von Neumann IV: pioneiro da informática

O histórico “First Draft”

As linhas gerais que descrevem como deveria ser o EDVAC estão consubstanciadas em um documento histórico, o “First Draft of a Reporto on the EDVAC” (“Rascunho preliminar de um relatório sobre o EDVAC”), um manuscrito de 101 páginas redigido por von Neumann como rascunho da proposta de uma concepção lógica e física para o projeto do EDVAC.

O documento, conhecido desde então simplesmente como “First Draft”, se reveste de inestimável valor histórico, pois foi nele que von Neumann esboçou as bases da arquitetura que determinou a estrutura lógica não apenas do EDVAC como do seu, do meu e de todos os computadores modernos, inclusive dos supercomputadores como o Craig: a “Arquitetura de von Neumann”.

O relatório, manuscrito e datado de 30 de junho de 1945, foi enviado ao oficial encarregado da segurança do projeto. Pelo correio, já que foi redigido em uma viagem entre Philadelphia e Los Alamos no interior de um trem ? portanto sem qualquer fonte de consulta (uma conexão móvel sem fio à Internet teria ajudado muito, sem dúvida…).

No “First Draft” von Neumann define o que esperava da máquina, descreve as principais partes que a compunham, estabelece uma base para as discussões que se seguiriam, informa que todo o projeto se baseará em uma forte analogia dos componentes ativos da máquina com os neurônios que formam o sistema nervoso dos animais superiores e, a partir deste ponto, inicia o detalhamento da máquina.

Começa por discutir os princípios que governam as operações aritméticas que o computador será capaz de realizar, definindo e descrevendo seus elementos ativos, expondo a razão pela qual eles deveriam ser constituídos por válvulas eletrônicas e, detalhadamente, porque o sistema numérico a ser usado internamente deveria ser o binário (de base 2). Em seguida descreve detalhadamente os circuitos eletrônicos que serão usados para efetuar cada uma destas operações, que incluem as quatro operações fundamentais, a raiz quadrada, e operações auxiliares como reconhecimento do sinal do número relativo, recebimento de dados a partir do dispositivo de entrada, fornecimento de resultados através do dispositivo de saída e, finalmente, já que tanto os dados de entrada quanto os de saída seriam fornecidos e recebidos por humanos que se utilizariam do sistema decimal, as duas operações adicionais para efetuar a conversão de um sistema para o outro. Uma descrição completa e detalhada daquilo que ele chama de “unidade aritmética central”, ou CA.

Estabelecidas as diretrizes operacionais da máquina, von Neumann passa a discutir um item fundamental: a memória. Começa por estimar a capacidade necessária (e determina, imaginem vocês, que um total de armazenamento de 256 Kb ? reiterando: 256 quilobits ? seria suficiente). Depois, discute a organização da memória e conclui que o tipo mais viável para a época seria a “memória de linha de retardo”, um alvitre tão interessante e diabolicamente engenhoso ? embora já não mais usado ? que talvez um dia, se os leitores manifestarem interesse, eu me disporei a escrever uma coluna sobre ela (a memória de linha de retardo proposta e descrita por von Neumann usa elementos ativos constituídos por válvulas eletrônicas; um par de anos mais tarde, baseado no conhecimento adquirido durante a guerra no desenvolvimento das linhas de retardo usadas nos radares para distinguir entre objetos estáticos e em movimento, o mesmo Prosper Eckert engajado na criação do ENIAC e que também participou do projeto do EDVAC, inventou as memórias de linha de retardo de mercúrio, que foram as usadas no projeto ? o que em nada invalida as considerações de von Neumann sobre a memória por ele proposta, já que embora usando materiais diversos, adotava rigorosamente a mesma lógica de funcionamento).

Estabelecidas as bases para implantação da memória, von Neumann passa a discutir sua relação com a unidade de controle do computador ? e, neste ponto, surge o ponto mais revolucionário do projeto, o conceito de “programa armazenado”, alicerce da sua arquitetura, que será detalhado na próxima coluna. Finalmente, já com todo o projeto delineado, von Neumann dedica o item final do “First Draft” para o estabelecimento do código, ou seja, determina os oito tipos de instruções (que ele chama de “ordens”) que a máquina deverá executar, estabelece que parâmetros cada uma delas deve usar e como serão codificadas.

E com isto descreve de forma resumida mas absolutamente completa não apenas as estruturas lógica e física mas o próprio funcionamento do EDVAC.

Interessado? Então leia uma transcrição exata do original (disponível na Internet em formato PDF) fornecida no CD-ROM que acompanha o livro “The Anatomy of a Microprocessor: A Systems Perspective” de Shriver & Smith.

O “First Draft”, como o nome indica, não é um documento definitivo. Nele há grande número de referências a itens inexistentes (que deveriam ser redigidos em estágios subsequentes) e alguns conceitos posteriormente modificados. Mas nada disto empana seu brilho. Do ponto de vista lógico e conceitual descreve, em detalhes quase inconcebíveis para a época, o funcionamento dos computadores de acordo com uma concepção tão sólida que, a partir de então e até os dias atuais, tem sido adotada em toda a máquina que merece o nome de “computador”. Uma concepção que ficou conhecida como “Arquitetura de von Neumann” e que será assunto da próxima e ? espero ? derradeira coluna desta série.

Até lá.

B. Piropo