Babbage - Analytical Engine

Analytical Engine

O analytickém stroji Babbage přemýšlel ještě před tím, než navždy ukončil výrobu diferenčního stroje. V roce 1837 již navrhl první univerzální mechanický počítač, který pracovně nazval Analytical Engine – analytický stroj. Nikdy však tento stroj nedokončil kvůli konfliktům s jeho hlavními inženýry a nedostatečnému financování. Dokončit tento stroj bylo možné až v roce 1940. [1]

První výkresy analytického stroje byly vytvořeny v září 1834. Existuje více než dvě stě detailně vyvedených kreseb stroje a jeho částí a navíc nakreslených v měřítku. Pracovali na nich velmi kvalifikovaní kreslíři. Byla to velmi nádherná a také nákladná práce. K dispozici je také více než 400 značení různých částí, využívající Babbageův systém mechanické notace. [3]

Analytický stroj obsahuje aritmetickou jednotku, nazvanou mlýn. Tato jednotka je schopná provádět všechny čtyři aritmetické operace, porovnávání a výpočet druhé odmocniny. Dále obsahuje úložiště (paměť) schopné pojmout až 1000 padesáti-místných čísel, vstupní a výstupní zařízení využívající děrné štítky a operační jednotku řízenou programem zapsaným na děrných štítcích. Na výstupu měla být tiskárna a zvon. Ve své podstatě se jednalo o první Turing-kompletní stroj.

Stroj pracuje s čísly o základu deset a s pevnou řádovou čárkou. Kromě základních početních operací měl být stroj schopen řešit i algebraické a numerické rovnice, vyhodnotit výsledky a podle nich pak samostatně měnit průběh dalšího výpočtu. Aby toto mohl realizovat, navrhl Babbage systém tří programovacích karet, opatřených děrováním. Jednalo se o operační kartu, která dodávala instrukce stroji (zastupovala jakýsi operační kód). Další karta byla číslicová, která obstarávala informace o hodnotě čísel, a třetí variační karta zprostředkovávala druh výpočtu. Každý druh karet byl rozlišený svoji velikostí a také měl každý druh svoji samostatnou čtečku. [1] [2]

V analytickém stroji byl použit vlastní programovací jazyk, který se velmi podobal dnešnímu jazyku symbolických adres.

V roce 1842 napsal italský matematik Luigi Menabrea článek ve francouzštině, který popisoval Babbageův stroj. Babbage sám se s tímto matematikem setkal na svých cestách po Itálii. V roce 1843 Augusta Ada King, hraběnka z Lovelace, dcera romantické básníka Gordoba Byrona, přeložila tento článek a opatřila jej značnými poznámkami. Objevují se tam poznámky o algoritmizaci, zavedla pojmy jako podmíněný a nepodmíněný skok, cyklus a podprogram. Díky těmto poznámkám byla nazvána prvním počítačovým programátorem. V jejich poznámkách se také objevil způsob, jak vypočítat Bernoulliho čísla pomocí analytického stroje. Ona nejenom, že spolupracovala na Babbageově stroji, ale také přiměla svého manžela, aby projekt Analytical Engine finančně podporoval. Když Augusta zemřela, byla to pro Babbage velká rána. Nicméně se poté snažil najít jiné sponzory, a přesto, že objížděl se svým synem různé průmyslové výstavy a podniky celé Evropy, nepodařilo se mu oslovit jediného podnikatele či finančníka. Nikdo o tento stroj neprojevil zájem. [1] [2]

Obr. 1 Model mlýnu analytického stroje konstruovaného asi v roce 1870

V roce 1847 ukončil práci na návrhu analytického stroje a vrátil se k návrhu diferenciálního stroje II. Využil vylepšené a zjednodušené aritmetické mechanismy vytvořené pro analytický stroj. V roce 1857 se opět vrátil k návrhu analytického stroje. Logický návrh byl poněkud zjednodušený, ale co je důležité, byly navrženy mnohem jednodušší a levnější metody pro implementaci základních mechanismů. Babbage postavil mnoho experimentálních modelů mechanismů. V roce 1871, v době kdy Charles Babbage zemřel, byl k dokončení tohoto stroje velmi blízko. Světlo světa spatřil model jednoduchého mlýnu a tiskového mechanismu (viz obrázek Obr. 64). [3]

Obr. 2 Část mlýnu a tiskový mechanismus analytického stroje, zkonstruované Henrym Babbagem

Po smrti Charlese Babbage se pokusil tento stroj sestavit jeho syn, Henry Prevost Babbage. Postavil experimentální model čtyř-funkční kalkulačku pro mlýn (Obr. 2) analytického stroje a dokončil ji v roce 1910. Součástí této kalkulkačky byl i tiskový přístroj. Jak se zdá, tak stroj nikdy správně nefungoval. Navíc tato část stroje nebyla programovatelná aneměla úložiště. Henry se rozhodl, že nebude pokračovat v originálním návrhu analytického stroje svého otce, místo vytvořil ručně ovládaný stroj pro sčítání, odčítání, násobení a dělení. [1] [2]

Obrázky této části stroje bývají někdy chybně označeny jako celý mlýn, nebo dokonce celý stroj. Stroj na obrázku Obr. 65 Henryho Babbage je umístěn v Science Museum v Londýně. [1]

Projekt Analytical Engine nebyl za Babbageova života nebyl nikdy dokončen. Toto dokázal až v roce 1853 švédský právník Georg Scheutz a jeho syn Edvard. [3]

Další repliku tohoto stroje sestrojila skupina britských mechaniků v roce 1960 podle dochovaných nákresů. Řetězec karet pro tkalcovské stavy nahradili děrnými štítky, používanými v té době při zpracování dat. K překvapení všech účastníků experimentu stroj fungoval. Součet dvou čísel trval přesně podle Babbageových výpočtů jednu vteřinu, násobení a dělení necelou minutu. [2]

Video o Analytical Engine naleznete ve Videogalerii pod názvem Babbageovy stroje.

Zdroje:

[1] Analytical Engine. Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- 2015 [cit. 2015-04-12]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Analytical_Engine?oldid=450098018

[2] KAPOUN, Jan. Průkopníci informačního věku (1.): Charles Babbage. CIO Business World.cz [online]. 15. 03. 2010 [cit. 2015-04-15]. Dostupné z: https://businessworld.cz/ostatni/prukopnici-informacniho-veku-1-charles-babbage-5756

[3] DALAKOV, Georgi. The Analytical Engine of Charles Babbage. History of Computer [online]. 2015 [cit. 2015-04-11]. Dostupné z: https://history-computer.com/Babbage/AnalyticalEngine.htmlhistory-computer.com/Babbage/AnalyticalEngine.htm

Obrázky:

Obr. 1 Model mlýnu analytického stroje konstruovaného asi v roce 1870
AUTOR NEUVEDEN. History of Computer [online]. [cit. 2015-04-15]. Dostupný na WWW: https://history-computer.com/Babbage/Images/analiytical_engine1.jpg

Obr. 2 Část mlýnu a tiskový mechanismus analytického stroje, zkonstruované Henrym Babbagem
AUTOR NEUVEDEN. History of Computer [online]. [cit. 2015-04-15]. Dostupný na WWW: https://history-computer.com/Babbage/Images/analiytical_engine2.jpg