Loading article…
アタナソフ・ベリー・コンピュータ（ABC）は、最初の自動電子デジタルコンピュータでした。[ 1 ]この装置は当時の技術によって制限されていました。ABCはプログラム可能でもチューリング完全でもなかったため、コンピュータ技術の歴史家の間ではABCの先駆性について議論されています。[ 2 ]慣習的に、ABCは最初の電子ALU（算術論理演算装置）と見なされており、これは現代のすべてのプロセッサの設計に組み込まれています。
その独自の貢献は、算術計算に真空管を初めて使用することで、計算を高速化したことである。これ以前は、コンラート・ツーゼのZ1コンピュータや、同時期に開発されたハーバード・マークIでは、より低速な電気機械方式が使用されていた。最初の電子式プログラム可能なデジタルマシンである、 1943年から1945年までのコロッサス・コンピュータ[ 3 ]は、ABCと同様の真空管ベースの技術を使用していた。
1937年に構想されたこのマシンは、アイオワ州立大学の数学と物理学の教授ジョン・ヴィンセント・アタナソフが大学院生のクリフォード・ベリーの協力を得て製作した。線形方程式の連立方程式を解くためだけに設計され、1942年にテストに成功した。しかし、中間結果の記憶機構である紙カードの書き込み/読み取り機構は完成しておらず、ジョン・ヴィンセント・アタナソフが第二次世界大戦の任務のためにアイオワ州立大学を去ったため、マシンの開発は中止された。[ 4 ] ABCは、二進演算や電子スイッチング要素など、現代コンピューティングの重要な要素を開拓したが、[ 5 ]その特殊用途性や変更可能な保存プログラムがない点で、現代のコンピュータとは異なっている。このコンピュータは1990年にIEEEマイルストーンに指定された。[ 6 ]
アタナソフとベリーのコンピュータ研究は、電子コンピュータの最初の事例をめぐる特許紛争の最中、1960年代に再発見されるまで広く知られていませんでした。当時、ジョン・モークリーとJ・プレスパー・エッカートによって作られたENIAC [ 7 ]が現代的な意味での最初のコンピュータと考えられていましたが、1973年に米国地方裁判所はENIACの特許を無効とし、ENIACの発明者たちは電子デジタルコンピュータの主題をアタナソフから派生させたと結論付けました。1970年代半ば、ENIACに先行するイギリスの第二次世界大戦中のコロッサス・コンピュータの開発をめぐる秘密が解かれ[ 8 ] [ 9 ] 、1976年6月にニューメキシコ州ロスアラモスで開催された会議でコロッサスが説明されたとき、ジョン・モークリーとコンラート・ツーゼは驚いたと伝えられています[ 10 ] 。
アタナソフの説明によると、アタナソフ・ベリー・コンピュータのいくつかの重要な原理は、1937年から1938年の冬にイリノイ州ロックアイランドまで夜通し長距離ドライブをした後、突然ひらめきを得て考案された。ABCの革新には、電子計算、二進演算、並列処理、再生コンデンサメモリ、メモリと計算機能の分離などが含まれていた。[ 11 ]機械設計と論理設計は、アタナソフが翌年に取り組んだ。概念実証プロトタイプの構築のための助成金申請は、経済分析や研究分析の計算を高速化することにも関心を持っていた農学部に1939年3月に提出された。機械を完成させるための追加資金5,000ドル（2025年換算で116,000ドルに相当）は、ニューヨーク市の非営利研究法人から提供された。
ABCは、 1939年から1942年にかけてアイオワ州立大学の物理学棟の地下室でアタナソフとベリーによって構築されました。最初の資金は9月に放出され、11本の真空管のプロトタイプは1939年10月に初めて実演されました。12月の実演がきっかけで、フルスケールの機械の構築のための助成金が支給されました。[ 12 ] [ 13 ] ABCはその後2年間かけて構築され、テストされました。1941年1月15日のデモイン・レジスター紙の記事は、ABCを「複雑な代数方程式を計算する」300本以上の真空管を備えた「電気計算機」と発表しました（ただし、コンピュータの正確な技術的説明はありませんでした）。システムの重量は700ポンド（320kg ）以上でした。約1マイル（1.6km ）のワイヤー、280本の双三極真空管、31個のサイラトロンが含まれており、机ほどの大きさでした。
プログラム機能を備えていなかったため、同時代のより汎用的なコンピュータ、例えばコンラート・ツーゼの1941年のZ3（あるいはそれ以前のバージョン）や1943年から1945年のコロッサス・コンピュータとは異なっていた。また、 1948年のマンチェスター・ベビーで初めて実装された、完全な汎用実用コンピュータに必要なプログラム内蔵方式も実装していなかった。
しかし、この機械は最初に以下のことを実装した。
アタナソフ・ベリー・コンピュータのメモリは、再生コンデンサメモリと呼ばれるシステムで、それぞれ1600個のコンデンサを内蔵した一対のドラムが共通のシャフト上で1秒間に1回転する構成でした。各ドラムのコンデンサは50個ずつ32の「バンド」（30バンドがアクティブ、2バンドが予備）に分けられており、毎秒30回の加算/減算の速度を実現していました。データは50ビットの2進固定小数点数で表現され、メモリおよび演算ユニットの電子回路は、一度に60個の固定小数点数（3000 ビット）を格納および演算することができました。
最も低レベルの動作における主要なクロックレートは、交流電源の周波数である60Hzであった。
算術論理関数は完全に電子式で、真空管を用いて実装されていた。論理ゲートの種類は、インバータから2入力ゲート、3入力ゲートまで多岐に渡った。入力レベル、出力レベル、動作電圧は、異なるゲート間で互換性があった。各ゲートは、1つの反転真空管アンプと、その前段に配置された抵抗分圧器入力ネットワークで構成され、この抵抗分圧器によって論理関数が定義されていた。ドラム1回転につき1回だけ動作すればよく、電子的な速度制御を必要としない制御論理関数は、リレーを用いて電気機械式で実装されていた。
ALUは各数値の1ビットのみを一度に処理し、キャリー/ボロービットをコンデンサに保持して次のACサイクルで使用しました。[ 14 ]
アタナソフ＝ベリー・コンピュータは、それまでの計算機に比べて重要な進歩を遂げたものの、問題全体を完全に自動で処理することはできなかった。当時の電気機械式計算機や単位記録装置と同様に、操作者が制御スイッチを操作して機能を設定する必要があった。実行する演算の選択、読み取り、書き込み、2進数と10進数の変換、または方程式の簡略化は、前面パネルのスイッチ、場合によってはジャンパーによって行われた。
入出力には2つの形式があった。1つは主要なユーザー入出力、もう1つは中間結果の入出力である。中間結果の保存により、電子メモリ内で完全に処理できないほど大きな問題にも対応できた。（中間入出力を使用せずに解決できる最大の問題は、2つの連立方程式を解くという、ごく簡単な問題だった。）
中間結果はバイナリ形式で、50ビットの数値のうち30個（1つの式）を表すために、1500箇所の抵抗値を静電的に変化させることで紙に書き込まれた。各シートの書き込みと読み出しは1秒で完了した。このシステムの信頼性は、これらの装置による10万回の計算で約1回のエラーに限定されており、これは主に紙の材質特性の制御不足に起因していた。振り返ってみると、書き込まれた各数値にパリティビットを追加することで解決できたかもしれない。この問題は、アタナソフが戦争関連の仕事のために大学を去るまで解決されなかった。
主なユーザー入力は、標準的なIBM 80桁パンチカードによる10進数で行われ、出力も前面パネルのディスプレイによる10進数であった。
ABCは、連立一次方程式の解法という特定の目的のために設計された。当時としては難解な問題であった、最大29個の方程式を含む連立方程式を扱うことができた。この規模の問題は、ジョン・アタナソフが所属していた物理学部門で一般的になりつつあった。この機械には、最大29個の変数と定数項を含む2つの一次方程式が入力され、そのうちの1つの変数を消去することができた。このプロセスは各方程式に対して手動で繰り返され、その結果、変数が1つ少ない連立方程式が得られる。そして、別の変数を消去するために、このプロセス全体が繰り返された。
アイオワ州立大学統計学部長のジョージ・W・スネデカーは、おそらく電子デジタルコンピュータを使って現実世界の数学問題を解いた最初の人物だろう。彼はこれらの問題の多くをアタナソフに提出した。 [ 15 ]
1947年6月26日、J.プレスパー・エッカートとジョン・モークリーは、アタナソフを大いに驚かせながら、デジタル計算機（ ENIAC ）の特許を最初に申請した。ABCは1941年6月にジョン・モークリーによって調査されており、モークリーの元教え子であるアイザック・アウアーバッハ[ 16 ]は、それが後のENIACの研究に影響を与えたと主張したが、モークリーはこれを否定した[ 17 ] 。ENIACの特許は1964年まで発行されず、1967年までにハネウェルは、ABCが先行技術であると主張してENIACの特許を侵害しようとスペリー・ランドを訴えた。ミネソタ州連邦地方裁判所は1973年10月19日に判決を下し、ハネウェル対スペリー・ランド事件で、ENIACの特許はジョン・アタナソフの発明の派生物であると認定した。
キャンベル＝ケリーとアスプレイは次のように結論付けている。[ 18 ]
モークリーがアタナソフのアイデアをどの程度参考にしていたかは不明であり、証拠は膨大かつ矛盾している。ABCはごく簡素な技術であり、完全には実用化されなかった。少なくとも、モークリーはABCの潜在的な重要性を認識しており、それが同様の電子的な解決策を提案するきっかけとなった可能性は推測できる。
この訴訟は1973年10月19日に法的に解決され、米国地方裁判所判事アール・R・ ラーソンはENIACの特許を無効とし、ENIACはアタナソフ＝ベリー・コンピュータから多くの基本的アイデアを派生させたと判決を下した。ラーソン判事は明確に次のように述べた。
エッカートとモークリーは、自動電子デジタルコンピュータを最初に発明したわけではなく、ジョン・ヴィンセント・アタナソフ博士からその概念を学んだのである。
ENIACのオリジナル開発者の1人であるハーマン・ゴールドスタインは次のように書いています。 [ 19 ]
アタナソフは、方程式の係数を円筒の外周に配置されたコンデンサに格納することを構想した。彼は1940年初頭には、この機械の試作機を稼働させていたようだ。この機械は、おそらく真空管を用いたデジタル計算の最初の例であり、特殊用途の機械であったことを強調しておくべきだろう。この機械は、工学的な構想がやや時期尚早であり、論理的な構想も限定的であったため、本格的な計算ツールとして日の目を見ることはなかった。しかしながら、これは偉大な先駆的試みとして評価されるべきである。おそらくその最も重要な点は、計算プロセスに強い関心を持っていた別の物理学者、ジョン・W・モークリーの考え方に影響を与えたことだろう。アタナソフが線形方程式ソルバーの研究に取り組んでいた時期、モークリーはフィラデルフィア近郊の小さな大学、アーシナス大学に在籍していた。彼は何らかのきっかけでアタナソフのプロジェクトを知り、1941年に1週間彼を訪ねた。その訪問中、二人はアタナソフの構想についてかなり詳細に話し合ったようだ。この議論はモークリーに大きな影響を与え、ひいては彼を通して電子計算機の歴史全体に影響を与えた。
オリジナルのABCは最終的に1948年に解体され[ 20 ] 、大学が地下室を教室に改造した際に、1つのメモリードラムを除いてすべての部品が廃棄されました。
1997年、アイオワ州立大学キャンパス内にあるエイムズ研究所のデルウィン・ブルームとジョン・グスタフソン率いる研究チームが、アタナソフ・ベリー・コンピュータの動作するレプリカを35万ドル（ 2025年換算で70万2000ドル）の費用で完成させた。[ 21 ]レプリカABCはアイオワ州立大学のダーラム計算通信センターの1階ロビーに展示され、その後コンピュータ歴史博物館に展示された。[ 22 ]
{{citation}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)