Harvard Mark I
La Harvard Mark I, o Calculadora automática controlada por secuencia de IBM (ASCC), era una computadora electromecánica de propósito general utilizada en la guerra. esfuerzo durante la última parte de la Segunda Guerra Mundial.
Uno de los primeros programas que se ejecutaron en Mark I fue iniciado el 29 de marzo de 1944 por John von Neumann. En ese momento, von Neumann estaba trabajando en el Proyecto Manhattan y necesitaba determinar si la implosión era una opción viable para detonar la bomba atómica que se usaría un año después. El Mark I también calculó e imprimió tablas matemáticas, que había sido el objetivo inicial del inventor británico Charles Babbage para su 'motor analítico'. en 1837.
El Mark I fue desarmado en 1959; parte de él se le dio a IBM, parte fue a la Institución Smithsonian y parte ingresó a la Colección de Instrumentos Científicos Históricos de Harvard. Durante décadas, la porción de Harvard estuvo en exhibición en el vestíbulo del Laboratorio de Cómputo Aiken. Aproximadamente en 1997 estuvo en el Centro de Ciencias de Harvard, y en 2021 se trasladó nuevamente al vestíbulo del nuevo Complejo de Ciencias e Ingeniería de Harvard en Allston, Massachusetts.
Orígenes
El concepto original fue presentado a IBM por Howard Aiken en noviembre de 1937. Después de un estudio de viabilidad realizado por ingenieros de IBM, el presidente de la empresa, Thomas Watson Sr., aprobó personalmente el proyecto y su financiación en febrero de 1939.
Howard Aiken había comenzado a buscar una empresa para diseñar y construir su calculadora a principios de 1937. Después de dos rechazos, se le mostró un equipo de demostración que el hijo de Charles Babbage le había dado a la Universidad de Harvard 70 años antes. Esto lo llevó a estudiar a Babbage ya agregar referencias de la Máquina Analítica a su propuesta; la máquina resultante "llevó los principios de Babbage del motor analítico casi a la plena realización, al tiempo que agregó importantes características nuevas".
El ASCC fue desarrollado y construido por IBM en su planta de Endicott y enviado a Harvard en febrero de 1944. Comenzó los cálculos para la Oficina de Naves de la Marina de los EE. UU. en mayo y se presentó oficialmente a la universidad el 7 de agosto de 1944.
Diseño y construcción
El ASCC se construyó a partir de interruptores, relés, ejes giratorios y embragues. Utilizó 765 000 componentes electromecánicos y cientos de millas de cable, con un volumen de 816 pies cúbicos (23 m3) – 51 pies (16 m) de largo, 8 pies (2,4 m) de alto, y 2 pies (0,61 m) de profundidad. Pesaba alrededor de 9.445 libras (4,7 toneladas cortas; 4,3 t). Las unidades básicas de cálculo tenían que estar sincronizadas y accionadas mecánicamente, por lo que eran operadas por un eje de transmisión de 50 pies (15 m) acoplado a un motor eléctrico de 5 caballos de fuerza (3,7 kW), que servía como fuente de alimentación principal y reloj del sistema. De los archivos de IBM:
La Calculadora Controlada de Secuencia Automática (Harvard Mark I) fue la primera máquina operativa que podría ejecutar computaciones largas automáticamente. Un proyecto concebido por el Dr. Howard Aiken de la Universidad de Harvard, el Mark I fue construido por ingenieros de IBM en Endicott, N.Y. Un marco de acero de 51 pies de largo y 8 pies de alto mantenía la calculadora, que consistía en un panel interbloqueante de engranajes pequeños, contadores, interruptores y circuitos de control, todos sólo unas pocas pulgadas de profundidad. El ASCC utilizó 500 millas (800 km) de alambre con tres millones de conexiones, 3.500 relés multipole con 35.000 contactos, 2.225 contadores, 1.464 interruptores de diezpolos y fichas de 72 máquinas agregadas, cada una con 23 números significativos. Fue la calculadora electromecánica más grande de la industria.
La carcasa del Mark I fue diseñada por el futurista diseñador industrial estadounidense Norman Bel Geddes a expensas de IBM. A Aiken le molestó que el costo ($50,000 o más según Grace Hopper) no se usara para construir equipos informáticos adicionales.
Operación
El Mark I tenía 60 conjuntos de 24 interruptores para la entrada manual de datos y podía almacenar 72 números, cada uno de 23 dígitos decimales. Podía hacer 3 sumas o restas en un segundo. Una multiplicación tomó 6 segundos, una división tomó 15.3 segundos y un logaritmo o una función trigonométrica tomó más de un minuto.
El Mark I leyó sus instrucciones en una cinta de papel perforado de 24 canales. Ejecutó la instrucción actual y luego leyó la siguiente. Una cinta separada podría contener números para la entrada, pero los formatos de cinta no eran intercambiables. Las instrucciones no se pudieron ejecutar desde los registros de almacenamiento. Esta separación de datos e instrucciones se conoce como la arquitectura de Harvard (aunque la naturaleza exacta de esta separación que hace que una máquina sea Harvard, en lugar de Von Neumann, se ha oscurecido con el paso del tiempo; consulte Arquitectura de Harvard modificada).
El mecanismo de secuencia principal era unidireccional. Esto significaba que los programas complejos tenían que ser físicamente largos. Un bucle de programa se lograba desenrollando el bucle o uniendo el final de la cinta de papel que contenía el programa con el principio de la cinta (literalmente creando un bucle). Al principio, la bifurcación condicional en Mark I se realizaba manualmente. Modificaciones posteriores en 1946 introdujeron la bifurcación automática de programas (por llamada a subrutina). Los primeros programadores del Mark I fueron los pioneros informáticos Richard Milton Bloch, Robert Campbell y Grace Hopper. También había un pequeño equipo técnico cuya tarea era operar la máquina; algunos habían sido empleados de IBM antes de que se les exigiera unirse a la Marina para trabajar en la máquina. Este equipo técnico no fue informado del propósito general de su trabajo mientras estuvo en Harvard.
Tape punch utilizado para preparar programas
Cinta de programa con parches de programación visibles
Interruptores rotativos utilizados para introducir constantes de datos del programa
Indicadores y conmutadores de secuencia
Vista trasera de la sección de cálculo
Formato de instrucción
Los 24 canales de la cinta de entrada se dividieron en tres campos de ocho canales. A cada ubicación de almacenamiento, cada conjunto de interruptores y los registros asociados con las unidades de entrada, salida y aritmética se les asignó un número de índice de identificación único. Estos números se representaron en binario en la cinta de control. El primer campo era el índice binario del resultado de la operación, el segundo era el dato fuente de la operación y el tercer campo era un código de la operación a realizar.
Contribución al Proyecto Manhattan
En 1928, L.J. Comrie fue el primero en convertir el equipo de tarjetas perforadas de IBM en un uso científico: computación de tablas astronómicas mediante el método de diferencias finitas, tal como lo imaginó Babbage 100 años antes para su máquina de diferencias". Muy poco tiempo después, IBM comenzó a modificar sus tabuladores para facilitar este tipo de cómputo. Uno de estos tabuladores, construido en 1931, fue The Columbia Difference Tabulator.
John von Neumann tenía un equipo en Los Álamos que usaba "máquinas de tarjetas perforadas de IBM modificadas" para determinar los efectos de la implosión. En marzo de 1944 se propuso ejecutar ciertos problemas de implosión en el Mark I, y en 1944 llegó con dos matemáticos para escribir un programa de simulación para estudiar la implosión de la primera bomba atómica.
El grupo Los Alamos completó su trabajo en un tiempo mucho más corto que el grupo de Cambridge. Sin embargo, el funcionamiento de la máquina de tarjeta perforada computed valores a seis lugares decimales, mientras que el Mark I computed valores a dieciocho lugares decimales. Además, Mark I integrada la ecuación diferencial parcial a un tamaño de intervalo mucho más pequeño [o malla más pequeña] y así....
"Von Neumann se unió al Proyecto Manhattan en 1943, trabajando en la inmensa cantidad de cálculos necesarios para construir la bomba atómica. Demostró que el diseño de implosión, que luego se usaría en las bombas Trinity y Fat Man, probablemente era más rápido y más eficiente que el diseño del cañón.
Aiken e IBM
Aiken publicó un comunicado de prensa en el que anunciaba que Mark I se enumeraba a sí mismo como el único "inventor". James W. Bryce fue la única persona de IBM mencionada, aunque varios ingenieros de IBM, incluidos Clair Lake y Frank Hamilton, ayudaron a construir varios elementos. El presidente de IBM, Thomas J. Watson, se enfureció y asistió a la ceremonia de inauguración el 7 de agosto de 1944 con renuencia. Harvard Mark I". IBM pasó a construir su calculadora electrónica de secuencia selectiva (SSEC) para probar nuevas tecnologías y proporcionar más publicidad para los propios esfuerzos de la empresa.
Sucesores
Al Mark I le siguieron el Harvard Mark II (1947 o 1948), el Mark III/ADEC (septiembre de 1949) y el Harvard Mark IV (1952), todos obra de Aiken. El Mark II fue una mejora sobre el Mark I, aunque todavía se basaba en relés electromecánicos. El Mark III usaba principalmente componentes electrónicos (tubos de vacío y diodos de cristal), pero también incluía componentes mecánicos: tambores magnéticos giratorios para almacenamiento, además de relés para transferir datos entre tambores. El Mark IV era completamente electrónico, reemplazando los componentes mecánicos restantes con memoria de núcleo magnético. El Mark II y el Mark III fueron entregados a la base de la Marina de los EE. UU. en Dahlgren, Virginia. El Mark IV fue construido para la Fuerza Aérea de los EE. UU., pero se quedó en Harvard.
El Mark I se desarmó en 1959 y algunas partes se exhibieron en el Centro de Ciencias, como parte de la Colección de instrumentos científicos históricos de Harvard. Se trasladó al nuevo Complejo de Ciencia e Ingeniería en Allston en julio de 2021. Otras secciones de la máquina original se habían transferido mucho antes a IBM y al Instituto Smithsonian.
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