حاسوب أتاناسوف-بيري

حاسوب أتاناسوف-بيري (ABC)

نسخة حاسوبية من تصميم أتاناسوف-بيري في مركز دورهام، جامعة ولاية آيوا
المطور	جون فينسنت أتاناسوف بمساعدة طالب الدراسات العليا كليفورد بيري
تاريخ الافراج عنه	1942 ؛ منذ 83 سنة ( 1942 )
وحدة المعالجة المركزية	أكثر من 300 أنبوب مفرغ بتردد 60 هرتز
ذاكرة	3000 بت
عرض	عشري، عبر شاشة اللوحة الأمامية
مدخل	عشري، عبر بطاقات IBM المثقوبة القياسية ذات الـ 80 عمودًا
وزن	700 رطل (320 كجم)

كان حاسوب أتاناسوف-بيري ( ABC ) أول حاسوب إلكتروني رقمي آلي . ^[1] كان الجهاز محدودًا بتكنولوجيا ذلك اليوم. هناك نقاش حول أولوية حاسوب أتاناسوف-بيري بين مؤرخي تكنولوجيا الكمبيوتر، لأنه لم يكن قابلاً للبرمجة ولا مكتملًا وفقًا لمعايير تورينج . ^[2] تقليديًا، يُعتبر حاسوب أتاناسوف-بيري أول وحدة حسابية منطقية إلكترونية - والتي يتم دمجها في تصميم كل معالج حديث.

كانت مساهمتها الفريدة هي جعل الحوسبة أسرع من خلال كونها أول من استخدم الأنابيب المفرغة لإجراء العمليات الحسابية. قبل ذلك، تم استخدام طرق كهروميكانيكية أبطأ بواسطة كمبيوتر Z1 الخاص بـ Konrad Zuse ، وفي نفس الوقت تم تطوير Harvard Mark I. أول آلة إلكترونية رقمية قابلة للبرمجة، ^[3] كمبيوتر Colossus من عام 1943 إلى عام 1945، استخدمت تقنية تعتمد على الأنابيب مماثلة لتقنية ABC.

تم تصميم الآلة في عام 1937، وبُنيت بواسطة أستاذ الرياضيات والفيزياء في كلية ولاية آيوا جون فينسينت أتاناسوف بمساعدة طالب الدراسات العليا كليفورد بيري . تم تصميمها فقط لحل أنظمة المعادلات الخطية وتم اختبارها بنجاح في عام 1942. ومع ذلك، لم يتم إتقان آلية تخزين النتائج الوسيطة، وهي كاتب/قارئ بطاقات ورقية، وعندما غادر جون فينسينت أتاناسوف كلية ولاية آيوا لأداء مهام الحرب العالمية الثانية، توقف العمل على الآلة. ^[4] كانت ABC رائدة في عناصر مهمة في الحوسبة الحديثة، بما في ذلك الحساب الثنائي وعناصر التبديل الإلكترونية ، ^[5] ولكن طبيعتها ذات الأغراض الخاصة وافتقارها إلى برنامج تخزين قابل للتغيير تميزها عن أجهزة الكمبيوتر الحديثة. تم تعيين الكمبيوتر كعلامة فارقة في معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات في عام 1990. ^[6]

لم يكن عمل أتاناسوف وبيري في مجال الكمبيوتر معروفًا على نطاق واسع حتى أعيد اكتشافه في الستينيات، وسط نزاعات براءات الاختراع حول أول حالة لجهاز كمبيوتر إلكتروني. في ذلك الوقت، كان جهاز ENIAC ، الذي ابتكره جون ماوتشلي وجيه بريسبر إيكرت ، ^[7] يُعتبر أول جهاز كمبيوتر بالمعنى الحديث، ^{[ بحاجة لمصدر ]} ولكن في عام 1973، أبطلت محكمة مقاطعة أمريكية براءة اختراع ENIAC وخلصت إلى أن مخترعي ENIAC قد استمدوا موضوع الكمبيوتر الرقمي الإلكتروني من أتاناسوف. عندما تم رفع السرية المحيطة بتطوير بريطانيا في الحرب العالمية الثانية لأجهزة كمبيوتر Colossus التي سبقت ENIAC، في منتصف السبعينيات ^{[8] [9]} وتم وصف Colossus في مؤتمر في لوس ألاموس، نيو مكسيكو ، في يونيو 1976، ذُكر أن جون ماوتشلي وكونراد زوس قد اندهشا. ^[10]

وفقًا لرواية أتاناسوف، تم تصور العديد من المبادئ الرئيسية لجهاز كمبيوتر أتاناسوف-بيري في بصيرة مفاجئة بعد رحلة ليلية طويلة إلى روك آيلاند، إلينوي ، خلال شتاء 1937-1938. تضمنت ابتكارات ABC الحوسبة الإلكترونية، والحساب الثنائي، والمعالجة المتوازية ، والذاكرة المكثفة المتجددة ، وفصل الذاكرة عن وظائف الحوسبة. ^[11] تم وضع التصميم الميكانيكي والمنطقي بواسطة أتاناسوف على مدار العام التالي. تم تقديم طلب منحة لبناء نموذج أولي لإثبات المفهوم في مارس 1939 إلى قسم الزراعة ، والذي كان مهتمًا أيضًا بتسريع الحوسبة للتحليل الاقتصادي والبحثي. جاء 5000 دولار من التمويل الإضافي (ما يعادل 110.000 دولار في عام 2023) لإكمال الآلة من مؤسسة الأبحاث غير الربحية في مدينة نيويورك. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تم بناء جهاز ABC بواسطة أتاناسوف وبيري في الطابق السفلي من مبنى الفيزياء في كلية ولاية آيوا من عام 1939 إلى عام 1942. تم إصدار الأموال الأولية في سبتمبر، وتم عرض النموذج الأولي المكون من 11 أنبوبًا لأول مرة في أكتوبر 1939. دفعت مظاهرة في ديسمبر إلى منحة لبناء الآلة بالحجم الكامل. ^{[12] [13]} تم بناء جهاز ABC واختباره على مدار العامين التاليين. أعلنت قصة في 15 يناير 1941 في صحيفة دي موين ريجيستر أن جهاز ABC هو "آلة حوسبة كهربائية" بأكثر من 300 أنبوب مفرغ من شأنه "حساب المعادلات الجبرية المعقدة" (لكن لم يقدم وصفًا تقنيًا دقيقًا للكمبيوتر). كان وزن النظام أكثر من سبعمائة رطل (320 كجم). كان يحتوي على حوالي ميل واحد (1.6 كم) من الأسلاك، و280 أنبوبًا مفرغًا ثلاثي الأقطاب ، و31 ثيراترونًا ، وكان بحجم المكتب تقريبًا.

لم يكن قابلاً للبرمجة، وهو ما يميزه عن الآلات الأكثر عمومية في نفس العصر، مثل Z3 الذي صممه كونراد زوس عام 1941 (أو الإصدارات السابقة) وأجهزة كمبيوتر كولوسوس من عام 1943 إلى عام 1945. كما لم ينفذ بنية البرامج المخزنة ، التي تم تنفيذها لأول مرة في جهاز مانشستر بيبي عام 1948، والتي كانت مطلوبة للآلات الحاسوبية العملية ذات الأغراض العامة بالكامل.

وكانت الآلة هي الأولى في تنفيذ:

1. استخدام الأنابيب المفرغة بدلاً من العجلات أو السقاطات أو المفاتيح الميكانيكية أو مرحلات الهاتف، مما يسمح بسرعة أكبر من أجهزة الكمبيوتر السابقة
2. استخدام المكثفات للذاكرة، بدلاً من المكونات الميكانيكية، مما يسمح بسرعة وكثافة أكبر

كانت ذاكرة حاسوب أتاناسوف-بيري عبارة عن نظام يسمى ذاكرة المكثفات المتجددة ، والتي تتكون من زوج من الأسطوانات، تحتوي كل منها على 1600 مكثف تدور على عمود مشترك مرة واحدة في الثانية. تم تنظيم المكثفات الموجودة على كل أسطوانة في 32 "نطاقًا" من 50 (30 نطاقًا نشطًا واثنان احتياطيان في حالة فشل المكثف)، مما يمنح الآلة سرعة 30 عملية إضافة/طرح في الثانية. تم تمثيل البيانات كأرقام ثنائية ثابتة مكونة من 50 بت . يمكن للإلكترونيات الموجودة في الذاكرة ووحدات الحساب تخزين 60 رقمًا من هذا القبيل في المرة الواحدة (3000 بت).

كان تردد خطوط الطاقة الحالية المتناوبة البالغ 60 هرتز هو معدل الساعة الأساسي لعمليات المستوى الأدنى.

كانت وظائف المنطق الحسابية إلكترونية بالكامل، وتم تنفيذها باستخدام أنابيب مفرغة. وتتراوح عائلة بوابات المنطق من العاكسات إلى بوابات ذات مدخلين وثلاثة مدخلات. وكانت مستويات الإدخال والإخراج وفولتية التشغيل متوافقة بين البوابات المختلفة. وتتكون كل بوابة من مكبر أنبوب مفرغ عاكس، يسبقه شبكة إدخال مقسم مقاومات تحدد الوظيفة المنطقية. وكانت وظائف منطق التحكم، التي تحتاج فقط إلى العمل مرة واحدة لكل دورة أسطوانة وبالتالي لا تتطلب سرعة إلكترونية، كهروميكانيكية، وتم تنفيذها باستخدام مرحلات .

تعمل وحدة الحساب والمنطق على بت واحد فقط من كل رقم في كل مرة ؛ وتحتفظ ببت الحمل/الاقتراض في مكثف لاستخدامه في دورة التيار المتردد التالية. ^[14]

على الرغم من أن حاسوب أتاناسوف-بيري كان خطوة مهمة للأمام مقارنة بالآلات الحاسبة السابقة، إلا أنه لم يكن قادرًا على العمل تلقائيًا بالكامل من خلال مشكلة كاملة. كان هناك حاجة إلى مشغل لتشغيل مفاتيح التحكم لإعداد وظائفه، تمامًا مثل الآلات الحاسبة الكهروميكانيكية ومعدات تسجيل الوحدات في ذلك الوقت. كان اختيار العملية التي سيتم إجراؤها، والقراءة والكتابة والتحويل من أو إلى ثنائي إلى عشري، أو تقليل مجموعة من المعادلات يتم بواسطة مفاتيح اللوحة الأمامية، وفي بعض الحالات، وصلات.

كان هناك شكلان للإدخال والإخراج: إدخال وإخراج المستخدم الأساسي وإخراج وإدخال النتائج الوسيطة. سمح تخزين النتائج الوسيطة بالعمل على مشاكل كبيرة جدًا بحيث لا يمكن التعامل معها بالكامل داخل الذاكرة الإلكترونية. (كانت أكبر مشكلة يمكن حلها دون استخدام الإخراج والإدخال الوسيط هي معادلتين متزامنتين ، وهي مشكلة تافهة.)

كانت النتائج الوسيطة ثنائية، مكتوبة على أوراق من الورق عن طريق تعديل المقاومة كهربائيًا في 1500 موقع لتمثيل 30 من الأرقام المكونة من 50 بت (معادلة واحدة). يمكن كتابة أو قراءة كل ورقة في ثانية واحدة. كانت موثوقية النظام محدودة بنحو خطأ واحد في 100000 عملية حسابية بواسطة هذه الوحدات، ويعزى ذلك في المقام الأول إلى عدم التحكم في خصائص مادة الأوراق. في الماضي، كان من الممكن أن يكون الحل هو إضافة بت تكافؤ لكل رقم كما هو مكتوب. لم يتم حل هذه المشكلة بحلول الوقت الذي غادر فيه أتاناسوف الجامعة للعمل المتعلق بالحرب.

كان الإدخال الأساسي للمستخدم عبارة عن رقم عشري، عبر بطاقات IBM المثقبة القياسية المكونة من 80 عمودًا ، وكان الإخراج عبارة عن رقم عشري، عبر شاشة اللوحة الأمامية.

صُمم جهاز ABC لغرض محدد ـ حل أنظمة المعادلات الخطية المتزامنة. وكان بوسعه التعامل مع أنظمة تتألف من 29 معادلة، وهي مشكلة صعبة في ذلك الوقت. وكانت مشاكل بهذا الحجم أصبحت شائعة في قسم الفيزياء، وهو القسم الذي عمل فيه جون أتاناسوف. وكان بوسع الآلة أن تغذي معادلتين خطيتين تتألف كل منهما من 29 متغيراً وثابتاً واحداً، ثم تحذف أحد المتغيرين. ثم تتكرر هذه العملية يدوياً لكل معادلة، وهو ما يؤدي إلى نظام من المعادلات يتألف من متغير واحد أقل. ثم تتكرر العملية برمتها لحذف متغير آخر.

من المرجح جدًا أن يكون جورج دبليو سنيديكور ، رئيس قسم الإحصاء في ولاية آيوا، هو أول من استخدم جهاز كمبيوتر رقمي إلكتروني لحل مشكلات الرياضيات في العالم الحقيقي. وقد قدم العديد من هذه المشكلات إلى أتاناسوف. ^[15]

في 26 يونيو 1947، كان ج. بريسبر إيكرت وجون ماوتشلي أول من تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع على جهاز حوسبة رقمي ( ENIAC )، مما أثار دهشة أتاناسوف. كان جون ماوتشلي قد فحص جهاز ABC في يونيو 1941، وزعم إسحاق أورباخ، ^[16] وهو طالب سابق لدى ماوتشلي، أنه أثر على عمله اللاحق على ENIAC، على الرغم من أن ماوتشلي نفى ذلك. ^[17] لم تصدر براءة اختراع ENIAC حتى عام 1964، وبحلول عام 1967 رفعت شركة هانيويل دعوى قضائية ضد شركة سبيري راند في محاولة لكسر براءات اختراع ENIAC، بحجة أن جهاز ABC يشكل حالة سابقة من حالات الفن . أصدرت محكمة مقاطعة الولايات المتحدة لمنطقة مينيسوتا حكمها في 19 أكتوبر 1973، حيث وجدت في قضية هانيويل ضد سبيري راند أن براءة اختراع ENIAC كانت مشتقة من اختراع جون أتاناسوف.

استنتج كامبل كيلي وأسبراي: ^[18]

إن مدى استفادة ماوتشلي من أفكار أتاناسوف لا يزال مجهولاً، والأدلة كثيرة ومتضاربة. لقد كانت تقنية ABC متواضعة للغاية، ولم يتم تنفيذها بالكامل. وعلى أقل تقدير يمكننا أن نستنتج أن ماوتشلي أدرك الأهمية المحتملة لـ ABC وأن هذا ربما دفعه إلى اقتراح حل إلكتروني مماثل.

تم حل القضية قانونيًا في 19 أكتوبر 1973، عندما أصدر قاضي المحكمة الجزئية الأمريكية إيرل ر. لارسون حكمًا ببطلان براءة اختراع ENIAC، وحكم بأن ENIAC استمد العديد من الأفكار الأساسية من كمبيوتر Atanasoff–Berry. صرح القاضي لارسون صراحةً:

لم يكن إيكرت وماوتشلي أول من اخترع الكمبيوتر الإلكتروني الرقمي الأوتوماتيكي، بل استمدّوا هذا الموضوع من الدكتور جون فينسنت أتاناسوف.

كتب هيرمان جولدستاين ، أحد المطورين الأصليين لـ ENIAC: ^[19]

كان أتاناسوف يفكر في تخزين معاملات المعادلة في مكثفات موضوعة على محيط أسطوانة. ويبدو أنه كان لديه نموذج أولي لآلته يعمل "في أوائل عام 1940". وينبغي التأكيد على أن هذه الآلة كانت على الأرجح أول استخدام للصمامات المفرغة لإجراء الحوسبة الرقمية وكانت آلة ذات غرض خاص. لم تر هذه الآلة النور قط كأداة جادة للحوسبة لأنها كانت سابقة لأوانها إلى حد ما في مفهومها الهندسي ومحدودة في مفهومها المنطقي. ومع ذلك، يجب النظر إليها باعتبارها جهدًا رائدًا عظيمًا. ربما كانت أهميتها الرئيسية هي التأثير على تفكير فيزيائي آخر كان مهتمًا جدًا بالعملية الحسابية، جون دبليو ماوتشلي. خلال فترة عمل أتاناسوف على حل المعادلات الخطية، كان ماوتشلي في كلية أورسينوس، وهي مدرسة صغيرة في ضواحي فيلادلفيا. وبطريقة ما، أصبح على علم بمشروع أتاناسوف وزاره لمدة أسبوع في عام 1941. وخلال الزيارة، ناقش الرجلان على ما يبدو أفكار أتاناسوف بتفصيل كبير. وقد أثرت المناقشة بشكل كبير على ماوخلي ومن خلاله على تاريخ أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية بالكامل.

تم تفكيك مبنى ABC الأصلي في نهاية المطاف في عام 1948، ^[20] عندما قامت الجامعة بتحويل الطابق السفلي إلى فصول دراسية، وتم التخلص من جميع أجزائه باستثناء أسطوانة ذاكرة واحدة.

في عام 1997، انتهى فريق من الباحثين بقيادة ديلوين بلوم وجون جوستافسون من مختبر أميس (الموجود في حرم جامعة ولاية آيوا) من بناء نسخة طبق الأصل من كمبيوتر أتاناسوف-بيري بتكلفة 350 ألف دولار (ما يعادل 664 ألف دولار في عام 2023). ^[21] تم عرض نسخة ABC في بهو الطابق الأول من مركز دورهام للحوسبة والاتصالات في جامعة ولاية آيوا وتم عرضها لاحقًا في متحف تاريخ الكمبيوتر . ^[22]

• تاريخ أجهزة الكمبيوتر
• قائمة أجهزة الكمبيوتر ذات الأنبوب المفرغ
• ميخائيل كرافتشوك

• ولادة الـ ABC
• إعادة بناء هيئة الإذاعة الأسترالية، 1994-1997
• جون جوستافسون، إعادة بناء حاسوب أتاناسوف-بيري
• محاكمة براءة اختراع ENIAC
• هانيويل ضد سبيري راند للتسجيلات، 1846-1973، معهد تشارلز باباج ، جامعة مينيسوتا.
• حاسوب أتاناسوف-بيري أثناء التشغيل (يوتيوب)