El ordenador Atanasoff-Berry ( ABC ) fue el primer ordenador electrónico digital automático . [1] Limitado por la tecnología de la época y la ejecución, el dispositivo ha permanecido algo oscuro. La prioridad del ABC es debatida entre los historiadores de la tecnología informática, porque no era programable ni Turing-completo . [2] Convencionalmente, el ABC se consideraría la primera ALU ( unidad lógica aritmética ) electrónica, que está integrada en el diseño de cada procesador moderno.
Su contribución única fue hacer que la computación fuera más rápida al ser el primero en utilizar tubos de vacío para realizar los cálculos aritméticos. Antes de esto, se habían utilizado métodos electromecánicos más lentos con el ordenador Z1 de Konrad Zuse y el Harvard Mark I desarrollado simultáneamente . La primera máquina electrónica, programable y digital, [3] el ordenador Colossus de 1943 a 1945, utilizó una tecnología basada en tubos similar a la del ABC.
Concebida en 1937, la máquina fue construida por el profesor de matemáticas y física del Iowa State College, John Vincent Atanasoff, con la ayuda del estudiante de posgrado Clifford Berry . Fue diseñada únicamente para resolver sistemas de ecuaciones lineales y fue probada con éxito en 1942. Sin embargo, su mecanismo de almacenamiento de resultados intermedios, un lector/escritor de tarjetas de papel, no se perfeccionó, y cuando John Vincent Atanasoff dejó el Iowa State College para cumplir misiones en la Segunda Guerra Mundial, se interrumpió el trabajo en la máquina. [4] La ABC fue pionera en elementos importantes de la informática moderna, incluida la aritmética binaria y los elementos de conmutación electrónica , [5] pero su naturaleza de propósito especial y la falta de un programa almacenado modificable la distinguen de las computadoras modernas. La computadora fue designada como un hito del IEEE en 1990. [6]
El trabajo informático de Atanasoff y Berry no fue ampliamente conocido hasta que fue redescubierto en la década de 1960, en medio de disputas de patentes sobre la primera instancia de una computadora electrónica. En ese momento, ENIAC , que había sido creada por John Mauchly y J. Presper Eckert , [7] se consideraba la primera computadora en el sentido moderno, [ cita requerida ] pero en 1973 un Tribunal de Distrito de los EE. UU. invalidó la patente de ENIAC y concluyó que los inventores de ENIAC habían derivado el tema de la computadora digital electrónica de Atanasoff. Cuando, a mediados de la década de 1970, se levantó el secreto que rodeaba el desarrollo británico de la Segunda Guerra Mundial de las computadoras Colossus que precedieron a ENIAC, [8] [9] y Colossus fue descrito en una conferencia en Los Álamos, Nuevo México , en junio de 1976, se informó que John Mauchly y Konrad Zuse se quedaron asombrados. [10]
Según el relato de Atanasoff, varios principios clave de la computadora Atanasoff-Berry fueron concebidos en una idea repentina después de un largo viaje nocturno a Rock Island, Illinois , durante el invierno de 1937-38. Las innovaciones de la ABC incluyeron computación electrónica, aritmética binaria, procesamiento paralelo , memoria de condensador regenerativo y una separación de las funciones de memoria y computación. [11] El diseño mecánico y lógico fue elaborado por Atanasoff durante el año siguiente. En marzo de 1939 se presentó una solicitud de subvención para construir un prototipo de prueba de concepto al departamento de Agronomía , que también estaba interesado en acelerar la computación para el análisis económico y de investigación. $5,000 de financiación adicional (equivalente a $110,000 en 2023) para completar la máquina provinieron de la Corporación de Investigación sin fines de lucro de la ciudad de Nueva York. [ cita requerida ]
El ABC fue construido por Atanasoff y Berry en el sótano del edificio de física del Iowa State College entre 1939 y 1942. Los fondos iniciales se liberaron en septiembre y el prototipo de 11 tubos se demostró por primera vez en octubre de 1939. Una demostración en diciembre motivó una subvención para la construcción de la máquina a escala real. [12] [13] El ABC fue construido y probado durante los siguientes dos años. Un artículo del 15 de enero de 1941 en el Des Moines Register anunció el ABC como "una máquina de computación eléctrica" con más de 300 tubos de vacío que "calcularían ecuaciones algebraicas complicadas" (pero no dio una descripción técnica precisa de la computadora). El sistema pesaba más de setecientas libras (320 kg). Contenía aproximadamente 1 milla (1,6 km) de cable, 280 tubos de vacío de doble triodo , 31 tiratrones y tenía aproximadamente el tamaño de un escritorio.
No era programable, lo que lo distingue de máquinas más generales de la misma era, como la Z3 de Konrad Zuse de 1941 (o iteraciones anteriores) y las computadoras Colossus de 1943-1945. Tampoco implementó la arquitectura de programa almacenado , implementada por primera vez en el Manchester Baby de 1948, requerida para máquinas de computación prácticas de propósito totalmente general.
La máquina fue, sin embargo, la primera en implementar:
La memoria del ordenador Atanasoff-Berry era un sistema llamado memoria de condensador regenerativa , que consistía en un par de tambores, cada uno de los cuales contenía 1600 condensadores que giraban sobre un eje común una vez por segundo. Los condensadores de cada tambor estaban organizados en 32 "bandas" de 50 (30 bandas activas y dos de repuesto en caso de que fallara un condensador), lo que daba a la máquina una velocidad de 30 sumas/restas por segundo. Los datos se representaban como números binarios de punto fijo de 50 bits . La electrónica de la memoria y las unidades aritméticas podían almacenar y operar con 60 de esos números a la vez (3000 bits).
La frecuencia de la línea eléctrica de corriente alterna de 60 Hz fue la frecuencia de reloj principal para las operaciones de nivel más bajo.
Las funciones lógicas aritméticas eran completamente electrónicas, implementadas con válvulas de vacío. La familia de puertas lógicas abarcaba desde inversores hasta puertas de dos y tres entradas. Los niveles de entrada y salida y los voltajes de operación eran compatibles entre las diferentes puertas. Cada puerta estaba compuesta por un amplificador inversor de válvulas de vacío, precedido por una red de entrada con divisor de resistencias que definía la función lógica. Las funciones lógicas de control, que solo necesitaban operar una vez por cada rotación del tambor y por lo tanto no requerían de velocidad electrónica, eran electromecánicas, implementadas con relés .
La ALU operaba solo con un bit de cada número a la vez ; guardaba el bit de acarreo/préstamo en un capacitor para usarlo en el siguiente ciclo de CA. [14]
Aunque la computadora Atanasoff-Berry fue un avance importante respecto de las máquinas calculadoras anteriores, no era capaz de resolver un problema de forma totalmente automática. Se necesitaba un operador que accionara los interruptores de control para configurar sus funciones, de forma muy similar a las calculadoras electromecánicas y los equipos de registro de unidades de la época. La selección de la operación a realizar, leer, escribir, convertir de binario a decimal o viceversa, o reducir un conjunto de ecuaciones se hacía mediante interruptores en el panel frontal y, en algunos casos, puentes.
Había dos formas de entrada y salida: entrada y salida del usuario principal y una entrada y salida de resultados intermedios. El almacenamiento de resultados intermedios permitía trabajar en problemas demasiado grandes para ser manejados completamente dentro de la memoria electrónica. (El problema más grande que podía resolverse sin el uso de la entrada y salida intermedias era el de dos ecuaciones simultáneas , un problema trivial).
Los resultados intermedios fueron binarios, escritos en hojas de papel modificando electrostáticamente la resistencia en 1500 posiciones para representar 30 de los números de 50 bits (una ecuación). Cada hoja podía ser escrita o leída en un segundo. La confiabilidad del sistema estaba limitada a aproximadamente 1 error en 100.000 cálculos por estas unidades, atribuido principalmente a la falta de control de las características materiales de las hojas. En retrospectiva, una solución podría haber sido agregar un bit de paridad a cada número mientras se escribía. Este problema no estaba resuelto cuando Atanasoff dejó la universidad para trabajar en la guerra.
La entrada principal del usuario era decimal, a través de tarjetas perforadas estándar de 80 columnas de IBM , y la salida era decimal, a través de una pantalla del panel frontal.
La ABC fue diseñada para un propósito específico: la solución de sistemas de ecuaciones lineales simultáneas. Podía manejar sistemas con hasta 29 ecuaciones, un problema difícil para la época. Los problemas de esta escala se estaban volviendo comunes en física, el departamento en el que trabajaba John Atanasoff. La máquina podía recibir dos ecuaciones lineales con hasta 29 variables y un término constante y eliminar una de las variables. Este proceso se repetía manualmente para cada una de las ecuaciones, lo que daba como resultado un sistema de ecuaciones con una variable menos. Luego se repetía todo el proceso para eliminar otra variable.
George W. Snedecor , director del Departamento de Estadística de la Universidad Estatal de Iowa, fue muy probablemente el primer usuario de una computadora digital electrónica para resolver problemas matemáticos del mundo real. Envió muchos de estos problemas a Atanasoff. [15]
El 26 de junio de 1947, J. Presper Eckert y John Mauchly fueron los primeros en solicitar una patente para un dispositivo de computación digital ( ENIAC ), para gran sorpresa de Atanasoff. El ABC había sido examinado por John Mauchly en junio de 1941, e Isaac Auerbach, [16] un ex alumno de Mauchly, alegó que influyó en su trabajo posterior sobre ENIAC, aunque Mauchly lo negó. [17] La patente de ENIAC no se emitió hasta 1964, y en 1967 Honeywell demandó a Sperry Rand en un intento de romper las patentes de ENIAC, argumentando que el ABC constituía técnica anterior . El Tribunal de Distrito de los Estados Unidos para el Distrito de Minnesota emitió su sentencia el 19 de octubre de 1973, encontrando en Honeywell v. Sperry Rand que la patente de ENIAC era un derivado de la invención de John Atanasoff.
Campbell-Kelly y Aspray concluyen: [18]
Se desconoce en qué medida Mauchly se basó en las ideas de Atanasoff, y las pruebas son numerosas y contradictorias. El ABC era una tecnología bastante modesta y no se implementó por completo. Como mínimo, podemos inferir que Mauchly vio la importancia potencial del ABC y que esto puede haberlo llevado a proponer una solución electrónica similar.
El caso se resolvió legalmente el 19 de octubre de 1973, cuando el juez de distrito estadounidense Earl R. Larson declaró inválida la patente de ENIAC, dictaminando que la ENIAC derivaba muchas ideas básicas de la computadora Atanasoff-Berry. El juez Larson declaró explícitamente:
Eckert y Mauchly no fueron los primeros en inventar la computadora electrónica digital automática, sino que derivaron ese tema de un tal Dr. John Vincent Atanasoff.
Herman Goldstine , uno de los desarrolladores originales de ENIAC, escribió: [19]
Atanasoff pensó en almacenar los coeficientes de una ecuación en condensadores situados en la periferia de un cilindro. Al parecer, ya tenía un prototipo de su máquina funcionando "a principios de 1940". Cabe destacar que esta máquina fue probablemente la primera en utilizar tubos de vacío para realizar cálculos digitales y era una máquina de propósito especial. Esta máquina nunca vio la luz del día como una herramienta seria para la computación, ya que era algo prematura en su concepción de ingeniería y limitada en su concepción lógica. No obstante, debe considerarse un gran esfuerzo pionero. Tal vez su principal importancia fue influir en el pensamiento de otro físico que estaba muy interesado en el proceso computacional, John W. Mauchly. Durante el período en que Atanasoff trabajaba en su solucionador de ecuaciones lineales, Mauchly estaba en el Ursinus College, una pequeña escuela en los alrededores de Filadelfia. De alguna manera se enteró del proyecto de Atanasoff y lo visitó durante una semana en 1941. Durante la visita, aparentemente, los dos hombres analizaron las ideas de Atanasoff con mucho detalle. La discusión influyó enormemente en Mauchly y, a través de él, en toda la historia de las computadoras electrónicas.
El ABC original fue finalmente desmantelado en 1948, [20] cuando la universidad convirtió el sótano en aulas y todas sus piezas, excepto un tambor de memoria, fueron descartadas.
En 1997, un equipo de investigadores dirigido por Delwyn Bluhm y John Gustafson del Laboratorio Ames (ubicado en el campus de la Universidad Estatal de Iowa) terminó de construir una réplica funcional de la computadora Atanasoff-Berry a un costo de $350,000 (equivalente a $664,000 en 2023). [21] La réplica ABC estuvo en exhibición en el vestíbulo del primer piso del Centro Durham para Computación y Comunicación en la Universidad Estatal de Iowa y posteriormente se exhibió en el Museo de Historia de la Computación . [22]