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- História da Internet
O segundo projeto de computador eletrônico que emergiu da guerra, como o Colossus, exigiu muitas mentes e mãos para concretizá-lo. Mas, como o Colossus, isso nunca teria acontecido sem uma única pessoa obcecada por eletrônica. Neste caso seu nome era .
A história de Mauchly está entrelaçada de maneiras misteriosas e suspeitas com a história de John Atanasoff. Como você se lembra, deixamos Atanasov e seu assistente Claude Berry em 1942. Desistiram de trabalhar no computador eletrônico e passaram para outros projetos militares. Mauchly tinha muito em comum com Atanasov: ambos eram professores de física em instituições pouco conhecidas que careciam de prestígio e autoridade em círculos acadêmicos mais amplos. Mauchly definhou isolado como professor no minúsculo Ursinus College, no subúrbio de Filadélfia, que não tinha nem o modesto prestígio do estado de Iowa de Atanasoff. Nenhum deles fez nada para atrair a atenção dos seus irmãos da elite, digamos, da Universidade de Chicago. Porém, ambos foram cativados por uma ideia excêntrica: construir um computador a partir de componentes eletrônicos, as mesmas peças com que eram feitos rádios e amplificadores de telefone.
John Mauchly
Prevendo o tempo
Por algum tempo, esses dois homens desenvolveram uma certa ligação. Eles se conheceram no final da década de 1940, em uma conferência da Associação Americana para o Avanço da Ciência (AAAS), na Filadélfia. Lá, Mauchly fez uma apresentação sobre sua pesquisa sobre padrões cíclicos em dados meteorológicos usando um analisador harmônico eletrônico que ele havia desenvolvido. Era um computador analógico (ou seja, representava valores não em formato digital, mas em forma de grandezas físicas, neste caso, corrente - quanto mais corrente, maior o valor), semelhante em funcionamento à maré mecânica preditor desenvolvido por William Thomson (mais tarde Lord Kelvin) na década de 1870.
Atanasov, que estava sentado no corredor, sabia que havia encontrado um companheiro em uma jornada solitária à terra da computação eletrônica e, sem hesitação, abordou Mauchly após seu relatório para lhe contar sobre a máquina que ele havia construído em Ames. Mas para entender como Mauchly chegou ao palco com sua apresentação de um computador meteorológico eletrônico, precisamos voltar às suas raízes.
Mauchly nasceu em 1907 na família do físico Sebastian Mauchly. Como muitos de seus contemporâneos, ele se interessou por rádio e tubos de vácuo quando menino, e alternou entre carreiras como engenheiro eletrônico e físico antes de decidir se concentrar em meteorologia na Universidade Johns Hopkins. Infelizmente, após a formatura, ele caiu nas garras da Grande Depressão e ficou grato por conseguir um emprego na Ursinus em 1934, como único membro do departamento de física.
Colégio Ursinus em 1930
Na Ursinus, ele assumiu o projeto dos seus sonhos - desvendar os ciclos ocultos da máquina natural global e aprender a prever o tempo não com dias, mas com meses e anos de antecedência. Ele estava convencido de que o Sol controlava os padrões climáticos que duravam vários anos, associados à atividade solar e às manchas solares. Ele queria extrair esses padrões da enorme quantidade de dados acumulados pelo American Weather Bureau com a ajuda de estudantes e de um conjunto de calculadoras de mesa compradas por centavos de bancos falidos.
Logo ficou claro que havia muitos dados. As máquinas não conseguiam realizar cálculos com rapidez suficiente e, além disso, erros humanos começaram a aparecer quando os resultados intermediários da máquina eram constantemente copiados para o papel. Mauchly começou a pensar em outra maneira. Ele conhecia contadores de tubos de vácuo, criados por Charles Wynne-Williams, que seus colegas físicos usavam para contar partículas subatômicas. Dado que os dispositivos electrónicos aparentemente podiam registar e armazenar números, Mauchly questionou-se por que razão não podiam realizar cálculos mais complexos. Durante vários anos em seu tempo livre, ele brincou com componentes eletrônicos: interruptores, medidores, máquinas de codificação de substituição que usavam uma mistura de componentes eletrônicos e mecânicos, e um analisador harmônico que usou para um projeto de previsão do tempo que extraiu dados semelhantes aos de várias semanas. padrões de flutuações de precipitação. Foi esta descoberta que levou Mauchly à AAAS em 1940, e depois Atanasov a Mauchly.
Visita
O acontecimento chave na relação entre Mauchly e Atanasoff ocorreu seis meses depois, no início do verão de 1941. Na Filadélfia, Atanasoff contou a Mauchly sobre o computador eletrônico que ele havia construído em Iowa e mencionou como ele lhe custou barato. Na correspondência subsequente, ele continuou a dar dicas intrigantes sobre como construiu seu computador, custando não mais do que US$ 2 por dígito. Mauchly se interessou e ficou bastante surpreso com essa conquista. Naquela época, ele tinha planos sérios de construir uma calculadora eletrônica, mas sem o apoio da faculdade teria que pagar todo o equipamento do próprio bolso. Eles geralmente cobravam US$ 4 por uma lâmpada, e pelo menos duas lâmpadas eram necessárias para armazenar um dígito binário. Como, pensou ele, Atanasov conseguiu economizar tanto dinheiro?
Depois de seis meses, ele finalmente teve tempo de viajar para o oeste para satisfazer sua curiosidade. Depois de mil e quinhentos quilômetros de carro, em junho de 1941, Mauchly e seu filho foram visitar Atanasov em Ames. Mauchly disse mais tarde que saiu desapontado. O armazenamento barato de dados de Atanasov não era eletrônico, mas era realizado por meio de cargas eletrostáticas em um tambor mecânico. Por causa desta e de outras peças mecânicas, como já vimos, ele não conseguia realizar cálculos em velocidades nem próximas daquelas que Mauchly sonhava. Mais tarde, ele o chamou de "uma bugiganga mecânica que usa vários tubos de vácuo". Contudo, logo após a visita, ele escreveu uma carta elogiando a máquina de Atanasov, onde escreveu que ela era “eletrônica em essência, e resolvia em apenas alguns minutos qualquer sistema de equações lineares que incluísse não mais que trinta variáveis”. Ele argumentou que poderia ser mais rápido e mais barato que o mecânico Arbusto.
Trinta anos depois, o relacionamento de Mauchly com Atanasoff se tornaria central para o processo Honeywell v. Sperry Rand, que resultou na invalidação de pedidos de patente para o computador eletrônico de Mauchly. Sem dizer nada sobre os méritos da patente em si, apesar do facto de Atanasov ser um engenheiro mais experiente, e dada a opinião suspeita de Mauchly sobre o computador de Atanasov em retrospectiva, não há razão para suspeitar que Mauchly aprendeu ou copiou algo importante do trabalho de Atanasov. Mas o mais importante é que o circuito ENIAC não tem nada em comum com o computador Atanasov-Berry. O máximo que se pode dizer é que Atanasov aumentou a confiança de Mauchly ao provar a possibilidade de um computador electrónico funcionar.
Escola Moore e Aberdeen
Enquanto isso, Mauchly se viu no mesmo lugar onde começou. Não havia truque de mágica para armazenamento eletrônico barato e, enquanto permanecesse em Ursinus, não tinha meios de tornar o sonho eletrônico uma realidade. E então ele teve sorte. Naquele mesmo verão de 1941, ele fez um curso de verão em eletrônica na Moore School of Engineering da Universidade da Pensilvânia. Naquela época, a França já estava ocupada, a Grã-Bretanha estava sitiada, os submarinos navegavam no Atlântico e as relações da América com um Japão agressivo e expansionista deterioravam-se rapidamente [e a Alemanha de Hitler atacou a URSS / aprox. trad.]. Apesar dos sentimentos isolacionistas entre a população, a intervenção americana parecia possível, e talvez inevitável, para grupos de elite em locais como a Universidade da Pensilvânia. A Escola Moore ofereceu um curso para aprimorar a formação de engenheiros e cientistas para acelerar a preparação para um possível trabalho militar, especialmente no tema da tecnologia de radar (o radar tinha características semelhantes às da computação eletrônica: usava tubos de vácuo para criar e contar o número de altas -pulsos de frequência e os intervalos de tempo entre eles; no entanto, Mauchly posteriormente negou que o radar tivesse uma grande influência no desenvolvimento do ENIAC).
Escola de Engenharia Moore
O curso teve duas consequências importantes para Mauchly: primeiro, conectou-o a John Presper Eckert, apelidado de Pres, de uma família local de magnatas do setor imobiliário, e a um jovem mago da eletrônica que passava seus dias no laboratório do pioneiro da televisão. . Mais tarde, Eckert compartilharia a patente (que foi então invalidada) do ENIAC com Mauchly. Em segundo lugar, garantiu a Mauchly uma vaga na Moore School, encerrando seu longo isolamento acadêmico no pântano do Ursinus College. Aparentemente, isso não se devia a nenhum mérito especial de Mauchly, mas simplesmente porque a escola precisava desesperadamente de pessoas para substituir os cientistas que haviam saído para trabalhar em ordens militares.
Mas em 1942, a maior parte da escola de Moore começou a trabalhar em um projeto militar: calcular trajetórias balísticas usando trabalho mecânico e manual. O projeto cresceu organicamente a partir de uma conexão existente entre a escola e o Campo de Provas de Aberdeen, a 130 quilômetros da costa de Maryland.
O campo de tiro foi criado durante a Primeira Guerra Mundial para testar a artilharia, substituindo o campo de tiro anterior em Sandy Hook, Nova Jersey. Além do tiro direto, sua tarefa era calcular as tabelas de fogo utilizadas pela artilharia em batalha. A resistência do ar impossibilitou o cálculo do local de pouso do projétil simplesmente resolvendo uma equação quadrática. No entanto, a alta precisão foi extremamente importante para o fogo de artilharia, pois foram os primeiros tiros que resultaram na maior derrota das forças inimigas - depois deles o inimigo desapareceu rapidamente no subsolo.
Para alcançar tal precisão, os exércitos modernos compilaram tabelas detalhadas que informavam aos atiradores a distância que o projétil atingiria após ser disparado em um determinado ângulo. Os compiladores usaram a velocidade inicial e a localização do projétil para calcular sua localização e velocidade após um curto intervalo de tempo e, em seguida, repetiram os mesmos cálculos para o intervalo seguinte, e assim por diante, centenas e milhares de vezes. Para cada combinação de arma e projétil, tais cálculos tiveram que ser realizados para todos os ângulos de tiro possíveis, levando em consideração as diversas condições atmosféricas. A carga computacional foi tão grande que em Aberdeen os cálculos de todas as tabelas, iniciados no final da Primeira Guerra Mundial, foram concluídos apenas em 1936.
Claramente, Aberdeen precisava de uma solução melhor. Em 1933, ele fez um acordo com a Escola Moore: o Exército pagaria a construção de dois analisadores diferenciais, computadores analógicos criados segundo projeto do MIT sob a direção de . Um será enviado para Aberdeen e o outro permanecerá em posse da Moore School e será utilizado a critério do professor. O analisador poderia construir uma trajetória em quinze minutos que um ser humano levaria vários dias para calcular, embora a precisão dos cálculos do computador fosse um pouco menor.
Demonstração de obus em Aberdeen, c. 1942
Porém, em 1940, a divisão de pesquisa, hoje chamada Laboratório de Pesquisa Balística (BRL), solicitou sua máquina, localizada na Escola Moore, e começou a calcular tabelas de artilharia para a guerra iminente. A equipe de cálculo da escola também foi contratada para dar suporte à máquina com a ajuda de computadores humanos. Em 1942, 100 calculadoras da escola trabalhavam seis dias por semana, fazendo cálculos para a guerra - entre elas a esposa de Mauchley, Mary, que trabalhava nas mesas de fogo de Aberdeen. Mauchly foi nomeado chefe de outro grupo de computadores que trabalhava em cálculos para antenas de radar.
Desde o dia em que chegou à escola de Moore, Mauchly promoveu sua ideia de um computador eletrônico em todo o corpo docente. Ele já contava com apoio significativo na pessoa de Presper Eckert e , membro sênior do corpo docente. Mauchly forneceu a ideia, Eckert a abordagem de engenharia, Brainerd a credibilidade e legitimidade. Na primavera de 1943, o trio decidiu que era hora de anunciar a ideia de longa data de Mauchly aos oficiais do exército. Mas os mistérios climáticos que há muito ele tentava resolver tiveram de esperar. O novo computador deveria atender às necessidades do novo proprietário: rastrear não as eternas sinusóides dos ciclos de temperatura global, mas as trajetórias balísticas dos projéteis de artilharia.
ENIAC
Em abril de 1943, Mauchly, Eckert e Brainerd redigiram um "Relatório sobre um analisador diferencial eletrônico". Isso atraiu outro aliado para suas fileiras, , um matemático e oficial do exército que serviu como intermediário entre Aberdeen e a escola de Moore. Com a ajuda de Goldstein, o grupo apresentou a ideia a um comitê do BRL e recebeu bolsa militar, tendo Brainerd como diretor científico do projeto. Eles precisavam concluir a máquina até setembro de 1944, com um orçamento de US$ 150 mil. A equipe chamou o projeto de ENIAC: Integrador Numérico Eletrônico, Analisador e Computador.
Da esquerda para a direita: Julian Bigelow, Herman Goldstein, Robert Oppenheimer, John von Neumann. Foto tirada no Instituto de Estudos Avançados de Princeton após a guerra, com um modelo de computador posterior
Tal como aconteceu com o Colossus na Grã-Bretanha, autoridades de engenharia respeitadas nos Estados Unidos, como o Comité de Investigação de Defesa Nacional (NDRC), estavam cépticas em relação ao projecto ENIAC. A Escola Moore não tinha reputação de instituição educacional de elite, mas propunha criar algo inédito. Mesmo gigantes da indústria como a RCA tiveram dificuldade em criar circuitos de contagem eletrônica relativamente simples, muito menos um computador eletrônico personalizável. George Stibitz, arquiteto de computadores de retransmissão do Bell Labs que trabalhava no projeto NDRC, acreditava que o ENIAC demoraria muito para ser útil na guerra.
Ele estava certo sobre isso. A criação do ENIAC exigirá o dobro do tempo e três vezes mais dinheiro do que inicialmente previsto. Ele drenou boa parte dos recursos humanos da Escola Moore. Só o desenvolvimento exigiu o envolvimento de mais sete pessoas, além da equipe inicial de Mauchly, Eckert e Brainerd. Assim como o Colossus, o ENIAC trouxe muitos computadores humanos para ajudar a configurar seu substituto eletrônico. Entre eles estavam Adele, esposa de Herman Goldstein, e Jean Jennings (mais tarde Bartik), que mais tarde teria um trabalho importante no desenvolvimento de computadores. O NI no nome ENIAC sugeria que a Escola Moore estava dando ao Exército uma versão digital e eletrônica de um analisador diferencial que resolveria integrais de caminho com mais rapidez e precisão do que seu antecessor mecânico analógico. Mas eles acabaram com algo muito mais.
Algumas das ideias para o projeto podem ter sido emprestadas de uma proposta de 1940 feita por Irven Travis. Foi Travis quem participou da assinatura do contrato de utilização do analisador pela Escola Moore em 1933, e em 1940 propôs uma versão melhorada do analisador, embora não eletrônico, mas funcionando com base no princípio digital. Deveria ter usado contadores mecânicos em vez de rodas analógicas. Em 1943, ele deixou a Escola Moore e assumiu um cargo na liderança da Marinha em Washington.
A base das capacidades do ENIAC, novamente, como o Colossus, era a variedade de módulos funcionais. Os acumuladores eram mais frequentemente usados para adição e contagem. Seus circuitos foram retirados dos contadores eletrônicos Wynne-Williams usados pelos físicos, e eles literalmente faziam adições contando, da mesma forma que as crianças em idade pré-escolar contam nos dedos. Outros módulos funcionais incluíam multiplicadores e geradores de funções que buscavam dados em tabelas, que substituíram o cálculo de funções mais complexas como seno e cosseno. Cada módulo possuía configurações de software próprias, com as quais era especificada uma pequena sequência de operações. Assim como o Colossus, a programação era feita por meio de uma combinação de painel com interruptores e painéis tipo central telefônica com tomadas.
O ENIAC tinha várias peças eletromecânicas, principalmente um registro de relé que servia como buffer entre as baterias eletrônicas e os martelos perfuradores IBM usados para entrada e saída. Esta arquitetura lembra muito o Colosso. Sam Williams, do Bell Labs, que colaborou com George Stibitz na Bell Relay Computers, também construiu o registro do ENIAC.
Uma diferença fundamental em relação ao Colossus tornou o ENIAC uma máquina mais flexível: a capacidade de programar configurações importantes. O principal dispositivo programável enviou pulsos aos módulos funcionais que causaram o lançamento de sequências predefinidas e recebeu pulsos de resposta quando a operação foi concluída. Em seguida, passou para a próxima operação na sequência de controle principal e produziu os cálculos necessários em função de muitas sequências menores. O principal dispositivo programável poderia tomar decisões usando um motor de passo: um contador de anel que determinava para qual das seis linhas de saída redirecionar o pulso. Desta forma, o dispositivo poderia realizar até seis sequências funcionais diferentes dependendo do estado atual do motor de passo. Esta flexibilidade permitirá ao ENIAC resolver problemas muito distantes da sua competência original no domínio da balística.
Configurando ENIAC usando switches e switches
Eckert foi responsável por manter toda a eletrônica funcionando neste monstro, e ele mesmo criou os mesmos truques básicos que Flowers fez em Bletchley: as lâmpadas devem operar com correntes muito mais baixas e a máquina não precisa ser desligada. . Mas devido ao grande número de lâmpadas utilizadas, outro truque foi necessário: módulos plug-in, cada um dos quais montado em várias dezenas de lâmpadas, poderiam ser facilmente removidos e substituídos se falhassem. O pessoal de manutenção localizou e substituiu rapidamente a lâmpada com defeito, e o ENIAC ficou imediatamente pronto para uso. E mesmo com todos esses cuidados, dada a enorme quantidade de tubos do ENIAC, ele não poderia passar todo o fim de semana ou a noite inteira fazendo os cálculos do problema, como faziam os computadores retransmissores. Em algum momento a lâmpada certamente iria queimar.
Exemplo de muitas lâmpadas no ENIAC
As análises do ENIAC mencionam frequentemente o seu enorme tamanho. Fileiras de racks de lâmpadas – 18 mil no total – e interruptores e interruptores encheriam uma típica casa de campo e, ainda por cima, o gramado da frente. O seu tamanho deveu-se não só aos seus componentes (as lâmpadas eram relativamente grandes), mas também à sua estranha arquitectura. E embora todos os computadores de meados do século pareçam grandes para os padrões modernos, a geração seguinte de computadores electrónicos era muito mais pequena do que o ENIAC e tinha maiores capacidades utilizando um décimo dos componentes electrónicos.
Panorama ENIAC na Moore School
O tamanho grotesco do ENIAC resultou de duas decisões principais de design. O primeiro procurou aumentar a velocidade potencial em detrimento do custo e da complexidade. Depois disso, quase todos os computadores armazenaram números em registradores e os processaram em unidades aritméticas separadas, armazenando novamente os resultados em um registrador. O ENIAC não separou os módulos de armazenamento e processamento. Cada módulo de armazenamento de números era também um módulo de processamento, capaz de somar e subtrair, o que exigia muito mais lâmpadas. Poderia ser visto como uma versão altamente acelerada do departamento de computação humana da Escola Moore, já que "sua arquitetura de computação lembrava vinte computadores humanos operando calculadoras de mesa de dez dígitos, transmitindo resultados de cálculos de um lado para outro". Em teoria, isso permitiu ao ENIAC realizar cálculos paralelos em diversas baterias, mas esse recurso foi pouco utilizado, e em 1948 foi completamente eliminado.
A segunda decisão de design é mais difícil de justificar. Ao contrário das máquinas de retransmissão ABC ou Bell, o ENIAC não armazenava números em binário. Convertia cálculos mecânicos decimais diretamente para o formato eletrônico, com dez gatilhos para cada dígito – se o primeiro estivesse aceso, era zero, o segundo era 1, o terceiro era 2, etc. Isto foi um enorme desperdício de componentes eletrônicos caros (por exemplo, para representar o número 1000 em binário são necessários 10 flip-flops, um por dígito binário (1111101000); e no circuito ENIAC, isso exigiu 40 flip-flops, dez por decimal dígito), que, aparentemente, foi organizado apenas por medo de possíveis dificuldades na conversão entre sistemas binários e decimais. No entanto, o computador Atanasoff-Berry, o Colossus e as máquinas de retransmissão Bell e Zuse usaram o sistema binário, e seus desenvolvedores não tiveram dificuldade na conversão entre bases.
Ninguém repetirá tais soluções de design. Nesse sentido, o ENIAC era como o ABC – uma curiosidade única, não um modelo para todos os computadores modernos. Porém, sua vantagem foi provar, sem sombra de dúvida, o desempenho dos computadores eletrônicos, realizando trabalhos úteis e resolvendo problemas reais com uma velocidade que surpreendeu quem o rodeava.
Reabilitação
Em novembro de 1945, o ENIAC estava totalmente operacional. Ele não podia ostentar a mesma confiabilidade que seus parentes eletromecânicos, mas era confiável o suficiente para explorar sua vantagem de velocidade centenas de vezes. O cálculo da trajetória balística, que levou quinze minutos para o analisador diferencial, poderia ser realizado pelo ENIAC em vinte segundos - mais rápido que o próprio projétil voa. E, diferentemente do analisador, ele poderia fazer isso com a mesma precisão que uma calculadora humana usando uma calculadora mecânica.
No entanto, como previu Stibitz, o ENIAC chegou tarde demais para ajudar na guerra, e o cálculo das tabelas não era mais necessário com tanta urgência. Mas em Los Alamos, no Novo México, houve um projecto de armas secretas que continuou depois da guerra. Lá também foram necessários muitos cálculos. Um dos físicos do Projeto Manhattan, Edward Teller, teve a ideia de uma “super arma” em 1942: muito mais destrutiva do que a que mais tarde foi lançada sobre o Japão, com a energia explosiva vindo da fusão atômica e não da fissão nuclear. Teller acreditava que poderia iniciar uma reação em cadeia de fusão em uma mistura de deutério (hidrogênio comum com um nêutron extra) e trítio (hidrogênio comum com dois nêutrons extras). Mas para isso foi necessário contentar-se com um baixo teor de trítio, já que era extremamente raro.
Por isso, o cientista de Los Alamos trouxe cálculos para a escola de Moore para testar a superarma, na qual foi necessário calcular equações diferenciais que simulavam a ignição de uma mistura de deutério e trítio para diversas concentrações de trítio. Ninguém na escola de Moore tinha permissão para saber para que serviam esses cálculos, mas eles obedientemente inseriram todos os dados e equações trazidos pelo cientista. Os detalhes dos cálculos permanecem secretos até hoje (assim como todo o programa de construção de uma super arma, hoje mais conhecida como bomba de hidrogênio), embora saibamos que Teller considerou o resultado dos cálculos obtidos em fevereiro de 1946 como uma confirmação da viabilidade da ideia dele.
Naquele mesmo mês, a Escola Moore apresentou o ENIAC ao público. Durante a cerimônia de inauguração, diante dos figurões e da imprensa reunidos, os operadores fingiram ligar a máquina (embora ela estivesse, é claro, sempre ligada) e realizaram alguns cálculos cerimoniais sobre ela, calculando a trajetória balística para demonstrar o velocidade sem precedentes dos componentes eletrônicos. Depois disso, os trabalhadores distribuíram cartões perfurados desses cálculos para todos os presentes.
O ENIAC continuou a resolver vários problemas mais realistas ao longo de 1946: um conjunto de cálculos sobre o fluxo de fluidos (por exemplo, para o fluxo em torno de uma asa de avião) para o físico britânico Douglas Hartree, outro conjunto de cálculos para simular a implosão de armas nucleares, cálculos de trajetórias para o novo canhão de noventa milímetros em Aberdeen. Então ele ficou em silêncio por um ano e meio. No final de 1946, por meio de um acordo entre a Escola Moore e o Exército, a BRL embalou o carro e o transportou até o campo de treinamento. Lá ele sofria constantemente de problemas de confiabilidade, e a equipe do BRL não conseguiu fazê-lo funcionar bem o suficiente para realizar qualquer trabalho útil até que uma grande reformulação terminou em março de 1948. Falaremos sobre a reformulação que renovou completamente o ENIAC mais no futuro. próxima parte.
Mas isso não importava mais. Ninguém se importava com o ENIAC. A corrida já começou para criar seu sucessor.
O que mais ler:
• Paul Ceruzzi, Contadores (1983)
• Thomas Haigh, et. al., Eniac em Ação (2016)
• David Ritchie, Os Pioneiros da Computação (1986)
Fonte: habr.com
