Giornata della

 

Agosto 1944
Nasce il primo calcolatore elettronico

Una delle pagine più importanti del progresso scientifico e tecnologico del Novecento viene coinvolta nella caccia agli ebrei e nel sostegno al nazismo. Ma l'IBM riesce a lavorare contemporaneamente con i tedeschi e con gli Alleati.

di Pietro Nastasi

La macchina a differenza
e la macchina analitica

Nel 1822 Babbage aveva costruito una macchina chiamata Difference Engine (perché basata sul metodo delle differenze successive ) per il calcolo di tabelle matematiche. Si trattava di un congegno meccanico capace di calcolare, con la precisione di 6 cifre, i valori di una funzione mediante addizioni ripetute.

Si abbia, per esempio, la funzione F(x)= x 2 + 4 e si calcolino a mano i suoi primi valori; i valori successivi si possono calcolare con semplici somme dalle differenze successive. Nel nostro esempio, avremo i valori: F(1) = 5, F(2) = 8, F(3) = 13 e F(4) = 20. Le loro differenze prime e seconde sono rappresentate dal seguente quadro:

Per questo polinomio particolare, le differenze seconde sono costanti. Volendo trovare F(5), basterà allora sommare il valore costante della differenza seconda alla terza differenza prima (7) e sommare il risultato (9) a F(4), ottenendo F(5) = 29, senza eseguire moltiplicazioni.

Analogamente, i valori di un qualunque polinomio di grado n , si calcoleranno con sole addizioni, a partire dalle diferenze n -sime. La macchina a differenza di Babbage aveva registri per contenere i numeri di ogni riga della tavola fino a polinomi di settimo grado.

Dopo la costruzione, Babbage aveva ottenuto una serie di sovvenzioni governative per un totale di 12.000 sterline che dovevano servire per la costruzione di una machina più grande e più potente, capace di calcolare tavole con la precisione di 26 cifre (utili per la navigazione). Ma questa macchina, benché progettata, non venne mai costruita, perché Babbage aveva nel frattempo concentrata la sua attenzione su un progetto più ambizioso: la Macchina analitica , la cui organizzazione descrisse nella Nota del 1837: On the Mathematical Power of the Calculating Engine . Questa macchina aveva sostanzialmente la struttura di un computer : un processore, una memoria e dispositivi di ingresso e di uscita. Doveva avere un congegno per il controllo delle operazioni e per fare i calcoli secondo le istruzioni codificate su schede perforate di carta; un deposito dove conservare le informazioni e un dispositivo per la stampa dei risultati. Babbage e la sua amica, Lady Ada Lovelace (1815-1852), la figlia illegittima del poeta Lord Byron (1788-1824), intuirono le grandi potenzialità della macchina in direzione dell'automazione, ma il loro sogno era molto più avanzato della tecnologia meccanica dell'epoca e la macchina non fu mai costruita.

Aiken riprese le idee di Babbage e nella Nota dell'estate del 1937: Proposta di una machina calcolatrice automatica , scrisse - quasi con irritazione - che molti problemi sfuggivano ancora alla loro risoluzione non per carenze teoriche, ma per l'insufficienza di mezzi di calcolo. A partire dalla constatazione che le schede perforate dell'IBM erano capaci di tutte le operazioni che deve fare un calcolatore automatico per rispondere alle necessità della scienza, ne fece un puntiglioso elenco:

· estendere ai numeri relativi (con molte cifre) le quattro operazioni;

· raggruppare e ordinare queste operazioni con l'uso delle parentesi (tonde e quadre);

· maneggiare potenze a esponente intero o razionale;

· calcolare logaritmi e loro inversi, funzioni trigonometriche e loro inverse, funzioni iperboliche e diverse funzioni trascendenti (funzioni ellittiche e funzioni di Bessel).

Aiken dettagliò inoltre come queste funzioni complesse potessero ridursi a ripetute combinazioni delle operazioni aritmetiche e come una semplice tavola di 100 numeri avrebbe permesso di calcolare rapidamente tutti i logaritmi. Provò, infine, come anche il segno di un numero potesse rappresentarsi mediante un numero e come si potessero usare aree di deposito temporaneo dove conservare informazioni, mentre la macchina faceva altri calcoli. Aiken delineava altresì le linee generali della costruzione di un calcolatore automatico: dal momento che le calcolatrici IBM del tempo potevano eseguire le quattro operazioni aritmetiche, il problema si riduceva ad espandere la loro capacità e dotarle di un conveniente metodo di controllo automatico delle loro operazioni. Anche in questo caso diede un elenco delle principali componenti che il calcolatore doveva contenere:

· un erogatore di energia e un motore elettrico per azionare la macchina;

· 4 pannelli di controllo, guidati da istruzioni inserite su rulli di carta perforata e sincronizzati al resto della macchina;

· aggiustamenti manuali per il controllo del calcolo delle funzioni;

· 24 insiemi di interruttori per inserire le costanti numeriche;

· 2 lettori di nastri per immettere costanti addizionali e un lettore di schede perforate standard ;

· 12 unità di deposito temporaneo e 5 unità di operazioni aritmetiche;

· varie tavole di funzioni (seno, coseno, ecc.), accumulatori, equipaggiamenti per perforare e stampare le schede.

Tutte queste componenti dovevano poter trattare numeri a 23 cifre. La velocità di calcolo era stimata, sulla base di quella delle macchine IBM dell'epoca, in 750 moltiplicazioni all'ora per numeri di 8 cifre con un notevole incremento (in velocità e precisione) rispetto ai metodi manuali di calcolo. Aiken, in sostanza, immaginava la macchina come un centralino, sul quale montare vari pezzi di apparati di usuali macchine calcolatrici. Sebbene la Nota di Aiken non contenesse dettagli specifici di come le varie componenti dovessero funzionare assieme, tuttavia l' Harvard Mark I risultò alla fine molto vicino alla descrizione fatta.

Convinto della fattibilità del progetto con la tecnologia esistente (cioè elettromeccanica , e non elettronica, per assicurarne l'affidabilità), Aiken provò a cercare un costruttore e contattò varie Compagnie del settore delle calcolatrici ( Marchant , Monroe e National Cash Register ). Nessuna però dimostrò interesse alla cosa. Il Presidente della Harvard University lo avvertì anche che rischiava l'incarico, se avesse continuato a inseguire quello che appariva un sogno. Fu però incoraggiato a chiedere il sostegno dell' IBM dall'astronomo Harlow Shapley e da Theodore H. Brown, professore di Statistica economica alla Scuola di Economia e consulente della stessa IBM . Alla fine del 1937, Brown lo presentò a J.W. Bryce, capo dell'ufficio ricerca dell' IBM , che accolse e sponsorizzò l'idea di Aiken. Fu così che Thomas J. Watson decise che il calcolatore automatico sarebbe stato costruito e donato a Harvard se lo stesso Aiken avesse lavorato al progetto.

Dopo essersi familiarizzato con la tecnologia IBM presso la Columbia University , alcuni dei migliori ingegneri IBM furono assegnati al progetto, fra i quali C.D. Lake, un genio della Meccanica. Durante le estati del '38 e del '39, Aiken lasciò Cambridge e passò a Endcott (N.Y.) per lavorare con gli ingegneri IBM . Già alla fine del 1939, il progetto era talmente avanzato da non richiedere più il coinvolgimento di Aiken. Proprio nel giugno di quell'anno, Aiken aveva ottenuto il Ph.D. e nominato Istruttore di Fisica. Due anni dopo, con l'entrata in guerra degli Stati Uniti (8 dicembre 1941, il giorno dopo Pearl Harbor), Aiken veniva arruolato nella Riserva della Marina americana e si portò dietro la coscienza precisa dell'enorme aiuto che il suo calcolatore poteva dare allo sforzo di guerra. Giocò allora ogni carta a sua disposizione perché ne fosse convinto anche il vertice della Marina e si desse da fare per accelerarne la costruzione.

Nel gennaio 1943, il calcolatore era stato costruito e aveva cominciato a funzionare nei laboratori IBM . Un anno dopo, nel febbraio 1944, Mark I fu smontato da Endcott e spedito per mare a Harvard, dove fu riassemblato negli scantinati del laboratorio di Fisica. Durante i due mesi necessari, Aiken riuscì a farsi assegnare un contingente di personale della Marina per lavorare su Mark I . Ne facevano parte, tra gli altri, la luogotenente Grace M. Hopper (1906-1992), una matematica nota per aver sviluppato il linguaggio COBOL ; il guardiamarina Robert Campbell, un fisico di Harvard che in gioventù era stato campione nazionale di scacchi; la guardiamarina Ruth A. Brendel, una matematica che era stata istruttrice alla Università di Buffalo, e il guardiamarina Richard Bloch, un giovane studente di Harvard. Così, già nel maggio del 1944, Mark I ricominciò a lavorare per la Marina.

Non è possibile seguire la serie cospicua di progetti sviluppati con Mark I . Qui possiamo citare il calcolo dei valori delle funzioni di Bessel - ciò spiega perché gli operatori lo chiamavano anche Bessie - e delle funzioni di Henkel. Entrambe queste famiglie di funzioni trovano applicazione nella progettazione delle navi, in balistica e nella propagazione delle onde radio. Attraverso John von Neumann (1903-1957), che frequentò nel 1944 il Computational Laboratory di Harvard, è possibile che Mark I sia servito anche per i calcoli del Manhattan Project .

Come scrisse Aiken nella prefazione del Manuale operativo del calcolatore automatico a sequenza controllata , Mark I rappresentava la realizzazione di un sogno matematico . Il Manuale dava una descrizione dettagliata (accompagnata da disegni e fotografie) della costruzione fisica, dei circuiti elettrici, della programmazione e del sistema operativo di Mark I , la cui struttura massiccia conteneva 765.299 componenti diverse, comprendenti più di 3000 relé e 225 interruttori collegati a 850 Km. di fili elettrici.