Grace Hopper: da matemática em Yale ao compilador A-0 e à Marinha dos EUA

Vassar, Yale e a decisão de servir

Grace Brewster Murray nasceu em Nova York, a mais velha de três irmãos. ³ Passava os verões com os primos numa casa de campo no lago Wentworth, em Wolfeboro, New Hampshire. ¹⁵ Segundo um livro que a MacTutor cita, aos sete anos ela desmontou o despertador para ver como funcionava e, sem conseguir remontá-lo, desmontou os outros sete da casa antes de a mãe descobrir. ¹⁵ É uma anedota de biografia, não um registro da época.

Reprovada num exame de latim, esperou um ano para entrar no Vassar College, em 1924. ¹⁵ Estudou matemática e física e se formou em 1928, com o título de Phi Beta Kappa. ^9,15 Anos depois, contou que queria ser engenheira, como o avô, engenheiro civil da cidade de Nova York, mas que em 1928 não havia lugar para mulheres na engenharia; foi para a matemática e a física porque ali, segundo ela, ao menos as coisas eram postas para funcionar. ³

Com uma bolsa do Vassar, foi para Yale, onde concluiu o mestrado em matemática em 1930. ^9,16 O doutorado veio em 1934, com a tese New Types of Irreducibility Criteria, orientada por Øystein Ore. ^9,15 O sobrenome Hopper veio do casamento com Vincent Foster Hopper, em 1930; o casal se separou em 1941 e se divorciou em 1945. ¹⁶

Em 1931 ela começou a dar aulas de matemática no Vassar, por US$ 800 por ano, e ficaria lá até 1943. ^11,16 Era uma professora popular: numa disciplina de desenho mecânico, inventou um país imaginário para dar vida a aulas áridas. ¹⁶ Aprendeu sozinha vários idiomas e assistiu a cursos de astronomia, geologia, filosofia e arquitetura. ¹⁶ Em 1941, estudou na Universidade de Nova York com o matemático Richard Courant. ^9,16

Quando os Estados Unidos entraram na Segunda Guerra, ela quis servir. ⁹ Em 1942 foi recusada pelas WAVES, o corpo feminino da Reserva Naval, por não ter peso suficiente. ¹⁶ As fontes dão motivos diferentes: Yale fala em idade e em porte miúdo, e a MacTutor acrescenta que seu posto de professora de matemática era considerado essencial ao esforço de guerra. ^9,15 Em 2016, o presidente Barack Obama diria que ela entrou na Marinha 15 libras abaixo do peso exigido. ²⁰

Ela insistiu e conseguiu uma dispensa. ⁹ Em dezembro de 1943 tirou licença do Vassar, entrou na Reserva Naval e passou sessenta dias de treinamento na Escola de Aspirantes para Mulheres do Smith College, em Northampton, Massachusetts. ⁹ Formada, foi comissionada tenente júnior e mandada para o projeto de computação da Marinha em Harvard. ⁹

Em 1986, quando David Letterman lhe perguntou por que entrara na Marinha aos 37 anos, em 1943, a resposta foi curta. ²⁷

A CBS registrou que ela escolheu a Marinha para seguir os passos do bisavô, contra-almirante na Guerra Civil americana. ²¹

O Harvard Mark I e o livro que ela não queria escrever

Hopper começou a trabalhar no Mark I em 2 de julho de 1944, no laboratório de computação de Harvard. ³ A máquina, oficialmente o Automatic Sequence Controlled Calculator, tinha 51 pés de comprimento (cerca de 15,5 metros), 8 de altura e pesava cerca de 5 toneladas. ¹³ A IBM e Harvard tinham fechado o acordo para construí-la em 31 de março de 1939, e o projeto era do professor Howard Aiken. ¹⁴ Em 7 de agosto de 1944, o presidente da IBM, Thomas J. Watson, a entregou formalmente a Harvard. ¹³

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O Mark I era uma mistura de tecnologia de cartões perfurados e eletrônica simples: relés, eixos e embreagens, com mais de 750.000 componentes. Lia as instruções de uma fita de papel e os dados de cartões. ¹⁴ Fazia cerca de três somas por segundo, com números de 23 dígitos. ¹

O trabalho era secreto e militar: trajetórias de foguetes, tabelas de alcance para novos canhões antiaéreos e a calibragem de caça-minas. ⁹ Hopper foi a terceira pessoa a programar o Mark I, e em 1978 pediu que a apresentassem, numa conferência, exatamente assim. ^1,9

Segundo a biografia da MacTutor, a primeira tarefa que Aiken lhe deu foi calcular os coeficientes da série do arco tangente até a quinta-feira seguinte. ¹⁵ Com o tempo, cada codificador passou a ter um caderno com trechos de programa que funcionavam, as futuras sub-rotinas; se precisava de uma de seno, Hopper pedia a de um colega, Dick Bloch, e a copiava. ^1,3 Ela situa em 1944 uma sub-rotina generalizada, que podia ser copiada para qualquer programa trocando alguns números. ¹

Hopper contou que Aiken apareceu um dia na mesa dela e disse que ela ia escrever um livro. ³

O manual de operação do Mark I, que Yale diz ter 561 páginas, saiu desse trabalho. ⁹ Em 1952, a própria Hopper escreveu que a ideia de uma biblioteca de rotinas veio de Aiken, em 1946, e estava descrita nesse manual. ²

Quando a guerra acabou, a Marinha recusou, por causa da idade, o pedido dela de passar para a Marinha regular, mas ela seguiu como reservista. ⁹ A partir de 1946 foi pesquisadora de Harvard, trabalhando no Mark II e no Mark III com contratos da Marinha, e recusou uma cátedra no Vassar para continuar com os computadores. ⁹ Ao fim do contrato de três anos, saiu de Harvard porque, segundo Yale, não havia cargos permanentes para mulheres. ⁹

A mariposa de 1947: o registro e a lenda

Em 9 de setembro de 1947, os operadores do Mark II, em Harvard, encontraram uma mariposa presa entre os contatos do relé número 70, painel F. ⁸ Fixaram o inseto no caderno de registro do computador, com a anotação "First actual case of bug being found", algo como "primeiro caso real de bug encontrado". ⁸ A página registra a entrada das 15h45 e mostra o inseto preso com fita adesiva. ⁸

Imagem: Naval Surface Warfare Center, Dahlgren (Marinha dos EUA, foto NH 96566-KN) · Domínio público · Wikimedia Commons

O caderno existe e está preservado: em 1988 estava no museu de computação do Naval Surface Warfare Center, em Dahlgren, na Virgínia, e hoje, com a mariposa, faz parte do acervo do Museu Nacional de História Americana, do Smithsonian. ^8,24

A própria frase do caderno mostra a graça do episódio: quem a escreveu tratava "bug" como palavra já conhecida e brincava por ter achado um inseto de verdade. ²⁴ O termo era bem mais antigo. Numa carta de 1878, Thomas Edison chamou de "bugs" as pequenas falhas e dificuldades de um projeto. ²⁴ Em 11 de março de 1889, o jornal Pall Mall Gazette contou que ele passara duas noites descobrindo um "bug" no fonógrafo. ²⁴ O dicionário Webster's de 1934 já definia bug como defeito num aparelho ou no funcionamento dele, e "debug" aparece numa revista da Royal Aeronautical Society em 1945. ²⁴

Hopper contou a história muitas vezes. Num relato publicado na revista Annals of the History of Computing e reproduzido pela American Heritage em 1982, ela lembra que o Mark II parou, que acharam um relé com uma mariposa morta dentro e que a tiraram com uma pinça e a prenderam no caderno com fita adesiva. ²³ O comandante Aiken tinha o hábito de entrar na sala e perguntar se estavam fazendo números; quando não estavam, passaram a dizer que estavam depurando o computador. ²³ No relato, ela situa a cena no verão de 1945, e o caderno é de 1947. ^23,8

O episódio reúne um fato e uma lenda. O fato é a página do caderno, com dia, hora e inseto. ⁸ A lenda é a de que Hopper teria inventado a palavra, o que as fontes não sustentam. ²⁴ Os contrapontos abaixo mostram o que elas dizem sobre quem encontrou a mariposa e de quem era o caderno.

Eckert-Mauchly e o UNIVAC

Em 1949, Hopper entrou na Eckert-Mauchly Computer Corporation, na Filadélfia, como matemática sênior. ^6,11 Quem a contratou foi John Mauchly. ³ A empresa preparava o UNIVAC I, o primeiro computador eletrônico comercial de grande porte; em 1950 foi comprada pela Remington Rand, que em 1955 se fundiu à Sperry. ^6,3

O Bureau do Censo dos Estados Unidos assinou o contrato do UNIVAC I em 31 de março de 1951, e a cerimônia de inauguração foi em 14 de junho, no laboratório Eckert-Mauchly. ¹⁷ A máquina tinha, segundo o Vassar, cerca de 200 milhas de fios e 5.000 válvulas, 8 pés de altura e 14 de comprimento, e Hopper se lembrava de ter ficado apavorada ao vê-la pela primeira vez. ¹⁶

Imagem: U.S. Census Bureau employees · Domínio público · Wikimedia Commons

Os tempos eram precários. Ela conta que a equipe dizia que, se o UNIVAC I não funcionasse, jogariam a máquina por um lado do prédio, que dava para um ferro-velho, e pulariam pelo outro, que dava para um cemitério. ¹ O UNIVAC I tinha memória de 1.000 palavras e fazia 3.000 somas por segundo; o Mark I fazia três. ¹

Para programar, usava-se octal. Hopper conta que aprendeu a somar, subtrair, multiplicar e dividir em octal e ficou boa nisso, até que sua conta bancária deixou de bater: ela vinha subtraindo em octal. ¹ Diz que isso talvez tenha sido uma das coisas que a levaram a querer se livrar do octal o máximo possível. ¹

Em 1952, ela foi nomeada diretora de programação automática, no ano em que publicou o primeiro artigo sobre compiladores. ⁵

A-0: o programa que monta programas

Em outubro de 1951, Hopper recebeu a tarefa de reunir sub-rotinas matemáticas do UNIVAC I numa biblioteca que todos pudessem usar. ¹ Ela notou dois problemas. Cada sub-rotina começava no endereço zero, e para copiá-la num programa novo era preciso somar um número a todos os endereços. E os programadores erravam ao copiar: um 4 virava o símbolo de espaço do UNIVAC, e um B virava 13. ¹ Resumiu que programadores eram péssimos somadores e péssimos copistas. ¹

Ali estava uma máquina cuja razão de existir era copiar com exatidão e somar. Por que não deixar o computador fazer isso? Dessa pergunta saiu o A-0. ¹

Entre outubro de 1951 e maio de 1952, Hopper escreveu o programa, que já rodava em maio de 1952. ¹ Cada sub-rotina da biblioteca ganhava uma palavra de chamada; o A-0 puxava a sub-rotina pela palavra, lia as especificações de argumentos e resultados e juntava tudo num programa completo. ¹ Foi por isso que o chamou de compilador, explica: quando se tira material de uma biblioteca, compila-se. ¹

O A-0 fazia uma só passagem sobre a especificação, porque o UNIVAC I tinha 1.000 palavras de memória e não havia espaço para guardar muita coisa. ¹ O difícil eram os saltos para trechos que ainda não existiam. Hopper conta que a solução veio do basquete que jogava na faculdade: reservou no fim da memória um "canto neutro", como o passe para a frente das regras antigas do basquete feminino, e o salto esperava ali até o trecho ser definido. ¹

Ela documentou o A-0 como poucos programas foram documentados: descrição, diagrama de blocos, fluxograma, código comentado e explicação linha a linha. Fez isso, diz, porque sabia que ninguém ia acreditar que funcionaria. ¹ A MacTutor registra a lembrança dela de que, com o compilador rodando, ninguém quis tocar nele, porque diziam que computadores só faziam aritmética. ¹⁵

Em maio de 1952, apresentou o trabalho na conferência da ACM em Pittsburgh. Levou de avião 200 cópias do artigo, de Filadélfia, e calcula que trouxe 100 de volta. ^1,2 No artigo, The Education of a Computer, escreveu que, com o computador já pago, o custo e o tempo de programar chegam à atenção de vice-presidentes e diretores de projeto. ²

Hopper dava crédito a quem veio antes. Citou o Short Order Code, de John Mauchly, e o Sort-Merge Generator, de Betty Holberton, e disse que este último foi o primeiro passo a mostrar que um computador podia escrever programas e que isso significou muito para ela. ¹ O artigo de 1952 agradece a Aiken, a Mauchly e ao britânico Maurice Wilkes. ²

O A-0 teve sucessores. O A-2 acrescentou um código de três endereços e foi usado pela DuPont, pelo David Taylor Model Basin, pelo Army Map Service e pelo Bureau do Censo, entre outros. ¹ Para convencer clientes, diz ela, a equipe precisou virar vendedora. ¹

FLOW-MATIC: programar com palavras em inglês

Hopper percebeu que a maioria dos clientes de processamento de dados não era formada por pessoas que pensavam em símbolos. Eram gente de negócios, que lidava com palavras, e poucos tinham formação em matemática. ¹ Em dezembro de 1953, um relatório do grupo propôs à direção que programas matemáticos fossem escritos em notação matemática e programas de dados, em frases em inglês, com um compilador para cada caso. ¹

O grupo analisou mais de 500 programas de processamento de dados e identificou cerca de 30 verbos que resumiam o que as pessoas faziam. ¹ Em 31 de janeiro de 1955, escreveu a definição preliminar de um compilador para dados: o pseudocódigo seria de palavras em inglês de tamanho variável, separadas por espaços, e cada frase terminaria em ponto. ¹

Como ninguém acreditava, o grupo adotou uma técnica de engenharia e construiu um modelo-piloto, que aceitava no máximo 20 comandos. ¹ Colocou no verso do relatório um programa de estoque e preços em inglês e convidou a direção a ver a máquina rodá-lo. ¹ Depois trocou as palavras por palavras francesas e por alemãs, sem mudar nada além dos padrões de bits. ¹

A direção reagiu mal: era óbvio, diz Hopper, que um respeitável computador americano, construído na Filadélfia, não podia entender francês nem alemão, e foram quatro meses para o grupo concordar que programaria só em inglês. ¹ Para ela, era uma troca de padrões de bits; para a direção, a máquina havia entrado no mundo das línguas estrangeiras. ¹

Por dentro, o compilador era enxuto. Os verbos do FLOW-MATIC tinham o primeiro e o terceiro caracteres únicos, para que o compilador, que ainda não sabia analisar frases, identificasse o verbo depressa e saltasse para a sub-rotina certa. ¹ Ela diz que essa regra sobreviveu no COBOL. ¹

Rodar o compilador num UNIVAC de 1.000 palavras exigia fitas magnéticas girando sem parar, e compilar um programa chegava a quase duas horas. ¹ Segundo Yale, em 1956 a equipe já rodava o FLOW-MATIC, a primeira linguagem a usar comandos em palavras. ⁹ Em 1980, Hopper explicou que buscava trazer para o computador um grupo inteiro de pessoas, que o usariam com facilidade, e que sempre pedia linguagens mais amigáveis. ⁹

O UNIVAC I, lembrou ela em 1978, processou o arquivo de prêmios de seguro da Prudential e a folha de pagamento da U.S. Steel, incluindo incentivos por grupo, só que mais devagar. ¹

COBOL: um comitê e uma herança

Em 1959, segundo a introdução da CHM à entrevista de 1980, usuários, educadores e fabricantes, com Hopper entre eles, se organizaram no CODASYL (Conference on Data Systems Languages) para criar uma linguagem comum para negócios. ^3,9 Ela foi ao primeiro encontro do comitê, com grande interesse no desenvolvimento do COBOL. ⁵

O papel formal dela mudou com o tempo. Em 1980, contou que ela e Bob Bemer, da IBM, foram os assessores técnicos originais do comitê; mais tarde, depois de deixar a UNIVAC e virar usuária, passou a membro e entrou no comitê executivo. ^3,6 Quanto à liderança do CODASYL, disse que foi de outras pessoas. ³

A especificação foi desenhada por seis programadores, entre eles Jean Sammet, que trabalhavam para fabricantes de computadores. Eles se trancaram por duas semanas, quase sem parar, no hotel Sherry-Netherland, em Manhattan, e a proposta, apresentada em novembro de 1959, foi aceita com poucas mudanças. ²⁵ Hopper não estava entre os seis, e Sammet fazia questão de lembrar isso. ²⁵

O FLOW-MATIC, porém, já existia e funcionava. Em 1985, na cerimônia de 25 anos do COBOL, o então presidente do CODASYL deu a ele um lugar de destaque. ⁴

Em 1980, Hopper foi além: disse que, comparando o manual do FLOW-MATIC com o do COBOL 60, o COBOL era 95% FLOW-MATIC e a influência do Commercial Translator, da IBM, tinha sido pequena. ³ Contou que atribuía parte do crédito à IBM para manter os outros a bordo, e resumiu a regra: sempre se pode dar crédito. ³

Em 1978, ela contou que o FLOW-MATIC serviu para escrever o primeiro compilador de COBOL. ¹ A transcrição da cerimônia de 1985 registra, na fala de Jack Jones, que a primeira demonstração de que o compilador COBOL "da Grace" funcionava em máquinas diferentes foi feita num UNIVAC I e depois num RCA 501. ⁴

Yale resume que, apesar de muita gente ter contribuído, Hopper é reconhecida por seu trabalho no desenho do COBOL, nos compiladores e na difusão da linguagem, que nos anos 1970 era a mais usada do mundo. ⁹ Em abril de 2020, a NPR informou que muitos sistemas estaduais de seguro-desemprego dos EUA ainda rodavam em COBOL e que faltavam programadores da linguagem. ²⁶

A Marinha chama de volta

Em dezembro de 1966, o limite de idade a obrigou a passar para a lista de reformados da Reserva, como comandante. ^6,7 Mais tarde, ela disse que foi o dia mais triste da sua vida. ⁹

Em agosto de 1967, o telefone tocou: era o Pentágono. ⁷ A convocação, a partir de 1º de agosto, foi pedida por Norman Ream, assessor especial do secretário da Marinha para processamento automático de dados, para seis meses; Ream mudou o prazo para "indefinido", porque queria que ela executasse sua proposta de testes e validação. ^3,6

A Marinha tinha computadores de fabricantes diferentes e linguagens incompatíveis. ⁷ Os implementadores de cada compilador COBOL interpretavam a especificação de um jeito, e a Marinha queria que todos dessem as mesmas respostas em máquinas diferentes. ¹

Foi construído um conjunto de programas que comparavam a execução de um compilador com o padrão e monitoravam seu comportamento. Em 1978, Hopper disse que foi o primeiro conjunto de programas feito para usar software na checagem de software. ¹ O trabalho é descrito como o Federal COBOL Compiler Testing System. ¹

Imagem: Lynn Gilbert · CC BY-SA 4.0 · Wikimedia Commons

De 1967 a 1976, segundo a CHM, ela dirigiu o trabalho de linguagens e padrões de linguagem da Marinha. ³ Em 1973, foi promovida a capitã. ⁷ Em junho de 1978, ao apresentá-la, Jean Sammet a descreveu como capitã e assessora especial do comandante do Naval Data Automation Command. ¹

Hopper se aposentou da UNIVAC em dezembro de 1971, depois de uma licença militar que começou em 1967. ^6,15 Entre 1971 e 1978, deu aulas de administração na George Washington University. ¹⁵ Desde os anos 1950, advogava computadores menores e distribuídos, em vez de só mainframes gigantes. ³

De capitã a contra-almirante

Em 1983, o programa 60 Minutes entrevistou Hopper, então com 76 anos e a oficial mais velha em serviço ativo. ²¹ Ela disse ao repórter Morley Safer que as pessoas tinham medo de computadores como já tiveram de telefones e de luz elétrica. ²¹

Segundo a CBS, depois de ver o programa, o então deputado Philip Crane defendeu uma resolução conjunta que levou à promoção dela a comodoro por nomeação presidencial, em dezembro de 1983. ²¹ Em 15 de dezembro, na Casa Branca, o presidente Ronald Reagan cumprimentou-a pela promoção de capitã a comodoro; ela, segundo o Vassar, divertiu Reagan ao dizer que era mais velha do que ele. ¹⁶

Em 1985, o posto de comodoro foi renomeado contra-almirante de metade inferior, e Hopper passou a ser a contra-almirante Hopper. ²¹ Naquele ano, a Marinha deu o nome dela a um centro regional de dados, o Hopper Navy Regional Data Automation Center, na Naval Air Station North Island, na Califórnia. ¹⁶ A foto abaixo é da cerimônia de início das obras, em setembro.

Imagem: PH2 Michael Flynn (Departamento de Defesa dos EUA) · Domínio público · Wikimedia Commons

Aposentou-se da Marinha em agosto de 1986, aos 79 anos, como a oficial mais velha em serviço ativo. ^6,15 A cerimônia foi a bordo do USS Constitution, em Boston, e o secretário da Marinha, John F. Lehman Jr., entregou a ela a Defense Distinguished Service Medal. ^2,7

Na entrevista de 1983, ela disse a Safer que já recebera o maior prêmio que receberia na vida: o privilégio e a responsabilidade de servir com muito orgulho na Marinha dos Estados Unidos. ²¹ Em 1978, havia dito a uma plateia de especialistas em linguagens de programação que era eternamente grata à Marinha, que a mandara para aquele primeiro computador. ¹

Depois da farda: palestras, nanossegundos e legado

Depois da Marinha, Hopper foi contratada como consultora sênior pela Digital Equipment Corporation, onde representou a empresa em fóruns do setor, fez apresentações sobre computação e atuou como elo com instituições de ensino. ^9,15 Das palestras ficou o "nanossegundo": um pedaço de fio de cerca de 30 centímetros (11,8 polegadas), a distância máxima que a eletricidade percorre em um bilionésimo de segundo. ²⁸

Ela contou que, quando ouviu falar de circuitos que agiam em nanossegundos, não sabia o que era um bilhão. Uma manhã, em total desespero, ligou para o prédio de engenharia e fez um pedido. ²⁸

Segundo o Museu Nacional de História Americana, citado pela Open Culture, a demonstração fez sucesso desde o fim dos anos 1960 para explicar que componentes menores dariam computadores mais rápidos. ²⁸ Com o encolhimento dos componentes, ela passou a usar grãos de pimenta para representar o picossegundo. ²⁸ Em 1986, pouco antes de completar 80 anos, conversou por dez minutos com David Letterman sobre a carreira e sobre o que é um nanossegundo. ²⁷

Recebeu mais de quarenta títulos de doutora honoris causa. ⁹ Em 1969, foi a primeira a receber o prêmio de "Homem do Ano" em ciência da computação da Data Processing Management Association; em 1973, tornou-se a primeira mulher e a primeira americana Distinguished Fellow da British Computer Society. ^5,9 Em 1991, o presidente George Bush lhe deu a Medalha Nacional de Tecnologia, e ela foi a primeira mulher a recebê-la como indivíduo. ^9,15

Hopper morreu em 1º de janeiro de 1992, em casa, em Arlington, na Virgínia, aos 85 anos, e foi sepultada com honras militares no Cemitério Nacional de Arlington. ^9,15,16

Em 22 de novembro de 2016, o presidente Barack Obama entregou a ela, a título póstumo, a Medalha Presidencial da Liberdade. ^9,20 Na cerimônia, disse uma frase sobre o legado dela. ²⁰

O destróier USS Hopper foi lançado em 6 de janeiro de 1996 e comissionado em 6 de setembro de 1997; a madrinha foi a irmã dela, Mary M. Westcote. ⁵ Em 11 de fevereiro de 2017, Yale anunciou que o Calhoun College passaria a se chamar Grace Murray Hopper College; segundo a universidade, o nome dela foi o mais sugerido pela comunidade. ¹⁰

Imagem: Farragutful · CC BY-SA 4.0 · Wikimedia Commons

Em 7 de maio de 2024, o IEEE inaugurou na Universidade da Pensilvânia um marco histórico (IEEE Milestone) pelo compilador A-0, ao lado do ENIAC. ¹⁹