La historia de las computadoras electrónicas, Parte 1: Prólogo

Como vimos en un artículo anterior , los ingenieros de radio y teléfono, en busca de amplificadores más potentes, abrieron un nuevo campo tecnológico, que rápidamente se denominó electrónica. El amplificador electrónico podría convertirse fácilmente en un interruptor digital, que funciona a una velocidad mucho mayor que su pariente electromecánico: un relé telefónico. Debido a la falta de piezas mecánicas, la lámpara electrónica podría encenderse y apagarse en un microsegundo o incluso más rápido, y no en las decenas de milisegundos o más requeridas por el relé.

De 1939 a 1945, se crearon tres computadoras sobre la base de estos nuevos componentes electrónicos. Las fechas de su construcción no coinciden casualmente con el período de la Segunda Guerra Mundial. Este conflicto, que no tenía análogos en la historia por la forma en que atraía a las personas al yugo del carro de guerra, cambió para siempre la relación entre ambos estados y entre la ciencia y la tecnología, y también trajo una gran cantidad de nuevos dispositivos al mundo.

Las historias de las tres primeras computadoras electrónicas están entrelazadas con la guerra. El primero se dedicó a descifrar mensajes alemanes, y permaneció bajo el secreto hasta la década de 1970, cuando ya no era de ningún interés más que histórico. El segundo, del que la mayoría de los lectores debería haber oído hablar, fue ENIAC, una calculadora militar que se completó demasiado tarde para ayudar en la guerra. Pero aquí vemos la primera de las tres máquinas, una creación de John Vincent Atanasov .

Atanasov

En 1930, Atanasov, hijo nacido en Estados Unidos de un emigrante de la Bulgaria otomana , finalmente logró su sueño juvenil y se convirtió en un físico teórico. Pero, como con la mayoría de estas aspiraciones, la realidad no era lo que él esperaba. En particular, como la mayoría de los estudiantes de ingeniería y ciencias físicas de la primera mitad del siglo XX, Atanasov tuvo que sufrir las penosas cargas de la informática constante. Su disertación en la Universidad de Wisconsin sobre polarización con helio requirió ocho semanas de tediosa computación con una calculadora de escritorio mecánica.


John Atanasov en su juventud

Para 1935, ya profesor en la Universidad de Iowa, Atanasov decidió hacer algo al respecto. Comenzó a descubrir formas posibles de construir una computadora nueva y más poderosa. Rechazando los métodos analógicos (como el analizador diferencial MIT) por razones de limitación e inexactitud, decidió construir una máquina digital que funcionara con números como valores discretos y no como mediciones continuas. Desde su juventud, estaba familiarizado con el sistema de números binarios y entendió que se adapta mucho mejor a la estructura del tipo de encendido / apagado del interruptor digital que los números decimales habituales. Entonces decidió hacer una máquina binaria. Y finalmente, decidió que para ser el más rápido y flexible, debería ser electrónico y usar lámparas electrónicas para los cálculos.

Atanasov necesitaba determinar el espacio de tareas: ¿para qué cálculos su computadora debería haber sido adecuada? Al final, decidió que resolvería sistemas lineales de ecuaciones, reduciéndolos a una sola variable (usando el método de Gauss ), los mismos cálculos que prevalecieron en su disertación. Soportará hasta treinta ecuaciones, hasta treinta variables en cada una. Tal computadora podría resolver problemas importantes para científicos e ingenieros, y al mismo tiempo no parecería increíblemente complicado.

Obra de arte

A mediados de la década de 1930, la tecnología electrónica había alcanzado una enorme variedad en comparación con las fuentes que aparecieron 25 años antes. Dos desarrollos fueron especialmente adecuados para el proyecto de Atanasov: un relé-disparador y un medidor electrónico.

Desde el siglo XIX, los ingenieros de telégrafos y teléfonos tenían a su disposición un dispositivo conveniente llamado interruptor. Un interruptor es un relé biestable que utiliza imanes permanentes para mantenerlo en el estado en que lo dejó, abierto o cerrado, hasta que recibe una señal eléctrica para cambiar de estado. Pero los tubos de electrones no eran capaces de ello. No tenían un componente mecánico, y podían estar "abiertos" o "cerrados" mientras la electricidad fluía o no fluía a lo largo del circuito. En 1918, dos físicos británicos, William Ackles y Frank Jordan, conectaron las dos lámparas con cables para que obtuvieran un "disparador de relé", un relé electrónico que siempre permanece encendido después de encenderse desde el pulso inicial. Ackles y Jordan crearon su sistema de telecomunicaciones para el Almirantazgo británico al final de la Primera Guerra Mundial. Pero el circuito de Ackles-Jordan, que más tarde se conoció como un disparador [eng. flip-flop] podría considerarse como un dispositivo para almacenar un dígito binario - 1, si se transmite la señal, y 0 en otro caso. De esta manera, a través de n disparadores, uno podría representar un número binario de n bits.

Unos diez años después del disparo, hubo un segundo gran avance en la electrónica, que se enfrentó al mundo de la informática: los medidores electrónicos. Y nuevamente, como sucedió a menudo en la historia temprana de la informática, el aburrimiento se convirtió en la madre de la invención. Los físicos que estudiaron la radiación de partículas subatómicas tuvieron que escuchar clics o pasar horas estudiando registros fotográficos, contando el número de detecciones para medir la velocidad de la radiación de partículas por diversas sustancias. Los contadores mecánicos o electromecánicos presentaron una oportunidad tentadora para facilitar estas acciones, pero se movieron muy lentamente: no pudieron registrar muchos eventos que ocurrieron con una diferencia de milisegundos.

La figura clave para resolver este problema fue Charles Eril Wynn-Williams , quien trabajó bajo la dirección de Ernest Rutherford en el Laboratorio Cavendish en Cambridge. Wynn-Williams manejó hábilmente la electrónica y ya usaba lámparas (o válvulas, como se llamaban en Gran Bretaña) para crear amplificadores, gracias a lo cual era posible escuchar eventos que ocurrían con partículas. A principios de la década de 1930, se dio cuenta de que las válvulas podían usarse para crear un contador, al que llamó un "contador de escala binaria", es decir, un contador binario. De hecho, se trataba de un conjunto de disparadores que podían transferir interruptores hacia arriba de la cadena (en la práctica, usaba tirtrones , tipos de lámparas que no contienen vacío, sino gas, que podrían permanecer en la posición de encendido después de que el gas se haya ionizado por completo).

El contador Wynn-Williams ingresó rápidamente al conjunto de dispositivos de laboratorio necesarios para todos los involucrados en la física de partículas. Los físicos construyeron contadores muy pequeños, a menudo con tres caracteres cada uno (es decir, capaces de contar hasta siete). Esto fue suficiente para crear un búfer para un contador mecánico lento y para registrar eventos que ocurren más rápido de lo que un contador con partes mecánicas que se mueven lentamente podría registrarlos.



Pero en teoría, tales contadores podrían ampliarse a números de tamaño arbitrario o precisión. Estas fueron, estrictamente hablando, las primeras máquinas de cálculo electrónico digital.

Computadora Atanasov-Berry

Atanasov estaba familiarizado con esta historia, que lo convenció de la posibilidad de construir una computadora electrónica. Pero no utilizó directamente contadores binarios o disparadores. Al principio, trató de usar contadores ligeramente cambiados para la base del sistema de conteo; después de todo, ¿qué es la suma, como contar sin repetir? Pero por alguna razón, no pudo hacer que los circuitos de conteo fueran lo suficientemente confiables, y tuvo que desarrollar sus propios esquemas de suma y multiplicación. No podía usar disparadores para el almacenamiento temporal de números binarios, ya que tenía un presupuesto limitado y se estableció un objetivo ambicioso para almacenar simultáneamente treinta coeficientes. Como veremos pronto, esta situación ha tenido graves consecuencias.

Para 1939, Atanasov terminó de diseñar su computadora. Ahora necesitaba un hombre con el conocimiento adecuado para construirlo. Encontró a esa persona en la persona de un graduado del Departamento de Ingeniería en el Instituto de Iowa llamado Clifford Berry. A finales de año, Atanasov y Berry construyeron un pequeño prototipo. Al año siguiente, completaron la versión completa de la computadora con treinta probabilidades. En la década de 1960, un escritor que descubrió su historia lo llamó Atanasoff-Berry Computer (ABC), y el nombre se quedó. Sin embargo, no se pudieron eliminar todas las deficiencias. En particular, ABC dio un error de aproximadamente un dígito binario por 10,000, lo que sería fatal para cualquier cálculo importante.


Clifford Berry y ABC en 1942

Sin embargo, en Atanasov y su ABC puedes encontrar las raíces y la fuente de todas las computadoras modernas. ¿No creó (con la hábil ayuda de Berry) la primera computadora digital electrónica binaria? ¿No son estas las características principales de los miles de millones de dispositivos que dan forma y gobiernan las economías, sociedades y culturas de todo el mundo?

Pero volvamos. Los adjetivos digitales y binarios no son prerrogativa de ABC. Por ejemplo, la calculadora de la computadora del número complejo de Bell (CNC), desarrollada aproximadamente al mismo tiempo, era una computadora digital, binaria, electromecánica capaz de realizar cálculos en el plano complejo. Además, ABC y CNC eran similares en que resolvían tareas en un área limitada y no podían, a diferencia de las computadoras modernas, aceptar una secuencia arbitraria de instrucciones.

Sigue siendo "electrónico". Pero, aunque los aspectos internos matemáticos de ABC eran electrónicos, trabajó a velocidades electromecánicas. Dado que Atanasov y Berry por razones financieras no podían usar lámparas electrónicas para almacenar miles de dígitos binarios, usaron componentes electromecánicos para esto. Varios cientos de triodos que realizaban cálculos matemáticos básicos estaban rodeados de tambores giratorios y máquinas perforadoras, donde se almacenaban los valores intermedios de todos los pasos computacionales.

Atanasov y Berry hicieron un trabajo heroico al leer y escribir datos en tarjetas perforadas a gran velocidad, quemándolos con electricidad en lugar de hacer agujeros en ellos mecánicamente. Pero esto condujo a sus problemas: fue la máquina de grabación la responsable de 1 error por cada 10,000 números. Además, incluso con sus mayores esfuerzos, la máquina no podía "perforar" más rápido que una línea por segundo, por lo que ABC solo podía realizar un cálculo por segundo con cada uno de los treinta dispositivos aritméticos. El tiempo restante, las lámparas electrónicas permanecieron inactivas, impacientemente "tamborileando con los dedos sobre la mesa", mientras toda esta maquinaria giraba dolorosamente a su alrededor. Atanasov y Berry sujetaron un caballo de pura sangre a un carro con heno. (El gerente de proyecto para la recreación ABC en la década de 1990 estimó la velocidad máxima de la máquina, teniendo en cuenta todo el tiempo empleado, incluida la asignación de tareas del operador, en cinco sumas o restas por segundo. Esto, por supuesto, es más rápido que una calculadora, pero no la velocidad que asociamos con las computadoras electrónicas).


Esquema ABC. Los tambores almacenaban entradas y salidas temporales en condensadores. El circuito de punzonado de la tarjeta de tiratrón y el lector de tarjetas registraron y leyeron los resultados de un paso completo del algoritmo (eliminando una de las variables del sistema de ecuaciones).

El trabajo en el ABC se detuvo a mediados de 1942 cuando Atanasov y Berry se inscribieron en la máquina militar estadounidense de rápido crecimiento, que requería no solo cuerpos, sino también cerebros. Atanasov fue llamado al Laboratorio de Artillería Naval en Washington para dirigir el equipo que desarrolla minas acústicas. Berry se casó con la secretaria de Atanasov y encontró un trabajo en una compañía militar contratada en California para que no lo llamaran a la guerra. Atanasov intentó durante algún tiempo patentar su creación en Iowa, pero fue en vano. Después de la guerra, se ocupó de otras cosas y ya no tomó en serio las computadoras. La computadora misma fue enviada a un vertedero en 1948 para dar paso a un nuevo graduado del instituto en la oficina.

Quizás Atanasov acaba de comenzar a trabajar demasiado pronto. Se basaba en modestas subvenciones universitarias y solo podía gastar unos pocos miles de dólares en la creación de ABC, por lo que la economía reemplazó a todos los demás problemas en su proyecto. Si hubiera esperado hasta principios de la década de 1940, podría haber recibido una subvención del gobierno para un dispositivo electrónico completo. Y en este estado, con uso limitado, con controles complejos, poco confiables, no muy rápidos, ABC no se convirtió en un anuncio prometedor de los beneficios de la informática electrónica. La máquina de guerra estadounidense, a pesar de todo el hambre computacional, arrojó el ABC a la oxidación en la ciudad de Ames, Iowa.

Computadoras de guerra

La Primera Guerra Mundial creó y lanzó un sistema de bombeo masivo de inversiones en ciencia y tecnología, y lo preparó para la Segunda Guerra Mundial. En solo unos pocos años, la práctica de librar una guerra en tierra y mar cambió al uso de gases venenosos, minas magnéticas, reconocimiento aéreo y bombardeos, etc. Ni un solo líder político y militar no podía dejar de notar transformaciones tan rápidas. Fueron tan rápidos que los estudios que comenzaron lo suficientemente temprano podrían inclinar la balanza en una dirección u otra.

Estados Unidos carecía de materiales y mentes (muchos de los cuales huyeron de la Alemania nazi), y estaban lejos de las batallas directas por la supervivencia y el dominio que afectaron a otros países. Esto permitió al país aprender esta lección particularmente claramente. Esto se manifestó en el hecho de que grandes recursos industriales e intelectuales se dedicaron a la creación de la primera arma atómica. Una inversión menos conocida, pero no menos importante o más pequeña, fue la inversión en la creación de tecnología de radar, cuyo centro estaba ubicado en el MIT en Rad Lab.

Por lo tanto, el incipiente campo de la informática automática ha recibido su parte de financiación militar, aunque en una escala mucho menor. Ya hemos notado la variedad de proyectos de computación electromecánica generados por la guerra. En términos relativos, se conocía el potencial de las computadoras basadas en relés, ya que las centrales telefónicas con miles de relés habían estado funcionando durante muchos años. Los componentes electrónicos aún no han demostrado su operatividad a tal escala. La mayoría de los expertos creían que una computadora electrónica inevitablemente sería poco confiable (ABC sirvió como ejemplo), o su construcción tomaría demasiado tiempo. A pesar de la repentina afluencia de dinero del gobierno, los proyectos militares de computación electrónica eran pocos y distantes. Solo se lanzaron tres, y solo dos de ellos dieron lugar a la aparición de máquinas eficientes.

En Alemania, el ingeniero de telecomunicaciones Helmut Schreyer demostró a su amigo Konrad Zuse el valor de una máquina electrónica frente al "V3" electromecánico que Zuse estaba construyendo para la industria aérea (más tarde conocido como Z3). Tsuse finalmente acordó trabajar en un segundo proyecto con Schreyer, y el Instituto de Investigación de Aviación ofreció financiar un prototipo de 100 lámparas a fines de 1941. Pero al principio los dos hombres asumieron un trabajo militar más prioritario, y luego su trabajo se ralentizó en gran medida por el daño causado por el bombardeo, y como resultado, no pudieron hacer que su automóvil funcionara de manera confiable.


Zuse (derecha) y Schreyer (izquierda) están trabajando en una computadora electromecánica en el apartamento de Zuse en Berlín.

Y la primera computadora electrónica que realizó un trabajo útil fue creada en un laboratorio secreto en Gran Bretaña, donde un ingeniero de telecomunicaciones propuso un nuevo enfoque radical para el criptoanálisis basado en válvulas. Esta historia la revelaremos la próxima vez.

¿Qué más leer?

• Alice R. Burks y Arthur W. Burks, La primera computadora electrónica: La historia de Atansoff (1988)
• David Ritchie, Los pioneros de la computadora (1986)
• Jane Smiley, El hombre que inventó la computadora (2010)