A História dos Computadores Eletrônicos, Parte 1: Prólogo

Como vimos em um artigo anterior , os engenheiros de rádio e telefone, em busca de amplificadores mais poderosos, abriram um novo campo tecnológico, que foi rapidamente chamado de eletrônica. O amplificador eletrônico poderia facilmente ser transformado em um comutador digital, operando a uma velocidade muito maior do que seu parente eletromecânico - um relé de telefone. Devido à falta de peças mecânicas, a lâmpada eletrônica pode ligar e desligar em um microssegundo ou até mais rápido, e não nas dezenas de milissegundos ou mais exigidos pelo relé.

De 1939 a 1945, três computadores foram criados com base nesses novos componentes eletrônicos. As datas de sua construção não coincidem com o período da Segunda Guerra Mundial. Esse conflito - que não tinha análogos na história pela maneira como atrelou as pessoas ao jugo da carruagem de guerra - mudou para sempre a relação entre os estados e entre a ciência e a tecnologia, além de trazer um grande número de novos dispositivos ao mundo.

As histórias dos três primeiros computadores eletrônicos estão entrelaçadas com a guerra. O primeiro foi dedicado à decifração de mensagens alemãs e permaneceu oculto até a década de 1970, quando não tinha mais interesse além do histórico. A segunda, da qual a maioria dos leitores deveria ter ouvido falar, era a ENIAC, uma calculadora militar que foi concluída tarde demais para ajudar na guerra. Mas aqui olhamos para a primeira das três máquinas, a ideia de John Vincent Atanasov .

Atanasov

Em 1930, Atanasov, filho americano de um emigrante da Bulgária otomana , finalmente alcançou seu sonho juvenil e tornou-se um físico teórico. Mas, como na maioria dessas aspirações, a realidade não era o que ele esperava. Em particular, como a maioria dos estudantes de engenharia e ciências físicas da primeira metade do século XX, Atanasov teve que sofrer com os dolorosos encargos da computação constante. Sua dissertação na Universidade de Wisconsin sobre polarização de hélio exigiu oito semanas de computação tediosa com uma calculadora de mesa mecânica.


John Atanasov em sua juventude

Em 1935, já professor da Universidade de Iowa, Atanasov decidiu fazer algo sobre esse fardo. Ele começou a descobrir maneiras possíveis de construir um computador novo e mais poderoso. Rejeitando métodos analógicos (como o analisador diferencial do MIT) por razões de limitação e imprecisão, ele decidiu construir uma máquina digital que trabalhava com números como valores discretos e não como medições contínuas. Desde sua juventude, ele estava familiarizado com o sistema de números binários e entendeu que ele se encaixa muito melhor na estrutura do tipo liga / desliga do comutador digital do que os números decimais usuais. Então ele decidiu fazer uma máquina binária. E finalmente, ele decidiu que, para ser o mais rápido e flexível, deveria ser eletrônico e usar lâmpadas eletrônicas para cálculos.

Atanasov precisava determinar o espaço das tarefas - para quais cálculos seu computador deveria ser adequado? No final, ele decidiu que resolveria sistemas lineares de equações, reduzindo-os a uma única variável (usando o método de Gauss ) - os mesmos cálculos que prevaleciam em sua dissertação. Ele suporta até trinta equações, até trinta variáveis ​​em cada uma. Um computador assim poderia resolver problemas importantes para cientistas e engenheiros e, ao mesmo tempo, não pareceria incrivelmente complicado.

Obra de arte

Em meados da década de 1930, a tecnologia eletrônica alcançou uma enorme variedade em comparação com as fontes que surgiram 25 anos antes. Dois desenvolvimentos foram especialmente adequados ao projeto de Atanasov: um gatilho de relé e um medidor eletrônico.

Desde o século 19, os engenheiros de telégrafo e telefone tinham à sua disposição um dispositivo conveniente chamado switch. Um comutador é um relé biestável que usa ímãs permanentes para mantê-lo no estado em que você o deixou - aberto ou fechado - até receber um sinal elétrico para alternar os estados. Mas os tubos de elétrons não eram capazes disso. Eles não tinham um componente mecânico e podiam ser "abertos" ou "fechados" enquanto a eletricidade fluía ou não fluía ao longo do circuito. Em 1918, dois físicos britânicos, William Ackles e Frank Jordan, conectaram as duas lâmpadas com fios, de modo a obterem um "gatilho de relé" - um relé eletrônico que sempre permanece ligado após ser ligado no pulso inicial. Ackles e Jordânia criaram seu sistema de telecomunicações para o Almirantado Britânico no final da Primeira Guerra Mundial. Mas o circuito Ackles-Jordan, que mais tarde ficou conhecido como um gatilho [eng. flip-flop] pode ser considerado um dispositivo para armazenar um dígito binário - 1, se o sinal for transmitido, e 0 em outro caso. Dessa maneira, através de n gatilhos, pode-se representar um número binário de n bits.

Cerca de dez anos após o gatilho, houve um segundo grande avanço na eletrônica, que enfrentou o mundo da computação: os medidores eletrônicos. E, novamente, como muitas vezes aconteceu no início da história da computação, o tédio se tornou a mãe da invenção. Os físicos que estudaram a radiação de partículas subatômicas tiveram que ouvir cliques ou passar horas estudando registros fotográficos, contando o número de detecções para medir a velocidade da radiação de partículas por várias substâncias. Os contadores mecânicos ou eletromecânicos apresentaram uma oportunidade tentadora para facilitar essas ações, mas eles se moveram muito devagar: não conseguiram registrar muitos eventos que ocorreram com uma diferença de milissegundos.

A figura-chave na solução desse problema foi Charles Eril Wynn-Williams , que trabalhou sob a direção de Ernest Rutherford no Cavendish Laboratory em Cambridge. Wynn Williams manuseava habilmente os aparelhos eletrônicos e já usava lâmpadas (ou válvulas, como eram chamadas na Grã-Bretanha) para criar amplificadores, graças aos quais era possível ouvir eventos ocorrendo com partículas. No início da década de 1930, ele percebeu que as válvulas podiam ser usadas para criar um contador, que ele chamou de "contador de escala binária" - ou seja, um contador binário. Na verdade, era um conjunto de gatilhos que podiam transferir interruptores para a corrente (na prática, ele usava tiratrons , tipos de lâmpadas que não contêm vácuo, mas gás, que podiam permanecer na posição ligada depois que o gás era completamente ionizado).

O contador Wynn-Williams entrou rapidamente no conjunto de dispositivos de laboratório necessários para todos os envolvidos na física de partículas. Os físicos construíram contadores muito pequenos, geralmente contendo três caracteres cada (ou seja, capazes de contar até sete). Isso foi suficiente para criar um buffer para um contador mecânico lento e registrar eventos ocorrendo mais rapidamente do que um contador com partes mecânicas em movimento lento poderia registrá-los.



Mas, em teoria, esses contadores poderiam ser expandidos para números de tamanho ou precisão arbitrários. Estas foram, estritamente falando, as primeiras máquinas de calcular eletrônicas digitais.

Computador Atanasov-Berry

Atanasov estava familiarizado com essa história, que o convenceu da possibilidade de construir um computador eletrônico. Mas ele não usou diretamente contadores ou gatilhos binários. A princípio, ele tentou usar contadores levemente modificados para a base do sistema de contagem - afinal, o que é adição, como contagem não repetida? Mas, por alguma razão, ele não conseguiu tornar os circuitos de contagem confiáveis ​​o suficiente e teve que desenvolver seus próprios esquemas de adição e multiplicação. Ele não podia usar gatilhos para armazenamento temporário de números binários, pois tinha um orçamento limitado e uma meta ambiciosa foi estabelecida para armazenar simultaneamente trinta coeficientes. Como veremos em breve, esta situação teve sérias conseqüências.

Em 1939, Atanasov terminou de projetar seu computador. Agora ele precisava de um homem com o conhecimento certo para construí-lo. Ele encontrou essa pessoa na pessoa de um graduado do Departamento de Engenharia do Instituto de Iowa chamado Clifford Berry. Até o final do ano, Atanasov e Berry construíram um pequeno protótipo. No ano seguinte, eles completaram a versão completa do computador com trinta probabilidades. Na década de 1960, um escritor que desenterrou sua história o chamou de Atanasoff-Berry Computer (ABC), e o nome continuou. No entanto, todas as deficiências não puderam ser eliminadas. Em particular, o ABC deu um erro de cerca de um dígito binário por 10.000, o que seria fatal para qualquer cálculo importante.


Clifford Berry e ABC em 1942

No entanto, em Atanasov e seu ABC, você pode encontrar as raízes e a fonte de todos os computadores modernos. Ele não criou (com a ajuda de Berry) o primeiro computador digital eletrônico binário? Essas não são as principais características dos bilhões de dispositivos que moldam e governam as economias, sociedades e culturas ao redor do mundo?

Mas vamos voltar. Adjetivos digitais e binários não são prerrogativas do ABC. Por exemplo, a calculadora Bell Complex Number Computer (CNC), desenvolvida na mesma época, era um computador digital, binário, eletromecânico, capaz de executar cálculos no plano complexo. Além disso, o ABC e o CNC eram similares em resolver tarefas em uma área limitada e, ao contrário dos computadores modernos, não podiam aceitar uma sequência arbitrária de instruções.

Permanece "eletrônico". Mas, embora os elementos matemáticos da ABC fossem eletrônicos, ele trabalhava em velocidades eletromecânicas. Como Atanasov e Berry, por razões financeiras, não puderam usar lâmpadas eletrônicas para armazenar milhares de dígitos binários, eles usaram componentes eletromecânicos para isso. Várias centenas de triodos realizando cálculos matemáticos básicos foram cercados por tambores rotativos e máquinas perfuradoras vibrantes, onde foram armazenados valores intermediários de todas as etapas computacionais.

Atanasov e Berry fizeram um trabalho heróico de ler e escrever dados para perfurar cartões em grande velocidade, queimando-os com eletricidade, em vez de fazer buracos neles mecanicamente. Mas isso levou a seus problemas: era a máquina de gravação responsável por 1 erro por 10.000 números. Além disso, mesmo com seus maiores esforços, a máquina não podia "perfurar" mais rápido do que uma linha por segundo; portanto, o ABC só podia realizar um cálculo por segundo com cada um dos trinta dispositivos aritméticos. No tempo restante, as lâmpadas eletrônicas ficaram ociosas, impacientemente "tamborilando com os dedos sobre a mesa", enquanto todo esse maquinário dolorosamente girava em torno deles. Atanasov e Berry prenderam um cavalo puro-sangue a uma carroça com feno. (O gerente de projeto para reconstruir o ABC nos anos 90 estimou a velocidade máxima da máquina, levando em consideração todo o tempo gasto, incluindo a atribuição de tarefas do operador, em cinco adições ou subtrações por segundo. Isso, é claro, é mais rápido que uma calculadora humana, mas não a velocidade que associamos a computadores eletrônicos.)


Esquema ABC. Os tambores armazenavam entrada e saída temporárias nos capacitores. O circuito de perfuração do cartão tiratron e o leitor de cartões registraram e leram os resultados de uma etapa inteira do algoritmo (eliminando uma das variáveis ​​do sistema de equações).

O trabalho no ABC parou em meados de 1942, quando Atanasov e Berry se inscreveram na máquina militar americana de rápido crescimento, que exigia não apenas corpos, mas também cérebros. Atanasov foi chamado ao Laboratório de Artilharia Naval em Washington para liderar a equipe de desenvolvimento de minas acústicas. Berry se casou com a secretária de Atanasov e encontrou um emprego em uma empresa militar contratada na Califórnia, para que ele não fosse convocado para a guerra. Atanasov por algum tempo tentou patentear sua criação em Iowa, mas sem sucesso. Após a guerra, ele assumiu outras coisas e não levou mais os computadores a sério. O computador em si foi enviado para um aterro em 1948 para dar lugar a um novo graduado do instituto no escritório.

Talvez Atanasov tenha começado a trabalhar cedo demais. Baseava-se em modestas bolsas universitárias e podia gastar apenas alguns milhares de dólares na criação do ABC; portanto, a economia superava todos os outros problemas em seu projeto. Se ele esperasse até o início da década de 1940, poderia ter recebido uma subvenção do governo por um dispositivo eletrônico completo. E nesse estado - com uso limitado, controles complexos, pouco confiáveis ​​e pouco rápidos - o ABC não se tornou um anúncio promissor dos benefícios da computação eletrônica. A máquina de guerra americana, apesar de toda a fome computacional, jogou o ABC enferrujado na cidade de Ames, Iowa.

Computadores de guerra

A Primeira Guerra Mundial criou e lançou um sistema de bombeamento maciço de investimentos em ciência e tecnologia e o preparou para a Segunda Guerra Mundial. Em apenas alguns anos, a prática de guerra em terra e no mar mudou para o uso de gases venenosos, minas magnéticas, reconhecimento aéreo e bombardeio, e assim por diante. Nem um único líder político e militar poderia deixar de notar transformações tão rápidas. Eles eram tão rápidos que os estudos começaram cedo o suficiente para inclinar a balança em uma direção ou outra.

Os Estados Unidos careciam de materiais e mentes (muitos dos quais fugiram da Alemanha nazista) e estavam longe das batalhas diretas pela sobrevivência e domínio que atingiram outros países. Isso permitiu ao país aprender esta lição de maneira particularmente clara. Isso se manifestou no fato de que vastos recursos industriais e intelectuais foram dedicados à criação da primeira arma atômica. Um investimento menos conhecido, mas não menos importante ou menor, foi o investimento na criação da tecnologia de radar, cujo centro estava localizado no MIT no Rad Lab.

Portanto, o nascente campo da computação automática recebeu sua parcela de financiamento militar, embora em uma escala muito menor. Já observamos a variedade de projetos de computação eletromecânica gerados pela guerra. Em termos relativos, era conhecido o potencial dos computadores com retransmissão, pois as trocas telefônicas com milhares de retransmissores operavam há muitos anos. Os componentes eletrônicos ainda não provaram sua operabilidade em tal escala. A maioria dos especialistas acreditava que um computador eletrônico seria inevitavelmente não confiável (o ABC serviu como exemplo), ou sua construção levaria muito tempo. Apesar do repentino influxo de dinheiro do governo, os projetos militares de computação eletrônica eram poucos e distantes entre si. Apenas três foram lançados, e apenas dois deles levaram ao aparecimento de máquinas eficientes.

Na Alemanha, o engenheiro de telecomunicações Helmut Schreyer provou a seu amigo Konrad Zuse o valor de uma máquina eletrônica em frente ao "V3" eletromecânico que Zuse estava construindo para a indústria aérea (mais tarde conhecida como Z3). Tsuse finalmente concordou em trabalhar em um segundo projeto com Schreyer, e o Aviation Research Institute se ofereceu para financiar um protótipo de 100 lâmpadas no final de 1941. Mas, a princípio, os dois homens assumiram um trabalho militar prioritário e, em seguida, seu trabalho foi muito mais lento pelos danos causados ​​pelo bombardeio e, como resultado, eles não conseguiram que o carro funcionasse de maneira confiável.


Zuse (à direita) e Schreyer (à esquerda) estão trabalhando em um computador eletromecânico no apartamento de Zuse em Berlim

E o primeiro computador eletrônico a realizar um trabalho útil foi criado em um laboratório secreto na Grã-Bretanha, onde um engenheiro de telecomunicações propôs uma nova abordagem radical à análise criptográfica baseada em válvulas. Esta história vamos revelar na próxima vez.

O que mais se pode ler:

• Alice R. Burks e Arthur W. Burks, o primeiro computador eletrônico: a história de Atansoff (1988)
David Ritchie, Os Pioneiros do Computador (1986)
Jane Smiley, o homem que inventou o computador (2010)