Outros artigos da série:
- A História do Relé
- História dos Computadores Eletrônicos
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- História da Internet
Como vimos em , engenheiros de rádio e telefonia, em busca de amplificadores mais poderosos, abriram uma nova área tecnológica que rapidamente foi chamada de eletrônica. O amplificador eletrônico poderia ser facilmente transformado em um interruptor digital, operando a uma velocidade muito maior do que seu par eletromecânico — o relé telefônico. Devido à ausência de partes mecânicas, a válvula eletrônica poderia ligar e desligar em microssegundos ou ainda mais rápido, em vez de dezenas de milissegundos ou mais, exigidos pelos relés.
De 1939 a 1945, com base nesses novos componentes eletrônicos, foram construídos três computadores. As datas de sua construção coincidem, não por acaso, com o período da Segunda Guerra Mundial. Esse conflito — sem precedentes na história pela forma como impôs um jugo de guerra sobre as pessoas — mudou para sempre as relações tanto entre os estados quanto entre a ciência e a tecnologia, além de trazer ao mundo uma grande quantidade de novos dispositivos.
As histórias dos três primeiros computadores eletrônicos estão entrelaçadas com a guerra. O primeiro foi dedicado à decifração das mensagens alemãs e permaneceu em sigilo até a década de 1970, quando se tornou irrelevante, exceto como um objeto histórico. O segundo, do qual a maioria dos leitores deve ter ouvido falar, foi o ENIAC, um calculador militar que foi concluído tarde demais para ajudar na guerra. Mas aqui, vamos explorar a mais antiga dessas três máquinas, obra de .
Atanasoff
Em 1930, Atanasoff, filho de um imigrante da , finalmente alcançou seu sonho de juventude e se tornou um físico teórico. Mas, como na maioria dessas aspirações, a realidade se mostrou diferente do que ele esperava. Em particular, como a maioria dos estudantes de engenharia e ciências físicas da primeira metade do século XX, Atanasoff teve que sofrer com os penosos fardos de cálculos constantes. Sua dissertação na Universidade de Wisconsin sobre a polarização do hélio exigiu oito semanas de cálculos tediosos utilizando uma calculadora mecânica de mesa.
John Atanasoff na juventude
Até 1935, já estabelecido como professor na Universidade do Estado de Iowa, Atanasoff decidiu fazer algo a respeito desse fardo. Ele começou a considerar possíveis maneiras de construir uma nova máquina computacional mais poderosa. Rejeitando métodos analógicos (como o analisador diferencial do MIT) por razões de limitação e imprecisão, ele decidiu construir uma máquina digital que trabalhasse com números como valores discretos, em vez de medições contínuas. Desde jovem, ele era familiarizado com o sistema binário e entendia que este se encaixava muito melhor na estrutura de funcionamento dos interruptores digitais do que os números decimais tradicionais. Portanto, decidiu fazer uma máquina binária. E, por fim, ele concluiu que, para ser a mais rápida e flexível, ela deveria ser eletrônica e utilizar válvulas eletrônicas para os cálculos.
Atanasoff também precisava determinar o espaço dos problemas — para quais cálculos específicos seu computador deveria ser adequado? No final, ele decidiu que se concentraria na resolução de sistemas de equações lineares, reduzindo-os a uma única variável (com a ajuda de ) — exatamente os mesmos cálculos que predominavam em sua dissertação. Ele suportaria até trinta equações, com até trinta variáveis em cada uma. Tal computador poderia resolver problemas importantes para cientistas e engenheiros, e, ao mesmo tempo, não parecia ser extremamente complexo.
Obra de arte
Em meados da década de 1930, a tecnologia eletrônica alcançou uma diversidade extraordinária em comparação com suas origens, que surgiram 25 anos antes. Duas inovações eram especialmente adequadas para o projeto de Atanasoff: o flip-flop e o contador eletrônico.
Desde o século XIX, os engenheiros de telégrafo e telefone dispuseram de um conveniente dispositivo chamado interruptor. O interruptor é um relé bistável que utiliza ímãs permanentes para mantê-lo na posição em que você o deixou - aberto ou fechado - até que receba um sinal elétrico para mudar de estado. Mas as lâmpadas eletrônicas não eram capazes disso. Elas não possuíam um componente mecânico e podiam ser "abertas" ou "fechadas" enquanto a eletricidade fluía ou não pelo circuito. Em 1918, dois físicos britânicos, William Eccles e Frank Jordan, conectaram duas lâmpadas para criar um "relé disparador" - um relé eletrônico que permanece ligado continuamente após ser acionado por um impulso inicial. Eccles e Jordan desenvolveram seu sistema com objetivos de telecomunicações para o Almirantado Britânico no final da Primeira Guerra Mundial. No entanto, o circuito de Eccles-Jordan, posteriormente conhecido como disparador [ingl. flip-flop], também poderia ser visto como um dispositivo para armazenar um dígito binário - 1 se o sinal estiver presente e 0 caso contrário. Deste modo, através de n disparadores, é possível representar um número binário com n bits.
Cerca de dez anos após o disparador, ocorreu um segundo grande avanço na eletrônica, impactando o mundo da computação: os contadores eletrônicos. E novamente, como frequentemente acontece na história inicial da computação, o tédio foi a mãe da invenção. Físicos que estudavam a radiação de partículas subatômicas precisavam ou ouvir os estalos ou passar horas analisando gravações fotográficas, contando o número de detecções para medir a taxa de emissão de partículas por diferentes substâncias. Contadores mecânicos ou eletromecânicos representavam uma oportunidade tentadora de facilitar essas tarefas, mas eram muito lentos: não conseguiam registrar uma quantidade significativa de eventos acontecendo com milissegundos de diferença.
Uma figura chave na solução desse problema foi , que trabalhou sob a direção de Ernest Rutherford no Laboratório Cavendish em Cambridge. Wynn-Williams era habilidoso com eletrônica e já usava válvulas (ou tubos, como eram chamadas na Grã-Bretanha) para criar amplificadores, os quais permitiam ouvir eventos que ocorriam com 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' — ou seja, um contador binário. Essencialmente, era um conjunto de disparadores que podiam transmitir mudanças ao longo da cadeia (na prática, ele usou , tipos de válvulas que contêm gás em vez de vácuo, que poderiam permanecer ligadas após a completa ionização do gás).
O contador de Wynn-Williams rapidamente se tornou parte do conjunto de dispositivos de laboratório indispensáveis para todos que trabalhavam com física de partículas. Os físicos construíam contadores muito pequenos, frequentemente contendo três dígitos (ou seja, capazes de contar até sete). para um contador mecânico lento e para registrar eventos que ocorriam mais rapidamente do que o contador pudesse registrar com suas partes mecânicas de movimento lento.
Mas, em teoria, tais contadores poderiam ser expandidos para números de tamanho ou precisão arbitrários. Eram, rigorosamente falando, as primeiras máquinas de contagem eletrônicas digitais.
O computador Atanasoff-Berry
Atanasoff estava ciente dessa história, o que o convenceu da viabilidade de construir um computador eletrônico. Porém, ele não usou diretamente contadores binários ou disparadores. Em vez disso, para a base do sistema de contagem, ele tentou usar contadores um pouco modificados — afinal, o que é a adição senão contagem repetida? Mas, por algum motivo, 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 disparadores para armazenamento temporário de números binários, uma vez que tinha um orçamento limitado e um objetivo ambicioso de armazenar simultaneamente trinta coeficientes. Como veremos em breve, essa situação teve consequências sérias.
Até 1939, Atanasoff tinha concluído o projeto de seu computador. Agora, ele precisava de alguém com o conhecimento adequado para construí-lo. Ele encontrou essa pessoa na figura de Clifford Berry, um graduado do departamento de engenharia do Instituto Estadual de Iowa. No final do ano, Atanasoff e Berry haviam construído um pequeno protótipo. No ano seguinte, completaram a versão completa do computador com trinta coeficientes. Na década de 1960, um escritor que desenterrou sua história nomeou-o de computador Atanasoff-Berry (Atanasoff-Berry Computer, ABC), e o nome pegou. No entanto, não foi possível eliminar todas as falhas. Em particular, o ABC apresentava um erro de aproximadamente uma cifra binária em 10.000, o que seria fatal para qualquer cálculo grande.
Clifford Berry e o ABC em 1942
No entanto, em Atanasoff e seu ABC, podem ser encontrados as raízes e a fonte de todos os computadores modernos. Ele não criou (com a ajuda habilidosa de Berry) o primeiro computador digital eletrônico binário? Não são essas as características fundamentais de bilhões de dispositivos que formam e controlam a economia, a sociedade e a cultura em todo o mundo?
Mas voltemos atrás. Os adjetivos digital e binário não são prerrogativa do ABC. Por exemplo, o computador de números complexos Bell (Bell Complex Number Computer, CNC), desenvolvido aproximadamente na mesma época, era um computador digital, binário e eletromecânico, capaz de realizar cálculos no plano complexo. Além disso, ABC e CNC eram semelhantes em resolver problemas em áreas limitadas e, ao contrário dos computadores modernos, não podiam aceitar uma sequência arbitrária de instruções.
Resta "eletrônico". Mas, embora as entranhas matemáticas do ABC fossem eletrônicas, ele funcionava a velocidades eletromecânicas. Como Atanasoff e Berry, por questões financeiras, não podiam usar lâmpadas eletrônicas para armazenar milhares de cifras binárias, eles usaram componentes eletromecânicos para isso. Algumas centenas de triodos, que realizavam os cálculos matemáticos básicos, estavam cercados por cilindros giratórios e zumbindo máquinas de perfuração, onde os valores intermediários de todos os passos computacionais eram armazenados.
Atanasov e Berry realizaram um trabalho heroico ao ler e gravar dados em cartões perfurados a uma velocidade incrível, queimando-os com eletricidade em vez de fazer furos mecanicamente. Mas isso trouxe seus problemas: o próprio dispositivo de queima era responsável por 1 erro a cada 10.000 números. Além disso, mesmo com todos os seus esforços, a máquina não conseguia "furar" mais rápido do que uma linha por segundo, portanto, a ABC só podia realizar um cálculo por segundo em cada um dos trinta dispositivos aritméticos. O tempo restante, as válvulas eletrônicas ficavam inativas, impacientes "batendo os dedos na mesa", enquanto toda essa maquinária girava lentamente ao seu redor. Atanasov e Berry amarraram um cavalo de raça à carroça de feno. (O chefe do projeto de reconstrução da ABC na década de 1990 estimou a velocidade máxima da máquina, levando em conta todo o tempo gasto, incluindo o trabalho do operador na definição da tarefa, em cinco adições ou subtrações por segundo. Isso, com certeza, é mais rápido do que um humano realizando cálculos, mas não é a velocidade que associamos a computadores eletrônicos.)
Esquema da ABC. Os cilindros armazenavam a entrada e a saída temporárias em capacitores. O circuito de tiratrão para a perfuração de cartões e o leitor de cartões gravavam e liam os resultados de um passo inteiro do trabalho do algoritmo (eliminando uma das variáveis do sistema de equações).
Os trabalhos na ABC pararam em meados de 1942, quando Atanasov e Berry se alistaram na crescente máquina militar dos EUA, onde eram necessários não apenas corpos, mas também mentes. Atanasov foi convocado para o Laboratório de Artilharia Naval em Washington, para liderar uma equipe que desenvolvia minas acústicas. Berry casou-se com a secretária de Atanasov e encontrou um emprego em uma empresa que trabalhava para os militares na Califórnia, para não ser convocado para a guerra. Atanasov tentou por um tempo patentear sua criação no estado de Iowa, mas sem sucesso. Após a guerra, ele se dedicou a outras atividades e deixou de se envolver seriamente com computadores. O próprio computador foi enviado para o lixo em 1948, para liberar espaço no escritório para um novo graduado do instituto.
Talvez Atanasov tenha começado a trabalhar cedo demais. Ele baseou-se em modestas bolsas universitárias e pode ter gastado apenas alguns milhares de dólares para criar o ABC, portanto, a economia prevaleceu sobre todos os outros problemas em seu projeto. Se ele tivesse esperado até o início da década de 1940, poderia ter obtido uma bolsa do governo para um dispositivo eletrônico completo. E nesse estado — com aplicação limitada, controle complicado, não confiável e não muito rápido — o ABC não se tornou uma propaganda promissora dos benefícios da computação eletrônica. A máquina militar americana, apesar de toda a fome computacional, deixou o ABC enferrujar na cidade de Ames, Iowa.
Máquinas de computação da guerra
A Primeira Guerra Mundial criou e lançou um sistema de injeções massivas de investimentos em ciência e tecnologia, preparando-o para a Segunda Guerra Mundial. Em apenas alguns anos, a prática de conduzir guerras em terra e no mar passou a utilizar gases venenosos, minas magnéticas, reconhecimento aéreo e bombardeios, entre outras coisas. Nenhum líder político ou militar poderia ignorar essas rápidas transformações. Elas foram tão rápidas que pesquisas iniciadas cedo poderiam inclinar a balança de um lado ou de outro.
Nos EUA, havia materiais e mentes suficientes (muitas das quais fugiram da Alemanha nazista), e estavam afastados das lutas imediatas pela sobrevivência e domínio que afetaram outros países. Isso permitiu que o país aprendesse essa lição de forma particularmente clara. Isso se manifestou no fato de que vastos recursos industriais e intelectuais foram direcionados para a criação da primeira arma atômica. Um investimento menos conhecido, mas igualmente importante ou de menor dimensão, foi o investimento na criação de tecnologia de radar, cujo centro estava no MIT, no Rad Lab.
Assim, a área emergente da computação automática recebeu sua parte de financiamento militar, embora em uma escala muito menor. Já mencionamos a diversidade de projetos de computação eletromecânica gerados pela guerra. O potencial dos computadores baseados em relés era, em termos relativos, conhecido, uma vez que as centrais telefônicas com milhares de relés já operavam por muitos anos. Os componentes eletrônicos ainda não haviam comprovado sua eficácia em tal escala. A maioria dos especialistas acreditava que o computador eletrônico seria inevitavelmente pouco confiável (ABC serviu como exemplo) ou que a sua construção levaria tempo demais. Apesar do súbito influxo de dinheiro do governo, havia poucos projetos militares de computação eletrônica, e eles eram raros. Apenas três foram lançados, e apenas dois deles resultaram em máquinas operacionais.
Na Alemanha, o engenheiro de telecomunicações Helmut Schreier provou ao seu amigo Konrad Zuse o valor da máquina eletrônica em relação ao eletromecânico "V3", que Zuse estava construindo para a indústria aérea (posteriormente conhecido como Z3). Zuse acabou concordando em trabalhar no segundo projeto com Schreier, e o Instituto de Pesquisa da Aviação ofereceu financiar um protótipo de 100 válvulas no final de 1941. Mas os dois homens inicialmente se dedicaram a trabalhos militares mais prioritários, e depois seu trabalho foi fortemente atrasado pelos danos causados pelos bombardeios, resultando em sua incapacidade de fazer sua máquina funcionar de forma confiável.
Zuse (à direita) e Schreier (à esquerda) trabalham em um computador eletromecânico no apartamento dos pais de Zuse em Berlim.
O primeiro computador eletrônico a realizar trabalho útil foi criado em um laboratório secreto na Grã-Bretanha, onde um engenheiro de telecomunicações propôs uma nova abordagem radical para a criptoanálise baseada em válvulas. Contaremos essa história na próxima vez.
O que mais ler:
• Alice R. Burks e Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, O homem que inventou o computador (2010)
Fonte: habr.com
