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Colossus

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Colossus
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Um computador Colossus Mark II. O painel inclinado da esquerda usava-se para estabelecer o número de padrões de pines de Lorenz. A fita transportadora de papel está na direita.
LocalizaçãoGrã-Bretanha
Instalação1944

As máquinas Colossus foram os primeiros dispositivos calculadores electronicos usados pelos britânicos para ler as comunicações criptografadas alemãs durante a Segunda Guerra Mundial. Colossus foi um dos primeiros computadores digitais.

A máquina Colossus foi desenhada originalmente por Tommy Flowers na Pós Office Research Station (Estação de Investigação do Escritório Postal), Dollis Hill. O protótipo, Colossus Mark I, entrou em funcionamento em Bletchley Park desde fevereiro de 1944 . Uma versão melhorada, o Colossus Mark II instalou-se em junho de 1944, e chegaram-se a construir uns dez Colossus até o final da guerra.

As máquinas Colossus usaram-se para decifrar as mensagens criptografadas, que se interceptavam das comunicações da Alemanha Nazista, usando a máquina Lorenz SZ40/42. Colossus comparava dois fluxos de dados, contando a cada coincidência baseada em uma função programable booleana. A mensagem criptografada lia-se a grande velocidade através de uma fita de papel. O outro fluxo de dados era gerado internamente, e era uma simulação electrónica da máquina de Lorenz em várias combinações. Se o número de coincidências para uma combinação era superior a uma verdadeira quantidade, a saída era escrita em uma máquina de escrever eléctrica.

Conteúdo

Propósito e origens

A máquina de Lorenz foi usada pelos Alemães para cifrar teletipos das comunicações de alto nível. Continha 12 rodas com um total de 501 dentes.

Os computadores Colossus usaram-se no criptoanálisis para as comunicações de alto nível alemãs, mensagens que tinham sido criptografados usando a máquina Lorenz SZ 40/42. Parte da operação Colossus era emular electronicamente a máquina mecânica de Lorenz. Para cifrar uma mensagem com a máquina de Lorenz, o texto plano combinava-se com um fluxo de Bits finque, em grupos de cinco. O fluxo finque gerava-se usando doze rodas: cinco foram classificadas (pelos britânicos) como rodas \chiΧ»), outras cinco como \psiΨ»), e as duas restantes como «rodas motoras». As rodas \chi rotacionavam regularmente com a cada letra que se cifraba, enquanto as rodas \psi rotacionavam irregularmente, controladas pelas rodas motoras.

Bill Tutte, um criptoanalista de Bletchley Park, descobriu que os fluxos de chaves produzidos pela máquina mostravam uma predisposición a um desvio estatístico do aleatório, e que essas predisposiciones podiam ser usadas para romper o criptografado e ler as mensagens. Para poder ler as mensagens, tinha duas tarefas que deviam se realizar. A primeira das tarefas era romper com as rodas (wheel breaking), que consistia em descobrir os padrões dos dentes para todas as rodas. Estes padrões estabeleciam-se uma vez na máquina de Lorenz e depois usavam-se durante um período de tempo estabelecido e para um número de mensagens diferentes. A segunda tarefa consistia em estabelecer as rodas (wheel setting), que podia se realizar uma vez que se conhecia os padrões dos dentes. A cada mensagem criptografada usando a máquina de Lorenz, se codificaba com posição inicial das rodas diferente. O processo de estabelecer as rodas encontrava a posição inicial das rodas para uma mensagem dada. Inicialmente Colossus usou-se para ajudar a averiguar a posição inicial das rodas, depois demonstrou-se que a máquina podia ser adaptada também para o processo de romper as rodas.

Colossus era operado na Newmanry, a secção de Bletchley Park responsável pelos métodos mecânicos contra a máquina de Lorenz, liderada pelo matemático Max Newman.

Colossus desenvolveu-se devido a um projecto anterior que produziu uma máquina comparadora opto-mecânico telefonema «Heath Robinson». O maior problema da máquina Robinson era a sincronização de duas fitas perfuradas, uma perfurada com a mensagem criptografada e a outra representando os padrões produzidos pelas rodas da máquina de Lorenz, mas quando se tinha que ler a uma velocidade a mais de 1000 caracteres por segundo, resultava em uma infinidad de cálculos. Colossus solucionou o problema reproduzindo electronicamente uma das fitas. A outra fita podia-se introduzir em Colossus a maior velocidade e podia ser contada com muita maior confiabilidade.

A construção de Colossus

Uma equipa liderada por Tommy Flowers dedicou dez meses (desde princípios de fevereiro até princípios de dezembro de 1943 ) desenhando e construindo o computador Colossus na Pós Office Research Station, Dollis Hill, ao noroeste de Londres . Após uma prova funcional o 8 de dezembro de 1943, a máquina foi desmontada e enviada ao norte de Bletchley Park, depois foi montada no bloco F nas navidades de 1943. A Mark 1 teve sucesso em sua primeira prova com uma mensagem real criptografado em janeiro de 1944. [1] Foi seguido de nove máquinas Colossus Mark 2, a primeira delas se instalou em junho de 1944 enquanto a Mark I original foi convertida a Mark 2. A máquina Colossus número onze terminou-se justo ao final da guerra.

A máquina Colossus Mark I tinha 1.500 válvulas electrónicas. A Colossus Mark 2, com 2.400 válvulas, era 5 vezes mais rápida e mais fácil de operar que a Mark I: ambas características aumentaram consideravelmente o processo de decodificación. A Mark 2 desenhava-se enquanto a Mark I era construída. Em comparação, outros computadores como a ENIAC de 1946 usava 17.468 válvulas e a Manchester Mark I de 1949 usou ao redor de 4.200.

Colossus contava com a segunda fita desenhada para a máquina Robinson que gerava os padrões electronicamente e processava 5.000 caracteres por segundo com a fita de papel circulando a 12 metros por segundo. Os circuitos eram sincronizados por um sinal de relógio, gerada pelas perforaciones da fita. A velocidade de cálculo estava limitada pelos mecanismos do leitor da fita. O desenhador Tommy Flowers testeó o leitor de fita até os 9.700 caracteres por segundo dantes de que a fita se desintegrase. Ele configurou 5.000 caracteres por segundo como a velocidade mais desejável para um funcionamento óptimo. Algumas vezes, duas ou mais Colossus provaram diferentes combinações de trabalho simultâneo, o que agora se denomina computação paralela, aumentando notavelmente o processo de decodificación.

Colossus incorporava pela primeira vez o uso de registos lineares e arrays sistólicas, permitindo cinco testes simultâneos, implicando mais de 100 cálculos booleanos, na cada um dos cinco canais da fita perfurada (não obstante, em funcionamento normal, só um ou dois canais eram examinados na cada execução).

Inicialmente Colossus usava-se somente para determinar as posições iniciais das rodas para uma mensagem concreta (denominado posição de roda). O Mark 2 incluída mecanismos para ajudar a determinar os padrões dos dentes das rodas (rompimento de roda). Ambos modelos eram programables usando interruptores e painéis acoplados que a máquina Robinsons não tinha.

Desenho e operado

Colossus usava uns canos de vazio (válvulas termoiónicas), tiratrones e fotomultiplicadores para ler de forma óptica uma fita de papel e depois aplicar uma função lógica programable à cada carácter, contando quantas vezes a função devolvia «verdadeiro». Ainda que sabia-se que as máquinas com muitas válvulas eram propensas a altas taxas de avarias, também se reconhecia que as avarias das válvulas costumavam ocorrer ao acender a máquina, de tal forma que as máquinas Colossus, uma vez acendidas, nunca se apagavam a não ser que começassem a funcionar de forma incorreta.

Colossus foi a primeira das máquinas digitais em incorporar uma limitada programabilidad. Não obstante não era um computador de propósito geral, não sendo turing completa, ainda que as Colossus se baseavam na definição de Alan Turing e este trabalhou em Bletchley Park, onde as Colossus foram operadas. Naquela época não era tão importante que as máquinas fossem Turing-completas, a maioria do resto das primeiras máquinas computacionales também não o eram, como por exemplo o Computador de Atanasoff-Berry, Harvard Mark I a primeira máquina electromecânica, as máquinas de relés dos Laboratórios Bell (de George Stibitz et a o), os primeiros desenhos de Konrad Zuse e demais. A noção de um computador como uma máquina de propósito geral, e não como uma grande calculadora dedicada a resolver problemas difíceis mas singulares, não se destacou até uns anos depois.

Colossus foi precedido por uma série de computadores, a maior parte delas as primeiras de sua categoria. Zuse Z3 foi o primeiro computador completamente programable funcional, e estava baseada em relés electromecánicos, igual que (as menos avançadas) máquinas de Bell Labs no final da década de 1930 (George Stibitz, et a o). O ABC Computer era electrónico e binário (digital), mas não programable. Os computadores indicados eram semiprogramables; algumas foram construídas muito dantes da década dos anos 30 do século XX (eg, Vannevar Bush). Anterior a estas, está a máquina analitica de Babbage (na metade do século XIX), que era digital e programable, mas nunca foi construída totalmente e nunca funcionou realmente (uma réplica desta máquina diferencial foi construída em 1991, e funciona). Colossus foi a primeira máquina que combinava seu funcionamento digital, parcialmente programable e electrónica.

Características dos primeiros computadores

Influência e destino

O uso ao que Colossus foi destinado e sua própria construção foi um dos maiores segredos, e seguiu assim por muitos anos após a Segunda Guerra Mundial. Assim, Colossus não foi incluído na história do hardware de computador durante muitos anos, e Flowers e seus sócios foram privados do reconhecimento devido.

Pouco conhecido é que teve alguma influência directa no desenvolvimento de posteriores computadores; EDVAC foi o primeiro desenho que teve mais influência em subsecuentes arquitecturas de futuros computadores.


Reconstrução

Uma réplica do Colossus Mark II começou-se a construir por uma equipa liderada por Tony Sai. A reconstrução pode-se ver no museu de Bletchley Park em Milton Keynes, Buckinghamshire.

Veja-se também

Notas ao pé de página

Referências

Mais leituras

Enlaces externos

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