Charles Babbage (1791-1871) - un pionero en la creación de tecnología informática, que desarrolló 2 clases de computadoras: diferencia y analítica. El primero de ellos obtuvo su nombre debido al principio matemático en el que se basa: el método de diferencias finitas. Su belleza radica en el uso exclusivo de la suma aritmética sin tener que recurrir a la multiplicación y la división, que son difíciles de implementar mecánicamente.
Más que una calculadora
La máquina diferencial de Babbage es un dispositivo de conteo. Manipula los números de la única manera que puede, sumando constantemente según el método de las diferencias finitas. No se puede utilizar para cálculos aritméticos generales. El motor analítico de Babbage es mucho más que una simple calculadora. Marca la transición de la aritmética mecanizada a la computación de propósito general a gran escala. En diferentes etapas de la evolución de las ideas de Babbagehubo al menos 3 proyectos. Por lo tanto, es mejor hacer referencia a sus motores analíticos en plural.
Conveniencia y eficiencia de ingeniería
Las computadoras de Babbage son decimales en el sentido de que usan 10 dígitos del 0 al 9, y digitales en el sentido de que operan solo con números enteros. Los valores están representados por engranajes, y cada dígito tiene su propia rueda. Si se detiene en una posición intermedia entre valores enteros, el resultado se considera indeterminado y la máquina se bloquea para mostrar una violación de la integridad de los cálculos. Esta es una forma de detección de errores.
Babbage también consideró el uso de sistemas numéricos distintos al decimal, incluidos el binario y la base 3, 4, 5, 12, 16 y 100. Se decidió por el decimal debido a su familiaridad y eficiencia de ingeniería, ya que reduce en gran medida el número de piezas móviles.
Motor diferencial 1
En 1821, Babbage comenzó a desarrollar un mecanismo diseñado para calcular y tabular funciones polinómicas. El autor lo describe como un dispositivo para calcular automáticamente una secuencia de valores con impresión automática de los resultados en forma de tabla. Una parte integral del diseño es una impresora conectada mecánicamente a la sección de cálculo. Difference Engine 1 es el primer diseño completo para el cálculo automático.
De vez en cuando, Babbage cambiaba la funcionalidad del dispositivo. Un diseño de 1830 representa una máquina diseñada para 16 dígitos y 6 órdenes de diferencia. El modelo constaba de 25 mil partes, divididas a partes iguales entre la sección de computación y la impresora. Si se hubiera construido el dispositivo, habría pesado aproximadamente 4 toneladas y tendría 2,4 metros de altura. El trabajo en el motor diferencial de Babbage se detuvo en 1832 después de una disputa con el ingeniero Joseph Clement. La financiación del gobierno finalmente terminó en 1842
Motor analítico
Cuando el trabajo en el aparato diferencial se estancó, en 1834 Babbage concibió un dispositivo más ambicioso, que más tarde se conocería como el motor informático programable universal analítico. Las propiedades estructurales de la máquina de Babbage corresponden en gran medida a los componentes básicos de una computadora digital moderna. La programación se realiza mediante tarjetas perforadas. Esta idea fue tomada del telar jacquard, donde se utilizan para crear patrones textiles complejos.
La estructura lógica de la Máquina Analítica de Babbage corresponde básicamente al diseño dominante de las computadoras de la era electrónica, lo que implica la presencia de memoria ("almacén"), separada de la unidad central de procesamiento ("molino"), secuencial ejecución de operaciones y facilidades para la entrada y salida de datos e instrucciones. Por lo tanto, el autor del desarrollo recibió merecidamente el título de pionero de la tecnología informática.
Memoria y CPU
La máquina de Babbage tiene un "almacenamiento" donde se almacenan números y resultados intermedios, así como un "molino" separado donde se realiza el procesamiento aritmético. Tenía un conjunto de 4 funciones aritméticas y podía realizar multiplicaciones y divisiones directas. Además, el dispositivo era capaz de realizar operaciones que ahora se denominan bifurcación condicional, bucle (iteración), microprogramación, procesamiento en paralelo, fijación, modelado de pulsos, etc. El propio autor no utilizó esa terminología.
La CPU de la máquina analítica de Charles Babbage, a la que llamó "molino", proporciona:
- almacenamiento de números, cuyas operaciones se realizan inmediatamente, en registros;
- tiene el hardware para realizar operaciones aritméticas básicas con ellos;
- transferencia de instrucciones externas orientadas al usuario a un control interno detallado;
- sistema de sincronización (reloj) para ejecutar instrucciones en una secuencia cuidadosamente seleccionada.
El mecanismo de control del motor analítico realiza operaciones automáticamente y consta de dos partes: un nivel inferior controlado por tambores masivos llamados barriles y un nivel superior que utiliza tarjetas perforadas diseñadas por Jacquard para telares ampliamente utilizadas a principios del siglo XIX.
Dispositivos de salida
El resultado de los cálculos se muestra de diversas formas, como impresión, tarjetas perforadas, trazado yproducción automática de estereotipos: bandejas de material blando en las que se imprime el resultado, capaces de servir como molde para moldear planchas para la impresión.
Nuevo diseño
El trabajo pionero de Babbage sobre el motor analítico se completó en gran parte en 1840 y comenzó a desarrollar un nuevo dispositivo. Entre 1847 y 1849, completó el desarrollo de Difference Engine No. 2, que era una versión mejorada del original. Esta modificación fue diseñada para operaciones con números de 31 bits y podía tabular cualquier polinomio de 7° orden. El diseño era exquisitamente simple, requiriendo solo un tercio del recuento de piezas del modelo original, mientras proporcionaba la misma potencia de procesamiento.
Los motores diferenciales y analíticos de Charles Babbage usaban el mismo diseño del dispositivo de salida, que no solo realizaba impresiones en papel, sino que también creaba automáticamente estereotipos y realizaba el formateo de forma independiente de acuerdo con el diseño de página especificado por el operador. Al mismo tiempo, era posible ajustar la altura de la línea, el número de columnas, el ancho del campo, el plegado automático de filas o columnas y la disposición de las líneas vacías para mejorar la legibilidad.
Legado
Aparte de algunos ensamblajes mecánicos creados parcialmente y modelos de prueba de pequeñas secciones de trabajo, ninguno de los diseños se realizó por completo durante la vida de Babbage. El modelo principal ensamblado en 1832 fue 1/7 de Difference Engine No. 1, que consistíade unas 2 mil partes. Funciona perfectamente hasta el día de hoy y es el primer dispositivo informático automático exitoso que implementa cálculos matemáticos en un mecanismo. Babbage murió mientras se ensamblaba la pequeña parte experimental del motor analítico. Se han conservado muchos detalles de la construcción, así como un completo archivo de dibujos y notas.
Los diseños de Babbage para enormes computadoras mecánicas se consideran uno de los impresionantes logros intelectuales del siglo XIX. Solo en las últimas décadas se ha estudiado su trabajo en detalle, y la importancia de lo que ha hecho se está volviendo cada vez más evidente.
