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- La storia di Internet
Come abbiamo visto in , ingegneri radio e telefonici, in cerca di amplificatori più potenti, scoprirono un nuovo campo tecnologico che fu rapidamente soprannominato elettronica. Un amplificatore elettronico poteva facilmente essere trasformato in un interruttore digitale, operante a velocità molto superiori rispetto al suo equivalente elettromeccanico — il relè telefonico. Grazie all'assenza di parti meccaniche, la valvola elettronica poteva accendersi e spegnersi in microsecondi o persino più rapidamente, anziché in decine di millisecondi o più, come richiedevano i relè.
Dal 1939 al 1945, sulla base di questi nuovi componenti elettronici, furono realizzati tre computer. Le date della loro costruzione coincidono in modo non casuale con il periodo della Seconda Guerra Mondiale. Questo conflitto — senza precedenti nella storia per il modo in cui costrinse le persone a piegarsi al giogo della guerra — cambiò per sempre i rapporti sia tra gli stati sia tra scienza e tecnologia, portando con sé un gran numero di nuovi dispositivi.
Le storie dei primi tre computer elettronici sono intrecciate con la guerra. Il primo era dedicato alla decifrazione dei messaggi tedeschi e rimase sotto segreto fino agli anni '70, quando non suscitava più interesse se non per motivi storici. Il secondo, di cui la maggior parte dei lettori avrà sentito parlare, fu l'ENIAC, una calcolatrice militare completata troppo tardi per essere utile nel conflitto. Ma qui esamineremo la più antica delle tre macchine, l'opera .
Atanasoff
Nel 1930, Atanasoff, nato in America da un emigrante proveniente da , realizzò finalmente il suo sogno giovanile diventando fisico teorico. Ma, come accade per la maggior parte delle aspirazioni simili, la realtà non si rivelò quella sperata. In particolare, come molti studenti di ingegneria e fisica della prima metà del XX secolo, Atanasoff dovette sopportare il peso delle fatiche dei calcoli incessanti. La sua tesi all'Università del Wisconsin sulla polarizzazione dell'elio richiese otto settimane di noiosi calcoli con l'ausilio di una calcolatrice meccanica da tavolo.
John Atanasoff da giovane
Entro il 1935, già stabilito come professore presso l'Università dello Stato dell'Iowa, Atanasoff decise di fare qualcosa riguardo a quel pesante onere. Iniziò a considerare possibili modi per costruire una nuova e più potente macchina calcolatrice. Scartando i metodi analogici (come il calcolatore differenziale del MIT) per motivi di limitatezza e imprecisione, decise di costruire una macchina digitale, capace di trattare i numeri come valori discreti anziché come misurazioni continue. Fin dalla giovinezza, conosceva il sistema di numerazione binaria e comprendeva che esso si adattava molto meglio alla struttura di accensione/spegnimento di un interruttore digitale rispetto ai consueti numeri decimali. Così decise di realizzare una macchina binaria. Infine, stabilì che affinché fosse la più veloce e flessibile possibile, doveva essere elettronica, utilizzando tubi elettronici per i calcoli.
Atanasov doveva decidere anche lo spazio delle operazioni: per quali calcoli specifici il suo computer doveva essere adatto? Alla fine, decise che si sarebbe concentrato sulla risoluzione di sistemi di equazioni lineari, riducendoli a una singola variabile (utilizzando ) — stessi calcoli predominanti nella sua tesi. Avrebbe supportato fino a trenta equazioni, con trenta variabili ciascuna. Un tale computer potrebbe risolvere problemi importanti per scienziati e ingegneri, senza essere apparentemente eccessivamente complesso.
Opera d'arte
A metà degli anni '30, la tecnologia elettronica aveva raggiunto una straordinaria diversità rispetto alle origini emerse 25 anni prima. Due sviluppi si adattavano particolarmente bene al progetto di Atanasov: il relè a trigger e il contatore elettronico.
Sin dal XIX secolo, gli ingegneri del telegrafo e del telefono disponevano di un dispositivo utile chiamato interruttore. L'interruttore è un relè bistabile che utilizza magneti permanenti per rimanere nello stato in cui lo si lascia - aperto o chiuso - fino a quando non riceve un segnale elettrico per cambiare stato. Tuttavia, le lampade a emissione di vuoto non erano in grado di farlo. Non avevano componenti meccanici e potevano essere "aperte" o "chiuse" solo mentre l'elettricità scorreva o meno nel circuito. Nel 1918, due fisici britannici, William Eccles e Frank Jordan, collegarono due lampade in modo da creare un "relè di trigger" - un relè elettronico che rimane costantemente attivato dopo aver ricevuto un impulso iniziale. Eccles e Jordan crearono il loro sistema per scopi di telecomunicazione per l'Ammiragliato britannico alla fine della Prima Guerra Mondiale. Tuttavia, il circuito di Eccles e Jordan, poi diventato noto come trigger [eng. flip-flop], può essere considerato anche come un dispositivo per memorizzare un bit binario - 1, se il segnale viene trasmesso, e 0 in caso contrario. In questo modo, attraverso n trigger, è possibile rappresentare un numero binario di n bit.
Dieci anni dopo il primo trigger, si è verificata una seconda grande innovazione in elettronica, che ha toccato il mondo del calcolo: i contatori elettronici. E ancora una volta, come spesso accade nella storia dell'informatica, la noia è diventata madre dell'invenzione. I fisici che studiavano le radiazioni delle particelle subatomiche dovevano ascoltare clic o passare ore a esaminare registrazioni fotografiche, contando il numero di rilevamenti per misurare la velocità di emissione delle particelle attraverso varie sostanze. I contatori meccanici o elettromeccanici rappresentavano un'opzione seducente per semplificare queste operazioni, ma si muovevano troppo lentamente: non riuscivano a registrare numerosi eventi che avvenivano a millisecondi di distanza.
Una figura chiave per risolvere questo problema è stata , lavorando sotto la direzione di Ernest Rutherford presso il Laboratorio Cavendish a Cambridge. Wynn-Williams maneggiava abilmente l'elettronica e aveva già utilizzato valvole (o tubi, come venivano chiamati in Gran Bretagna) per creare amplificatori che permettevano di udire gli eventi che avvenivano con le particelle. All'inizio degli anni '30, capì che le valvole potevano essere utilizzate per creare un contatore che chiamò "contatore a scala binaria" — cioè, un contatore binario. Fondamentalmente, si trattava di un insieme di trigger che potevano trasmettere cambiamenti in sequenza (nella pratica utilizzò , tipi di tubi che contenevano non vuoto, ma gas, i quali potevano rimanere in posizione accesa dopo la completa ionizzazione del gas).
Il contatore di Wynn-Williams rapidamente divenne un'attrezzatura necessaria in laboratorio per chiunque si occupasse di fisica delle particelle. I fisici costruivano contatori molto piccoli, spesso contenenti tre cifre (cioè, in grado di contare fino a sette). per un contatore meccanico lento e per la registrazione di eventi che si verificano più rapidamente di quanto potesse registrare un contatore con parti meccaniche a movimento lento.
Ma in teoria, tali contatori potevano essere espansi a numeri di dimensioni o precisione arbitraria. Questi erano, a rigor di termini, i primi calcolatori elettronici digitali.
Computer di Atanasoff-Berry
Atanasoff era a conoscenza di questa storia, il che lo convinse della possibilità di costruire un computer elettronico. Tuttavia, non utilizzò direttamente contatori binari o trigger. Inizialmente, per la base del sistema di conteggio, cercò di utilizzare contatori solo leggermente modificati: dopotutto, cosa è l'addizione se non un conteggio ripetuto? Ma per qualche motivo non riuscì a rendere i circuiti di conteggio abbastanza affidabili e dovette sviluppare i suoi schemi per l'addizione e la moltiplicazione. Non poteva utilizzare i trigger per la memorizzazione temporanea dei numeri binari, poiché aveva un budget limitato e un ambizioso obiettivo di memorizzare contemporaneamente trenta coefficienti. Come vedremo presto, questa situazione ebbe serie conseguenze.
Entro il 1939, Atanasoff aveva completato il progetto del suo computer. Ora aveva bisogno di una persona con le competenze adatte per costruirlo. Trovò tale persona in Clifford Berry, un laureato del dipartimento d'ingegneria dell'Iowa State College. Entro la fine dell'anno, Atanasoff e Berry costruirono un piccolo prototipo. L'anno successivo completarono la versione finale del computer con trenta coefficienti. Negli anni '60, uno scrittore che scoprì la loro storia lo chiamò computer Atanasoff-Berry (Atanasoff-Berry Computer, ABC), e il nome si diffuse. Tuttavia, non riuscirono a eliminare tutti i difetti. In particolare, l'ABC dava un errore di circa un bit binario ogni 10.000, il che sarebbe stato fatale per qualsiasi calcolo di grandi dimensioni.
Clifford Berry e ABC nel 1942
Tuttavia, in Atanasoff e nel suo ABC si possono trovare le radici e la fonte di tutti i computer moderni. Non ha forse creato (con l'abile aiuto di Berry) il primo computer elettronico digitale binario? Non sono queste le caratteristiche fondamentali di miliardi di dispositivi che formano e gestiscono l'economia, la società e la cultura in tutto il mondo?
Ma torniamo indietro. Gli aggettivi "digitale" e "binario" non sono prerogativa dell'ABC. Ad esempio, il calcolatore di numeri complessi Bell (Bell Complex Number Computer, CNC), sviluppato all'incirca nello stesso periodo, era un computer elettromeccanico, binario e digitale, capace di effettuare calcoli nel piano complesso. Inoltre, sia l'ABC che il CNC erano simili in quanto risolvevano problemi in settori ristretti e, a differenza dei computer moderni, non potevano accettare sequenze di istruzioni arbitrarie.
Rimane "elettronico". Ma, sebbene le componenti matematiche interne dell'ABC fossero elettroniche, operava a velocità elettromeccaniche. Poiché Atanasoff e Berry, per motivi finanziari, non potevano utilizzare valvole elettroniche per memorizzare migliaia di cifre binarie, usarono componenti elettromeccanici per questo scopo. Diverse centinaia di triodi, che eseguivano i principali calcoli matematici, erano circondati da tamburi rotanti e da perforatrici ronzanti, dove venivano memorizzati i valori intermedi di tutti i passaggi computazionali.
Atanasov e Berry hanno svolto un lavoro eroico nel leggere e scrivere dati su schede perforate ad una velocità incredibile, bruciandole elettricamente invece di fare dei fori meccanicamente. Ma questo ha comportato dei problemi: il dispositivo di bruciatura era responsabile di 1 errore ogni 10.000 numeri. Inoltre, nonostante i loro sforzi, la macchina non riusciva a 'perforare' più di una riga al secondo, quindi ABC poteva eseguire solo un calcolo al secondo per ciascuno dei trenta dispositivi aritmetici. Il resto del tempo, le valvole elettroniche rimanevano inattive, impazienti di 'battere le dita sul tavolo', mentre tutta quella meccanica girava lentamente attorno a loro. Atanasov e Berry inchiodarono un purosangue a un carretto di fieno. (Il responsabile del progetto per la ricostruzione di ABC negli anni '90 stimava la velocità massima della macchina, considerando tutte le perdite di tempo, inclusi i tempi di lavoro dell'operatore per l'impostazione del compito, in cinque somme o sottrazioni al secondo. Questo, naturalmente, è più veloce di un calcolatore umano, ma non è la velocità che associamo ai computer elettronici.)
Schema ABC. I tamburi memorizzavano gli ingressi e le uscite temporaneamente su condensatori. Il circuito a tiratrono per perforare schede e il lettore di schede registravano e leggevano i risultati di un intero passo del lavoro dell'algoritmo (rimuovendo una delle variabili dal sistema di equazioni).
I lavori su ABC si interruppero a metà del 1942, quando Atanasoff e Berry si arruolarono nella crescente macchina militare degli Stati Uniti, dove erano richiesti non solo corpi, ma anche menti. Atanasoff fu chiamato al Laboratorio di Artiglieria Navale di Washington per guidare un team incaricato di sviluppare mine acustiche. Berry si sposò con la segretaria di Atanasoff e trovò lavoro in una compagnia appaltatrice per i militari in California, per evitare di essere chiamato in guerra. Atanasoff tentò per un certo periodo di brevettare la sua invenzione nello stato dell'Iowa, ma senza successo. Dopo la guerra, si dedicò ad altre cose e non tornò più a occuparsi seriamente di computer. Il computer stesso fu mandato alla discarica nel 1948 per liberare spazio nell'ufficio per un nuovo laureato.
Forse Atanasov ha iniziato a lavorare troppo presto. Si basava su modesti finanziamenti universitari e poteva spendere solo alcune migliaia di dollari per creare l'ABC, quindi l'economia ha prevalso su tutte le altre difficoltà nel suo progetto. Se fosse aspettato fino all'inizio degli anni '40, avrebbe potuto ottenere un finanziamento governativo per un dispositivo elettronico completo. E in quella condizione — con applicazioni limitate, difficoltà di gestione, poco affidabile e non molto veloce — l'ABC non è diventato una pubblicità promettente per l'utilità del calcolo elettronico. Nonostante la grande sete di calcolo, la macchina militare americana ha lasciato l'ABC arrugginire nella cittadina di Ames, nello stato dell'Iowa.
Macchine di calcolo della guerra
La Prima Guerra Mondiale ha creato e avviato un sistema di massiccio investimento nella scienza e nella tecnologia, preparandolo per la Seconda Guerra Mondiale. In pochi anni, la pratica della guerra terrestre e marittima si è trasformata attraverso l'uso di gas tossici, mine magnetiche, ricognizioni aeree e bombardamenti, e altro ancora. Nessun leader politico o militare poteva ignorare tali rapidi cambiamenti. Erano così veloci che le ricerche iniziate precocemente potevano inclinare la bilancia in un senso o nell'altro.
Negli Stati Uniti c'era abbondanza di materiali e menti (molte delle quali fuggirono dalla Germania nazista) e il paese era lontano dai combattimenti diretti per la sopravvivenza e il dominio che hanno coinvolto altre nazioni. Questo ha permesso al paese di apprendere questa lezione in modo particolarmente chiaro. Questo si è manifestato con l'impiego di ampie risorse industriali e intellettuali nella creazione della prima arma nucleare. Un investimento meno noto, ma altrettanto importante e di vasta portata, è stata l'iniezione di capitale nella creazione della tecnologia radar, con un centro al MIT in Rad Lab.
Allora, il campo emergente dei calcoli automatici ha ricevuto una certa dose di finanziamenti militari, sebbene su scala molto più ridotta. Abbiamo già sottolineato la varietà di progetti di calcolo elettromeccanico generati dalla guerra. Il potenziale dei computer basati su relè era, relativamente parlando, noto, poiché le centrali telefoniche con migliaia di relè erano già in funzione da molti anni. I componenti elettronici non avevano ancora dimostrato la loro affidabilità su tali scale. La maggior parte degli esperti riteneva che un computer elettronico sarebbe stato inevitabilmente inaffidabile (ABC ne era un esempio) o che la sua costruzione avrebbe richiesto troppo tempo. Nonostante il brusco afflusso di denaro pubblico, c'erano pochi progetti militari per il calcolo elettronico, e questi erano rari. Solo tre sono stati avviati, e solo due di essi hanno portato alla creazione di macchine funzionanti.
In Germania, l'ingegnere delle telecomunicazioni Helmut Schreyer dimostrò al suo amico Konrad Zuse il valore della macchina elettronica rispetto alla «V3» elettromeccanica, che Zuse stava costruendo per l'industria aeronautica (divenuta poi famosa come Z3). Alla fine, Zuse accettò di lavorare a un secondo progetto insieme a Schreyer, e l'Istituto di Ricerca Aeronautica propose di finanziare il prototipo con 100 valvole alla fine del 1941. Ma i due uomini si dedicarono inizialmente a lavori militari più prioritari e il loro progresso fu poi notevolmente rallentato dai danni causati dai bombardamenti, e così non riuscirono mai a 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.
Il primo computer elettronico in grado di eseguire un lavoro utile fu creato in un laboratorio segreto in Gran Bretagna, dove un ingegnere delle telecomunicazioni propose un nuovo approccio radicale all'analisi crittografica basato su valvole. Racconteremo questa storia la prossima volta.
Ulteriori letture:
• Alice R. Burks e Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, The Man Who Invented the Computer (2010)
Fonte: habr.com
