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Il termine ABC fa subito pensare alle basi di un qualcosa; in questo caso alle basi dei computer. Ed effettivamente stiamo per scoprire qualcosa che è alle fondamenta della scienza dei calcolatori; una cosa che si chiama proprio ABC, il  primo calcolatore elettronico digitale della storia, laddove ABC sta per Atanasoff Berry Computer

John V. Atanasoff, docente alla Iowa State University e Clifford E. Berry suo laureando, lo costruirono tra il 1939 ed il 1942, ben prima del mitico Colossus, del Mark I e dell’ENIAC. A differenza di questi imponenti successori, l’ABC non era ancora programmabile, ma conteneva già gli elementi fondamentali delle architetture successive, le componenti di qualità di una ricetta infallibile.

AtanasoffBerry

Il riconoscimento del lavoro di Atanasoff fu molto tardivo, e dell’ABC non si è saputo quasi nulla fino alla fine degli anni ’60 quando scoppiò una grana legale che fece riscrivere la storia dei computer. Ma di questo giallo ne parliamo alla fine.

Riprendiamo dall’ABC. Come spesso, o come sempre, avviene, le cose nascono da un bisogno, da alcune intuizioni e da un processo creativo. E così fu anche per l’ABC. Negli anni venti del secolo scorso, Atanasoff stava lavorando alla sua tesi di dottorato in fisica, ed era alle prese con faticosi calcoli sulla struttura dell’elio, aiutato soltanto da una semplice calcolatrice meccanica da tavolo Monroe.

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credits: Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Leonardo da Vinci di Milano

Le settimane trascorse a fare calcoli su calcoli con la Monroe, gli fecero sorgere l’idea di una calcolatrice che facesse quei calcoli in modo automatico; e pensava che se fosse esistita avrebbe risparmiato molto tempo e fatica. Quando nel 1930 fu assunto come docente alla Iowa University, quella sua idea non solo era ancora viva, ma anzi incominciò seriamente a riflettere sul concetto di automazione del calcolo e su come realizzarlo. Ci pensò per anni, creando e disfacendo nella sua mente e sulla carta i principi generali di funzionamento della sua futura calcolatrice. Il tempo passava ma non riusciva a trovare una soluzione definitiva per proporre la realizzazione di un primo prototipo.

Era deluso, e una sera d’inverno del 1937 lasciò il laboratorio e si mise in macchina, macinando chilometri senza meta, con l’unico intento di spazzare via idee, delusioni e pensieri dalla sua mente. Si fermo dopo trecento chilometri, nello stato dell’Illinois, ed entrò in un bar per bere qualcosa.

E fu il quel bar dell’Illinois, in una fredda sera d’inverno, che John Atanasoff trovò la soluzione, e definì le basi di ABC. Quella sera decise che:

  1. il suo calcolatore doveva essere di tipo digitale e non analogico, ossia avrebbe trattato i numeri come cifre discrete e non tramite analogia con qualche grandezza fisica come ad esempio la rotazione di una ruota o la variazione di lunghezza di un regolo
  2. per fare i calcoli non avrebbe utilizzato dispositivi meccanici come quelli in uso nelle calcolatrici dell’epoca, bensì dei circuiti elettronici basati sulle valvole
  3. il suo calcolatore elettronico digitale avrebbe utilizzato il sistema di numerazione binario e la logica booleana al posto del conteggio dei numeri
  4. per memorizzare i numeri in base 2 avrebbe utilizzato i condensatori e la loro carica: carico=1 scarico=0
  5. Il sistema di memoria basato sui condensatori, sarebbe stato separato dal sistema di elaborazione basato sulle valvole

Uscito da quel bar, Atanasoff era pronto in teoria a realizzare il suo calcolatore, ma sapeva che per renderlo possibile nella pratica non sarebbe stato facile. Passarono due anni e nel 1939 ottenne un finanziamento di 650$ dallo Stato dello Iowa, arruolò nell’impresa Berry, anche lui affascinato dall’idea del calcolo elettronico, e per il mese di ottobre costruirono il primo prototipo funzionante dell’ABC.

prototipoABC

prototipo dell’ABC

Il sistema di memoria era formato da 1600 condensatori (quindi 1600 bit) fissati su dei grandi tamburi che alla velocità di una rotazione al secondo potevano essere caricati / scaricati da dei contatti a seconda dei numeri da inserire or da leggere. Praticamente la primissima versione di quelle che sarebbero state le memorie a tamburo usate negli anni ’50

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tamburo di memoria dell’ABC

Il sistema di elaborazione e di calcolo era formato da oltre 200 valvole elettroniche i cui collegamenti fisici permettevano la realizzazione di un preciso circuito logico. In pratica a seconda del tipo di calcolo che si voleva fare si dovevano cablare/saldare le valvole in un modo preciso.

valvole

 

 

Nel 1942 Atanasoff progettò e realizzò un nuovo prototipo di ABC per risolvere sistemi di equazioni lineari e precisamente un sistema con 29 equazioni e 29 incognite.

ABC funzionava in questo modo: attraverso delle schede perforate i dati delle equazioni venivano memorizzati nei tamburi; ad ogni rotazione i tamburi passavano i segnali, ossia i dati, alle valvole che sulla base di regole logiche precise, dipendenti da come erano saldate, eseguivano somme o sottrazioni. I risultati venivano poi trasferiti in uscita su delle schede perforate

 

ABCschema

Atanasoff a questo punto aveva bisogno di nuovi finanziamenti per risolvere alcuni problemi del sistema di lettura e perforazione delle schede; ma tutto si fermò a causa della Seconda Guerra Mondiale e dell’inettitudine di coloro che erano incaricati di ottenere il brevetto. Così ABC cadde nel dimenticatoio delle tecnologie.

Negli anni ’70 si riscrisse la storia dei computer

Dopo la guerra, Atanasoff non ritenne di dover perseguire l’idea di ottenere il brevetto, perchè nel frattempo era stato realizzato l’ENIAC, un calcolatore programmabile che di fatto rendeva ABC obsoleto. Quello che Atanasoff ignorava è che buona parte del brevetto dell’ENIAC derivavano proprio dall’ABC.  Lo scandalo scoppio per caso da una causa legale tra la Sperry Rand Corporation che deteneva i brevetto dell’ENIAC e la Honeywell. La Sperry pretendeva che tutti i costruttori di calcolatori elettronici le pagassero dei diritti, ma la Honeywell si rifiutò. Durante la causa, gli avvocati della Honeywell scoprirono il lavoro di Atanasoff e lo portarono alla luce. Nel 1973 Atanasoff testimoniò al processo, e da quel racconto il giudice sentenziò che il brevetto dell’ENIAC era nullo.

Atanasoff  ed il giudice furono in grado di ricostruire la storia: negli anni ’40 Mauchly, uno dei costruttori dell’ENIAC assieme a Eckert, fece una lunga visita di una settimana al laboratorio di Atanasoff. Questi gli mostro il funzionamento dell’ABC, e gli spiegò in dettaglio i principi di funzionamento. Pochi anni dopo quei fondamenti si ritrovarono in funzione nell’ENIAC. Per il giudice fu chiaro che Mauchly ed Eckert non avessero inventato il calcolatore elettronico digitale ma che invece avessero preso spunto e sfruttate le idee ed i lavori di Atanasoff.

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C’è da dire che Mauchly ha sempre sostenuto di non aver mai appreso nulla di significativo dall’incontro con Atanasoff, ma i fatti e la logica dimostrerebbero il contrario. Io ogni caso è fuori di dubbio che Atanasoff ha realizzato il primo calcolatore elettronico digitale della storia, anticipando la commutazione elettronica, l’uso della numerazione binaria, delle memorie a tamburo con i condensatori, della separazione tra memoria ed elaborazione.

 

[adriano parracciani aka CyberParra]

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Entri in casa, accendi la luce, apri il frigo per prendere una bevanda ed una fetta di pane dal freezer da scongelare nel microonde. Non stai certo li a pensare come tutto quello sia possibile, e mentre una ragnatela di cavi e sistemi sta trasportando la corrente elettrica per far funzionare la casa, ti godi il tuo spuntino in relax.

ClarkeEdith Clarke (1883 – 1959) ha dedicato tutta la sua vita lavorativa al trasporto della corrente dalle centrali alle case, o meglio, alla matematica necessaria al corretto funzionamento della Rete Elettrica. Il suo lavoro è stato sviluppare sistemi e modelli matematici per facilitare i laboriosi e complessi calcoli necessari alla progettazione di reti di distribuzione della energia elettrica.

Fare i calcoli è stata la sua passione, e sin dai tempi del college desiderava essere un’ingegnera. Nel 1911 si iscrisse ad un corso di ingegneria civile all’Università del Wisconsin, ma durante l’estate accettò un lavoro estivo alla AT&T che le fece cambiare i suo piani. Fino al 1918 rimase in AT&T come computer, questo era il nome del suo lavoro: fare i calcoli. Durante la Prima Guerra Mondiale fu a capo di un gruppo di donne-computer che si occupavano di fare i calcoli per il Dipartimento di Ingegneria delle Trasmissioni.

Nel 1918 lasciò l’AT&T per studiare Ingegneria Elettrica al MIT di Boston, dove si laureò l’anno seguente; prima donna a raggiungere quel risultato al MIT. Venne poi assunta alla General Electric (GE), ma di nuovo come computer. È in questo periodo che progettò il suo calcolatore grafico.

Il trasporto della corrente elettrica richiede la soluzione di equazioni che riguardano correnti, tensioni, impedenze, capacità, lunghezze, caratteristiche fisiche dei mezzi trasmissivi, sfasamenti e via dicendo.

Il suo calcolatore, che brevettò nel 1921, risolveva queste complesse equazioni facilitando il lavoro dei computer umani.

clarckcalculator

Il Calcolatore grafico di Edith sfruttava le funzioni iperboliche trigonometriche per velocizzare i calcoli. È costituito da due bracci graduati rappresentanti vettori che si muovono su una complessa griglia di coordinate di vario. Muovendo i bracci si possono calcolare tensioni, correnti, resistenze, capacità, lunghezze eccetera.

Nonostante questo successo, lasciò la GE andando ad insegnare fisica in un collegio femminile in Turchia. Probabilmente era insoddisfatta del suo ruolo di computer, l’unico a cui sembrava potesse ambire in quanto donna. Ma la GE cambiò idea e dopo due anni la riassunse con il ruolo e lo stipendio di ingegnere elettrico.

Dr. Katharine Blodgett, 1938

Edith lavorò in GE fino al 1945, pubblicando decine di articoli per American Institute of Electrical Engineers: prima donna a ottenere questo “privilegio”. Nel 1941 pubblicò il libro Circuit Analysis of A-C Power, testo fondamentale nel campo dell’energia di potenza. Ha concluso la sua carriera come professoressa al Dipartimenti di Ingegneria Elettrica della University of Texas, Austin.

Edith Clarke ha perseguito il suo sogno riuscendo ad imporsi in un ambiente tradizionalmente dominato dai maschi; è sicuramente un esempio per  tutte le giovani ragazze che aspirano a carriere tecnologiche

[adriano parracciani aka CyberParra]

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La musica di Turing

Pubblicato: 27 settembre 2016 in archeogeek, File
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Alcuni ricercatori dell’università di Canterbury hanno recuperato e “restaurato” la traccia dei primi brani musicali mai generati da un computer. Era il 1951  quando il maestro di scuola Christopher Strachey utilizzò  il calcolatore Mark I della Ferranti,  per generare alcuni brani musicali: God Save the King, Baa, Baa Black Sheep, e In the Mood di Glenn Miller. All’università Manchester, Strachey mise assieme le note, ma fu Alan Turing a programmare il Mark I in modo che divenisse anche uno strumento musicale; fu lui che ci mise dentro le note, anche se non pare fosse particolarmente interessato alla produzione di musica computerizzata.

Quando Strachey gli fece ascoltare cosa aveva prodotto, Turing rispose: bello spettacolo

Qui sotto le traccia: buon ascolto


 

[adriano parracciani aka CyberParra]

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Erna-Schneider-HooverHo lavorato per oltre vent’anni nel software delle telecomunicazioni, eppure ho scoperto solo un anno fa che devo ringraziare Erna Schneider Hoover se ho potuto svolgere quel lavoro. Aggiungerei però, che tutti noi dovremmo esserle grati. Perché?

Perché Erna ha rivoluzionato le telecomunicazioni.

Prima del suo contributo, e parliamo degli anni ’50 del secolo scorso, i sistemi e le Reti Telefoniche erano di tipo elettromeccanico. Quando si alzava la cornetta si attendeva il segnale di libero dalla centrale (o di occupato nel caso di linee non disponibili), e poi con il disco combinatore si inserivano, ad uno ad uno, i numeri che costituivano il numero telefonico della persona che si voleva chiamare:  3 4 5  ….

Al primo numero, esempio 3, la centrale faceva muovere un selettore che ruotava alla terza posizione; il secondo numero, 4, faceva muovere alla quarta posizione un secondo selettore, e così via fino ad arrivare al telefono del destinatario

credits: ilmondodelletelecomunicazioni.it/

credits: ilmondodelletelecomunicazioni.it/

 

Selettore Siemens

Attraverso questa catena di  selettori elettromeccanici installati nelle centrali, si creava una connessione fisica tra i due telefoni, quello del chiamante e del chiamato; come se fossero collegati da un cavo diretto.

La commutazione (switching) delle telefonate avveniva quindi attraverso una intricata serie di relè, connessioni filari, e selettori rotanti; apparati e meccanismi che via via crescevano in funzione dell’aumento degli abbonati al servizio telefonico.

L’americana Bell era una delle più grandi compagnie telefoniche dell’epoca, ed i suoi Bell Labs uno dei più eccellenti e prolifici centri di ricerca al mondo. Fu lì, ad esempio, che venne inventato il transistor, il componente che dette il via all’era dell’elettronica, anche nelle centrali telefoniche.

E fu proprio nei Bell Labs, dove lavorò per trentadue anni, che Erna rivoluzionò le telecomunicazioni moderne.

Prima di essere assunta in Bell nel 1954, Erna si era laureata in storia medievale nel 1948 e nel 1951 aveva acquisito un dottorato in filosofia e fondamenti di logica-matematica, alla università di Yale. La sua carriera nell’insegnamento si interruppe quando il marito fu assunto dalla Bell e i due si trasferirono nel New Jersey. Non riuscendo a trovare un contratto per insegnare e proseguire le sue ricerche, Erna accettò un lavoro da assistente tecnico nei Bell Labs dove lavorava il marito. Fu una rarità, perchè in quei tempi alle donne di solito era riservato un lavoro da operatrici o da amministrative

Erano gli anni in cui: si stava diffondendo l’elettronica, i computer facevano la loro comparsa sulla scena industriale e della difesa, e le compagnie telefoniche registravano un costante incremento di utenti e traffico.

La Bell si rese subito conto che questo aumento di utenti e di traffico non era compatibile con la tecnologia delle proprie centrali, ormai totalmente inondate di chiamate in arrivo da servire. I problemi erano vari e complessi: il sovraccarico delle centrali, chiamate perse, conversazioni abbattute, continui segnali di occupato, ed il blocco dei nuovi apparati elettronici che si “congelavano” in presenza di sovraccarico

Erna, che all’ingresso in Bell era stata indirizzata e formata sulla programmazione dei computer, trovò la soluzione delle soluzioni. Lei semplicemente pensò che tutto quel lavoro di gestione delle chiamate poteva essere fatto molto più efficacemente e più velocemente dai computer.

Lo pensò e lo fece, sviluppando il primo software in grado di gestire il traffico telefonico, un programma divenuto noto come SPC (Stored program control), memorizzato all’interno della centrale di commutazione elettronica ESS della Bell, la prima compagnia che nel 1965 lanciò la rivoluzione delle centrali computerizzate.

Il software inventato da Erna, per il quale ricevette uno dei primi brevetti al mondo nel 1978, permise di risolvere quei problemi che la sola tecnologia elettronica non avrebbe potuto risolvere. Il software permetteva di monitorare la frequenza ed il flusso delle chiamate in ingresso durante la giornata, allocando le risorse nei momenti di picco ed evitando il sovraccarico. Non solo. Il software permetteva la creazione di una serie di servizi a valore aggiunto quali la chiamata in attesa, e il trasferimento di chiamata, servizi che aprirono il grande mercato dei centralini aziendali.  Il software di Erna poteva curare la gestione completa delle conversazioni telefoniche, dall’instaurazione alla chiusura, compresi tutti i servizi associati

dms10Nel 1965 la Bell, attraverso la sua azienda manifatturiera Western Electric installò la prima centrale pubblica con SPC a bordo, la 1ESS.

Nel frattempo arrivarono anche le innovazioni in campo elettronico con i circuiti integrati.

Da quel momento si avviò lo sviluppo delle nuove centrali controllate da software dedicati; un epopea che vide tutti i più grandi costruttori impegnati a realizzare, negli anni ’80, le tecnologie delle nuove reti digitali. Nomi illustri quali: Northern Telecom, Ericsson, ITT, Siemens, Alcatel, Italtel, Telettra, GTE

Il software di Erna è a tutt’oggi alla base delle comunicazioni e dei call center; ed anzi, tutti il traffico di comunicazione oggi è gestito esclusivamente da software.

Perché tutto è software

Video – intervista

AT&T Teach Channel

AT&T Teach Channel

 

[adriano parracciani aka CyberParra]

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Telefono? Che idiozia

Il prossimo 23 novembre Samantha Cristoforetti (AstroSamantha), sarà la prima astronauta italiana ad andare nello spazio per la missione Futura, che la porterà a bordo della stazione spaziale ISS (in bocca al lupo AstroSamantha). Con tutta la tecnologia digitale disponibile dentro la ISS, AstroSamantha non avrà certo bisogno di portare strumenti di calcolo; gli basterà aprire un notebook per fare tutti i calcoli di cui avrà bisogno.

Invece,  Neil Armstrong, e Buzz Aldrin, gli astronauti che nel 1969 atterrarono sulla luna con la missione Apollo 11, avevano con se in dotazione uno strumento di calcolo particolare, per svolgere velocemente operazioni in mancanza di calcolatori elettronici di bordo: avevano un regolo calcolatore come quello qui sotto.

 

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E non solo loro; probabilmente ogni tecnico, ingegnere, scienziato della Nasa ne aveva uno. Con questo riuscivano a fare calcoli, anche complessi, molto velocemente. Ricordo che almeno un paio dei miei insegnanti di scuola lo usavano per fare i conti; ed ancora nella prima metà degli anni ’80, nonostante la diffusione delle calcolatrici elettroniche digitali, ho avuto modo di conoscere ingegneri che continuavano ad utilizzarlo.

Immagino che Edmund Gunter (1581 – 1626) sarebbe stupito di sapere che una sua invenzione continuava ad essere utilizzata dopo oltre 350 anni. Già, perché il primo regolo calcolatore fu da lui concepito e realizzato nel 1620.

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Innanzitutto diciamo che il regolo è un calcolatore analogico, ossia una macchina che funziona con grandezze variabili, in analogia ai fenomeni fisici o alle rappresentazioni geometriche. Detto questo entriamo nei particolari. Come si vede dall’immagine sopra, il regolo di Gunter era uno bastone di legno con delle precise incisioni, una serie di linee e numeri posti a distanze ben definite. E queste distanze ben definite , cosi come tutto il sistema di calcolo alla base del regolo, hanno a che fare con i logaritmi, quella cosa per molti mal digerita ai tempi della scuola.

I logaritmi, un dono matematico che ci ha fatto Nepero (vedi approfondimenti), permettono di semplificare e quindi velocizzare i calcoli, trasformando prodotti in somme, divisioni in differenze, elevamenti a potenza in prodotti, e calcoli di radici in quozienti. Nepero, non solo inventò i logaritmi, ma anche una primordiale calcolatrice nota come i Bastoncini di Nepero.

Edmund Gunter, professore di matematica e astronomia al Gresham College di Londra, era molto interessato al lavoro di Nepero. Non tanto per gli per aspetti teorici, quanto per quelli pratici ed applicativi. Infatti, Gunter si occupava di astronomia e navigazione, materie che richiedevano una grande quantità di faticosi calcoli; quindi la semplificazione rappresentata dai logaritmi non poteva che affascinarlo.

Gunter pensò che i logaritmi avrebbero potuto semplificare anche i calcoli trigonometrici, quelli appunto utilizzati in astronomia; quindi compilò le tavole dei logaritmi per il seno e la tangente, che non esistevano.

Gunter, però, era anche un maker del suo tempo, costruttore di sestanti e compassi per le misurazioni astronomiche. Da queste sue competenze ed attitudini gli venne l’idea di uno strumento che semplificasse ulteriormente il calcolo con l’uso dei logaritmi. Infatti, rispetto ai Bastoncini di Nepero bisognava eliminare il lavoro mentale dell’addizione. Così Gunter ideò e realizzò il regolo da utilizzare con un compasso: niente più addizioni da fare, bastava guardare sul regolo e leggere il risultato mostrato dalla posizione dei bracci del compasso.

Torniamo al concetto delle distanze ben definite. La sequenza dei numeri sul regolo non è a distanza fissa, come quella dei classici righelli, ma variabile. Ad esempio la distanza che separa il numero 1 dal numero 2 è di 3 cm, mentre quella che separa il 2 dal 3 è di 1,76 cm, e via via le distanze si riducono sempre più andando avanti nella sequenza. É quello che si chiama, scala logaritmica, perché che queste distanze non sono altro che i logaritmi dei numeri (logaritmi in base due, moltiplicati per una scala, in questo caso 10, per renderli fisicamente tracciabili ed utilizzabili su un bastone).

GunterLog

 

Se ad esempio volessimo calcolare la moltiplicazione 2×3 con il regolo di Gunter, dovremmo procedere in questo modo:

  1. aprire il compasso in modo che misuri la lunghezza che va dal numero 1 al numero 2 (il moltiplicando)
  2. con questa misura, posizionare il braccio sinistro del compasso sul numero 3 (il moltiplicatore) e leggere il risultato indicato dalla posizione del braccio destro sul ragolo

2x3

Come si vede dalla figura, il puntale destro del compasso è posizionato sul numero 6: il risultato della moltiplicazione.

La prima significativa evoluzione al regolo di Gunter fu apportata da un suo contemporaneo, il matematico inglese William Oughtred (1574-1660). Si chiese come eliminare l’uso del compasso, ossia un oggetto esterno, ed ebbe una geniale intuizione: affiancare due regoli di Gunter. Successivamente si aggiunse un cursore mobile centrale e poi scale per i vari calcoli complessi. Ad esempio il grande Isaac Newton aggiunse una scala per la risoluzione delle equazioni cubiche

RegoloMobile

Nei primi del 1700 il regolo calcolatore raggiunse la forma che poi mantenne per oltre 250 anni. Newton faceva calcoli con la stessa macchina usata dagli uomini che andarono sulla Luna.

APPROFONDIMENTI

Calcolar con gelosia

[adriano parracciani aka CyberParra]

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