Em algum lugar nos anos 1800, Charles Babbage inventou o primeiro computador, então a palavra “computador” tinha um significado diferente e chamou sua invenção de máquina da diferença ou máquina analítica. O inventor engenhoso estava à frente de seu tempo, mas, infelizmente, não completou sua invenção, e apenas cem anos depois o primeiro computador real foi inventado, mas isso é outra história. E o artigo de hoje sobre o Babbage Analytical Engine.
De acordo com os desenhos de Babbage, a máquina deve consistir nas seguintes partes:
1. Armazém - disco rígido, memória; 2. Moinho - processador; 3. Motor a vapor - fonte de alimentação; 4. Impressora - impressora; 5. Mapas de operações - programas; 6. Mapas variáveis - sistema de endereçamento; 7. Cartões numéricos - para inserir números; 8. Tambores de controle - microprogramas.Máquina de auto-cálculo
Neste artigo, tentaremos descobrir a estrutura da máquina analítica, mas, para começar, deve-se notar que ela pertencia à família de mecanismos (automáticos) "automáticos", disseminados desde a década de 1740.
Embora Babbage tenha evitado o uso desse conceito, ele foi descrito nas notícias e publicações desta maneira:
No café da manhã, tive o prazer de me sentar ao lado do Sr. Babbage, o inventor da máquina de auto-cálculo conhecida em nossos círculos. Seu olhar parece tão penetrante, como se ele visse a ciência - ou qualquer outro objeto que se tornou objeto de sua atenção - completamente.
Edie Sedgwick, 1841
O regulador centrífugo é o primeiro dos mecanismos de "auto-ação" da era industrial. A propósito, é ele quem é uma das partes mais reconhecíveis do motor a vapor.
Quando o motor acelera, as esferas se desviam do eixo sob a influência da força centrífuga; por isso, a embreagem se move e restringe o fluxo de vapor, e a máquina diminui a velocidade. Desacelerar a máquina abaixa as esferas e isso abre a válvula - o fluxo de vapor é aberto, o ciclo é fechado.O design da própria Máquina das Diferenças era semelhante aos aritmômetros e, como os aritmômetros, a Máquina consistia em uma longa série de engrenagens que adicionam números e depois distribuíam a soma.
Em algum lugar em 1834, Babbage melhorou o design e, graças ao retorno da quantia de volta ao carro, cálculos mais complexos se tornaram disponíveis.
O trabalho da Analytical Machine foi baseado precisamente em "devorar a cauda", e o sistema funcionou graças a uma complexa cadeia de engrenagens, que eram controladas por cartões perfurados e tambores, calculando os valores e enviando os resultados para um armazém, que consistia em uma série de engrenagens.
Quase tudo interagiu assim:
- Os cartões de operação (A) indicam cartões variáveis (B) que você precisa solicitar números para cálculos;
- Os números são inseridos a partir de cartões numéricos (C) ou de um armazém (D) e chegam alternadamente ao eixo de entrada (E);
- O eixo de entrada transfere números para as rodas centrais (F);
- O cartão de operação fornece um comando para adicionar números ou multiplicação ou não, e os rolos (G) giram para a posição em que seus pinos corresponderão à operação.
- Os tambores ativam as alavancas conectando as engrenagens do moinho (H) às rodas centrais. E já na fábrica, determinados dispositivos são responsáveis pela adição, multiplicação e outras ações;
- As engrenagens realizam a multiplicação dos números originais;
- O moinho, se necessário, pode executar ações em loop, transmitindo comandos para diferentes seções do cartão perfurado;
- O resultado cai no eixo de saída (I).
- O eixo de saída transfere dados para a impressora (D) ou os envia para o armazém de acordo com cartões variáveis;
- Os cartões de operação dão um comando para tocar (J) e parar a máquina. Isso é tudo!
Memória: Armazém
Qualquer computador, a vapor ou eletrônico, requer a capacidade de armazenar dados. Na invenção de Babbage, era chamado de armazém e, como quase toda a máquina, consistia em engrenagens localizadas em colunas altas. Em cada uma das colunas, apenas um número foi armazenado com mais de cinquenta dígitos e a roda superior foi determinada positiva ou negativamente.
De acordo com minhas estimativas, levará muito tempo até que essas restrições deixem de satisfazer as necessidades da ciência.
Charles Babbage
Nos desenhos de Babbage, o armazém consistia em duas linhas paralelas de colunas numéricas altas e em cada uma delas um número era armazenado. Um dos lados do armazém se comunicava com a fábrica.
Além das engrenagens, os números podem ser armazenados em gráficos numéricos na forma de combinações de furos: 
Em seus diagramas, Charles representava uma série de colunas que se estendiam além da borda da folha e não indicava o número final de números que a versão final da Máquina poderia lembrar.
Reiki e mapas variáveis para transferência de dados
Para a transferência de números do armazém para o carro, Babbage
novamente usou as
engrenagens do rack com dentes compridos. Cada uma das rodas numéricas do armazém usando engrenagens foi conectada aos trilhos e, com a ajuda deles, os valores foram transferidos para uma coluna especial de anéis localizada entre a fábrica e o armazém, e da mesma forma os números foram transferidos de volta para o armazém.
As rodas do armazém A são conectadas ao trilho B por uma engrenagem. Ao zerar, a roda da salada gira o eixo de entrada para a posição do número transmitido.
Para transferir o número da extremidade do armazém, era necessário um rack de vários metros de comprimento.Os mapas variáveis mostram os endereços no armazém dos quais os números são amostrados. Os mesmos cartões podem ser programados para receber valores de cartões numéricos.
Cada endereço é marcado no mapa variável na forma de furos, e sua combinação alterna certas alavancas:
Se não houver orifício no cartão, a alavanca não está engatada, mas assim que o orifício apareceu, a alavanca conectou a engrenagem ao suporte. E a engrenagem, subindo com o suporte, conectou a roda de entrada ao rack.Moinho de computação
Depois que os números entram no moinho, a parte principal do trabalho da Máquina começa - operações aritméticas executadas repetidamente.
Por Babbage, nós individuais de adição, subtração, multiplicação e divisão foram desenvolvidos, bem como um de seus mecanismos favoritos - a pré-tradução.
Em suas publicações, Babbage humanizou a Máquina e escreveu sobre "transferência de ponta a ponta":
No caso de transferência de ponta a ponta, a Máquina é capaz de antecipar e agir de acordo com a antecipação.
Charles Babbage
Obviamente, antes que o número fosse transferido, era necessário adicionar e aconteceu assim:
A roda A é redefinida para zero e o primeiro número é definido nela. O segundo número é definido na roda B, que é acoplada à roda A. A zeragem da primeira roda adiciona o número nela contido ao valor na roda B.
Tomemos por exemplo:
Lembre-se da aritmética da escola, ou seja, adição em uma coluna e unidades de transferência. Se você colocar os dígitos de ambos os números em colunas, como é feito na Máquina, e adicioná-los por dígitos, no primeiro caso não haverá transferência, no segundo a unidade será transferida e no terceiro a soma será 9, mas a soma será 9, mas a unidade transferida anteriormente iniciará a transferência.
Quando a Máquina de Diferenças está em operação, podem ser observados movimentos ondulatórios das alavancas de transferência na parte traseira da Máquina. As ondas ocorrem devido a sucessivas transferências de unidades de baixo para cima, com verificação do início de novas transferências.
Essa coisa carrega a unidade de baixo para cima, uma de cada vez!Programas
Não havia programas naquele momento, ou melhor, eles já foram inventados, mas então foram chamados de cartões de operação e pareciam algo assim:
Mapa de operaçõesOs programas foram tratados por Ada Lovelace e, como verdadeiros aristocratas, deram ordens aos tambores e às cartas variáveis sem entrar em contato com os mecanismos de trabalho. Mesmo uma simples adição envolvia muitos detalhes e, com a ajuda de um tambor grande, uma alavanca podia definir qualquer valor para oitenta outras alavancas.
De acordo com os orifícios das placas, o tambor gira para as alavancas em seções diferentes, que contêm um determinado código e usam diferentes conjuntos de alavancas.
E embora os tambores se assemelhem a rodas de tambor, eles agem de maneira diferente. Em vez de rotação contínua, o tambor gira para uma determinada posição e depois avança, empurrando e ativando o conjunto de alavancas necessárias.
Os cartões de operação controlam os rolos e os cartões variáveis e têm a seguinte aparência:
Cartões perfurados
O primeiro sistema de cartões perfurados foi uma máquina de jacquard, e foi Babbage quem se inspirou.
Mapa de Jacquard, 1850O princípio de operação é simples e engenhoso ao mesmo tempo: a alavanca de retenção do cartão perfurado é abaixada, pressionando o cartão no conjunto de pinos horizontais com mola. Se não houver orifício sob o pino, o cartão desloca o pino e inclina a haste com o gancho para que ele se agarre ao pino. Em seguida, os pinos se movem para cima com ganchos presos.
Lógica e ciclos
Os cartões e os marcadores de ponto são ótimos, mas eles não transformam o Diferential Machine em um computador. A partir de um dispositivo para calcular a aritmética decimal, a máquina se transforma em um computador graças a uma pequena parte - uma alavanca condicional.
Essa alavanca é abaixada automaticamente se o resultado do cálculo exigir ação adicional do programa. E se um pino estiver em uma determinada posição do tambor e a alavanca for abaixada, um novo ciclo de cálculos será iniciado.
Assim, a alavanca condicional fecha o ciclo e a Máquina “come o próprio rabo”: os cartões perfurados controlam os rolos, os rolos Máquina, os rolos Máquina e os rolos são cartões perfurados.
Nisso terminarei o artigo de hoje. Se você tiver alguma adição, terei prazer em discutir nos comentários.
Tenha um bom dia e cálculos precisos!
Referências:
“As incríveis aventuras de Lovelace e Babbage.
A história
quase verdadeira do primeiro computador "
Publicado por: Sidney Padua
Editora: Mann, Ivanov e Ferber, 2017
ISBN: 978-5-00100-943-6