Primeiro Computador Eletrônico - História

Primeiro Computador Eletrônico - História

O primeiro computador totalmente eletrônico foi projetado por John William Mauchly. O computador, chamado ENIAC, pesava 30 toneladas.

Atanasoff nasceu em outubro de 1903, alguns quilômetros a oeste de Hamilton, Nova York. Seu pai, Ivan Atanasov, era um imigrante búlgaro cujo sobrenome foi alterado para Atanasoff por funcionários da imigração na Ilha Ellis em 1889.

Após o nascimento de John, seu pai aceitou um cargo de engenheiro elétrico na Flórida, onde Atanasoff concluiu o ensino fundamental e começou a entender os conceitos de eletricidade - ele encontrou e corrigiu a fiação elétrica defeituosa em uma luz da varanda dos fundos aos nove anos - mas fora desse evento, seus anos de escola primária foram monótonos.

Ele era um bom aluno e tinha um interesse juvenil por esportes, especialmente beisebol, mas seu interesse por beisebol desvaneceu quando seu pai comprou uma nova régua de cálculo Dietzgen para ajudá-lo em seu trabalho. O jovem Atanasoff ficou totalmente fascinado com ele. Seu pai logo descobriu que ele não tinha uma necessidade imediata da régua de cálculo e ela foi esquecida por todos - exceto o jovem John.

Atanasoff logo se interessou pelo estudo de logaritmos e os princípios matemáticos por trás da operação da régua de cálculo. Isso levou a estudos em funções trigonométricas. Com a ajuda de sua mãe, ele leu Álgebra universitária por J.M. Taylor, um livro que incluiu um estudo inicial sobre cálculo diferencial e um capítulo sobre séries infinitas e como calcular logaritmos.

Atanasoff concluiu o ensino médio em dois anos, destacando-se em ciências e matemática. Ele decidiu que queria ser um físico teórico e entrou na Universidade da Flórida em 1921. A universidade não oferecia um diploma em física teórica, então ele começou a fazer cursos de engenharia elétrica. Enquanto fazia esses cursos, ele se interessou por eletrônica e prosseguiu para a matemática superior. Ele se formou em 1925 com o título de Bacharel em Ciências em Engenharia Elétrica. Ele aceitou uma bolsa de estudos do Iowa State College devido à excelente reputação da instituição em engenharia e ciências. Atanasoff recebeu seu diploma de mestre em matemática pelo Iowa State College em 1926.

Depois de se casar e ter um filho, Atanasoff mudou-se com a família para Madison, Wisconsin, onde foi aceito como candidato ao doutorado na Universidade de Wisconsin. O trabalho em sua tese de doutorado, "A Constante Dielétrica do Hélio", proporcionou-lhe sua primeira experiência em computação séria. Ele gastou horas em uma calculadora Monroe, uma das máquinas de calcular mais avançadas da época. Durante as semanas difíceis de cálculos para concluir sua tese, ele adquiriu interesse em desenvolver uma máquina de computação melhor e mais rápida. Depois de receber seu Ph.D. em física teórica em julho de 1930, ele voltou ao Iowa State College com a determinação de tentar criar uma máquina de computação melhor e mais rápida.


Primeiro Computador Eletrônico - História

Uma história ilustrada de computadores
Parte 3

A IBM continuou a desenvolver calculadoras mecânicas para venda a empresas para ajudar na contabilidade financeira e de estoque. Uma característica da contabilidade financeira e da contabilidade de estoque é que, embora seja necessário subtrair, você não precisa de números negativos e realmente não precisa multiplicar, pois a multiplicação pode ser realizada por meio de adições repetidas.

Mas os militares dos EUA desejavam uma calculadora mecânica mais otimizada para computação científica. Na Segunda Guerra Mundial, os EUA tinham navios de guerra que podiam lançar projéteis com o peso de um carro pequeno em distâncias de até 25 milhas. Os físicos poderiam escrever as equações que descreviam como o arrasto atmosférico, o vento, a gravidade, a velocidade da boca do cano etc. determinariam a trajetória da concha. Mas resolver essas equações era extremamente trabalhoso. Este foi o trabalho executado pelos computadores humanos. Seus resultados seriam publicados em "tabelas de tiro" balísticas publicadas em manuais de artilharia. Durante a Segunda Guerra Mundial, os militares dos EUA vasculharam o país em busca de graduandos em matemática (geralmente mulheres) para contratar para o trabalho de computação dessas tabelas. Mas não foi possível encontrar humanos suficientes para acompanhar a necessidade de novas mesas. Às vezes, as peças de artilharia tinham de ser entregues ao campo de batalha sem as mesas de tiro necessárias e isso significava que eram quase inúteis porque não podiam ser apontadas corretamente. Diante dessa situação, os militares americanos se dispuseram a investir em esquemas complicados para automatizar esse tipo de computação.

Um dos primeiros sucessos foi o Harvard Mark I computador que foi construído como uma parceria entre Harvard e IBM em 1944. Este foi o primeiro computador digital programável feito nos EUA. Mas não era um computador puramente eletrônico. Em vez disso, o Mark I foi construído com interruptores, relés, eixos rotativos e embreagens. A máquina pesava 5 toneladas, incorporava 500 milhas de fio, tinha 8 pés de altura e 51 pés de comprimento, e tinha um eixo giratório de 50 pés em seu comprimento, girado por um motor elétrico de 5 cavalos. O Mark I correu sem parar por 15 anos, soando como uma sala cheia de mulheres tricotando. Para apreciar a escala desta máquina, observe as quatro máquinas de escrever no primeiro plano da foto a seguir.

O Harvard Mark I: um computador eletromecânico

Você pode ver o eixo rotativo de 50 pés na parte inferior da foto anterior. Este eixo era uma fonte de energia central para toda a máquina. Essa característica do projeto lembrava os dias em que a energia hidráulica era usada para operar uma oficina mecânica e cada torno ou outra ferramenta era acionado por uma correia conectada a um único eixo suspenso que era girado por uma roda d'água externa.

Um eixo central acionado por uma roda d'água externa e conectado a cada máquina por correias aéreas era a fonte de energia habitual para todas as máquinas em uma fábrica

Aqui está um close-up de um dos quatro leitores de fita de papel do Mark I. Uma fita de papel foi uma melhoria em relação a uma caixa de cartões perfurados, como qualquer pessoa que já tenha deixado cair - e, portanto, embaralhado - sua "pilha" sabe.

Um dos quatro leitores de fita de papel na Harvard Mark I (você pode observar o rolo de papel perfurado emergindo da parte inferior)

Um dos principais programadores do Mark I era uma mulher, Grace Hopper. Hopper encontrou o primeiro "bug" do computador: uma mariposa morta que entrou no Mark I e cujas asas estavam bloqueando a leitura dos buracos na fita de papel. A palavra "bug" tem sido usada para descrever um defeito desde pelo menos 1889, mas Hopper é responsável por cunhar a palavra "depuração" para descrever o trabalho de eliminação de falhas do programa.

O primeiro bug de computador [foto 2002 IEEE]

Em 1953, Grace Hopper inventou a primeira linguagem de alto nível, "Flow-matic". Essa linguagem eventualmente se tornou COBOL, que foi a linguagem mais afetada pelo infame problema Y2K. Uma linguagem de alto nível é projetada para ser mais compreensível por humanos do que a linguagem binária compreendida pela máquina de computação. Uma linguagem de alto nível não tem valor sem um programa - conhecido como compilador - para traduzi-lo para a linguagem binária do computador e, portanto, Grace Hopper também construiu o primeiro compilador do mundo. Grace permaneceu ativa como contra-almirante nas reservas da Marinha até os 79 anos (outro recorde).

O Mark I operava em números com 23 dígitos de largura. Ele poderia somar ou subtrair dois desses números em três décimos de segundo, multiplicá-los em quatro segundos e dividi-los em dez segundos. Quarenta e cinco anos depois, os computadores podiam realizar uma adição em um bilionésimo de segundo! Embora o Mark I tivesse três quartos de milhão de componentes, ele só conseguia armazenar 72 números! Hoje, os computadores domésticos podem armazenar 30 milhões de números na RAM e outros 10 bilhões de números em seu disco rígido. Hoje, um número pode ser retirado da RAM após um retardo de apenas alguns bilionésimos de segundo e de um disco rígido após um retardo de apenas alguns milionésimos de segundo. Esse tipo de velocidade é obviamente impossível para uma máquina que deve mover um eixo giratório e é por isso que os computadores eletrônicos mataram seus predecessores mecânicos.

Em uma nota humorística, o principal designer do Mark I, Howard Aiken de Harvard, estimou em 1947 que seis computadores digitais eletrônicos seriam suficientes para satisfazer as necessidades de computação de todo os Estados Unidos. A IBM encomendou este estudo para determinar se deveria se preocupar em desenvolver esta nova invenção em um de seus produtos padrão (até então, os computadores eram itens únicos construídos por um arranjo especial). A previsão de Aiken não era realmente tão ruim, pois havia muito poucas instituições (principalmente, o governo e militares) que poderiam pagar o custo do que foi chamado de computador em 1947. Ele simplesmente não previu a revolução da microeletrônica que permitiria algo como um IBM Stretch computador de 1959:

(isso é apenas o console do operador, aqui está o resto de seus 33 pés de comprimento :)

para ser superado por um computador doméstico de 1976 como este Apple I que foi vendido por apenas $ 600:

O Apple 1 que foi vendido como um kit faça-você-mesmo (sem o adorável case visto aqui)

Os computadores eram incrivelmente caros porque exigiam muita montagem manual, como a fiação vista neste CDC 7600:

Fiação típica em um computador mainframe antigo [foto cortesia do Museu do Computador]

o revolução microeletrônica é o que permitiu que a quantidade de fiação feita à mão vista na foto anterior fosse produzida em massa como um circuito integrado que é um pequeno pedaço de silicone do tamanho da unha do polegar.

Um circuito integrado ("chip de silício") [foto cortesia da IBM]

A principal vantagem de um circuito integrado não é que os transistores (interruptores) sejam minúsculos (essa é a vantagem secundária), mas sim que milhões de transistores podem ser criados e interconectados em um processo de produção em massa. Todos os elementos do circuito integrado são fabricados simultaneamente por meio de um pequeno número (talvez 12) de máscaras ópticas que definem a geometria de cada camada. Isso acelera o processo de fabricação do computador - e, portanto, reduz seu custo - assim como a impressora de Gutenberg acelerou a fabricação de livros e, portanto, os tornou acessíveis a todos.

O computador IBM Stretch de 1959 precisava de seus 33 pés de comprimento para conter os 150.000 transistores que continha. Esses transistores eram tremendamente menores do que as válvulas que substituíram, mas ainda eram elementos individuais que exigiam montagem individual. No início da década de 1980, muitos transistores podiam ser fabricados simultaneamente em um circuito integrado. Hoje Pentium 4 microprocessador contém 42 milhões de transistores neste mesmo pedaço de silício do tamanho de uma miniatura.

É engraçado lembrar que entre a máquina Stretch (que seria chamada de mainframe hoje) e o Apple I (a computador desktop) havia todo um segmento da indústria denominado minicomputadores como o seguinte computador PDP-12 de 1969:

O DEC PDP-12

Com certeza parece "mini", hein? Mas estamos avançando em nossa história.

Uma das primeiras tentativas de construir um computador digital totalmente eletrônico (ou seja, sem engrenagens, cames, cintos, eixos, etc.) ocorreu em 1937 por J. V. Atanasoff, professor de física e matemática na Iowa State University. Em 1941, ele e seu aluno de graduação, Clifford Berry, conseguiram construir uma máquina que poderia resolver 29 equações simultâneas com 29 incógnitas. Esta máquina foi a primeira a armazenar dados como carga em um capacitor, que é como os computadores de hoje armazenam informações em sua memória principal (DRAM ou RAM dinâmica) Até onde seus inventores sabiam, ela também foi a primeira a empregar aritmética binária. No entanto, a máquina não era programável, faltava-lhe uma ramificação condicional, seu design era apropriado para apenas um tipo de problema matemático e não foi mais desenvolvido após a Segunda Guerra Mundial. Seus inventores nem se preocuparam em preservar a máquina e ela foi desmontada por aqueles que se mudaram para a sala onde estava abandonada.

O computador Atanasoff-Berry [foto 2002 IEEE]

Outro candidato a avô do computador moderno foi Colosso, construído durante a Segunda Guerra Mundial pela Grã-Bretanha com o objetivo de quebrar os códigos criptográficos usados ​​pela Alemanha. A Grã-Bretanha liderava o mundo no projeto e construção de máquinas eletrônicas dedicadas à quebra de códigos e era rotineiramente capaz de ler transmissões de rádio codificadas da Alemanha. Mas Colossus definitivamente não era uma máquina reprogramável de uso geral. Observe a presença de roldanas nas duas fotos do Colossus abaixo:

Duas vistas do colosso decifrador da Grã-Bretanha

O Harvard Mark I, o computador Atanasoff-Berry e o British Colossus deram contribuições importantes. Os pioneiros da computação americanos e britânicos ainda estavam discutindo sobre quem era o primeiro a fazer o quê, quando em 1965 o trabalho do alemão Konrad Zuse foi publicado pela primeira vez em inglês. Escavado! Zuse havia construído uma seqüência de computadores de uso geral na Alemanha nazista. O primeiro, o Z1, foi construído entre 1936 e 1938 na sala de estar da casa de seus pais.

O Zuse Z1 em seu ambiente residencial

A terceira máquina de Zuse, a Z3, construído em 1941, foi provavelmente o primeiro computador digital operacional, de uso geral e programável (isto é, controlado por software). Sem conhecimento de nenhum inventor de máquina de calcular desde Leibniz (que viveu nos anos 1600), Zuse reinventou o conceito de programação de Babbage e decidiu por conta própria empregar representação binária para números (Babbage defendeu o decimal). O Z3 foi destruído por um bombardeio aliado. O Z1 e o Z2 tiveram o mesmo destino e o Z4 sobreviveu apenas porque Zuse o transportou em uma carroça para as montanhas. As realizações de Zuse são ainda mais incríveis dado o contexto da escassez de material e mão de obra na Alemanha durante a Segunda Guerra Mundial. Zuse não conseguiu nem mesmo obter a fita de papel, então teve que fazer a sua própria fazendo furos em filmes descartados. Como essas máquinas eram desconhecidas fora da Alemanha, elas não influenciaram o caminho da computação na América. Mas sua arquitetura é idêntica à que ainda é usada hoje: uma unidade aritmética para fazer os cálculos, uma memória para armazenar números, um sistema de controle para supervisionar as operações e dispositivos de entrada e saída para se conectar ao mundo externo. Zuse também inventou o que pode ser a primeira linguagem de computador de alto nível, "Plankalkul", embora também fosse desconhecida fora da Alemanha.

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ENIAC

Os programadores ENIAC Frances Bilas (mais tarde Frances Spence) e Betty Jean Jennings (mais tarde Jean Bartik) estão em seus principais painéis de controle. Ambos tinham graduação em matemática. Bilas operou o Analisador Diferencial da Escola de Moore antes de ingressar no projeto ENIAC.

ENIAC

Em 1942, o físico John Mauchly propôs uma máquina de calcular totalmente eletrônica. Enquanto isso, o Exército dos EUA precisava calcular tabelas balísticas complexas de tempo de guerra. A proposta conheceu o patrono.

O resultado foi o ENIAC (Integrador Numérico Eletrônico e Computador), construído entre 1943 e 1945 - o primeiro computador em grande escala a funcionar em velocidade eletrônica sem ser retardado por nenhuma parte mecânica. Por uma década, até a queda de um raio em 1955, o ENIAC pode ter feito mais cálculos do que toda a humanidade havia feito até aquele momento.

ENIAC sendo configurado

Projetar a configuração correta para cada novo problema e, em seguida, conectar os fios e definir as chaves levava muitos dias.

Foto publicitária ENIAC

Após a Segunda Guerra Mundial, o ENIAC foi desclassificado e amplamente divulgado. Operar a máquina nesta foto são Cpl. Irwin Goldstein, PFC Homer Spence, Betty Jean Jennings e Frances Bilas.

Mudança de tubo ENIAC

O ENIAC perdeu um tubo de vácuo aproximadamente a cada um ou dois dias. Com quase 18.000 tubos, localizar e substituir o que falhou foi um desafio. Com o tempo, no entanto, a equipe de manutenção desenvolveu a habilidade de consertar um problema em apenas 15 minutos.

Jean Bartik: Programadores ENIAC

ENIAC sendo configurado

Um engenheiro e programador ENIAC verifica a configuração perto dos racks multiplicadores. Os 20 acumuladores de número único eram suas unidades funcionais primárias, mas o ENIAC também tinha unidades especiais para multiplicação, divisão e raízes quadradas.

18.000 chances de falhar

O ENIAC brilhava com 18.000 tubos de vácuo sem precedentes. Como você mantém tantos trabalhando simultaneamente?

Os engenheiros criaram diretrizes rígidas de projeto de circuito para maximizar a confiabilidade. Eles executaram testes extensivos em componentes e evitaram pressioná-los até seus limites, que incluíam tubos de vácuo operacionais bem abaixo de suas tensões máximas para prolongar sua vida útil.


Conteúdo

As máquinas Lorenz SZ tinham 12 rodas, cada uma com um número diferente de cames (ou "pinos").
Número da roda 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nome da roda BP [12] ψ1 ψ2 ψ3 ψ4 ψ5 µ37 µ61 χ1 χ2 χ3 χ4 χ5
Número de cames (pinos) 43 47 51 53 59 37 61 41 31 29 26 23

Os computadores Colossus foram usados ​​para ajudar a decifrar mensagens de rádio teleprinter interceptadas que foram criptografadas usando um dispositivo desconhecido. Informações de inteligência revelaram que os alemães chamaram os sistemas de transmissão de teleimpressora sem fio "Sägefisch" (peixe-serra). Isso levou os britânicos a chamarem o tráfego criptografado do teleprinter alemão de "Fish", [13] e a máquina desconhecida e suas mensagens interceptadas de "Tunny" (atum). [14]

Antes que os alemães aumentassem a segurança de seus procedimentos operacionais, os criptoanalistas britânicos diagnosticaram como a máquina invisível funcionava e construíram uma imitação dela chamada "British Tunny".

Foi deduzido que a máquina tinha doze rodas e usava uma técnica de cifragem Vernam em caracteres de mensagem no código telegráfico padrão ITA2 de 5 bits. Ele fez isso combinando os caracteres de texto simples com um fluxo de caracteres-chave usando a função booleana XOR para produzir o texto cifrado.

Em agosto de 1941, um erro cometido por operadores alemães levou à transmissão de duas versões da mesma mensagem com configurações de máquina idênticas. Estes foram interceptados e trabalhados em Bletchley Park. Primeiro, John Tiltman, um criptoanalista GC & ampCS muito talentoso, derivou um fluxo chave de quase 4.000 caracteres. [15] Então Bill Tutte, um membro recém-chegado da Seção de Pesquisa, usou esse fluxo de chaves para trabalhar na estrutura lógica da máquina de Lorenz. Ele deduziu que as doze rodas consistiam em dois grupos de cinco, que ele chamou de χ (chi) e ψ (psi) rodas, as duas restantes ele chamou de μ (mu) ou rodas "motorizadas". o chi rodas pisavam regularmente com cada letra que era criptografada, enquanto o psi as rodas pisavam irregularmente, sob o controle das rodas motorizadas. [16]

Com um fluxo de chaves suficientemente aleatório, uma cifra de Vernam remove a propriedade de linguagem natural de uma mensagem de texto simples de ter uma distribuição de frequência desigual dos diferentes caracteres, para produzir uma distribuição uniforme no texto cifrado. A máquina Tunny fez isso bem. No entanto, os criptanalistas descobriram que, ao examinar a distribuição de frequência das mudanças caractere a caractere no texto cifrado, em vez dos caracteres simples, houve um desvio da uniformidade que forneceu um caminho para o sistema. Isso foi conseguido por "diferenciação" em que cada bit ou caractere foi XOR-ed com seu sucessor. [17] Depois que a Alemanha se rendeu, as forças aliadas capturaram uma máquina Tunny e descobriram que era o eletromecânico Lorenz SZ (Schlüsselzusatzgerät, anexo de cifra) máquina de cifragem em linha. [13]

Para descriptografar as mensagens transmitidas, duas tarefas tiveram que ser executadas. O primeiro foi "quebra de roda", que foi a descoberta dos padrões de excêntricos para todas as rodas. Esses padrões foram configurados na máquina Lorenz e então usados ​​por um período fixo de tempo para uma sucessão de mensagens diferentes. Cada transmissão, que geralmente continha mais de uma mensagem, era codificada com uma posição inicial diferente das rodas. Alan Turing inventou um método de quebra de roda que ficou conhecido como Turingery. [18] A técnica de Turing foi posteriormente desenvolvida em "Rectangling", para o qual Colossus poderia produzir tabelas para análise manual. Colossi 2, 4, 6, 7 e 9 tinham um "gadget" para auxiliar neste processo. [19]

A segunda tarefa era "configuração das rodas", que calculava as posições iniciais das rodas para uma mensagem específica e só poderia ser tentada depois que os padrões do came fossem conhecidos. [20] Foi para essa tarefa que o Colossus foi inicialmente projetado. Para descobrir a posição inicial do chi rodas para uma mensagem, o Colossus comparou dois fluxos de caracteres, contando estatísticas da avaliação de funções booleanas programáveis. Os dois streams eram o texto cifrado, que era lido em alta velocidade em uma fita de papel, e o key stream, gerado internamente, em uma simulação da máquina alemã desconhecida. Depois de uma sucessão de diferentes corridas de Colossus para descobrir o provável chiconfigurações de roda, foram verificadas examinando a distribuição de frequência dos caracteres no texto cifrado processado. [21] Colossus produziu essas contagens de frequência.

Usando a diferenciação e sabendo que o psi rodas não avançavam com cada personagem, Tutte descobriu que tentar apenas dois bits diferenciados (impulsos) do chi-stream contra o texto cifrado diferenciado produziria uma estatística não aleatória. Isso ficou conhecido como "invasão 1 + 2" de Tutte. [25] Envolveu o cálculo da seguinte função booleana:

e contando o número de vezes que resultou "falso" (zero). Se esse número exceder um valor limite predefinido conhecido como "total definido", ele será impresso. O criptanalista examinaria a impressão para determinar qual das posições iniciais putativas era mais provável de ser a correta para o chi-1 e chi-2 rodas. [26]

Esta técnica seria então aplicada a outros pares de, ou únicos, impulsos para determinar a posição inicial provável de todos os cinco chi rodas. A partir disso, o de-chi (D) de um texto cifrado pode ser obtido, a partir do qual o psi componente pode ser removido por métodos manuais. [27] Se a distribuição de frequência de caracteres na de-chi versão do texto cifrado estava dentro de certos limites, "ajuste da roda" do chi rodas foi considerado alcançado, [21] e as configurações de mensagem e de-chi foram passados ​​para o "Teste". Esta foi a seção em Bletchley Park liderada pelo Major Ralph Tester, onde a maior parte do trabalho de descriptografia foi feito por métodos manuais e linguísticos. [28]

Colossus também pode derivar a posição inicial do psi e rodas motorizadas, mas isso não foi muito feito até os últimos meses da guerra, quando havia muitos Colossos disponíveis e o número de mensagens Tunny havia diminuído.

O Colossus foi desenvolvido para o "Newmanry", [29] a seção chefiada pelo matemático Max Newman que era responsável pelos métodos da máquina contra a máquina de cifragem teleimpressora on-line Lorenz SZ40 / 42 de doze rotores (codinome Tunny, para atum). O design do Colossus surgiu de um projeto anterior que produziu uma máquina de contagem apelidada de "Heath Robinson". Embora tenha provado o conceito de análise de máquina para essa parte do processo, inicialmente não era confiável. As partes eletromecânicas eram relativamente lentas e era difícil sincronizar duas fitas de papel em loop, uma contendo a mensagem codificada e a outra representando parte do fluxo de chave da máquina de Lorenz, [30] também as fitas tendiam a esticar ao serem ler até 2.000 caracteres por segundo.

Tommy Flowers MBE [d] era um engenheiro elétrico sênior e chefe do Grupo de Switching na Post Office Research Station em Dollis Hill. Antes de seu trabalho em Colossus, ele esteve envolvido com GC & ampCS em Bletchley Park desde fevereiro de 1941 em uma tentativa de melhorar as Bombas que foram usadas na criptoanálise da máquina de cifragem alemã Enigma. [32] Ele foi recomendado a Max Newman por Alan Turing, que ficou impressionado com seu trabalho nas Bombas. [33] Os principais componentes da máquina Heath Robinson eram os seguintes.

  • Um transporte de fita e mecanismo de leitura que executava a chave em loop e as fitas de mensagem entre 1.000 e 2.000 caracteres por segundo.
  • Uma unidade combinadora que implementou a lógica do método de Tutte.
  • Uma unidade de contagem que foi projetada por C. E. Wynn-Williams do Telecommunications Research Establishment (TRE) em Malvern, que contou o número de vezes que a função lógica retornou um valor verdadeiro especificado.

Flores foram trazidas para projetar a unidade combinadora do Heath Robinson. [34] Ele não ficou impressionado com o sistema de uma fita de chave que tinha que ser mantida sincronizada com a fita de mensagem e, por sua própria iniciativa, ele projetou uma máquina eletrônica que eliminou a necessidade da fita de chave por ter um análogo eletrônico de a máquina Lorenz (Tunny). [35] Ele apresentou este projeto a Max Newman em fevereiro de 1943, mas a ideia de que de uma a duas mil válvulas termiônicas (tubos de vácuo e tiratrons) propostas poderiam funcionar juntas de forma confiável, foi recebida com grande ceticismo, [36] então mais Robinsons foram encomendados de Dollis Hill. Flowers, no entanto, sabia por seu trabalho antes da guerra que a maioria das falhas de válvulas termiônicas ocorria como resultado de tensões térmicas na inicialização, portanto, não desligar uma máquina reduzia as taxas de falha a níveis muito baixos. [37] Além disso, os aquecedores foram iniciados com uma tensão baixa e, lentamente, aumentados para a tensão total para reduzir o estresse térmico. As próprias válvulas foram soldadas para evitar problemas com bases de plug-in, que poderiam não ser confiáveis. [ citação necessária Flowers persistiu com a ideia e obteve o apoio do Diretor da Estação de Pesquisa, W Gordon Radley. [38] Flowers e sua equipe de cerca de cinquenta pessoas no grupo de comutação [39] [40] passaram onze meses desde o início de fevereiro de 1943 projetando e construindo uma máquina que dispensou a segunda fita do Heath Robinson, gerando os padrões de roda eletronicamente . Flowers usou parte de seu próprio dinheiro para o projeto. [41] [42]

Este protótipo, Mark 1 Colossus, continha 1.600 válvulas termiônicas (tubos). [39] Ele teve um desempenho satisfatório em Dollis Hill em 8 de dezembro de 1943 [43] e foi desmontado e enviado para Bletchley Park, onde foi entregue em 18 de janeiro e remontado por Harry Fensom e Don Horwood. [11] [44] Estava operacional em janeiro [45] [8] e atacou com sucesso sua primeira mensagem em 5 de fevereiro de 1944. [46] Era uma grande estrutura e foi apelidada de "Colosso", supostamente pelos operadores WRNS. No entanto, um memorando mantido nos Arquivos Nacionais, escrito por Max Newman em 18 de janeiro de 1944, registra que "Colossus chega hoje". [47]

Durante o desenvolvimento do protótipo, um design aprimorado foi desenvolvido - o Mark 2 Colossus. Quatro deles foram encomendados em março de 1944 e, no final de abril, o número de pedidos havia aumentado para doze. Dollis Hill foi pressionada para que a primeira delas funcionasse até 1º de junho. [48] ​​Allen Coombs assumiu a liderança da produção Mark 2 Colossi, a primeira das quais - contendo 2.400 válvulas - tornou-se operacional às 08:00 em 1 de junho de 1944, bem a tempo para a invasão aliada da Normandia no Dia D. [49] Posteriormente, os colossos foram entregues a uma taxa de cerca de um por mês. Na época do Dia V-E, havia dez Colossi trabalhando em Bletchley Park e já havia começado a montagem de um décimo primeiro. [48]

As unidades principais do projeto Mark 2 foram as seguintes. [35] [50]

  • Um transporte de fita com um mecanismo de leitura de 8 fotocélulas.
  • Um registro FIFOshift de seis caracteres.
  • Doze depósitos de anéis de tiratron que simulavam a máquina Lorenz gerando um fluxo de bits para cada roda.
  • Painéis de interruptores para especificar o programa e o "total definido".
  • Um conjunto de unidades funcionais que executam operações booleanas.
  • Um "contador de intervalo" que poderia suspender a contagem de parte da fita.
  • Um controle mestre que lida com relógios, sinais de início e parada, leitura de contador e impressão.
  • Cinco contadores eletrônicos.
  • Uma máquina de escrever elétrica.

A maior parte do design da eletrônica foi obra de Tommy Flowers, auxiliado por William Chandler, Sidney Broadhurst e Allen Coombs, com Erie Speight e Arnold Lynch desenvolvendo o mecanismo de leitura fotoelétrica. [51] Coombs se lembrou de Flowers, tendo produzido um rascunho de seu projeto, rasgando-o em pedaços que ele entregou a seus colegas para que fizessem o projeto detalhado e levassem sua equipe para fabricá-lo. [52] O Mark 2 Colossi era cinco vezes mais rápido e mais simples de operar do que o protótipo. [e]

A entrada de dados no Colossus foi feita pela leitura fotoelétrica de uma transcrição em fita de papel da mensagem interceptada criptografada. Isso foi organizado em um loop contínuo para que pudesse ser lido e relido várias vezes - não havendo armazenamento interno para os dados. O projeto superou o problema de sincronizar os componentes eletrônicos com a velocidade da fita da mensagem, gerando um sinal de relógio a partir da leitura dos orifícios da roda dentada. A velocidade de operação era, portanto, limitada pela mecânica de leitura da fita. Durante o desenvolvimento, o leitor de fita foi testado até 9700 caracteres por segundo (53 mph) antes de a fita se desintegrar. Portanto, 5000 caracteres / segundo (40 pés / s (12,2 m / s 27,3 mph)) foi definido como a velocidade para uso regular. Flowers projetou um registrador de deslocamento de 6 caracteres, que foi usado para calcular a função delta (ΔZ) e para testar cinco possíveis pontos de partida diferentes das rodas de Tunny nos cinco processadores. [54] [55] Esse paralelismo de cinco vias [f] permitiu que cinco testes e contagens simultâneos fossem realizados, dando uma velocidade de processamento efetiva de 25.000 caracteres por segundo. [55] A computação usou algoritmos desenvolvidos por W. T. Tutte e colegas para descriptografar uma mensagem Tunny. [56] [57]

O Newmanry era composto por criptoanalistas, operadores do Women's Royal Naval Service (WRNS) - conhecido como "Wrens" - e engenheiros que estavam permanentemente disponíveis para manutenção e reparos. Ao final da guerra, a equipe era de 272 Wrens e 27 homens. [48]

Depois de realizar várias tarefas de reinicialização e zeragem, os operadores de Wren, sob as instruções do criptanalista, operariam os interruptores de década "definir total" e os interruptores do painel K2 para definir o algoritmo desejado. Eles então ligariam o motor da fita da base da cama e a lâmpada e, quando a fita atingisse a velocidade máxima, acionariam o interruptor principal de partida. [61]

Howard Campaigne, um matemático e criptanalista da US Navy OP-20-G, escreveu o seguinte em um prefácio ao artigo de Flowers de 1983 "The Design of Colossus".

Minha visão do Colossus era a de um criptanalista-programador. Disse à máquina para fazer certos cálculos e contagens e, depois de estudar os resultados, disse-lhe para fazer outro trabalho. Não se lembrou do resultado anterior, nem poderia ter agido de acordo com ele. Colossus e eu alternamos em uma interação que às vezes alcançava uma análise de um sistema de cifras alemão incomum, chamado de "Geheimschreiber" pelos alemães, e "Fish" pelos criptoanalistas. [62]

O Colossus não era um computador com programa armazenado. Os dados de entrada para os cinco processadores paralelos foram lidos a partir da fita de papel de mensagem em loop e dos geradores de padrão eletrônico para o chi, psi e rodas motorizadas. [63] Os programas para os processadores foram definidos e mantidos nos interruptores e conexões do painel jack. Cada processador pode avaliar uma função booleana e contar e exibir o número de vezes que ela produziu o valor especificado de "falso" (0) ou "verdadeiro" (1) para cada passagem da fita de mensagem.

A entrada para os processadores veio de duas fontes, os registros de deslocamento da leitura da fita e os anéis de tiratron que emulavam as rodas da máquina Tunny. [64] Os personagens na fita de papel foram chamados Z and the characters from the Tunny emulator were referred to by the Greek letters that Bill Tutte had given them when working out the logical structure of the machine. On the selection panel, switches specified either Z ou ΔZ, either χ or Δ χ and either ψ or Δ ψ for the data to be passed to the jack field and 'K2 switch panel'. These signals from the wheel simulators could be specified as stepping on with each new pass of the message tape or not.

The K2 switch panel had a group of switches on the left-hand side to specify the algorithm. The switches on the right-hand side selected the counter to which the result was fed. The plugboard allowed less specialized conditions to be imposed. Overall the K2 switch panel switches and the plugboard allowed about five billion different combinations of the selected variables. [58]

As an example: a set of runs for a message tape might initially involve two chi wheels, as in Tutte's 1+2 algorithm. Such a two-wheel run was called a long run, taking on average eight minutes unless the parallelism was utilised to cut the time by a factor of five. The subsequent runs might only involve setting one chi wheel, giving a short run taking about two minutes. Initially, after the initial long run, the choice of next algorithm to be tried was specified by the cryptanalyst. Experience showed, however, that decision trees for this iterative process could be produced for use by the Wren operators in a proportion of cases. [65]

Although the Colossus was the first of the electronic digital machines with programmability, albeit limited by modern standards, [66] it was not a general-purpose machine, being designed for a range of cryptanalytic tasks, most involving counting the results of evaluating Boolean algorithms.

A Colossus computer was thus not a fully Turing complete machine. However, University of San Francisco professor Benjamin Wells has shown that if all ten Colossus machines made were rearranged in a specific cluster, then the entire set of computers could have simulated a universal Turing machine, and thus be Turing complete. [67] The notion of a computer as a general-purpose machine – that is, as more than a calculator devoted to solving difficult but specific problems – did not become prominent until after World War II. [ citação necessária ]

Colossus and the reasons for its construction were highly secret and remained so for 30 years after the War. Consequently, it was not included in the history of computing hardware for many years, and Flowers and his associates were deprived of the recognition they were due. Colossi 1 to 10 were dismantled after the war and parts returned to the Post Office. Some parts, sanitised as to their original purpose, were taken to Max Newman's Royal Society Computing Machine Laboratory at Manchester University. [68] Tommy Flowers was ordered to destroy all documentation and burnt them in a furnace at Dollis Hill. He later said of that order:

That was a terrible mistake. I was instructed to destroy all the records, which I did. I took all the drawings and the plans and all the information about Colossus on paper and put it in the boiler fire. And saw it burn. [69]

Colossi 11 and 12, along with two replica Tunny machines, were retained, being moved to GCHQ's new headquarters at Eastcote in April 1946, and again with GCHQ to Cheltenham between 1952 and 1954. [70] One of the Colossi, known as Colossus Blue, was dismantled in 1959 the other in 1960. [70] There had been attempts to adapt them to other purposes, with varying success in their later years they had been used for training. [71] Jack Good related how he was the first to use Colossus after the war, persuading the US National Security Agency that it could be used to perform a function for which they were planning to build a special-purpose machine. [70] Colossus was also used to perform character counts on one-time pad tape to test for non-randomness. [70]

A small number of people who were associated with Colossus—and knew that large-scale, reliable, high-speed electronic digital computing devices were feasible—played significant roles in early computer work in the UK and probably in the US. However, being so secret, it had little direct influence on the development of later computers it was EDVAC that was the seminal computer architecture of the time. [ citação necessária ] In 1972, Herman Goldstine, who was unaware of Colossus and its legacy to the projects of people such as Alan Turing (ACE), Max Newman (Manchester computers) and Harry Huskey (Bendix G-15), wrote that,

Britain had such vitality that it could immediately after the war embark on so many well-conceived and well-executed projects in the computer field. [72]

Professor Brian Randell, who unearthed information about Colossus in the 1970s, commented on this, saying that:

It is my opinion that the COLOSSUS project was an important source of this vitality, one that has been largely unappreciated, as has the significance of its places in the chronology of the invention of the digital computer. [73]

Randell's efforts started to bear fruit in the mid-1970s, after the secrecy about Bletchley Park was broken when Group Captain Winterbotham published his book The Ultra Secret in 1974. [74] In October 2000, a 500-page technical report on the Tunny cipher and its cryptanalysis—entitled General Report on Tunny [75] —was released by GCHQ to the national Public Record Office, and it contains a fascinating paean to Colossus by the cryptographers who worked with it:

It is regretted that it is not possible to give an adequate idea of the fascination of a Colossus at work its sheer bulk and apparent complexity the fantastic speed of thin paper tape round the glittering pulleys the childish pleasure of not-not, span, print main header and other gadgets the wizardry of purely mechanical decoding letter by letter (one novice thought she was being hoaxed) the uncanny action of the typewriter in printing the correct scores without and beyond human aid the stepping of the display periods of eager expectation culminating in the sudden appearance of the longed-for score and the strange rhythms characterizing every type of run: the stately break-in, the erratic short run, the regularity of wheel-breaking, the stolid rectangle interrupted by the wild leaps of the carriage-return, the frantic chatter of a motor run, even the ludicrous frenzy of hosts of bogus scores. [76]

Construction of a fully functional rebuild [77] [78] of a Colossus Mark 2 was undertaken between 1993 and 2008 by a team led by Tony Sale. [11] [10] In spite of the blueprints and hardware being destroyed, a surprising amount of material survived, mainly in engineers' notebooks, but a considerable amount of it in the U.S. The optical tape reader might have posed the biggest problem, but Dr. Arnold Lynch, its original designer was able to redesign it to his own original specification. The reconstruction is on display, in the historically correct place for Colossus No. 9, at The National Museum of Computing, in H Block Bletchley Park in Milton Keynes, Buckinghamshire.

In November 2007, to celebrate the project completion and to mark the start of a fundraising initiative for The National Museum of Computing, a Cipher Challenge [79] pitted the rebuilt Colossus against radio amateurs worldwide in being first to receive and decode three messages enciphered using the Lorenz SZ42 and transmitted from radio station DL0HNF in the Heinz Nixdorf MuseumsForum computer museum. The challenge was easily won by radio amateur Joachim Schüth, who had carefully prepared [80] for the event and developed his own signal processing and code-breaking code using Ada. [81] The Colossus team were hampered by their wish to use World War II radio equipment, [82] delaying them by a day because of poor reception conditions. Nevertheless, the victor's 1.4 GHz laptop, running his own code, took less than a minute to find the settings for all 12 wheels. The German codebreaker said: "My laptop digested ciphertext at a speed of 1.2 million characters per second—240 times faster than Colossus. If you scale the CPU frequency by that factor, you get an equivalent clock of 5.8 MHz for Colossus. That is a remarkable speed for a computer built in 1944." [83]

The Cipher Challenge verified the successful completion of the rebuild project. "On the strength of today's performance Colossus is as good as it was six decades ago", commented Tony Sale. "We are delighted to have produced a fitting tribute to the people who worked at Bletchley Park and whose brainpower devised these fantastic machines which broke these ciphers and shortened the war by many months." [84]

There was a fictional computer named Colosso in the 1970 film Colossus: The Forbin Project which was based on the 1966 novel Colosso by D. F. Jones. This was a coincidence as it pre-dates the public release of information about Colossus, or even its name.

Neal Stephenson's novel Cryptonomicon (1999) also contains a fictional treatment of the historical role played by Turing and Bletchley Park.


Fifth Generation (Present and Beyond) Artificial Intelligence

Fifth generation computing devices, based on artificial intelligence, are still in development, though there are some applications, such as voice recognition, that are being used today. The use of parallel processing and superconductors is helping to make artificial intelligence a reality. Quantum computation and molecular and nanotechnology will radically change the face of computers in years to come. The goal of fifth-generation computing is to develop devices that respond to natural language input and are capable of learning and self-organization. – Webopedia


Praise / Awards

Chapter 1: A Computer in the Making 5
Biographical Sketch 5
Defining His Task 6
Preliminary Decisions 8
Atanasoff's Elimination Algorithm 10
Original Storage Design 12
Vacuum-Tube Logic 18
The Memory 21
The Arithmetic Unit 23
Electronic Design of the Add-Subtract Mechanism 30
Timing and Control 46
Decimal Input-Output and Base Conversion 48
Intermediate Binary Input-Output 56
Computation Time 64

Chapter 2: Mauchly's Pre-Atanasoff Years 73
The Evidence 73
The Harmonic Analyzer 74
The Cipher Machine 85
The Two-Neon Device 87
Ring Counters 96
Plan for an Electronic Desk Calculator 99
The Situation as of December, 1940 102

Chapter 3: The ENIAC Connection 105
The ENIAC 105
The December, 1940, Meeting 114
The Interim Period 118
The Situation as of Early June, 1941 130
Mauchly's June, 1941, Visit to Iowa 133
The Post-Iowa Period 155
Mauchly's Testimony in an Earlier Suit 168
The Mauchly-Eckert Link 179
An Interpretation 181

Chapter 4: Atanasoff's Day in Court 195
The ENIAC Case 195
Atanasoff on the Stand 209
The Decision on Atanasoff 236

Chapter 5: Atanasoff's Place in History 257
A Technological Revolution 257
Atanasoff's Computer 264
The Causal Chain 271

Appendix A: Logic of Electronic Switching 293
Logic and Electronics 293
Atomic Switches 295
Compound Switches 299
Logical Structure of Adding and Subtracting Circuits 305
Atanasoff's Atomic Switches 311
Structure of Atanasoff's Add-Subtract Mechanism 320
Atanasoff's Place in the History of Computer Switching 326

Appendix B: Response to Kathleen Mauchly 355
Kathleen Mauchly's Advocacy 355
The Pre-Atanasoff Years 362
The Post-Atanasoff Years 371


UNIVAC, the first commercially produced digital computer, is dedicated

On June 14, 1951, the U.S. Census Bureau dedicates UNIVAC, the world’s first commercially produced electronic digital computer. UNIVAC, which stood for Universal Automatic Computer, was developed by J. Presper Eckert and John Mauchly, makers of ENIAC, the first general-purpose electronic digital computer. These giant computers, which used thousands of vacuum tubes for computation, were the forerunners of today’s digital computers.

The search for mechanical devices to aid computation began in ancient times. The abacus, developed in various forms by the Babylonians, Chinese, and Romans, was by definition the first digital computer because it calculated values by using digits. A mechanical digital calculating machine was built in France in 1642, but a 19th century Englishman, Charles Babbage, is credited with devising most of the principles on which modern computers are based. His 𠇊nalytical Engine,” begun in the 1830s and never completed for lack of funds, was based on a mechanical loom and would have been the first programmable computer.

By the 1920s, companies such as the International Business Machines Corporation (IBM) were supplying governments and businesses with complex punch-card tabulating systems, but these mechanical devices had only a fraction of the calculating power of the first electronic digital computer, the Atanasoff-Berry Computer (ABC). Completed by John Atanasoff of Iowa State in 1939, the ABC could by 1941 solve up to 29 simultaneous equations with 29 variables. Influenced by Atanasoff’s work, Presper Eckert and John Mauchly set about building the first general-purpose electronic digital computer in 1943. The sponsor was the U.S. Army Ordnance Department, which wanted a better way of calculating artillery firing tables, and the work was done at the University of Pennsylvania.

ENIAC, which stood for Electronic Numerical Integrator and Calculator, was completed in 1946 at a cost of nearly $500,000. It took up 15,000 feet, employed 17,000 vacuum tubes, and was programmed by plugging and replugging some 6,000 switches. It was first used in a calculation for Los Alamos Laboratories in December 1945, and in February 1946 it was formally dedicated.

Following the success of ENIAC, Eckert and Mauchly decided to go into private business and founded the Eckert-Mauchly Computer Corporation. They proved less able businessmen than they were engineers, and in 1950 their struggling company was acquired by Remington Rand, an office equipment company. On June 14, 1951, Remington Rand delivered its first computer, UNIVAC I, to the U.S. Census Bureau. It weighed 16,000 pounds, used 5,000 vacuum tubes, and could perform about 1,000 calculations per second. On November 4, 1952, the UNIVAC achieved national fame when it correctly predicted Dwight D. Eisenhower’s unexpected landslide victory in the presidential election after only a tiny percentage of the votes were in.

UNIVAC and other first-generation computers were replaced by transistor computers of the late 1950s, which were smaller, used less power, and could perform nearly a thousand times more operations per second. These were, in turn, supplanted by the integrated-circuit machines of the mid-1960s and 1970s. In the 1980s, the development of the microprocessor made possible small, powerful computers such as the personal computer, and more recently the laptop and hand-held computers.


Facts about Computer History 3: The Second Gen

The next generation of computers didn’t use vacuum tubes. They applied transistors instead. This means they were more reliable at that time. It was in 1951 when the 1st computer was introduced for commercial purposes.

Facts about Computer History 4: Programming Languages

The second gen computers include more than 100 programming languages. Still, they had no operating systems and memory. Both disk and tape were used as the storage media. There were also printers attached.

Facts about Computer History


Cloud-based network-attached storage solutions

Typical cloud-based NAS storage array

Vendors announce cloud-based network-attached storage solutions for online backup. They were designed for small and medium sized businesses in addition to general consumers. With these services, servers could automatically back up data to remote servers. They were designed for data protection, and along with backup capability it also provided a data recovery solution.


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