenu l'objet de son attention - de part en part.
Edie Sedgwick, 1841

Le régulateur centrifuge est le premier des mécanismes «auto-agissants» de l'ère industrielle. Soit dit en passant, c'est lui qui est l'une des parties les plus reconnaissables de la machine à vapeur.


Lorsque le moteur accélère, les billes s'écartent de l'axe sous l'influence de la force centrifuge, pour cette raison, l'embrayage se déplace et restreint le flux de vapeur, et la machine ralentit. Le ralentissement de la machine abaisse les billes et cela ouvre la vanne - le débit de vapeur s'ouvre, le cycle est fermé.

La conception de la machine à différence elle-même était similaire aux arithmomètres et, comme les arithmomètres, la machine consistait en une longue série d'engrenages qui additionnaient des nombres et donnaient ensuite la somme.



Quelque part en 1834, Babbage a amélioré la conception et, grâce au retour du montant dans la voiture, des calculs plus complexes sont devenus disponibles.

Le travail de la machine analytique était basé précisément sur la «dévoration de sa queue», et le système fonctionnait grâce à une chaîne d'engrenages complexe, contrôlée par des cartes perforées et des tambours, calculant les quantités et envoyant les résultats à un entrepôt, qui consistait en une série d'engrenages.

Presque tout a interagi comme ceci:

1. Les cartes d'opération (A) indiquent les cartes variables (B) dont vous avez besoin pour demander des nombres pour les calculs;
2. Les nombres sont entrés à partir de cartes numériques (C) ou d'un entrepôt (D) et arrivent alternativement à l'axe d'entrée (E);
3. L'axe d'entrée transfère les nombres aux roues centrales (F);
4. La carte d'opération donne une commande pour ajouter des nombres ou une multiplication ou autre, et les bobines (G) tournent à la position dans laquelle leurs broches correspondront à l'opération.
5. Les tambours activent les leviers en reliant les engrenages du broyeur (H) aux roues centrales. Et déjà dans l'usine, certains appareils sont responsables de l'addition, de la multiplication et d'autres actions;
6. Les engrenages effectuent la multiplication des nombres originaux;
7. Le broyeur, si nécessaire, peut boucler des actions, transmettant des commandes à différentes sections de la carte perforée;
8. Le résultat tombe sur l'axe de sortie (I).
9. L'axe de sortie transfère les données à l'imprimante (D) ou les envoie à l'entrepôt selon des cartes variables;
10. Les cartes Opération donnent l'ordre de sonner (J) et d'arrêter la Machine. C’est tout!

Mémoire: entrepôt

Tout ordinateur, à vapeur ou électronique, nécessite la capacité de stocker des données. Dans l'invention de Babbage, il s'appelait un entrepôt et, comme presque toute la machine, il était composé d'engrenages situés dans de hautes colonnes. Sur chacune des colonnes, un seul nombre a été stocké ne dépassant pas cinquante chiffres, et la roue supérieure a été déterminée positivement ou négativement.

Selon mes estimations, il faudra beaucoup de temps avant que ces restrictions cessent de satisfaire les besoins de la science.
Charles Babbage

Dans les dessins de Babbage, l'entrepôt se composait de deux rangées parallèles de hautes colonnes numériques, et dans chacune d'elles un numéro était enregistré. L'un des côtés de l'entrepôt communiquait avec le moulin.

En plus des engrenages, les nombres pourraient être stockés sur des cartes numériques sous la forme de combinaisons de trous:

Sur ses diagrammes, Charles a représenté une série de colonnes s'étendant au-delà du bord de la feuille et n'a pas indiqué le nombre final de chiffres dont la version finale de la Machine pouvait se souvenir.

Reiki et cartes variables pour le transfert de données

Pour le transfert des numéros de l'entrepôt à la voiture, Babbage a de nouveau utilisé les engrenages de la crémaillère à dents longues. Chacune des roues numériques de l'entrepôt utilisant des engrenages a été reliée aux rails et avec leur aide, les valeurs ont été transférées dans une colonne spéciale d'anneaux située entre le moulin et l'entrepôt, et de la même manière, les numéros ont été retransférés à l'entrepôt.


Les roues de l'entrepôt A sont reliées au rail B par un engrenage. Lors de la mise à zéro, la roue de salade fait tourner l'axe d'entrée à la position du numéro transmis.


Pour transférer le numéro depuis l'extrémité de l'entrepôt, un crémaillère de plusieurs mètres de long était nécessaire.

Les cartes variables montrent les adresses de l'entrepôt à partir desquelles les numéros sont échantillonnés. Les mêmes cartes peuvent être programmées pour recevoir des valeurs de cartes numériques.
Chaque adresse est marquée sur la carte variable sous forme de trous, et leur combinaison bascule certains leviers:




S'il n'y a pas de trou sur la carte, le levier n'est pas engagé, mais dès que le trou est apparu, le levier a connecté l'engrenage au support. Et l'engrenage, montant avec le support, connectait la roue d'entrée au rack.

Informatique de broyage

Une fois les chiffres entrés dans l’usine, la partie principale du travail de la Machine commence - les opérations arithmétiques sont répétées à maintes reprises.

Par Babbage, des nœuds individuels d'addition, de soustraction, de multiplication et de division ont été développés, ainsi que l'un de ses mécanismes préférés - la pré-traduction.

Dans ses publications, Babbage a humanisé la Machine et a écrit sur le «transfert de bout en bout»:

En cas de transfert de bout en bout, la Machine est capable d'anticiper et d'agir en fonction de l'anticipation.
Charles Babbage

Bien sûr, avant que le numéro ne soit transféré, il fallait ajouter, et c'est arrivé comme ceci:



La roue A est remise à zéro et le premier nombre y est défini. Le deuxième nombre est fixé sur la roue B, qui est couplée à la roue A. La mise à zéro de la première roue ajoute le nombre qui y est contenu à la valeur sur la roue B.

Prenez par exemple:



Rappeler l'arithmétique scolaire, à savoir l'addition dans une colonne et les unités de transfert. Si vous placez les chiffres des deux nombres dans des colonnes, comme cela se fait dans la machine, et que vous les ajoutez par chiffres, alors dans le premier cas il n'y aura pas de transfert, dans le second l'unité sera transférée, et dans le troisième la somme sera 9, mais l'unité transférée plus tôt initiera le transfert.

Lorsque la machine différentielle fonctionne, des mouvements ondulatoires des leviers de transfert à l'arrière de la machine peuvent être observés. Des vagues se produisent en raison de transferts successifs d'unités de bas en haut avec vérification de l'initiation de nouveaux transferts.


Cette chose porte l'unité de bas en haut une à la fois!

Les programmes

Il n'y avait pas de programmes à ce moment-là, ou plutôt ils étaient déjà inventés, mais ensuite ils étaient appelés cartes d'opération et ressemblaient à ceci:


Carte des opérations

Les programmes étaient gérés par Ada Lovelace et, comme de vrais aristocrates, ils donnaient des ordres aux tambours et aux cartes variables sans contacter les mécanismes de travail. Même un ajout simple impliquait de nombreux détails et, à l'aide d'un grand tambour, un levier pouvait définir n'importe quelle valeur pour quatre-vingt autres leviers.

Selon les trous sur les cartes, le tambour tourne vers les leviers dans différentes sections, qui contiennent un certain code et utilisent différents jeux de leviers.



Et bien que les tambours ressemblent à des barillets, ils agissent différemment. Au lieu d'une rotation continue, le tambour tourne jusqu'à une certaine position, puis avance, poussant et activant l'ensemble des leviers nécessaires.



Les cartes Opération contrôlent à la fois les rouleaux et les cartes variables, et ressemblent à ceci:

Cartes perforées

Le premier système de cartes perforées était une machine à jacquard, et c'est Babbage qui s'en est inspiré.


Carte de Jacquard, 1850

Le principe de leur fonctionnement est à la fois simple et ingénieux: le levier de maintien de la carte perforée est abaissé, appuyant la carte sur le jeu de broches horizontales à ressort. S'il n'y a pas de trou sous la broche, la carte déplace la broche et incline la tige avec le crochet de sorte qu'elle s'accroche à la broche. Ensuite, les broches se déplacent vers le haut avec des crochets accrochés dessus.

Logique et cycles

Les cartes perforées et les engrenages sont excellents, mais ils ne font pas de la machine à différence un ordinateur. D'un appareil de calcul de l'arithmétique décimale, la machine se transforme en ordinateur grâce à une petite pièce - un levier conditionnel.



Ce levier est automatiquement abaissé si le résultat du calcul nécessite une action supplémentaire du programme. Et si une goupille se trouve à une certaine position du tambour, puis que le levier est abaissé, un nouveau cycle de calculs est lancé.

Ainsi, le levier conditionnel ferme le cycle, et la machine «mange sa propre queue»: les cartes perforées contrôlent les rouleaux, la machine à rouleaux, les rouleaux machine et les rouleaux sont des cartes perforées.





Sur ce, je terminerai l'article d'aujourd'hui. Si vous avez des ajouts, je serai heureux d'en discuter dans les commentaires.

Passez une bonne journée et des calculs précis!



Références:
«Les incroyables aventures de Lovelace et Babbage. L' histoire presque vraie du premier ordinateur "
Publié par: Sidney Padua
Éditeur: Mann, Ivanov et Ferber, 2017
ISBN: 978-5-00100-943-6