Silnik analityczny - Analytical Engine


Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Model próbna części silnika analitycznego, wybudowanym przez Babbage, jak pokazano w Muzeum Nauki (Londyn)

Analityczna Silnik był proponowany mechaniczny komputer ogólnego przeznaczenia zaprojektowany przez angielskiego matematyka i komputer pionierem Charles Babbage . Po raz pierwszy został opisany w 1837 roku jako następca Babbage'a silnika różnicy , konstrukcji mechanicznej dla komputera. Analitycznego silnika włączyła jednostkę arytmetyczno-logiczną , przepływ sterowania w postaci rozgałęzienia warunkowe i pętle i zintegrowanej pamięci , dzięki czemu pierwszy projekt na komputer ogólnego przeznaczenia, które mogą być opisane w nowoczesnych warunkach jak Turing-zupełny . Innymi słowy, struktura logiczna Engine Analytical był zasadniczo taki sam jak ten, który został zdominowany projektowania komputerowego w erze elektronicznej.

Babbage nigdy nie był w stanie zakończyć budowę którykolwiek z jego maszyn z powodu konfliktów z jego główny inżynier i niedostatecznego finansowania. Dopiero pod koniec 1940 roku, że pierwsze komputery ogólnego przeznaczenia rzeczywiście zbudowano ponad sto lat po Babbage zaproponował pionierskie maszyny analitycznej w 1837 roku.

Projekt

Dwa rodzaje kart perforowanych wykorzystywanych do programowania urządzenia. Pierwszy plan: „Karty operacyjne”, do wprowadzania instrukcji ; background: „” zmienne karty, do wprowadzania danych

Pierwsza próba Babbage'a na mechanicznym urządzeniu komputerowym The Difference silnika , maszyna była celowa przeznaczona do tabularyzować logarytmów i funkcji trygonometrycznych poprzez ocenę różnic skończonych do tworzenia zbliżonych wielomianów . Konstrukcja tego urządzenia nigdy nie została zakończona; Babbage miał konflikty z jego naczelnego inżyniera Józefa Klemensa , i ostatecznie rząd brytyjski wycofał się z finansowania projektu.

Podczas tego projektu, zdał sobie sprawę, że o wiele bardziej ogólny design, Analytical Engine, było możliwe. Prace nad projektem rozpoczęły Analytical Engine w c. 1833.

Wejściowe, składający się z programów i danych (wg „” i „danych”) ma być dostarczany do urządzenia za pomocą kart perforowanych , sposób jest wykorzystywany w czasie bezpośredniego mechanicznego krosna takie jak krosno żakardowy . Dla wyjścia, urządzenie miałoby drukarkę, ploter krzywych i dzwonek. Maszyna będzie również w stanie uderzyć numery na kartach należy czytać później. Że stosuje się zwykłe bazowym 10 stałoprzecinkowych arytmetycznych.

Miało być przechowywania (to jest, pamięć), zdolny do utrzymywania 1000 ilości 40 cyfr każdego (około 16,2 kB ). Jednostka arytmetyczno (dalej „młyn”) będzie mogła wykonywać wszystkie cztery operacje arytmetyczne , plus porównań i opcjonalnie pierwiastki . Początkowo (1838), został zaprojektowany jako silnik różnica zakrzywione do tyłu na siebie, w układzie kołowym, z wyjściem długo przechowywać po jednej stronie. Późniejsze rysunki (1858) przedstawiają uregulowanej układ siatki. Podobnie jak w przypadku centralnego zespołu przetwarzania (CPU) w nowoczesnych komputerów, młyn będzie polegać na jego wewnętrznymi procedurami , które mają być przechowywane w postaci kołków umieszczonych w obrotowe bębny zwane „lufy”, aby wykonywać niektóre z bardziej złożonych instrukcjami Program użytkownika może określić.

Język programowania być zatrudniony przez użytkowników była zbliżona do współczesnych dni językach montażowych . Pętle i rozgałęzienia warunkowe było możliwe, a więc język jako poczęte byłby Turing-complete jak później zdefiniowane przez Alana Turinga . Użyto trzy różne rodzaje kart perforowanych: jeden dla operacji arytmetycznych, jeden dla stałych liczbowych i jeden dla operacji ładunkowych i przechowywania, przenoszenia numerów z magazynu do jednostki arytmetycznej lub tylnej. Były trzy oddzielne czytniki do trzech typów kart. Babbage opracował jakieś dwa tuziny programów dla silnika analitycznego między 1837 i 1840, a jeden program później. Programy te traktują wielomiany, formuły iteracyjnych, eliminacji Gaussa i liczb Bernoulliego .

W 1842 roku, włoski matematyk Luigi Federico Menabrea opublikowany opis silnika w oparciu o wykład Babbage w języku francuskim. W 1843 roku, opis został przetłumaczony na język angielski i szeroko opisywane przez Ada Lovelace , który stał się zainteresowany w silniku osiem lat wcześniej. W uznaniu jej dodatkach do papieru Menabrea, który obejmował sposób obliczenia liczby Bernoulliego używania maszyny, została ona opisana jako pierwszy programista komputerowy .

Budowa

Henry Babbage'a analityczna Silnik Młyn, wybudowany w 1910 roku, w Muzeum Nauki (Londyn)

Późno w swoim życiu, Babbage szukali sposobów budowy uproszczoną wersję maszyny i zmontowane niewielką część jej przed śmiercią w 1871 roku.

W 1878 roku komisja z British Association for Advancement of Science opisał maszyny analitycznej jako „cud pomysłowość mechaniczne”, ale zaleca się przed konstruowania go. Komisja uznała przydatność i wartość maszyny, ale nie mógł oszacować koszt budowy to i byli pewni, czy urządzenie będzie działać poprawnie po buduje.

Z przerwami od 1880 do 1910, syn Henry Babbage Prevost Babbage konstruował część młyna oraz urządzenia drukującego. W 1910 obliczyła (wadliwy) wykaz wielokrotności PI . Stanowiło jedynie niewielką część całego silnika; to nie był programowalny i nie miał przechowywanie. (Najczęściej zdjęć z tej sekcji były czasem nieprawidłowo oznakowanych, co oznacza, że był to cały młyn lub nawet cały silnik.) Henry Babbage'a „Analytical Silnik Młyn” znajduje się na wystawie w Muzeum Nauki w Londynie. Henry zaproponował również budowanie wersję demonstracyjną pełnego silnika o mniejszej pojemności: „Być może dla pierwszej maszyny dziesięć (kolumny) zrobi z piętnastu kół w każdym”. Taka wersja mogłaby manipulować 20 numerów 25 cyfr każdy, a co mogłoby być poinformowani, aby zrobić z tymi numerami nadal może być imponująca. „To tylko kwestia kart i czasu”, pisał Henry Babbage w 1888 roku,”... i nie ma powodu, dlaczego (dwadzieścia tysięcy) karty nie powinny być stosowane, jeżeli jest to konieczne, w silniku analityczne dla celów matematyka ”.

W 1991 roku Muzeum Nauki w Londynie wbudowany kompletny i pracy okaz Babbage'a Różnica silnika nr 2 , projekt, który włączono udoskonalenia Babbage odkryte podczas rozwoju Analytical Engine. Ta maszyna została zbudowana w oparciu o materiały i tolerancje konstrukcyjne , które byłyby dostępne dla Babbage, stłumienia sugestię, że projekty Babbage nie mogły być produkowane przy użyciu technologii produkcji swojego czasu.

W październiku 2010 roku, John Graham-Cumming rozpoczął „Plan 28” kampanii pozyskiwania funduszy przez „publicznej subskrypcji”, aby umożliwić poważną analizę historyczną i naukową planów Babbage'a, z widokiem na czym budować i testować w pełni funkcjonalny wirtualny projekt, który będzie następnie z kolei umożliwi budowę fizyczną Silnik analityczny. Począwszy od maja 2016, rzeczywista budowa nie została próba, ponieważ nie spójne zrozumienie jeszcze mogłyby być uzyskane z oryginalnych rysunków projektowych Babbage'a. W szczególności nie jest jasne, czy to mogło obsłużyć zmienne indeksowane, które były wymagane dla programu Bernoulliego Lovelace. W 2017 roku, „Plan 28” wysiłek poinformował, że można przeszukiwać bazę danych wszystkich skatalogowanych materiał był dostępny, a wstępny przegląd Babbage'a obszernych gryzmoląc Książki zostały zakończone.

zestaw instrukcji

Schemat plan Analytical Engine od 1840 roku

Babbage nie jest wiadomo, że spisane wyraźny zestaw instrukcji dla silnika w sposób nowoczesnego instrukcji procesora. Zamiast tego pokazał swoje programy jako list członkowskich w trakcie ich realizacji, pokazując co operator został uruchomiony na każdym kroku z niewielkim wskazaniem jak przepływ kontrola byłaby prowadzona.

Allan G. Bromley przyjął, że talia kart można odczytać w przód iw tył kierunki w funkcji rozgałęzienia warunkowego po testach na warunkach, które sprawi, że maszyna Turinga-kompletna:

... karty mogą być zamawiane do przodu i do tyłu (a więc do pętli) ...

Wprowadzenie po raz pierwszy w 1845 roku, od czynności wykonywanych przez użytkownika dla różnych funkcji serwisowych oraz, co najważniejsze, skuteczny system kontroli użytkownika z pętli w programach użytkownika. Nic nie wskazuje, w jaki sposób kierunek toczenia operacji i zmiennych kart jest określona. W przypadku braku innych dowodów musiałem przyjąć minimalną domyślne założenie, że zarówno praca i zmienne karty można obracać tylko do tyłu, jak jest to konieczne do realizacji pętle stosowanych w przykładowych programów Babbage'a. Nie byłoby mechaniczny lub microprogramming trudności we wprowadzaniu kierunek ruchu pod kontrolą użytkownika.

W swoim emulatorze silnika, Fourmilab powiedzieć:

Czytnik kart silnik nie jest ograniczony do jedynie przetwarzać karty w łańcuchu jeden po drugim od początku do końca. To może dodatkowo kierowane przez samych kart odczytuje i poinformowani przez czy dźwignia run-up młyna jest aktywna, albo przesunąć łańcuch karty do przodu, omijając karty wtrącone, lub do tyłu, powodując wcześniej czytać karty mają być przetwarzane jeszcze raz.

Ten emulator ma dostarczyć pisemną symboliczny zestaw instrukcji, choć ten został skonstruowany przez jej autorów, a nie na podstawie oryginalnych dzieł Babbage'a. Na przykład, silnia Program zostanie zapisany jako:

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

gdzie CB jest instrukcja warunkowa oddział lub „Karta kombinacja” używany do skoku przepływu sterowania, w tym przypadku do tyłu o 11 kart.

Wpływ

przewidywane wpływy

Babbage rozumieć, że istnienie automatycznego komputera by rozpalić zainteresowanie w dziedzinie obecnie znany jako wydajność oprogramowania , pisanie w jego fragmenty z życia filozofa , „Jak tylko istnieje Silnik analityczny, to koniecznie prowadzić przyszły przebieg nauka. Gdy każdy wynik jest poszukiwany przez nią pomocy, pytanie będzie wtedy powstać, przez co przebieg obliczeń mogą być te wyniki przybył przez maszynę w jak najkrótszym czasie ?”

Informatyka

Od 1872 roku kontynuował Henry pilnie z pracy ojca, a następnie z przerwami na emeryturę w 1875 roku.

Percy Ludgate pisał o silniku w 1914 roku zaprojektował swój własny silnik analityczny (został opracowany w szczegółach, ale nigdy nie zbudowano) o latach 1907-1909. Silnik Ludgate byłby znacznie mniejszy niż Babbage'a około 8 stóp sześciennych (230  l ), a teoretycznie byłoby zdolne do mnożenia dwóch liczb 20 cyfr dziesiętnych około sześć sekund.

Torres y Quevedo pisał o silnikach Babbage w Essays on Automatyki (1913). Książka zawiera projekt dla elektromechanicznego urządzenia zdolnego do obliczania całkowicie automatycznie wartość funkcji.

Vannevar Bush papier „s Analiza instrumentalna (1936) zawiera kilka odniesień do pracy Babbage'a. W tym samym roku rozpoczęła projekt arytmetyczna Szybka maszyna do zbadania problemów konstruowania elektroniczny komputer cyfrowy.

Pomimo tego ziemnych, praca Babbage spadła do historycznego zapomnienia, a silnik analityczny był nieznany budowniczych maszyn elektromechanicznych i elektronicznych obliczeniowych w latach 1930 i 1940, kiedy rozpoczął swoją pracę, co skutkuje koniecznością wymyślać wiele architektoniczno innowacje Babbage zaproponował. Howard Aiken , który zbudował szybko-przestarzałe elektromechaniczny kalkulator, na Harvard Mark I , w latach 1937 i 1945, chwalił pracę Babbage prawdopodobnie jako sposób na zwiększenie własnej posturę, ale nic nie wiedział o architekturze silnika analitycznych podczas budowy Mark I i uznał jego wizyta w budowanej części silnika Analitycznej „największe rozczarowanie w moim życiu”. Mark I wykazały żadnego wpływu z silnika analitycznego i brakowało najbardziej przewidujący elementem architektury silnika analitycznych rozgałęzienia warunkowe . Prespera Eckert i John W. Mauchly podobnie nie znali szczegółów Analitycznej Babbage'a pracy silnika przed zakończeniem swojej konstrukcji pierwszego elektronicznego komputera ogólnego przeznaczenia, do ENIAC .

Porównanie do innych wczesnych komputerów

Jeżeli silnik analityczny został zbudowany, to byłby cyfrowy , programowalny i Turing-zupełny . Byłoby jednak były bardzo powolne. Luigi Federico Menabrea podano w Szkic Analytical Engine : „Pan Babbage wierzy, że może przez jego silnika, tworząc iloczyn dwóch liczb, z których każda zawiera dwadzieścia postaci, w ciągu trzech minut”. Dla porównania Harvard Mark I mógł wykonać to samo zadanie w ciągu zaledwie sześciu sekund. Nowoczesny komputer może zrobić to samo w dobrze pod miliardowej części sekundy.

Imię pierwszy operacyjny System liczbowy mechanizm Computing Programowanie Turing kompletna Pamięć
Różnica silnika Nie zbudowano aż 1990 Dziesiętny Mechaniczny Nie programowalny; Początkowe stałe numeryczne różnice wielomianu ustawiony fizycznie Nie Stan fizyczny kół w osiach
Silnik analityczny jeszcze nie zbudowano Dziesiętny Mechaniczny Program sterowany przez karty perforowane tak Stan fizyczny kół w osiach
Bombe (Polska, Wielka Brytania, USA) 1939 ( Polski ), marzec 1940 (Wielka Brytania), maj 1943 (USA) Charakter obliczenia Elektromechaniczny Nie programowalny; szyfrów Ustawienia wprowadzania określonych przez kable krosowe Nie Stan fizyczny wirników
Zuse Z3 (Niemcy) maj 1941 Binary zmiennoprzecinkowe Elektromechaniczny Program sterowany przez dziurkowanej 35 mm film akcji Zasadniczo mechaniczne przekaźniki
Atanasoff-Berry Computer (US) 1942 Dwójkowy Elektroniczny Nie programowalny; Współczynniki liniowego wejścia układu za pomocą kart perforowanych Nie Rotacyjny pamięć kondensator
Colossus Mark 1 (UK) grudzień 1943 Dwójkowy Elektroniczny Sterowane programem przez przewody krosowe i przełączników Nie Zawory termojonowe (rurki próżniowe) i tyratrony
Harvard Mark I  - IBM ASCC (US) maj 1944 Dziesiętny Elektromechaniczny Sterowane programem do 24-kanałowego perforowanej taśmy papieru (ale nie warunkowe rozgałęzienia) Nie przekaźniki mechaniczne
Zuse Z4 (Niemcy) Marzec 1945 (lub 1948) Binary zmiennoprzecinkowe Elektromechaniczny Program sterowany przez perforowanej taśmy filmowej 35 mm tak mechaniczne przekaźniki
ENIAC (US) lipiec 1946 Dziesiętny Elektroniczny Sterowane programem przez przewody krosowe i przełączników tak Rurka próżniowa triody przerzutników
Dziecko Manchester (Wielka Brytania) 1948 Dwójkowy Elektroniczny Binary Program wpisany do pamięci za pomocą klawiatury (pierwszy elektroniczny przechowywany program komputerowy-cyfrowy) tak Williams kineskop

W kulturze popularnej

  • W cyberpunk powieściopisarzy William Gibson i Bruce Sterling współautorem steampunk powieść o alternatywnej historii zatytułowanej Różnica Silnik , w którym różnica i analityczne Silniki Babbage stał się dostępny do wiktoriańskiego społeczeństwa. Powieść bada skutki i konsekwencje wczesnego wprowadzenia techniki obliczeniowej.
  • Istnieje również wspomnieć o Analytical Engine (lub Mechaniczna Ouroboros, ponieważ jest również znany tam) w The Book of the War , a Faction Paradox antologii pod redakcją Lawrence Miles . Maszyna ta została wykorzystana do obliczenia drogę do „Jedenaście Day Empire”. Jego użycie spowodowało zniszczenie oryginalnych izb parlamentu .
  • W powieści Perdido Street Station , przez brytyjskiego autora China Miéville , silniki podobne do Babbage służą jako „mózg” dla robotów konstruktów miasta Nowego Crobuzon. Jeden taki silnik nawet rozwija myśl czującą powodu rekurencyjnej algorytmicznego pętli.
  • Imperium Brytyjskie z The Peshawar ułanów przez SM Stirling posiada masywną wodę zasilany silnik analityczny w Oksfordzie , używany przez dwóch głównych bohaterów. Należy zauważyć, że większość silników uruchomić na parze, a jeszcze większy jeden jest w trakcie budowy w stolicy Brytyjskiej w Delhi .
  • W Michael Flynn powieści w kraju Niewidomych , tajne stowarzyszenie nazywająca siebie Babbage Society potajemnie finansował budowę silników Babbage w połowie 19 wieku. W powieści, Towarzystwo wykorzystuje silniki Babbage wraz z nauki statystycznej zwanej Cliology do przewidzenia i manipulować przyszłą historię. W procesie, oni przewidzieć powstanie nazistów i przypadkowo uruchomić amerykańskiej wojny domowej.
  • W Neal Stephenson powieści Diamentowy wiek , wszechobecny nanotechnologia molekularna jest opisany skorzystać z „logiki pręta” podobny do tego wyobrazić projektem Babbage'a dla silnika analitycznego.
  • Moriarty przez modem , opowiadania Jacka Nimersheim, opisuje alternatywną historię gdzie Babbage'a analityczna Silnik został wypełniony i rzeczywiście zostały uznane za wysoko sklasyfikowane przez brytyjski rząd. Bohaterowie Sherlock Holmes i Moriarty był w rzeczywistości był to zestaw programów napisanych dla prototypowych Analytical Engine. Ta krótka historia następująco Holmes jako jego program jest uruchomiony ponownie na nowoczesnych komputerach i jest on zmuszony do konkurowania z jego nemezis po raz kolejny w nowoczesnych odpowiedników Babbage'a Analytical Engine.
  • Podobny program jest używany przez Sydney Padwy w Webcomic porywający Przygody Lovelace i Babbage . Oferuje on alternatywną historię gdzie Ada Lovelace i Babbage zbudowali maszyny analitycznej i użyć go do walki z przestępczością na królowej Wiktorii żądanie „s. Komiks jest na podstawie dokładnych badań na temat biografii i korespondencji pomiędzy Babbage i Lovelace, która jest następnie skręcone na efekt humorystyczny.
  • Georgia on My Mind to nowela przez Karola Sheffield , który obejmuje dwa główne tematy: bycie owdowiała i poszukiwanie legendarnego komputera Babbage.
  • Hugh Cooka „s Fantasy powieści Wishstone i Wonderworkers i wazir i czarownica wyposażone Analityczny Silnik stworzony przez naukowca Ivan Petrov. Jest on używany do obliczenia podatku dochodowego.
  • Na Ramię Oriona projekt Internecie rysy Machina Babbagenseii pełni czującą Babbage inspirowane komputery mechaniczne. Każdy z nich jest rozmiar dużej asteroidy tylko zdolność do przeżycia w warunkach mikrograwitacji i przetwarza dane w 0,5% prędkości ludzkiego mózgu.
  • Latające statki w anime Last Exile są postrzegane mieć maszyna analityczna wewnątrz nich. Choć niektóre mają bardziej zaawansowaną technologię, wspólne statki używać maszyna analityczna, a nawet niektóre z zaawansowanych statków są postrzegane mieć mechanizmy zegarowe, jak również.
  • Wersja robocza Analytical Engine, stworzony przez fikcyjne wynalazca Ernest Harding (i oparte na koncepcji Babbage) została wyróżniona na Detektyw Murdoch (zwany także chytry detektyw), w Sezon 5, Odcinek 9, Konwencja Wynalazków .

Referencje

Bibliografia

Linki zewnętrzne