Computador Atanasoff – Berry - Atanasoff–Berry computer

Computador Atanasoff – Berry (ABC)
Computador Atanasoff-Berry em Durhum Center.jpg
Réplica do computador Atanasoff-Berry no Durham Center, Iowa State University
Desenvolvedor John Vincent Atanasoff com ajuda do estudante de graduação Clifford Berry
Data de lançamento 1942 ; 79 anos atrás ( 1942 )
Unidades vendidas 1
CPU Mais de 300 tubos de vácuo a 60 Hz
Memória 3000 bits
Exibição Decimal, por meio de um visor do painel frontal
Entrada Decimal, por meio de cartões perfurados IBM padrão de 80 colunas
Massa 700 libras (320 kg)

O computador Atanasoff – Berry ( ABC ) foi o primeiro computador digital eletrônico automático . Limitado pela tecnologia da época e execução, o dispositivo permaneceu um tanto obscuro. A prioridade do ABC é debatida entre historiadores da tecnologia da computação, porque não era programável , nem Turing-completo . Convencionalmente, o ABC seria considerado a primeira ALU (Arithmetic Logic Unit) eletrônica - que é integrada ao design de todo processador moderno.

Sua contribuição única foi tornar a computação mais rápida por ser o primeiro a usar tubos de vácuo para fazer os cálculos aritméticos, o que culminou com Jon von Neumann projetando o ENIAC com tubos de vácuo em vez de usar métodos eletromecânicos mais lentos usados ​​pelo Harvard Mark I , e as máquinas de Konrad Zuse (que eram programáveis, mas lentas). A primeira máquina digital programável e eletrônica, o computador Colossus de 1941 a 1945, usou tecnologia semelhante à baseada em tubo do ABC.

Visão geral

Concebida em 1937, a máquina foi construída pelo professor de matemática e física do Iowa State College, John Vincent Atanasoff, com a ajuda do estudante de graduação Clifford Berry . Ele foi projetado apenas para resolver sistemas de equações lineares e foi testado com sucesso em 1942. No entanto, seu mecanismo de armazenamento de resultado intermediário, um gravador / leitor de cartão de papel, não foi aperfeiçoado, e quando John Vincent Atanasoff deixou o Iowa State College para trabalhar na Segunda Guerra Mundial , o trabalho na máquina foi interrompido. O ABC foi pioneiro em importantes elementos da computação moderna, incluindo aritmética binária e elementos de comutação eletrônicos , mas sua natureza de propósito especial e a falta de um programa armazenado e mutável o distinguem dos computadores modernos. O computador foi designado como IEEE Milestone em 1990.

O trabalho de computador de Atanasoff e Berry não era amplamente conhecido até que foi redescoberto na década de 1960, em meio a disputas de patentes sobre a primeira instância de um computador eletrônico. Naquela época, o ENIAC, que havia sido criado por John Mauchly e J. Presper Eckert , era considerado o primeiro computador no sentido moderno, mas em 1973 um Tribunal Distrital dos Estados Unidos invalidou a patente do ENIAC e concluiu que os inventores do ENIAC haviam derivado o assunto do computador digital eletrônico da Atanasoff. Quando, em meados da década de 1970, o sigilo em torno do desenvolvimento dos computadores Colossus que antecederam o ENIAC na Segunda Guerra Mundial britânica foi levantado e o Colossus foi descrito em uma conferência em Los Alamos, Novo México , em junho de 1976, John Mauchly e Consta que Konrad Zuse ficou surpreso.

Design e construção

Diagrama do ABC apontando seus vários componentes

De acordo com o relato de Atanasoff, vários princípios-chave do Computador Atanasoff – Berry foram concebidos em uma visão repentina após uma longa viagem noturna para Rock Island, Illinois , durante o inverno de 1937-38. As inovações ABC incluíram computação eletrônica, aritmética binária, processamento paralelo , memória de capacitor regenerativa e uma separação de memória e funções de computação. O projeto mecânico e lógico foi elaborado por Atanasoff no ano seguinte. Um pedido de subsídio para construir um protótipo de prova de conceito foi submetido em março de 1939 ao departamento de Agronomia , que também estava interessado em acelerar a computação para análises econômicas e de pesquisa. $ 5.000 de financiamento adicional (equivalente a $ 93.000 em 2020) para completar a máquina vieram da organização sem fins lucrativos Research Corporation da cidade de Nova York .

O ABC foi construído por Atanasoff e Berry no porão do prédio de física do Iowa State College durante 1939-1942. Os fundos iniciais foram liberados em setembro, e o protótipo de 11 tubos foi demonstrado pela primeira vez em outubro de 1939. Uma demonstração em dezembro levou a uma concessão para a construção da máquina em escala real. O ABC foi construído e testado nos dois anos seguintes. Uma história de 15 de janeiro de 1941 no Des Moines Register anunciou o ABC como "uma máquina de computação elétrica" ​​com mais de 300 tubos de vácuo que "computaria equações algébricas complicadas" (mas não forneceu uma descrição técnica precisa do computador). O sistema pesava mais de 320 kg. Continha aproximadamente 1,6 km de fio, 280 tubos de vácuo de triodo duplo , 31 tiratrons e tinha o tamanho de uma mesa.

Não era um computador Turing completo , o que o distingue de máquinas mais gerais da mesma época, como o Z3 de Konrad Zuse de 1941 e os computadores Colossus de 1943-1945. Nem implementou a arquitetura de programa armazenado , implementada pela primeira vez no Manchester Baby de 1948, necessária para máquinas de computação práticas de uso geral.

Módulo adicionar-subtrair (reconstruído) do computador Atanasoff – Berry

A máquina foi, no entanto, a primeira a implementar três ideias críticas que ainda fazem parte de todo computador moderno:

  1. Usando dígitos binários para representar todos os números e dados
  2. Executar todos os cálculos usando eletrônicos em vez de rodas, catracas ou interruptores mecânicos
  3. Organizar um sistema no qual computação e memória são separadas.

A memória do Computador Atanasoff-Berry era um sistema chamado memória capacitiva regenerativa , que consistia em um par de tambores, cada um contendo 1.600 capacitores que giravam em um eixo comum uma vez por segundo. Os capacitores em cada tambor foram organizados em 32 "bandas" de 50 (30 bandas ativas e duas peças sobressalentes no caso de falha de um capacitor), dando à máquina uma velocidade de 30 adições / subtrações por segundo. Os dados foram representados como números de ponto fixo binários de 50 bits . A eletrônica das unidades de memória e aritmética pode armazenar e operar em 60 desses números por vez (3000 bits).

A frequência da linha de energia de corrente alternada de 60 Hz foi a taxa de clock principal para as operações de nível mais baixo.

As funções lógicas aritméticas eram totalmente eletrônicas, implementadas com tubos de vácuo. A família de portas lógicas variava de inversores a duas e três portas de entrada. Os níveis de entrada e saída e as tensões de operação eram compatíveis entre as diferentes portas. Cada porta consistia em um amplificador de tubo de vácuo inversor, precedido por uma rede de entrada divisora ​​de resistor que definia a função lógica. As funções lógicas de controle, que só precisavam operar uma vez por rotação do tambor e, portanto, não exigiam velocidade eletrônica, eram eletromecânicas, implementadas com relés .

A ALU operava em apenas um bit de cada número por vez; ele mantinha o bit de transporte / empréstimo em um capacitor para uso no próximo ciclo CA.

Embora o computador Atanasoff-Berry fosse um avanço importante em relação às máquinas de cálculo anteriores, ele não era capaz de funcionar de forma totalmente automática durante todo o problema. Era necessário um operador para operar os interruptores de controle para configurar suas funções, como as calculadoras eletromecânicas e o equipamento de registro de unidade da época. A seleção da operação a ser realizada, leitura, escrita, conversão de ou de binário para decimal, ou redução de um conjunto de equações foi feita por interruptores do painel frontal e, em alguns casos, jumpers.

Havia duas formas de entrada e saída: entrada e saída do usuário principal e uma saída e entrada de resultados intermediários. O armazenamento de resultados intermediários permitiu a operação em problemas muito grandes para serem tratados inteiramente na memória eletrônica. (O maior problema que poderia ser resolvido sem o uso da saída e entrada intermediárias eram duas equações simultâneas , um problema trivial.)

Os resultados intermediários eram binários, escritos em folhas de papel modificando eletrostaticamente a resistência em 1500 localizações para representar 30 dos números de 50 bits (uma equação). Cada folha pode ser escrita ou lida em um segundo. A confiabilidade do sistema foi limitada a cerca de 1 erro em 100.000 cálculos por essas unidades, principalmente atribuído à falta de controle das características do material das folhas. Em retrospecto, uma solução poderia ter sido adicionar um bit de paridade a cada número escrito. Esse problema não foi resolvido quando Atanasoff deixou a universidade para trabalhar na guerra.

A entrada principal do usuário era decimal, por meio de cartões perfurados de 80 colunas IBM padrão, e a saída era decimal, por meio de um visor do painel frontal.

Função

O ABC foi projetado para uma finalidade específica, a solução de sistemas de equações lineares simultâneas. Ele podia lidar com sistemas com até 29 equações, um problema difícil para a época. Problemas dessa escala estavam se tornando comuns na física, o departamento em que John Atanasoff trabalhava. A máquina poderia ser alimentada com duas equações lineares com até vinte e nove variáveis ​​e um termo constante e eliminar uma das variáveis. Esse processo seria repetido manualmente para cada uma das equações, o que resultaria em um sistema de equações com uma variável a menos. Então, todo o processo seria repetido para eliminar outra variável.

George W. Snedecor , chefe do Departamento de Estatística do Estado de Iowa, foi muito provavelmente o primeiro usuário de um computador digital eletrônico a resolver problemas matemáticos do mundo real. Ele submeteu muitos desses problemas a Atanasoff.

Disputa de patente

Em 26 de junho de 1947, J. Presper Eckert e John Mauchly foram os primeiros a registrar a patente de um dispositivo de computação digital ( ENIAC ), para grande surpresa de Atanasoff. O ABC foi examinado por John Mauchly em junho de 1941, e Isaac Auerbach, um ex-aluno de Mauchly, alegou que isso influenciou seu trabalho posterior no ENIAC, embora Mauchly negasse isso. A patente ENIAC não foi emitida até 1964, e em 1967 a Honeywell processou a Sperry Rand em uma tentativa de quebrar as patentes ENIAC, argumentando que o ABC constituía arte anterior . O Tribunal Distrital dos Estados Unidos para o Distrito de Minnesota divulgou sua sentença em 19 de outubro de 1973, concluindo no processo Honeywell v. Sperry Rand que a patente ENIAC era um derivado da invenção de John Atanasoff.

Campbell-Kelly e Aspray concluem:

A extensão em que Mauchly se baseou nas idéias de Atanasoff permanece desconhecida, e as evidências são massivas e conflitantes. O ABC era uma tecnologia bastante modesta e não foi totalmente implementado. No mínimo, podemos inferir que Mauchly viu o significado potencial do ABC e que isso pode tê-lo levado a propor uma solução eletrônica semelhante.

O caso foi legalmente resolvido em 19 de outubro de 1973, quando o juiz distrital Earl R. Larson dos EUA considerou a patente do ENIAC inválida, determinando que o ENIAC derivou muitas idéias básicas do computador Atanasoff – Berry. O juiz Larson declarou explicitamente,

Eckert e Mauchly não inventaram eles próprios o computador digital eletrônico automático, mas sim derivaram esse assunto de um certo Dr. John Vincent Atanasoff.

Herman Goldstine , um dos desenvolvedores originais do ENIAC escreveu:

Atanasoff considerou armazenar os coeficientes de uma equação em condensadores localizados na periferia de um cilindro. Ele aparentemente tinha um protótipo de sua máquina funcionando 'no início de 1940'. Essa máquina foi, deve ser enfatizado, provavelmente o primeiro uso de tubos de vácuo para fazer computação digital e foi uma máquina para fins especiais. Esta máquina nunca viu a luz do dia como uma ferramenta séria para computação, pois era um tanto prematura em sua concepção de engenharia e limitada em sua lógica. No entanto, deve ser visto como um grande esforço pioneiro. Talvez sua principal importância tenha sido influenciar o pensamento de outro físico muito interessado no processo computacional, John W. Mauchly. Durante o período de trabalho de Atanasoff em seu solucionador de equações lineares, Mauchly estava no Ursinus College, uma pequena escola nos arredores da Filadélfia. De alguma forma, ele ficou sabendo do projeto de Atanasoff e o visitou por uma semana em 1941. Durante a visita, os dois homens aparentemente examinaram as idéias de Atanasoff em detalhes consideráveis. A discussão influenciou muito Mauchly e, por meio dele, toda a história dos computadores eletrônicos.

Réplica

O ABC original acabou sendo desmontado em 1948, quando a universidade converteu o porão em salas de aula, e todas as suas peças, exceto um tambor de memória, foram descartadas.

Em 1997, uma equipe de pesquisadores liderada por John Gustafson do Ames Laboratory (localizado no campus do estado de Iowa) concluiu a construção de uma réplica funcional do Atanasoff – Berry Computer a um custo de $ 350.000 (equivalente a $ 564.000 em 2020). A réplica ABC estava em exibição no saguão do primeiro andar do Durham Center for Computation and Communication na Iowa State University, e posteriormente foi exibida no Computer History Museum .

Veja também

Referências

Bibliografia

links externos