Outros artigos da série:
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O segundo projeto para a construção de um computador eletrônico, resultante da guerra, assim como o 'Colosso', precisava de muitas mentes e mãos para sua realização frutífera. Mas, assim como o 'Colosso', ele nunca teria surgido se não houvesse uma única pessoa obcecada por eletrônica. Neste caso, seu nome era .
A história de Mauchly entrelaça-se de maneiras misteriosas e suspeitas com a história de John Atanasoff. Como vocês lembram, deixamos Atanasoff e seu assistente Claude Berry em 1942. Eles interromperam seu trabalho em um computador eletrônico e se dedicaram a outros projetos militares. Mauchly tinha muito em comum com Atanasoff: ambos eram professores de física em instituições pouco conhecidas, sem prestígio e autoridade em amplos círculos acadêmicos. Mauchly se sentia isolado como professor de um pequeno Colégio Ursinus nos arredores da Filadélfia, que não tinha nem mesmo o modesto prestígio do estado de Iowa, onde trabalhava Atanasoff. Nenhum deles fez nada para atrair a atenção de seus pares mais elitistas, digamos da Universidade de Chicago. No entanto, ambos foram cativados pela ideia excêntrica de construir uma máquina computacional a partir de componentes eletrônicos, as mesmas partes usadas para fazer rádio e amplificadores telefônicos.
John Mauchly
Previsão do Tempo
Por um tempo, esses dois homens estabeleceram uma conexão especial. Eles se encontraram no final da década de 1940, durante uma conferência da American Association for the Advancement of Science (AAAS) na Filadélfia. Lá, Mauchly fez uma apresentação sobre sua pesquisa sobre padrões cíclicos em dados meteorológicos, utilizando um analisador harmônico eletrônico que ele mesmo desenvolveu. Este era um computador analógico (ou seja, que representava valores não de forma digital, mas como grandezas físicas, neste caso, corrente elétrica — quanto maior a corrente, maior o valor), semelhante ao preditor mecânico de marés desenvolvido por William Thomson (mais tarde Lord Kelvin) na década de 1870.
Atanasoff, sentado na sala, sabia que havia encontrado um companheiro em sua solitária jornada pelo mundo da computação eletrônica, e, sem hesitar, se aproximou de Mauchly após sua apresentação para lhe contar sobre a máquina que havia construído em Ames. Mas para entender como Mauchly chegou ao palco com sua apresentação sobre o computador meteorológico eletrônico, é necessário voltar às suas raízes.
Mauchly nasceu em 1907 em uma família de físicos, seu pai, Sebastian Mauchly. Assim como muitos de seus contemporâneos, desde garoto se interessou por rádio e válvulas eletrônicas, e vacilou entre as carreiras de engenheiro eletricista e físico antes de decidir se concentrar em meteorologia na Universidade Johns Hopkins. Infelizmente, após se formar, ele caiu direto nas garras da Grande Depressão e ficou grato por conseguir um emprego em Ursinus em 1934 como único membro do departamento de física.
O Colégio Ursinus em 1930
Em Ursinus, ele se dedicou a seu projeto dos sonhos — desvendar os ciclos ocultos da máquina natural global e aprender a prever o tempo não por dias, mas por meses e anos à frente. Ele estava convencido de que o Sol governava padrões climáticos que duravam vários anos, relacionados com a atividade solar e manchas solares. Queria extrair esses padrões de uma enorme quantidade de dados acumulados pelo Serviço Meteorológico dos Estados Unidos, com a ajuda de estudantes e um conjunto de calculadoras de mesa adquiridas por preço baixo de bancos falidos.
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Visita
O evento chave nas relações entre Mauchly e Atanasoff ocorreu seis meses depois, no início do verão de 1941. Em Filadélfia, Atanasoff contou a Mauchly sobre o computador eletrônico que havia construído em Iowa e mencionou o quão barato foi. Em sua correspondência subsequente, ele continuou a fazer sugestões intrigantes sobre como havia construído seu computador por não mais de $2 por dígito. Mauchly ficou interessado e bastante surpreso com tal realização. Naquela época, ele já tinha sérios planos de construir uma calculadora eletrônica, mas sem o apoio da faculdade, ele teria que pagar todo o equipamento do próprio bolso. Por uma válvula, normalmente pediam $4, e para armazenar um único dígito binário, eram necessárias pelo menos duas válvulas. Como, pensou ele, Atanasoff conseguiu economizar tanto?
Após seis meses, ele finalmente teve tempo para viajar para o oeste e satisfazer sua curiosidade. Depois de mil e quinhentos quilômetros de carro, em junho de 1941, Mauchly e seu filho foram visitar Atanasoff em Ames. Mauchly mais tarde contou que saiu desapontado. O armazenamento de dados barato de Atanasoff não era eletrônico, mas funcionava com cargas eletrostáticas em um tambor mecânico. Devido a isso e a outras partes mecânicas, como já vimos, ele não podia realizar cálculos em velocidades nem próximas às que Mauchly sonhava. Mais tarde, ele chamou isso de “um brinquedo mecânico que usava algumas válvulas eletrônicas”. No entanto, logo após a visita, ele escreveu uma carta elogiando a máquina de Atanasoff, onde afirmava que ela era “eletrônica por essência, e solucionava qualquer sistema de equações lineares com no máximo trinta variáveis em poucos minutos”. Ele afirmou que ela poderia ser mais rápida e mais barata do que a mecânica. Bush.
Trinta anos depois, o relacionamento de Mauchly e Atanasoff se tornará crucial em uma disputa judicial entre Honeywell e Sperry Rand, resultando na anulação das aplicações de patentes para o computador eletrônico criado por Mauchly. Sem mencionar nada sobre os méritos do próprio patente, apesar de Atanasoff ser um engenheiro mais experiente, e considerando a opinião suspeita de Mauchly sobre o computador de Atanasoff, expressa retrospectivamente, não há razões para suspeitar que Mauchly soube ou copiou algo importante do trabalho de Atanasoff. Mas o mais importante é que o esquema do ENIAC não tem relação com o computador de Atanasoff-Berry. O máximo que se pode afirmar é que Atanasoff estimulou a confiança de Mauchly, provando que um computador eletrônico poderia funcionar.
Escola de Moore e Aberdeen
Enquanto isso, Mauchly se encontrou de volta ao mesmo lugar de onde havia começado. Não havia um truque mágico para o armazenamento eletrônico barato, e enquanto ele estivesse em Ursinus, não tinha recursos para realizar seu sonho eletrônico. E então teve sorte. No verão de 1941, ele estava fazendo um curso de eletrônica na Moore School of Engineering da Universidade da Pensilvânia. Nesse momento, a França já estava ocupada, a Grã-Bretanha estava sob cerco, submarinos patrulhavam o Atlântico, e as relações dos Estados Unidos com a agressiva e expansionista Japão estavam rapidamente se deteriorando [e a Alemanha hitlerista havia invadido a URSS / nota do tradutor]. Apesar do sentimento isolacionista entre a população, a intervenção americana parecia possível e provavelmente inevitável para grupos elitistas de lugares como a Universidade da Pensilvânia. A Moore School oferecia um curso de aprimoramento para engenheiros e cientistas, acelerando a preparação para possíveis trabalhos militares, especialmente sobre tecnologia de radar (o radar apresenta características semelhantes às computações eletrônicas: usava válvulas eletrônicas para gerar e contar a quantidade de pulsos de alta frequência e os intervalos de tempo entre eles; no entanto, mais tarde Mauchly negou que os radares tivessem uma influência significativa no desenvolvimento do ENIAC).
Escola de Engenharia Moore
O curso resultou em duas principais consequências para Mauchly: primeiro, conectou-o com John Presper Eckert, conhecido como Pres, de uma família local de magnatas imobiliários, e um jovem mago da eletrônica que passava todos os seus dias no laboratório do pioneiro da televisão . Mais tarde, Eckert compartilhará a patente (que posteriormente será considerada inválida) do ENIAC com Mauchly. Em segundo lugar, isso garantiu a Mauchly um lugar na Escola Moore, encerrando sua longa isolamento acadêmico no pântano do Ursinus College. Isso, aparentemente, não aconteceu devido a alguma mérito especial de Mauchly, mas simplesmente porque a escola estava desesperadamente precisando de pessoas para substituir os acadêmicos que haviam ido trabalhar em contratos militares.
Mas até 1942, a maior parte da escola Moira começou a trabalhar em um projeto militar: o cálculo de trajetórias balísticas através de trabalho mecânico e manual. Este projeto nasceu organicamente da conexão existente entre a escola e o campo de testes de Aberdeen, localizado a 130 km mais ao longo da costa, em Maryland.
O campo foi criado durante a Primeira Guerra Mundial para testar a artilharia, como substituto para o campo anterior em Sandy Hook, Nova Jersey. Além dos disparos diretos, sua função era calcular tabelas de fogo usadas pela artilharia em combate. A resistência do ar impedia o cálculo do local de impacto do projétil apenas resolvendo uma equação quadrática. No entanto, a alta precisão era extremamente importante para o fogo de artilharia, já que os primeiros disparos resultavam nas maiores perdas para as forças inimigas — após isso, o inimigo rapidamente se escondia.
Para alcançar tal precisão, as forças armadas modernas elaboravam tabelas detalhadas que informavam os atiradores sobre onde seu projétil cairia após disparos a determinados ângulos. Os autores usavam a velocidade inicial e a posição do projétil para calcular sua localização e velocidade em pequenos intervalos de tempo, depois repetiam os mesmos cálculos para o próximo intervalo e assim por diante, centenas e milhares de vezes. Para cada combinação de canhão e projétil, esses cálculos precisavam ser realizados para todos os ângulos de disparo possíveis, levando em conta diferentes condições atmosféricas. A carga de cálculos era tão grande que em Aberdeen eles terminaram os cálculos de todas as tabelas iniciadas ao final da Primeira Guerra apenas em 1936.
Evidentemente, Aberdeen precisava de uma solução melhor. Em 1933, assinou um contrato com a escola Moira: o exército financiará a construção de dois analisadores diferenciais, computadores analógicos, projetados segundo um esquema do MIT sob a supervisão de . Um será enviado para Aberdeen e o outro permanecerá sob a responsabilidade da escola Moira e será utilizado à discrição do corpo docente. O analisador poderia criar uma trajetória em quinze minutos, que levaria dias para um humano calcular, embora a precisão dos cálculos do computador fosse um pouco inferior.
Demonstração de obus em Aberdeen, c. 1942
No entanto, em 1940, o departamento de pesquisa, agora chamado de Laboratório de Pesquisa Balística (Ballistic Research Laboratory, BRL), requisitou sua máquina, que estava na Escola Moore, e começou a calcular tabelas de artilharia para a guerra iminente. O grupo de cálculo da escola também foi chamado para ajudar a máquina com pessoas-calculadoras. Em 1942, 100 mulheres-calculadoras na escola trabalhavam seis dias por semana, triturando cálculos para a guerra — entre elas estava a esposa de Mauchly, Mary, que trabalhava nas tabelas de fogo de Aberdeen. Mauchly foi colocado como chefe de outro grupo de calculadoras, que trabalhava nos cálculos para antenas de radar.
Desde seu chegada à Escola Moore, Mauchly promovia sua ideia de computador eletrônico por todo o departamento. Ele já tinha um apoio significativo na figura de Presper Eckert e , um membro sênior do departamento. Mauchly trazia a ideia, Eckert oferecia a abordagem de engenharia, Brainerd garantia a persuasão e legitimidade. Na primavera de 1943, o trio decidiu que era hora de promover a ideia amadurecida de Mauchly para os oficiais do exército. Mas os mistérios do clima, que ele vinha tentando decifrar, teriam que esperar. O novo computador deveria atender às necessidades do novo proprietário: rastrear não as eternas sinusoides dos ciclos de temperatura globais, mas as trajetórias balísticas dos projéteis de artilharia.
ENIAC
Em abril de 1943, Mauchly, Eckert e Brainerd redigiram um borrador do "Relatório sobre o Analisador Diferencial Eletrônico". Isso atraiu para suas fileiras mais um aliado, , um matemático e oficial do exército que atuava como intermediário entre Aberdeen e a Escola Moore. Com a ajuda de Goldstine, o grupo apresentou a ideia ao comitê do BRL e recebeu um subsídio militar, com Brainerd como diretor científico do projeto. Eles precisavam concluir a construção da máquina até setembro de 1944, com um orçamento de $150.000. A equipe nomeou o projeto de ENIAC: Electronic Numerical Integrator, Analyzer and Computer (Integrador Numérico Eletrônico, Analisador e Computador).
Da esquerda para a direita: Julian Bigelow, Herman Goldstine, Robert Oppenheimer, John von Neumann. A foto foi tirada no Instituto de Estudos Avançados de Princeton após a guerra, com um modelo mais recente do computador.
Assim como no caso do 'Colosso' na Grã-Bretanha, a respeitável liderança de engenharia nos EUA, por exemplo, o Comitê de Pesquisa para a Defesa Nacional (National Defense Research Committee, NDRC), foi cética em relação ao projeto ENIAC. A Escola de Moore não tinha reputação de instituição de elite, no entanto, propôs criar algo sem precedentes. Mesmo gigantes industriais como a RCA tinham dificuldade em criar circuitos eletrônicos de contagem relativamente simples, quanto mais um computador eletrônico configurável. George Stibitz, arquiteto de computadores por relé no laboratório Bell, que trabalhava no projeto do NDRC na época, acreditava que a criação do ENIAC levaria tempo demais para ser útil na guerra.
Nisso ele estava certo. A criação do ENIAC levaria o dobro do tempo e três vezes mais recursos do que o inicialmente planejado. Ele consumiu uma parte significativa dos recursos humanos da Escola de Moore. Apenas para o desenvolvimento, foram necessários mais sete pessoas, além do grupo inicial de Mauchly, Eckert e Brainerd. Assim como o 'Colosso', o ENIAC mobilizou muitas pessoas para ajudar a configurar sua substituição eletrônica. Entre elas estavam a esposa de Herman Goldstine, Adele, e Jean Jennings (mais tarde Bartik), que teriam um papel importante no desenvolvimento de computadores. As letras NI no nome ENIAC sugeriam que a Escola de Moore fornecia ao exército uma versão digital e eletrônica do analisador diferencial, que resolveria integrais para trajetórias mais rapidamente e com mais precisão do que seu predecessor mecânico analógico. Mas, no final, eles conseguiram algo muito maior.
Algumas ideias do projeto podem ter sido emprestadas de uma proposta de 1940 feita por Irwin Travis. Foi Travis quem participou da assinatura do contrato para a Escola de Moore usar o analisador em 1933, e em 1940 ele propôs uma versão melhorada do analisador, embora não eletrônico, mas que operasse com um princípio digital. Ele deveria usar contadores mecânicos em vez de rodas analógicas. Em 1943, ele deixou a Escola de Moore e assumiu um cargo na liderança da Marinha em Washington.
A base of the ENIAC's capabilities, once again like the 'Colossus', lay in the variety of functional modules. The most frequently used were accumulators for addition and counting. Their design was taken from the electronic counters of Wynn-Williams, used by physicists, and they literally performed addition in the same way that preschoolers count on their fingers. Other functional modules included multipliers, function generators, which searched data in tables, replacing the counting of more complex functions like sine and cosine. Each module had its own software settings, which specified a small sequence of operations. As with the 'Colossus', programming was achieved using a combination of a control panel with switches and a panel with sockets resembling telephone switchboards.
The ENIAC had several electromechanical parts, particularly a relay register that served as a buffer between the electronic accumulators and the punch machines from IBM used for input and output. This architecture closely resembled the 'Colossus'. Sam Williams from Bell Labs, who collaborated with George Stibitz on the creation of Bell's relay computers, also built a register for the ENIAC.
The key difference from the 'Colossus' made the ENIAC a more flexible machine: the ability to program the main settings. The main programmable device sent pulses to functional modules, triggering the execution of pre-established sequences, and received response pulses upon completion. It would then move on to the next operation in the main control sequence and output the necessary calculations as a function of many smaller sequences. The main programmable device could make decisions using a stepper motor: a ring counter that determined which of the six output lines to redirect the pulse to. In this way, the device could execute up to six different functional sequences depending on the current state of the stepper motor. This flexibility allowed the ENIAC to tackle problems far removed from its original competence in the field of ballistics.
Configuração do ENIAC usando interruptores e comutadores
Eckert era responsável por garantir que toda a eletrônica dessa máquina colossal funcionasse de forma harmoniosa, e ele mesmo desenvolveu os mesmos truques fundamentais que Flowers em Bletchley: as lâmpadas deveriam operar em correntes muito abaixo das normais, e a máquina não precisava ser desligada. Mas, devido ao grande número de lâmpadas utilizadas, era necessário mais um truque: os módulos conectáveis, em que eram montadas várias dezenas de lâmpadas, podiam ser facilmente removidos e substituídos em caso de falha. Assim, a equipe de manutenção poderia procurar e trocar a lâmpada que queimou sem pressa, e o ENIAC estaria imediatamente pronto para funcionar. Mesmo com todas essas precauções, considerando a enorme quantidade de lâmpadas no ENIAC, ele não podia realizar cálculos a tarefa inteira durante o fim de semana ou a noite toda, como os computadores de relé. Em algum momento, uma lâmpada definitivamente queimaria.
Exemplo de um conjunto de lâmpadas no ENIAC
As opiniões sobre o ENIAC frequentemente mencionam suas grandes dimensões. As fileiras de prateleiras com lâmpadas — no total eram 18.000 — interruptores e comutadores ocupariam uma típica casa de campo e o gramado à sua frente. Seu tamanho foi determinado não apenas por seus componentes (as lâmpadas eram relativamente grandes), mas também por sua arquitetura estranha. E, embora todos os computadores da metade do século possam parecer grandes pelos padrões modernos, a geração seguinte de computadores eletrônicos era muito menor que o ENIAC e oferecia muitas mais funcionalidades usando apenas um décimo dos componentes eletrônicos.
Panorama do ENIAC na Escola Moore
O tamanho grotesco do ENIAC derivava de duas decisões projetuais principais. A primeira buscava aumentar a velocidade potencial às custas de complexidade e custo. Após isso, praticamente todos os computadores armazenavam números em registradores e os processavam em módulos aritméticos separados, salvando novamente os resultados no registrador. O ENIAC não separava os módulos de armazenamento e processamento. Cada módulo de armazenamento de números também era um módulo de processamento, capaz de somar e subtrair, o que exigia muito mais válvulas. Podia ser visto como uma versão acelerada do grupo de pessoas-calculadoras da escola de Moore, já que "sua arquitetura de computação lembrava vinte pessoas-calculadoras trabalhando com calculadoras de mão de dez dígitos, trocando resultados de cálculos de um lado para o outro". Em teoria, isso permitia que o ENIAC realizasse cálculos paralelos em vários acumuladores, mas essa capacidade foi raramente utilizada, e em 1948 foi completamente eliminada.
A segunda decisão projetual é mais difícil de justificar. Diferente do ABC ou das máquinas de relé de Bell, o ENIAC não armazenava números em formato binário. Ele convertia cálculos mecânicos decimais diretamente em formato eletrônico, com dez gatilhos para cada dígito — se o primeiro estava aceso, era zero, o segundo — 1, o terceiro — 2, e assim por diante. Isso gerava um enorme desperdício de componentes eletrônicos caros (por exemplo, para representar o número 1000 em binário são necessários 10 gatilhos, um para cada dígito binário (1111101000); enquanto no esquema do ENIAC, eram necessários 40 gatilhos, sendo dez para cada dígito decimal), que, pelo visto, foi organizado somente pelo medo de possíveis complicações na conversão entre os sistemas binário e decimal. No entanto, o computador de Atanasoff-Berry, o "Colosso", e as máquinas de relé de Bell e Zuse utilizavam o sistema binário e seus desenvolvedores não enfrentaram dificuldades na conversão entre bases.
Ninguém repetirá tais soluções de design. Nesse sentido, o ENIAC era semelhante ao ABC - uma curiosidade única, não um modelo para todos os computadores modernos. No entanto, sua vantagem estava no fato de que provou, sem sombra de dúvidas, a viabilidade dos computadores eletrônicos, realizando trabalho útil e resolvendo tarefas reais com uma velocidade surpreendente para os que o observaram.
Reabilitação
Até novembro de 1945, o ENIAC estava completamente funcional. Ele não podia se gabar da mesma confiabilidade que seus parentes eletromecânicos, mas era suficientemente confiável para aproveitar sua vantagem em velocidade, que era várias centenas de vezes maior. O cálculo da trajetória balística, que levava quinze minutos no analisador diferencial, poderia ser realizado pelo ENIAC em vinte segundos - mais rápido do que o próprio projétil. E, ao contrário do analisador, ele podia fazer isso com a mesma precisão que um calculador humano usando uma calculadora mecânica.
No entanto, como previu Stibitz, o ENIAC apareceu tarde demais para ajudar na guerra, e o cálculo de tabelas já não era tão urgente. Mas em Los Alamos, Novo México, um projeto para desenvolver uma arma secreta estava em andamento e continuou mesmo após a guerra. Ali também era necessário realizar muitos cálculos. Um dos físicos do Projeto Manhattan, Edward Teller, já em 1942, se entusiasmou com a ideia de "superarma": muito mais destrutiva do que a que foi posteriormente lançada sobre o Japão, com a energia da explosão proveniente da fusão nuclear, e não da fissão nuclear. Teller acreditava que poderia desencadear 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, era necessário ter um baixo conteúdo de trítio, pois ele era extremamente raro.
Por isso, um cientista de Los Alamos trouxe para a escola de Moore cálculos para verificar as superarmas, que precisavam calcular equações diferenciais modelando a ignição da mistura de deutério e trítio para várias concentrações de trítio. Ninguém na escola de Moore tinha permissão para saber o propósito desses cálculos, mas eles submeteram obedientemente todos os dados e equações trazidos pelo cientista. Os detalhes dos cálculos permanecem secretos até hoje (assim como todo o programa de construção da superarma, hoje mais conhecida como bomba de hidrogênio), embora saibamos que Teller considerou o resultado obtido em fevereiro de 1946 como confirmação da viabilidade de sua ideia.
No mesmo mês, a escola de Moore apresentou o ENIAC ao público. Durante a cerimônia de inauguração, diante de importantes autoridades e da imprensa, os operadores fingiram que estavam ligando a máquina (embora ela sempre estivesse ligada), realizaram alguns cálculos cerimoniais, calculando a trajetória balística para demonstrar a velocidade sem precedentes dos componentes eletrônicos. Após isso, os trabalhadores distribuíram cartões perfurados com esses cálculos a todos os presentes.
O ENIAC continuou resolvendo alguns problemas mais reais durante todo o ano de 1946: um conjunto de cálculos de fluxo de fluidos (por exemplo, para o contorno de uma asa de avião) para o físico britânico Douglas Hartree, mais um conjunto de cálculos para modelar a implosão de armas nucleares, cálculos de trajetórias para um novo canhão de noventa milímetros em Aberdeen. Então, ele ficou silencioso por um ano e meio. No final de 1946, devido a um acordo da escola de Moore com o exército, o BRL embalou a máquina e a transportou para o campo de testes. Lá, ela sofreu constantemente de problemas de confiabilidade, e a equipe do BRL não conseguiu fazê-la funcionar bem o suficiente para realizar algum trabalho útil, até uma grande modernização, que foi concluída em março de 1948. Vamos falar mais sobre a modernização, que atualizou totalmente o ENIAC, na próxima parte.
Mas isso já não importava. Ninguém se importava com o ENIAC. A corrida para criar seu sucessor já havia começado.
O que mais ler:
• Paul Ceruzzi, Reckoners (1983)
• Thomas Haigh, et. al., Eniac in Action (2016)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
Fonte: habr.com
