Atanasoff-Berry-Computer – Wikipedia

Frühes elektronisches digitales Computergerät

Atanasoff-Berry-Computer (ABC)

Atanasoff-Berry-Computerreplik am Durham Center der Iowa State University
Entwickler	John Vincent Atanasoff mit Hilfe des Doktoranden Clifford Berry
Veröffentlichungsdatum	1942;; Vor 79 Jahren ((1942)
Einheiten verkauft	1
Zentralprozessor	Mehr als 300 Vakuumröhren bei 60 Hz
Erinnerung	3000 Bit
Anzeige	Dezimal über ein Frontblende-Display
Eingang	Dezimal über Standard-Lochkarten mit 80 Spalten von IBM
Masse	320 kg

Das Atanasoff-Berry-Computer ((ABC) war der erste automatische elektronische Digitalcomputer.^[1] Eingeschränkt durch die Technologie des Tages und die Ausführung ist das Gerät etwas dunkel geblieben. Die Priorität des ABC wird unter Historikern der Computertechnologie diskutiert, da es weder programmierbar noch vollständig war.^[2] Die ersten wirklich programmierbaren und Turing kompletten Maschinen,^[3] Der Z3 und der Colossus-Computer verwendeten von 1941 bis 1945 eine ähnliche ventilbasierte Technologie wie ABC.

Überblick[edit]

Die 1937 konzipierte Maschine wurde vom Mathematik- und Physikprofessor John Vincent Atanasoff vom Iowa State College mit Hilfe des Doktoranden Clifford Berry gebaut. Es wurde nur zur Lösung linearer Gleichungssysteme entwickelt und 1942 erfolgreich getestet. Der Mechanismus zur Speicherung von Zwischenergebnissen, ein Papierkartenschreiber / -leser, wurde jedoch nicht perfektioniert, und als John Vincent Atanasoff das Iowa State College für Aufgaben im Zweiten Weltkrieg verließ Die Arbeiten an der Maschine wurden eingestellt.^[4] Das ABC war Vorreiter bei wichtigen Elementen des modernen Rechnens, einschließlich binärer arithmetischer und elektronischer Schaltelemente, aber sein spezieller Charakter und das Fehlen eines veränderbaren, gespeicherten Programms unterscheiden es von modernen Computern. Der Computer wurde 1990 zum IEEE-Meilenstein ernannt.^[6]

Die Computerarbeit von Atanasoff und Berry war erst allgemein bekannt, als sie in den 1960er Jahren inmitten von Patentstreitigkeiten über die erste Instanz eines elektronischen Computers wiederentdeckt wurde. Zu dieser Zeit ENIAC, das von John Mauchly und J. Presper Eckert erstellt worden war,^[7] wurde als der erste Computer im modernen Sinne angesehen,^{[citation needed]} 1973 erklärte ein US-Bezirksgericht das ENIAC-Patent für ungültig und kam zu dem Schluss, dass die ENIAC-Erfinder den Gegenstand des elektronischen Digitalcomputers von Atanasoff abgeleitet hatten. Als Mitte der 1970er Jahre die Geheimhaltung im Zusammenhang mit der Entwicklung der Colossus-Computer vor ENIAC im Zweiten Weltkrieg aufgehoben wurde^[8][9] und Colossus wurde auf einer Konferenz in Los Alamos, New Mexico, im Juni 1976 beschrieben. John Mauchly und Konrad Zuse sollen erstaunt gewesen sein.^[10]

Gestaltung und Konstruktion[edit]

Diagramm des ABC mit seinen verschiedenen Komponenten

Nach Atanasoffs Bericht wurden nach einer langen nächtlichen Fahrt nach Rock Island, Illinois, im Winter 1937/38 mehrere Schlüsselprinzipien des Atanasoff-Berry-Computers in einem plötzlichen Einblick entwickelt. Zu den ABC-Innovationen gehörten elektronische Berechnungen, binäre Arithmetik, Parallelverarbeitung, Speicher für regenerative Kondensatoren und eine Trennung von Speicher- und Rechenfunktionen.^[11] Das mechanische und logische Design wurde im nächsten Jahr von Atanasoff ausgearbeitet. Ein Zuschussantrag zum Bau eines Proof-of-Concept-Prototyps wurde im März 1939 bei der Abteilung Agronomie eingereicht, die auch daran interessiert war, die Berechnung für Wirtschafts- und Forschungsanalysen zu beschleunigen. Weitere 5.000 US-Dollar (entspricht 92.000 US-Dollar im Jahr 2019) für die Fertigstellung der Maschine stammten von der gemeinnützigen Research Corporation in New York City.^{[citation needed]}

Das ABC wurde von Atanasoff und Berry zwischen 1939 und 1942 im Keller des Physikgebäudes am Iowa State College gebaut. Die ersten Mittel wurden im September freigegeben, und der 11-Rohr-Prototyp wurde erstmals im Oktober 1939 demonstriert. Eine Demonstration im Dezember führte zu einem Zuschuss für den Bau der Großmaschine.^[12][13] Das ABC wurde in den nächsten zwei Jahren gebaut und getestet. Eine Geschichte vom 15. Januar 1941 in der Des Moines Register kündigte das ABC als “elektrische Rechenmaschine” mit mehr als 300 Vakuumröhren an, die “komplizierte algebraische Gleichungen berechnen” würden (gab jedoch keine genaue technische Beschreibung des Computers). Das System wog mehr als 320 kg. Es enthielt ungefähr 1,6 km Draht, 280 Vakuumröhren mit zwei Trioden, 31 Thyratrons und war ungefähr so ​​groß wie ein Schreibtisch.

Es war kein vollständiger Turing-Computer, was ihn von allgemeineren Maschinen der gleichen Zeit wie Konrad Zuses Z3 von 1941 und den Colossus-Computern von 1943 bis 1945 unterscheidet. Es wurde auch nicht die Architektur gespeicherter Programme implementiert, die erstmals im Manchester Baby von 1948 implementiert wurde und für praktische Computer für allgemeine Zwecke erforderlich ist.

Add-Subtrahieren-Modul (rekonstruiert) von Atanasoff-Berry Computer

Die Maschine war jedoch die erste, die drei wichtige Ideen umsetzte, die immer noch Teil jedes modernen Computers sind:

1. Verwenden von Binärziffern zur Darstellung aller Zahlen und Daten
2. Durchführen aller Berechnungen mit Elektronik anstelle von Rädern, Ratschen oder mechanischen Schaltern
3. Organisation eines Systems, in dem Berechnung und Speicher getrennt sind.

Die Erinnerung an den Atanasoff-Berry-Computer war ein System namens regenerativer Kondensatorspeicher, die aus zwei Trommeln bestand, die jeweils 1600 Kondensatoren enthielten, die sich einmal pro Sekunde auf einer gemeinsamen Welle drehten. Die Kondensatoren auf jeder Trommel waren in 32 “Bänder” von 50 (30 aktive Bänder und zwei Ersatzbänder für den Fall, dass ein Kondensator ausfiel) organisiert, was der Maschine eine Geschwindigkeit von 30 Additionen / Subtraktionen pro Sekunde gab. Die Daten wurden als binäre 50-Bit-Festkommazahlen dargestellt. Die Elektronik der Speicher- und Recheneinheiten könnte 60 solcher Zahlen gleichzeitig (3000 Bit) speichern und bearbeiten.

Die Wechselstrom-Netzfrequenz von 60 Hz war die primäre Taktrate für den Betrieb auf der niedrigsten Ebene.

Die arithmetischen Logikfunktionen waren vollelektronisch und wurden mit Vakuumröhren implementiert. Die Familie der Logikgatter reichte von Invertern bis zu zwei und drei Eingangsgattern. Die Eingangs- und Ausgangspegel und Betriebsspannungen waren zwischen den verschiedenen Gates kompatibel. Jedes Gate bestand aus einem invertierenden Vakuumröhrenverstärker, dem ein Widerstandsteiler-Eingangsnetzwerk vorausging, das die logische Funktion definierte. Die Steuerlogikfunktionen, die nur einmal pro Trommeldrehung arbeiten mussten und daher keine elektronische Geschwindigkeit erforderten, waren elektromechanisch und wurden mit Relais implementiert.

Die ALU arbeitete jeweils nur mit einem Bit jeder Nummer. Das Übertrags- / Ausleihbit wurde zur Verwendung im nächsten Wechselstromzyklus in einem Kondensator gehalten.^[14]

Obwohl der Atanasoff-Berry-Computer ein wichtiger Schritt gegenüber früheren Rechenmaschinen war, konnte er ein ganzes Problem nicht vollständig automatisch ausführen. Ein Bediener musste die Steuerschalter betätigen, um seine Funktionen einzurichten, ähnlich wie die elektromechanischen Taschenrechner und Geräte der damaligen Zeit. Die Auswahl der auszuführenden Operation, das Lesen, Schreiben, Konvertieren in oder von Binär in Dezimal oder das Reduzieren eines Satzes von Gleichungen wurde durch Schalter an der Vorderseite und in einigen Fällen über Jumper vorgenommen.

Es gab zwei Arten der Eingabe und Ausgabe: die Eingabe und Ausgabe des primären Benutzers und die Ausgabe und Eingabe der Zwischenergebnisse. Die Speicherung der Zwischenergebnisse ermöglichte den Betrieb bei Problemen, die zu groß waren, um vollständig im elektronischen Speicher behandelt zu werden. (Das größte Problem, das ohne die Verwendung der Zwischenausgabe und -eingabe gelöst werden konnte, waren zwei gleichzeitige Gleichungen, ein triviales Problem.)

Zwischenergebnisse waren binär und wurden auf Papierblätter geschrieben, indem der Widerstand an 1500 Stellen elektrostatisch modifiziert wurde, um 30 der 50-Bit-Zahlen darzustellen (eine Gleichung). Jedes Blatt kann in einer Sekunde geschrieben oder gelesen werden. Die Zuverlässigkeit des Systems war bei 100.000 Berechnungen dieser Einheiten auf etwa 1 Fehler begrenzt, was hauptsächlich auf die mangelnde Kontrolle der Materialeigenschaften der Bleche zurückzuführen war. Rückblickend könnte eine Lösung darin bestehen, jeder Zahl wie geschrieben ein Paritätsbit hinzuzufügen. Dieses Problem war nicht gelöst, als Atanasoff die Universität wegen kriegsbedingter Arbeit verließ.

Die primäre Benutzereingabe erfolgte über Standard-Lochkarten mit 80 Spalten von IBM dezimal und die Ausgabe über ein Frontpanel-Display dezimal.

Funktion[edit]

Das ABC wurde für einen bestimmten Zweck entwickelt, die Lösung von Systemen simultaner linearer Gleichungen. Es könnte Systeme mit bis zu neunundzwanzig Gleichungen handhaben, ein für die damalige Zeit schwieriges Problem. Probleme dieser Größenordnung wurden in der Physik, in der John Atanasoff arbeitete, immer häufiger. Der Maschine könnten zwei lineare Gleichungen mit bis zu neunundzwanzig Variablen und einem konstanten Term zugeführt werden und eine der Variablen eliminieren. Dieser Vorgang würde für jede der Gleichungen manuell wiederholt, was zu einem Gleichungssystem mit einer Variablen weniger führen würde. Dann würde der gesamte Vorgang wiederholt, um eine weitere Variable zu eliminieren.

George W. Snedecor, der Leiter der Statistikabteilung des Staates Iowa, war sehr wahrscheinlich der erste Benutzer eines elektronischen Digitalcomputers, der reale mathematische Probleme löste. Er reichte Atanasoff viele dieser Probleme ein.^[15]

Patentstreit[edit]

Am 26. Juni 1947 meldeten J. Presper Eckert und John Mauchly als erste ein Patent für ein digitales Computergerät (ENIAC) an, sehr zur Überraschung von Atanasoff. Das ABC war im Juni 1941 von John Mauchly und Isaac Auerbach untersucht worden.^[16] Ein ehemaliger Schüler von Mauchly behauptete, dies habe seine spätere Arbeit an ENIAC beeinflusst, obwohl Mauchly dies bestritt.^[17] Das ENIAC-Patent wurde erst 1964 erteilt, und bis 1967 verklagte Honeywell Sperry Rand, um die ENIAC-Patente zu brechen, und argumentierte, das ABC sei ein Stand der Technik. Das Bezirksgericht der Vereinigten Staaten für den Bezirk Minnesota veröffentlichte sein Urteil am 19. Oktober 1973 und stellte fest, dass Honeywell v. Sperry Rand dass das ENIAC-Patent ein Derivat der Erfindung von John Atanasoff war.

Campbell-Kelly und Aspray kommen zu dem Schluss:

Inwieweit Mauchly auf Atanasoffs Ideen zurückgegriffen hat, ist unbekannt, und die Beweise sind massiv und widersprüchlich. Das ABC war eine recht bescheidene Technologie und wurde nicht vollständig implementiert. Zumindest können wir daraus schließen, dass Mauchly die potenzielle Bedeutung des ABC erkannt hat und dass dies ihn möglicherweise veranlasst hat, eine ähnliche elektronische Lösung vorzuschlagen.

Der Fall wurde am 19. Oktober 1973 rechtlich gelöst, als der US-Bezirksrichter Earl R. Larson das ENIAC-Patent für ungültig erklärte und entschied, dass das ENIAC viele grundlegende Ideen vom Atanasoff-Berry-Computer abgeleitet habe. Richter Larson erklärte ausdrücklich:

Eckert und Mauchly haben den automatischen elektronischen Digitalcomputer nicht selbst erfunden, sondern dieses Thema von einem Dr. John Vincent Atanasoff abgeleitet.

Herman Goldstine, einer der ursprünglichen Entwickler von ENIAC, schrieb:

Atanasoff erwog, die Koeffizienten einer Gleichung in Kondensatoren zu speichern, die sich am Umfang eines Zylinders befinden. Er hatte offenbar einen Prototyp seiner Maschine, der “Anfang 1940” arbeitete. Es sollte betont werden, dass diese Maschine wahrscheinlich die erste Verwendung von Vakuumröhren für digitale Berechnungen war und eine Spezialmaschine war. Diese Maschine sah das Tageslicht nie als ernstzunehmendes Werkzeug für die Berechnung an, da sie in ihrer technischen Konzeption etwas verfrüht und in ihrer logischen begrenzt war. Dennoch muss es als große Pionierleistung angesehen werden. Vielleicht bestand seine Hauptbedeutung darin, das Denken eines anderen Physikers zu beeinflussen, der sich sehr für den Rechenprozess interessierte, John W. Mauchly. Während der Zeit von Atanasoffs Arbeit an seinem linearen Gleichungslöser war Mauchly am Ursinus College, einer kleinen Schule in der Umgebung von Philadelphia. Irgendwie wurde er auf Atanasoffs Projekt aufmerksam und besuchte ihn 1941 für eine Woche. Während des Besuchs gingen die beiden Männer offenbar sehr detailliert auf Atanasoffs Ideen ein. Die Diskussion hat Mauchly und durch ihn die gesamte Geschichte der elektronischen Computer stark beeinflusst.^[19]

Replik[edit]

Das ursprüngliche ABC wurde schließlich 1948 abgebaut,^[20] Als die Universität den Keller in Klassenzimmer umwandelte, wurden alle Teile außer einer Speichertrommel weggeworfen.

1997 beendete ein Forscherteam unter der Leitung von John Gustafson vom Ames Laboratory (auf dem Campus des Staates Iowa) den Bau einer funktionierenden Nachbildung des Atanasoff-Berry-Computers zu einem Preis von 350.000 USD (entspricht 557.000 USD im Jahr 2019). Das Replikat ABC war in der Lobby im ersten Stock des Durham Center for Computation and Communication der Iowa State University ausgestellt und wurde anschließend im Computer History Museum ausgestellt.^[21]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Literaturverzeichnis[edit]

Externe Links[edit]