Počítač Atanasoff – Berry - Atanasoff–Berry computer

Počítač Atanasoff – Berry (ABC)
Počítač Atanasoff-Berry na adrese Durhum Center.jpg
Replika počítače Atanasoff – Berry v Durham Center, Iowa State University
Vývojář John Vincent Atanasoff s pomocí postgraduálního studenta Clifforda Berryho
Datum vydání 1942 ; Před 79 lety ( 1942 )
Prodané jednotky 1
procesor Více než 300 vakuových trubic při 60 Hz
Paměť 3000 bitů
Zobrazit Desetinná, přes displej na předním panelu
Vstup Desetinné číslo prostřednictvím standardních děrných karet IBM s 80 sloupci
Hmotnost 700 liber (320 kg)

Počítač Atanasoff – Berry ( ABC ) byl první automatický elektronický digitální počítač . Omezeno tehdejší technologií a provedením zůstalo zařízení poněkud nejasné. O prioritě ABC se diskutuje mezi historiky výpočetní techniky, protože nebyla ani programovatelná , ani Turingova-úplná . Obvykle byl ABC považován za první elektronickou ALU (aritmetická logická jednotka) - která je integrována do designu každého moderního procesoru.

Jeho jedinečným přínosem bylo zrychlit výpočetní proces tím, že jako první použil vakuové trubice k provedení aritmetických výpočtů, což nakonec vyvrcholilo tím, že Jon von Neumann navrhl ENIAC s vakuovými trubicemi místo použití pomalejších elektromechanických metod používaných Harvard Mark I , a stroje Konrada Zuse (které byly programovatelné, ale pomalé). První elektronický, programovatelný, digitální stroj, počítač Colossus v letech 1941 až 1945, používal podobnou trubicovou technologii jako ABC.

Přehled

Stroj zkonstruovaný v roce 1937 sestrojil profesor matematiky a fyziky na Iowa State College John Vincent Atanasoff za pomoci postgraduálního studenta Clifforda Berryho . Byl navržen pouze pro řešení soustav lineárních rovnic a byl úspěšně testován v roce 1942. Jeho mechanismus pro ukládání mezilehlých výsledků, zapisovač/čtečka papírových karet, však nebyl zdokonalen, a když John Vincent Atanasoff opustil Iowa State College pro úkoly z druhé světové války , práce na stroji byly přerušeny. ABC je průkopníkem důležitých prvků moderních počítačů, včetně binárních aritmetických a elektronických spínacích prvků, ale jeho účelová povaha a nedostatek proměnlivého, uloženého programu jej odlišují od moderních počítačů. Počítač byl v roce 1990 označen jako milník IEEE .

Počítačová práce Atanasoffa a Berryho nebyla široce známá, dokud nebyla v šedesátých letech znovu objevena, uprostřed sporů o patenty ohledně první instance elektronického počítače. V té době byl ENIAC, který vytvořil John Mauchly a J. Presper Eckert , považován za první počítač v moderním smyslu, ale v roce 1973 americký okresní soud zneplatnil patent ENIAC a dospěl k závěru, že vynálezci ENIAC odvodili předmět elektronického digitálního počítače od společnosti Atanasoff. Když bylo v polovině 70. let 20. století zrušeno utajení kolem vývoje počítačů Colossus, které předcházely ENIAC, během druhé světové války a Colossus byl popsán na konferenci v Los Alamos v Novém Mexiku v červnu 1976, John Mauchly a Konrad Zuse byl údajně ohromen.

Design a konstrukce

Schéma ABC poukazující na jeho různé součásti

Podle Atanasoffova účtu bylo několik klíčových principů Atanasoff -Berry Computer zkoncipováno v náhlém vhledu po dlouhé noční cestě na Rock Island, Illinois , v zimě 1937–38. Inovace ABC zahrnovaly elektronický výpočet, binární aritmetiku, paralelní zpracování , paměť regeneračních kondenzátorů a oddělení paměti a výpočetních funkcí. Mechanický a logický návrh vypracoval Atanasoff v průběhu příštího roku. Žádost o grant na vybudování prototypu konceptu konceptu byla podána v březnu 1939 na oddělení Agronomie, které se také zajímalo o zrychlení výpočtu pro ekonomickou a výzkumnou analýzu. Dalších 5 000 $ na financování stroje (ekvivalent 93 000 $ v roce 2020) pocházelo od neziskové výzkumné společnosti v New Yorku .

ABC byl postaven Atanasoffem a Berrym v suterénu budovy fyziky na Iowa State College v letech 1939–42. Počáteční prostředky byly uvolněny v září a prototyp 11 trubek byl poprvé předveden v říjnu 1939. Prosincová demonstrace vyvolala dotaci na stavbu stroje v plném rozsahu. ABC byl postaven a testován v průběhu příštích dvou let. Příběh z 15. ledna 1941 v Des Moines Register oznámil ABC jako „elektrický počítač“ s více než 300 elektronkami, které by „počítaly složité algebraické rovnice“ (ale neposkytovaly přesný technický popis počítače). Systém vážil více než sedm set liber (320 kg). Obsahoval přibližně 1 míli (1,6 km) drátu, 280 duálních triodových elektronek , 31 tyratronů a měl velikost stolu.

Nebyl to Turingův kompletní počítač, což ho odlišuje od obecnějších strojů stejné éry, jako jsou Konrad Zuse z roku 1941 Z3 a počítače Colossus z let 1943–45. Neimplementovala ani architekturu uloženého programu , poprvé implementovanou v Manchesteru Baby z roku 1948, požadovanou pro plně univerzální praktické výpočetní stroje.

Modul sčítání a odčítání (rekonstruovaný) z Atanasoff – Berry Computer

Stroj byl však první, kdo implementoval tři kritické myšlenky, které jsou stále součástí každého moderního počítače:

  1. Použití binárních číslic k reprezentaci všech čísel a dat
  2. Provádění všech výpočtů pomocí elektroniky, nikoli kol, rohatky nebo mechanických spínačů
  3. Organizace systému, ve kterém jsou oddělené výpočty a paměť .

Paměť počítače Atanasoff – Berry byl systém nazývaný paměť regeneračních kondenzátorů , který se skládal z dvojice bubnů, z nichž každý obsahoval 1600 kondenzátorů, které rotovaly na společném hřídeli jednou za sekundu. Kondenzátory na každém bubnu byly uspořádány do 32 „pásem“ po 50 (30 aktivních pásem a dva náhradní v případě, že kondenzátor selhal), což stroji poskytlo rychlost 30 přičítání/odčítání za sekundu. Data byla reprezentována jako 50bitová binární čísla s pevným bodem . Elektronika paměťových a aritmetických jednotek mohla uložit a pracovat na 60 takových číslech najednou (3000 bitů).

Střídavého proudu elektrické vedení frekvence 60 Hz byl primární frekvence taktů pro operace na nejnižší úrovni.

V aritmetické logické funkce byly plně elektronické, prováděna s elektronkami. Rodina logických bran se pohybovala od měničů po dvě a tři vstupní brány. Vstupní a výstupní úrovně a provozní napětí byly kompatibilní mezi různými branami. Každá brána se skládala z jednoho invertujícího elektronkového zesilovače, kterému předcházela vstupní síť s odporovým děličem, která definovala logickou funkci. Řídicí logické funkce, které potřebovaly fungovat pouze jednou za otáčení bubnu, a proto nevyžadovaly elektronickou rychlost, byly elektromechanické a byly implementovány s relé .

ALU fungovala vždy pouze s jedním bitem z každého čísla; držel bit carry/půjčit v kondenzátoru pro použití v dalším cyklu střídavého proudu.

Přestože byl počítač Atanasoff – Berry důležitým krokem oproti dřívějším počítacím strojům, nebyl schopen zcela automaticky projít celým problémem. K ovládání jeho funkcí byl zapotřebí operátor, podobně jako tehdejší elektromechanické kalkulačky a záznamové zařízení jednotek. Výběr operace, která má být provedena, čtení, zápis, převod na binární nebo desítkovou soustavu nebo z ní, nebo redukce sady rovnic, byla provedena pomocí přepínačů na předním panelu a v některých případech propojkami.

Existovaly dvě formy vstupu a výstupu: primární vstup a výstup uživatele a výstup a vstup pro průběžné výsledky. Úložiště průběžných výsledků umožňovalo provoz na příliš velkých problémech, než aby bylo možné je zcela zpracovat v elektronické paměti. (Největší problém, který bylo možné vyřešit bez použití přechodového výstupu a vstupu, byly dvě simultánní rovnice , což je triviální problém.)

Mezivýsledky byly binární, zapsané na listy papíru elektrostatickou úpravou odporu na 1500 místech, aby představovaly 30 z 50bitových čísel (jedna rovnice). Každý list bylo možné napsat nebo přečíst během jedné sekundy. Spolehlivost systému byla těmito jednotkami omezena na přibližně 1 chybu ze 100 000 výpočtů, což je přičítáno především nedostatečné kontrole materiálových charakteristik listů. Zpětně by řešením mohlo být přidání paritního bitu ke každému číslu, jak je zapsáno. Tento problém nebyl vyřešen v době, kdy Atanasoff opustil univerzitu kvůli práci související s válkou.

Primární vstup uživatele byl desetinný, pomocí standardních děrných karet IBM s 80 sloupci a výstup byl desetinný, a to prostřednictvím displeje na předním panelu.

Funkce

ABC byl navržen pro specifický účel, řešení soustav simultánních lineárních rovnic. Zvládl systémy s až devětadvaceti rovnicemi, což byl v té době obtížný problém. Problémy tohoto rozsahu se staly běžnými ve fyzice, oddělení, ve kterém John Atanasoff pracoval. Stroj mohl být napájen dvěma lineárními rovnicemi až s dvaceti devíti proměnnými a konstantním termínem a eliminovat jednu z proměnných. Tento proces by se opakoval ručně pro každou z rovnic, což by vedlo k systému rovnic s jednou menší proměnnou. Poté by se celý proces opakoval, aby se odstranila další proměnná.

George W. Snedecor , vedoucí odboru statistiky státu Iowa, byl velmi pravděpodobně prvním uživatelem elektronického digitálního počítače, který řešil matematické problémy v reálném světě. Mnoho z těchto problémů předložil Atanasoffovi.

Patentový spor

26. června 1947 byli J. Presper Eckert a John Mauchly první, kdo podal žádost o patent na digitální výpočetní zařízení ( ENIAC ), což Atanasoffovo překvapení velmi překvapilo. ABC byl vyšetřen Johnem Mauchlym v červnu 1941 a Isaac Auerbach, bývalý Mauchlyho student, tvrdil, že to ovlivnilo jeho pozdější práci na ENIAC, ačkoli Mauchly to popíral. Patent ENIAC byl vydán až v roce 1964 a v roce 1967 Honeywell žaloval Sperry Rand ve snaze prolomit patenty ENIAC a argumentoval, že ABC představuje dosavadní stav techniky . Spojené státy okresní soud pro okres Minnesota vydala svůj rozsudek 19. října 1973, najít v Honeywell v. Sperry Rand , že patent ENIAC byl derivát John Atanasoff jeho vynálezu.

Campbell-Kelly a Aspray uzavírají:

Do jaké míry Mauchly čerpal z Atanasoffových myšlenek, zůstává neznámé a důkazy jsou obrovské a konfliktní. ABC byla docela skromná technologie a nebyla plně implementována. Přinejmenším můžeme usoudit, že Mauchly viděl potenciální význam ABC a že ho to mohlo vést k návrhu podobného elektronického řešení.

Případ byl právně vyřešen 19. října 1973, kdy americký okresní soudce Earl R. Larson označil patent ENIAC za neplatný a rozhodl, že ENIAC odvodil mnoho základních myšlenek z počítače Atanasoff – Berry. Soudce Larson výslovně uvedl,

Eckert a Mauchly sami nejprve nevymysleli automatický elektronický digitální počítač, ale místo toho odvodili předmět od jednoho doktora Johna Vincenta Atanasoffa.

Herman Goldstine , jeden z původních vývojářů ENIAC, napsal:

Atanasoff uvažoval o uložení koeficientů rovnice do kondenzátorů umístěných na obvodu válce. Zjevně nechal prototyp svého stroje pracovat „počátkem roku 1940“. Je třeba zdůraznit, že tento stroj byl pravděpodobně prvním použitím elektronek k digitálnímu výpočtu a byl to stroj zvláštního určení. Tento stroj nikdy nespatřil světlo světa jako vážný nástroj pro výpočet, protože byl ve své inženýrské koncepci poněkud předčasný a logický omezený. Přesto to musí být považováno za velké průkopnické úsilí. Možná jeho hlavní význam byl ovlivnit myšlení jiného fyzika, který se velmi zajímal o výpočetní proces, Johna W. Mauchlyho. Během období Atanasoffovy práce na jeho řešiči lineárních rovnic byl Mauchly na Ursinus College, malé škole v okolí Philadelphie. Nějak se dozvěděl o Atanasoffově projektu a navštívil ho na týden v roce 1941. Během návštěvy se oba muži zjevně podrobně zabývali Atanasoffovými myšlenkami. Diskuse velmi ovlivnila Mauchlyho a jeho prostřednictvím celou historii elektronických počítačů.

Replika

Původní ABC byl nakonec rozebrán v roce 1948, kdy univerzita přeměnila suterén na učebny a všechny její kusy kromě jednoho paměťového bubnu byly vyřazeny.

V roce 1997 tým výzkumníků vedený Johnem Gustafsonem z Ames Laboratory (umístěný v kampusu státu Iowa) dokončil stavbu funkční repliky počítače Atanasoff – Berry za cenu 350 000 $ (ekvivalent 564 000 $ v roce 2020). Replika ABC byla k vidění v hale v prvním patře Durhamského centra pro výpočet a komunikaci na Iowské státní univerzitě a následně byla vystavena v Muzeu počítačové historie .

Viz také

Reference

Bibliografie

externí odkazy