Il calcolatore di Atanasoff e Berry (ABC) fu costruito fra il 1937 eil 1942 da John V. Atanasoff, allora professore di fisica allo IowaState College (ora Iowa State Univ ersity), con l'aiuto del suo lau-reando Clifford E. Berry. L'ABC non fu il primo calcolatore digi-tale progettato, poiché già in precedenza altre macchine avevano o-perato direttamente sui numeri anziché rappresentarli tramite unagrandezza fisica, come la rotazione di un indice. Tuttavia l'ABC fu

il primo calcolatore in cui dispositivi elettronici, sotto forma di val-vole termoioniche, (in basso a destra) erano alla base delle opera-zioni del calcolatore e dell'aritmetica digitale. L'ABC aveva anchel'originale caratteristica di tener separate la memoria e gli elemen-ti di elaborazione. La memoria era costituita da condensatori (di-spositivi che accumulano carica elettrica) fissati a grandi tamburi(sullo sfondo). I «vassoi» a sinistra sono lettori di schede perforate.

F

inalmente la storia sta rendendogiustizia a John V. Atanasoff.Dopo decenni di oscurità, viene

oggi finalmente riconosciuto a questo ot-tantaquattrenne professore di fisica inpensione il merito di un'impresa com-piuta quasi mezzo secolo addietro: l'in-venzione del primo calcolatore elettro-nico digitale. Fino a pochissimo tempofa, la storia della nascita dell'informaticaattribuiva generalmente questa inven-zione ad altri.

Si è affermato a lungo, infatti, che icalcolatori che conosciamo oggi hannoavuto origine negli anni trenta e all'iniziodegli anni quaranta, periodo in cui furo-no compiuti molti tentativi complemen-tari e concorrenziali per automatizzare,accelerare o comunque eliminare l'in-grato compito dell'esecuzione di lunghicalcoli di routine. Per esempio, nel 1932Vannevar Bush del Massachusetts Insti-tute of Technology mise a punto un cal-colatore meccanico, chiamato analizza-tore differenziale, che effettuava calcolimediante la rotazione di ruote dentate ealberi. Verso la fine degli anni trenta,Konrad Zuse in Germania, George R.Stibitz dei Bell Telephone Laboratoriese Howard H. Aiken della Harvard Uni-versity (in collaborazione con la Interna-tional Business Machines Corporation)costruirono, indipendentemente l'unodall'altro, calcolatori «elettromeccani-ci». nei quali i numeri erano rappresen-tati da una serie di dispositivi comandatielettricamente: i relè. Le posizioni «atti-vato» e «disattivato, dei relè corrispon-devano alle cifre 0 e 1 nel sistema di nu-merazione binario, cioè in base 2. (Adifferenza del tradizionale sistema di nu-merazione decimale o in base 10, nelquale i numeri sono rappresentati con lecifre da O a 9, nel sistema binario i nu-meri sono rappresentati mediante le solecifre O e 1.)

La storia dell'informatica affermavainoltre che i primi calcolatori elettronicifurono inventati verso la metà degli anniquaranta. A differenza dei calcolatori

meccanici o elettromeccanici, essi fun-zionano essenzialmente grazie a disposi-tivi elettronici, dalle valvole termoioni-che e dai transistori fino ai microchip(micropiastrine) di oggi; a muoversi so-no in questo caso gli elettroni e non leparti del calcolatore. In genere si conve-niva che la prima macchina di questo ti-po fosse stata il Colossus, costruito daimatematici Alan M. Turing e M. H. A.Newman e dai loro colleghi al BletchleyResearch Establishment in Inghilterra,che cominciò a funzionare nel 1943. IlColossus contribuì alla decifrazione delcodice tedesco Enigma e quindi ebbe uneffetto decisivo sull'esito della secondaguerra mondiale. Si riteneva che il se-condo calcolatore fosse stato l'ENIAC(Electronic Numerical Integrator andComputer), costruito da John W. Mau-chly e J. Presper Eckert e dai loro colle-ghi dell'Università della Pennsylvania eultimato nel 1945.

In realtà fra il 1937 e il 1942, cioè benprima che fossero concepite queste im-ponenti e importanti macchine, Atana-soff aveva progettato e costruito due cal-colatori elettronici più piccoli. Il pri-mo era un prototipo di una macchina suscala più grande, oggi nota con il nomedi Atanasoff-Berry Computer, o ABC.Berry era il compianto Clifford E. Ber-ry, , un laureando di Atanasoff che diven-ne in seguito suo stretto collaboratorenel periodo dal 1939 al 1942.

Il tardivo riconoscimento dell'impresadi Atanasoff non è il risultato di ricer-

che specialistiche, bensì il frutto acciden-tale di una causa civile apertasi nel 1967fra la Sperry Rand Corporation e laHoneywell, Inc. La Sperry aveva acqui-stato il brevetto dell'ENIAC e si facevapagare i diritti dagli altri costruttoridi calcolatori elettronici. La Honeywellsi rifiutò di pagare tali diritti e di conse-guenza la Sperry la citò in giudizio; nellostesso tempo la Honeywell citò la Sperryper violazione delle norme antitrust eper il tentativo di imporre un brevet-

to che non poteva avere alcun valore.La Honeywell sosteneva che il brevet-

to non era valido perché, preparandosia «dar battaglia» alla Sperry, gli avvocatidell'azienda si erano imbattuti nel nomedi Atanasoff. Quando riuscirono a rin-tracciarlo, Atanasoff, che non era al cor-rente della tecnica di funzionamentodell'ENIAC, fu in grado di confrontarequella macchina con la sua. Così si reseconto che parti del brevetto ENIAC(che comprendevano in sostanza tutti gliaspetti dell'elaborazione elettronica) de-rivavano dall'ABC e dalle informazioniche egli aveva fornito a Mauchly all'ini-zio degli anni quaranta.

Molto colpito dalla testimonianza diAtanasoff, il giudice Earl R. Larson del-la Corte distrettuale di Minneapolis sen-tenziò il 19 ottobre 1973 che il brevettodell'ENIAC era nullo. Egli ritenne cheMauchly ed Eckert «non avessero inven-tato per primi il calcolatore elettronicodigitale automatico, ma avessero invecetratto spunto per esso da un certo dottorJohn Vincent Atanasoff». Sia durante ilprocesso sia dopo, Mauchly rifiutò diammettere di aver imparato alcunché diimportante da Atanasoff. Anche la ve-dova di Mauchly, Eckert e altri sono delmedesimo parere, ma personalmente ri-tengo che la deposizione in tribunalesmentisca chiaramente la posizione diMauchly.

La sentenza del giudice Larson, che laSperry accettò senza ricorrere in appel-lo, non portò immediatamente Atana-soff alla celebrità, anche perché in quelmomento, negli Stati Uniti, giornali etelevisioni si stavano occupando delloscandalo Watergate che portò alle dimis-sioni del presidente Richard M. Nixon.Con il passare del tempo tuttavia, le no-tizie relative ai contributi di Atanasoff sidiffusero nella comunità scientifica e ilfatto che egli sia stato il primo a proget-tare e costruire un calcolatore elettroni-co digitale è oggi ampiamente ricono-sciuto. Gran parte del merito di questoriconoscimento va ad Arthur W. Burks,

che prese parte alla costruzione del-l'ENIAC, e a sua moglie Alice. I Burks,che sono rispettivamente professore e ri-cercatrice al Dipartimento di ingegneriaelettrotecnica e informatica dell'Univer-sità del Michigan, hanno studiato minu-ziosamente il lavoro di Atanasoff sul-l'ABC e l'hanno descritto - insieme conil processo per il brevetto - in un articolodi grande risonanza e, di recente, in unlibro.

T a vicenda che portò alla costruzionedell'Atanasoff-Berry Computer eb-

be inizio verso la fine degli anni venti,quando Atanasoff lavorava alla sua tesidi dottorato in fisica teorica all'Univer-sità del Wisconsin, a Madison. Questatesi, sulla struttura elettronica dell'elio,lo obbligò a molte settimane di laboriosicalcoli con una calcolatrice da tavolo egli fece rimpiangere che non esistesse unmetodo per eseguirli in modo automati-co. Quest'idea non lasciò Atanasoff nep-pure dopo che egli ebbe conseguito il

dottorato, nel 1930, e fu assunto comedocente allo Iowa State College (poi tra-sformato in Università).

Qui egli riflettè per molti anni su co-me realizzare l'automazione del calcolo.Nell'inverno del 1937 aveva stabilito al-cuni principi generali. Per esempio, ave-va deciso che la funzione di memoria,cioè l'immagazzinamento dei dati, dove-va essere separata dalla funzione di ela-borazione e che il metodo di calcolo do-veva essere digitale anziché analogico: lamacchina doveva cioè rappresentare inumeri mediante cifre e non tramite l'a-nalogia con qualche grandezza fisica, co-me per esempio la distanza lungo l'assedi un regolo. Atanasoff si era anche ba-loccato con l'idea di usare per i calcoliuna base diversa da 10. Sembrava tutta-via che queste idee non «quagliassero»,come diceva lui, e ciò lo angosciava sem-pre più. Poi, una notte di quel cupissimoinverno, fece alcuni progressi decisivi.

All'inizio la serata non era stata moltopromettente. Anzi, era stata tanto delu-

dente che Atanasoff aveva abbandonatoil laboratorio, si era messo in macchinae si era diretto ad alta velocità da Ames,dov'era la scuola, verso est, concentran-dosi sulla guida per sgombrare la mentedai pensieri. Dopo alcune ore si era ri-trovato a 300 chilometri di distanza, nel-lo stato dell'Illinois, dove si fermò a berequalcosa in un locale illuminato a giornolungo la strada.

«Fuori era freddissimo ed entrando mitolsi il cappotto; - ricordò durante la suadeposizione al processo - avevo un cap-potto molto pesante, lo appesi e mi se-detti, poi ordinai un bicchierino e men-tre aspettavo che me lo portassero, miresi conto che non ero più tanto nervosoe che i miei pensieri tornavano a concen-trarsi sulle macchine per il calcolo.

Ebbene, non so perché la mia mentesi mise a funzionare mentre prima non ciriusciva: tutto sembrava calmo e tran-quillo, le cose filavano bene... Può darsiche ne abbia bevuto due, di bicchierini,perché mi accorsi che i pensieri mi flui-

Il calcolatore di AtanasoffContrariamente a quanto si pensava fino a non molti anni fa, il veroinventore del calcolatore elettronico digitale è stato John V. Atanasoff,uno scienziato le cui ricerche sono state per lungo tempo trascurate

di Allan R. Mackintosh

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Atanasoff festeggiò il suo ottantesimo compleanno alla Iowa State University nel 1983. Inprimo piano, un tamburo della memoria dell'ABC, l'unico componente superstite di unacerta importanza. Ciascun anello di condensatori sul tamburo poteva contenere un numerobinario lungo fino a 50 cifre o bit. Il tamburo conteneva 1500 bit. Oggi la memoria di unorologio calcolatore come quello che Atanasoff porta al polso può essere 10 volte più grande.

vano facilmente e che ottenevo risultatipositivi.»

Positivi, eccome. Per attuare le fun-zioni di controllo e aritmetiche del cal-colatore, Atanasoff pensò di ricorrere acommutatori elettronici (dispositivi elet-tronici che guidano il flusso dei segnalielettrici) anziché a quelli meccanici. Inquesto egli fu un antesignano: prima diallora nessuna macchina concepita perrisolvere problemi matematici complessisi era basata sull'elettronica.

Atanasoff decise anche che la suamacchina digitale avrebbe operato connumeri in base 2, elaborando inoltre se-condo le regole della logica anziché me-diante il conteggio diretto (si veda l'illu-strazione a pagina 100). La stessa serarisolse anche un problema particolare,che riguardava la memorizzazione deinumeri in base 2. Già in precedenza ave-va considerato la possibilità di usare icondensatori, dispositivi che immagazzi-nano carica elettrica, per la memoria delcalcolatore. Così, una carica positiva suun'armatura di un condensatore potevarappresentare il numero 1, mentre unacarica nulla poteva rappresentare lo 0.Il problema era che la carica di uncondensatore tende a dissiparsi. Nellacalma del locale ad Atanasoff venne l'i-dea di «rigenerare» la memoria con unprocedimento che egli battezzò jogging:avrebbe ripristinato la carica del conden-satore, in modo che se esso si fosse tro-

vato, supponiamo, nello stato 1, vi sa-rebbe rimasto e non avrebbe cambiatostato nel tempo scendendo verso lo 0.

Presa questa decisione, ricorda Ata-nasoff, «a un'ora piuttosto tarda risalii inmacchina e me ne tornai a casa guidandocon più calma.»

Dato che i calcolatori moderni conti-nuano a elaborare elettronicamente ci-fre binarie memorizzate appunto secon-do le regole della logica binaria e a tene-re distinta l'elaborazione dalla memoria(che si rigenera), risulta opportuno esa-minare più da vicino le pionieristiche de-cisioni di Atanasoff. Per esempio, per-ché una macchina digitale è preferibile auna di tipo analogico per soddisfare leesigenze del calcolo?

I 'acutezza di Atanasoff in questo cam-I—a po può essere meglio valutata se siconfronta l'ABC con l'analizzatore dif-ferenziale di Bush, che era il calcolatorescientifico più progredito del tempo. Ol-tre a essere sostanzialmente meccanico,l'analizzatore era un calcolatore analo-gico: i risultati erano rappresentati me-diante la rotazione di un albero.

I calcolatori analogici sono adatti amolte applicazioni, ma poiché, invece dioperare su numeri, lavorano con gran-dezze fisiche, essi sono soggetti a unaperdita inevitabile di precisione. Il calco-latore digitale di Atanasoff raggiungevafacilmente una precisione 1000 volte

maggiore di quella che si poteva conse-guire con l'analizzatore differenziale.Inoltre la precisione poteva essere facil-mente aumentata, se necessario, aggiun-gendo altre cifre. Accrescere la precisio-ne dei calcolatori analogici è difficile ecostosissimo: per aumentare di un fatto-re 10 la precisione di un regolo calcola-tore, si dovrebbe aumentare dello stessofattore la sua lunghezza.

Oggi il calcolo digitale è basato sul si-stema di numerazione binario. È eviden-te che Atanasoff non fu l'unico a pensarea questa soluzione (numerosi calcolatorielettromeccanici erano binari), ma eglifu il primo a escogitare un metodo elet-tronico per operare con cifre binarie.Che aspetto ha un numero in base 2? Inbase 10 ciascuna cifra di un numero rap-presenta, a seconda della posizione (dadestra a sinistra), un numero corrispon-dente di unità, decine, centinaia, miglia-ia e così via. Quindi il numero 237 inrealtà sta per: 2 volte 102 più 3 volte 10'più 7 volte 10° (qualsiasi numero elevatoa zero è uguale a 1). In base 2 ciascunacifra binaria, o bit, rappresenta a secon-da della posizione un numero corrispon-dente di 1, di 2 (2 1 ), di 4(22), di 8 (23),di 16 (24) e così via. Quindi il numeroche in base 10 si scrive 237, in base 2 siscrive 11101101; contando infatti da si-nistra a destra, Questo numero «contie-ne» un'unità di 27 (128 in base 10), di 26(64), di 25 (32), di 23 (8), di 22 (4) e di 2°(1) e nessuna unità di 24 e di 21.

Naturalmente il sistema binario nonsarebbe pratico per l'impiego quotidia-no, ma dato che tutti i numeri sono rap-presentati in termini di cifre I e 0, essooffre al programmatore il vantaggio fon-damentale di poter rappresentare qua-lunque numero mediante un insieme dielementi che possono assumere due sta-ti, proprio come gli stati «carico» e «sca-rico» dei condensatori di Atanasoff o lamagnetizzazione «verso l'alto» oppure«verso il basso» delle regioni di un discomagnetico.

Atanasoff decise di immagazzinare lecifre binarie nei condensatori dopo averesaminato diverse alternative, come levalvole termoioniche e i materiali ferro-magnetici (nei quali l'orientazione di mi-nuscoli magneti può essere modificataapplicando un campo magnetico). Scel-se i condensatori perché sono piuttostoeconomici e possono inviare i segnali al-l'unità di elaborazione senza bisogno chevengano amplificati. Questa scelta, co-me la sua soluzione di ricaricare i di-spositivi di memoria, continua a condi-zionare l'elaborazione contemporanea.Oggi i condensatori sono parti fonda-mentali dei microchip che costituisconole memorie dinamiche dei moderni cal-colatori e il jogging di Atanasoff haun'importanza essenziale nel funziona-mento della memoria.

La scoperta di un metodo per conser-vare la memoria nei condensatori fu sen-za dubbio importante, ma probabilmen-te l'impresa di maggior rilievo di Atana-

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DISCO DI MEMORIA (25 CONDENSATORI PER FACCIA)CONDENSATORE

CONDENSATORE PER IL RIPORTO

INTERRUTTORE

MOTORE

ALIMENTATORE

CIRCUITOPER LA RIGENERAZIONE

DELLA MEMORIA

CIRCUITO LOGICO PER L ADDIZIONE E LA SOTTRAZIONE

Il prototipo dell'ABC fu costruito nel 1939 per collaudare due teorie fondamentali diAtanasoff. Al fine di evitare che i condensatori della memoria perdessero la carica in modoincontrollabile, Atanasoff aveva pensato di ricaricarli con continuità. Inoltre egli intendevaeseguire i calcoli mediante circuiti logici, cioè utilizzando gruppi di valvole termoionicheche sommassero o sottraessero i numeri binari in base a regole logiche anziché eseguendoconteggi. Il prototipo funzionava benissimo. A ogni giro compiuto dai disco della memoria(ruota in rosso), i cui condensatori contenevano su ogni faccia un numero binario di 25cifre, il circuito logico (al centro in basso) sommava o sottraeva il numero registrato suuna faccia del disco al numero presente sull'altra faccia. Mentre il circuito eseguiva i calco-li (andando anche a depositare e a estrarre le cifre del riporto o del prestito da un apposi-to condensatore), il circuito di rigenerazione (in basso a sinistra) ricaricava la memoria.

soff fu il progetto di un complesso com-mutatore elettronico detto circuito logi-co. Mentre si trovava in quel locale del-l'Illinois, egli aveva previsto due unità dimemoria, che aveva battezzato «abaci».Poi immaginò, per usare le sue parole,una «scatola nera» - il circuito logico - incui avrebbero dovuto essere trasferiti inumeri contenuti nella memoria; sullabase delle regole logiche espresse neicollegamenti fissi, la scatola nera avreb-be poi fornito ai terminali d'uscita il ri-sultato corretto dell'addizione o dellasottrazione di questi numeri.

Egli decise di costruire la scatola neracon valvole termoioniche. Esse doveva-no ricevere i segnali dai condensatoridelle memorie, che egli battezzò «abacotastiera» e «abaco contatore», per ana-logia rispettivamente con la tastiera econ il carrello mobile - il contatore o ac-cumulatore - delle calcolatrici meccani-che da tavolo usate a quel tempo. Levalvole ricevevano segnali anche da altri

condensatori che immagazzinavano lecifre del riporto (nel caso dell'addizione)o le cifre prese «a prestito» (nel caso del-la sottrazione). «Essendo stato istruitoda un uomo con il saldatore», il circuitologico avrebbe allora scelto la rispostagiusta sostituendo il risultato a ciò che sitrovava nel contatore in quel momento.Le valvole operavano sulle informazionicon tale rapidità che potevano esseresfruttate ripetutamente per sommare osottrarre le cifre di due numeri qualun-que contenuti negli abaci. Attualmentei circuiti logici sono alloggiati in minu-scoli chip, che sono molto più veloci del-le valvole termoioniche, ma compionoessenzialmente le stesse funzioni previ-ste da Atanasoff.

Che cosa è accaduto dell'altra inizia-tiva fondamentale di Atanasoff, cioèquella di separare la memoria dall'elabo-razione? Anche qui la sua eredità è viva:nei calcolatori moderni, per esempio inun microcalcolatore da tavolo, vi sono

tre elementi distinti: il sistema di ingres-so-uscita, che comprende in sostanza ta-stiera, schermo e stampante (Atanasoffdecise di far perforare l'ingresso e l'usci-ta su schede del tipo già in uso per i cal-colatori); l'unità centrale di elaborazio-ne, in cui vengono effettuate le opera-zioni di controllo e di elaborazione; e lamemoria, che ha componenti interne edesterne (dischi).

Benché Atanasoff fosse convinto di

1--/ aver scoperto i principi corretti delcalcolo elettronico, sapeva che per tra-durli in pratica sarebbe stato necessariouno sforzo prodigioso. In questa impre-sa egli ebbe l'aiuto fondamentale di Ber-ry. , che era ossessionato quanto Atana-soff dal calcolo elettronico. In seguitoAtanasoff raccontò che entrambi eranomolto occupati, ma egli non riusciva aricordare «neppure un caso in cui uno dinoi non avesse tempo per il calcolatore;i nostri cuori erano proprio lanciati inquell'avventura».

Il loro primo passo fu quello di co-struire un piccolo prototipo per collau-dare gli elementi essenziali del progettodi Atanasoff: il circuito logico elettroni-co e la memoria binaria rigenerativa. Ilcompito fu portato a termine con rapidi-tà notevole: il prototipo era in grado difunzionare già nell'ottobre del 1939.

Aveva due abaci di memoria, montaticiascuno su una faccia di un disco di pla-stica (bachelite). Ciascun abaco consi-steva di 25 condensatori ed era quindi ingrado di contenere un numero binario di25 cifre, che equivale a un numero deci-male di otto cifre. Atanasoff e Berry in-troducevano negli abaci i numeri binaricaricando a mano i condensatori cherappresentavano le cifre I e lasciandoscarichi quelli che corrispondevano aglizeri. La pressione di un interruttore fa-ceva compiere al disco una rotazione,durante la quale il circuito logico elettro-nico, formato da otto valvole termoioni-che, leggeva i numeri dagli abaci. Conl'ausilio di un condensatore che conte-neva le cifre del riporto, il circuito som-mava allora i numeri e inseriva la rispo-sta nell'abaco contatore, che potevaessere letto manualmente. Nello stessotempo il numero contenuto nell'abacotastiera veniva rigenerato da un appositocircuito.

Questo prototipo non era certo un cal-colatore efficiente: con carta e matita icalcoli si eseguivano più in fretta. Eppu-re esso sta al calcolo elettronico comel'aeroplano dei fratelli Wright sta all'ae-ronautica. Dimostrando la realizzabilitàdei principi di Atanasoff, il prototipoaprì il cammino che condusse al calcola-tore moderno.

A questo punto Atanasoff era prontoper costruire il vero e proprio ABC, cosache fece tra il 1939 e il 1942. L'ABC fuprogettato per eseguire un compito par-ticolare ma impegnativo, di frequenteevenienza in ingegneria e in fisica, cioèla risoluzione di grandi sistemi di equa-

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FIACORSO COMPLETO IN AUTOISTRUZIONE, ALL'USO DEL PERSONAL COMPUTER

TAMBURO CONTATORE

l componenti dell'ABC di Atanasoff erano progettati per consentirealla macchina di risolvere un sistema di 29 equazioni nelle 29 va-riabili ..., x29. Un sistema del genere si può risolvere sommandooppure sottraendo ripetutamente un'equazione a un'altra fino aquando dalla seconda equazione risulti eliminata una variabile. Perottenere la soluzione, cioè i valori delle variabili, questo procedi-mento v iene ripetuto numerose volte. Per eseguire questi calcoli,l'ABC leggeva i coefficienti delle variabili (per esempio il 2 neltermine 2x 1 ) da schede perforate, li trasformava in base 2 e cari-

cava i coefficienti di un'equazione nel tamburo di memoria «atastiera» e i coefficienti dell'altra equazione nel tamburo «contato-re». A ogni rotazione dei tamburi, ciascun circuito logico (formatoda sette valvole termoioniche) sommava o sottraeva una coppia dicoefficienti, depositando il risultato nel contatore. Nello stesso tem-po i circuiti di rigenerazione della memoria ricaricavano i conden-satori della tastiera. Quando l'ABC eliminava una determinatavariabile, la macchina registrava i restanti coefficienti dell'equa-zione su schede perforate in attesa di impiegarli successivamente.

TAMBURO A TASTIERA

TAMBURO DI CONVERSIONEDA DECIMALE A BINARIO

LETTORE DISCHEDE DECIMALI

TAMBURO PER I RIPORTI

MOTORE

LETTOREDI SCHEDE

BINARIE

PERFORATOREDI SCHEDE

BINARIE

ALIMENTATOREE REGOLATORE

30 CIRCUITI LOGICI PER L ADDIZIONEE LA SOTTRAZIONE

CIRCUITI ELETTRICI PER LA PERFORAZIONEDELLE SCHEDE

CIRCUITI PER LA RIGENERAZIONEDELLA MEMORIA

zioni lineari. Un sistema di due equazio-ni è dato per esempio dalla coppia2x + 5y = 9 e x + 2y = 4, dove x e ysono le variabili o incognite. Chiamiamoa la prima equazione e b la seconda.

Come sa chiunque abbia studiato al-gebra, i sistemi di equazioni lineari nellestesse variabili possono essere risolti fa-cilmente con il metodo di eliminazionedi Gauss: una delle due equazioni vienesommata o sottratta all'altra fino a quan-do il coefficiente di una delle variabili siannulla ed essa scompare. Nell'esempioconsiderato, se si sottrae due volte b daa il coefficiente 2 di 2x si riduce a O equindi si ottiene l'equazione y = 1. So-stituendo I a y nell'equazione a di par-tenza si ottiene x = 2. Si osservi che sot-trarre b da a due volte equivale a molti-plicare b per 2 e poi sottrarla da a; lamoltiplicazione, in fin dei conti, è soloun'addizione ripetuta.Atanasoff naturalmente aveva preso inconsiderazione un problema più com-plesso: voleva risolvere n equazioni in n

incognite e precisamente un sistema di29 equazioni nelle 29 incognite xi,129 . La risoluzione di questi sistemi diequazioni ricalca lo schema precedente.Come nel caso descritto, si consideranodue equazioni, per fare un esempio2x + 5x, — 3x3 + 7x4 +...+ 6x29 = 9e x i + + 4x3 — 2x4 + ...+8x,9 = 4,e si sottrae un multiplo dell'una dall'altrain modo da eliminare una delle incogni-te. Per esempio, per eliminare x 1 risultanecessario moltiplicare la seconda equa-zione per 2 e poi sottrarla alla prima,il che fornisce la seguente equazione:

— 1113 + 1114 + — 10x29 = 1.Applicando questo procedimento a

diverse coppie di equazioni, si possonoottenere 28 equazioni dalle quali è stataeliminata la variabile x . Ripetendo ilprocedimento su queste 28 equazioni siottengono 27 equazioni nelle quali noncompaiono né x 1 né x7, e così si proseguefino a quando resta una sola equazionein una sola incognita. A questo punto èpiuttosto facile ripercorrere il cammino

a ritroso, determinando il valore di tuttele incognite.

Il metodo è elementare, ma è evidenteche comporta una quantità enorme dicalcoli. Atanasoff stimò realisticamenteche per risolvere un sistema di 29 equa-zioni con una calcolatrice da tavolo divecchio tipo sarebbero occorse circa 10settimane di sforzi tediosissimi, mentreil suo calcolatore avrebbe svolto il com-pito in una o due settimane.

Per riuscire a risolvere sistemi di molteequazioni, Atanasoff collocò l'abaco ta-stiera e l'abaco contatore dell'ABC sugrandi tamburi anziché su un disco. Cia-scun tamburo poteva contenere 30 nu-meri binari, fino a un massimo di 50 cifreciascuno.

L'ABC eseguiva il procedimento dieliminazione di Gauss su due equazionialla volta. I coefficienti delle equazioni,che in precedenza erano stati perforatiin forma decimale su schede, venivanotrasformati in base 2 da un apposito tam-buro di conversione e immagazzinati in

memoria. I coefficienti di una delleequazioni venivano caricati nel tamburocon gli abaci contatori e quelli dell'altraandavano al tamburo con gli abaci tastie-ra. A ogni rotazione dei tamburi, cherichiedeva un secondo, i circuiti logicieseguivano un'addizione o una sottra-zione sui due gruppi di coefficienti. Piùprecisamente, un circuito logico, che ora.consisteva in sette valvole, sommava osottraeva il coefficiente di x 1 che si tro-vava nell'abaco tastiera al coefficiente diXi che si trovava nell'abaco contatore,lasciando poi la somma o la differenza inquest'ultimo. Al contempo gli altri cir-cuiti operavano in modo analogo sullealtre coppie di coefficienti. (Questo pro-cedimento, nel quale parecchie opera-zioni identiche vengono eseguite in pa-rallelo, configura un'operazione vetto-riale, sicché una macchina che effettuioperazioni del genere è detta calcolatorevettoriale.) Nel frattempo altri circuitiricaricavano l'abaco tastiera, rigeneran-do la memoria.

Dopo aver eseguito parecchie di que-ste sottrazioni e addizioni e dopo avereliminato un determinato coefficiente,l'ABC perforava su schede, in forma bi-naria, l'insieme dei coefficienti restanti.Le schede venivano quindi messe da par-te, pronte per essere utilizzate in un pas-so successivo, quando un lettore di sche-de binarie trasferiva le loro informazioninella memoria. Una volta che i valori ditutte le variabili erano stati ottenuti informa binaria, il lettore di schede deci-mali effettuava l'operazione inversa, tra-ducendo nuovamente i dati binari in nu-meri decimali.

Il sistema di ingresso e uscita a schedeperforate aveva funzionato bene nei col-laudi preliminari, ma quando fu inseritonell'ABC esso commetteva un erroreogni 10 000 operazioni circa di perfora-zione e di lettura. Di conseguenza, unsistema di molte equazioni non potevaessere trattato in modo soddisfacente,cioè senza numerosi controlli e ripetizio-ni dei calcoli, anche se i sistemi piccolipotevano essere risolti facilmente. Ata-nasoff e Berry stavano ancora cercandodi risolvere questo problema piuttostobanale quando la seconda guerra mon-diale li costrinse a interrompere brusca-mente il loro lavoro. Berry chiese il rin-vio del servizio militare e Atanasoff en-trò a far parte del Naval Ordnance La-boratory degli Stati Uniti.

Oggi il calcolatore che essi dovetteroabbandonare è spesso descritto comeuna macchina incompiuta. Sarebbe piùesatto dire che era un calcolatore funzio-nante ma fallibile, in cui la parte elettro-nica adibita al calcolo, cioè il complessodei circuiti logici, costituiva una brillanterealizzazione. Considerando la granderapidità con cui l'ABC fu progettato ecostruito, si può quasi certamente presu-mere che il problema posto dal sistemadi conversione delle schede binarie sa-rebbe stato risolto piuttosto rapidamen-te. In effetti sarebbe stato adatto allo

scopo un sistema di ingresso e uscita co-struito decenni prima dalla IBM (e inseguito incorporato nell'ENIAC). Inol-tre, con la dimostrazione delle capacitàdel suo calcolatore, Atanasoff avrebbecerto potuto ottenere una sovvenzioneper portare a termine un progetto cosìimportante.

Se Atanasoff e Berry avessero potutocontinuare, non c'è dubbio che l'ABCsarebbe stato pienamente funzionantenel 1943. Invece subì la sorte di gran par-te dei dispositivi che vengono abbando-nati a invecchiare: dapprima gli furonosottratte varie parti e alla fine fu sman-tellato all'insaputa di Atanasoff.

l'ABC fu dimenticato per tantotempo, com'è possibile che le idee di

Atanasoff abbiano influito sull'informa-tica moderna? La risposta ovviamentechiama in causa Mauchly, che introdussenell'ENIAC le innovazioni di John V.Atanasoff.

L'ENIAC era notevolmente diversodall'ABC: era il primo calcolatore elet-tronico di impiego generale, mentrel'ABC era stato progettato come mac-china specializzata. (L'ENIAC potevaessere programmato per la risoluzione diproblemi diversi modificando la configu-razione dei conduttori innestati in unpannello di controllo.) La macchina diMauchly ed Eckert era molto più grandedi quella di Atanasoff, aveva migliaia enon centinaia di valvole termoioniche edera molto più veloce perché la sua me-moria era elettronica e non ricorreva atamburi rotanti. Inoltre l'ENIAC calco-lava contando direttamente e non trami-te la logica, e calcolava in base 10.

Nondimeno è evidente che Mauchlyed Eckert introdussero nell'ENIAC e inun calcolatore successivo, l'EDVAC, glielementi fondamentali dell'elaborazio-ne elettronica digitale di Atanasoff. Ov-viamente sia l'ENIAC sia l'EDVAC ri-correvano alla commutazione elettroni-ca per regolare il funzionamento del cal-colatore; l'EDVAC inoltre impiegavacircuiti logici per le operazioni aritmeti-che, che venivano eseguite in base 2, eusava una memoria che si rigenerava.Mauchly mutuò da Atanasoff anche l'i-dea che l'elettronica digitale avrebbeconsentito di costruire una macchina ca-pace di eseguire i calcoli più rapidamen-te e con maggior precisione rispetto al-l'analizzatore differenziale di Bush.

Atanasoff, che già nel maggio 1941 sa-peva «di poter costruire una macchina ingrado di fare quasi qualunque cosa nel-l'ambito dell'elaborazione», compreseche l'ABC poteva essere trasformato inun analizzatore differenziale elettroni-co digitale quando venne a sapere da uncollega che alcuni ricercatori del Massa-chusetts Institute of Technology stavanomeditando di introdurre l'elettronica inuna nuova versione analogica dell'ana-lizzatore . Atanasoff scrisse a Mauchly diquesta possibilità e i due ne discussero alungo durante una visita di quasi una set-

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Ciascun circuito logico dell'ABC sommava due numeri alla volta (a), in base alle regoleespresse in una tabella (b). Si supponga di dover sommare l'equivalente binario del nu-mero 19 contenuto nel contatore e l'equivalente binario del numero 11 contenuto nellatastiera. In base 2, ossia espressi mediante potenze di 2 (2 0 = 1,2 1 = 2,2 2 = 4...), i nu-meri 19 e 11 assumono rispettivamente la forma 10011 (16 + O + O + 2 + 1) e 01011(0 + 8 + O + 2 + 1). Il circuito logico agiva su questi numeri sommando dapprima lecifre della colonna di destra (2°). A questo scopo esso verificava che le cifre contenuterispettivamente nel contatore, nella tastiera e nella memoria di riporto, cioè 1,1,0, coinci-dessero con quelle di una riga della parte «ingresso» della tabella (in questo caso la penul-tima). In base alla corrispondente parte «uscita», il circuito mandava al contatore (e), dovevenivano registrati i risultati, uno O (in nero) che sostituiva I'l iniziale. Inoltre venivainviato alla memoria di riporto un 1 (in rosso). Questo procedimento equivale a stabilirecontando che 1 più I fa 2, numero che in notazione binaria è espresso come 10. Il circuitosommava allo stesso modo le cifre delle colonne successive fino a ottenere il risultato finale.

r>CONTATORE

10011

(19)

0

) CIFRESOSTITUTIVE CIRCUITO LOGICO

tCIFRESOSTITUTIVE o

(=30)

)1/4

RIPORTO

o

CONTATORE

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oo

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CONTATORE (I) 1 0 0 1 1

TASTIERA 0 1 0 1 1

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RIPORTO O O O 1 1

(19)

(=30)

o

timana che Mauchly fece ad Atanasoffnel giugno 1941. Nel corso di questa vi-sita Atanasoff gli mostrò anche il funzio-namento dell'ABC, che era ormai quasiultimato. Quattro anni dopo, le idee diAtanasoff presero corpo nell'ENIAC.

L'ENIAC e il Colossus, anch'esso

programmabile, spianarono la stradaper il passo successivo nell'evoluzionedel calcolatore elettronico: l'inserimen-to di un programma nella memoria. Nel-le macchine di impiego generale questoprogresso non solo rese più facile e fles-sibile la programmazione, ma consentì

anche al programma di operare in mododiverso a seconda dei risultati dei varipassi intermedi.

Da quando, verso la fine degli anniquaranta, furono introdotti i primi cal-colatori con programma incorporato,queste macchine sono diventate più ve-loci e potenti, ma la loro architetturanon si è modificata in modo decisivo.Inoltre gli usi cui vengono adibiti oggialcuni calcolatori riecheggiano il passa-to. Per esempio c'è stato di recente unritorno d'interesse per i calcolatori dedi-cati simili all'ABC, in particolare fra gliscienziati che devono risolvere problemiparticolari. Anzi, l'ABC e un modernoelaboratore vettoriale per la risoluzionedi equazioni lineari presentano somi-glianze sorprendenti (sebbene le mac-chine odierne offrano prestazioni im-mensamente più veloci).

I meriti di Atanasoff sarebbero statisenza dubbio riconosciuti prima se egliavesse ottenuto un brevetto per la suainvenzione. Come sottolineano i coniugiBurks, avrebbe potuto vantare un dirittodi priorità per il concetto di calcolo elet-tronico digitale, oltre che per l'uso dellacommutazione elettronica nei calcolato-ri, per i circuiti di addizione e sottrazionelogica, per la separazione dell'elabora-zione dalla memoria, per le memorie atamburi di condensatori, per la rigene-razione della memoria, per l'impiego delsistema binario di numerazione nel cal-colo elettronico, per le unità modulari,per l'elaborazione vettoriale e per il con-trollo a marcatempo delle operazionielettroniche e per un gran numero di al-tre innovazioni.

Affermare che si sarebbe trattato diuno dei brevetti più importanti mai con-cessi è ancora poco. Purtroppo, a causadella confusione creata dalla guerra edell'inettitudine delle persone incaricatedi ottenere il brevetto, per nessuna delleinnovazioni di Atanasoff fu mai fatta ri-chiesta in questo senso. Da parte sua,Atanasoff non cercò di ottenere il bre-vetto neppure a guerra finita perché fuportato a credere che i principi di funzio-namento dell'ENIAC fossero molto di-versi da quelli dell'ABC e che l'ENIACsarebbe stato il modello dei calcolatoridel futuro, il che avrebbe privato di ognivalore un brevetto che proteggesse i con-cetti e i dispositivi dell'ABC. Inoltre eglisi trovò dapprima molto impegnato inaltri progetti e in seguito si dedicò allafondazione di una società di ricerche iningegneria.

Oltre a far luce su un'innovazione tec-nologica fondamentale, la storia di JohnV. Atanasoff offre lo spunto per compie-re alcune riflessioni sull'impresa scienti-fica. Per prima cosa, la vita dell'invento-re non è sempre facile. Nonostante i suoigrandi sforzi, Atanasoff riuscì a reperireper l'ABC soltanto 6000 dollari di sov-venzione, mentre l'ENIAC ottenne unostanziamento di mezzo milione di dollaria causa delle sue possibili applicazioniin campo militare (tra le altre cose, esso

produsse tavole di puntamento da utiliz-zare in artiglieria).

Un'ulteriore considerazione riguardala creatività degli scienziati. I progressicompiuti da Atanasoff quella notte d'in-verno del 1937 gettano molta luce sulprocesso creativo. Egli si dedicò al suoprogetto immergendosi in tutti gli aspettidel calcolo automatico. Si cimentò a lun-go con il problema, ricavandone moltedelusioni e facendo pochi progressi evi-denti, ma la sua mente continuò ad as-sorbire informazioni e a lavorare su diesse, in larga misura anche inconscia-mente. Poi, mentre era impegnato inun'attività completamente diversa, gliarrivò la soluzione.

Al profano la corsa di 300 chilometriche portò Atanasoff fino a quel localepotrebbe apparire un modo assai pocoeconomico per farsi un bicchiere, ma eglisapeva benissimo ciò che stava facendo.Capiva che la mente ha bisogno di svagoe di riposo per essere creativa. Dopoaver concepito alcuni principi fonda-mentali, lasciò entrare in scena una «sor-ta di cognizione». Questa fiducia nell'in-tuizione non è forse in armonia con l'i-dea che si ha comunemente della ricercascientifica, che è considerata un'attivitàstrettamente razionale; nondimeno sitratta di un'impostazione seguita da pa-recchi ricercatori.

Da ultimo, non è una coincidenza chemolti progressi fondamentali della tec-nologia siano dovuti a scienziati: l'impe-gno della ricerca spesso richiede l'inven-zione di nuovi strumenti e i ricercatori,che sono profondamente immersi nellarisoluzione di problemi scientifici, han-no le ragioni più valide per accettare lasfida. Questo legame fra scienza e tec-nologia dovrebbe essere compreso daquanti ritengono che sia possibile taglia-re i fondi alla ricerca teorica senza che ilprogresso della tecnica ne venga in qual-che modo rallentato.

BIBLIOGRAFIA

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MOLLENHOFF CLARK R., Atanasoff:Forgotten Father of the Computer, IowaState University Press, 1988.

MACK1NTOSH ALLAN R., The FirstElectronic Computer in «Physics To-day», 40, n. 3, marzo 1988.

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