מחשב אתנסוף ברי

השחזור של מחשב אתנסוף ברי בקומה הראשונה של מרכז דורהאם, באוניברסיטת איווה סטייט

מחשב אתנסוף ברי המכונה גם (ABC) היה התקן החישוב האלקטרוני הספרתי הראשון.

המכונה, שנהגתה ב-1937, הייתה מסוגלת לפתור מערכת של עד 29 משוואות ליניאריות. המכונה נבדקה בהצלחה למרות שמנגנון הקלט/פלט שלה עדיין לא היה אמין נכון לשנת 1942. באותה שנה עזבו ממציאי המכונה את איווה סטייט קולג' בגלל מלחמת העולם השנייה. המכונה הציגה אלמנטים חדישים במחשוב המודרני ביניהם אריתמטיקה בינארית ואלמנטים למיתוג אלקטרוני, אולם הטבע המאוד ייעודי של המחשב וחוסר יכולתו להכיל תוכנית מחשב מאוחסנת מבדילים אותו ממחשבים מודרניים.

עבודתו של ג'ון אתנסוף לא זכתה להכרה מרובה עד שהועלתה מחדש מן האוב בשנות ה-60 של המאה ה-20 בשל ויכוח שהתעורר לגבי שאלת היותו של המחשב המופע הראשון של מחשב אלקטרוני. מחשב הENIAC נחשב בדרך כלל למחשב הראשון במובן המודרני, אולם ב-1973 קבע בית משפט מחוזי בארצות הברית שהאתנסוף היה המחשב הראשון (ראו להלן אודות ה"ויכוח").

ממציא המחשב, ג'ון וינסנט אתנסוף, זכה במדליה הלאומית לטכנולוגיה במעמד הנשיא ג'ורג' הרברט ווקר בוש בטקס בבית הלבן, שנערך ב-13 בנובמבר 1990.

תכנון ובנייה

דיאגרמה של מחשב אתנסוף ברי המתארת את רכיבי המחשב השונים

המחשב נהגה בפרץ פתאומי של תובנה מעמיקה במהלך נסיעה ארוכה בערב חורפי בשנת 1937-8. בין החידושים שהמחשב החדש הציע היו חישוב אלקטרוני, אריתמטיקה בינארית, עיבוד מקבילי, DRAM והפרדת הזיכרון מפונקציות החישוב. דוקטור אתנסוף שכלל את התכנון הלוגי והמכני של המחשב במהלך השנה הבאה. תקציב לבניית אבטיפוס התקבל בשנת 1939 ממחלקת האגרונומיה שגילתה עניין רב בהאצת חישובים בתחום הניתוח הכלכלי והמחקרי. בנוסף העניקה אגודת המחקר של העיר ניו יורק תקציב נוסף בסך $5,000 למטרת השלמת בניית המכונה.

ד"ר אתנסוף והסטודנט לתואר שני קליפורד ברי בנו את מחשב ה-ABC במחסן של בניין הפיזיקה בקולג' איווה סטייט בין השנים 1939-1942. התקציב הראשוני הגיע בספטמבר 1939, והאבטיפוס בעל 11 השפופרות הודגם לראשונה כבר באוקטובר אותה שנה. הדגמה שנערכה בדצמבר זירזה מענק לבניית מכונה שלמה. במהלך השנתיים הבאות נבנה ונבדק ה-ABC. המחשב שקל יותר מ-320 קילוגרם והיה בגודל של שולחן. המחשב הכיל חיווט חשמלי באורך המוערך ב-1.6 קילומטרים. הוא הכיל כ-280 שפופרות ואקום בעלות טריודה כפולה ו-31 שפופרות תיראטרון.

זו הייתה המכונה הראשונה שיישמה שלושה רעיונות מרכזיים אלו, שגם כיום מהווים נדבכים חשובים בכל מחשב מודרני:

1. שימוש בספרות בינאריות לייצוג כל המספרים והנתונים.
2. ביצוע כל החישובים באמצעות אלקטרוניקה כתחליף למרכיבים מכניים כגון גלגלי שיניים ומתגים מכניים.
3. הפרדה בין החישוב לבין הזיכרון.

בנוסף, המכונה הייתה חלוצית בשימוש בזיכרון קבלים מתחדש כמו הDRAM, שנמצא בשימוש נרחב גם כיום.

תיאור החומרה

זיכרון המחשב הורכב מזוג תופים כשבכל תוף היו 1600 קבלים שהסתובבו על גבי ציר משותף פעם בשנייה. הקבלים בכל תוף אורגנו ל-32 רצועות של 50 (30 רצועות פעילות ו-2 נוספות למקרה שקבל התקלקל). המכונה יכלה לבצע 30 פעולות חיבור/חיסור בשנייה. הנתונים יוצגו על ידי מספרים בינאריים בעלי 50 סיביות בשיטת הנקודה הקבועה. האלקטרוניקה של הזיכרון והיחידות האריתמטיות איפשרה פעולה על 60 מספרים (שהם כ-3000 סיביות) בכל פעם.

קצב השעון שהוקצה עבור הפעולות הבסיסיות היה 60 הרץ.

פונקציות אריתמטיות ולוגיות היו אלקטרוניות ומומשו באמצעות שפופרות ריק. משפחת השערים הלוגיים כללה מהפכים ושערים בעלי שתיים ושלוש כניסות. רמות הכניסה והיציאה וכן מתחי התפעול היו זהים בין השערים השונים. כל שער הכיל מגבר שפופרת ריק מהפך, שקדמה לו רשת של נגדים שהגדירו את הפונקציה הלוגית. פונקציות הבקרה הלוגיות, שפעלו רק פעם אחת בסיבוב תוף מומשו באופן אלקטרומכני תוך שימוש בממסרים.

אופן ההפעלה

למרות שהמחשב היה מתקדם ביחס למחשבים קודמים הוא לא היה ממוכן לחלוטין. היה צורך במפעיל שיתפעל את מתגי הבקרה על מנת לשלוט בפונקציות שתבוצענה. בחירת הפעולה שתבוצע, קריאה, כתיבה, המרה מבסיס בינארי לדצימלי או הפוך, או צמצום אוסף של משוואות בוצע באמצעות מתגים בלוח הקדמי ובמקרים מסוימים באמצעות מגשרים.

היו שתי צורות של קלט ופלט. קלט ופלט ראשיים וכן קלטי ופלטי תוצאות הביניים. אחסון תוצאות הביניים הועיל בפתרון בעיות שהיו גדולות מכדי לזכות לטיפול יעיל באמצעות הזיכרון האלקטרוני בלבד. (הבעיה הגדולה ביותר שאפשר היה לפתור ללא תוצאות ביניים הייתה פתרון שתי משוואות).

הקלט הראשי הוזן על ידי כרטיס ניקוב רגיל. הפלט הוצג על גבי צג קדמי.

השוואה עם מחשבים ראשונים נוספים

מאפייני שבעת המחשבים הספרתיים הראשונים

שם המחשב	מדינה	שנה	ספרתי	בסיס	טכנולוגיה	בר-תכנות	שלמות טיורינג	הערות
מנוע אנליטי (צ'ארלס בבג')	אנגליה	1870−1830	כן	עשרוני	מכני (הנעה על ידי מנוע קיטור)	כן (כרטיסים מנוקבים)	לא	בבג' במשיך לעבוד על המחשב כמעט עד סוף ימיו, ואפילו נכתבה עבורו תוכנה. התכנון לא הושלם מעולם, ועד היום (2022) לא נעשו ניסיונות ממשיים לבנותו, אך מתקיים מחקר פעיל שמטרתו לתעד ולהבין את התכנון, בעזרת ניירות שהשאירו בבג' וחוקרים קודמים.
מחשב אתנסוף ברי	ארצות הברית	1942−1937	כן	בינארי	שפופרות	לא	לא	המחשב עבד, אך לא הגיע לפעולה אמינה, ונזנח ב-1942 כאשר אתנסוף נלקח למאמץ המלחמתי. לעומת המחשבים האחרים ברשימה, מכונה זו אינה "מחשב", אלא מכונת חישוב המסוגלת לפעול על כמה מספרים באותו זמן, ומבחינה זו דומה יותר למנוע הפרשים. בדרך כלל מוזכרת ברשימה בזכות רעיונות רבים במימושה, כמו שימוש בשפופרות, חישוב בשיטה בינארית, ומימוש (לא אמין) של טכנולוגיית זיכרון.
Z1 (קונראד צוזה)	גרמניה	1937	כן	בינארי	מכני (הנעה על ידי מנוע חשמלי בהספק של 1KW)	כן (סרט צלולואיד) - הזנת נתונים ידנית	לא ברור	המחשב ביצע חישובים בנקודה צפה, ונבנה מחלקים שעובדו ידנית על ידי צוזה, אך לא הגיע לפעולה אמינה, ונהרס בהפצצות בעלות הברית על ברלין ב-1943. צוזה בנה רפליקה (עובדת) שמוצגת כיום במוזיאון
Z3 (קונראד צוזה)	גרמניה	1941	כן	בינארי	אלקטרומכני (ממסרים)	באופן מלא, על ידי סרט צלולואיד, הזנת נתונים מסרט צלולואיד שני	כן	המחשב מימש תיכון לוגי כמעט זהה ל-Z1, בטכנולוגיה שונה, וביצע חישובים שעזרו בתכנון אווירונאוטי. מידת התועלת הייתה מוגבלת בגלל הדיוק המוגבל של הייצוג המספרי. גם מחשב זה נהרס בהפצצה ב-1943.
הרווארד מארק 1/IBM ASCC	ארצות הברית	1944	כן	עשרוני	אלקטרומכני (ממסרים)	באמצעות סרט נייר. הזנת נתונים מסרט שני	כן	מחשב זה היה בסדר גודל יותר גדול מ-Z3 בגודל פיזי, משקל, מספר הממסרים, וצריכת הספק. וחישב בדיוק של 23 ספרות עשרוניות (לעומת 22 ביט של Z3 - כ-7 ספרות עשרוניות). מעבר לכך, המפרט של שני המחשבים דומה בגודל הזיכרון, ביצועים, הזנת נתונים וקלט-פלט.
קולוסוס	בריטניה	1944	כן	בינארי	אלקטרוני (שפופרות)	חלקית, על ידי חיווט מחדש, הזנת נתונים מסרט נייר	לא	המחשב עסק בפיצוח צפנים. כ-10 מחשבים נבנו עד תום המלחמה. בגלל הסודיות, ככל הידוע כולם הושמדו, כולל התוכניות. רפליקה עובדת נבנתה על ידי מוזיאון בלצ'לי פארק ומוצגת בו, אם כי לא ידוע עד כמה השחזור מדויק.
ENIAC	ארצות הברית	1946	כן	עשרוני	שפופרות	חלקית, על ידי חיווט מחדש	כן	המחשב היה גדול ומורכב בהרבה מכל המחשבים שקדמו לו

פונקציונליות

מחשב ה-ABC פותח למטרת פתרון מערכות של משוואות ליניאריות. הוא יכל לבצע חישובים עבור 29 משוואות-הישג מרשים לאותה תקופה. בעיות כאלה הפכו לדבר שבשיגרה במחלקת הפיזיקה, שבה גם עבד ג'ון אתנסוף.

המחלוקת

מקובל לחשוב שג'ון פרספר אקרט וג'ון מוקלי היו הראשונים שהמציאו התקן מחשוב ספרתי, אניאק שמו. ה-ABC נבחן על ידי מאוצ'לי ביוני 1941. אייזק אוירבאך, סטודנט מבית מדרשו של מאוצ'לי, טען כי ה-ABC השפיע על עבודתו המאוחרת יותר על האניאק. מאוצ'לי דחה טענה זו (Shurkin, pg. 280-299). בשנת 1967 תבעה האניוול את ספרי ראנד באשמת ניסיון להפר את הפטנטים שלהם על האניאק, בטענה שה-ABC קדם לאניאק. בית משפט אמריקני מחוזי במחוז מינסוטה פרסם את החלטתו ב-19 באוקטובר 1973. בית המשפט קבע שפטנט האניאק היה נגזרת של המצאתו של ג'ון אתנסוף. לא הוגש ערעור לגבי ההחלטה.

אתנסוף עצמו לא ראה עצמו כממציא רעיון המחשב הרב-תכליתי עד השנים שלאחר המצאת האניאק. בשנת 1954, עורך דין בנושא פטנטים מטעם חברת IBM הגיע לאתנסוף וביקש את עזרתו להפר את הפטנט של מאוצ'לי. בשנת 1982, בעת ריאיון עם שורקין, אמר אתנסוף: "היה זה ההלם הראשון שחוויתי. איש מעולם לא השווה בין שנינו".

קמבל-קלי ואספריי מסכמים:

"מידת הסתמכותו של מאוצ'לי על רעיונותיו של אתנסוף נותרה לוטה בערפל. העדויות רבות וסותרות. ה-ABC הציג טכנולוגיה צנועה והוא לא מומש עד אחרון הפרטים. לכל הפחות ניתן להסיק שמאוצ'לי ראה את הפוטנציאל שב-ABC והדבר הוביל אותו להציע פתרון אלקטרוני דומה".

השחזור

ה-ABC המקורי פורק לבסוף, כשהאוניברסיטה המירה את המרתף לכיתות וכל החלקים למעט תוף זיכרון יחיד הושמדו. בשנת 1997, קבוצת חוקרים ממעבדת אמס (בקמפוס איווה סטייט) סיימה לבנות עותק עובד של מחשב אתנסוף ברי במחיר של $350,000. העותק הפיג כל ספק לגבי יכולת ה-ABC לבצע את המטלות שלשמן נבנה. ה-ABC החדש ממוקם כעת באופן קבוע בקומה בראשונה של לובי מרכז דורהאם לחישוביות ותקשורת באוניברסיטת איווה סטייט.

ראו גם

• היסטוריה של המחשוב

לקריאה נוספת

• Anthony Ralston and Edwin D. Reilly (ed), Encyclopedia of Computer Science, 3rd Ed. , 1993, Van Nostrand Reinhold, New York ISBN 0-442-27679-6

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מחשב אתנסוף ברי בוויקישיתוף

• לידתו של ה-ABC
• שחזור ה-ABC
• Honeywell, Inc., Honeywell vs. Sperry Rand Records, 1846-1973
• מחשב אתנסוף ברי, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)