Компьютер Атанасова – Берри - Atanasoff–Berry computer

Компьютер Атанасова – Берри (ABC)
Компьютер Атанасова-Берри в Центре Дурхума.jpg
Реплика компьютера Атанасофф-Берри в Даремском центре, Университет штата Айова
РазработчикДжон Винсент Атанасов с помощью аспиранта Клиффорд Берри
Дата выхода1942; 78 лет назад (1942)
Проданных единиц1
ЦПУБолее 300 вакуумные трубки @ 60 Гц
объем памяти3000 бит
ОтображатьДесятичный, через дисплей на передней панели
ВходДесятичный, через стандарт IBM 80-колонка перфокарты
Масса700 фунтов (320 кг)

В Компьютер Атанасова – Берри (ABC) был первым автоматическим электронным цифровой компьютер.[1] Ограниченное современными технологиями и исполнением, устройство оставалось малоизвестным. Приоритет ABC обсуждается историками компьютерных технологий, потому что он не был ни тем, ни другим. программируемый, ни Полный по Тьюрингу,[2] Первый настоящий программируемый и полный Тьюринг [3] Z3 (компьютер) и Колосс компьютер с 1941-45 использовала аналогичную клапанную технологию, что и ABC.

Обзор

Задуманная в 1937 году, машина построила Государственный колледж Айовы профессор математики и физики Джон Винсент Атанасов с помощью аспиранта Клиффорд Берри. Он был разработан только для решения систем линейные уравнения и был успешно испытан в 1942 году. Однако его механизм хранения промежуточных результатов, устройство записи / чтения бумажных карточек, не был усовершенствован, и когда Джон Винсент Атанасов покинул колледж штата Айова для выполнения заданий во время Второй мировой войны, работа над машиной была прекращена.[4] ABC впервые применила важные элементы современных вычислений, в том числе двоичная арифметика и электронное переключение элементы [5] но его целенаправленный характер и отсутствие изменчивой, сохраненная программа отличить его от современных компьютеров. Компьютер был обозначен IEEE Milestone в 1990 г.[6]

Компьютерная работа Атанасова и Берри не была широко известна до тех пор, пока не была открыта заново в 1960-х годах. патентные споры над первым экземпляром электронного компьютера. В то время ENIAC, созданный Джон Мочли и Дж. Преспер Эккерт,[7] считался первым компьютером в современном понимании,[нужна цитата ] но в 1973 году окружной суд США признал недействительным патент ENIAC и пришел к выводу, что изобретатели ENIAC заимствовали предмет электронного цифрового компьютера у Атанасова. Когда в середине 1970-х годов секретность британской войны во время Второй мировой войны Колосские компьютеры что предшествующий ENIAC, был отменен[8][9] и Колосс был описан на конференции в Лос-Аламос, Нью-Мексико в июне 1976 г. Джон Мочли и Конрад Зузе сообщалось, что были изумлены.[10]

Дизайн и конструкция

Схема ABC с указанием ее различных компонентов

Согласно отчету Атанасова, несколько ключевых принципов компьютера Атанасова-Берри были задуманы в результате внезапного озарения после долгой ночной поездки в Рок-Айленд, Иллинойс, зимой 1937–1938 гг. Нововведения ABC включали электронные вычисления, двоичную арифметику, параллельная обработка, регенеративная конденсаторная память, а также разделение памяти и вычислительных функций.[11] Механический и логический дизайн был разработан Атанасовым в течение следующего года. Заявка на грант на строительство доказательство концепции опытный образец был представлен в марте 1939 г. Агрономия отдел, который также был заинтересован в ускорении вычислений для экономического и исследовательского анализа. Дополнительное финансирование в размере 5000 долларов США (что эквивалентно 92000 долларов США в 2019 году) на завершение установки было получено от некоммерческой организации. Исследовательская корпорация из Нью-Йорк.[нужна цитата ]

Азбука была построена Атанасовым и Берри в подвале физического корпуса в Государственный колледж Айовы в 1939–42 гг. Первоначальные средства были выделены в сентябре, а опытный образец с 11 трубками был впервые продемонстрирован в октябре 1939 года. Декабрьская демонстрация потребовала получения гранта на строительство полномасштабной машины.[12][13] ABC был построен и испытан в течение следующих двух лет. Рассказ от 15 января 1941 г. Регистр Де-Мойна объявил ABC «электрическую вычислительную машину» с более чем 300 электронными лампами, которая «будет вычислять сложные алгебраические уравнения» (но не дал точного технического описания компьютера). Система весила более семисот фунтов (320 кг). Он содержал примерно 1,6 км провода, 280 двойных триодов. вакуумные трубки, 31 тиратроны, и был размером со стол.

Это не было Тьюринг завершен компьютер, что отличает его от более общих машин той же эпохи, таких как Конрад Зузе 1941 год Z3 и Колосские компьютеры 1943-45 гг. Он также не реализовал хранимая программная архитектура, впервые реализованный в Манчестер Бэби 1948 г., необходимый для полностью универсальных практических вычислительных машин.

Модуль сложения-вычитания (реконструирован) от Atanasoff – Berry Computer

Однако машина была первой, кто реализовал три важнейшие идеи, которые до сих пор являются частью каждого современного компьютера:

  1. С помощью двоичный цифры для представления всех чисел и данных
  2. Выполнение всех расчетов с использованием электроника а не колеса, трещотки или механические переключатели
  3. Организация системы, в которой вычисление и объем памяти разделены.

Память компьютера Атанасова – Берри представляла собой систему, названную регенеративная конденсаторная память, который состоял из пары барабанов по 1600 конденсаторы который вращался на общем валу один раз в секунду. Конденсаторы на каждом барабане были организованы в 32 «полосы» по 50 (30 активных полос и две запасные на случай отказа конденсатора), что давало машине скорость 30 сложений / вычитаний в секунду. Данные были представлены как 50-битные двоичные фиксированная точка числа. Электроника памяти и арифметические устройства могли хранить и обрабатывать 60 таких чисел одновременно (3000 бит).

В переменный ток частота линии электропередачи 60 Гц была основной тактовой частотой для операций нижнего уровня.

В функции арифметической логики были полностью электронными, реализованы на электронных лампах. Семья логические ворота варьировались от инверторов до двух и трех входных вентилей. Уровни входа и выхода, а также рабочие напряжения были совместимы между различными воротами. Каждый вентиль состоял из одного инвертирующего лампового усилителя, которому предшествовала входная цепь резисторного делителя, которая определяла логическую функцию. Функции логики управления, которые должны срабатывать только один раз за один оборот барабана и, следовательно, не требуют электронной скорости, были электромеханическими, реализованными с помощью реле.

ALU работал только с одним битом каждого числа за раз; он сохранил 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 выполнять всю задачу. Оператор был необходим для управления переключателями управления, чтобы настроить его функции, так же, как электромеханические вычислители и единичное записывающее оборудование времени. Выбор выполняемой операции, чтение, запись, преобразование из двоичного в десятичное или сокращение набора уравнений производились переключателями на передней панели и, в некоторых случаях, перемычками.

Было две формы ввода и вывода: первичный ввод и вывод пользователя и вывод и ввод промежуточных результатов. Хранение промежуточных результатов позволяло работать с задачами слишком большого размера, чтобы полностью обрабатывать их в электронной памяти. (Самая большая проблема, которую можно было решить без использования промежуточных выходных и входных данных, заключалась в двух одновременные уравнения, тривиальная проблема.)

Промежуточные результаты были двоичными, записанными на листы бумаги путем электростатического изменения сопротивления в 1500 точках, чтобы представить 30 из 50-битных чисел (одно уравнение). Каждый лист можно было написать или прочитать за одну секунду. Надежность системы ограничивалась примерно 1 ошибкой на 100 000 расчетов этими подразделениями, в первую очередь из-за отсутствия контроля характеристик материала листов. Оглядываясь назад, можно было бы добавить бит четности к каждому записанному числу. Эта проблема не была решена к тому времени, когда Атанасов покинул университет для работы на войне.

Основной пользовательский ввод был десятичным, через стандартный IBM 80-колонка перфокарты и вывод был десятичным, через дисплей передней панели.

Функция

ABC был разработан для конкретной цели, решения систем одновременных линейных уравнений. Он мог обрабатывать системы, содержащие до двадцати девяти уравнений, что для того времени было сложной задачей. Проблемы такого масштаба становились обычным явлением в физике, в отделе, в котором работал Джон Атанасов. В машину можно было ввести два линейных уравнения с двадцатью девятью переменными и постоянным членом и исключить одну из переменных. Этот процесс будет повторяться вручную для каждого из уравнений, что приведет к системе уравнений с одной переменной меньше. Затем весь процесс будет повторяться для исключения другой переменной.

Джордж В. Снедекор, глава статистического управления штата Айова, весьма вероятно, был первым пользователем электронного цифрового компьютера, который решал реальные математические задачи. Он отправил многие из этих задач Атанасову.[15]

Патентный спор

26 июня 1947 г. Дж. Преспер Эккерт и Джон Мочли первыми подали заявку на патент на цифровое вычислительное устройство (ENIAC ), к большому удивлению Атанасова. ABC исследовали Джон Мочли в июне 1941 года и Исаак Ауэрбах,[16] бывший студент Мочли утверждал, что это повлияло на его более позднюю работу над ENIAC, хотя Мочли отрицал это.[17] Патент ENIAC не выдавался до 1964 г., а к 1967 г. Honeywell подал в суд Сперри Рэнд в попытке нарушить патенты ENIAC, утверждая, что ABC составляет предшествующий уровень техники. В Окружной суд США округа Миннесота опубликовал свое решение 19 октября 1973 г., найдя в Ханиуэлл против Сперри Рэнд что патент ENIAC является производным от изобретения Джона Атанасова.

Кэмпбелл-Келли и Аспрей заключают:

Степень, в которой Мочли опирался на идеи Атанасова, остается неизвестной, а свидетельства массивны и противоречивы. ABC была довольно скромной технологией, и она не была реализована полностью. По крайней мере, мы можем сделать вывод, что Мочли видел потенциальное значение ABC и что это могло привести его к предложению аналогичного электронного решения.[18]

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 Мочли не были первыми изобрели автоматический электронный цифровой компьютер, но вместо этого заимствовали этот предмет у некоего доктора Джона Винсента Атанасова.

Герман Голдстайн, один из первых разработчиков ENIAC написал:

Атанасов намеревался сохранить коэффициенты уравнения в конденсаторах, расположенных на периферии цилиндра. Очевидно, у него был прототип своей машины, работающей «в начале 1940 года». Следует подчеркнуть, что эта машина была, вероятно, первой машиной, использовавшей электронные лампы для выполнения цифровых вычислений, и была машиной специального назначения. Эта машина никогда не видела свет в качестве серьезного инструмента для вычислений, поскольку она была несколько преждевременной в своей разработке. концепция и ограничена в своем логическом. Тем не менее, это следует рассматривать как великое новаторское усилие. Возможно, его главное значение состояло в том, чтобы повлиять на мышление другого физика, который очень интересовался вычислительным процессом, Джона У. Мочли. В период работы Атанасова над своим решателем 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, вошли в идеи Атанасова во многих деталях. Дискуссия сильно повлияла на Мочли и через него на всю историю электронных компьютеров.[19]

Реплика

Оригинальный ABC был разобран в 1948 году.[20] когда университет переоборудовал подвал в классные комнаты, и все его части, кроме одного барабана памяти, были выброшены.

В 1997 году группа исследователей под руководством Джон Густафсон из Лаборатория Эймса (расположенный в кампусе штата Айова) завершил строительство действующей копии компьютера Атанасофф-Берри стоимостью 350 000 долларов (что эквивалентно 557 000 долларов в 2019 году). Реплика ABC сейчас находится в постоянной экспозиции в вестибюле первого этажа Даремского центра вычислений и коммуникаций Университета штата Айова.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «JVA - История вычислений». Джон Винсент Атанасов и рождение электронных цифровых вычислений. Инициативный комитет JVA и Университет штата Айова. 2011 г.
  2. ^ Коупленд, Б. Джек (6 апреля 2018 г.). Залта, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии. Лаборатория метафизических исследований, Стэнфордский университет. Получено 6 апреля 2018 - через Стэнфордскую энциклопедию философии.
  3. ^ https://www.iacr.org/archive/eurocrypt2000/1807/18070423-new.pdf
  4. ^ Коупленд, Джек (2006), Колосс: Секреты компьютеров для взлома кода в Блетчли-парке, Оксфорд: Oxford University Press, стр. 101–115, ISBN  0-19-284055-X
  5. ^ Кэмпбелл-Келли и Аспрей 1996, п. 84.
  6. ^ "Вехи: компьютер Атанасова-Берри, 1939". Сеть глобальной истории IEEE. IEEE. Получено 3 августа 2011.
  7. ^ Джон Преспер Эккерт-младший и Джон В. Мочли, электронный числовой интегратор и компьютер, Патент США 3120606 , поданной 26 июня 1947 г., выданной 4 февраля 1964 г. и признанной недействительной 19 октября 1973 г. после постановления суда от Ханиуэлл против Сперри Рэнд.
  8. ^ Рэнделл, Брайан, Колосс: Крестный отец компьютера, 1977 (перепечатано в Истоки цифровых компьютеров: избранные статьи, Springer-Verlag, Нью-Йорк, 1982 г.)
  9. ^ Рэнделл, Брайан (1980), "Колосс" (PDF), в Метрополис, Н.; Хоулетт, Дж.; Рота, Джан-Карло (ред.), История вычислений в двадцатом веке, стр.47–92, ISBN  978-0124916500, получено 2016-09-19
  10. ^ Бемер, Боб, Колосс - Компьютер времен Второй мировой войны: первый текстовый процессор, заархивировано из оригинал на 2000-08-19, получено 2020-07-16 Отчет об объявлении Колосса на Международной исследовательской конференции по истории вычислительной техники в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, которая началась 10 июня 1976 г.[мертвая ссылка ]
  11. ^ «История вычислительной техники». mason.gmu.edu. Получено 6 апреля 2018.
  12. ^ Молленхофф, Кларк Р. (1988), Атанасов: забытый отец компьютера, Эймс: Издательство государственного университета Айовы, стр.47, 48, ISBN  0-8138-0032-3
  13. ^ Хадсон, Дэвид; Бергман, Марвин; Хортон, Лорен (2009). Биографический словарь Айовы. Университет Айовы Пресс. п. 22. ISBN  9781587297243.
  14. ^ Джон Густафсон.«Реконструкция ЭВМ Атанасова-Берри».quote: «общее количество электронных ламп было очень низким: около 300 для всей машины. Большая часть этой экономии является результатом работы только с одним битом каждого числа за раз, сохраняя бит переноса / заимствования в конденсаторе в течение использовать в следующем цикле ".
  15. ^ Рохас, Рауль (2002). Первые компьютеры: история и архитектура. MIT Press. п. 102. ISBN  0-262-68137-4.
  16. ^ 1921–1992, Ауэрбах, Исаак Л. (Исаак Левин) (1 октября 1992 г.). «Устное интервью истории с Исааком Левином Ауэрбахом». umn.edu. Получено 6 апреля 2018.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  17. ^ Шуркин, Джоэл Н. (1985), Двигатели разума (Репринтное издание (1 августа 1985 г.) изд.), Pocket Books, стр.280–299, ISBN  978-0671600365
  18. ^ Кэмпбелл-Келли и Аспрей 1996, п. 86.
  19. ^ Герман Голдстайн, «Компьютер от Паскаля до фон Неймана», 1972; стр.125-126
  20. ^ Солтис, Фрэнк Г. (2001). Крепость Рочестер: внутренняя история IBM ISeries. Система iNetwork. п. 364. ISBN  9781583040836.

Библиография

внешняя ссылка