Na nossa descreveremos o auge dos switches telefônicos automáticos, que eram controlados por circuitos de relé. Desta vez, queremos contar como cientistas e engenheiros desenvolveram circuitos de relé na primeira — agora esquecida — geração de computadores digitais.
Relé no auge
Se você se lembra, o funcionamento do relé baseia-se em um princípio simples: um eletromagneto opera um interruptor metálico. A ideia do relé foi proposta, de forma independente, por vários naturalistas e empresários do setor telegráfico na década de 1830. Em seguida, no meio do século XIX, inventores e mecânicos transformaram o relé em um componente confiável e indispensável das redes telegráficas. Foi nesse campo que a vida do relé atingiu seu auge: ele foi miniaturizado, e gerações de engenheiros criaram uma infinidade de designs, formalmente aprendendo matemática e física.
No início do século XX, não apenas sistemas de comutação automáticos, mas praticamente todo o equipamento das redes telefônicas continha algum tipo de relé. Uma das aplicações mais antigas na comunicação telefônica remonta à década de 1870, nos sistemas de comutação manuais. Quando o assinante girava a manivela do telefone (manivela de magneto), um sinal chegava à central telefônica que acionava o bleeder. O bleeder — é um relé, que, ao ser ativado, fazia com que uma aba metálica caísse na mesa de comutação do operador telefônico, indicando que uma chamada estava chegando. Naquele momento, a operadora inseria o plugue na tomada, o relé era desativado e, em seguida, a aba poderia ser levantada novamente, mantida nessa posição pelo eletromagneto.
Até 1924, como relataram dois engenheiros da empresa Bell, uma central telefônica manual típica atendia cerca de 10 mil assinantes. Em seu equipamento, havia de 40 a 65 mil relés, cuja força magnética total era "suficiente para levantar 10 toneladas". Em grandes centrais telefônicas com switches automáticos, essas características eram multiplicadas por dois. Em todo o sistema telefônico dos EUA, eram utilizados milhões de relés, e seu número aumentava constantemente à medida que as centrais telefônicas eram automatizadas. Uma conexão telefônica poderia ser atendida de uma a várias centenas de relés — dependendo do número e da capacidade das centrais telefônicas envolvidas.
As fábricas da Western Electric, uma estrutura de produção da корпорации Bell, produziam uma vasta gama de relés. Os engenheiros criaram tantas modificações que até os mais exigentes criadores de cães ou criadores de pombos ficariam com inveja dessa diversidade. A velocidade de operação e a sensibilidade dos relés foram otimizadas, enquanto seus tamanhos diminuíram. Em 1921, a Western Electric produziu quase 5 milhões de relés em cem tipos principais. O mais comum era o relé universal Type E, um dispositivo plano, praticamente retangular, pesando algumas dezenas de gramas. Ele era em grande parte fabricado a partir de partes metálicas estampadas, ou seja, era tecnologicamente avançado na produção. O corpo protegia os contatos da poeira e das correntes induzidas de dispositivos vizinhos: normalmente, os relés eram montados muito próximos uns dos outros, em racks com centenas e milhares de relés. No total, foram desenvolvidas 3 mil variantes do Type E, cada uma com configurações de enrolamento e contatos diferentes.
Logo, esses relés começaram a ser usados nos mais complexos comutadores.
Comutador de coordenadas
Em 1910, Gottthilf Betulander, engenheiro da Royal Telegrafverket — a corporação estatal que controlava a maior parte do mercado telefônico sueco (por décadas, quase todo) — teve uma ideia. Ele acreditava que poderia melhorar significativamente a eficiência das operações da Telegrafverket construindo sistemas de comutação automáticos totalmente baseados em relés. Mais precisamente, em matrizes de relés: grades de varas de aço conectadas a linhas telefônicas, com relés nos pontos de interseção das varas. Esse comutador deveria funcionar mais rápido, de forma mais confiável e ser mais simples de manter em comparação com sistemas baseados em contatos deslizantes ou rotativos.
Além disso, Betulander conseguiu conceber que poderia separar as partes do sistema responsáveis pela seleção e conexão em circuitos de relé independentes. A parte restante do sistema deveria ser usada apenas para estabelecer o canal de voz e, em seguida, ser liberada para atender a outra chamada. Ou seja, Betulander chegou à ideia que mais tarde foi chamada de "controle comum".
Ele chamou o esquema que armazena o número da chamada recebida de "gravador" (outro termo é registrador). E o esquema que encontra na grade e "marca" a conexão disponível ele chamou de "marcador". O autor patentou seu sistema. Várias dessas estações surgiram em Estocolmo e Londres. Em 1918, Betulander soube da inovação americana: um comutador de coordenadas criado pelo engenheiro Bell, John Reynolds, cinco anos antes. Esse comutador se assemelhava muito ao desenvolvimento de Betulander, mas utilizava n + m relé para o suporte n + m de nós da matriz, o que era muito mais conveniente para a expansão futura das centrais telefônicas. Ao estabelecer a conexão, o trilho de retenção segurava os "dedos" das cordas do piano, enquanto o trilho de seleção se movia pela matriz para se conectar a outra chamada. No ano seguinte, Betulander implementou essa ideia na construção de seu comutador.
Mas a maioria dos engenheiros considerava a criação de Betulander estranha e excessivamente complexa. Quando chegou a hora de escolher um sistema de comutação para automatizar as redes das maiores cidades suecas, a Telegrafverket optou pela construção desenvolvida pela Ericsson. Os comutadores de Betulander foram utilizados apenas em pequenas centrais telefônicas em áreas rurais: os relés eram mais confiáveis do que a automação motorizada dos comutadores da Ericsson e não exigiam técnicos de manutenção em cada estação.
No entanto, os engenheiros telefônicos americanos tinham uma opinião diferente sobre isso. Em 1930, especialistas do Bell Labs foram à Suécia e ficaram "muito impressionados com as características do módulo de comutação de coordenadas". Ao voltar, os americanos imediatamente começaram a trabalhar no que se tornaria conhecido como "sistema de coordenadas nº 1", que substituiu os comutadores de painel nas grandes cidades. Em 1938, duas dessas sistemas foram instalados em Nova Iorque. Logo, se tornaram equipamentos padrão para centrais telefônicas urbanas, até que, mais de 30 anos depois, foram substituídos por comutadores eletrônicos.
O componente mais interessante do comutador de coordenadas nº 1 foi um novo marcador mais complexo, desenvolvido na Bell. Ele foi projetado para encontrar um caminho livre do chamador ao chamado através de vários módulos de coordenadas conectados, possibilitando a criação de uma conexão telefônica. O marcador também deveria testar cada conexão quanto ao estado de "livre"/"ocupado". Isso exigia a aplicação de lógica condicional. Como escreveu o historiador Robert Chapuis:
A escolha é condicional, porque uma conexão livre é mantida apenas se ela garantir o acesso ao trilho de coordenadas, que possui como saída uma conexão livre com o próximo nível. Se vários conjuntos de conexões atenderem às condições necessárias, a "lógica prioritária" escolherá uma das [existentes] conexões menos numerosas...
O comutador de coordenadas é um ótimo exemplo de enriquecimento mútuo de ideias tecnológicas. Betulander criou seu comutador inteiramente relé, depois melhorou-o com a matriz de comutação de Reynolds e comprovou a viabilidade da configuração resultante. Engenheiros da AT&T posteriormente redesenharam esse comutador híbrido, melhoraram-no e criaram o sistema de coordenadas nº 1. Este sistema, por sua vez, se tornou um componente de duas das primeiras máquinas computacionais, uma das quais é agora reconhecida como um marco na história da computação.
Trabalhos matemáticos
Para entender como e por que relés e seus equivalentes eletrônicos ajudaram a revolucionar a computação, precisamos de uma breve imersão no mundo dos cálculos matemáticos. Depois disso, ficará claro por que houve uma demanda oculta por otimização dos processos computacionais.
No início do século XX, todo o sistema da ciência e engenharia moderna baseava-se no trabalho de milhares de pessoas realizando cálculos matemáticos. Elas eram chamadas de computadores (computers) [Para evitar confusões, o termo calculadores. — Nota do tradutor.]. Já na década de 1820, Charles Babbage criou a (embora seu aparelho tivesse predecessores conceituais). Sua principal tarefa era a automação da construção de tabelas matemáticas, por exemplo, para navegação (cálculo de funções trigonométricas por aproximações polinômicas a 0 graus, 0,01 grau, 0,02 grau, etc.). Também havia uma grande demanda por cálculos matemáticos na astronomia: era necessário processar os resultados brutos de observações telescópicas em áreas fixas do céu (dependendo do tempo e da data das observações) ou determinar as órbitas de novos objetos (como o cometa de Halley).
Desde a época de Babbage, a necessidade de máquinas computacionais cresceu exponencialmente. As empresas de energia precisavam entender o comportamento dos sistemas de transmissão de energia com propriedades dinâmicas extremamente complexas. Canhões feitos de aço Bessemer, capazes de lançar projéteis além do horizonte (e, portanto, não sendo mais direcionados devido à observação direta do alvo), exigiam tabelas balísticas cada vez mais precisas. Novas ferramentas estatísticas, que envolviam um grande volume de cálculos matemáticos (como o método dos mínimos quadrados), eram cada vez mais utilizadas tanto na ciência quanto no crescente aparato estatal. Departamentos de computação começaram a surgir em universidades, instituições governamentais e corporações industriais, onde geralmente eram contratadas mulheres.
Calculadoras mecânicas apenas facilitaram a tarefa de cálculos, mas não a resolveram. As calculadoras aceleraram as operações aritméticas, mas quaisquer problemas científicos ou de engenharia complexos exigiam centenas ou milhares de operações, cada uma das quais o computacionista (humano) precisava realizar manualmente, registrando meticulosamente todos os resultados intermediários.
O surgimento de novas abordagens para o problema dos cálculos matemáticos foi incentivado por vários fatores. Jovens cientistas e engenheiros, que passavam noites calculando suas tarefas, queriam dar descanso às mãos e aos olhos. Os líderes de projetos foram forçados a gastar cada vez mais dinheiro em salários para os vários calculadores, especialmente após a Primeira Guerra Mundial. Além disso, muitas tarefas científicas e de engenharia de ponta eram extremamente difíceis de calcular manualmente. Todos esses fatores levaram à criação de séries de máquinas de cálculo, cujo desenvolvimento foi supervisionado por Vannevar Bush, um engenheiro eletrotécnico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
Analisador Diferencial
Até este momento, a história frequentemente foi despersonalizada, mas agora falaremos mais sobre pessoas específicas. A fama evitou os criadores do comutador matricial, do relé tipo E e do circuito do marcador de coordenadas. Não restaram nem mesmo anedotas biográficas sobre eles. As únicas evidências acessíveis de suas vidas são os restos fósseis das máquinas que criaram.
Agora podemos obter uma compreensão mais profunda das pessoas e de seu passado. Mas não encontraremos mais aqueles que trabalhavam arduamente em sótãos e oficinas em casa — como Morse e Vail, Bell e Watson. No final da Primeira Guerra Mundial, a era dos inventores heroicos estava quase no fim. Thomas Edison pode ser considerado uma figura de transição: no início de sua carreira, ele era um inventor contratado, e ao final, tornou-se proprietário de uma 'fábrica de invenções'. Naquela época, o desenvolvimento das tecnologias mais notáveis passou a ser domínio de organizações — universidades, departamentos de pesquisa de corporações e laboratórios governamentais. As pessoas sobre as quais falaremos nesta seção pertenciam exatamente a essas organizações.
Por exemplo, Vannevar Bush. Ele chegou ao MIT em 1919, quando tinha 29 anos. Um pouco mais de 20 anos depois, ele se tornou uma das pessoas que influenciaram a participação dos Estados Unidos na Segunda Guerra Mundial e ajudou a aumentar o financiamento estatal, o que mudou para sempre as relações entre o governo, o meio acadêmico e o desenvolvimento da ciência e tecnologia. Mas em relação ao artigo, estamos interessados em uma série de máquinas que foram desenvolvidas no laboratório de Bush a partir do meio da década de 1920 e que tinham como objetivo resolver problemas de cálculos matemáticos.
O MIT, que recentemente se mudou do centro de Boston para a margem do rio Charles em Cambridge, estava intimamente ligado às necessidades da indústria. Bush, além de suas atividades como professor, tinha interesses financeiros em várias empresas do setor de eletrônica. Portanto, não deve surpreender que o problema que levou Bush e seus alunos a trabalharem em um novo dispositivo computacional surgiu na indústria de energia: foi necessário modelar o comportamento de linhas de transmissão de energia em condições de carga máxima. É evidente que este foi apenas um dos muitos possíveis usos das máquinas computacionais: cálculos matemáticos cansativos eram realizados em todos os lugares.
Bush e seus colegas inicialmente construíram duas máquinas, que foram chamadas de integrógrafos produtivos (product integraphs). Mas a máquina mais conhecida e bem-sucedida do MIT foi outra — analisador diferencial, concluída em 1931. Ela resolvia problemas de transmissão de eletricidade, calculava órbitas de elétrons, trajetórias de radiação cósmica no campo magnético da Terra e muito mais. Pesquisadores de todo o mundo, que precisavam de potência computacional, criaram dezenas de cópias e variantes do analisador diferencial na década de 1930. Algumas — até mesmo de Meccano (um equivalente inglês dos conjuntos de montar americanos da marca ).
O analisador diferencial é um computador analógico. Funções matemáticas eram calculadas por meio de hastes metálicas rotativas, cuja velocidade de rotação refletia algum valor quantitativo. Um motor acionava uma haste independente - a variável (que geralmente representava o tempo), que, por sua vez, através de conexões mecânicas, fazia girar outras hastes (diferentes variáveis diferenciais), e com base na velocidade de entrada de rotação, a função era calculada. Os resultados dos cálculos eram traçados em papel na forma de curvas. Os componentes mais importantes eram os integradores - rodas que giravam discos. Os integradores podiam calcular a integral da curva sem os cansativos cálculos manuais.
Analisador diferencial. O módulo integral - com a tampa levantada, de um lado da janela estão as mesas com os resultados dos cálculos, e no meio um conjunto de hastes de cálculo.
Nenhum dos componentes do analisador continha relés de comutação discretos ou algum tipo de interruptores digitais. Então por que estamos falando sobre esse dispositivo? A resposta está em quarto máquina da família.
No início da década de 1930, Bush começou a se aproximar da Fundação Rockefeller para obter financiamento para o desenvolvimento adicional do analisador. Warren Weaver, o chefe do departamento de ciências naturais da fundação, inicialmente não foi convencido. A engenharia não estava em sua competência. No entanto, Bush promoveu o potencial ilimitado de sua nova máquina em aplicações científicas - especialmente em biologia matemática, o projeto favorito de Weaver. Bush também prometeu várias melhorias para o analisador, incluindo "a capacidade de alternar rapidamente o analisador de um problema para outro, assim como um comutador telefônico". Em 1936, seus esforços foram recompensados com uma concessão de 85 mil dólares, destinada à criação de um novo dispositivo que mais tarde foi denominado analisador diferencial Rockefeller.
Como computador prático, este analisador não representou uma revolução marcante. Bush, que se tornou vice-presidente do MIT e reitor da faculdade de engenharia, não conseguiu dedicar muito tempo à liderança do desenvolvimento. Na verdade, logo ele se afastou, ocupando-se das funções de presidente do Instituto Carnegie em Washington. Bush sentia a aproximação da guerra e tinha várias ideias científicas e produtivas que poderiam atender às necessidades das forças armadas. Ou seja, ele desejava estar mais próximo do centro de poder, onde pudesse influenciar com mais eficácia a resolução de questões.
Ao mesmo tempo, os problemas técnicos impostos pela nova construção estavam sendo resolvidos pelos funcionários do laboratório, e logo começaram a ser desviados para trabalhar em tarefas militares. A máquina Rockefeller foi concluída apenas em 1942. Os militares a consideraram útil para a produção em massa de tabelas balísticas para a artilharia. Mas logo esse dispositivo foi ofuscado por computadores exclusivamente digitais , que representavam números não como grandezas físicas, mas de forma abstrata, através da posição de interruptores. Acontece que o próprio analisador Rockefeller utilizava uma quantidade considerável de tais interruptores, compostos por circuitos de relés.
Shannon
Em 1936, Claude Shannon tinha apenas 20 anos, mas já tinha se formado na Universidade de Michigan com um diploma em duas áreas: engenharia elétrica e matemática. O MIT chamou sua atenção através de um folheto publicitário, pregado no quadro de avisos. Vannevar Bush estava à procura de um novo assistente para trabalhar no analisador diferencial. Shannon não hesitou em se inscrever e logo começou a trabalhar em novos problemas, e foi somente após isso que o novo dispositivo começou a tomar forma.
Shannon era completamente diferente de Bush. Ele não era nem um homem de negócios, nem alguém que construía um império acadêmico, nem um administrador. Durante toda a sua vida, ele amou jogos, quebra-cabeças e entretenimento: xadrez, malabarismo, labirintos, criptogramas. Como muitos homens de sua época, durante a guerra, Shannon se dedicou a um trabalho sério: ele ocupou um cargo sob contrato governamental na Bell Labs, o que protegeu seu corpo frágil do serviço militar. Suas pesquisas sobre gerenciamento de tiro e criptografia nesse período resultaram, por sua vez, na criação de uma obra fundamental sobre teoria da informação (não a abordaremos aqui). Na década de 1950, quando a guerra e suas consequências se acalmaram, Shannon voltou ao ensino no MIT, passando seu tempo livre se divertindo: uma calculadora que funcionava exclusivamente com números romanos; uma máquina que, ao ser ligada, desenrolava um braço mecânico que desligava a máquina.
A estrutura da máquina Rockefeller, com a qual Shannon se deparou, logicamente permaneceu a mesma do analisador de 1931, mas foi construída com componentes físicos completamente diferentes. Bush percebeu que varas e transmissões mecânicas nas máquinas antigas diminuíam a eficiência de seu uso: para realizar cálculos, era necessária a configuração da máquina, o que consumia muitas horas de trabalho de mecânicos qualificados.
O novo analisador se livrou dessa desvantagem. Sua construção não se baseava em uma mesa com varas, mas sim em um comutador de coordenadas — um protótipo extra, doado pela Bell Labs. Em vez de transmitir potência do eixo central, cada módulo integral era acionado independentemente por um motor elétrico. Para configurar a máquina para resolver uma nova tarefa, bastava apenas configurar os relés na matriz de coordenadas, a fim de conectar os integradores na sequência correta. O leitor de fita perfurada (emprestado de outro dispositivo de telecomunicações, um telégrafo rotativo) lia a configuração da máquina, enquanto o circuito de relé convertia o sinal da fita em sinais de controle para a matriz — isso era semelhante a estabelecer uma série de chamadas telefônicas entre os integradores.
A nova máquina não só era muito mais rápida e mais fácil de configurar, mas também funcionava mais rapidamente e com mais precisão do que seu antecessor. Ela podia resolver tarefas mais complexas. Hoje, esse computador pode ser considerado primitivo, até extravagante, mas na época ele parecia aos observadores uma espécie de grande — ou talvez terrível — mente ativa:
Na essência, é um robô matemático. Um autômato operado por eletricidade, criado não apenas para descarregar do cérebro humano o fardo de cálculos pesados e análises, mas também para atacar problemas matemáticos que estavam além da capacidade intelectual e resolvê-los.
Shannon concentrou-se em transformar dados de fitas de papel em instruções para o "cérebro", e essa operação era gerida por um circuito relé. Ele notou a correspondência entre a estrutura do circuito e as estruturas matemáticas da álgebra booleana que ele estudou durante o último ano na Universidade de Michigan. Essa álgebra tinha como operandos VERDADE e FALSO, e como operadores — E, OU, NÃO etc. Uma álgebra que correspondia a afirmações lógicas.
Passando o verão de 1937 trabalhando na Bell Labs em Manhattan (o lugar ideal para refletir sobre circuitos relés), Shannon escreveu uma dissertação de mestrado intitulada "Análise Simbólica de Circuitos de Relé e Comutação" (A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits). Juntamente com o trabalho de Alan Turing, feito um ano antes, a dissertação de Shannon estabeleceu a base da ciência dos computadores.
Entre 1940 e 1950, Shannon construiu várias máquinas computacionais/lógicas: uma calculadora com numeração romana chamada THROBAC, uma máquina para finais de xadrez, e Theseus — um labirinto pelo qual uma musa eletromecânica se movia (na foto)
Shannon descobriu que um sistema de equações da lógica proposicional poderia ser diretamente transformado mecanicamente em um circuito físico de relés. Ele concluiu: "Na verdade, qualquer operação que possa ser descrita em um número finito de passos usando palavras SE, E, OU etc., pode ser executada automaticamente com relés". Por exemplo, dois relés de comutação controlados, conectados em série, formam uma lógica. eu posso usar: a corrente fluirá pelo cabo principal apenas quando ambos os eletromagnetos estiverem ativados para fechar os interruptores. Ao mesmo tempo, dois relés conectados em paralelo formam OU: a corrente flui pelo circuito principal, ativada por um dos eletromagnetos. A saída desse circuito lógico pode, por sua vez, controlar os eletromagnetos de outros relés, para realizar operações lógicas mais complexas como (A eu posso usar B) ou (V eu posso usar G).
Shannon completou sua dissertação com um apêndice contendo vários exemplos de circuitos criados por seu método. Como as operações da álgebra booleana são muito semelhantes às operações aritméticas no sistema binário (ou seja, usando números binários), ele demonstrou como construir um 'soma elétrica no sistema binário' a partir de relés — o que chamamos de somador binário. Vários meses depois, um dos pesquisadores dos Bell Labs construiu tal somador em uma mesa de cozinha.
Stibitz
George Stibitz, um pesquisador do departamento de matemática da sede dos Bell Labs em Manhattan, trouxe para casa, em uma sombria noite de novembro de 1937, um estranho conjunto de equipamentos. Células de bateria secas, duas pequenas lâmpadas para painéis de hardware e alguns relés planos do tipo U encontrados em uma lixeira. Adicionando alguns fios e alguns pedaços de lixo, ele montou um dispositivo que poderia somar dois números binários de um dígito (representados pela presença ou ausência de tensão de entrada) e apresentar um número de dois dígitos usando lâmpadas: um — ligado, zero — desligado.
Somador binário de Stibitz
Stibitz, físico por formação, foi solicitado a avaliar as propriedades físicas dos relés magnéticos. Anteriormente, ele não tinha experiência com relés e, portanto, começou estudando seu uso em circuitos telefônicos da Bell. Logo, George notou semelhanças entre alguns circuitos e operações aritméticas com números binários. Intrigado, ele montou seu projeto paralelo na mesa da cozinha.
No início, a brincadeira de Stibitz com relés gerou pouco interesse por parte da administração dos Bell Labs. Mas em 1938, o chefe do grupo de pesquisa perguntou a George se seus calculadores poderiam ser usados para operações aritméticas com números complexos (por exemplo, a + bi, onde i — raiz quadrada de um número negativo). Descobriu-se que vários departamentos de computação nos Bell Labs já estavam lamentando ter que multiplicar e dividir esses números constantemente. A multiplicação de um número complexo exigia quatro operações aritméticas em uma calculadora de mesa, enquanto a divisão exigia 16 operações. Shteibitz afirmou que poderia resolver o problema e desenvolveu um esquema de máquina para esses cálculos.
A construção final, realizada pelo engenheiro telefônico Samuel Williams, foi chamada de Computador de Números Complexos — ou Computador Complexo, para abreviar — e foi colocada em operação em 1940. Para os cálculos, foram utilizados 450 relés, e os resultados intermediários eram armazenados em dez interruptores de coordenadas. Os dados eram inseridos e recebidos através de um telégrafo de cinta. Nos departamentos dos Bell Labs foram instalados três desses telégrafos, o que indica uma grande demanda por capacidade de cálculo. Relés, matriz, telégrafos — era, em todos os aspectos, um produto do sistema Bell.
O grande momento do Computador Complexo ocorreu em 11 de setembro de 1940. Shteibitz apresentou um relatório sobre o computador em uma reunião da Sociedade Matemática Americana no Dartmouth College. Ele organizou para que um telégrafo com conexão telegráfica ao Computador Complexo em Manhattan, a 400 quilômetros de distância, fosse instalado lá. Aqueles que quisessem poderiam se aproximar do telégrafo, inserir os dados da tarefa no teclado e ver, em menos de um minuto, como o telégrafo magicamente imprimia o resultado. Entre os que testaram a novidade estavam John Mauchly e John von Neumann, cada um dos quais desempenharia um papel importante na continuidade da nossa história.
Os participantes da reunião tiveram um breve vislumbre do futuro. Com o tempo, os computadores se tornaram tão caros que os administradores já não podiam se dar ao luxo de deixá-los parados, enquanto o usuário coçava o queixo diante do console, pensando no que digitar a seguir. Nos 20 anos seguintes, os cientistas pensarão em como criar computadores de propósito geral que estejam sempre prontos para receber dados, mesmo enquanto trabalham em outra coisa. E então mais 20 anos se passarão até que esse modo interativo de cálculos se torne uma norma.
O Shtribits no terminal interativo de Dartmouth nos anos 1960. O Dartmouth College foi um pioneiro em computação interativa. Shtribits tornou-se professor do college em 1964.
É surpreendente que, apesar dos problemas que ele resolvia, o Complex Computer, pelos padrões modernos, não é um computador de fato. Ele podia realizar operações aritméticas com números complexos e, provavelmente, resolver outras tarefas semelhantes, mas não tarefas de uso geral. Não era programável. Não conseguia executar operações em ordem arbitrária ou repetir. Era uma calculadora capaz de fazer certos cálculos muito melhor do que seus antecessores.
Com o início da Segunda Guerra Mundial, a Bell, sob a direção de Shtribits, criou uma série de computadores chamados Model II, Model III e Model IV (o Complex Computer, por sua vez, ficou conhecido como Model I). A maioria deles foi construída a pedido do Comitê Nacional de Pesquisa em Defesa, que era liderado por ninguém menos que Vannevar Bush. Shtribits melhorou o projeto das máquinas em termos de maior versatilidade de funções e programabilidade.
Por exemplo, o Ballistic Calculator (mais tarde, Model III) foi desenvolvido para as necessidades dos sistemas de controle de tiro antiaéreo. Ele foi colocado em operação em 1944, na Fort Bliss, Texas. O dispositivo continha 1400 relés e podia executar um programa de operações matemáticas definido por uma sequência de instruções em uma fita de papel contínua. Uma fita à parte fornecia os dados de entrada, e outra os dados tabulares. Isso permitia encontrar rapidamente valores, como funções trigonométricas, sem cálculos reais. Os engenheiros da Bell desenvolveram esquemas de busca especiais (hunting circuits) que escaneavam a fita para frente/para trás e buscavam o endereço do valor tabular necessário independentemente dos cálculos. Shtribits estabeleceu que seu computador Model III, clicando incessantemente os relés, substituía de 25 a 40 calculadoras.
Bancadas com relés Bell Model III
A Máquina Model V não teve a chance de servir militarmente. Ela se tornou ainda mais versátil e poderosa. Se considerarmos a quantidade de computadoras que ela substituía, era aproximadamente dez vezes superior à Model III. Vários módulos computacionais com 9 mil relés podiam receber dados de várias estações, onde os usuários inseriam condições para diferentes tarefas. Cada uma dessas estações possuía um leitor de fita para entrada de dados e cinco para instruções. Isso permitia que, ao resolver uma tarefa a partir da fita principal, diferentes subprogramas fossem acionados. O módulo de controle principal (essencialmente, análogo a um sistema operacional) distribuía as instruções entre os módulos computacionais de acordo com sua disponibilidade, e os programas poderiam realizar transições condicionais. Isso já não era apenas uma calculadora.
O Ano Maravilhoso: 1937
O ano de 1937 pode ser considerado um ponto de inflexão na história das máquinas de computação. Nesse ano, Shannon e Shannig perceberam semelhanças entre circuitos de relé e funções matemáticas. Essas descobertas levaram os Bell Labs a criar uma série de importantes máquinas digitais. Era uma espécie de — ou até mesmo substituição — quando um modesto relé telefônico, sem mudar a forma física, se tornou a personificação da matemática abstrata e da lógica.
Nesse mesmo ano, na edição de janeiro da Proceedings of the London Mathematical Society publicou-se um artigo do matemático britânico Alan Turing intitulado «Sobre Números Computáveis Aplicados à » (On Computable Numbers, With an Application to the Entscheidungsproblem). Nele, foi descrita uma máquina de computação universal: o autor afirmava que ela poderia realizar operações logicamente equivalentes às realizadas por humanos-computadores. Turing, que no ano anterior entrou para o doutorado na Universidade de Princeton, também estava intrigado com os circuitos de relé. E, assim como Bush, preocupado com a crescente ameaça de guerra com a Alemanha. Por isso, ele se envolveu em um projeto criptográfico à parte — um multiplicador binário que poderia ser usado para criptografar mensagens militares. Turing o construiu a partir de relés juntados na oficina mecânica da universidade.
Em 1937, Howard Aiken refletiu sobre a suposta máquina de computação automática. O estudante de pós-graduação em engenharia elétrica de Harvard realizou boa parte dos cálculos apenas com uma calculadora mecânica e livros impressos com tabelas matemáticas. Ele propôs um design que eliminaria essa rotina. Ao contrário dos dispositivos de computação existentes, deveria processar automática e ciclicamente os processos, usando os resultados de cálculos anteriores como dados de entrada para os seguintes.
Enquanto isso, na Nippon Electric Company, o engenheiro de telecomunicações Akira Nakashima já investigava desde 1935 as conexões entre circuitos de relé e matemática. Finalmente, em 1938, ele provou independentemente a equivalência dos circuitos de relé à álgebra booleana, que Shannon havia descoberto um ano antes.
Em Berlim, Konrad Zuse, um ex-engenheiro aeronáutico cansado dos intermináveis cálculos exigidos em seu trabalho, procurava recursos para criar sua segunda máquina de computação. Ele não conseguiu fazer funcionar seu primeiro dispositivo mecânico — V1 — de forma confiável, portanto, desejava criar um computador de relé, que desenvolveu em coautoria com seu amigo, o engenheiro de telecomunicações Helmut Schreyer.
A versatilidade dos relés telefônicos, as deduções sobre a lógica matemática e o desejo de mentes brilhantes de se livrarem do trabalho maçante se entrelaçaram e levaram à emergência da ideia de uma nova máquina lógica.
Uma geração esquecida
Os frutos das descobertas e desenvolvimentos de 1937 levaram alguns anos para amadurecer. A guerra se mostrou o fertilizante mais potente, e com sua chegada, os computadores de relé começaram a aparecer em todos os lugares onde havia a expertise técnica necessária. A lógica matemática tornou-se a grade para as vides da eletrotécnica. Novas formas de máquinas de computação programáveis surgiram — o primeiro esboço dos computadores modernos.
Além das máquinas de Stibitz, em 1944 os EUA podiam se gabar do dispositivo Harvard Mark I / IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), resultado da proposta de Aiken. O nome duplo surgiu devido ao deterioramento das relações entre o meio acadêmico e a indústria: todos reivindicavam direitos sobre o dispositivo. O Mark I / ASCC utilizava circuitos de relé de controle, mas o módulo aritmético principal foi construído com base na arquitetura das calculadoras mecânicas da IBM. A máquina foi criada para atender às necessidades do escritório de construção naval dos EUA. Sua herdeira, o Mark II, começou a operar em 1948 em um campo de testes da Marinha, e todas as suas operações eram realizadas exclusivamente com relés — em 13 mil relés.
Durante a guerra, Zuse construiu vários computadores de relé, cada vez mais complexos. O auge foi o V4, que, assim como o Bell Model V, incluía instalações para chamar subprogramas e executava saltos condicionais. Devido à escassez de materiais no Japão, nenhuma das inovações de Nakashima e seus compatriotas foi concretizada em metal até que o país se recuperasse após a guerra. Na década de 1950, o reestruturado ministério do Comércio Exterior e Indústria financiou a criação de duas máquinas de relé, sendo a segunda um monstro com 20 mil relés. A Fujitsu, que participou da criação, desenvolveu seus próprios produtos comerciais.
Hoje, essas máquinas estão quase completamente esquecidas. Apenas um nome permanece na memória — ENIAC. A razão do esquecimento não está relacionada à sua complexidade, capacidades ou velocidade. As propriedades computacionais e lógicas dos relés, descobertas por cientistas e pesquisadores, se aplicam a qualquer tipo de dispositivo que pode agir como um interruptor. E assim, acabou que havia um outro dispositivo semelhante — interruptor eletrônico, que poderia operar centenas de vezes mais rápido que um relé.
A importância da Segunda Guerra Mundial na história da vida das máquinas computacionais já deve ser evidente. A guerra mais terrível impulsionou o desenvolvimento de máquinas eletrônicas. Seu início liberou recursos necessários para superar as evidentes desvantagens dos interruptores eletrônicos. O domínio dos computadores eletromecânicos foi breve. Assim como os titãs, eles foram derrubados por seus filhos. Assim como os relés, a comutação eletrônica surgiu em resposta às necessidades da indústria de telecomunicações. Para descobrir sua origem, devemos retroceder na nossa história até o início da era do rádio.
Fonte: habr.com
