Komputer Atanasoff-Berry - Atanasoff–Berry computer
 Replika komputera Atanasoff-Berry w Durham Center, Iowa State University
| |
| Deweloper | John Vincent Atanasoff z pomocą doktoranta Clifforda Berry |
|---|---|
| Data wydania | 1942 |
| Sprzedane jednostki | 1 |
| procesor | Ponad 300 lamp próżniowych przy 60 Hz |
| Pamięć | 3000 bitów |
| Wyświetlacz | Dziesiętny, za pomocą wyświetlacza na panelu przednim |
| Wejście | Dziesiętne, za pomocą standardowych 80-kolumnowych kart perforowanych IBM |
| Masa | 700 funtów (320 kg) |
Komputer Atanasoff-Berry ( ABC ) był pierwszym automatycznym elektronicznym komputerem cyfrowym . Ograniczone ówczesną technologią i wykonaniem urządzenie pozostało nieco niejasne. Priorytet ABC jest dyskutowany wśród historyków technologii komputerowej, ponieważ nie był ani programowalny , ani Turing-complete . Konwencjonalnie, ABC byłoby uważane za pierwszą elektroniczną jednostkę ALU (Arithmetic Logic Unit) - zintegrowaną z każdym nowoczesnym procesorem.
Jego unikalnym wkładem było przyspieszenie obliczeń dzięki temu, że jako pierwszy używał lamp próżniowych do obliczeń arytmetycznych, co ostatecznie zakończyło się zaprojektowaniem przez Jona von Neumanna ENIAC z lampami próżniowymi zamiast używania wolniejszych metod elektromechanicznych stosowanych przez Harvard Mark I , oraz maszyny Konrada Zuse (które były programowalne, ale wolne). Pierwsza elektroniczna, programowalna maszyna cyfrowa, komputer Colossus od 1941 do 1945 roku, wykorzystywała podobną technologię opartą na lampach jak ABC.
Przegląd
Powstała w 1937 roku maszyna została zbudowana przez profesora matematyki i fizyki z Iowa State College Johna Vincenta Atanasoffa z pomocą doktoranta Clifforda Berry'ego . Został zaprojektowany tylko do rozwiązywania układów równań liniowych i został pomyślnie przetestowany w 1942 roku. Jednak jego mechanizm przechowywania wyników pośrednich, czyli zapis/czytnik kart papierowych, nie został udoskonalony, a kiedy John Vincent Atanasoff opuścił Iowa State College na zadania związane z II wojną światową , prace na maszynie zostały przerwane. ABC była pionierem ważnych elementów nowoczesnego informatyki, w tym binarnych elementów arytmetycznych i elektronicznych elementów przełączających , ale jego specjalny charakter i brak zmiennego, przechowywanego programu odróżniają go od współczesnych komputerów. Komputer został uznany za kamień milowy IEEE w 1990 roku.
Praca komputerowa Atanasoffa i Berry'ego nie była powszechnie znana, dopóki nie została ponownie odkryta w latach 60. XX wieku, pośród sporów patentowych dotyczących pierwszego egzemplarza komputera elektronicznego. W tamtym czasie ENIAC, który został stworzony przez Johna Mauchly'ego i J. Prespera Eckerta , był uważany za pierwszy komputer we współczesnym znaczeniu, ale w 1973 roku sąd okręgowy USA unieważnił patent ENIAC i stwierdził, że wynalazcy ENIAC tematyka elektronicznego komputera cyfrowego firmy Atanasoff. Kiedy w połowie lat siedemdziesiątych zniesiono tajemnicę związaną z brytyjskim rozwojem komputerów Colossus poprzedzających ENIAC podczas II wojny światowej , a Colossus został opisany na konferencji w Los Alamos w Nowym Meksyku w czerwcu 1976 r., John Mauchly i Konrad Zuse miał być zdumiony.
projekt i konstrukcja
Zgodnie z relacją Atanasoffa, kilka kluczowych zasad komputera Atanasoff-Berry powstało w wyniku nagłego wglądu po długiej nocnej podróży do Rock Island, Illinois , zimą 1937-38. Innowacje ABC obejmowały obliczenia elektroniczne, arytmetykę binarną, przetwarzanie równoległe , pamięć kondensatorów regeneracyjnych oraz oddzielenie funkcji pamięci od funkcji obliczeniowych. Projekt mechaniczny i logiczny został opracowany przez Atanasoffa przez następny rok. Wniosek o dotację na budowę prototypu proof of concept został złożony w marcu 1939 roku w Katedrze Agronomii , która była również zainteresowana przyspieszeniem obliczeń do analizy ekonomicznej i badawczej. Dalsze 5000 dolarów dalszego finansowania (równowartość 93 000 dolarów w 2020 r.) na ukończenie maszyny pochodziło od organizacji non-profit Research Corporation z Nowego Jorku .
ABC zostało zbudowane przez Atanasoffa i Berry'ego w piwnicy budynku fizyki w Iowa State College w latach 1939-42. Pierwsze fundusze zostały udostępnione we wrześniu, a prototyp 11-rurowy został po raz pierwszy zademonstrowany w październiku 1939 roku. Grudniowa demonstracja zaowocowała przyznaniem dotacji na budowę maszyny w pełnej skali. ABC było budowane i testowane przez następne dwa lata. Artykuł z 15 stycznia 1941 r. w Des Moines Register ogłosił ABC jako „elektryczną maszynę obliczeniową” z ponad 300 lampami próżniowymi, które „obliczyłyby skomplikowane równania algebraiczne” (ale nie podawały dokładnego opisu technicznego komputera). System ważył ponad siedemset funtów (320 kg). Zawierała około 1,6 km drutu, 280 dwutriodowych lamp próżniowych , 31 tyratronów i była wielkości biurka.
Nie był to kompletny komputer Turinga , co odróżnia go od bardziej ogólnych maszyn z tej samej epoki, takich jak Z3 Konrada Zuse z 1941 roku i komputery Colossus z lat 1943-45. Nie zaimplementowała też architektury programu przechowywanego , po raz pierwszy zaimplementowanej w Manchester Baby z 1948 r., wymaganej dla w pełni uniwersalnych, praktycznych maszyn obliczeniowych.
Maszyna była jednak pierwszą, która wdrożyła trzy krytyczne pomysły, które wciąż są częścią każdego nowoczesnego komputera:
- Używanie cyfr binarnych do reprezentowania wszystkich liczb i danych
- Wykonywanie wszystkich obliczeń za pomocą elektroniki, a nie kół, grzechotek lub przełączników mechanicznych
- Zorganizowanie systemu, w którym obliczenia i pamięć są rozdzielone.
Pamięć komputera Atanasoff-Berry była systemem zwanym pamięcią kondensatorów regeneracyjnych , który składał się z pary bębnów, z których każdy zawierał 1600 kondensatorów, które obracały się na wspólnym wale raz na sekundę. Kondensatory na każdym bębnie zostały zorganizowane w 32 "pasma" po 50 (30 aktywnych pasm i dwa zapasowe na wypadek awarii kondensatora), co daje maszynie prędkość 30 dodawania/odejmowania na sekundę. Dane były reprezentowane jako 50-bitowe binarne liczby stałoprzecinkowe . Elektronika pamięci i jednostek arytmetycznych mogła przechowywać i operować na 60 takich liczbach na raz (3000 bitów).
Prądu przemiennego częstotliwość linii zasilania 60 Hz była głównym częstotliwość zegara dla operacji najniższego poziomu.
Funkcje arytmetyczno-logiczne były w pełni elektroniczne, zaimplementowane za pomocą lamp próżniowych. Rodzina bramek logicznych wahała się od falowników po dwie i trzy bramki wejściowe. Poziomy wejściowe i wyjściowe oraz napięcia robocze były kompatybilne między różnymi bramkami. Każda bramka składała się z jednego odwracającego wzmacniacza lampowego, poprzedzonego siecią wejściową dzielnika rezystorowego, która określa funkcję logiczną. Funkcje logiki sterowania, które musiały działać tylko raz na obrót bębna, a zatem nie wymagały elektronicznej prędkości, były elektromechaniczne, zaimplementowane za pomocą przekaźników .
ALU operowało tylko na jednym bicie każdej liczby na raz; utrzymywał bit przenoszenia/pożyczania w kondensatorze do użycia w następnym cyklu prądu przemiennego.
Chociaż komputer Atanasoff-Berry był ważnym krokiem naprzód w stosunku do wcześniejszych maszyn liczących, nie był w stanie całkowicie automatycznie rozwiązać całego problemu. Potrzebny był operator do obsługi przełączników sterujących w celu skonfigurowania ich funkcji, podobnie jak w ówczesnych kalkulatorach elektromechanicznych i sprzęcie do rejestracji jednostek. Wybór operacji do wykonania, odczyt, zapis, konwersja z binarnego na dziesiętny lub redukcja zestawu równań dokonywana była za pomocą przełączników na płycie czołowej iw niektórych przypadkach zworek.
Istniały dwie formy danych wejściowych i wyjściowych: podstawowe dane wejściowe i wyjściowe użytkownika oraz pośrednie dane wyjściowe i dane wyjściowe. Przechowywanie wyników pośrednich umożliwiało działanie na problemach zbyt dużych, aby można było je obsłużyć w całości w pamięci elektronicznej. (Największym problemem, który można było rozwiązać bez użycia pośredniego wyjścia i danych wejściowych, były dwa równoczesne równania , problem trywialny.)
Wyniki pośrednie były binarne, zapisywane na arkuszach papieru przez elektrostatyczną modyfikację rezystancji w 1500 miejscach, aby reprezentować 30 z 50-bitowych liczb (jedno równanie). Każdy arkusz można zapisać lub przeczytać w ciągu jednej sekundy. Niezawodność systemu została ograniczona do około 1 błędu na 100 000 obliczeń wykonanych przez te jednostki, głównie z powodu braku kontroli właściwości materiałowych arkuszy. Z perspektywy czasu rozwiązaniem mogłoby być dodanie bitu parzystości do każdej zapisanej liczby. Ten problem nie został rozwiązany do czasu, gdy Atanasoff opuścił uniwersytet do pracy związanej z wojnami.
Główne dane wejściowe użytkownika były dziesiętne, za pośrednictwem standardowych 80-kolumnowych kart perforowanych IBM, a dane wyjściowe były dziesiętne, za pośrednictwem wyświetlacza na przednim panelu.
Funkcjonować
ABC został zaprojektowany do konkretnego celu, rozwiązywania układów równoczesnych równań liniowych. Potrafił obsługiwać układy z maksymalnie dwudziestoma dziewięcioma równaniami, co było trudnym problemem na tamte czasy. Problemy tej skali stawały się powszechne w fizyce, na wydziale, w którym pracował John Atanasoff. Maszyna może być zasilana dwoma równaniami liniowymi z maksymalnie dwudziestoma dziewięcioma zmiennymi i stałym członem oraz eliminować jedną ze zmiennych. Proces ten byłby powtarzany ręcznie dla każdego z równań, co skutkowałoby układem równań z jedną zmienną mniej. Wtedy cały proces zostałby powtórzony, aby wyeliminować kolejną zmienną.
George W. Snedecor , szef Departamentu Statystyki Stanu Iowa, był najprawdopodobniej pierwszym użytkownikiem elektronicznego komputera cyfrowego, który rozwiązywał rzeczywiste problemy matematyczne. Wiele z tych problemów przedstawił Atanasoffowi.
Spór patentowy
26 czerwca 1947 J. Presper Eckert i John Mauchly jako pierwsi złożyli wniosek patentowy na cyfrowe urządzenie komputerowe ( ENIAC ), ku zaskoczeniu Atanasoffa. ABC został zbadany przez Johna Mauchly'ego w czerwcu 1941 roku, a Isaac Auerbach, były uczeń Mauchly'ego, twierdził, że wpłynął on na jego późniejsze prace nad ENIAC, chociaż Mauchly temu zaprzeczył. Patent ENIAC został wydany dopiero w 1964 r., a do 1967 r. Honeywell pozwał Sperry Rand , próbując złamać patenty ENIAC, argumentując, że ABC stanowi stan techniki . Sądu Okręgowego Stanów Zjednoczonych dla Okręgu Minnesota wydał swój wyrok na 19 października 1973 roku, znajdując w Honeywell v. Sperry Rand , że patent ENIAC był pochodną wynalazku Johna Atanasoff użytkownika.
Campbell-Kelly i Aspray podsumowują:
Stopień, w jakim Mauchly czerpał z pomysłów Atanasoffa, pozostaje nieznany, a dowody są ogromne i sprzeczne. ABC była dość skromną technologią i nie została w pełni zaimplementowana. Możemy przynajmniej wnioskować, że Mauchly dostrzegł potencjalne znaczenie ABC i że mogło to skłonić go do zaproponowania podobnego, elektronicznego rozwiązania.
Sprawa została prawnie rozwiązana 19 października 1973 r., kiedy sędzia okręgowy USA Earl R. Larson unieważnił patent ENIAC, orzekając, że ENIAC zaczerpnął wiele podstawowych pomysłów z komputera Atanasoff-Berry. Sędzia Larson wyraźnie stwierdził:
Eckert i Mauchly nie wynaleźli najpierw automatycznego elektronicznego komputera cyfrowego, ale zamiast tego wyprowadzili ten temat od niejakiego dr Johna Vincenta Atanasoffa.
Herman Goldstine , jeden z pierwotnych twórców ENIAC, napisał:
Atanasoff rozważał przechowywanie współczynników równania w kondensatorach umieszczonych na obwodzie cylindra. Najwyraźniej miał prototyp swojej maszyny działającej „na początku 1940 roku”. Ta maszyna była, co należy podkreślić, prawdopodobnie pierwszym zastosowaniem lamp próżniowych do wykonywania obliczeń cyfrowych i była maszyną specjalnego przeznaczenia. Maszyna ta nigdy nie ujrzała światła dziennego jako poważnego narzędzia obliczeniowego, ponieważ była nieco przedwczesna w swojej koncepcji inżynierskiej i ograniczona w swojej logicznej koncepcji. Niemniej jednak należy ją postrzegać jako wielki pionierski wysiłek. Być może jego głównym znaczeniem było wywarcie wpływu na myślenie innego fizyka, który był bardzo zainteresowany procesem obliczeniowym, Johna W. Mauchly'ego. W okresie pracy Atanasoffa nad narzędziem do rozwiązywania równań liniowych, Mauchly przebywał w Ursinus College, małej szkole w okolicach Filadelfii. W jakiś sposób dowiedział się o projekcie Atanasoffa i odwiedził go na tydzień w 1941 roku. Podczas wizyty dwaj mężczyźni najwyraźniej szczegółowo zapoznali się z pomysłami Atanasoffa. Dyskusja miała ogromny wpływ na Mauchly'ego, a przez niego na całą historię komputerów elektronicznych.
Replika
Oryginalne ABC zostało ostatecznie zdemontowane w 1948 roku, kiedy uniwersytet przekształcił piwnicę w sale lekcyjne, a wszystkie jego elementy z wyjątkiem jednego bębna pamięci zostały odrzucone.
W 1997 roku zespół naukowców kierowany przez Johna Gustafsona z Ames Laboratory (znajdującego się w kampusie stanu Iowa) zakończył budowę działającej repliki komputera Atanasoff-Berry za cenę 350 000 USD (równowartość 564 000 USD w 2020 r.). Replika ABC była wystawiona w holu pierwszego piętra w Durham Center for Computation and Communication na Iowa State University, a następnie została wystawiona w Computer History Museum .
Zobacz też
Bibliografia
Bibliografia
- Campbell-Kelly, Martin ; Aspray, William (1996), Komputer: Historia maszyny informacyjnej , New York, NY: Basic Books , ISBN 0-465-02989-2
- Edwards, John (22 listopada 2010), "John Atanasoff i Clifford Berry: Wymyślanie ABC, komputer cyfrowy wzorcowy" , Electronic Design , 58 (16): 58-59
- Mackintosh, Allan R. (sierpień 1988), "Dr. Atanasoff's Computer" , Scientific American , 259 (2), s. 90-96, Bibcode : 1988SciAm.259b..90M , doi : 10.1038/scientificamerican0888-90 , archiwum z oryginał w dniu 31.10.2009
- O'Regan, Gerard (2012), Krótka historia informatyki (2nd ed.), New York: Springer, ISBN 978-1-4471-2358-3
- Ralston, Anthony; Reilly, Edwin D., wyd. (1993), Encyklopedia Informatyki (3rd ed.), New York: Van Nostrand Reinhold, ISBN 0-442-27679-6