La Harvard Mark I , o Calculadora Automática de Secuencia Controlada de IBM ( ASCC ), fue una de las primeras computadoras electromecánicas de propósito general utilizadas en el esfuerzo bélico durante la última parte de la Segunda Guerra Mundial .
Uno de los primeros programas que se ejecutaron en el Mark I fue iniciado el 29 de marzo de 1944 [1] por John von Neumann . En ese momento, von Neumann estaba trabajando en el Proyecto Manhattan y necesitaba determinar si la implosión era una opción viable para detonar la bomba atómica que se usaría un año después. El Mark I también calculaba e imprimía tablas matemáticas, que había sido el objetivo inicial del inventor británico Charles Babbage para su máquina analítica en 1837.
Según Edmund Berkeley , los operadores del Mark I a menudo llamaban a la máquina "Bessy, la máquina de Bessel", en honor a las funciones de Bessel . [2]
El Mark I fue desmontado en 1959; parte fue donada a IBM, parte fue a parar al Instituto Smithsoniano y parte entró en la Colección Harvard de Instrumentos Científicos Históricos . Durante décadas, la parte de Harvard estuvo en exhibición en el vestíbulo del Laboratorio de Computación de Aiken. Alrededor de 1997, fue trasladada al Centro de Ciencias de Harvard . En 2021, fue trasladada nuevamente, al vestíbulo del nuevo Complejo de Ciencias e Ingeniería de Harvard en Allston, Massachusetts . [3]
El concepto original fue presentado a IBM por Howard Aiken en noviembre de 1937. [4] Después de un estudio de viabilidad realizado por los ingenieros de IBM, el presidente de la compañía, Thomas Watson Sr., aprobó personalmente el proyecto y su financiación en febrero de 1939.
Howard Aiken había empezado a buscar una empresa que diseñara y construyera su calculadora a principios de 1937. Después de dos rechazos, [5] le mostraron un equipo de demostración que el hijo de Charles Babbage había donado a la Universidad de Harvard 70 años antes. Esto lo llevó a estudiar a Babbage y a añadir referencias a la máquina analítica a su propuesta; la máquina resultante "hizo realidad casi completa los principios de Babbage sobre la máquina analítica, al tiempo que añadía nuevas características importantes". [6]
El ASCC fue desarrollado y construido por IBM en su planta de Endicott y enviado a Harvard en febrero de 1944. Comenzó a realizar cálculos para la Oficina de Buques de la Armada de los EE. UU. en mayo y se presentó oficialmente a la universidad el 7 de agosto de 1944. [7]
Aunque no fue la primera computadora funcional , la máquina fue la primera en automatizar la ejecución de cálculos complejos, lo que la convirtió en un importante paso adelante para la informática. [8]
El ASCC se construyó a partir de interruptores , relés , ejes giratorios y embragues . Utilizaba 765.000 componentes electromecánicos y cientos de kilómetros de cables, lo que comprendía un volumen de 816 pies cúbicos (23 m 3 ): 51 pies (16 m) de longitud, 8 pies (2,4 m) de altura y 2 pies (0,61 m) de profundidad. Pesaba alrededor de 9.445 libras (4,7 toneladas cortas; 4,3 t). [9] Las unidades de cálculo básicas tenían que estar sincronizadas y accionadas mecánicamente, por lo que eran operadas por un eje de transmisión de 50 pies (15 m) acoplado a un motor eléctrico de 5 caballos de fuerza (3,7 kW), que servía como fuente de energía principal y reloj del sistema . De los Archivos de IBM:
La calculadora automática controlada por secuencias (Harvard Mark I) fue la primera máquina operativa que podía ejecutar cálculos largos de forma automática. Un proyecto concebido por el Dr. Howard Aiken de la Universidad de Harvard, la Mark I fue construida por ingenieros de IBM en Endicott, Nueva York. Un marco de acero de 51 pies de largo y 8 pies de alto sostenía la calculadora, que consistía en un panel entrelazado de pequeños engranajes, contadores, interruptores y circuitos de control, todos de solo unos pocos centímetros de profundidad. La ASCC utilizó 500 millas (800 km) de cable con tres millones de conexiones, 3.500 relés multipolares con 35.000 contactos, 2.225 contadores, 1.464 interruptores de diez polos y niveles de 72 máquinas sumadoras, cada una con 23 números significativos. Fue la calculadora electromecánica más grande de la industria. [10]
El gabinete del Mark I fue diseñado por el diseñador industrial estadounidense futurista Norman Bel Geddes a expensas de IBM. Aiken estaba molesto porque el costo (50.000 dólares o más según Grace Hopper ) no se utilizó para construir equipo informático adicional. [11]
El Mark I tenía 60 juegos de 24 interruptores para la entrada manual de datos y podía almacenar 72 números, cada uno de ellos de 23 dígitos decimales. [12] Podía realizar 3 sumas o restas en un segundo. Una multiplicación tardaba 6 segundos, una división 15,3 segundos y un logaritmo o una función trigonométrica tardaba más de un minuto. [13]
El Mark I leía sus instrucciones desde una cinta de papel perforada de 24 canales . Ejecutaba la instrucción actual y luego leía la siguiente. Una cinta separada podía contener números para la entrada, pero los formatos de cinta no eran intercambiables. Las instrucciones no se podían ejecutar desde los registros de almacenamiento. Debido a que las instrucciones no se almacenaban en la memoria de trabajo, se afirma ampliamente que el Harvard Mark I fue el origen de la arquitectura Harvard . Sin embargo, esto se disputa en The Myth of the Harvard Architecture publicado en IEEE Annals of History of Computing , [14] que muestra que el término "arquitectura Harvard" no comenzó a usarse hasta la década de 1970 (en el contexto de los microcontroladores) y solo se aplicó retrospectivamente a las máquinas Harvard, y que el término solo podía aplicarse a Mark III y IV , no a Mark I o II .
El mecanismo de secuencia principal era unidireccional. Esto significaba que los programas complejos tenían que ser físicamente largos. Un bucle de programa se lograba desenrollando el bucle o uniendo el final de la cinta de papel que contenía el programa con el principio de la cinta (creando literalmente un bucle ). Al principio, la ramificación condicional en Mark I se realizaba manualmente. Modificaciones posteriores en 1946 introdujeron la ramificación automática del programa (por llamada a subrutina ). [15] [16] [17] [18] [19] Los primeros programadores del Mark I fueron los pioneros de la informática Richard Milton Bloch , Robert Campbell y Grace Hopper . [20] También había un pequeño equipo técnico cuya tarea era operar realmente la máquina; algunos habían sido empleados de IBM antes de ser requeridos para unirse a la Marina para trabajar en la máquina. [21] Este equipo técnico no fue informado del propósito general de su trabajo mientras estuvo en Harvard.
Los 24 canales de la cinta de entrada se dividían en tres campos de ocho canales. A cada ubicación de almacenamiento, a cada conjunto de interruptores y a los registros asociados con las unidades de entrada, salida y aritmética se les asignaba un número de índice de identificación único. Estos números se representaban en binario en la cinta de control. El primer campo era el índice binario del resultado de la operación, el segundo era el dato fuente para la operación y el tercer campo era un código para la operación que se iba a realizar. [12]
En 1928, LJ Comrie fue el primero en utilizar los equipos de tarjetas perforadas de IBM para fines científicos: cálculo de tablas astronómicas mediante el método de diferencias finitas, tal como lo había previsto Babbage cien años antes para su máquina diferencial. [22] Muy poco después, IBM comenzó a modificar sus tabuladores para facilitar este tipo de cálculo. Uno de estos tabuladores, construido en 1931, fue el tabulador de diferencias de Columbia. [23]
John von Neumann tenía un equipo en Los Álamos que utilizaba "máquinas de tarjetas perforadas IBM modificadas" [24] para determinar los efectos de la implosión. En marzo de 1944, propuso realizar ciertos problemas relacionados con la implosión del Mark I, y en 1944 llegó con dos matemáticos para escribir un programa de simulación para estudiar la implosión de la primera bomba atómica . [1]
El grupo de Los Álamos completó su trabajo en un tiempo mucho más corto que el grupo de Cambridge. Sin embargo, la operación de la máquina de tarjetas perforadas calculó valores con seis decimales, mientras que el Mark I calculó valores con dieciocho decimales . Además, el Mark I integró la ecuación diferencial parcial en un tamaño de intervalo mucho más pequeño [o malla más pequeña] y así... logró una precisión mucho mayor . [24]
"Von Neumann se unió al Proyecto Manhattan en 1943, trabajando en la inmensa cantidad de cálculos necesarios para construir la bomba atómica. Demostró que el diseño de implosión, que luego se usaría en las bombas Trinity y Fat Man , era probablemente más rápido y más eficiente que el diseño del cañón". [25]
Aiken publicó un comunicado de prensa anunciando la Mark I, en el que se mencionaba a sí mismo como el único inventor. James W. Bryce fue la única persona de IBM mencionada, a pesar de que varios ingenieros de IBM, entre ellos Clair Lake y Frank Hamilton, habían ayudado a construir varios elementos. El presidente de IBM, Thomas J. Watson, se enfureció y sólo asistió a regañadientes a la ceremonia de inauguración el 7 de agosto de 1944. [26] [ página requerida ] [27] Aiken, a su vez, decidió construir más máquinas sin la ayuda de IBM, y la ASCC pasó a ser conocida generalmente como la "Harvard Mark I". IBM pasó a construir su Calculadora Electrónica de Secuencia Selectiva (SSEC) tanto para probar nueva tecnología como para proporcionar más publicidad a los esfuerzos de la empresa. [26] [ página requerida ]
El Mark I fue seguido por el Harvard Mark II (1947 o 1948), el Mark III/ADEC (septiembre de 1949) y el Harvard Mark IV (1952), todos ellos obra de Aiken. El Mark II fue una mejora con respecto al Mark I, aunque todavía se basaba en relés electromecánicos . El Mark III utilizaba principalmente componentes electrónicos ( tubos de vacío y diodos de cristal ), pero también incluía componentes mecánicos: tambores magnéticos giratorios para el almacenamiento, además de relés para transferir datos entre tambores. El Mark IV era completamente electrónico y reemplazaba los componentes mecánicos restantes por una memoria de núcleo magnético . El Mark II y el Mark III se entregaron a la base de la Armada de los EE. UU. en Dahlgren, Virginia . El Mark IV se construyó para la Fuerza Aérea de los EE. UU ., pero se quedó en Harvard. [ cita requerida ]
El Mark I fue desmontado en 1959 y partes de él se exhibieron en el Centro de Ciencias , como parte de la Colección de Instrumentos Científicos Históricos de Harvard . Fue reubicado en el nuevo Complejo de Ciencias e Ingeniería en Allston en julio de 2021. [28] Otras secciones de la máquina original habían sido transferidas mucho antes a IBM y al Instituto Smithsoniano . [29]
