Имя этого человека, которому суждено было открыть новую и, пожалуй, наиболее яркую страницу в истории вычислительной техники – Чарльз Бэббидж. За свою долгую жизнь (1792-1871) кембриджский профессор математики сделал немало открытий и изобретений, значительно опередивших его время. Круг интересов Бэббиджа был чрезвычайно широк, и все же главным делом его жизни, по словам самого ученого, были вычислительные машины, над созданием которых он работал около 50 лет.
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….3
ГЛАВА 1. БИОГРАФИЯ Ч. БЭББИДЖА……………………………………. 4
ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ РАЗНОСТНОЙ МАШИНЫ Ч. БЭББИДЖА И ИДЕЯ СОЗДАНИЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МАШИНЫ………………………………. 7
2.1. Предпосылки появления вычислительных машин………………………. 7
2.2. Создание разностной машины Ч. Бэббиджа……………………………. 10
2.3. Создание аналитической машины…………………………………………14
2.4. Реализация проекта благодарными потомками………………………….18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….19
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….20
История программирования, часть I — Машина Чарлза Бэббиджа
Прикрепленные файлы: 1 файл
К воплощению машины в металле и дереве, Бэббидж приступил в 1820 году. В 1822 году он заканчивает создание малой разностной машины. Она была способна вычислять функции с постоянными вторыми разностями с точностью до восьмого знака.
(Счётные колёса разностной машины Бэббиджа)
Бэббидж начинает всячески популяризировать идею вычисления таблиц с помощью машин. В 1823-м году он получает финансирование от правительства в размере 1500 фунтов и начинает работу над машиной, которая смогла бы табулировать функции с постоянными шестыми разностями с точностью до двадцатого знака. Однако к 1828-му году выделенные средства полностью исчезают, также как и средства, выделенные из собственных доходов. В дальнейшем финансирование и постройка машины продолжаются с переменным успехом, однако к началу 1833 года удаётся закончить и испытать часть машины, которая может табулировать с точностью до пятого знака многочлены с постоянными вторыми разностями.
1833 год был также знаковым, так как в этом году было законченно строительство специального пожарозащищённого здания для машины, как сейчас бы сказали — датацентра. Переезд в новое здание вызвал паузу в создании машины. С одной стороны это создало новые проблемы — главный инженер, работавший над созданием машины, потребовал оплатить простым рабочим. Требование было отклонено, и он немедленно уволил всех рабочих и забрал все инструменты и оборудование, созданные во время работы над машиной, что вполне соответствовало английским законам того времени.
Однако вынужденная пауза привела к тому, что Бэббиджу пришла идея создания машины, которая могла бы вычислять не только таблицы, но и решала бы всё то многообразие задач, с которым сталкиваются инженеры и математики. В 1834-м году Бэббидж разрабатывает основные принципы новой машины, которую он называет аналитической.
2.3. Создание аналитической машины
Разностная машина Чарльза Бэббиджа впервые позволила автоматизировать процесс вычислений и производить его в некоторой степени без вмешательства человека. для вычисления функций типа логарифма, тригонометрических функций и прочих, их необходимо было разбить на участки, каждый из которых представлялся своим многочленом, и только потом можно было произвести расчёт значений функции для данного участка. Переходя от одного многочлена к другому, оператор машины должен был вручную ввести все исходные значения регистров. К тому же машина позволяла производить только операцию сложения, что было не много даже по меркам 19го века.
1. История ЭВМ
Раздумывая над этой проблемой, Бэббидж пришёл к выводу, что можно построить такую машину, которая бы сама меняла значения исходных регистров в зависимости от значения результата. То есть сама бы могла управлять процессом вычислений. В дальнейшем, развивая эту идею, Бэббидж пришёл к мысли не просто сделать машину, которая бы табулировала функцию полностью автоматически, а создать машину, которая бы позволяла решать весь класс вычислительных задач. Для этого алгоритм такой машины должен быть не жёстко зашит в её конструкцию, а задаваться извне, а сама машины должна уметь выполнять все арифметические операции, а также управлять ходом выполнения вычислений. Новую вычислительную машину Бэббидж назвал Аналитической.
Аналитическая машина Бэббиджа представляла собой единый комплекс специализированных блоков. По проекту она включала следующие устройства.
Первое — устройство для хранения исходных данных и промежуточных результатов. Бэббидж назвал его «складом»; в современных вычислительных машинах устройство такого типа называется памятью или запоминающим устройством.
Для хранения чисел Бэббидж предложил использовать набор десятичных счетных колес. Каждое из колес могло останавливаться в одном из десяти положений и таким образом запоминать один десятичный знак. Колеса собирались в регистры для хранения многоразрядных десятичных чисел. По замыслу автора запоминающее устройство должно было иметь емкость в 1000 чисел по 50 десятичных знаков «для того, чтобы иметь некоторый запас по отношению к наибольшему числу, которое может потребоваться». Для сравнения скажем, что запоминающее устройство одной из первых ЭВМ имело объем 250 десятиразрядных чисел.
Для создания памяти, где хранилась информация, Бэббидж использовал не только колесные регистры, но и большие металлические диски с отверстиями. В памяти на дисках хранились таблицы значений специальных функций, которые использовались в процессе вычислений.
Второе устройство машины — устройство, в котором осуществлялись необходимые операции над числами, взятыми из «склада». Бэббидж назвал его «фабрикой», а сейчас подобное устройство называется арифметическим. Время на производство арифметических операций оценивалось автором: сложение и вычитание — 1с; умножение 50-разрядных чисел — 1 мин; деление 100-разрядного числа на 50-разрядное — 1 мин.
И наконец, третье устройство машины — устройство, управляющее последовательностью операций, выполняемых над числами. Бэббидж назвал его «конторой»; сейчас оно — устройство управления.
Управление вычислительным процессом должно было осуществляться с помощью перфокарт — набором картонных карточек с разным расположением пробитых (перфорированных) отверстий. Карты проходили под щупами, а они, в свою очередь, попадая в отверстия, приводили в движение механизмы, с помощью которых числа передавались со «склада» на «фабрику». Результат машина отправляла обратно на «склад». С помощью перфокарт предполагалось также осуществлять операции ввода числовой информации и вывода полученных результатов. По сути дела, этим решалась проблема создания автоматической вычислительной машины с программным управлением.
Во время пребывания Бэббиджа в Италии к нему обратился математик, профессор Мосотти. «Он заметил, что теперь вполне готов поверить в способность механизма овладеть арифметическими и даже алгебраическими соотношениями в любой нужной степени. Но он добавил что не может понять, как машина может сделать выбор, который часто необходим при аналитическом исследовании (то есть в процессе вычислений), когда представляются два или более путей, особенно в том случае, когда правильный путь, как это часто бывает, неизвестен до тех пор, пока не проделаны предшествующие вычисления». На этот случай в Аналитической машине была предусмотрена возможность организации условного выполнения и циклов. Для этого механизм переноса последнего разряда управлял движением перфокарт и мог заставить этот механизм повторить действие либо пропустить его.
Устройства вывода позволяли выводить на печать в результат вычислений машины в одной или двух копиях, воспроизводить в виде стереотипного отпечатка или пробивать результат на перфокартах. Работая над аналитической машиной, Бэббидж сделал более 200 чертежей её различных узлов и около 30 вариантов компоновки машины.
В 1843 г. Адой Лавлейс для машины Бэббиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли. Однако ее основная заслуга состоит не только в создании программы, но и в полном и доступном описании машины, а также анализе ее возможностей для решения различных вычислительных задач. Наряду с этим, Лавлейс проводила широкую популяризацию идей Бэббиджа, сама проектировала некоторые узлы машины и исследовала вопросы применения двоичной системы счисления, а также высказывает ряд идей, получивших широкое применение только в наше время.
(Часть печатающего механизма машины)
Проект аналитической машины не был реализован, но получил весьма широкую известность и заслужил высокую оценку целого ряда ученых, в первую очередь, математиков. Механические устройства оказались попросту непригодными для осуществления такого грандиозного для того времени плана.
2.4. Реализация проекта благодарными потомками
Большое влияние на посмертную судьбу машин оказал генерал Бэббидж, сын изобретателя. Выйдя в отставку в 1874 году, он несколько лет посвятил изучению отцовского наследия. Генри занялся аналитической машиной, решив сосредоточиться на двух узлах — «мельнице» и печатающем устройстве.
В 1888-м году были готовы данные узла машины, которые смогли вычислить и напечатать произведение на числа натурального ряда с 29 знаками. При вычислении 32-го члена машина выдала неверный результат из-за сбоя в механизме переноса. Работа продолжалась с переменным успехом до 1896 г. В конце концов к 1904 году был создан небольшой фрагмент машины.
В 1991 году, к двухсотлетию со дня рождения ученого, сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам 2,6-тонную «разностную машину № 2», а в 2000 году — еще и 3,5-тонный принтер Бэббиджа. Оба устройства, изготовленные по технологиям середины XIX века, превосходно работают — в расчётах Бэббиджа было найдено всего две ошибки.
Великий английский ученый Чарльз Бэббидж попытался на механической основе создать машину, принадлежащую электронному периоду. Соответственно, это его начинание просто не могло завершиться успехом. Тем не менее, это же несоответствие подчеркивает гениальность Бэббиджа: задолго до возникновения электронных вычислительных машин он разработал принципы построения машин, основные их узлы, установил возможности вычислительных машин и предсказал пути их дальнейшего развития.
При изучении творчества Бэббиджа поражает даже простое перечисление проблем, которые он поставил и пытался разрешить, одни более успешно, другие менее, в аналитической машине: 1) разработка основного состава блоков; 2) планирование большого объема памяти; 3) разделение арифметического и запоминающего устройства; 4) применение изменяемой программы вычислений; 5) передача управления с помощью условного перехода; 6) работа с адресами и кодами команд; 7) контроль считыванием; 8) наличие библиотеки подпрограмм; 9) применение перфокарт, печатание данных ввода и вывода и некоторые другие. Подавляющее большинство из идей Бэббиджа были реализованы спустя сто с лишним лет.
Каждое новое открытие в современной науке заставляет по-новому смотреть на достижения прошлых веков. Если в конце прошлого и начале нашего века имя Бэббиджа было почти забыто, а его работы не были оценены и поняты, то с развитием ЭВМ интерес к его работам и личности возрос.
Бэббидж предстает перед нами как гениальный ученый, во многом предвосхитивший развитие вычислительной техники, ставшей важнейшим проявлением современной научно-технической революции.
1. Дорофеева А. В. Чарльз Бэббидж и его аналитическая машина: Разраб. проекта вычисл. машины с про-гр. упр. англ. математиком в середине 40-х годов XIX в. //Новые методы и средства обучения — В огл. авт.: Дорофеева В. В. — М. — 1993. — С. 65-69.
2. Дорофеева А. В. Чарльз Бэббидж и его аналитическая машина: [О жизни и деятельности англ. математика, 1791-1871] // Математика в шк. — 1995. — №2. — С. 78-80.
3. И.А. Апокин, Л.Е.Майстров, И.С. Эдлин «Чарльз Бэббидж».
4. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия — 2004. Статьи «Чарльз Бэббидж» и «Ада Лавлейс».
5. Интернет-сайт: http:/joinbiz.ru. Статья: «Чарльз Бэббидж. Человек, опередивший свою эпоху».
6. Интернет-сайт: http:/eakolesnikov.ru. Статья: «Краткая история перфокарт».
Источник: www.referat911.ru
Аналитическая машина Бэббиджа — прообраз компьютера
В 1834 году Бэббиджу удается перенести в новую мастерскую чертежи и детали разностной машины. Но его уже захватила новая идея — создание вычислительной машины, которая вычисляла бы не только таблицы, но решения разных математических задач, с которыми сталкиваются инженеры и математики.
Бэббидж конструирует основные позиции работы новой машины, которую называет аналитической, которая впоследствии окажется прообразом цифровых вычислительных машин. Принципы, лежащие в основе современных компьютеров, были разработаны выдающимся ученым XIX века.
Работая над разработкой аналитической машины, он понимает, что необходимо кардинально упростить схему арифметического узла машины — схему сложения. Пересматривая множество вариантов, Бэббидж создает схему сложения предварительного переноса (систему сквозного переноса), одно из своих выдающихся изобретений.
Аналитическая машина состояла из следующих частей: 1) склад — механизм для сохранения значений переменных, которые участвуют в вычислениях и результаты операций. Сейчас это называется памятью. 2) мельница — для осуществления арифметических действий над переменными (арифметическое устройство). 3)устройство, применяющееся для управления определенной последовательностью операций.
В современной терминологии — блок управления. 4) механизм ввода исходных данных и печати результатов (блок ввода и вывода).
Для управления аналитической машиной Бэббидж решил применить устройство, которое уже работало на ткацких станках Жаккара — картонные карты, прообраз перфокарт. Один механизм с цепочкой «операционных» карт должен был приводить мельницу (арифметическое устройство) в готовность для выполнения какой-то операции (сложения, вычитания, деления и умножения), в соответствии отверстий пробитых в надлежащей карте.
Второй механизм с «картами переменных» работал бы с «управляющими картами» и должен переносить числа из «склада» в «мельницу» и обратно. «Поставляющие карты» передавали бы числа из склада (памяти) в мельницу (арифметическое устройство), а «нулевые карты» работали бы в обратном направлении. Информация поступала на перфокарты путем пробивки отверстий.
Таким способом осуществлялось управление процессом механических вычислений. Для ввода числовых данных в машину и для сбережения промежуточных итогов вычислений, если было недостаточно места на «складе», предполагалось использовать «цифровые» карты.
Бэббидж предусматривал в аналитической машине три вывода полученной информации: при помощи устройства печати одной или нескольких копий, устройства для изготовления стереотипного отпечатка и вывода результатов вычислений на перфокарты для последующего применения. Бэббидж является автором идеи ввода и вывода.
Конструировать аналитическую машину Analytical Engine Бэббидж начал с 1834 года. Он сделал больше 200 подробно разработанных чертежей различных механизмов и около 30 версий общего демонтажа машины и продолжал совершенствовать свою конструкцию в течение многих лет.
Схема аналитической машины настолько близка к устройству современного компьютера, что Бэббиджа по праву называют предвестником компьютерной эры. Оставалось придумать лишь схему с хранимой программой, что было сделано только через 100 лет. К сожалению, все его идеи остались только на бумаге.
Действующая аналитическая машина не была построена, но, тем не менее, Бэббидж является первым, кто постиг общую концепцию компьютера, и был настолько дальновидным, что опередил свое время. Существующий низкий уровень технологии того времени и полное отсутствие финансирования мешали осуществлению идей ученого-изобретателя.
Бэббидж не просил правительство профинансировать этот проект, так как понимал, что ему откажут, после неудачи с разностной машиной. Считается, что основной проект по созданию аналитического двигателя Бэббидж закончил в 1837 году, когда вышла его статья «Математические силы вычислительного двигателя», в которой он описывал машину.
И до конца своей жизни он работал над его улучшением, уточнением деталей, усовершенствованием, то прерывая работу, то опять возвращаясь к ней. Все разработки по созданию аналитической машины были выполнены за его счет, денег хронически не хватало. Только часть аналитической машины — «мельница» и печатающее устройство, были построены к 1870 году.
Аналитическая машина Бэббиджа предусматривала решение любых математических задач, а наличие условной передачи управления, подпрограмм и циклов, могло сделать её программируемой. Перфокарты, в дальнейшем использовались в компьютере, для ввода программ.
В процессе создания машин при прямом участии Бэббиджа созданы поперечно-строгальный, токарно-револьверный станки, разработана технология изготовления зубчатых колес литьем под давлением. Он придумал новый метод заточки инструментов. Конечно, вычислительные машины были главным делом в его жизни, предметом гордости и разочарований. Но, поражает круг его интересов и достижений.
Может и неудачи, с созданием его машин наряду с трагическими событиями 1827 года (он лишился отца, жены и двоих детей) и ограниченным уровнем технологии того времени, связаны с его избыточной разносторонностью. Математик по образованию (профессор математических наук в Кембридже с 1827 по 1839 годы) он написал много математических статей для научных изданий, был автором работ по страхованию, налогообложению, статистики, криптографии (методы шифрования), занимался религиозно- философскими вопросами. Изучал электромагнитные, оптические и геологические явления. Он принимал участие в безопасности железнодорожного движения, создал устройство, которое сбрасывало случайные предметы с путей перед паровозом, изобрел спидометр для измерения скорости, офтальмоскоп для осмотра глазного дна, и сейсмограф, прибор для записи колебаний земной поверхности, устройство для наведения артиллерийского оружия. Бэббидж входил в состав экспедиции на Везувий, опускался на дно озера в водолазном колоколе, принимал участие в археологических раскопках, спускался в шахты для изучения залегания руды.
Умер Чарльз Бэббидж 18 октября 1871 года. После смерти ученый завещал свой мозг науке. Он был извлечен и впоследствии препарирован (вскрыт для изучения) профессором Чарльзом Стюартом. В книге «Описание мозга мистера Чарльза Бэббиджа» Британское Королевское общество искусств напечатало результаты исследований и фотографии. Одна часть его мозга находится в Лондонском музее науки, а другая половина хранится в Хантерианском (Hunterian Museum) музее Королевского колледжа хирургов в Лондоне.
Международный астрономический союз в 1935 году назвал кратер на видимой стороне Луны именем Чарльза Бэббиджа.
Источник: galanix.com
Аналитическая машина Бэббиджа
Английский математик и изобретатель, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1832). Автор трудов по теории функций, механизации счета в экономике. В 1833 разработал проект универсальной цифровой вычислительной машины — прообраза ЭВМ. Бэббиджа часто называют «отцом компьютера» за изобретённую им аналитическую машину, хотя её прототип был создан через много лет после его смерти.
В 1834 году англичанин Чарльз Бэббидж изобретает аналитическую машину. Она состояла из «склада» для хранения чисел («накопитель»), «мельницы» — для производства арифметических действий над числами («арифметическое устройство»), устройство, управляющее в определенной последовательности операциями машины («устройство управления»), устройство ввода и вывода данных.
В аналитической машине предусматривалось три различных способа вывода полученных результатов: печатание одной или двух копий, изготовление стереотипного отпечатка, пробивки на перфокартах. Аналитическая машина не была построена. Но Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов и около 30 вариантов общей компоновки машины. При этом было использовано более 4 тысяч «механических обозначений». Аналитическая машина Бэббиджа — первый прообраз современных компьютеров.
ПРИЧИНЫ НЕУДАЧИ БЭББИДЖА
И все же, несмотря на целый ряд блестящих догадок и новаторских изобретений, опередивших свое время на целый век, Чарльзу Бэббиджу так и не удалось закончить Аналитическую машину. Основной причиной неудачи является главное достоинство машины: Бэббидж действительно слишком превзошел свое время (не случайно в конце жизни он скажет: «я готов отдать последние годы своей жизни за то, чтобы прожить три дня через 150 лет, и чтобы мне подробно объяснили принцип работы будущих машин»). Как видим, Бэббидж уже не сомневался в будущем развитии вычислительной техники. Дело в том, что одна из двух главных причин незаконченности работы – невозможность в то время обрабатывать металл с высокой степенью точности (в то время как для реализации проекта Аналитической машины только зубчатых колес потребовалось бы несколько тысяч!) И в наши дни технологи бы сильно призадумались над возможностью постройки подобной машины, а в те времена самому Бэббиджу нередко приходилось изобретать технологии производства деталей, отвлекаясь от общего направления проекта.
Содержимое разработки
ПРЕЗЕНТАЦИЯ НА ТЕМУ: АНАЛИТИЧЕСКАЯ МАШИНА БЭББИДЖА – ПРЕДШЕСТВЕННИЦА ЭВМ
- Биография Чарльза Бэббиджа
- Аналитическая машина Бэббиджа
- Основные части аналитической машины
- Причины неудачи
- Заключение
ЧАРЛЬЗ БЭББИДЖ (26 ДЕКАБРЯ 1791, ЛОНДОН — 18 ОКТЯБРЯ 1871, ЛОНДОН)
Английский математик и изобретатель, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1832). Автор трудов по теории функций, механизации счета в экономике. В 1833 разработал проект универсальной цифровой вычислительной машины — прообраза ЭВМ. Бэббиджа часто называют «отцом компьютера» за изобретённую им аналитическую машину, хотя её прототип был создан через много лет после его смерти.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ МАШИНА БЭББИДЖА
В 1834 году англичанин Чарльз Бэббидж изобретает аналитическую машину. Она состояла из «склада» для хранения чисел («накопитель»), «мельницы» — для производства арифметических действий над числами («арифметическое устройство»), устройство, управляющее в определенной последовательности операциями машины («устройство управления»), устройство ввода и вывода данных.
В аналитической машине предусматривалось три различных способа вывода полученных результатов: печатание одной или двух копий, изготовление стереотипного отпечатка, пробивки на перфокартах. Аналитическая машина не была построена. Но Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов и около 30 вариантов общей компоновки машины. При этом было использовано более 4 тысяч «механических обозначений». Аналитическая машина Бэббиджа — первый прообраз современных компьютеров.
Основными частями Аналитической машины являлись:
1.«склад» — устройство для хранения чисел, то есть память в современной терминологии;
2.«мельница» — устройства для выполнения арифметических действий (Арифметическое устройство);
3.устройство, управляющее операциями машины;
4.устройства ввода и вывода;
ПРИЧИНЫ НЕУДАЧИ БЭББИДЖА
И все же, несмотря на целый ряд блестящих догадок и новаторских изобретений, опередивших свое время на целый век, Чарльзу Бэббиджу так и не удалось закончить Аналитическую машину. Основной причиной неудачи является главное достоинство машины: Бэббидж действительно слишком превзошел свое время (не случайно в конце жизни он скажет: «я готов отдать последние годы своей жизни за то, чтобы прожить три дня через 150 лет, и чтобы мне подробно объяснили принцип работы будущих машин»). Как видим, Бэббидж уже не сомневался в будущем развитии вычислительной техники. Дело в том, что одна из двух главных причин незаконченности работы – невозможность в то время обрабатывать металл с высокой степенью точности (в то время как для реализации проекта Аналитической машины только зубчатых колес потребовалось бы несколько тысяч!) И в наши дни технологи бы сильно призадумались над возможностью постройки подобной машины, а в те времена самому Бэббиджу нередко приходилось изобретать технологии производства деталей, отвлекаясь от общего направления проекта.
Второй проблемой являлась финансовая. Если поначалу различные научные общества с энтузиазмом поддерживали Бэббиджа, то совсем скоро они охладели к затратному проекту с размытыми целями. В 1851 году Бэббидж с горечью заявлял, что все, связанное с машиной, он сделал за собственные деньги. Известно, что ученый в целях добычи материальных средств написал роман, пытался избраться в Парламент Британской империи, даже одно время играл в лотерею!
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Судьба Чарльза Бэббиджа была не менее сложная, чем судьба его вычислительных машин. Отношение современников к этому учёному со временем менялось от гения до чудака и даже до изобретателя, повредившегося рассудком на почве вычислительных машин. За свою жизнь он создал большое количество разнообразных изобретений, таких как спидометр, динамометр, придумал единый почтовый тариф и прочее. Президент Королевского общества лорд Росс писал что «Бэббидж только своими изобретениями в области машиностроения вполне возместил те средства, которые правительство вложило в строительство его разностной машины».
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ.
-82%
Источник: videouroki.net