Игорь Апокин - Чарльз Бэбидж 1791—1871

Ответ канцлера, окончательно отказавшего в финансовой поддержке, возмутил Бэбиджа и вызвал ряд его резких замечаний. Бэбидж говорил, что разностная машина «может не только сосчитать миллионы, которые растратил канцлер, но и считать очень малые числа». Бэбидж назвал канцлера «Геростратом науки, имя которого, если избежит забвения, будут вспоминать только как имя разрушителя храма Изиды» [85, с. XVI].

В 1849 г., закончив чертежи разностной машины, Бэбидж возобновил работу над аналитической. К тому времени у него сложилось отчетливое представление о машине, как об устройстве, позволяющем заменить труд многих вычислителей. Человек-вычислитель, проводя расчет без машины, использует следующие средства: ручной счетный прибор для производства арифметических действий; расчетный бланк для записи промежуточных результатов и порядка расчета, т. е. программу вычислений; справочные таблицы и собственные соображения относительно последовательности выполнения операций. Бэбидж разрабатывает машину с такой же функциональной структурой; она включает три основных блока (рис. 2).

Первое устройство, которое Бэбидж называет «store» [1 Storage (англ.) — накопитель. Этот термин в настоящее время сравнительно широко применяется для обозначения запоминающих устройств, преимущественно устройств большой емкости (накопители на магнитных дисках, магнитных лентах и т. д.).] предназначено для хранения цифровой информации на регистрах из колес; в современных машинах это — запоминающее устройство.

Во втором устройстве с числами, взятыми из памяти, проводятся цифровые операции; у Бэбиджа оно носит название «mill»[ 1Mill (англ.) — фабрика, завод, мельница.], в настоящее время — арифметическое устройство.

Рис. 2. Блок-схема аналитической машины

Третье устройство управляет последовательностью операций, выборкой чисел, с которыми производятся операции, и выводом результатов. Бэбидж оставил это устройство без названия; по современной терминологии этот «мозг» машины называется устройством управления.

В конструкцию аналитической машины также входило устройство ввода-вывода.

Рассмотрим характеристики основных блоков. Эффективность машины как вычислительного устройства во многом зависит от количества информации, которое может храниться в ее памяти. Бэбидж проектировал память машины, составленную из 1000 колонок по 50 цифровых колес в каждой, т. е. из 1000 чисел длиной в 50 десятичных разрядов. Эта величина приемлема даже в настоящее время и соответствует более чем 150 000 двоичных знаков (в современных ЭВМ, в основном, применяется двоичная система счисления); машины с таким объемом памяти начали разрабатываться только с 1946 г. Кроме того, машина должна была иметь встроенные (т. е. реализованные схемным образом) логарифмические и другие таблицы. После того как одна или несколько колонок использованы для каких-либо величин (данных или переменных), может случиться, что, начиная с какого-то момента, эти величины не потребуются далее; тогда они могут быть напечатаны на бумаге, а колонки используются для других данных. Если для решения какой-нибудь задачи требуется использовать больше величин, чем их можно поместить на регистрах, то возможно записать эти величины на перфокартах, которые могут следовать друг за другом в неограниченной последовательности.

Ж. М. Жаккар

Предполагая, что скорость движущихся частей машины не превышает 40 фут/мин (12 м/мин), Бэбидж оценивал ее быстродействие следующими цифрами:

сложение (вычитание) двух 50-разрядных чисел производится со скоростью 60 сложений в минуту или 1 операция в секунду;

умножение двух 50-разрядных чисел — со скоростью 1 операция в минуту;

деление числа из 100 разрядов на число из 50 разрядов— со скоростью 1 операция в минуту.

Для устройства управления Бэбидж намеревался применить разновидность карт Жаккара.

Ж. М. Жаккар (1752—1834) — французский ткач и механик, внесший много усовершенствований в ткацкое производство. В 1799 г. он построил свой первый ткацкий станок, который в 1801 г. на выставке в Париже получил бронзовую медаль. В 1804 г. Лондонское королевское общество, а затем Французское общество поощрения ремесел объявили премию за изобретение машины для вязания рыболовных сетей. Жаккар принял участие в конкурсе и получил от Французского общества золотую медаль и премию в 3000 франков. Но основная его заслуга состоит в том, что в самом начале XIX в. он автоматизировал работу ткацкого станка при изготовлении тканей со сложным переплетением нитей. Для управления работой станка были использованы перфорированные карты. Перфокарты Жаккара представляли собой картонные прямоугольники, на которых в определенных местах пробивались отверстия.

Управляли станком следующим образом. Группа нитей основы, выбранная так, чтобы образовать нужный узор, должна быть приподнята перед каждым проходом челнока. Нити проходят через проволочные петли (ремизки), прикрепленные по несколько штук к ряду крючков, расположенных в раме. Каждую группу нитей основы можно приподнять, поднимая перед проходом челнока соответствующий крючок. Та часть крючков, которая должна быть приподнята при каждом прохождении челнока, определяется отверстиями, пробитыми в перфокартах, — одна перфокарта для каждого пробега челнока. Карты связаны между собой веревочными петлями в непрерывный ряд. Перед проходом челнока одна из карт прижимается к матрице, состоящей из горизонтальных стержней, каждый из которых связан с одним крючком. В результате этого приходят в движение только те стержни, которые соприкасаются с картами; стержни, приходящиеся напротив отверстий в картах, остаются неподвижными.

Движущиеся стержни соединены с соответствующими крючками и убирают их с пути. После прохода челнока карта возвращается в исходное положение, затем к матрице стержней подходит новая карта.

Обычно в жаккаровском станке в матрице содержится 400 и более стержней и соответствующее число крючков. Наличие большого числа перфокарт, идущих одна за другой, дает возможность изготовлять довольно сложные узоры. Так, например, знамя с двуглавым орлом изготовлялось на станке с 14 000 карт; с помощью нескольких десятков тысяч перфокарт был выткан на шелку портрет Жаккара.

Рис. 3. Ткацкий станок Жаккара (1810)

Следует отметить, что сама операция изготовления карт довольно сложная, Рисунок ткани должен быть вначале выполнен на особой клетчатой бумаге (заправочный рисунок ткани). Затем соответственно каждому пробегу челнока должна быть пробита отдельная карта. При большом количестве карт на их изготовление уходило очень много времени.