Calculateurs à programmes

Machine à calculer à différence

La Machine à calculer à différence, proposée en 1822 par Charles Babbage (1791-1871), appartient à la première génération de calculatrices capables d’effectuer automatiquement des séquences d’opérations enchaînées, suivant un processus fixé d'avance, et exécuté par un mécanisme de commande.

Appelée « automate à programmation unique », cette machine qui calcule toutes les opérations rapidement  utilise la méthode mathématique des différences finies. Cette méthode consiste, à partir d’une valeur initiale donnée, d’effectuer le remplacement du calcul des valeurs d’un polynôme de degré n par une série de n additions successives.

Cette machine à calculer est dotée à la fois  d’un dispositif de régulation et d'un dispositif de programmation.

La construction de cette machine ne sera jamais complétée. Il y eut deux problèmes. Premièrement, la friction occasionnée par les embrayages du temps faisait problème et la vibration était également un problème constant. Deuxièmement, Babbage modifiait également la conception de son projet de façon constante.

Calculateur analytique

La machine analytique de Babbage, élaborée en 1834, peut non seulement effectuer n’importe quel calcul, mais peut en outre organiser son travail en fonction des instructions données. L'organisation des registres mécaniques n'est plus considérée comme linéaire et les valeurs à claculer ne découlen donc plus de leur position.

L’architecture de la machine analytique, dès 1840, a déjà la structure de base de l’ordinateur contemporain. Elle distingue déjà la fonction « calcul », la fonction « mémoire » et la fonction « contrôle des opérations ». Cette dernière fonction, qui constitue, en quelque sorte, une faculté de décision, effectue du « branchement conditionnel ».

Autrement dit, la machine est capable de sélectionner seule le terme d’une alternative qui doit être retenu, soit à partir d’une règle, soit en fonction du résultat des calculs précédents. Cette fonction permet aussi de répéter n fois une instruction ou une série d’instructions.En outre, il était prévu qu’un programme annexe soit appelé et exécuté avant le retour au programme principal.

La machine analytique de Babbage maîtrise pleinement la régulation. La notion clé de cette machine, c'est le cycle élémentaire, défini comme la plus petite unité de temps nécessaire pour passer d’un chiffre décimal au chiffre qui le suit immédiatement sur un même rouage. À partir de cette unité de temps arbitraire, il était possible d’estimer le nombre de cycles nécessaires pour l’exécution des opérations simples puis, par cumul, le nombre de cycles nécessaires pour exécuter un algorithme, programme composé d’un assemblage de séquences d’opérations simples. Ces opérations utilisent la mémoire pour stocker les résultats qui seront ensuite rappelés lors d’opérations ultérieures.

Cette machine regroupe plusieurs unités périphériques autour de l’unité qui effectue les calculs:
1) l'unité d’alimentation en nombres et en instructions,
2) l'unité de stockage des résultats partiels, fonctionnant comme une mémoire à court terme
3) un dispositif de contrôle qui compare les résultats partiels pour prendre des décisions sur la suite des opérations à mener
4) un magasin, mémoire à plus long terme.

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