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Come abbiamo visto in , gli ingegneri radiofonici e telefonici alla ricerca di amplificatori più potenti scoprirono un nuovo campo tecnologico che fu subito soprannominato elettronica. L'amplificatore elettronico potrebbe essere facilmente convertito in un interruttore digitale, che funziona a velocità molto più elevate rispetto al suo cugino elettromeccanico, il relè telefonico. Poiché non c'erano parti meccaniche, un tubo a vuoto poteva essere acceso e spento in un microsecondo o meno, invece dei dieci millisecondi o più richiesti da un relè.
Dal 1939 al 1945 furono creati tre computer utilizzando questi nuovi componenti elettronici. Non è un caso che le date della loro costruzione coincidano con il periodo della Seconda Guerra Mondiale. Questo conflitto – senza precedenti nella storia per il modo in cui ha aggiogato le persone al carro della guerra – ha cambiato per sempre il rapporto tra stati e tra scienza e tecnologia, e ha anche portato nel mondo un gran numero di nuovi dispositivi.
Le storie dei tre primi computer elettronici sono intrecciate con la guerra. Il primo era dedicato alla decifrazione dei messaggi tedeschi e rimase sotto la copertura del segreto fino agli anni '1970, quando non ebbe più alcun interesse se non quello storico. Il secondo di cui la maggior parte dei lettori avrebbe dovuto sentire parlare era l'ENIAC, un calcolatore militare completato troppo tardi per essere utile durante la guerra. Ma qui guardiamo la prima di queste tre macchine, nata da un'idea di .
Atanasov
Nel 1930, Atanasov, figlio di un emigrante nato in America , realizzò finalmente il suo sogno giovanile e divenne un fisico teorico. Ma, come per la maggior parte di queste aspirazioni, la realtà non era quella che si aspettava. In particolare, come la maggior parte degli studenti di ingegneria e scienze fisiche della prima metà del XX secolo, Atanasov dovette sopportare il doloroso peso di calcoli costanti. La sua tesi sulla polarizzazione dell'elio presso l'Università del Wisconsin richiese otto settimane di noiosi calcoli utilizzando una calcolatrice meccanica da tavolo.
John Atanasov in gioventù
Nel 1935, avendo già accettato una posizione di professore presso l'Università dell'Iowa, Atanasov decise di fare qualcosa per alleviare questo peso. Cominciò a pensare a possibili modi per costruire un computer nuovo e più potente. Rifiutando i metodi analogici (come l'analizzatore differenziale del MIT) per ragioni di limitazione e imprecisione, decise di costruire una macchina digitale che trattasse i numeri come valori discreti piuttosto che come misurazioni continue. Fin da giovane aveva familiarità con il sistema di numerazione binario e capì che si adattava molto meglio alla struttura on/off di un interruttore digitale rispetto ai soliti numeri decimali. Così ha deciso di creare una macchina binaria. E infine, ha deciso che, per essere il più veloce e flessibile, dovrebbe essere elettronico e utilizzare tubi a vuoto per i calcoli.
Atanasov doveva anche decidere sullo spazio problematico: per quali tipi di calcoli dovrebbe essere adatto il suo computer? Di conseguenza, decise che si sarebbe occupato di risolvere sistemi di equazioni lineari, riducendoli ad un'unica variabile (usando ) – gli stessi calcoli che hanno dominato la sua tesi. Supporterà fino a trenta equazioni, con un massimo di trenta variabili ciascuna. Un computer del genere potrebbe risolvere problemi importanti per scienziati e ingegneri e allo stesso tempo non sembrerebbe incredibilmente complesso.
Pezzo d'arte
Verso la metà degli anni ’1930, la tecnologia elettronica era diventata estremamente diversificata rispetto alle sue origini 25 anni prima. Due sviluppi erano particolarmente adatti al progetto di Atanasov: un relè di attivazione e un contatore elettronico.
Dal 1918° secolo gli ingegneri del telegrafo e della telefonia hanno a disposizione un pratico dispositivo chiamato interruttore. Un interruttore è un relè bistabile che utilizza magneti permanenti per mantenerlo nello stato in cui lo hai lasciato, aperto o chiuso, finché non riceve un segnale elettrico per cambiare stato. Ma i tubi a vuoto non ne erano capaci. Non avevano componenti meccanici e potevano essere "aperti" o "chiusi" mentre l'elettricità scorreva o meno attraverso il circuito. Nel 1, due fisici britannici, William Eccles e Frank Jordan, collegarono due lampade con fili per creare un "relè di attivazione", un relè elettronico che rimane costantemente acceso dopo essere stato acceso da un impulso iniziale. Eccles e Jordan crearono il loro sistema per scopi di telecomunicazione per l'Ammiragliato britannico alla fine della prima guerra mondiale. Ma il circuito Eccles-Jordan, che più tardi divenne noto come trigger [inglese. flip-flop] potrebbe anche essere considerato come un dispositivo per memorizzare una cifra binaria: 0 se il segnale viene trasmesso e XNUMX altrimenti. In questo modo tramite n flip-flop era possibile rappresentare un numero binario di n bit.
Circa dieci anni dopo l’evento scatenante si verificò la seconda grande svolta dell’elettronica, scontrandosi con il mondo dell’informatica: i contatori elettronici. Ancora una volta, come spesso accadeva agli albori della storia dell’informatica, la noia divenne la madre dell’invenzione. I fisici che studiavano l'emissione di particelle subatomiche dovevano ascoltare i clic o trascorrere ore a studiare registrazioni fotografiche, contando il numero di rilevamenti per misurare la velocità di emissione di particelle da varie sostanze. I contatori meccanici o elettromeccanici erano un’opzione allettante per facilitare queste azioni, ma si muovevano troppo lentamente: non potevano registrare i numerosi eventi che si verificavano a distanza di millisecondi l’uno dall’altro.
La figura chiave nella risoluzione di questo problema è stata , che lavorò sotto Ernest Rutherford al Cavendish Laboratory di Cambridge. Wynne-Williams aveva un talento per l'elettronica e aveva già utilizzato tubi (o valvole, come venivano chiamate in Gran Bretagna) per creare amplificatori che permettessero di sentire cosa stava succedendo alle particelle. All'inizio degli anni '1930, si rese conto che le valvole potevano essere utilizzate per creare un contatore, che chiamò "contatore a scala binaria", ovvero un contatore binario. Essenzialmente si trattava di un insieme di infradito in grado di trasmettere gli interruttori lungo la catena (in pratica utilizzava , tipi di lampade contenenti non vuoto, ma gas, che potrebbero rimanere in posizione accesa dopo la completa ionizzazione del gas).
Il contatore Wynne-Williams divenne rapidamente uno dei dispositivi di laboratorio necessari per chiunque fosse coinvolto nella fisica delle particelle. I fisici costruirono contatori molto piccoli, spesso contenenti tre cifre (cioè in grado di contare fino a sette). per un misuratore meccanico lento e per registrare eventi che si verificano più velocemente di quanto potrebbe registrare un misuratore con parti meccaniche in movimento lento.
Ma in teoria, tali contatori potrebbero essere estesi a numeri di dimensione o precisione arbitrarie. Si trattava, in senso stretto, delle prime calcolatrici elettroniche digitali.
Computer Atanasov-Berry
Atanasov conosceva questa storia, che lo convinse della possibilità di costruire un computer elettronico. Ma non ha utilizzato direttamente contatori binari o infradito. Inizialmente, ha provato a utilizzare contatori leggermente modificati come base del sistema di conteggio: dopo tutto, cos'è l'addizione se non il conteggio ripetuto? Ma per qualche motivo non riuscì a rendere i circuiti di conteggio sufficientemente affidabili e dovette sviluppare i propri circuiti di addizione e moltiplicazione. Non poteva usare le infradito per memorizzare temporaneamente i numeri binari perché aveva un budget limitato e l'obiettivo ambizioso di memorizzare trenta coefficienti alla volta. Come vedremo tra poco, questa situazione ebbe gravi conseguenze.
Nel 1939 Atanasov aveva finito di progettare il suo computer. Adesso aveva bisogno di qualcuno con le giuste conoscenze per costruirlo. Trovò una persona del genere in un laureato in ingegneria dell'Iowa State Institute di nome Clifford Berry. Entro la fine dell'anno Atanasov e Berry avevano costruito un piccolo prototipo. L'anno successivo completarono una versione completa del computer con trenta coefficienti. Negli anni '1960, uno scrittore che riesumò la loro storia lo chiamò Atanasoff-Berry Computer (ABC), e il nome rimase. Tuttavia, non è stato possibile eliminare tutte le carenze. In particolare, ABC aveva un errore di circa una cifra binaria su 10000, che sarebbe fatale per qualsiasi calcolo di grandi dimensioni.
Clifford Berry e ABC nel 1942
Tuttavia, in Atanasov e nel suo ABC si possono trovare le radici e la fonte di tutti i computer moderni. Non ha creato (con l'abile aiuto di Berry) il primo computer digitale elettronico binario? Non sono queste le caratteristiche fondamentali dei miliardi di dispositivi che modellano e guidano le economie, le società e le culture di tutto il mondo?
Ma torniamo indietro. Gli aggettivi digitale e binario non sono il dominio dell'ABC. Ad esempio, il Bell Complex Number Computer (CNC), sviluppato nello stesso periodo, era un computer digitale, binario ed elettromeccanico in grado di eseguire calcoli sul piano complesso. Inoltre, ABC e CNC erano simili in quanto risolvevano problemi in un'area limitata e non potevano, a differenza dei computer moderni, accettare una sequenza arbitraria di istruzioni.
Ciò che resta è “elettronico”. Ma sebbene le viscere matematiche dell'ABC fossero elettroniche, funzionava a velocità elettromeccaniche. Poiché Atanasov e Berry non erano finanziariamente in grado di utilizzare tubi a vuoto per memorizzare migliaia di cifre binarie, per farlo hanno utilizzato componenti elettromeccanici. Diverse centinaia di triodi, che eseguivano calcoli matematici di base, erano circondati da tamburi rotanti e punzonatrici ronzanti, dove venivano memorizzati i valori intermedi di tutte le fasi di calcolo.
Atanasov e Berry hanno svolto un lavoro eroico leggendo e scrivendo dati su schede perforate a una velocità incredibile, bruciandole con l'elettricità invece di perforarle meccanicamente. Ma anche questo portava a dei problemi: era l’apparecchio di masterizzazione il responsabile di 1 errore ogni 10000 numeri. Inoltre, anche nella migliore delle ipotesi, la macchina non poteva "perforare" più velocemente di una riga al secondo, quindi ABC poteva eseguire solo un calcolo al secondo con ciascuna delle sue trenta unità aritmetiche. Per il resto del tempo, i tubi a vuoto rimasero inattivi, "tamburellando con le dita sul tavolo" con impazienza mentre tutto questo macchinario ruotava dolorosamente lentamente attorno a loro. Atanasov e Berry attaccarono il cavallo purosangue al carro da fieno. (Il leader del progetto per ricreare l'ABC negli anni '1990 stimò la velocità massima della macchina, tenendo conto di tutto il tempo impiegato, compreso il lavoro dell'operatore per specificare l'attività, a cinque addizioni o sottrazioni al secondo. Questo, ovviamente, è più veloce di un computer umano, ma non alla stessa velocità che associamo ai computer elettronici.)
Schema ABC. I tamburi memorizzavano input e output temporanei sui condensatori. Il circuito di perforazione della scheda Thyratron e il lettore di schede hanno registrato e letto i risultati di un intero passaggio dell'algoritmo (eliminando una delle variabili dal sistema di equazioni).
Il lavoro su ABC si fermò a metà del 1942 quando Atanasoff e Berry si unirono alla macchina da guerra americana in rapida crescita, che richiedeva cervelli oltre che corpi. Atanasov fu chiamato al Naval Ordnance Laboratory di Washington per guidare una squadra che sviluppava mine acustiche. Berry sposò la segretaria di Atanasov e trovò lavoro presso una società di appalti militari in California per evitare di essere arruolato in guerra. Atanasov ha provato per qualche tempo a brevettare la sua creazione nello stato dell'Iowa, ma senza successo. Dopo la guerra passò ad altro e non si occupò più seriamente dei computer. Il computer stesso fu inviato in una discarica nel 1948 per fare spazio nell'ufficio per un neolaureato dell'istituto.
Forse Atanasov ha semplicemente iniziato a lavorare troppo presto. Faceva affidamento su modeste borse di studio universitarie e poteva spendere solo poche migliaia di dollari per creare ABC, quindi l’economia prese il posto di tutte le altre preoccupazioni nel suo progetto. Se avesse aspettato fino all’inizio degli anni Quaranta, avrebbe potuto ricevere un finanziamento governativo per un dispositivo elettronico a tutti gli effetti. E in questo stato - limitato nell'uso, difficile da controllare, inaffidabile, non molto veloce - l'ABC non era una pubblicità promettente per i vantaggi dell'informatica elettronica. La macchina da guerra americana, nonostante tutta la sua fame di computer, lasciò l’ABC ad arrugginire nella città di Ames, Iowa.
Macchine informatiche da guerra
La Prima Guerra Mondiale creò e avviò un sistema di massicci investimenti nella scienza e nella tecnologia, e lo preparò alla Seconda Guerra Mondiale. Nel giro di pochi anni, la pratica della guerra terrestre e marittima passò all’uso di gas velenosi, mine magnetiche, ricognizione aerea e bombardamenti, e così via. Nessun leader politico o militare potrebbe non notare cambiamenti così rapidi. Erano così veloci che la ricerca iniziata abbastanza presto avrebbe potuto far pendere la bilancia in una direzione o nell’altra.
Gli Stati Uniti disponevano di risorse materiali e di cervelli in abbondanza (molti dei quali erano fuggiti dalla Germania di Hitler) ed erano lontani dalle battaglie immediate per la sopravvivenza e il dominio che interessavano altri paesi. Ciò ha permesso al Paese di imparare questa lezione in modo particolarmente chiaro. Ciò si manifestò nel fatto che vaste risorse industriali e intellettuali furono dedicate alla creazione della prima arma atomica. Un investimento meno noto, ma altrettanto importante o minore è stato l'investimento nella tecnologia radar centrato presso il Rad Lab del MIT.
Quindi il nascente campo del calcolo automatico ricevette la sua quota di finanziamenti militari, anche se su scala molto più piccola. Abbiamo già notato la varietà dei progetti di calcolo elettromeccanico generati dalla guerra. Il potenziale dei computer basati su relè era relativamente noto, poiché allora già da molti anni funzionavano centrali telefoniche con migliaia di relè. I componenti elettronici non hanno ancora dimostrato le loro prestazioni su tale scala. La maggior parte degli esperti riteneva che un computer elettronico sarebbe stato inevitabilmente inaffidabile (l'ABC ne era un esempio) o che avrebbe richiesto troppo tempo per essere costruito. Nonostante l’improvviso afflusso di denaro pubblico, i progetti informatici militari erano pochi e rari. Ne furono lanciati solo tre e solo due di essi risultarono macchine operative.
In Germania, l'ingegnere delle telecomunicazioni Helmut Schreyer dimostrò al suo amico Konrad Zuse il valore della macchina elettronica rispetto all'elettromeccanica "V3" che Zuse stava costruendo per l'industria aeronautica (più tardi conosciuta come Z3). Alla fine Zuse accettò di lavorare su un secondo progetto con Schreyer e l'Aeronautical Research Institute si offrì di finanziare un prototipo da 100 tubi alla fine del 1941. Ma i due uomini prima iniziarono un lavoro bellico di priorità più alta e poi il loro lavoro fu gravemente rallentato dai danni dei bombardamenti, lasciandoli incapaci di far funzionare la loro macchina in modo affidabile.
Zuse (a destra) e Schreyer (a sinistra) lavorano su un computer elettromeccanico nell'appartamento berlinese dei genitori di Zuse
E il primo computer elettronico che svolse un lavoro utile fu creato in un laboratorio segreto in Gran Bretagna, dove un ingegnere delle telecomunicazioni propose un approccio radicalmente nuovo alla crittoanalisi basata su valvole. Sveleremo questa storia la prossima volta.
Cos'altro leggere:
• Alice R. Burks e Arthur W. Burks, Il primo computer elettronico: la storia di Atansoff (1988)
• David Ritchie, I pionieri del computer (1986)
• Jane Smiley, L'uomo che inventò il computer (2010)
Fonte: habr.com