Outros artigos da série:
- História do relé
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- História da Internet
Como vimos em , engenheiros de rádio e telefonia em busca de amplificadores mais potentes descobriram um novo campo tecnológico que foi rapidamente apelidado de eletrônica. O amplificador eletrônico poderia ser facilmente convertido em uma chave digital, operando em velocidades muito mais altas do que seu primo eletromecânico, o relé telefônico. Como não havia peças mecânicas, um tubo de vácuo podia ser ligado e desligado em um microssegundo ou menos, em vez dos dez milissegundos ou mais exigidos por um relé.
De 1939 a 1945, três computadores foram criados utilizando esses novos componentes eletrônicos. Não é por acaso que as datas da sua construção coincidem com o período da Segunda Guerra Mundial. Este conflito - sem paralelo na história na forma como subjugou as pessoas ao carro da guerra - mudou para sempre a relação entre os Estados e entre a ciência e a tecnologia, e também trouxe um grande número de novos dispositivos para o mundo.
As histórias dos três primeiros computadores eletrônicos estão interligadas com a guerra. O primeiro foi dedicado à decifração de mensagens alemãs e permaneceu sob o manto do segredo até a década de 1970, quando não tinha mais nenhum interesse além do histórico. O segundo que a maioria dos leitores deveria ter ouvido falar foi o ENIAC, uma calculadora militar que foi concluída tarde demais para ajudar na guerra. Mas aqui olhamos para a mais antiga destas três máquinas, fruto da imaginação de .
Atanasov
Em 1930, Atanasov, filho americano de um emigrante de , finalmente realizou seu sonho de juventude e tornou-se físico teórico. Mas, como acontece com a maioria dessas aspirações, a realidade não foi o que ele esperava. Em particular, como a maioria dos estudantes de engenharia e ciências físicas na primeira metade do século XX, Atanasov teve de sofrer o fardo doloroso de cálculos constantes. Sua dissertação na Universidade de Wisconsin sobre a polarização do hélio exigiu oito semanas de cálculos tediosos usando uma calculadora mecânica de mesa.
John Atanasov em sua juventude
Em 1935, já tendo aceitado o cargo de professor na Universidade de Iowa, Atanasov decidiu fazer algo a respeito desse fardo. Ele começou a pensar em possíveis maneiras de construir um computador novo e mais poderoso. Rejeitando métodos analógicos (como o analisador diferencial do MIT) por razões de limitação e imprecisão, ele decidiu construir uma máquina digital que lidasse com números como valores discretos e não como medições contínuas. Desde a sua juventude, ele estava familiarizado com o sistema numérico binário e compreendeu que ele se ajusta muito melhor à estrutura liga/desliga de um interruptor digital do que os números decimais habituais. Então ele decidiu fazer uma máquina binária. E por fim decidiu que para ser o mais rápido e flexível deveria ser eletrônico e usar tubos de vácuo para os cálculos.
Atanasov também precisava decidir sobre o espaço do problema - para que tipo de cálculos seu computador deveria ser adequado? Como resultado, ele decidiu que iria lidar com a resolução de sistemas de equações lineares, reduzindo-os a uma única variável (usando ) – os mesmos cálculos que dominaram sua dissertação. Suportará até trinta equações, com até trinta variáveis cada. Tal computador poderia resolver problemas que são importantes para cientistas e engenheiros e, ao mesmo tempo, não pareceria incrivelmente complexo.
Peça de arte
Em meados da década de 1930, a tecnologia electrónica tornou-se extremamente diversificada desde as suas origens, 25 anos antes. Dois desenvolvimentos foram particularmente adequados ao projeto de Atanasov: um relé de disparo e um medidor eletrônico.
Desde o século 1918, os engenheiros telegráficos e telefônicos têm à sua disposição um dispositivo útil chamado switch. Um switch é um relé biestável que usa ímãs permanentes para mantê-lo no estado em que você o deixou - aberto ou fechado - até receber um sinal elétrico para mudar de estado. Mas os tubos de vácuo não eram capazes disso. Eles não tinham nenhum componente mecânico e podiam ser "abertos" ou "fechados" enquanto a eletricidade fluía ou não pelo circuito. Em 1, dois físicos britânicos, William Eccles e Frank Jordan, conectaram duas lâmpadas com fios para criar um “relé de disparo” - um relé eletrônico que permanece constantemente ligado após ser ligado por um impulso inicial. Eccles e Jordan criaram o seu sistema para fins de telecomunicações para o Almirantado Britânico no final da Primeira Guerra Mundial. Mas o circuito Eccles-Jordan, que mais tarde ficou conhecido como gatilho [Inglês. flip-flop] também pode ser considerado um dispositivo para armazenar um dígito binário - 0 se o sinal for transmitido e XNUMX caso contrário. Desta forma, através de n flip-flops foi possível representar um número binário de n bits.
Cerca de dez anos após o gatilho, ocorreu o segundo grande avanço na eletrônica, colidindo com o mundo da computação: os medidores eletrônicos. Mais uma vez, como sempre aconteceu no início da história da computação, o tédio tornou-se a mãe da invenção. Os físicos que estudavam a emissão de partículas subatômicas tinham que ouvir cliques ou passar horas estudando registros fotográficos, contando o número de detecções para medir a taxa de emissão de partículas de diversas substâncias. Os medidores mecânicos ou eletromecânicos eram uma opção tentadora para facilitar essas ações, mas moviam-se muito lentamente: não conseguiam registrar os muitos eventos que ocorriam com intervalos de milissegundos entre si.
A figura chave na resolução deste problema foi , que trabalhou com Ernest Rutherford no Laboratório Cavendish em Cambridge. Wynne-Williams tinha talento para eletrônica e já havia usado tubos (ou válvulas, como eram chamados na Grã-Bretanha) para criar amplificadores que possibilitavam ouvir o que acontecia com as partículas. No início da década de 1930, ele percebeu que as válvulas poderiam ser usadas para criar um contador, que ele chamou de “contador de escala binária” – isto é, um contador binário. Essencialmente, era um conjunto de flip-flops que podiam transmitir switches ao longo da cadeia (na prática, usava , tipos de lâmpadas que não contêm vácuo, mas sim um gás, que pode permanecer ligado após a ionização completa do gás).
O contador Wynne-Williams rapidamente se tornou um dos dispositivos de laboratório necessários para qualquer pessoa envolvida em física de partículas. Os físicos construíram contadores muito pequenos, muitas vezes contendo três dígitos (isto é, capazes de contar até sete). para um medidor mecânico lento e para registrar eventos que ocorrem mais rápido do que um medidor com peças mecânicas em movimento lento poderia registrar.
Mas, em teoria, esses contadores poderiam ser estendidos a números de tamanho ou precisão arbitrários. Estas foram, a rigor, as primeiras máquinas de calcular eletrônicas digitais.
Computador Atanasov-Berry
Atanasov conhecia esta história, o que o convenceu da possibilidade de construir um computador eletrônico. Mas ele não usou diretamente contadores binários ou flip-flops. A princípio, como base do sistema de contagem, ele tentou usar contadores ligeiramente modificados - afinal, o que é adição senão contagem repetida? Mas, por alguma razão, ele não conseguiu tornar os circuitos de contagem suficientemente confiáveis e teve que desenvolver seus próprios circuitos de adição e multiplicação. Ele não podia usar flip-flops para armazenar temporariamente números binários porque tinha um orçamento limitado e uma meta ambiciosa de armazenar trinta coeficientes por vez. Como veremos em breve, esta situação teve consequências graves.
Em 1939, Atanasov terminou de projetar seu computador. Agora ele precisava de alguém com o conhecimento certo para construí-lo. Ele encontrou essa pessoa em um graduado em engenharia do Iowa State Institute chamado Clifford Berry. No final do ano, Atanasov e Berry construíram um pequeno protótipo. No ano seguinte completaram uma versão completa do computador com trinta coeficientes. Na década de 1960, um escritor que desenterrou sua história chamou-o de Computador Atanasoff-Berry (ABC), e o nome pegou. No entanto, todas as deficiências não puderam ser eliminadas. Em particular, o ABC teve um erro de cerca de um dígito binário em 10000, o que seria fatal para qualquer cálculo grande.
Clifford Berry e ABC em 1942
No entanto, em Atanasov e no seu ABC podem-se encontrar as raízes e a origem de todos os computadores modernos. Ele não criou (com a ajuda de Berry) o primeiro computador digital eletrônico binário? Não são estas as características fundamentais dos milhares de milhões de dispositivos que moldam e impulsionam economias, sociedades e culturas em todo o mundo?
Mas vamos voltar. Os adjetivos digital e binário não são domínio do ABC. Por exemplo, o Bell Complex Number Computer (CNC), desenvolvido na mesma época, era um computador digital, binário e eletromecânico capaz de calcular no plano complexo. Além disso, ABC e CNC eram semelhantes no sentido de que resolviam problemas em uma área limitada e não podiam, ao contrário dos computadores modernos, aceitar uma sequência arbitrária de instruções.
O que resta é “eletrônico”. Mas embora as entranhas matemáticas do ABC fossem eletrônicas, ele operava em velocidades eletromecânicas. Como Atanasov e Berry não tinham condições financeiras de usar tubos de vácuo para armazenar milhares de dígitos binários, eles usaram componentes eletromecânicos para fazer isso. Várias centenas de triodos, realizando cálculos matemáticos básicos, foram cercados por tambores giratórios e máquinas perfuradoras que zumbiam, onde eram armazenados valores intermediários de todas as etapas computacionais.
Atanasoff e Berry fizeram um trabalho heróico ao ler e gravar dados em cartões perfurados a uma velocidade tremenda, queimando-os com eletricidade em vez de perfurá-los mecanicamente. Mas isso gerou seus próprios problemas: era o aparelho de gravação o responsável por 1 erro a cada 10000 números. Além disso, mesmo na melhor das hipóteses, a máquina não conseguia “perfurar” mais rápido do que uma linha por segundo, de modo que o ABC só conseguia realizar um cálculo por segundo com cada uma de suas trinta unidades aritméticas. Durante o resto do tempo, os tubos de vácuo permaneceram ociosos, impacientemente “tamborilando os dedos na mesa” enquanto todo esse maquinário girava dolorosamente lentamente em torno deles. Atanasov e Berry atrelaram o cavalo puro-sangue à carroça de feno. (O líder do projeto de recriação do ABC na década de 1990 estimou a velocidade máxima da máquina, levando em consideração todo o tempo gasto, incluindo o trabalho do operador na especificação da tarefa, em cinco adições ou subtrações por segundo. Isso, é claro, é mais rápido que um computador humano, mas não a mesma velocidade que associamos aos computadores eletrônicos.)
Diagrama ABC. A bateria armazenava entradas e saídas temporárias em capacitores. O circuito perfurador e leitor de cartões Thyratron registrava e lia os resultados de uma etapa inteira do algoritmo (eliminando uma das variáveis do sistema de equações).
O trabalho na ABC foi paralisado em meados de 1942, quando Atanasoff e Berry se inscreveram na máquina de guerra americana em rápido crescimento, que exigia cérebros e também corpos. Atanasov foi chamado para o Laboratório de Artilharia Naval em Washington para liderar uma equipe de desenvolvimento de minas acústicas. Berry se casou com a secretária de Atanasov e encontrou um emprego em uma empresa militar na Califórnia para evitar ser convocado para a guerra. Atanasov tentou durante algum tempo patentear sua criação no estado de Iowa, mas sem sucesso. Após a guerra, ele mudou para outras coisas e não estava mais envolvido seriamente com computadores. O próprio computador foi enviado para um aterro sanitário em 1948 para dar lugar no escritório a um recém-formado do instituto.
Talvez Atanasov simplesmente tenha começado a trabalhar cedo demais. Ele contou com modestas bolsas universitárias e só pôde gastar alguns milhares de dólares para criar o ABC, de modo que a economia substituiu todas as outras preocupações em seu projeto. Se ele tivesse esperado até o início da década de 1940, poderia ter recebido um subsídio do governo para comprar um dispositivo eletrônico completo. E neste estado - de uso limitado, difícil de controlar, não confiável, não muito rápido - o ABC não era uma propaganda promissora dos benefícios da computação eletrônica. A máquina de guerra americana, apesar de toda a sua fome de computação, deixou a ABC enferrujar na cidade de Ames, Iowa.
Máquinas de computação de guerra
A Primeira Guerra Mundial criou e lançou um sistema de investimento maciço em ciência e tecnologia e preparou-o para a Segunda Guerra Mundial. Em apenas alguns anos, a prática da guerra em terra e no mar mudou para a utilização de gases venenosos, minas magnéticas, reconhecimento aéreo e bombardeamentos, e assim por diante. Nenhum líder político ou militar poderia deixar de notar mudanças tão rápidas. Eles foram tão rápidos que a pesquisa iniciada cedo o suficiente poderia inclinar a balança em uma direção ou outra.
Os Estados Unidos tinham muitos materiais e inteligência (muitos dos quais tinham fugido da Alemanha de Hitler) e estavam afastados das batalhas imediatas pela sobrevivência e pelo domínio que afectavam outros países. Isto permitiu ao país aprender esta lição de forma especialmente clara. Isto manifestou-se no facto de vastos recursos industriais e intelectuais terem sido dedicados à criação da primeira arma atómica. Um investimento menos conhecido, mas igualmente importante ou menor, foi o investimento em tecnologia de radar centrado no Rad Lab do MIT.
Assim, o campo nascente da computação automática recebeu a sua parcela de financiamento militar, embora numa escala muito menor. Já notamos a variedade de projetos de computação eletromecânica gerados pela guerra. O potencial dos computadores baseados em relés era, relativamente falando, conhecido, uma vez que naquela época as centrais telefônicas com milhares de relés já estavam em operação há muitos anos. Os componentes eletrônicos ainda não comprovaram seu desempenho em tal escala. A maioria dos especialistas acreditava que um computador eletrônico seria inevitavelmente pouco confiável (o ABC era um exemplo) ou demoraria muito para ser construído. Apesar do súbito influxo de dinheiro do governo, os projetos de computação eletrónica militar eram poucos e raros. Apenas três foram lançados e apenas dois deles resultaram em máquinas operacionais.
Na Alemanha, o engenheiro de telecomunicações Helmut Schreyer provou ao seu amigo Konrad Zuse o valor da máquina electrónica em relação ao "V3" electromecânico que Zuse estava a construir para a indústria aeronáutica (mais tarde conhecido como Z3). Zuse finalmente concordou em trabalhar em um segundo projeto com Schreyer, e o Instituto de Pesquisa Aeronáutica ofereceu-se para financiar um protótipo de 100 tubos no final de 1941. Mas os dois homens assumiram primeiro o trabalho de guerra de maior prioridade e depois o seu trabalho foi severamente retardado pelos danos dos bombardeamentos, deixando-os incapazes de fazer com que a sua máquina funcionasse de forma fiável.
Zuse (à direita) e Schreyer (à esquerda) trabalham em um computador eletromecânico no apartamento dos pais de Zuse em Berlim
E o primeiro computador eletrónico que fez um trabalho útil foi criado num laboratório secreto na Grã-Bretanha, onde um engenheiro de telecomunicações propôs uma abordagem radicalmente nova à criptoanálise baseada em válvulas. Revelaremos essa história na próxima vez.
O que mais ler:
• Alice R. Burks e Arthur W. Burks, O Primeiro Computador Eletrônico: A História de Atansoff (1988)
• David Ritchie, Os Pioneiros da Computação (1986)
• Jane Smiley, O homem que inventou o computador (2010)
Fonte: habr.com