La computadora Atanasoff-Berry ( ABC ) fue la primera computadora digital electrónica automática . [1] Limitado por la tecnología del momento y su ejecución, el dispositivo ha permanecido algo oscuro. La prioridad del ABC es objeto de debate entre los historiadores de la tecnología informática, porque no era programable ni completo de Turing . [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 acelerar la computación al ser el primero en utilizar tubos de vacío para realizar cálculos aritméticos. Antes de esto, el ordenador Z1 de Konrad Zuse y el Harvard Mark I desarrollado simultáneamente utilizaban métodos electromecánicos más lentos . La primera máquina digital electrónica programable, [3] la computadora Colossus de 1943 a 1945, utilizó tecnología basada en tubos similar a la ABC.
Concebida en 1937, la máquina fue construida por el profesor de física y matemáticas del Iowa State College, John Vincent Atanasoff, con la ayuda del estudiante graduado Clifford Berry . Fue diseñado sólo para resolver sistemas de ecuaciones lineales y se probó con éxito en 1942. Sin embargo, su mecanismo de almacenamiento de resultados intermedio, un escritor/lector de tarjetas de papel, no se perfeccionó, y cuando John Vincent Atanasoff dejó el Iowa State College para realizar asignaciones en la Segunda Guerra Mundial , se interrumpieron los trabajos en la máquina. [4] El ABC fue pionero 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 lo distinguen de las computadoras modernas. La computadora fue designada IEEE Milestone 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 sobre 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] era considerada la primera computadora en el sentido moderno, [ cita necesaria ] pero en 1973 un Tribunal de Distrito de 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 las computadoras Colossus anteriores a ENIAC durante la Segunda Guerra Mundial [8] [9] y se describió Colossus en una conferencia en Los Alamos, Nuevo México , en En junio de 1976, John Mauchly y Konrad Zuse 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 1937-1938. Las innovaciones del ABC incluyeron computación electrónica, aritmética binaria, procesamiento paralelo , memoria de condensador regenerativa y una separación de memoria y funciones informáticas. [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 los cálculos para análisis económicos y de investigación. 5.000 dólares de financiación adicional (equivalente a 110.000 dólares en 2023) para completar la máquina provinieron de la Corporación de Investigación sin fines de lucro de la ciudad de Nueva York . [ cita necesaria ]
El ABC fue construido por Atanasoff y Berry en el sótano del edificio de física del Iowa State College durante 1939-1942. 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 generó 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 anunciaba el ABC como "una máquina informática eléctrica" con más de 300 tubos de vacío que "calcularía ecuaciones algebraicas complicadas" (pero no daba una descripción técnica precisa de la computadora). El sistema pesaba más de setecientas libras (320 kg). Contenía aproximadamente 1,6 km (1 milla) de cable, 280 tubos de vacío de doble triodo , 31 tiratrones y era aproximadamente del tamaño de un escritorio.
No era programable, lo que la distingue de máquinas más generales de la misma época, como la Z3 de 1941 de Konrad Zuse (o versiones 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, necesaria para máquinas informáticas prácticas de uso totalmente general.
Sin embargo, la máquina fue la primera en implementar:
La memoria de la computadora Atanasoff-Berry era un sistema llamado memoria de condensadores regenerativos , 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 le daba a la máquina una velocidad de 30 sumas/restas por segundo. Los datos se representaron como números binarios de punto fijo de 50 bits. La electrónica de las unidades de memoria y aritméticas podía almacenar y operar con 60 números de este tipo a la vez (3000 bits).
La frecuencia de la línea eléctrica de corriente alterna de 60 Hz era la frecuencia de reloj principal para las operaciones de nivel más bajo.
Las funciones lógicas aritméticas eran totalmente electrónicas y se implementaban con válvulas de vacío. La familia de compuertas lógicas abarcaba desde inversores hasta compuertas de dos y tres entradas. Los niveles de entrada y salida y los voltajes de operación fueron compatibles entre las diferentes puertas. Cada puerta constaba de un amplificador de tubo de vacío inversor, precedido por una red de entrada divisoria de resistencia que definía la función lógica. Las funciones lógicas de control, que solo necesitaban operar una vez por rotación del tambor y por lo tanto no requerían velocidad electrónica, eran electromecánicas, implementadas con relés .
La ALU operaba sólo con un bit de cada número a la vez ; Mantuvo el bit de transporte/préstamo en un capacitor para usarlo en el siguiente ciclo de CA. [14]
Aunque la computadora Atanasoff-Berry fue un paso importante con respecto a las máquinas calculadoras anteriores, no pudo ejecutar de manera completamente automática un problema completo. Se necesitaba un operador para accionar los interruptores de control y configurar sus funciones, de forma muy parecida a las calculadoras electromecánicas y los equipos de registro unitario de la época. La selección de la operación a realizar, leer, escribir, convertir de binario a decimal o reducir un conjunto de ecuaciones se realizaba mediante interruptores del panel frontal y, en algunos casos, puentes.
Había dos formas de entrada y salida: entrada y salida primaria del usuario y una salida y entrada de resultados intermedios. El almacenamiento de resultados intermedios permitió la operación en problemas demasiado grandes para ser manejados completamente dentro de la memoria electrónica. (El problema más grande que podría resolverse sin el uso de la salida y la entrada intermedias eran dos ecuaciones simultáneas , un problema trivial).
Los resultados intermedios fueron binarios, escritos en hojas de papel modificando electrostáticamente la resistencia en 1500 ubicaciones para representar 30 de los números de 50 bits (una ecuación). Cada hoja podría escribirse o leerse en un segundo. La confiabilidad del sistema se limitó a aproximadamente 1 error en 100.000 cálculos realizados por estas unidades, atribuido principalmente a la falta de control de las características del material de las láminas. En retrospectiva, una solución podría haber sido agregar un bit de paridad a cada número tal como está escrito. Este problema no se resolvió cuando Atanasoff dejó la universidad para trabajar en trabajos relacionados con la guerra.
La entrada principal del usuario era decimal, a través de tarjetas perforadas estándar IBM de 80 columnas , y la salida era decimal, a través de una pantalla en el panel frontal.
El ABC fue diseñado 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. Problemas de esta escala se estaban volviendo comunes en física, el departamento en el que trabajaba John Atanasoff. La máquina podría recibir dos ecuaciones lineales con hasta 29 variables y un término constante y eliminar una de las variables. Este proceso se repetiría manualmente para cada una de las ecuaciones, lo que daría como resultado un sistema de ecuaciones con una variable menos. Luego se repetiría todo el proceso para eliminar otra variable.
George W. Snedecor , jefe del Departamento de Estadística del Estado de Iowa, fue muy probablemente el primer usuario de una computadora digital electrónica para resolver problemas matemáticos del mundo real. Presentó 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 informático digital ( ENIAC ), para sorpresa de Atanasoff. El ABC había sido examinado por John Mauchly en junio de 1941, e Isaac Auerbach, [16] un antiguo alumno de Mauchly, alegó que influyó en su trabajo posterior sobre ENIAC, aunque Mauchly lo negó. [17] La patente ENIAC no se emitió hasta 1964, y en 1967 Honeywell demandó a Sperry Rand en un intento de romper las patentes ENIAC, argumentando que la ABC constituía el estado de la técnica . El Tribunal de Distrito de los Estados Unidos para el Distrito de Minnesota emitió su sentencia el 19 de octubre de 1973, determinando en Honeywell contra Sperry Rand que la patente ENIAC era un derivado de la invención de John Atanasoff.
Campbell-Kelly y Aspray concluyen: [18]
Aún se desconoce hasta qué punto Mauchly se basó en las ideas de Atanasoff, y la evidencia es masiva y contradictoria. 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 pudo 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 y dictaminó que 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 digital electrónica 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 contempló almacenar los coeficientes de una ecuación en condensadores ubicados en la periferia de un cilindro. Al parecer, tenía un prototipo de su máquina funcionando "a principios de 1940". Esta máquina fue, cabe destacar, probablemente el primer uso de tubos de vacío para realizar cálculos digitales y era una máquina de propósito especial. Esta máquina nunca vio la luz como una herramienta seria para el cálculo ya que era algo prematura en su concepción ingenieril y limitada en su concepción lógica. No obstante, debe considerarse como un gran esfuerzo pionero. Quizás su principal importancia fue influir en el pensamiento de otro físico muy interesado en el proceso computacional, John W. Mauchly. Durante el período de trabajo de Atanasoff en su solucionador de ecuaciones lineales, Mauchly estaba en 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, los dos hombres aparentemente entraron en las ideas de Atanasoff con considerable detalle. La discusión influyó mucho en Mauchly y, a través de él, en toda la historia de las computadoras electrónicas.
El ABC original finalmente fue 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 el Dr. 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 dólares (equivalente a 664 000 dólares en 2023). ). [21] La réplica de ABC estuvo en exhibición en el vestíbulo del primer piso del Centro de Computación y Comunicación de Durham en la Universidad Estatal de Iowa y posteriormente fue exhibida en el Museo de Historia de la Computación . [22]