Компьютер Атанасова – Берри
 Реплика компьютера Атанасова-Берри в Даремском центре, Университет штата Айова | |
| Разработчик | Джон Винсент Атанасов с помощью аспиранта Клиффорда Берри |
|---|---|
| Дата выпуска | 1942 год |
| Продано единиц | 1 |
| Процессор | Более 300 электронных ламп с частотой 60 Гц. |
| Память | 3000 бит |
| Отображать | Десятичный, через дисплей на передней панели |
| Вход | Десятичное число, с помощью стандартных IBM с 80 столбцами. перфокарт |
| Масса | 700 фунтов (320 кг) |
Компьютер Атанасова-Берри ( ABC ) был первым автоматическим электронным цифровым компьютером . [ 1 ] Ограниченное технологиями того времени и исполнением, устройство осталось несколько неясным. Приоритет ABC обсуждается среди историков компьютерных технологий, поскольку он не был ни программируемым , ни полным по Тьюрингу . [ 2 ] Условно ABC можно считать первым электронным АЛУ ( арифметико-логическим устройством ), которое интегрировано в конструкцию каждого современного процессора.
Его уникальным вкладом было ускорение вычислений, поскольку он первым начал использовать электронные лампы для выполнения арифметических вычислений. До этого более медленные электромеханические методы использовались Конрада Цузе и компьютером Z1 одновременно разработанным Гарвардским Mark I. Первая электронная программируемая цифровая машина. [ 3 ] Компьютер Colossus с 1943 по 1945 год использовал ту же ламповую технологию, что и ABC.
Обзор
[ редактировать ]Задуманная в 1937 году машина была построена Колледжа штата Айова профессором математики и физики Джоном Винсентом Атанасовым при помощи аспиранта Клиффорда Берри . Он был разработан только для решения систем линейных уравнений и был успешно испытан в 1942 году. Однако его механизм хранения промежуточных результатов, устройство записи/считывания бумажных карточек, не был усовершенствован, и когда Джон Винсент Атанасов покинул колледж штата Айова для выполнения заданий во время Второй мировой войны. , работы над машиной были прекращены. [ 4 ] Компания ABC стала пионером в важных элементах современных вычислений, включая двоичную арифметику и электронного переключения . элементы [ 5 ] но его специализированный характер и отсутствие изменяемой хранимой программы отличают его от современных компьютеров. В 1990 году компьютер был признан вехой IEEE . [ 6 ]
Компьютерные работы Атанасова и Берри не были широко известны до тех пор, пока они не были вновь открыты в 1960-х годах на фоне патентных споров по поводу первого экземпляра электронного компьютера. В то время ЭНИАК , созданный Джоном Мочли и Дж. Преспером Эккертом , [ 7 ] считался первым компьютером в современном понимании, [ нужна ссылка ] но в 1973 году окружной суд США признал патент ENIAC недействительным и пришел к выводу, что изобретатели ENIAC получили предмет электронного цифрового компьютера от Атанасова. Когда в середине 1970-х годов была снята тайна, окружавшая британскую разработку во время Второй мировой войны компьютеров Colossus , предшествовавших ENIAC, [ 8 ] [ 9 ] и Колосс был описан на конференции в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико , в июне 1976 года. Сообщается, что Джон Мокли и Конрад Цузе были поражены. [ 10 ]
Проектирование и строительство
[ редактировать ]
Согласно рассказу Атанасова, несколько ключевых принципов компьютера Атанасова-Берри были задуманы в результате внезапного озарения после долгой ночной поездки в Рок-Айленд, штат Иллинойс , зимой 1937–38 годов. Инновации ABC включали электронные вычисления, двоичную арифметику, параллельную обработку , регенеративную конденсаторную память и разделение функций памяти и вычислений. [ 11 ] Механическая и логическая конструкция была разработана Атанасовым в течение следующего года. Заявка на грант на создание прототипа для проверки концепции была подана в марте 1939 года в отдел агрономии , который также был заинтересован в ускорении вычислений для экономического и исследовательского анализа. Дополнительное финансирование в размере 5000 долларов США (что эквивалентно 110 000 долларов США в 2023 году) на доработку машины поступило от некоммерческой исследовательской корпорации Нью -Йорка . [ нужна ссылка ]
ABC был построен Атанасовым и Берри в подвале физического корпуса Колледжа штата Айова в 1939–1942 годах. Первоначальные средства были выделены в сентябре, а прототип с 11 трубками был впервые продемонстрирован в октябре 1939 года. Декабрьская демонстрация привела к выделению гранта на строительство полномасштабной машины. [ 12 ] [ 13 ] ABC был построен и испытан в течение следующих двух лет. Статья в Des Moines Register от 15 января 1941 года объявила ABC «электрической вычислительной машиной» с более чем 300 электронными лампами, которая «вычисляет сложные алгебраические уравнения» (но не давала точного технического описания компьютера). Система весила более семисот фунтов (320 кг). Он содержал примерно 1 милю (1,6 км) провода, 280 электронных ламп с двумя триодами , 31 тиратрон и был размером примерно с письменный стол.
Он не поддавался программированию, что отличает его от более общих машин той же эпохи, таких как Конрада Цузе 1941 года Z3 (или более ранние версии) и компьютеры Colossus 1943–1945 годов. Он также не реализовал архитектуру хранимых программ , впервые реализованную в Manchester Baby 1948 года, необходимую для практических вычислительных машин общего назначения.
Однако машина была первой, в которой реализовано:
- Использование электронных ламп вместо колес, храповых механизмов, механических переключателей или телефонных реле, что обеспечивает большую скорость, чем предыдущие компьютеры.
- Использование конденсаторов для памяти, а не механических компонентов, что обеспечивает большую скорость и плотность.
Память компьютера Атанасова-Берри представляла собой систему, называемую регенеративной конденсаторной памятью , которая состояла из пары барабанов, каждый из которых содержал 1600 конденсаторов , которые вращались на общем валу один раз в секунду. Конденсаторы на каждом барабане были организованы в 32 «полосы» по 50 штук (30 активных полос и две запасные на случай отказа конденсатора), что давало машине скорость 30 сложений/вычитаний в секунду. Данные были представлены в виде 50-битных двоичных чисел с фиксированной запятой . Электроника памяти и арифметических блоков могла хранить и обрабатывать одновременно 60 таких чисел (3000 бит).
Частота переменного тока сети 60 Гц была основной тактовой частотой для операций самого низкого уровня.
Арифметико -логические функции были полностью электронными и реализованы на электронных лампах. Семейство логических вентилей варьировалось от инверторов до вентилей с двумя и тремя входами. Входные и выходные уровни, а также рабочие напряжения различных вентилей были совместимы. Каждый вентиль состоял из одного инвертирующего лампового усилителя, которому предшествовала входная сеть резисторного делителя, определяющая логическую функцию. Логические функции управления, которые должны были срабатывать только один раз за оборот барабана и, следовательно, не требовали электронной скорости, были электромеханическими и реализовывались с помощью реле .
АЛУ оперировало только одним битом каждого числа одновременно ; он сохранял бит переноса/заимствования в конденсаторе для использования в следующем цикле переменного тока. [ 14 ]
Хотя компьютер Атанасова-Берри был важным шагом вперед по сравнению с более ранними вычислительными машинами, он не мог полностью автоматически решить всю задачу. Для настройки его функций требовался оператор, который управлял переключателями управления, во многом подобно электромеханическим калькуляторам и записывающему оборудованию того времени. Выбор выполняемой операции, чтения, записи, преобразования двоичного числа в десятичное или обратно или сокращения набора уравнений осуществлялся с помощью переключателей на передней панели и, в некоторых случаях, перемычек.
Существовало две формы ввода и вывода: основной пользовательский ввод и вывод и вывод и ввод промежуточных результатов. Хранение промежуточных результатов позволяло работать над проблемами, слишком большими, чтобы их можно было полностью решить в электронной памяти. (Самая большая проблема, которую можно было решить без использования промежуточных выходных и входных данных, — это два одновременных уравнения , тривиальная задача.)
Промежуточные результаты были двоичными и записывались на листы бумаги путем электростатического изменения сопротивления в 1500 местах, чтобы представить 30 из 50-битных чисел (одно уравнение). Каждый лист можно было написать или прочитать за одну секунду. Надежность системы была ограничена примерно 1 ошибкой на 100 000 расчетов этих подразделений, что в первую очередь связано с отсутствием контроля характеристик материала листов. Оглядываясь назад, можно сказать, что решением могло бы стать добавление бита четности к каждому записанному числу. Эта проблема не была решена к тому времени, когда Атанасов покинул университет ради работы, связанной с войной.
Первичный пользовательский ввод был десятичным, через стандартные IBM с 80 столбцами перфокарты , а вывод был десятичным, через дисплей на передней панели.
Функция
[ редактировать ]Азбука была создана для конкретной цели – решения систем одновременных линейных уравнений. Он мог обрабатывать системы, содержащие до 29 уравнений, что для того времени было сложной задачей. Проблемы такого масштаба становились обычным явлением в физике, отделе, в котором работал Джон Атанасов. В машину можно было ввести два линейных уравнения, содержащих до 29 переменных и постоянный член, и исключить одну из переменных. Этот процесс будет повторяться вручную для каждого из уравнений, в результате чего получится система уравнений с на одну переменную меньше. Затем весь процесс повторялся, чтобы исключить еще одну переменную.
Джордж Снедекор , глава Статистического департамента штата Айова, скорее всего, был первым пользователем электронного цифрового компьютера, решавшим реальные математические задачи. Многие из этих задач он передал Атанасову. [ 15 ]
Патентный спор
[ редактировать ]26 июня 1947 года Дж. Преспер Эккерт и Джон Мочли первыми подали заявку на патент на цифровое вычислительное устройство ( ЭНИАК ), к большому удивлению Атанасова. ABC исследовали Джон Мочли в июне 1941 года и Исаак Ауэрбах. [ 16 ] бывший ученик Мочли, утверждал, что это повлияло на его более позднюю работу над ENIAC, хотя Мочли отрицал это. [ 17 ] Патент ENIAC не был выдан до 1964 года, а к 1967 году компания Honeywell подала в суд на Сперри Рэнд в попытке нарушить патенты ENIAC, утверждая, что ABC представляет собой предшествующий уровень техники . Окружной суд США по округу Миннесота вынес свое решение 19 октября 1973 года, установив в деле Honeywell против Сперри Рэнда , что патент ENIAC был производным от изобретения Джона Атанасова.
Кэмпбелл-Келли и Эспрей заключают: [ 18 ]
Степень, в которой Мочли опирался на идеи Атанасова, остается неизвестной, а доказательства огромны и противоречивы. ABC была довольно скромной технологией и не была полностью реализована. По крайней мере, мы можем сделать вывод, что Мокли увидел потенциальное значение ABC и что это могло побудить его предложить аналогичное электронное решение.
Дело было юридически разрешено 19 октября 1973 года, когда окружной судья США Эрл Р. Ларсон признал патент ENIAC недействительным, постановив, что ENIAC заимствовал многие основные идеи из компьютера Атанасова-Берри. Судья Ларсон прямо заявил:
Эккерт и Моучли не сами изобрели автоматический электронный цифровой компьютер, а заимствовали эту тему у некоего доктора Джона Винсента Атанасова.
Герман Голдстайн , один из первых разработчиков ENIAC, писал: [ 19 ]
Атанасов предполагал хранить коэффициенты уравнения в конденсаторах, расположенных на периферии цилиндра. По-видимому, у него был прототип его машины, работавший «в начале 1940 года». Следует подчеркнуть, что эта машина была, вероятно, первым применением электронных ламп для выполнения цифровых вычислений и представляла собой машину специального назначения. Эта машина так и не увидела свет как серьезный инструмент для вычислений, поскольку ее инженерная концепция была несколько преждевременной и ограниченной в логической. Тем не менее, это следует рассматривать как великую новаторскую попытку. Возможно, его главное значение заключалось в том, чтобы повлиять на мышление другого физика, очень интересовавшегося вычислительным процессом, Джона В. Мочли. В период работы Атанасова над своей программой для решения линейных уравнений Мочли учился в Урсинус-колледже, небольшой школе в окрестностях Филадельфии. Каким-то образом он узнал о проекте Атанасова и посетил его на неделю в 1941 году. Во время визита двое мужчин, очевидно, подробно изучили идеи Атанасова. Эта дискуссия оказала большое влияние на Мокли, а через него и на всю историю электронных компьютеров.
Реплика
[ редактировать ]Оригинальный ABC в конечном итоге был разобран в 1948 году. [ 20 ] когда университет переоборудовал подвал в классы, и все его части, за исключением одного барабана памяти, были выброшены.
В 1997 году группа исследователей под руководством доктора Делвина Блюма и Джона Густафсона из лаборатории Эймса (расположенной в кампусе Университета штата Айова) завершила создание рабочей копии компьютера Атанасова-Берри стоимостью 350 000 долларов (что эквивалентно 664 000 долларов в 2023 году). ). [ 21 ] Реплика ABC была выставлена в вестибюле первого этажа Даремского центра вычислений и коммуникаций Университета штата Айова, а затем была выставлена в Музее истории компьютеров . [ 22 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «JVA — История вычислений» . Джон Винсент Атанасов и рождение электронных цифровых вычислений . Инициативный комитет JVA и Университет штата Айова. 2011.
- ^ Коупленд, Б. Джек (6 апреля 2018 г.). Залта, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии . Лаборатория метафизических исследований Стэнфордского университета . Проверено 6 апреля 2018 г. - из Стэнфордской энциклопедии философии.
- ^ Колосс и немецкий Лоренц Сайфер . Энтони Сейл, Фонд Блетчли Парк .
- ^ Коупленд, Джек (2006), Колосс: Секреты компьютеров для взлома кодов Блетчли-Парка , Оксфорд: Oxford University Press , стр. 101–115, ISBN 0-19-284055-Х
- ^ Кэмпбелл-Келли и Аспрей 1996 , стр. 84.
- ^ «Вехи: Компьютер Атанасова-Берри, 1939» . Сеть глобальной истории IEEE . ИИЭЭ . Проверено 3 августа 2011 г.
- ^ Джон Преспер Эккерт-младший и Джон В. Мочли, Электронный числовой интегратор и компьютер, патент США № 3,120,606 , подан 26 июня 1947 года, выдан 4 февраля 1964 года и признан недействительным 19 октября 1973 года после решения суда по делу Honeywell против Сперри Рэнда .
- ^ Рэнделл, Брайан , Колосс: Крестный отец компьютера , 1977 (перепечатано в The Origins of Digital Computers: Selected Papers , Springer-Verlag , Нью-Йорк, 1982)
- ^ Рэнделл, Брайан (1980), «Колосс» (PDF) , в Метрополисе, Северная Каролина ; Хоулетт, Дж .; Рота, Джан-Карло (ред.), История вычислений в двадцатом веке , стр. 47–92 , ISBN 978-0124916500 , получено 19 сентября 2016 г.
- ^ Бемер, Боб , Colossus – Компьютер времен Второй мировой войны: первый текстовый процессор , заархивировано из оригинала 19 августа 2000 г. , получено 16 июля 2020 г. Отчет об анонсе Colossus на Международной исследовательской конференции по истории вычислений, в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, который начался 10 июня 1976 года.
- ^ «История вычислительной техники» . mason.gmu.edu . Проверено 6 апреля 2018 г.
- ^ Молленхофф, Кларк Р. (1988), Атанасов: забытый отец компьютера , Эймс: Издательство Университета штата Айова, стр. 47, 48 , ISBN 0-8138-0032-3
- ^ Хадсон, Дэвид; Бергман, Марвин; Хортон, Лорен (2009). Биографический словарь Айовы . Университет Айовы Пресс. п. 22. ISBN 9781587297243 .
- ^ Джон Густавсон. «Реконструкция компьютера Атанасова-Берри» . Цитата: «Общее количество электронных ламп было очень низким: около 300 на всю машину. Большая часть этой экономии является результатом работы только с одним битом каждого числа за раз, сохраняя бит переноса/заимствования в конденсаторе для использования». в следующем цикле».
- ^ Рохас, Рауль (2002). Первые компьютеры: история и архитектура . МТИ Пресс. п. 102. ИСБН 0-262-68137-4 .
- ^ Ауэрбах, Исаак Л. (Исаак Левин) (1 октября 1992 г.). «Устное историческое интервью с Исааком Левином Ауэрбахом» . umn.edu . Проверено 6 апреля 2018 г.
- ^ Шуркин, Джоэл Н. (1985), «Машины разума» (переиздание (1 августа 1985 г.), издание), Pocket Books, стр. 280–299 , ISBN 978-0671600365
- ^ Кэмпбелл-Келли и Аспрей 1996 , стр. 86.
- ^ Герман Голдстайн, «Компьютер от Паскаля до фон Неймана», 1972; стр. 125–126.
- ^ Солтис, Фрэнк Г. (2001). Крепость Рочестер: внутренняя история IBM ISeries . Система iNetwork. п. 364. ИСБН 9781583040836 .
- ^ «Реконструкция АВЦ, 1994-1997» (Пресс-релиз). Университет штата Айова и Инициативный комитет Джона Винсента Атанасова. 2011.
- ^ Крапфл, Майк (2010). «Реплика первого электронного цифрового компьютера штата Айова будет выставлена в Музее истории компьютеров» (PDF) . Соединения ECpE . Эймс, Айова: Факультет электротехники и вычислительной техники Университета штата Айова. п. 5. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 26 ноября 2020 г.
Библиография
[ редактировать ]- Кэмпбелл-Келли, Мартин ; Эспрей, Уильям (1996), Компьютер: история информационной машины , Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Basic Books , ISBN 0-465-02989-2
- Эдвардс, Джон (22 ноября 2010 г.), «Джон Атанасов и Клиффорд Берри: изобретение ABC, эталонного цифрового компьютера» , Electronic Design , 58 (16): 58–59
- Макинтош, Аллан Р. (август 1988 г.), «Компьютер доктора Атанасова» , Scientific American , vol. 259, нет. 2, стр. 90–96, Bibcode : 1988SciAm.259b..90M , doi : 10.1038/scientificamerican0888-90 , PMID 3064298 , заархивировано из оригинала 24 мая 2024 г.
- О'Реган, Джерард (2012), Краткая история вычислений (2-е изд.), Нью-Йорк: Springer, ISBN 978-1-4471-2358-3
- Ралстон, Энтони; Рейли, Эдвин Д., ред. (1993), Энциклопедия компьютерных наук (3-е изд.), Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд, ISBN 0-442-27679-6