ENIAC: se desarrolló con éxito la primera computadora electrónica moderna de uso general

Aunque la computadora desarrollada por Atanasoff y los materiales de solicitud de patente no obtuvieron buenos resultados, los materiales de desarrollo que dejó tuvieron un profundo impacto en el desarrollo posterior de las computadoras de uso general.

En la reunión anual de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia en diciembre de 1940, Atanasoff conoció a John William Mauchly (1902 - 1980).

En aquella época, Mowgli enseñaba física en el Ursinus College de los suburbios de Filadelfia. Su padre es un físico que se graduó en la Universidad Johns Hopkins e imparte clases sobre los efectos de los rayos cósmicos y las manchas solares en el clima de la Tierra. Para resolver los complejos problemas de cálculo en la investigación, se desarrolló una computadora analógica para el cálculo. En la conferencia, presentó un artículo sobre cómo comparar el clima y la actividad solar mediante cálculos mecánicos. Al mismo tiempo, también propuso cómo mejorar los dispositivos informáticos para aumentar la eficiencia de la informática. Creía que el motor analítico diferencial de Bush, que se usaba comúnmente en ese momento, tenía limitaciones considerables y baja eficiencia al abordar una gran cantidad de problemas de cálculo. Sin embargo, las computadoras electromecánicas tenían una respuesta lenta de los componentes electromecánicos (nivel de milisegundos y ms). la forma de solucionar el problema fue aplicar circuitos electrónicos (el tiempo de reacción está en el rango de los picosegundos, donde 1 milisegundo = 1000 microsegundos).

Después de escuchar este informe, Atanasov se emocionó mucho y después de la reunión habló con Moakley sobre la computadora electrónica que había desarrollado con éxito. Aunque Mowgli mencionó la idea de utilizar circuitos electrónicos para construir computadoras, solo estaba en la etapa conceptual y quedó impactado al recibir esta noticia. Por lo tanto, ante la cálida invitación de Atanasoff, Mowgli condujo hasta el Instituto de Investigación en Computación de la Universidad Estatal de Iowa, donde se encontraba Atanasoff en junio de 1941, para visitar la computadora electrónica especial.

Atanasov le demostró a Mowgli el proceso de cálculo de la computadora ABC, le presentó la estructura de la máquina, le explicó cómo usar tarjetas perforadas para ingresar datos de cálculo y cómo usar circuitos electrónicos para controlar los cálculos, tecnología de perforación por arco. y tecnología de almacenamiento capacitivo binario. Aunque no entendía los beneficios del uso de binarios para la representación y las operaciones de datos, Mowgli estaba fascinado por la velocidad de computación extremadamente rápida de la computadora. Estudió los principios de esta computadora durante el día y estudió cuidadosamente los materiales de solicitud de patente de Atanasoff por la noche. Es difícil encontrar un confidente, por lo que Atanasoff le explicó sin reservas a Mowgli todas las tecnologías básicas para fabricar computadoras electrónicas.

Cinco días después, Moakley se fue apurado porque iba a asistir a una clase de formación organizada por el Departamento de Defensa de Estados Unidos para estudiantes de posgrado en la Escuela Moore de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Estatal de Pensilvania. Aunque disponía de poco tiempo, comprendió las tecnologías clave de ABC y decidió construir una computadora más perfecta.

En la clase de electrónica de la Clase de Entrenamiento de Defensa Nacional, Moakley conoció a Eckert (John Presper Eckert, 1919-1995), quien era un estudiante de posgrado en la Escuela de Ingeniería Eléctrica Moore. La rica familia de Eckert le permitió tener un garaje con un banco de trabajo. Estaba obsesionado con los equipos electrónicos desde que era niño y fabricaba muchos equipos electrónicos en el garaje. Esto mejoró enormemente sus habilidades prácticas y acumuló una rica experiencia en la fabricación eléctrica. Mowgli le contó a Eckert su idea de una computadora electrónica, y Eckert aprobó la idea y pensó que podría realizarse. En 1942, Moakley se trasladó a la Universidad Estatal de Pensilvania para enseñar. Después de enseñar, él y Eckert se dedicaron a la investigación y transformación de la computadora ABC. Ese mismo año, Mowgli escribió "El uso de dispositivos informáticos de alta velocidad", en el que detalla su plan para desarrollar una computadora.

En la Segunda Guerra Mundial, después de que Japón atacara Pearl Harbor, Estados Unidos y Japón entraron en guerra. Todas las máquinas analíticas diferenciales de Penn State Bush fueron requisadas por el Laboratorio de Balística de Aberdeen para realizar cálculos de trayectoria balística. Aun así, los cálculos de la trayectoria balística son lentos. Goldstein, responsable del proyecto de cálculo de la trayectoria balística, mejoró la máquina de análisis diferencial y redujo el tiempo de cálculo de una trayectoria balística de 60 segundos a 20 minutos. Sin embargo, todavía es difícil calcular 6 tablas de fuego que contengan 900 balísticas cada día porque. del análisis diferencial. Las partes mecánicas de la máquina son lentas y la precisión del cálculo es baja (1%).

Hay que mejorar los dispositivos informáticos, pero no hay talento relevante. Después de conocer el plan informático de Mowgli, Goldstein se acercó a Mowgli y le describió sus necesidades y le sugirió que escribiera un informe sobre el desarrollo de una computadora y lo enviara al ejército de los EE. UU. Después de que se discutiera este informe, el ejército de los EE. UU. lo reconoció y se determinó que el nombre de la computadora que se construiría sería "Integrador y computadora numérico electrónico", o "ENIAC" para abreviar, que se traduce como ENIAC en chino.

El proyecto se lanzó oficialmente en julio de 1943. El ejército estadounidense proporcionó 150.000 dólares en financiación de investigación, que fue utilizado por el Instituto Eléctrico Moore para fabricar una computadora electrónica que podía completar cálculos de trayectoria balística en segundos para ayudar a calcular la potencia de fuego. La mesa mejora la eficiencia.

Después de que se estableció el proyecto, Goldstein se desempeñó como representante militar para coordinar y gestionar la implementación del proyecto. Moakley se desempeñó como consultor y fue responsable del diseño general de Eckert como ingeniero jefe. ayudó a Mokley a completar el diseño general y fue responsable de resolver una serie de problemas técnicos difíciles y complejos que surgen en la fabricación.

Moore College también contrata una gran cantidad de ingenieros superiores y otro personal técnico para participar en el diseño y la fabricación.

Una vez finalizado el diseño general y la preparación básica, comienza la fase de fabricación específica. El proyecto no ha sido fácil. Eckert ha pasado tiempo en el laboratorio, no sólo controlando estrictamente los componentes electrónicos producidos, sino también realizando un análisis en profundidad de las dificultades encontradas durante el proceso de fabricación para encontrar soluciones.

En el verano de 1944, ENIAC entró en la etapa más crítica de su fabricación. Una noche, el Capitán Goldstein se reunió con el entonces mundialmente famoso matemático Dr. John Von Neumann (1908 - 1957) en el laboratorio de balística cuando regresaba a la estación de tren de Filadelfia, la estación de Aberdeen.

Von Neumann nació en una familia judía en Hungría. Su padre era banquero. Von Neumann podía dividir mentalmente números de ocho dígitos a la edad de seis años y aprendió cálculo a la edad de ocho. A la edad de 17 años, von Neumann coescribió su primer artículo matemático con su profesor. En 1926, recibió un doctorado en matemáticas de la Universidad de Budapest, Hungría, y más tarde se dedicó a la investigación en física. En 1930, se había convertido en un erudito competente en matemáticas, física y química y atrajo la atención mundial. Enseñó sucesivamente en la Universidad de Berlín y la Universidad de Hamburgo. El matemático estadounidense Profesor Veblen reclutó talentos y le dio a von Neumann la oportunidad de enseñar en la Universidad de Princeton. En 1933, von Neumann fue nombrado profesor titular en la Universidad de Princeton junto con Einstein, y se convirtió en uno de los seis profesores fundadores del Instituto de Matemáticas, y miembro principal de la Universidad de Princeton. Más tarde, debido a la política nazi alemana de perseguir a los judíos, se convirtió en ciudadano estadounidense. Después de la Segunda Guerra Mundial, von Neumann fue elegido académico de la Academia Nacional de Ciencias y miembro de la Comisión de Energía Atómica, y se convirtió en uno de los principales asesores científicos del gobierno de Estados Unidos. En ese momento, participaba en el "Proyecto Manhattan", el proyecto de desarrollo de la bomba atómica.

Goldstein se acercó y se presentó con reverencia, mientras von Neumann no se daba aires, y las dos partes mantuvieron una conversación armoniosa. Cuando Goldstein le presentó a von Neumann la computadora en la que estaba participando en el desarrollo de una computadora que podía calcular 333 operaciones de multiplicación por segundo, von Neumann estaba muy interesado e hizo preguntas repetidamente. Resultó que el "Proyecto Manhattan" en el que participó von Neumann encontró un problema similar al que enfrentó el Laboratorio de Balística de Aberdeen: el Proyecto Manhattan requirió una gran cantidad de cálculos para calcular el equivalente de fisión nuclear, que se estima excede el cantidad de cálculos conocidos en la historia. La suma total no puede ser realizada por el poder humano. Llamaron a la máquina de tarjetas de escritorio de IBM e invirtieron mucha mano de obra, pero el progreso fue lento. Más tarde, llamaron a la electromecánica Mark-I de la Universidad de Harvard para realizar cálculos, pero aún no pudieron obtener una velocidad de cálculo satisfactoria. La baja velocidad de computación restringe seriamente el progreso del proyecto. ¿Cómo no emocionarse cuando se entera de que Moore College está desarrollando equipos de computación de alta velocidad? Porque sabía que una vez que esta máquina se desarrollara con éxito, sería posible resolver los problemas de progreso del "Proyecto Manhattan".

En agosto de 1944, von Neumann vino al Moore College para visitar ENIAC. La primera pregunta que hizo fue sobre la estructura lógica de ENIAC, lo que hizo que Eckert admirara en secreto. Mowgli y Eckert invitaron a von Neumann a unirse como asesor, brindándoles orientación y apoyo.

La incorporación de Von Neumann jugó un papel muy importante en el proyecto. Por un lado, debido a su estatus especial, la confianza de los militares en el proyecto aumentó enormemente y los fondos del proyecto aumentaron de los 150.000 dólares iniciales a casi. 500.000 dólares estadounidenses, que respaldaron en gran medida las necesidades financieras del proyecto para modificar continuamente el plan debido a los problemas encontrados; por otro lado, el talento técnico de von Neumann inyectó vitalidad al proyecto. Después de unirse, participó en las discusiones y análisis de los problemas técnicos encontrados. Especialmente el tema del almacenamiento. Siempre podemos proporcionar soluciones únicas a los problemas encontrados en la depuración y la fabricación. juega un papel muy importante en el éxito del proyecto.

En la primavera de 1945, ENIAC fue desarrollado y puesto en funcionamiento con éxito, cumpliendo básicamente los requisitos de diseño. Una vez finalizado, ENIAC es como una máquina enorme, que cubre un área de 168 metros cuadrados y ocupa toda la habitación. Tiene 2,5 metros de alto, 0,914 metros de ancho, 30,48 metros de largo y pesa 30 toneladas. Utiliza 188.000 tubos de electrones, 1.500 relés, 70.000 resistencias y 18.000 condensadores de 16 modelos diferentes. Estos componentes están conectados entre sí a través de 50.000 cabezales de soldadura y 11,265 kilómetros de cables de cobre. El reloj de la máquina es de 100 KHZ y hay 20 palabras en su interior. , cada palabra tiene 10 bits de largo, utiliza operación decimal y la velocidad alcanza 5000 veces por segundo.

Utilizando esta computadora, el tiempo de cálculo de una trayectoria balística de 60 segundos se acortó de las 20 horas requeridas por una microcomputadora a 30 segundos, cumpliendo con los requisitos de límite de tiempo de cálculo de la tabla de potencia de fuego del ejército. Posteriormente, ENIAC ayudó al Proyecto Manhattan a resolver con éxito el complejo problema de la ecuación de la fisión nuclear, acelerando el desarrollo de la primera bomba atómica.

El 10 de febrero de 1946, después de un año de funcionamiento de prueba, ENIAC conoció el mundo. El Departamento de Artillería del Ejército de EE. UU. y la Escuela de Ingeniería Eléctrica Moore celebraron una conferencia de prensa para anunciar que la Escuela de Ingeniería Eléctrica Moore desarrolló con éxito la primera computadora electrónica del mundo.

El exitoso desarrollo y puesta en funcionamiento de ENIAC marca que la humanidad ha entrado en una nueva era de la informática y ha abierto la puerta a la era de la información. Un periodista del "Times" estadounidense escribió después de visitar el funcionamiento de la máquina ENIAC: "Su sabiduría electrónica abre un mundo nuevo".

Después de poner en funcionamiento la computadora ENIAC, fue transportada a la base militar de pruebas de Aberdeen en Maryland. Además de utilizarse para cálculos balísticos, también realiza cálculos de procesamiento de datos para muchos proyectos de investigación científica, los más famosos de los cuales son la previsión meteorológica, el diseño de aviones y otras pruebas en túneles de viento, cálculos de energía nuclear, cálculos de rayos cósmicos y cálculos de pi. La primera computadora electrónica de uso general en la historia de la humanidad funcionó hasta el 2 de octubre de 1955, cuando fue dada de baja. El tiempo de funcionamiento real fue de 80.223 horas.

Observe atentamente la estructura lógica y el diseño de ENIAC, y sus ideas de diseño son copias de la computadora ABC. Sin embargo, Mokri no se lo explicó al mundo, lo cual es una lástima.

En 1967, Honeywell y Sperry Rand Corporation, que compraron los derechos de patente de computadora de ENIAC, tuvieron una batalla legal por los derechos de patente de ENIAC. Al final, después de 6 años de recopilación de pruebas y 135 audiencias judiciales, el tribunal finalmente falló en contra de Sperry Rand en 1973 y dictaminó que la patente ENIAC no era válida. El veredicto dice: "Mowgli y Eckert no inventaron ellos mismos la computadora electrónica automatizada primero, sino que obtuvieron materiales relevantes del invento del Dr. Atanasoff".

Aunque, durante todo el juicio y después del veredicto, Mowgli se negó a admitirlo. que había obtenido información valiosa de Atanasov, pero el veredicto reveló la verdadera naturaleza del asunto. Atanasov es conocido como el verdadero padre de las computadoras electrónicas.

En comparación con las computadoras anteriores, la computadora ENIAC tiene grandes ventajas:

1) Velocidad de cálculo rápida

2) Capacidad de almacenamiento de memoria interna

3) Tener juicio lógico

4) Los resultados del cálculo tienen alta precisión y credibilidad

Por supuesto, también hay muchas deficiencias:

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1) Se utiliza el sistema decimal en lugar del sistema binario, lo que resulta en un diseño de unidad aritmética complejo;

2) Sin capacidad de almacenamiento de programas

3) Pequeña capacidad de almacenamiento;

4) Alta tasa de fallas

5) Alto consumo de energía

Las deficiencias de ENIAC se descubrieron durante el proceso de fabricación y depuración, y von Neumann propuso; después de unirse Además de las deficiencias del uso del sistema decimal, la complejidad de la unidad aritmética resultó en que la velocidad de multiplicación final fuera de solo 50 veces por segundo, lo que no alcanzó el objetivo esperado de 333 veces por segundo. Pero el proyecto ha completado su diseño inicial y sólo puede someterse a un mantenimiento y reparaciones adecuados.

Von Neumann reconoció el impacto de un diseño mejorado en el rendimiento de la máquina, discutió y estudió con miembros del equipo del proyecto como Moakley y Eckert, y formuló un plan de mejora.

En junio de 1945, von Neumann redactó un nuevo informe de diseño de computadora: "Borrador sobre una computadora electrónica automática variable discreta", lo presentó al Departamento de Artillería del Ejército y recibió la aprobación para el desarrollo de nuevas computadoras. En este informe de 101 páginas, von Neumann denominó a este nuevo tipo de computadora "Computadora automática variable difusa", o "EDVAC" para abreviar, y su transliteración china es "Edafak".

El diseño de EDVAC soluciona fundamentalmente las carencias de ENIAC en dos aspectos:

1) Reemplazar decimal por binario. En el estado binario, es más fácil expresar 0 y 1 usando los dos estados de desconexión y conexión del circuito electrónico, por otro lado, la operación se simplifica y la operación de suma de unidades solo tiene 0, 1, 1; +0, 1+1 Entre los cuatro estados, la suma, resta, multiplicación y división se pueden realizar con sumadores, lo que simplifica la complejidad y velocidad de los componentes informáticos

2) El concepto de almacenar programas en; Se propone la memoria interna del ordenador. La memoria de la máquina EDVAC utiliza líneas de retardo de mercurio para almacenar instrucciones. Está diseñada para tener 1024 bytes y los datos se ingresan a través de tarjetas perforadas. Después de que la máquina lee esta información en la unidad de memoria, puede realizar automáticamente tareas informáticas específicas. Si desea cambiar las tareas de cálculo, solo necesita leer tarjetas perforadas que representan diferentes significados para completar automáticamente diferentes tareas de cálculo, logrando versatilidad, evitando la intervención manual y mejorando la velocidad de cálculo.

Tras mejoras en estos dos aspectos, la composición de la máquina EDVAC se puede dividir en cinco partes:

1) Calculadora

Utilizada para operaciones aritméticas y lógicas como suma, resta, multiplicación y división

2) Controlador lógico

Se utiliza para controlar automáticamente las instrucciones de la máquina y coordinar la ejecución automática del programa

3) Memoria.

Se utiliza para almacenar instrucciones y datos del programa

4) Dispositivo de entrada

Lee instrucciones y datos del programa y los envía a la memoria

5 ) Dispositivo de salida

Envía resultados de cálculos informáticos y datos requeridos por las personas

El diseño de la máquina EDVAC sentó el marco estructural de las computadoras modernas y todavía se usa en la actualidad. Esta arquitectura se llama. la "máquina de Von Neumann" ".