Differenssikone

Differenssikone (engl. Difference Engine), joka tunnetaan myös nimellä differentiaalikone, on mekaaninen laskukone, joka on tarkoitettu polynomifunktiotaulukoiden automaattiseen tuottamiseen. Koska myös muunlaisia funktioita voi approksimoida polynomifunktioilla, voi differenssikoneella tuottaa myös esimerkiksi logaritmi- ja sinitaulukoita. Tarve taulukoiden koneelliseen laskemiseen oli ennen varsinaisten tietokoneiden aikaa ilmeinen, sillä käsin laskeminen vaati paljon työvoimaa ja taulukoihin saattoi siitä huolimatta tulla kohtalokkaita virheitä.

Historia

Differenssikoneen ajatuksen esitti ensimmäisenä J. H. Müller vuonna 1786. Varsinaista laitetta ei kuitenkaan rakennettu ja keksintö unohtui useiksi vuosikymmeniksi. Nimitys differenssikone tulee koneen käyttämästä numeerisesta likiarvojen laskentaan tarkoitetusta differenssimenetelmästä.
Vuonna 1822 tietokoneen idean isänä pidetty Charles Babbage esitti suunnitelman differenssikoneesta Royal Astronomical Societylle, joka myönsi siihen rahoituksen 1823. Babbage alkoi rakentaa konetta, ja työ kesti useita vuosia, mutta kone ei valmistunut. Toisaalta syynä olivat perheasiat ja toisaalta Babbagen halu rakentaa paljon kunnianhimoisempi kone, analyyttinen kone. Vuonna 1823 aloitettu differenssikone nro 1 olisi sisältänyt 25 000 osaa. Osista valmistettiin puolet ja niistäkin vain murto-osa käytettiin demoversion tekemiseen, joka on ainoa säilynyt osa ja vielä toimintakuntoinen. Muut osat joutuivat romuksi ja piirustukset ovat säilyneet puutteellisina. Suunnitellessaan analyyttistä konetta Babbage laati differenssikoneen parannetun version piirustukset, jotka ovat säilyneet. Lontoon tiedemuseo rakensi vuosina 1989–1991 Babbagen differenssikone nro 2:n alkuperäisten piirustusten pohjalta, ja se todettiin täysin toimivaksi.
Differenssikoneen ideana on numeerisen analyysin menetelmillä pelkistää likiarvojen laskenta vain yhteen- ja vähennyslaskuun, jotka voidaan toteuttaa yksinkertaisilla mekaanisilla ratkaisuilla. Babbagen differenssikoneessa käytettiin Isaac Newtonin esittämää jaettujen erotusten laskentakaavaa, minkä avulla laskennasta tuli "numeronmurskausta" eli kone toisti laskentaa tuottaen yhä tarkempia desimaaleja, kunnes koneen muistin rajat tulivat vastaan. Differenssikone 2 pystyi tallentamaan kahdeksan 31-numeroista lukua. Koneen tarkoitus oli tuottaa painolaattoja logaritmi- ja navigointitaulukoille, koska käsin laskettuna näissä oli virheitä. Babbage kerrotaan sanoneen, että toivottavasti nämä laskut olisi tehty höyryn avulla.
Ensimmäinen toimiva differenssikone rakennettiin jo 1800-luvulla. Ruotsalainen keksijä Per Georg Scheutz innostui Babbagen ideasta ja rakensi suunnilleen pianon kokoisen laitteen vuonna 1853. Laite esiteltiin Pariisin maailmannäyttelyssä 1855 ja myytiin Britanniaan 1859. Scheutz rakensi 1860 vielä toisen differenssikoneen, joka myytiin Yhdysvaltojen hallitukselle. Kumpaakin laitetta käytettiin logaritmitaulukoiden laskemiseen.
Vuonna 1875 niin ikään ruotsalainen Martin Wiberg rakensi parannellun differenssikoneen, joka oli pienempi ja tuotti täydellisempiä taulukoita.
Differenssikoneet eivät olleet varsinaisia tietokoneita, koska ne rajoittuivat toiminnaltaan tietynlaisiin erikoistehtäviin, mutta ne olivat kuitenkin tärkeä kehitysaskel tietotekniikan varhaishistoriassa.